第二章三相异步电动机E

1、授课授课 闫卫萍闫卫萍l第一节 三相异步电动机的结构l第二节 三相异步电动机的工作原理l第三节 三相异步电动机的工作特性l第四节 三相异步电动机的启动、反转与制动l第五节 三相异步电动机的使用、维护及故障处理按其功能可分：交流发电机和交流电动机两大类。按所需交流电源相数的不同可分：单相和三相两大类。 异步电动机是交流电机中的一种，交流电机是实现机械能与交流电能之间互相转换的一种装置。 三相异步电动机根据其转子结构的不同可分鼠笼式和绕线式两大类。 按其工作原理可分：同步电动机和异步电动机两大类。 l定子：定子铁心、定子绕组、机座l转子：转子铁心、转子绕组、l其它附件l铭牌定子定子绕组绕组定子定子

2、铁心铁心机座机座定子定子铁铁心心的作的作用是作为电机磁用是作为电机磁路的一部分，并路的一部分，并在其上放置定子在其上放置定子绕组。绕组。 定子绕组定子绕组是是电动机的电路电动机的电路部分，通人三部分，通人三相交流电，产相交流电，产生旋转磁场生旋转磁场机座的作用是固定定子铁心和绕组，机座的作用是固定和保护电机的电磁部分机座的作用是固定和保护电机的电磁部分和散发电机运行中产生的热量和散发电机运行中产生的热量开口型开口型半开口型半开口型半闭口型半闭口型U1V1W1U2V2W2U1U2V1V2W1W2U1V1W1U2V2W2U1U2V1V2W1W2U1V1W1W2U2V2U1V1W1W2U2V2Y接法

3、：接法：接法：接法：转子转子绕组绕组转子转子铁铁心心转子转子转轴转轴转子铁心转子铁心是是电机磁路的一电机磁路的一部分，并放置部分，并放置转子绕组转子绕组转子绕组转子绕组的的作用为切割定作用为切割定子磁场，产生子磁场，产生感应电动势和感应电动势和电流，并在旋电流，并在旋转磁场的作用转磁场的作用下受力而使转下受力而使转子转动子转动转轴转轴用以传递转矩及支用以传递转矩及支撑转子的重量撑转子的重量端盖支撑转子轴承盖保护轴承，使轴承内的润滑油不致溢出风扇冷却电动机轴承连接转动部分与不动部分三相异步电动机型号Y112M4编号 4.0千瓦 8.8安380伏1440转/分LW83分贝接法防护等级IP4450赫

4、兹45公斤标准编号 工作制SIB绝缘等级 年 月 电机厂三相异步电动机型号Y112M4编号 4.0千瓦 8.8安380伏1440转/分LW83分贝接法防护等级IP4450赫兹45公斤标准编号工作制SIB绝缘等级 年 月 电机厂型号 Y112M4异步电动机 磁极数中心高度（毫米） 机座类别（中）4.0千瓦：额定功率8.8安：额定电流380伏：额定电压1440转/分：额定转速：接法IP44:防护等级50赫兹：频率82分贝：噪声等级（一）两极定子绕组的旋转磁场 1、旋转磁场产生的原理 2、旋转磁场的旋转方向 3、旋转磁场的旋转速度（二）三相异步电动机的转动原理（三）异步电动机的转差率电磁感应现象电磁

5、感应现象三相异步电动机的构造三相异步电动机的构造定子绕组定子铁心机座机座的作用是固定定子铁心和绕组，转子绕组转子铁心转子转轴NS0导体回路切割磁力线时产生感生电动势和感生电流导体回路切割磁力线时产生感生电动势和感生电流电磁感应现象电磁感应现象NS0感生电动势方向：右手定则SN插入SN拔出SN磁铁在线圈中运动引起感生电流磁铁在线圈中运动引起感生电流 当磁通发生变化时，闭合线圈中要产生感生电动当磁通发生变化时，闭合线圈中要产生感生电动势和感生电流。而且磁铁插入线圈和从线圈中拔出磁势和感生电流。而且磁铁插入线圈和从线圈中拔出磁铁时，感生电流的方向相反。铁时，感生电流的方向相反。电磁感应现象：电磁感应

6、现象： 导体相对于磁场作切割磁力线运动或导体相对于磁场作切割磁力线运动或 线圈中的磁线圈中的磁 通发生变化时，导体或线通发生变化时，导体或线 圈中就产生感生电动势，若导体或线圈中就产生感生电动势，若导体或线 圈是闭合电路圈是闭合电路 的一部分，就会产生的一部分，就会产生 感感 生电流。生电流。楞次定律楞次定律：感生电流的磁场总是阻碍原磁通的变化。感生电流的磁场总是阻碍原磁通的变化。 NS旋转磁场带动鼠笼转子旋转旋转磁场带动鼠笼转子旋转三相鼠笼式异步电动机的工作原理演示实验 当磁铁旋转当磁铁旋转时，磁铁与鼠笼时，磁铁与鼠笼发生相对运动，发生相对运动，鼠笼导体切割磁鼠笼导体切割磁力线而产生感生力线

7、而产生感生电动势和感生电电动势和感生电流。流。 电磁力矩的方向与磁铁的旋转方向相同，所以鼠笼沿着磁铁的旋转方向旋转。转子转动的先决条件：有一个转子转动的先决条件：有一个旋转磁场旋转磁场鼠笼式异步电动机中的旋转磁场是由绕组中的三相交流电产生的。鼠笼式异步电动机中的旋转磁场是由绕组中的三相交流电产生的。NSFF磁场旋转方向磁场旋转方向简化的三相绕组分布图按Y形连接的三相绕组接通电源三相对称电流波形图两极绕组的旋转磁场ibiciaibic各项绕组各项绕组在空间互在空间互差差120的机械角的机械角度度对称的三对称的三相交流电相交流电ia1、旋转磁场产生的原理、旋转磁场产生的原理i2232t设设ia的初

8、相为零，则的初相为零，则ib滞后滞后ia一个一个120角，即角，即 iaImsin t 通人通人U1U2绕组绕组 ibImsin(t 120) 通人通人V1V2绕组绕组 iCImsin(t 240) 通人通人W1W2绕组绕组 iaibict=0：t= ：2i2232tiaibicNSn1W2U1U2 W1V1V2NS设设 i为正值：从线圈首端流入，末端流出。为正值：从线圈首端流入，末端流出。 i为负值：从线圈首端流出，末端流入。为负值：从线圈首端流出，末端流入。U1W2V1U2W1V2i2232tiaibic W2V1U1U2W1V2U1W2V1U2W1V2U1W2V1U2W1V2t= ：t=

9、 ：232t= ：NSSNSNU2W2U1U2 W1V1V2U1W2V1U2W1V2W2V1U1U2W1V2NSNNSSU1W2V1U2W1V2NSU1W2V1W1V2NS2t= t=0： 当三相交流电变化一周后，其所产生的旋转磁场当三相交流电变化一周后，其所产生的旋转磁场也正好旋转一周。也正好旋转一周。结论：在三相交流电动机定子上放置结构完全 相同在空间位置各相差120机械角度的 三相绕组中，分别通入三相交流电，则 在定子与转子的空气隙间所产生的合成 磁场是沿定子内圆旋转的，我们称之为 旋转磁场。2、旋转磁场的旋转方向三相交流电的变化次序（相序）为：三相交流电的变化次序（相序）为：A相达到最

10、大值相达到最大值 B相达到最大值相达到最大值 C相达到最大值相达到最大值 A相相U相绕组相绕组V相绕组相绕组W相绕组相绕组U相相 旋转磁场的方向与三相交流电的变化相序一致旋转磁场的方向与三相交流电的变化相序一致U相绕组相绕组V相绕组相绕组W相绕组相绕组U相相 旋转磁场的方向与三相交流电的变化相序相反旋转磁场的方向与三相交流电的变化相序相反A相交流电相交流电B相交流电相交流电C相交流电相交流电A相相i2232tiaibicNSNSt=0t=2U1W2U2 W1V1V2U1W2U2 W1V1V2n1结论结论：只要任意调换电动机两相绕组所接：只要任意调换电动机两相绕组所接 交流电源的相序，旋转磁场即

11、反转。交流电源的相序，旋转磁场即反转。3、旋转磁场的旋转速度（同步转速、旋转磁场的旋转速度（同步转速n1）（1）两极三相异步电动机（）两极三相异步电动机（2p2）旋转磁场的转）旋转磁场的转速等于速等于三相三相交流电的变化速度：交流电的变化速度： n160f13000转转/分分（2）四级三相异步电动）四级三相异步电动 （2p4）旋转磁场的转）旋转磁场的转速等于三相交流电的变化速度的一半：速等于三相交流电的变化速度的一半： n1 60 f1=30501500转转/分分 21U1U1U2U2串联组成串联组成U相；相；V1V1V2V2串联串联组成组成V相；相；W1W1W2W2串联串联组成组成W相，相，

12、相邻两相绕组在空间相邻两相绕组在空间的电角度仍为的电角度仍为120（机械角度则（机械角度则60）。）。 （1 1 向三相绕组内通人对称的三相交流电流向三相绕组内通人对称的三相交流电流iA、iB、iC，该合，该合成磁场有两对磁极，即成磁场有两对磁极，即2p4，当三相交流电交变一周时，四，当三相交流电交变一周时，四极电动机的合成磁场只旋转了半圈（即转过极电动机的合成磁场只旋转了半圈（即转过180机械角度），机械角度），故在四极电动机中旋转磁场的转速等于三相交流电变化速度故在四极电动机中旋转磁场的转速等于三相交流电变化速度的一半。的一半。 故当磁极对数增加一倍，则旋转磁场的转速减小一半。故当磁极对数

13、增加一倍，则旋转磁场的转速减小一半。 iaibicABCXYZi2232tiaibic N1N2S1S2U1U2U2V1V1V2V2W1W1W2W2U1U1U2U2V1V1V2V2W1W1W2W2t=0：N1N2S1S2U1U2U2V1V1V2V2W1W1W2W2U1U1U2U2V1V1V2V2W1W1W2W2i2232tiaibic N1N2S1S2U1U1U2U2V1V1V2V2W1W1W2W2n045t=0t=2(3) 当三相异步电动机定子绕组为当三相异步电动机定子绕组为p对磁极时，旋转磁场的转速对磁极时，旋转磁场的转速（又称同步转速）为：（又称同步转速）为： pfn1160例21 求J

14、02-42-4型三相异步电动机的同步转速n1，加在电动机上的交流电源频率为f150赫。解：型号的最后一位数字“4”表示该电动机的磁极数，即2p4。故 n160f1/p6050/21500转/分例22 求JD02-72-8/6/4型三相调速异步电动机在不同的磁极数时（8极、6极、4极）的同步转速n1，设f1=50赫。解： 由式n160f1/p可得 接成8极时，n16050/4750转/分 接成6极时，n16050/31000转/分 接成4极时，n16050/21500转/分。（二）三相异步电动机的转动原理U1U2V1V2W1W2n1NSFF转 子导体的受力方向与旋转磁场的旋转方向相同。t0 瞬间

15、瞬间转子的旋转速度nn1i2232tiaibic（三）、异步电动机的转差率（1）转差1、当n0时，则转子切割旋转磁场的相对转速n1nn1为最大， 转子中的感应电动势及电流也最大。 2、当转子转速n增加时，则n1n开始下降，因而转子中的感应电动势及电流跟着下降。 3、当nn1，则n1n0，此时转子导体不切割定子旋转磁场，转子中就没有感应电动势及电流，也就不产生转矩 因此转子转速在一般情况下不可能等于旋转磁场的转速，亦即转子转速与定子旋转磁场的转速两者的步伐不可能一致，异步电动机即由此而得名。 n和n1的差异是异步电动机能够产生电磁转矩的必要条件，又由于异步电动机的转子绕组并不直接与电源相接，而是

16、依靠电磁感应的原理来产生感应电动势和电流，从而产生电磁转矩使电动机旋转，因此又可称之为感应电动机。（2）转差率：）转差率：11nnns (1S0) 转子转速越高，转差率越小； 转子转速越低，转差率越大。例24 Y112M4三相异步电动机，2p=4,额定转速n N1440转/分，交流电源频率f150赫兹，求额定转差率SN 。解： n160f1/p6050/21500转/分 S=(n1n)/ n1（15001400）/15000.04第三节 三相异步电动机的工作特性 1、电磁转矩公式 T CM mI2cos2T电磁转矩，牛米CM转矩常数m旋转磁场每极磁通最大值，韦；I2转子每相绕组中的电流，安Co

17、s2转子每相电路的功率因数或220221212SXRfUCSRTC电动机结构常数R2转子电阻 U1定子绕组每相的电压X20转子感抗（n=0,S=1) f1电源频率S转差率异步电动机的机械特性曲线转矩特性曲线可分为两大部分：（1) 在SmS0范围内,由于S值较小，随着S的转速增加（即转速n减小）,转矩T相应的增加，这个范围称为异步电动机的稳定区，电动机能在这个范围内正常运行。（2) 在1SSm范围内，由于S值比较大，故S2比起SX20来讲相应为小,随着转差率S的增加（转速n的减小），转矩相应的减小 。此区域称为不稳定运行区，异步电动机一般不能在该区域内正常稳定运行。 1、 电动机启动的瞬间，即S

18、=1时的转矩Tst 称启动转矩（又称堵转转矩）。此时电动机的启动电流（堵转电流）很大，但由于转子绕组的功率因数cos2很小，故启动转矩 Tst并不很大。0SNSm1STTmTNTst异步电动机的转矩特性曲线2、机械特性：指电动机的转速与电磁转矩的关系、机械特性：指电动机的转速与电磁转矩的关系2、 当转子达到同步转速时，即S=0，因I2=0，所以转矩T0。3、 当S达到某一值Sm时，电磁转矩达到最大值Tm，称为最大转矩。对应于此的转差率Sm称临界转差率。一般异步电动机的Sm约 在0.040.14之间。4、对应于额定负载时的转矩称为额定矩TN，此时的转差率则称为额定转差率SN。转子转速电磁转矩1、

19、额定转矩TN ：电动机在额定负载时的转矩。 2、最大转矩Tm：转矩的最大值，当负载转矩 超过最大转矩时，电动机就 闷车现象。Tm异步电动机的机械特性曲线TStTNCBAn=n1ne03、起动转矩Tst：电动机刚刚起动（n0， s=1） 的转矩称为起动转矩通常三相异步电动机都工作在特性曲线的AB段。当负载在空载与额定值之间变化时，电动机的转速变化不大。当负载转矩增大时，在最初瞬间电动机的转矩小于阻转矩，它的转n开始下降，电动机的转矩增加；当转矩增加至与阻转矩相等时，电动机在新的稳定状态下运行，这时转速较前为低。转矩与转速的关系曲线第四节 三相异步电动机的启动、反转与转动一、三相异步电动机的启动一

20、、三相异步电动机的启动1、鼠笼式异步电动机的直接启动SL1L2L3FUM3电动机接通电源后转速从零增加到稳定转速的过程，称为启动。 开关控制电动机直接启动的线路， 所谓直接启动是将电动机定子绕组直接接到额定电压的网上来启动电动机，也称全压启动。直接启动的电动机在启动瞬间，定子绕组中会产生很大的启动直接启动的电动机在启动瞬间，定子绕组中会产生很大的启动电流。通常启动时的启动电流是额定电流的电流。通常启动时的启动电流是额定电流的47倍。起动电流过倍。起动电流过大会产生以下严重后果：大会产生以下严重后果： 1、 使电网电压产生波动（特别是容量较大的电动机启动时），使电网电压产生波动（特别是容量较大的

21、电动机启动时）， 从而影响到接在电网上的其它设备的正常运行。从而影响到接在电网上的其它设备的正常运行。 2、 使电动机绕组发热、绝缘老化，从而缩短了电动机的使用寿使电动机绕组发热、绝缘老化，从而缩短了电动机的使用寿 命。特别是对经常需要启动的电动机影响较大。命。特别是对经常需要启动的电动机影响较大。3、 也可用下面经验公式来粗估电动机是否可以经常启动也可用下面经验公式来粗估电动机是否可以经常启动 即即Ist/In小于上式右边的数值时，可直接启动。小于上式右边的数值时，可直接启动。电动机功率（千瓦）变压器容量（千伏安）443nstII优点优点: :启动设备简单，启动时间短，方式简单、可靠，成本低

22、。启动设备简单，启动时间短，方式简单、可靠，成本低。缺点缺点: :对电动机及电网有一定的冲击。对电动机及电网有一定的冲击。满足下述条件之一，电动机就允许直接启动满足下述条件之一，电动机就允许直接启动 ：1、 容量在容量在7.5千瓦以下的三相异步电动机一般均可采用直接启动。千瓦以下的三相异步电动机一般均可采用直接启动。2、 电动机在启动瞬间造成的电网电压降不大于电源电压正常值电动机在启动瞬间造成的电网电压降不大于电源电压正常值的的10，对于不经常启动的电动机可放宽到，对于不经常启动的电动机可放宽到15。如用户有专用。如用户有专用的变压器供电，则如电动机容量小于变压器容量的的变压器供电，则如电动机容量小于变压器容量的20时，允许时，允许频繁启动，小于频繁启动，小于30时，允许不经常启动。时，允许不经常启动。2、鼠笼式异步电动机的降压启动 （降压启动只适用于电动机空载或轻载启动）降压启动只适用于电动机空载或轻载启动） 降压启动是利用启动设备将电压适当降低后加到电降压启动是利用启动设备将电压适当降低后加到电动机定子绕组上进行启动，待电动机启动完毕后再使电动机定子绕组上进行启动，待电动机启动完毕后再使电压恢复