交流异步电机及其控制ppt课件

1、第三章 三相异步电动机第三章 三相异步电动机三相异步电动机概述三相异步电动机概述一一三相异步电动机的结构三相异步电动机的结构二二三相异步电动机的铭牌三相异步电动机的铭牌三三第三章 三相异步电动机电动机电动机 交流电动机交流电动机 直流电动机直流电动机 同步电动机同步电动机 异步电动机异步电动机 串励、复励电动机串励、复励电动机 他励、并励电动机他励、并励电动机 三相电动机三相电动机 单相电动机单相电动机 第三章 三相异步电动机 三相异步电机主要用作电动机，拖动各三相异步电机主要用作电动机，拖动各种生产机械。容量从几十瓦到几千千瓦，由种生产机械。容量从几十瓦到几千千瓦，由于其结构简单、体积小、重

2、量轻、效率较高，于其结构简单、体积小、重量轻、效率较高，不仅在工业生产中使用非常广泛，在农业方不仅在工业生产中使用非常广泛，在农业方面也大都是用异步电动机来拖动的。据统计，面也大都是用异步电动机来拖动的。据统计，在整个电能消耗中，电动机的耗能占总电能在整个电能消耗中，电动机的耗能占总电能的的65%左右，而在整个电动机的耗能中，三左右，而在整个电动机的耗能中，三相异步电动机又居首位。随着变频技术的发相异步电动机又居首位。随着变频技术的发展，三相异步电动机的平滑调速性能越来越展，三相异步电动机的平滑调速性能越来越凸显其优势，三相异步电动机将在更多的领凸显其优势，三相异步电动机将在更多的领域代替直流

3、电动机的应用。域代替直流电动机的应用。 第三章 三相异步电动机三相异步三相异步 电动机电动机 三相鼠笼式三相鼠笼式 异步电动机异步电动机 三相绕线式三相绕线式 异步电动机异步电动机 按转子结构按转子结构三相异步电动机结构分类三相异步电动机结构分类 第三章 三相异步电动机1定定子子部部分分（1定子铁心定子铁心导磁部分导磁部分 定子铁心是电机磁路的一部分，并起固定定子绕组的作用。定子铁心是电机磁路的一部分，并起固定定子绕组的作用。为了增强导磁能力和减小铁耗，定子铁心常选用为了增强导磁能力和减小铁耗，定子铁心常选用0.5mm或或0.35mm厚的硅钢片冲制叠压而成，片间涂上绝缘漆。定子铁心厚的硅钢片冲

4、制叠压而成，片间涂上绝缘漆。定子铁心内圆均匀冲出许多形状相同的槽，用以嵌放定子绕组。内圆均匀冲出许多形状相同的槽，用以嵌放定子绕组。 （2定子绕组定子绕组放在定子铁心内圆槽内放在定子铁心内圆槽内导电部分导电部分 定子绕组是异步电动机的电路部分，其材料主要采用紫铜。小型异步定子绕组是异步电动机的电路部分，其材料主要采用紫铜。小型异步电动机常采用三相单层绕组，大中型异步电动机常采用三相双层短矩叠电动机常采用三相单层绕组，大中型异步电动机常采用三相双层短矩叠绕组形式，三相绕组的六个出线端子均接在机座侧面的接线板上，可根绕组形式，三相绕组的六个出线端子均接在机座侧面的接线板上，可根据需要将三相绕组接成

5、据需要将三相绕组接成Y形或形。形或形。 （3机座机座 机座是电动机的外壳，支撑电机各部件，并通过机座的底脚将电机安机座是电动机的外壳，支撑电机各部件，并通过机座的底脚将电机安装固定。全封闭式电机的定子铁心紧贴机座内壁，故机座外壳上的散热装固定。全封闭式电机的定子铁心紧贴机座内壁，故机座外壳上的散热筋是电机的主要散热面。中小型电机采用铸铁机座。大型电机一般采用筋是电机的主要散热面。中小型电机采用铸铁机座。大型电机一般采用钢板焊接机座。钢板焊接机座。 第三章 三相异步电动机（1定子铁心的结构定子铁心的结构 定子铁心定子铁心定子冲片定子冲片定子冲片定子冲片第三章 三相异步电动机（2定子绕组定子绕组

6、第三章 三相异步电动机（3定子机座定子机座 定子机座定子机座定子机座定子机座第三章 三相异步电动机转转子子部部分分（1 1转子铁心转子铁心 转子铁心也是电机磁路的组成部分，并用来固定转子铁心也是电机磁路的组成部分，并用来固定转子绕组。铁心材料也用转子绕组。铁心材料也用0.5mm0.5mm或或0.35mm0.35mm厚的硅钢片厚的硅钢片冲制叠压而成，故通常用冲制定子铁芯冲片剩余下来冲制叠压而成，故通常用冲制定子铁芯冲片剩余下来的内圆部分制作。转子铁芯固定在转轴上，其外圆上的内圆部分制作。转子铁芯固定在转轴上，其外圆上开有槽，用来嵌放转子绕组。开有槽，用来嵌放转子绕组。（2 2转子绕组转子绕组根据

7、转子绕组的结构型式可分为根据转子绕组的结构型式可分为 1 1鼠笼式转子：转子铁心的每个槽内插入一根裸导条，鼠笼式转子：转子铁心的每个槽内插入一根裸导条，形成一个多相对称短路绕组。形成一个多相对称短路绕组。 2 2绕线式转子：转子绕组为三相对称绕组，嵌放在转绕线式转子：转子绕组为三相对称绕组，嵌放在转子铁心槽内。子铁心槽内。第三章 三相异步电动机（1转子铁心转子铁心 绕线型转子铁心绕线型转子铁心笼型转子铁心笼型转子铁心第三章 三相异步电动机（2转子绕组转子绕组 三相绕线式三相绕线式 转子绕组结转子绕组结 构示意图构示意图 鼠笼型转子绕鼠笼型转子绕组结构示意图组结构示意图第三章 三相异步电动机绕线

8、式转子绕线式转子 实物图片实物图片 碳刷碳刷 3、气隙、气隙 异步电动机的气隙是均匀的，大小为机异步电动机的气隙是均匀的，大小为机械条件所能允许达到的最小值。异步电机械条件所能允许达到的最小值。异步电机气隙比同容量的直流电动机气隙小得多，气隙比同容量的直流电动机气隙小得多，在中小型异步电机中，约为在中小型异步电机中，约为0.20.5mm。第三章 三相异步电动机第三章 三相异步电动机第三章 三相异步电动机磁极数磁极数( 极对数极对数 p = 2 )例如：例如： Y 132 M4 用以表明电动机的系列、几何尺寸和极数。用以表明电动机的系列、几何尺寸和极数。机座长度代号机座长度代号机座中心高机座中心

9、高mm）三相异步电动机三相异步电动机三、三相异步电动机铭牌三、三相异步电动机铭牌 第三章 三相异步电动机异步电动机产品名称代号异步电动机产品名称代号三、三相异步电动机铭牌三、三相异步电动机铭牌 第三章 三相异步电动机联结联结电机容量电机容量Y3kW W1V1W2V2联联结结电电机机容容量量 kW4U2U1W2V1V2W1U1U2通通常常三、三相异步电动机铭牌三、三相异步电动机铭牌 第三章 三相异步电动机例如：例如：380/220V、Y/ 是指线电压为是指线电压为 380V 时采时采用用 Y联结；线电压为联结；线电压为 220V 时采用时采用 联结。联结。电动机在额定运行时定子绕组的线电流值。电

10、动机在额定运行时定子绕组的线电流值。三、三相异步电动机铭牌三、三相异步电动机铭牌第三章 三相异步电动机12PP cos3NN1IUP 额定功率是指电机在额定运行时轴上输出的机额定功率是指电机在额定运行时轴上输出的机械功率械功率 P2，它不等于从电源吸取的电功率，它不等于从电源吸取的电功率 P1。 指电机绝缘材料能够承受的极限温度等级，指电机绝缘材料能够承受的极限温度等级，分为分为A、E、B、F、H五级，五级，A级最低级最低(105C)，H级最高级最高(180C)。二、三相异步电动机铭牌二、三相异步电动机铭牌 第三章 三相异步电动机 三相异步电动机的功率因数较低，在额定负三相异步电动机的功率因数

11、较低，在额定负载时约为载时约为 0.7 0.9。空载时功率因数更低，只要。空载时功率因数更低，只要 0.2 0.3。额定负载时，功率因数最高。额定负载时，功率因数最高。 电机在额定电压、额定负载下运行时的转速。电机在额定电压、额定负载下运行时的转速。PNP2cosO二、三相异步电动机铭牌二、三相异步电动机铭牌 第三章 三相异步电动机三相异步电动机的旋转磁场三相异步电动机的旋转磁场二二三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理三三异步电动机转动演示异步电动机转动演示一一第三章 三相异步电动机点点击击演演示示第三章 三相异步电动机 120sin120sinsinmCmBmAtIitIitIi

12、 BiAXBYCZAiCiCiAiBiitmIo第三章 三相异步电动机0n电流方向规定电流方向规定 i : “+” 绕组首端流入，尾端绕组首端流入，尾端流出。流出。 i : “” 绕组尾端流入，首端绕组尾端流入，首端流出。流出。 AYCBZX()电流出电流出()电流入电流入当三相对称交流绕组通入三相对称当三相对称交流绕组通入三相对称交流电流时，将在电机气隙空间产交流电流时，将在电机气隙空间产生旋转磁场；（动画生旋转磁场；（动画1，动画，动画2）第三章 三相异步电动机AXYCBZAXYCBZ0nA0 t NS 90t SNXYCBZSN000iiiCBA 60t 000CBAiii000iiiC

13、BA第三章 三相异步电动机由以上分析可知：三相电流产生的合成磁场是一旋转的由以上分析可知：三相电流产生的合成磁场是一旋转的磁场，磁场， 即：一个电流周期，旋转磁场在空间转过即：一个电流周期，旋转磁场在空间转过3602.旋转磁场的旋转方向旋转磁场的旋转方向 0t 60t CiAXCZBYAiBiAAXZBCYNSAAXZBCYNS第三章 三相异步电动机0t BiAXBYCZAiCiAXYCBZNS第三章 三相异步电动机CYABCXYZAXBZAiBiCi2pAX XNSZ CZBYB Y A C SN结论：旋转磁场的磁极对数与三相绕组的排列有关结论：旋转磁场的磁极对数与三相绕组的排列有关第三章

14、三相异步电动机分分）转转 /( 6010fn 分分）转转 /( 30000 np=1时时0mICiBiAi tiomIAXYCBZNSAXYCBZNSAXYCBZNS第三章 三相异步电动机X NSA X ABZCYZ C Y B SN0t 60tp=2时时BiCiAiit mI0分分）转转/( 150026010 fn0n30AX XZ CZBYB Y A C NSNS第三章 三相异步电动机)/( 6010分分转转pfn 2p180分）转/( 50011p360分）转/( 0003极对数极对数每个电流周期每个电流周期磁场转过的空间角度磁场转过的空间角度同步转速同步转速)f(Hz501 3p12

15、0分）转/( 00014p分分）转转/( 75090旋转磁场转速旋转磁场转速n0与频率与频率f1和极对数和极对数p有有关。关。第三章 三相异步电动机AXYCBZ分分）转转/( 6010pfn BlvBliv0nNSF第三章 三相异步电动机转动原理电生磁电生磁 磁生电磁生电 产生电磁力产生电磁力 旋转磁场切旋转磁场切割转子导体割转子导体感应电动势感应电动势和电流和电流三相对称绕三相对称绕组通往三相组通往三相对称电流产对称电流产生圆形旋转生圆形旋转磁场。磁场。转子载流体在磁转子载流体在磁场作用下受电磁场作用下受电磁力作用，形成电力作用，形成电磁转矩，驱动电磁转矩，驱动电动机旋转，将电动机旋转，将电

16、能转化为机械能。能转化为机械能。第三章 三相异步电动机0nn 假如假如n=n0第三章 三相异步电动机%s)91( 转子转速亦可由转差率求得转子转速亦可由转差率求得0)(1nns %10000 nnns 例例1：一台三相异步电动机，其额定转速：一台三相异步电动机，其额定转速 n=975 r/min，电源频率，电源频率 f1=50 Hz。试求电动机的。试求电动机的极对数和额定负载下的转差率。极对数和额定负载下的转差率。解：解：根据异步电动机转子转速与旋转磁场同步转根据异步电动机转子转速与旋转磁场同步转速的关系可知：速的关系可知：n0=1000 r/min , 即即2.5%100%100097510

17、00%10000nnns第三章 三相异步电动机一、定子绕组各物理量一、定子绕组各物理量二、转子绕组各物理量二、转子绕组各物理量三、三相异步电机的空载运行三、三相异步电机的空载运行四、三相异步电动机的负载运行四、三相异步电动机的负载运行五、三相异步电动机的等效电路五、三相异步电动机的等效电路六、三相异步电动机与变压器的对比六、三相异步电动机与变压器的对比第三章 三相异步电动机异步电动机：旋转磁场切割导体异步电动机：旋转磁场切割导体 e U1 E1= 4.44 f 1N111144.4NfU旋转磁场与定子导体间的相对速度为旋转磁场与定子导体间的相对速度为 n0 ，所以，所以6001pnf 感应电势

18、的频率与磁场和导体间的相对速度有关感应电势的频率与磁场和导体间的相对速度有关f 1= 电源频率电源频率 fi1u1e1e 1e2e 2i2+f1f2 1U 第三章 三相异步电动机 定子导体与旋转磁场间的相对速度固定，而转子定子导体与旋转磁场间的相对速度固定，而转子导体与旋转磁场间的相对速度随转子的转速不同而导体与旋转磁场间的相对速度随转子的转速不同而变化变化,所以转子感应电势频率所以转子感应电势频率 f 2:所以定子感应电势频率所以定子感应电势频率 f 1 转子感应电势频率转子感应电势频率 f 2 1000026060fspnnnnpnnf 异步电机运行时异步电机运行时,旋转磁场切割定子导体和

19、转子导体的速度不同旋转磁场切割定子导体和转子导体的速度不同 第三章 三相异步电动机E20= 4.44 f 1N2 即即E2= s E20 2122222LfsLfX X20= 2 f1L 2即即X2= sX20 第三章 三相异步电动机222222XREI2202220)(sXRsE 220222222222)( cossXRRXRR202SXRs 很很小小时时1cos2 202XRss 较较大大时时s1cos2 )(0002nnIs2202220max21XREIs 第三章 三相异步电动机2202220222222)( XREXREIss 2202222)(cosXRRs )(2 Isn)co

20、s(2 snI2cos2s1I2,2cos O变化曲线随、SI cos)622结论：转子转动时，转结论：转子转动时，转 子电路子电路 中的各量均与转差率中的各量均与转差率 s有有 关，关，即即 与转速与转速n有关。有关。第三章 三相异步电动机.IIIar000:即即.II,I,IIrar00000 即即基基本本为为一一无无功功性性质质电电流流所所以以由由于于异步电动机空载运行时的定子电流称为空载电流。.,:,0000arIII功分量损耗的有另一个是用来供给铁心的无功分量产生主磁通一是用来由两部分组成异步电动机空载电流与变压器一样与变压器一样与变压器一样, ,主、漏磁通在定子绕组上感应的电动势主

21、、漏磁通在定子绕组上感应的电动势01w111kNf4.44jE101XI jE1空载电流2感应电动势三、三相异步电机的空载运行三、三相异步电机的空载运行 第三章 三相异步电动机 与变压器一样，根据基尔霍夫电压定律，可列出空载时与变压器一样，根据基尔霍夫电压定律，可列出空载时定子每相电压方程式：定子每相电压方程式：0111010110111IZEXI jRIERIEEU 同样也有：同样也有：100mmmE = - I (R + jX) = - I Z根据上两式，可以作出空载时等效电路。根据上两式，可以作出空载时等效电路。3电压平衡方程与等效电路三、三相异步电机的空载运行三、三相异步电机的空载运行

22、 第三章 三相异步电动机根据基尔霍夫电压定律可写出定、转子侧电动势平衡方程：根据基尔霍夫电压定律可写出定、转子侧电动势平衡方程：111111111U = -E + I R + jI X = -E + I Z222222220ssss= E - I R - jI X= E + I Z:21ekEE之比称为电动势比与转子不转时电动势其中221121wwekNkNEEk1电动势平衡方程电动势平衡方程四、三相异步电机的负载运行四、三相异步电机的负载运行 第三章 三相异步电动机mmIIIFFF2121221IkIi222111wwikNmkNmk )(2121IIIIIImm物理意义：定子电流一部分为励

23、磁电流，另一部分为负载电流，物理意义：定子电流一部分为励磁电流，另一部分为负载电流，负载电流的作用是抵消转子电流所产生的磁场效应。负载电流的作用是抵消转子电流所产生的磁场效应。异步电动机的电流比异步电动机的电流比四、三相异步电机的负载运行四、三相异步电机的负载运行 第三章 三相异步电动机子感应电动势转子不转时（堵转）转2EmmmmmmssIIIZIjxrIExI jRrIEsEZIExI jrIEU211222222111111111)()(转子外接电阻:R定子漏电抗:1x定子绕组电阻:1r转子绕组电阻:2r转子漏电抗:2sx励磁电阻:mrsxxs22子漏电抗转子不转时（堵转）转2x四、三相异

24、步电机的负载运行四、三相异步电机的负载运行 下图为异步电机负载运行时的等效电路，根据此等下图为异步电机负载运行时的等效电路，根据此等效电路，可以进行频率及绕组各物理量的折算。折算效电路，可以进行频率及绕组各物理量的折算。折算时要求不改变转子磁动势以及功率关系。频率归算后，时要求不改变转子磁动势以及功率关系。频率归算后，就将旋转的电机等效为转子静止时的状态。就将旋转的电机等效为转子静止时的状态。第三章 三相异步电动机1r1x2r2x1E2Es1U1I2I1f1f21rss五、三相异步电动机的等效电路五、三相异步电动机的等效电路 第三章 三相异步电动机 频率折算就是用一个等效的转子电路代替实际旋转

25、的转子系统,而等效的转子回路应与定子电路有相同的频率。 在折算的过程中，要保持电机的电磁效应不变，所以要保证：一保持转子磁动势不变；二是转子回路的功率不变。转子回路电流转子回路电流212 s2 s2222 s2s22222EEsEEI =- sZR + jXR + jsXR + jX +Rs.F,Rss,不不变变同同时时保保持持转转子子磁磁动动势势为为定定子子频频率率就就可可以以将将转转子子频频率率折折算算电电阻阻在在转转子子回回路路中中串串联联一一个个用用一一个个不不转转的的转转子子并并且且可可见见221 五、三相异步电动机的等效电路五、三相异步电动机的等效电路 1频率折算频率折算 第三章

26、三相异步电动机222222s222I)sXj(REsI)jX(REUs2Rss1 实际的旋转转子轴上有机械损耗和机械功率输出。频率折实际的旋转转子轴上有机械损耗和机械功率输出。频率折算后，转子静止，没有机械损耗和机械功率输出，但电路中多算后，转子静止，没有机械损耗和机械功率输出，但电路中多了一个附加电阻了一个附加电阻 。根据能量守恒关系，该电阻消耗的功。根据能量守恒关系，该电阻消耗的功率等效机械损耗和机械功率之和率等效机械损耗和机械功率之和总的机械功率。总的机械功率。21Rss 从等效电路角度，可以把从等效电路角度，可以把 看成是异步电动机的看成是异步电动机的电阻负载电阻负载”，其上的压降可以

27、看成是转子回路的端电压，其上的压降可以看成是转子回路的端电压:五、三相异步电动机的等效电路五、三相异步电动机的等效电路 第三章 三相异步电动机。k、Nmk、Nmww同本相折算的方法与变压器基组的实际转子绕及取代等效转子及绕组相同的定子绕组折算就是用一个和222111122EEkEe i22kII 2222XkkXRkkReiei 绕组折算后的基本方程111111XI jRIEU 222222XI jRIEU 021III 12EE 01I )jXR(Emm 2221RssIU 五、三相异步电动机的等效电路五、三相异步电动机的等效电路 2绕组折算绕组折算 第三章 三相异步电动机3、T型等效电路和

28、简化等效电路由基本方程可以作出等效电路由基本方程可以作出等效电路: :T T型等效电路型等效电路简化等效电路简化等效电路五、三相异步电动机的等效电路五、三相异步电动机的等效电路第三章 三相异步电动机从等效电路分析可知从等效电路分析可知: :;,I ,Rss,s ,nn,)电电机机相相当当于于开开路路总总机机械械功功率率近近似似为为零零理理想想空空载载时时0102220 ;,Rss,s ,n,)短短路路状状态态电电机机处处于于总总机机械械功功率率为为零零电电机机不不转转时时011012 3)3)三相异步电动机的功率因数永远滞后；三相异步电动机的功率因数永远滞后；4)4)附加电阻不能用电感或电容来

29、代替。附加电阻不能用电感或电容来代替。5)5)在等效电路中负载的变化是用转差率在等效电路中负载的变化是用转差率s s来体现的来体现的五、三相异步电动机的等效电路五、三相异步电动机的等效电路 第三章 三相异步电动机 变压器原、副绕组是与同一主磁通变压器原、副绕组是与同一主磁通相交链，异相交链，异步电动机中定子和转子绕组与同一旋转磁通步电动机中定子和转子绕组与同一旋转磁通相交相交链。因此异步电动机中定子和转子绕组相当于变压链。因此异步电动机中定子和转子绕组相当于变压器的原、副绕组。器的原、副绕组。变压器：变压器： 变化变化 e U1 E1=4.44 f N1 异步电机：异步电机： 旋转旋转 e U

30、1 E1=4.44 f N1 1)磁通与电势的对比磁通与电势的对比 六、异步电动机与变压器的对比六、异步电动机与变压器的对比 第三章 三相异步电动机变压器：变压器：I2I2增大增大 I1 I1 增大，以保持增大，以保持基本不变，以达到传基本不变，以达到传递能量的目的。递能量的目的。异步电机：当负载增加时，转子电流增大异步电机：当负载增加时，转子电流增大 增大，以保持增大，以保持基本不变，以达到传递能量的目的。基本不变，以达到传递能量的目的。 2)原副边电流关系对比原副边电流关系对比 3) 三相异步电动机与变压器的不同之处三相异步电动机与变压器的不同之处 六、异步电动机与变压器的对比六、异步电动

31、机与变压器的对比 第三章 三相异步电动机3.4 三相异步电动机的工作特性 一、电磁转矩一、电磁转矩二、功率平衡与转矩平衡方程二、功率平衡与转矩平衡方程三、固有机械特性三、固有机械特性四、人为机械特性四、人为机械特性五、异步电机拖动系统稳定运行分析五、异步电机拖动系统稳定运行分析六、三相异步电机转矩与转差率的关系六、三相异步电机转矩与转差率的关系第三章 三相异步电动机22Tcos IKT 常数，与电常数，与电机结构有关机结构有关旋转磁场旋转磁场每极磁通每极磁通转子电流转子电流转子电路的转子电路的功率因数功率因数ilBF 22cos, , IT 一、电磁转矩一、电磁转矩 第三章 三相异步电动机21

32、220222)(UsXRsRKT22 cos IKTT 22022202)( XREIss 2202222)(cosXRRs mNfU11144.4 由前面分析知：由前面分析知：一、电磁转矩一、电磁转矩第三章 三相异步电动机21220222)(UsXRsRKT 21U一、电磁转矩一、电磁转矩第三章 三相异步电动机异步电动机的功率和损耗有：异步电动机的功率和损耗有：1功率平衡输入功率输入功率11111cosIUmP 定子铁损定子铁损mFeRImp201 电磁功率电磁功率sRImppPPFecuem222111 机械功率机械功率MECRssImRssImP2221222211 输出功率输出功率02

33、pPppPPMECadmecMEC 定子铜损定子铜损12111RImpcu 转子铜损转子铜损cuRImRImp222122222 二、功率平衡和转矩平衡二、功率平衡和转矩平衡 方程方程 第三章 三相异步电动机在等效电路上表在等效电路上表示功率和损耗：示功率和损耗：1R1X2R2X21Rss1U1I0I2ImRmX1cupFep2cupMECP1PemP二、功率平衡和转矩平衡方程二、功率平衡和转矩平衡方程 净机械功率2P ppmec2CupeFp1CupemP1P电功率电磁功率mecP总机械功率功率流程图功率流程图三相异步电机等三相异步电机等效电路效电路第三章 三相异步电动机2转矩平衡 02pP

34、PMEC 即即02TTTem 02TTTem 或或1111ssMECemememP()PPT()电磁转矩电磁转矩 在式在式 的两边同时除以的两边同时除以机械角速度机械角速度 得得02pPPMEC602 n 电磁转矩从转子方面看，它等于总机械功率除以转子机电磁转矩从转子方面看，它等于总机械功率除以转子机械角速度；从定子方面看，它又等于电磁功率除以同步机械械角速度；从定子方面看，它又等于电磁功率除以同步机械角速度。角速度。二、功率平衡和转矩平衡方程二、功率平衡和转矩平衡方程 第三章 三相异步电动机maxTmSNSOTS曲曲线线)(sfT 曲曲线线)(Tfn 根据转矩公式根据转矩公式 2202221

35、2)(sXRUsRKT 可得特性曲线：可得特性曲线：NnmaxTstTOnTNT0nstT1NT固有机械特性是指电动机在额定电压和额定频率下，按规定固有机械特性是指电动机在额定电压和额定频率下，按规定的接线，定、转子电路不外接阻抗时的机械特性。的接线，定、转子电路不外接阻抗时的机械特性。第三章 三相异步电动机NnNT)/()(9550NNN分转千瓦nPTOnT0n(N m) 如某普通机床的主轴电机如某普通机床的主轴电机(Y132M-4型型) 的额定功的额定功率为率为7.5kw, 额定转速为额定转速为1440r/min, 则额定转矩为则额定转矩为nPnPT9550602 m.N7 .491440

36、5 .795509550NNN nPT第三章 三相异步电动机21220222UsXRsRKT)(2021max2 XUKT 0dd ST令：令：求得求得202mXRss 临界转差率临界转差率 On0nTmax将将sm代入转矩公式，可得代入转矩公式，可得第三章 三相异步电动机 max121max, )1(TUUTNmaxTT 一般三相异步电动机的过载系数为一般三相异步电动机的过载系数为2 .28 .1 12 II(2) sm与与 R2 有关，有关， R2 sm n 。绕线式。绕线式电机改变转子附加电阻电机改变转子附加电阻R 2 可实现调速。可实现调速。 2021max2 XUKT 第三章 三相异

37、步电动机22022212)(sXRUsRKT 22022212stXRURKT 起动时起动时n= 0 时，时，s =1 st121st, ) 1 (TUUT(2) Tst与与 R2 有关，有关， 适当使适当使 R2 Tst 。对绕线式。对绕线式 电机改变转子附加电阻电机改变转子附加电阻 R 2 , 可使可使Tst =Tmax 。0nOnTNststTTK 起动能力起动能力第三章 三相异步电动机1) 1)降压时的人为机械特性降压时的人为机械特性snsm10TLUN0TstTmTemn10.8UN0.64Tst0.64Tm 下降后, 和 均下降, 但 不变, 和 减少。1UmTstTmsstkT

38、如果电机在定额负载下运行, 下降后, 下降, 增大, 转子电流因 增大而增大,导致电机过载。长期欠压过载运行将使电机过热，减少使用寿命。1Uns22sEsE 人为机械特性是指人为改变电源参数或电动机参数而得到的机人为机械特性是指人为改变电源参数或电动机参数而得到的机械特性。械特性。第三章 三相异步电动机stTTOn0nR2Tst nmaxT2T22022212stXRURKT 2021m2XUKT 202mXRs 第三章 三相异步电动机dtdJTTLdtdn375GDTT2L0,dtdnTTL0,dtdnTTL0,dtdnTTL第三章 三相异步电动机。TLsTL TT =TLn T 达到新的平

39、衡达到新的平衡T LTL0nnTOn电机稳定运电机稳定运行区段行区段第三章 三相异步电动机TLTL0nnTOndndTdndTLn0dndTL0dndT所以电动机运行于曲线段时不能稳定运行所以电动机运行于曲线段时不能稳定运行第三章 三相异步电动机0nnTOHP通常称通常称HP段为稳定运行段段为稳定运行段通常称通常称HQ段为不稳定运行段段为不稳定运行段Q 1） 2由简化等效电路图可知：第三章 三相异步电动机022210/srImPTemem22122112)()/(xxsrrUI22122122111)()/(/xxsrrsrUmTem六、三相异步电机转矩与转差率的关系六、三相异步电机转矩与转差

40、率的关系 第三章 三相异步电动机emTsemMTemMT110发电机状态电动机状态电磁制动状态msms221212)(,0 xxrrsdsdTmem令六、三相异步电机转矩与转差率的关系六、三相异步电机转矩与转差率的关系 由由1与与2可得到电机转矩与转差率的关系曲线可得到电机转矩与转差率的关系曲线 第三章 三相异步电动机一、三相异步电动机的起动性能一、三相异步电动机的起动性能二、三相异步电动机的起动方法二、三相异步电动机的起动方法三、例题三、例题第三章 三相异步电动机 起动指电动机接通电源后由静止状态加速到稳定运行状态的过程.对电动机的起动性能要求二：起动电流小,起动转矩不大。1 1起动电流大的

41、原因起动电流大的原因 起动时, ,转子感应电动势大,使转子电流大,根据磁动势平衡关系,定子电流必然增大.1, 0sn2 2起动转矩不大的原因起动转矩不大的原因022stemTTTCI cos 起动时, ,远大于运行时的 ,转子漏抗 很大, 很低,虽然 很大,但 并不大.1ss22sXXs2cos2I22cosI 由于起动电流大,定子漏阻抗压降大,使定子感应电动势减小,对应的气隙磁通减小。由上述两个原因使得起动转矩不大.第三章 三相异步电动机星形星形-三角形三角形(Y ) 换接起动换接起动自耦降压起动自耦降压起动(3) 转子串电阻起动转子串电阻起动二、三相异步电机起动方法二、三相异步电机起动方法

42、 可以直接起动的条件：起动电流倍数可以直接起动的条件：起动电流倍数 )kW()kVAkI电电动动机机容容量量电电源源容容量量（341容量比较大的异步电动机必须要采取以下的起动方法。容量比较大的异步电动机必须要采取以下的起动方法。第三章 三相异步电动机ZUIll3:Y星形联结时ZUIll3 三三角角形形联联结结时时：YlIZlU+U1U2V1V1W1W2 lIlU+ZU1U2V1V2W1W231Y llII 二、三相异步电机起动方法二、三相异步电机起动方法 第三章 三相异步电动机L1L3L2FUU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1动触点动触点 Y动触点动触点 静触点静触点

43、 二、三相异步电机起动方法二、三相异步电机起动方法 第三章 三相异步电动机L1L3L2FUU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1UPU1+Ul+U2V1V2W1W2二、异步电机起动方法二、异步电机起动方法 第三章 三相异步电动机L1L3L2FUU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1U2Ul+U1V1V2W1W2 工作二、异步电机起动方法二、异步电机起动方法 第三章 三相异步电动机lUU31P 适用于正常运行时为适用于正常运行时为三角形联结的电机三角形联结的电机 2StUT ststTI结论：结论：Y 换接起动适合于空载或轻载起动的场换接起动适合于空载

44、或轻载起动的场合合 SYtst31TT起动电流与起动转矩起动电流与起动转矩二、三相异步电机起动方法二、三相异步电机起动方法 第三章 三相异步电动机NstSUIZ 直接起动时的起动电流：直接起动时的起动电流：11NstSsUUIZkZ 降压后二次侧起动电流：降压后二次侧起动电流：1211NststsUIIkk Z 变压器一次侧电流：变压器一次侧电流：21ststIIk 电网提供的起动电流减小倍数：电网提供的起动电流减小倍数：21ststTTk 起动转矩减小的倍数：起动转矩减小的倍数：自耦变压器一般有三个分接头可供选用。自耦变压器一般有三个分接头可供选用。自耦降压起自耦降压起动原理图动原理图二、三

45、相异步电机起动方法二、三相异步电机起动方法 第三章 三相异步电动机自耦降压起自耦降压起 动接线图动接线图 L1L3L2Q2工工作作起起动动二、三相异步电机起动方法二、三相异步电机起动方法 第三章 三相异步电动机2.2.绕线式电动机转子串电阻起动绕线式电动机转子串电阻起动 原理示意图原理示意图接线示意图接线示意图二、三相异步电机起动方法二、三相异步电机起动方法 第三章 三相异步电动机 电动机由a点开始起动，经bcdef gh，完成起动过程。转子回路串电转子回路串电 阻起动过程阻起动过程 二、三相异步电机起动方法二、三相异步电机起动方法 第三章 三相异步电动机12220220)(st2IIRXRE

46、I转子回路串电阻起动特点转子回路串电阻起动特点 22022212stXRURKT R2 - Tst -二、三相异步电机起动方法二、三相异步电机起动方法 第三章 三相异步电动机A2849230880380310453. 1)NNN3N2Ncos310 UPI 例例1：一台：一台Y225M-4型的三相异步电型的三相异步电 动机，定子动机，定子绕组型联结，其额定数据为：绕组型联结，其额定数据为：P2N=45kW,nN=1480r/min，UN=380V，N=92.3%，cosN=0.88， Ist/IN=7.0, Tst/TN=1.9，Tmax/TN=2.2，求，求： 1) 额定电流额定电流IN?

47、2) 额定转差率额定转差率sN? 3) 额定转矩额定转矩 TN 、最大转矩、最大转矩Tmax 、和起动转矩、和起动转矩TN 。三、例题三、例题 第三章 三相异步电动机 2由由nN=1480r/min，可知，可知 p=2minr 15000/n 013. 015001480150000N nnns 3）mN 4 .29014804595509550NN2NnPTmN 9638429022)(NNmaxmax .TTTTmN 8551429091)(NNstst .TTTT三、例题三、例题 第三章 三相异步电动机 在上例中：在上例中：(1)如果负载转矩为如果负载转矩为 510.2Nm, 试问在试问

48、在U=UN和和U =0.9UN两种两种情况下电动机能否起动？（情况下电动机能否起动？（2采用采用Y- 换接起动时，求起动电流和起动转矩。换接起动时，求起动电流和起动转矩。 又当负载转矩为起动转矩的又当负载转矩为起动转矩的80%和和50%时时，电动机能否起动？，电动机能否起动？ (1) 在在U=UN时时 Tst = 551.8Nm 510.2 N. m mN2 .510mN 4478 .5519 . 02stT (2) Ist =7IN=784.2=589.4 AA5 .1964 .5983131st stYII 在在U = 0.9UN 时时三、例题三、例题 第三章 三相异步电动机1323291

49、83%8042909183%80NstY .TT121459183%5042909183%50NstY .TTmN918385513131ststY .TT(3)三、例题三、例题 第三章 三相异步电动机 例例3：对例：对例2中的电动机采用自耦变压器降中的电动机采用自耦变压器降压起动，设起动时加到电动机上的电压为压起动，设起动时加到电动机上的电压为额定电压的额定电压的64%，求这时的线路起动电流，求这时的线路起动电流Ist和电动机的起动转矩和电动机的起动转矩Tst。解：设电动机的起动电压为解：设电动机的起动电压为U，电动机的起动电流为，电动机的起动电流为IststNst640640I.ZU.ZU

50、I 依据变压器的一次、二次侧电压电流关系，依据变压器的一次、二次侧电压电流关系，可求得线路起动电流可求得线路起动电流Ist。64. 0Nstst UUII三、例题三、例题 第三章 三相异步电动机A424145890.64 6406406406402st2ststst.I.I.I.I 2 UT 又又22Nstst640 .UUTT mN 226 8551640640 2st2st .T.Tst2stIxI st2stTxT 三、例题三、例题 第三章 三相异步电动机一、调速概述一、调速概述二、三相异步电动机调速方法二、三相异步电动机调速方法三、变频调速三、变频调速四、变极调速四、变极调速六、变转差

51、率调速六、变转差率调速 直流调速系统具有较优良的静、动态性能指标，因而，在过去很长时期内，调速传动领域大多为直流电动机调速系统。第三章 三相异步电动机一、调速概述一、调速概述量，每台风机、水泵平均可节能量，每台风机、水泵平均可节能20%，效果很，效果很可观。可观。第三章 三相异步电动机3 3特大容量、极高转速的交流调速系统特大容量、极高转速的交流调速系统 一、调速概述一、调速概述 第三章 三相异步电动机 pfsnsn106011 二、三相异步电机的调速方法二、三相异步电机的调速方法 变转差率调速变转差率调速变极调速变极调速 变频调速变频调速 一、变频调速一、变频调速 第三章 三相异步电动机 p

52、fsnsn106011 根据根据可知频率可知频率f下调时，转速下调时，转速n降低。降低。而频率而频率f上调时，转速上调时，转速n升高。升高。三、变频调速三、变频调速 f=50Hz逆变器M3 整流器+变频器变频器第三章 三相异步电动机 电机调速时，通常要考虑的一个重要因素是希望电机调速时，通常要考虑的一个重要因素是希望保持保持不变。因为如果磁通减弱，没有充分利用电机不变。因为如果磁通减弱，没有充分利用电机的铁心，电机出力不足；如果磁通增强，又会使铁心的铁心，电机出力不足；如果磁通增强，又会使铁心饱和，导致励磁电流过大。饱和，导致励磁电流过大。(1)频率下调时，使频率下调时，使常数11/fU则可保

53、持则可保持不变。不变。 由由mNfU11144.4 可知可知若要求电机在不同转速下都达到额定电流。若要求电机在不同转速下都达到额定电流。 频率下调时，频率下调时， 因为因为不变，所以转矩不变，所以转矩T也不变，也不变，属于恒转矩调速。属于恒转矩调速。22Tcos IKT 转矩转矩T随磁通随磁通变化。变化。三、变频调速三、变频调速 第三章 三相异步电动机f（2频率上调时，频率上调时， 因为因为变小变小 如果电压如果电压U也上调，则电压将超也上调，则电压将超过额定电压，这是不允许的，因过额定电压，这是不允许的，因此在调速过程中，只能保持此在调速过程中，只能保持U不不变，所以这是一种弱磁调速。变，所

54、以这是一种弱磁调速。因为因为变小，所以转矩变小，所以转矩T也变小。也变小。若要求电机在不同转速下都达到若要求电机在不同转速下都达到额定电流，因而功率不变，属于额定电流，因而功率不变，属于恒功率调速。恒功率调速。OnTfNf 变频调速的优点：具有较硬的机械特性，转速稳变频调速的优点：具有较硬的机械特性，转速稳定性好，调速范围宽，可实现无级调速。定性好，调速范围宽，可实现无级调速。变频调速的机械特性变频调速的机械特性三、变频调速三、变频调速 第三章 三相异步电动机四、变极调速四、变极调速第三章 三相异步电动机 采用变极调速方法的电动机称作双速电机，由采用变极调速方法的电动机称作双速电机，由于调速时

55、其转速呈跳跃性变化，因而只用在对调速于调速时其转速呈跳跃性变化，因而只用在对调速性能要求不高的场合，如铣床、镗床、磨床等机床性能要求不高的场合，如铣床、镗床、磨床等机床上。上。缺点：有级调速。缺点：有级调速。四、变极调速四、变极调速 变极调速只用于笼型电动机。变极调速只用于笼型电动机。第三章 三相异步电动机改变定子电压调速改变定子电压调速 绕线式电机转子外串电阻调速绕线式电机转子外串电阻调速 电磁转差离合器调速电磁转差离合器调速变变转转差差率率调调速速第三章 三相异步电动机 改变电动机的电压改变电动机的电压时，机械特性为：时，机械特性为：调压调速 调压调速既非恒转矩调速，也非恒功率调速，它最适

56、用于转矩随转速降低而减小的负载，如风机类负载，也可用于恒转矩负载，最不适用恒功率负载。第三章 三相异步电动机Tn0no22RR2R2R 转子回路串电阻调速需于典型的变转差率调速。转子回路串电阻调速需于典型的变转差率调速。优点：调速方法简单、设备简单投资少。优点：调速方法简单、设备简单投资少。缺点：能耗较大，轻载时调速范围小。这种调速方缺点：能耗较大，轻载时调速范围小。这种调速方式广泛应用于各种提升、起重设备中。式广泛应用于各种提升、起重设备中。nnTLTLs sTs2R2Ro串电阻调速第三章 三相异步电动机一、三相异步电动机的能耗制动一、三相异步电动机的能耗制动二、三相异步电动机的反接制动二、

57、三相异步电动机的反接制动四、三相异步电动机的反馈制动四、三相异步电动机的反馈制动 电动机自由停车时间较长，随惯性大小而不同，而某些生产机械要求迅速、准确地停车，这就使得必须采用快速、可靠的制动方式。第三章 三相异步电动机制动方法制动方法 机械制动机械制动 电气制动电气制动 能耗制动能耗制动 反接制动反接制动 发电反馈制动发电反馈制动 第三章 三相异步电动机一、三相异步电动机的能耗制动一、三相异步电动机的能耗制动 制动时， 三相绕组脱离三相电源， 由直流电流流过定子绕组，在气隙中形成恒定磁场。 过程分析：过程分析：由于惯性，由于惯性， 转子仍以转子仍以n速度旋转。速度旋转。 转子旋转，切割磁力线

58、转子旋转，切割磁力线感应电势感应电势感应电流感应电流 产生电磁力产生电磁力制动转矩制动转矩 在制动转矩和负载转矩共同作用下，在制动转矩和负载转矩共同作用下， 转子减速至转子减速至n0。 能耗制动可使反抗性负载准确停机， 使位能性负载匀速下放。直流励磁电流产生一个恒定的磁场直流励磁电流产生一个恒定的磁场 制动过程中，转子的动能转变为电能消耗在转子回路电阻上能耗制动。第三章 三相异步电动机+-运转运转制动制动RPnF转子转子T n0=0能耗制动示意图能耗制动示意图 一、三相异步电动机的能耗制动一、三相异步电动机的能耗制动 第三章 三相异步电动机1） 转向反向的反接制动正接反转）转向反向的反接制动正

59、接反转） 重物下放时，TZ与转速n方向一致。稳态时， 电磁转矩TTZ， 方向与n相反。 从机械特性分析：从机械特性分析： A点电动状态）n0, T0 B点制动状态）n0ABTS二、三相异步电动机的反接制动二、三相异步电动机的反接制动 第三章 三相异步电动机 转差率：1)(1111nnnnnnS等效电阻：等效电阻：0)(12RRSS机械功率吸收机械功率机械功率吸收机械功率0)(122RRSSI0)(2221SRRImPem电能从定子传向转子电能从定子传向转子PPpemcu 2全部消耗在电阻上全部消耗在电阻上二、三相异步电动机的反接制动二、三相异步电动机的反接制动 第三章 三相异步电动机2） 两相

60、对调反接制动两相对调反接制动 电机原运行于电动状态，两相对调后， 气隙磁密立即反向， 以-n1转速旋转； 电机机械特性从1到2； SSSSTTnnnnnnSmmm211111ABTS两种反接制动，两种反接制动， 均有均有S1。区别：区别： 前者由负载提供机械功率前者由负载提供机械功率 后者由整个转动部分提供储能。后者由整个转动部分提供储能。二、三相异步电动机的反接制动二、三相异步电动机的反接制动 第三章 三相异步电动机+-运转运转制动制动RPnFT n0两相对调反接制动示意图两相对调反接制动示意图2） 两相对调反接制动两相对调反接制动二、三相异步电动机的反接制动二、三相异步电动机的反接制动 第