第七章交流电动机

1、第七章第七章 交流电动机交流电动机主要内容：主要内容： 三相异步电动机的构造三相异步电动机的构造 三相异步电动机的转动原理三相异步电动机的转动原理 三相异步电动机的电路分析三相异步电动机的电路分析 三相异步电动机的转矩与机械特三相异步电动机的转矩与机械特性性 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动 三相异步电动机的铭牌数据三相异步电动机的铭牌数据7.1 三相异步电动机的构造三相异步电动机的构造鼠笼式绕线式定子（固定部分） 转子（旋转部分）组成：定子(作用： 产生旋转磁场)由定子铁心，定子绕组和机座三部分组成(

2、1)定子铁心：由0.35毫米0.5毫米厚硅钢片叠压 而成。槽口用以嵌放定子绕组,是电动机磁路部分(2)定子绕组：由三相对称绕组组成，这三相绕组 按一定的空间角度依次嵌放在定子槽中，定子饶 组可作星形连接或作做三角形连接，在电机铭牌上 均有说明.转子(作用：在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电流。) 由转轴，转子铁心，转子绕组三部分组成。 （1）转子铁心。由硅钢片叠成压装在转子轴上，硅钢片 冲有沟槽,供嵌转子绕组（称导线槽）。 （2）转子绕组。由许多铜条或铝条构成。嵌在导线槽 内，两端再用金属环（也叫短路环）焊成鼠笼形式。7.2 三相异步电动机的转动原理三相异步电动机的转动原理演示实验SN磁极间

3、放一个由铜条构成的鼠笼式转子，当摇动磁极时转子跟着转动。异步电机转子转动原理与之相似.实验结论:1. 线圈跟着磁铁转两者转动方向一致2. 线圈比磁场转得慢 旋转磁场的产生在鼠笼式异步电动机中，旋转磁场是由三相交流电通过相应的定子绕组时产生的。240sin120sinsintIitIitIimCmBmA通入三相交流电AiBiCimItBiAXBYCZAiCi这是由于空间排列相差这是由于空间排列相差 的定子绕组，当通以时间上也的定子绕组，当通以时间上也相差相差 的交流电流时，其产生的磁场必定在空间与时间上的交流电流时，其产生的磁场必定在空间与时间上相差相差 ，当各绕组的电流，当各绕组的电流 、 、

4、 、相继达到最大值、相继达到最大值时，其相应的绕组磁场也先后到达最大值，其效果必定是时，其相应的绕组磁场也先后到达最大值，其效果必定是磁极的旋转。磁极的旋转。120120120AiBici 60tAXYCBZSN0n60A120tXYCBZ0n可见三相交流电在时间上变化一周，磁场方向在空可见三相交流电在时间上变化一周，磁场方向在空间上也转了一周。这就是旋转磁场。间上也转了一周。这就是旋转磁场。三相异步电动机由三相交流电产生的旋转磁场切割三相异步电动机由三相交流电产生的旋转磁场切割转子导体（铜或铝），便在其中感应出电动势和电转子导体（铜或铝），便在其中感应出电动势和电流，转子电流同旋转磁场相互作

5、用产生电磁转矩，流，转子电流同旋转磁场相互作用产生电磁转矩，使电动机转动起来。转子转动方向和磁场旋转的方使电动机转动起来。转子转动方向和磁场旋转的方向是一致的向是一致的. . 电动机反转，必须改变磁场的旋转方向电动机反转，必须改变磁场的旋转方向, ,只要将只要将连接三相电源的三根导线中任意两根对调一下即可连接三相电源的三根导线中任意两根对调一下即可 旋转磁场的极数BiAXBYCZAiCi此种接法下，绕组的始端之间相差120度空间角，合成磁场只有一对磁极，则极对数为1。AXYCBZNS旋转磁场的极数和三相绕组的安排有关即：P=1CYABCXYZAXBZAiBiCi将每相绕组分成两段，按右下图放入

6、定子槽内，绕组的始端之间相差60度空间角，形成的磁场则是两对磁极。即：P=2ABCABCXYZ 三相异步电动机的转速 电动机的转速是与旋转磁场有关的。而磁场极数不同则磁场的转速就不同，在一对磁极的情况下，交流电经历一个周期磁场恰好在空间转过一圈，若定子电流的频率为f1，旋转磁场在每分钟将转过60f1 周。当磁极对数为 p p时，磁场的转速为（转每分）pfn1060在我国(f1=50Hz)，磁极对数为 p p的磁场转速n0为p）（min/0rn123456300015001000750600500(1) 转子转速 n n电动机运行时的实际转速也就是转子转速 n n。(2) 同步转速 n n0 0

7、电动机旋转磁场的转速也称为同步转速 n n0。根据电动机的转动原理，转子转速将小于磁场的转速，即n n n n0。若二者相等，转子就没有切割磁力线作用，转矩也就消失了，因此转子不可能以n n0的转速正常运行。(3) 转差率 s s 转差率 s s 是表示转子转速n n与磁场转速n n0 之间差别程度的，即00nnns7.2 三相异步电动机的定子与转子电路三相异步电动机的定子与转子电路i2定子电路R1R2i1u1e1e 1e2e 2转子电路dtdNeeeRiu1111111 (1)定子电路tNum1111cos设：tsin1m11112 fNNUmmmmNfUUE1111144. 42设：(2)

8、 转子电路1e1e1u1i2i2e2e1f2f根据电动机的转动原理，异步电动机之所以能够转动，是因为转子绕组在旋转磁场中要产生感应电动势e e2，进而产生转子电流i i2，而与旋转磁场作用产生电磁转矩T T 。1. 转子绕组中的感应电动势转子绕组中的感应电动势旋转磁场的主磁通在每相转子绕组产生感应电动势其有效值为 f f2为转子绕组中电流的频率。 转子绕组中的感应电动势dtdNeF22F22244. 4NfE 转子绕组中电流的频率转子绕组中电流的频率 f f2 2可见，转子电流频率与转差率 s s 有关，也就是与转速n n 有关。在 s s=1 即(n n =0)时，转子电流频率最大 f f2

9、= f f1。对额定转速时， s s为19%，则f f2= 0.5 4.5 Hz。由此，进而可得转子感应电动势的有效值为E E20为 s s = 1 (或n n=0)时转子所产生的感应电动势的有效值因为旋转磁场和转子之间的相对转速为 (n n0 0 n n)，所以 1000026060)(fspnnnnnnpf2021244. 4sENfsEFF212044. 4NfE 转子绕组中的电流转子绕组中的电流 转子电流也要产生漏磁通2，每相绕组中的感应电动势为对转子电路应用KVL，有若用相量表示，则为1e1e1u1i2i2e2e1f2f每相绕组的电路图每相绕组的电路图X X2与转子频率f f 2有关

10、，即可见，转子感抗与转差率有关。其中X X20是s=1(或n=0)时的转子感抗dtdiLe222dtdiLRieRie22222222)(+22222222)(XIjRIERIE+202122222XsLfsLfX21202LfX将感抗X X2代如上式，可得转子电流为可见，转子电流I I2 2也与转差率s s有关，如图曲线所示。转差率s s增加(转速n n减小)时，转子切割磁力线加剧，于是E E2 2增加，I I2 2也增加。0 0I I2 2, , coscos 2 2s s1 1I I2 2coscos 2 2由于转子漏磁通的存在，呈电感性，因此 I I2 2 比 E E2 2 滞后2 2

11、角。转子绕组转子绕组的功率因数为的功率因数为也与转差率s s有关(见图示曲线)。22222222)(XI jRIERIE+2202220222222)(sXRsEXREI+220222222222)(cossXRRXRR+1、电磁转矩 ：转子中各载流导体在旋转磁场的作用下, 受到电磁力所形成的转距之总和。22cosIKTmTTK常数常数m每极磁通每极磁通2I转子电流转子电流2转子电路的功率因数转子电路的功率因数即：7.4 三相异步电动机的转矩与机械特性三相异步电动机的转矩与机械特性21220222)(UsXRsRKT+或：2、机械特性曲线由转矩公式得特性曲线：Ts10n0Tn一定的电源电压和转

12、子电阻之下，转矩与转差率的关系曲线或转速与转矩的关系曲线21220222)(UsXRsRKT+NT（1）额定转矩 ：电动机在额定电压下，以额定转速 运行，输出额定功率 时，电动机转轴上输出的转矩。2PNnn0TnNTnN)/()(955060222分转千瓦NNNnPnPT（2）最大转矩 ：maxT电机将会因带不动负载而停转。maxTTL电机带动最大负载的能力，如果n0TnmaxT求解：0ST2021max21XKUT21220222)(UsXRsRKT+得：stT（3）起动转矩 电动机起动时的转矩。n0TnstT21220222)(UsXRsRKT+0n1)(s 其中LstTT stT 体现了

13、电动机带载起动的能力。若体现了电动机带载起动的能力。若 电机能起动，否则将起动不了电机能起动，否则将起动不了。则：21220222)(UXRRKTst+stI（1）起动电流中小型鼠笼式电机起动电流为额定电流的5-7 倍。0n原因：起动时 ，转子导条切割磁力线速度很大。定子电流转子感应电势转子电流1.起动性能7.5 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 频繁起动时造成热量积累，致使电机过热 大电流使电网电压降低，影响其他负载（2）起动转矩起动时，虽然转子电流较大，但因转子的功率因数很低，因此起动转矩并不是很大的，与额定转矩之比为1.0-2.2。如果起动转矩过小，就不能满载起动，应设法提高；如

14、果起动转矩过大，会使传动机构受到冲击而损坏，应设法减小。2. 起动方法：（1 1） 直接起动直接起动 20-3020-30千瓦以下的异步电动机一般采用直接起动千瓦以下的异步电动机一般采用直接起动（2 2） 降压起动降压起动 方法简单，但起动电流较大，影响电网上其它负载。在起动时降低加在电动机定子绕组上的电压，以减小起动电流，鼠笼式电动机常用的降压起动方法有Y换接起动和自耦降压起动。 正常正常运行运行lUAZBYXClI 起动起动ABCXYZlUlYIZUIllY33ZUIll设：电机每相阻抗为zY换接起动31llYIIPPUU31（1）仅适用于正常接法为三角形接法的电动机。 （2） Y 起动时

15、，起动电流减小的同时，起动 转矩也减小了。 Y 起动注意事项：（3）降压起动适合于空载或轻载起动的场合StstYTT31RRR（3）转子串电阻起动（绕线式电动机） 起动时将适当的R串入转子 绕组中，起动后将R 短路。 适合于绕线式转子122IIR+2202202)(XREIst1. 改变极对数 有级调速。方法：在绕线式电动机的转子电路中接入调速电阻，改变电阻的大小，就可得到平滑调速。7.5 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速p2. 改变转差率 s无级调速得调速方法：pfsnsn106011由 适用于绕线式电动机3. 变频调速：无级调速恒转矩调速：低于额定转速时，保持U1/f1的比值近似不

16、变，这时磁通和转矩也都近似不变。恒功率调速：高于额定转速时，应保持U1=U1N，这时磁通和转矩都减小。转速增大，转矩减小，使功率近似不变。此种调速方法发展很快，且调速性能较好。其主要环节是研制变频电源（常由整流器、逆变器等组成）。1. 型号 2. 转速: 电机轴上的转速（n)。如： n =1440 转/分4 4：磁极数：磁极数( (极对数极对数 p p=2)=2)同步转速同步转速15001500转转/ /分分Y Y：三相异步电动机：三相异步电动机132132：机座中心高（：机座中心高（132mm132mm）M M：机座长度代号（：机座长度代号（M-M-中机座；中机座；S-S-短机短机 L- L-长机座）长机座）7.8 三相异步电动机的铭牌数据三相异步电动机的铭牌数据Y 132MY 132