第4章异步电动机

1、异步电动机异步电动机4.1 三相异步电动机三相异步电动机的结构及转动原理的结构及转动原理 是把交流电能转变为机械能的动力机械，是把交流电能转变为机械能的动力机械，广泛广泛（如：（如：机床、纺织机械、起重机、矿山机床、纺织机械、起重机、矿山机械等）、机械等）、（脱粒机、粉碎机、水泵及加工机械（脱粒机、粉碎机、水泵及加工机械等）、等）、（电风扇、空调、洗衣机、电冰箱及小（电风扇、空调、洗衣机、电冰箱及小功率电动工具等）。功率电动工具等）。电动机电动机发电机发电机电机电机直流电机直流电机交流电机交流电机（笼型、笼型、 绕线型）绕线型）特殊电机特殊电机接线盒接线盒转轴转轴机座机座定子定子铁心铁心定子定

2、子绕组绕组接线盒接线盒端盖端盖罩壳罩壳风扇风扇转子转子此外，还有端盖、轴承、风扇等部件。此外，还有端盖、轴承、风扇等部件。转轴转轴主要部件是主要部件是由定子和转由定子和转子两大部分子两大部分组成。组成。VVWUUW三相异步机的结构三相异步机的结构定子定子转子转子 三相异步电动机的定子三相异步电动机的定子是由机座、定子铁心和定是由机座、定子铁心和定子绕子绕 组组成。组组成。定子绕组定子绕组机座机座铁心铁心U1U22. 转子转子 三相异步电动机的转子是由转三相异步电动机的转子是由转子铁心、转子绕子铁心、转子绕 组和转轴组成。组和转轴组成。铁心铁心转子绕组转子绕组转轴转轴（转子铁心槽内嵌有铸铝导条）

3、（转子铁心槽内嵌有铸铝导条）（转子铁心槽内嵌有三相绕组）（转子铁心槽内嵌有三相绕组）鼠笼式转子 绕线式转子 异步电动机模型 三相异步电动机的定子铁三相异步电动机的定子铁心中放入三相定子绕心中放入三相定子绕 组。组。定子定子绕组绕组U1U2V1V2W1W2U1V1W1iuiviw t02 iuiwivitIi sinmu )120sin(Omv tIi )120sin(Omw tIi t =0iu u= 0= 0iv v为为负负值值iw w为为正正值值U1V1V2W1W2U2+ + +U1V1V2W1W2U2+ + + t=0360240120 t = 120 t = 240 t = 360U1

4、V1V2W1W2U2+ + +U1V1V2W1W2U2+ + + t02 iuiwivi 空间相差空间相差120 120 角的三角的三相绕组，通入对称三相电流相绕组，通入对称三相电流时，产生的是一对磁极的旋时，产生的是一对磁极的旋转磁场，转磁场， 如果改变流入三相绕组的电流相序如果改变流入三相绕组的电流相序, ,就能改变就能改变旋转磁场的旋转方向，三相异步电动机的旋转方向旋转磁场的旋转方向，三相异步电动机的旋转方向也就跟着改变。也就跟着改变。U1V1V2W1W2U2+ + +U-V-W-Un1U1V1V2W1W2U2+ + +U1V1V2W1W2U2+ + +U1V1V2W1W2U2+ + +

5、 U-V-W-U t0iuiwivi t=0360240120U1V1W1iuiwivU1V1V2W1W2U2+ + + t = 120U1V1V2W1W2U2+ + +U1V1V2W1W2U2+ + + t=0 t = 240 把三相异步电动机的三把三相异步电动机的三根线任意调换两根与电源相根线任意调换两根与电源相接，电动机旋转方向反向。接，电动机旋转方向反向。 t = 360 旋转磁场的磁极对数旋转磁场的磁极对数p与取决于三相定子绕组的结与取决于三相定子绕组的结构和连接方式。构和连接方式。pfn1160 (转转/每分）每分）电源频率电源频率电动机的磁极对数电动机的磁极对数750100015

6、0030004321pn(转转/每分每分)U1U2V1V2W1W2+ + +SN+ff转子转子转速转速n异步电动机原理图异步电动机原理图+转子转子定子定子磁场转速磁场转速n1n 三相异步电动机转子在旋三相异步电动机转子在旋转磁场的作用下转动起来，其转磁场的作用下转动起来，其转向与旋转磁场的转向相同。转向与旋转磁场的转向相同。磁场转磁场转速速n1转子转子感应电感应电动势动势(电流电流)n = (1s) n1转差率：转差率：0 s sN= 0.01 0.061 11 1n nn nn ns s 例例 一台额定转速为一台额定转速为1450r/min的三相异步电动机，的三相异步电动机，求：求：额定转差

7、率。额定转差率。解：解：速速）旋旋转转磁磁场场转转速速（同同步步转转 1 1n n转转子子转转速速 n因为因为sN= 0.01 0.06，所以该电动机为，所以该电动机为4极电机，极电机，旋转磁场转速为旋转磁场转速为1500 r/min。033033. .0 01500150014501450150015001 1N N1 1N N n nn nn ns s01000 /minnr3p 05. 010009501000010nnnsN某三相异步电动机额定转速（即转子转速）某三相异步电动机额定转速（即转子转速）n=950r/min，试求工频情况下电动机的额定转差率，试求工频情况下电动机的额定转差率

8、及电动机的磁极对数。及电动机的磁极对数。磁极对数磁极对数额定转差率为：额定转差率为：由于电动机的额定转速接近于同步转速，所以可得由于电动机的额定转速接近于同步转速，所以可得电动机的同步转速电动机的同步转速例：例：4.2 三相异步电动机的三相异步电动机的电磁转矩与机械特性电磁转矩与机械特性 电动机的电动机的电磁转矩电磁转矩是由是由和定和定子子相互作用产生的。相互作用产生的。 电磁转矩的大小与转子电流的有功分量电磁转矩的大小与转子电流的有功分量(I2a)、旋、旋转磁场的强弱转磁场的强弱( 0)成正比。成正比。2 22 20 0T Ta a2 20 0T Te em mc co os s I IC

9、CI IC CT T T TC C与电动机结构有关的常数与电动机结构有关的常数2 2coscos 转子回路的功率因数转子回路的功率因数电磁转矩与电动机参数之间的关系：电磁转矩与电动机参数之间的关系：2 22 20 02 22 22 22 21 1T Te em m) )( (s sX XR Rs sR RU UC CT T 2 22 20 02 22 22 22 21 1T Te em m) )( (s sX XR Rs sR RU UC CT T T TC C 电动机结构常数电动机结构常数 U1 电动机电源电压，电源电压波动对电动机的转电动机电源电压，电源电压波动对电动机的转矩影响很大。矩影

10、响很大。 R2 电动机转子绕组电阻。电动机转子绕组电阻。 X20 电动机转子不转时，转子绕组的漏抗。电动机转子不转时，转子绕组的漏抗。 S 电动机的转差率。电动机的转差率。STem10TstTmsmsNTNTem = f (S) TN 额定转矩额定转矩2 22 20 02 22 22 22 21 1T Te em m) )( (s sX XR Rs sR RU UC CT T Tm 最大转矩最大转矩Tst 起动定转矩起动定转矩电动机的电磁转矩与电动机的电磁转矩与转差率之间的关系转差率之间的关系当当 U1 、R2 、X20为固定值时，为固定值时， 电动机的电磁转矩与转速之间的关系曲线。电动机的电

11、磁转矩与转速之间的关系曲线。1 1) )1 1( (n ns sn n Tem = f (S)n = f (Tem)稳定运行时，电动机轴上输出的稳定运行时，电动机轴上输出的转矩等于负载转矩转矩等于负载转矩 Tem T2稳定运行区域：稳定运行区域：AB段段当负载转矩发生变化时，当负载转矩发生变化时，电动机能自动调节到新的电动机能自动调节到新的稳定运行状态。稳定运行状态。如：如：在在N点稳定运行，点稳定运行，TN=T2，当当T2 ，n , Tem ,2 2ememT TT T 时在时在D点稳定。点稳定。n0n1TemABTstTmnNTNNDnD2 2T T n0n1TemTstTmnNTNN 1

12、. 额定转矩额定转矩TN N NN NN N9 95 55 50 0n nP PT T 电动机额定运行时的转矩电动机额定运行时的转矩PN 单位：千瓦（单位：千瓦（kW）nN 单位：转每分（单位：转每分（r/min）TN 单位：牛单位：牛米（米（N m）例例: 有两台功率相同的异步电动机，一台有两台功率相同的异步电动机，一台PN=7.5 kW，nN=962r/min，UN=380V，另一台，另一台PN=7.5 kW，nN=1450r/min，UN=380V，求电动机额定转矩。，求电动机额定转矩。解解 : 第一台第一台N NN NN N9 95 55 50 0n nP PT T m mN N4 4

13、5 5. .7 74 49 96 62 25 5. .7 79 95 55 50 0 第二台第二台m mN N4 4. .4 49 91 14 45 50 05 5. .7 79 95 55 50 0N N T T2. 最大转矩最大转矩Tm2 22 20 02 22 22 22 21 1T Te em m) )( (s sX XR Rs sR RU UC CT T 令令0 0d dd de em m S ST T0 02 20 02 2m m X XR RS S代入得代入得:得临界转差率得临界转差率20202 21 1T Tm m2 2X XU UC CT T n0Tem1U11UU U1sm

14、0Tm2R22RR R2Temn3. 起动定转矩起动定转矩Tst 过载能力过载能力 (最大转矩倍数最大转矩倍数) N NT TT Tm mT T 起动瞬间起动瞬间 n=0，s=1 当负载转矩当负载转矩 T2 5.75 不允许接起动。不允许接起动。（2）Y- 换接换接起动起动N NN NN Ns st ts st t5 5. .0 04 47 7. .0 04 4. .1 13 31 13 31 1T TT TT TT TT T 不能采用不能采用Y- 换接换接起动。起动。 例例: 已知一台已知一台PN=10kW，IN=20 A，UN=380 V， nN=1450r/min , 接三相笼型电动机，

15、由手册查得：接三相笼型电动机，由手册查得：Ist/ IN =7，Tst/TN =1.4，拟半载起动，拟半载起动,电源容量为电源容量为200kVA,试选试选择适当的起动方法择适当的起动方法,并并求此时的起动转矩和起动电流。求此时的起动转矩和起动电流。解解: （3）自耦补偿器）自耦补偿器起动起动由题意由题意N Ns st t5 5. .0 0T TT T N Ns st t4 4. .1 1T TT T 设：设：自耦变压自耦变压器的变比为器的变比为Ka6 67 7. .1 11 1a as st t2 2a as st t K KT TK KT T6 6. .0 06 67 7. .1 11 11

16、 1a a K K变压器抽头为变压器抽头为（抽头置于（抽头置于60%位置）位置）N NN N2 2s st t2 2a as st t5 50 04 4. .0 04 4. .1 16 6. .0 0/ /1 1T TT TT TK KT T N NN N2 2s st t2 2a as st t5 52 2. .2 27 76 6. .0 0/ /1 1I II II IK KI I N NN NN N/ /95509550n nP PT T m mN N8686. .656514501450/ /101095509550 m mN N2 2. .3 33 38 86 6. .6 65 55

17、 50 04 4. .0 0s st t T TA A4 4. .5 50 02 20 05 52 2. .2 2s st t I In1. 能耗制动能耗制动调节制调节制动电流动电流RPQ2 制动准确、平稳、能量消耗小。但制动力较弱制动准确、平稳、能量消耗小。但制动力较弱,且需要有直流电源。且需要有直流电源。固定磁固定磁场场制动原理制动原理TemM3 Q12. 反接制动反接制动QRM3 运行运行制动制动n制动原理制动原理Tem旋转旋转磁场磁场 将电源的任意两相将电源的任意两相对调，产生反向旋转磁对调，产生反向旋转磁场，产生制动转矩。场，产生制动转矩。方法简单，制动效果好，方法简单，制动效果好，

18、但能耗大。但能耗大。制动限制动限流电阻流电阻3. 回馈制动回馈制动 电动机转速电动机转速n大于大于旋转磁场转速旋转磁场转速n1。如起。如起重机重物下放时。重机重物下放时。n制动原理制动原理Tem旋转旋转磁场磁场n n1电动机处于发电运行状态。电动机处于发电运行状态。pfsnsn1060)1()1( 变频调速（笼型电动机）变频调速（笼型电动机）变极调速（笼型电动机）变极调速（笼型电动机）变转差率调速（绕线型电动机）变转差率调速（绕线型电动机） 电动机的转速与电源频率、电机磁极对数、电动机的转速与电源频率、电机磁极对数、转差率有关。转差率有关。1.变极调速变极调速电源频率不变，改变电动机的磁极对数

19、电源频率不变，改变电动机的磁极对数 p p 调速。调速。U11U21U12U22P=2U11U21U12U22U1U2U11U21U12U22P=1U1U2U11U21U12U222. 变频调速变频调速 改变频率（改变频率（f f1 1) )调整调整电动机的电动机的转速，属无级调速，调速性能好，转速，属无级调速，调速性能好，但需有一套专用变频设备。但需有一套专用变频设备。3. 变转差率调速变转差率调速f=50HzM3 变频设备变频设备f1 可调可调 在绕线式电动机转子绕组中串入在绕线式电动机转子绕组中串入可调电阻可调电阻R , 可改变可改变 s 和和 n。n n Tm02R22RR R2Tem

20、nnT2可实现小范围无级调可实现小范围无级调速，但能耗大，效率速，但能耗大，效率低，广泛应用于起重低，广泛应用于起重设备。设备。4.4 三相异步电动机三相异步电动机的铭牌数据的铭牌数据向使用者简要说明电动机的一些额定数向使用者简要说明电动机的一些额定数据和使用方法。据和使用方法。例：某电动机铭牌数据如下。例：某电动机铭牌数据如下。 三相异步电动机三相异步电动机型号型号Y132 M - 4 功率功率7.5kW 频率频率50HZ电压电压 380V 电流电流15.4A 接法接法 转速转速 1440 r/min 绝缘等级绝缘等级B 工作方式工作方式 连续连续 年年 月月 编号编号 电机厂电机厂1. 型

21、号型号Y 132 M - 4三相异步电动机三相异步电动机机座中心高机座中心高(mm)磁极数磁极数机座长度代号机座长度代号(S短机座短机座 ;M中机座中机座;L长机座长机座)2. 功率功率PN 额定运行时，轴上输出的机械功率。额定运行时，轴上输出的机械功率。 输入功率输入功率 COS3NN1IUP 效率效率1N/ PP 3. 电压电压UN 额定运行时，定子绕组上应加的额定运行时，定子绕组上应加的线电压线电压。4. 电流电流IN 在在UN、 PN时，时，流入定子绕组的流入定子绕组的线电流线电流。5. 转速转速nN 在在UN、 PN、 IN时，时，电动机电动机转子转子的转速。的转速。1U1V1W2U2V2W1U1V1W2U2V2W6. 接法接法 电动机三相定子绕组的接线方法。电动机三相定子绕组的接线方法。1U1V1W2U2V2W1U1V2U2V2W1W接线盒接线盒接线盒接线盒 接接Y接接7. 频率频率 fN 我国电网频率为我国电网频率为50HZ。8. 温升及绝缘等级温升及绝缘等级电动机常用绝缘材料分为五个等级。电动机常用