电工电子 第4章 交流电动机0426

1、异步交流电动机授课内容：异步交流电动机授课内容： 鼠笼式转子鼠笼式转子定子铁芯与定子绕组定子铁芯与定子绕组XACZYB定子定子铁芯铁芯B YA XC Z定子铁芯定子铁芯：定子三相绕组定子三相绕组：匝数相同匝数相同空间排列互差空间排列互差1200（作为导磁路经）（作为导磁路经）定子绕组定子绕组AXBYCZ首端首端末端末端(1) 鼠笼式转子鼠笼式转子 铁芯槽内放铜条，端铁芯槽内放铜条，端 部用短路环形成一体。部用短路环形成一体。 或铸铝形成转子绕组。或铸铝形成转子绕组。(2) 绕线式转子绕线式转子根据转子的不同，交流异步电动机分为：根据转子的不同，交流异步电动机分为： 结构简单、价格低廉、工作可靠

2、；不能人为改结构简单、价格低廉、工作可靠；不能人为改变电动机的机械特性。变电动机的机械特性。 结构复杂、价格较贵、维护工作量大；转子结构复杂、价格较贵、维护工作量大；转子外加电阻可人为改变电动机的机械特性。外加电阻可人为改变电动机的机械特性。fNSn0ei放入闭合线圈，由轴承架起放入闭合线圈，由轴承架起线圈导体切割磁力线，感线圈导体切割磁力线，感生电动势生电动势 e (右手定则）右手定则）感生电动势感生电动势 在线圈在线圈中驱动电流中驱动电流 电流电流 在磁场中受力在磁场中受力产生转距，使线圈转动产生转距，使线圈转动可转动闭合线圈可转动闭合线圈 120sin120sinsinmCmBmAtIi

3、tIitIi BiAXBYCZAiCiCiAiBiitmIo i 0: 首端流入，尾端流出。首端流入，尾端流出。 AYCBZX规定规定 i 0, iB0, iC0, iB0, iC=0iA=0, iB0AXYCBZAXYCBZAXYCBZNS0 t 60t 60 90t 600动画动画SNSNit 0iAiBiC2 900结论：结论： 分析可知，三相电流产生的合成磁场是一旋转的分析可知，三相电流产生的合成磁场是一旋转的磁场，磁场， 即：即：AXYCBZAXYCBZAXYCBZNSSNSN2 2. . 从上图可以看出，从通入从上图可以看出，从通入iA的绕组转向通入的绕组转向通入iB的绕的绕组再转

4、向通入组再转向通入iC的绕组的绕组1pBiAXBYCZAiCiAXYCBZNS0 t CYABCXYZAXBZAiBiCiX A AXBYB Y CC ZZ iA=0, iB00 t NSSN同理：若定子每相绕组由同理：若定子每相绕组由 n 个线圈串联个线圈串联则则: 形成形成 n 对磁极的旋转磁场。对磁极的旋转磁场。P = n分分）转转分分）转转/ /( (/ /( ( 30006010 fnp=1时时:电流每变化一个周期，旋转磁场在空间旋转一圈电流每变化一个周期，旋转磁场在空间旋转一圈电流每秒变化电流每秒变化 f1周期周期, 工频：工频： f1 =50HZ同步转速：同步转速：分分）转转分分

5、）转转/ /( (/ /( ( 1500602110 fnp=2时时:电流每变化一个周期，旋转磁场在空间旋转半圈电流每变化一个周期，旋转磁场在空间旋转半圈同步转速：同步转速：p=p时时:电流每变化一个周期，旋转磁场在空间旋转电流每变化一个周期，旋转磁场在空间旋转1/n圈圈分分）转转/ /( ( 10601fpn 同步转速：同步转速：n0)/( 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 3p120分）转/( 00014p分分）转转/( 75090旋转

6、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有关。有关。AXYCBZ分分）转转/( 6010pfn BlvBliFvF0nNS%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 1：三相异步电动机，其额定转速三相异步电动机，其额定转速 nN = =975 r/min，电，电源频率源频率 f1 1= =50 Hz。试求电动机的极对数和额定负载下的。试求电动机的极对数和额定负载下的转差率。转差率。解：解：由由nN= =975 r/min可知：可知：n0=1000 r/min , 2.5%100%10009751000%1000

7、0 nnns1i2i定子相当于变压器一次，转子相当于变压器二次。定子相当于变压器一次，转子相当于变压器二次。可画出等效电路（三相对称，化为一相计算）可画出等效电路（三相对称，化为一相计算）定子绕组电阻定子绕组电阻 R R1 1 , ,漏感漏感 L1 ， 主磁通在定子感生电势主磁通在定子感生电势 e1转子绕组电阻转子绕组电阻 R R2 2 , ,漏感漏感 L2主磁通在转子感生电势主磁通在转子感生电势 e2 ,定子电路：定子电路：转子电路：转子电路：1 1R R1L1e1u2 2R R2L2e转子转子短路短路1i2i1 1R R1L1e1u2 2R R2L2e11eeRiu )e(dtdiLRi1

8、111 旋转磁场在空旋转磁场在空间按正弦分布，切间按正弦分布，切割定子和转子绕组，割定子和转子绕组，感生电动势感生电动势 均为正均为正弦量弦量) )( () )( (1 11111EEIRU ) )( (L Lj j1 111111EIIR 相量式：相量式：1E 1111444NfEU. 为每极磁通，也等为每极磁通，也等于正弦磁通的最大值于正弦磁通的最大值N1为定子绕组的匝数为定子绕组的匝数 旋转磁场的磁通旋转磁场的磁通 每极磁通每极磁通111444Nf.U 1U 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 ， 定子感应电势的频率定子感应电势的频率 f16001pn

9、f f 1= 电源频率电源频率 f1111444NfEU. 定子感应电势的频率定子感应电势的频率每切割过一对磁极，电动势变化一周，每切割过一对磁极，电动势变化一周，每分钟割过每分钟割过 pn0 对磁极对磁极, 所以所以:1i2i1 1R R1L1e1u2 2R R2L2edtdiLiRe22222 222222ILjIRE 相量式：相量式：22222ILfj2IR f2为转子电量的频率 定子感应电势频率定子感应电势频率 f 1 转子感应电势频率转子感应电势频率 f 21000026060fspnnnnpnnf 旋转磁场与转子导体间的相对速度为旋转磁场与转子导体间的相对速度为 n2 = n0n

10、，每切割过一对磁极，电动势变化一周，每切割过一对磁极，电动势变化一周，每分钟割过每分钟割过 p(n0-n) 对磁极对磁极, 所以所以: p60nnf02 只有只有n=0n=0时，时，f1 = f2 ，与变压器情况相同，与变压器情况相同 当转速当转速 n = 0(s=1)时，时， f 2= f1最高，则最高，则 E2 最大，记为最大，记为E20E20= 4.44 f 1N2 即即E2= s E20 2122222LfsLfX 当转速当转速 n = 0(s =1)时，时， f 2最高，则最高，则 X2 最大，记为最大，记为X20 X20= 2 f1L 2即即X2= sX20 222222XREI

11、2202220)(sXRsE )(0002nnIs 2202220max21XREIs 220222222222)( cossXRRXRR 220RsXs很小时1cos2 202XRss 较较大大时时s1cos2 222222ILfj2IR E由：由：2222IjIRX 2202220222222)( XREXREIss 2202222)(cosXRRs )(2 Isn)cos(2 sn 结论：结论：转子转动时，转转子转动时，转 子电路中的各量均与转子电路中的各量均与转 差率差率 s有关，即与转速有关，即与转速 n有关。有关。I2cos 2s1I2,2cos O22Tcos IKT 常数，与电

12、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, , T, , 2I T 2cosT 转子电流的转子电流的有功分量有功分量21220222)(UsXRsRKT 22022202)( XREIss 2202222)(cosXRRs 444111NfU. 将将代入上式代入上式22 cos IKTT 由：由：整理，并将常数项合并为整理，并将常数项合并为 K K , , 得：得：21220222)(UsXRsRKT 21UmaxTmSNSOTS曲曲线线)(sfT 曲曲线线)(Tfn 根据转矩公式根据转矩公式22022212)(sXRU

13、sRKT 得特性曲线：得特性曲线：NnmaxTstTOnTNT0nstT1NT)/()(9550NNN分分转转千千瓦瓦nPT (N m)PT2 nPnPPT95506022 转动角转动角速度速度202TTTT （T T0 0为空载损耗转距）为空载损耗转距） 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m.N7 .4914405 .795509550NNN nPTOnT0nNnNTOTSNTNS21220222UsXRsRKT)(2021max2XUKT 0dd ST令

14、：令：得得:202mXRss 临界转差率临界转差率代入转矩公式，可得代入转矩公式，可得:maxTmSOTSNmaxTT 2 .28 .1 12 II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22022212)(sXRUsRKT 22022212stXRURKT 电动机起动时电动机起动时(n=0或或s=1)的转矩。的转矩。体现了电动机带载起动的能力。体现了电动机带载起动的能力。 0nOnTNststTTK 起动能力可用系数起动能力可用系数Kst描述描述起动时起动时s=1 : 21maxUT 讨论讨论: : UU1 1 和和 R R2 2变化对机械特性的影响：变化对机械特性的影响

15、：: 21stUT OTS1(1) U1对机械特性的影响对机械特性的影响22022212stXRURKT 2021m2XUKT 202mXRs max1TU s st tTU1mSmaxTmaxTs st tTs st tT当当U U1 1变化时：变化时： Tm变化，变化，Tst变化变化, , Sm不变不变T2当当U U1 1时：若负载时：若负载 T2不不变，变，则：则：Sn(2) (2) R R2 2变化对机械特性的影响变化对机械特性的影响22022212stXRURKT 2021m2XUKT 202mXRs OTS1maxTmSmSR2若若 R2变化：变化：Sm变化变化, Tm不变不变当当

16、 R2时：时：Sm，TstT2绕线式电机改变转子附绕线式电机改变转子附加电阻加电阻R 2 可实现调速。可实现调速。对绕线式电机改变转子附对绕线式电机改变转子附加电阻加电阻 R 2 , 可增大可增大Tst，最，最大大可使可使Tst =Tmax 。stT 0nTOnmaxTT2 T2 TT =T2n (s)T2aT 2b设负载转距为设负载转距为T T2 2，转速为，转速为n n，电机运行与，电机运行与a a点（点（T=TT=T2 2) )若负载转距变化时若负载转距变化时T达到新的平衡，电机运行与达到新的平衡，电机运行与b b点点一般中小型鼠笼电动机的一般中小型鼠笼电动机的 IstIN= 5 7 (

17、指线电流）指线电流） 一般电动机的一般电动机的 Tst TN= 所以起动所以起动 星形星形-三角形三角形(Y ) 换接降压起动换接降压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、三十千瓦以下的异步电动机可采用直接起动。二、三十千瓦以下的异步电动机可采用直接起动。将异步电动机直接接到额定电压电源上启动。将异步电动机直接接到额定电压电源上启动。起动时，将异步电动机接到低于额定电压电源上。起动时，将异步电动机接到低于额定电压电源上。ZUIll3:Y 星形联结时星形联结时ZUIll3 三三角角形形联联结结时时：31Y llII31YlIZlU+U1U2V1V1W1W2 lIlU

18、+ZU1U2V1V2W1W2ZlUU31P (a) 仅适用于正常运行为三角形联结的电机。仅适用于正常运行为三角形联结的电机。 )(2StUT (b) Y 起动起动 ststTIY 换接起动适合于空载或轻载起动的场合换接起动适合于空载或轻载起动的场合SYtst31TT UlU1W2V2W1+U2V1UP+Ul+U1W2V2W1U2V1L1L3L2FUQQ2R 12220220)(st2IIRXREIRR滑环滑环电刷电刷定子定子转子转子起动电阻起动电阻 R2 Tst 22022212stXRURKT 22RR stTTOn0nmaxT2R2R stT M3M3 pfsnsn106011 f=50H

19、zM3 +变频调速方法变频调速方法:f1f1N时，应采用恒功率调速：保持时，应采用恒功率调速：保持U1 U1N(可实现无级调速可实现无级调速)A1X1A2X2iiP=2A1A2X1X2NNSSA1X1A2X2iiP=1采用变极调速方法的电动机称作双速电机采用变极调速方法的电动机称作双速电机A1A2X1X2SN22RR 缺点缺点:TLs s2R2RTso绕线式电动机转子串联电阻绕线式电动机转子串联电阻优点优点: 调速平滑、设备简单投资少，调速平滑、设备简单投资少，能耗较大。能耗较大。 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

20、。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（机座中心高（mm）三相异步电动机三相异步电动机教材表教材表7.8.1中列出了各种电动机的系列代号。中列出了各种电动机的系列代号。异步电动机产品名称代号异步电动机产品名称代号接线盒接线盒。通常。通常联结联结电机容量电机容量Y3kW 联联结结电电机机容容量量 kW4U2U1W2V1V2W1U1U2W2U2V2V1W1U1W1V1W2V2例如：例如：380/220V、Y/ 是指线电压为是指线电压为 380V 时时 采用采用 Y联结联结；线电压为；线电压为 220V 时采用时采用 联结联结。 表示星形表示星形联结联结下电下电机

21、的线电流为机的线电流为 6.73A；三角形；三角形联结联结下线电流为下线电流为 11.64A。两种接法下相电流均为两种接法下相电流均为 6.73A。 12PP cos3NN1IUP 鼠笼电机鼠笼电机 =7293电动机在额定运行时定子绕组的电动机在额定运行时定子绕组的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。PN 三相异步电动机的功率因数较低，在额定负载三相异步电动机的功率因数较低，在额定负载时约为时约为 0.7 0.9。空载时功率因数很低，只有。空载时功率因数很低，只有 0.

22、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。P2cos O 0N0Nnnns 额额定定转转差差率率指电机绝缘材料能够承受的极限温度等级，分指电机绝缘材料能够承受的极限温度等级，分为为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)。 一台一台Y225M-4型的三相异步电动机，定子绕组型的三相异步电动机，定子绕组型联型联结，其额定数据为：结，其额定数据为：P2N=45kW,nN=1480r/min，UN=380V， N=92.3%，cos N=0.88， Is

23、t / IN=7.0, Tst / TN=1.9，Tmax / TN=2.2求：求：INsN TN TmaxTNA2849230880380310453. 1) 求求 额定电流额定电流 IN2NNNNN3cosPIU N NN NN N1 1N N cosUIP3 输入电功率：输入电功率：效率：效率： N = P2NP1N得：得：由由nN=1480r/min，可知，可知 p=2 （四极电动机）（四极电动机）minr 15000/n 0.013150014801500nnn0N0Ns mN 429014804595509550NN2N .nPTmN 9638429022)(NNmaxmax .T

24、TTTmN 8551429091)(NNstst .TTTT 2 2）求）求额定转差率额定转差率 sN3 3）求）求额定转矩额定转矩 T TN N 、最大转矩最大转矩T Tmaxmax 、和起动转矩和起动转矩T TN N 在在上例中上例中 ：如果负载转矩为如果负载转矩为 510.2Nm, Tst = 551.8Nm 510.2 N. m 2UT s st tIst =7IN=7 84.2=589.4 AA519645983131st stY.II (1) 试问：试问：在在U=UN时，时，电动机能否起动？电动机能否起动？试问：试问：在在U = 0.9UN 时时，电动机能否起动？电动机能否起动？mN2510mN 4478551902st .T(2)试问：试问：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mN918385513131ststY .TT132329183%8042909183%80NstY .TT121459183%5042909183%50NstY