电工学 第八章 异步电动机

1、 第第8 8章章 异步电动机返回返回目目 录录交流电动机交流电动机直流电动机直流电动机鼠笼式鼠笼式绕线式绕线式异步机异步机同步机同步机他励、并励、串励、复励他励、并励、串励、复励电动机：电能转换成机械能电动机：电能转换成机械能发电机：其他形式的能量转换成电能发电机：其他形式的能量转换成电能返回返回使用电动机驱动生产机械可：使用电动机驱动生产机械可： （1 1）简化生产机械的结构）简化生产机械的结构 （2 2）提高生产效率和产品质量）提高生产效率和产品质量 （3 3）能实现自动控制）能实现自动控制 （4 4）实现远距离操纵）实现远距离操纵 （1 1）基本结构）基本结构 （2 2）工作原理）工作原

2、理 （3 3）机械特性）机械特性 （4 4）起动、制动、反转、调速的基本原理）起动、制动、反转、调速的基本原理 （5 5）应用场合和正确使用）应用场合和正确使用 返回返回8.1 8.1 三相异步电动机的构造三相异步电动机的构造鼠笼式鼠笼式绕线式绕线式转子转子返回返回定子（固定部分）定子（固定部分） 转子（旋转部分）转子（旋转部分）分为两个基本部分分为两个基本部分： 构成：由机座、铁心和定子绕组组成构成：由机座、铁心和定子绕组组成 机座是用铸铁或铸刚制成，铁芯装在机座机座是用铸铁或铸刚制成，铁芯装在机座内，外侧有一个接线盒，定子三相绕组的内，外侧有一个接线盒，定子三相绕组的6 6个出线端都引到了

3、接线盒的接线柱上。个出线端都引到了接线盒的接线柱上。铁心由互相绝缘的硅钢片叠成，内圆周表铁心由互相绝缘的硅钢片叠成，内圆周表面冲有槽，用以放置对称三相绕组；面冲有槽，用以放置对称三相绕组；三相绕组是由带绝缘包皮的导线绕成的匝三相绕组是由带绝缘包皮的导线绕成的匝数相同的线圈。它们按照一定规律嵌入铁数相同的线圈。它们按照一定规律嵌入铁心线槽，并连接成三相对称的绕组。心线槽，并连接成三相对称的绕组。返回返回 构成：由机座、铁心和定子绕组组成构成：由机座、铁心和定子绕组组成 对称三相绕组有的联接成星形、有的联接成三对称三相绕组有的联接成星形、有的联接成三角形角形端盖及轴承用于固定机座，支撑转子，防尘，

4、端盖及轴承用于固定机座，支撑转子，防尘，防外物防外物 定子的定子的作用：作用： 产生旋转磁场产生旋转磁场 返回返回机座机座定子绕组定子绕组铭牌数据铭牌数据出线端子出线端子返回返回返回返回 鼠笼式电动机构造简单、价格鼠笼式电动机构造简单、价格低廉、工作可靠、使用方便低廉、工作可靠、使用方便 构成构成：由铁心和绕组两部分构成：由铁心和绕组两部分构成 铁心也用硅钢片叠成，表面冲有槽，铁心也用硅钢片叠成，表面冲有槽，装在转轴上，轴上加机械负载；因绕组装在转轴上，轴上加机械负载；因绕组不同，可分为鼠笼式和绕线式两种。不同，可分为鼠笼式和绕线式两种。作用作用：在旋转磁场作用下，产生感：在旋转磁场作用下，产

5、生感应电动势或电流。应电动势或电流。返回返回鼠笼式转子鼠笼式转子转轴转轴轴承轴承转子转子返回返回返回返回绕线式转子绕线式转子 铁心铁心绕组绕组转轴转轴返回返回 结构简单、价格低廉、工作可靠；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。8.2 8.2 三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理返回返回vlBe（右手定则右手定则）（左手定则左手定则）ilBfn0neiNSfB:磁感应强度磁感应强度v

6、:切割速度切割速度l :导线长导线长磁极旋转磁极旋转导线切割磁力线产生感应电动势导线切割磁力线产生感应电动势闭合导线产生电流闭合导线产生电流通电导线在磁场中受力通电导线在磁场中受力返回返回 1. 线圈跟着磁铁转线圈跟着磁铁转 两者转动方向一致两者转动方向一致异步异步 2. 线圈比磁场转得慢线圈比磁场转得慢0nn返回返回8.2.1 旋转磁场旋转磁场240sin120sinsintIitIitIimCmBmA1. 旋转磁场的产生旋转磁场的产生 在三相异步电动机的定子铁心中放有三相对在三相异步电动机的定子铁心中放有三相对称绕组，在该三相对称绕组中通入三相对称交流称绕组，在该三相对称绕组中通入三相对称

7、交流电流，就可产生一电流，就可产生一“旋转磁场旋转磁场”代替演示实验中代替演示实验中的磁铁的磁铁返回返回0tAXYCBZAiBiCimItBiAXBYCZAiCi合成磁场方向：合成磁场方向：向下向下参考方向：绕组参考方向：绕组始端到末端的方始端到末端的方向向返回返回 60tAXYCBZSN0n60A120tXYCBZ0n同理分析，可得同理分析，可得其它电流角度下其它电流角度下的磁场方向的磁场方向AiBiCitmI返回返回 可见，当定子绕组中通入三相电流后，它可见，当定子绕组中通入三相电流后，它们共同产生的合成磁场是随着电流的交变而在们共同产生的合成磁场是随着电流的交变而在空间不断地旋转着，这就

8、是旋转磁场。空间不断地旋转着，这就是旋转磁场。2. 旋转磁场的转向旋转磁场的转向 当当通入定子绕组的三相电流的相序为通入定子绕组的三相电流的相序为A-B-CA-B-C时，旋转磁场的转向与这个顺序是一致的，可见时，旋转磁场的转向与这个顺序是一致的，可见磁场的转向与定子绕组中的电流相序有关。磁场的转向与定子绕组中的电流相序有关。取决于三相电流的相序。取决于三相电流的相序。返回返回改变电机旋转方向的方法：换接其中两相改变电机旋转方向的方法：换接其中两相AiBiCimItAiCiBimIt返回返回3. 旋转磁场的极数旋转磁场的极数BiAXBYCZAiCi 此种接法下，绕组的始端之间相差120度空间角，

9、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旋转磁场的极数和三相绕组的安排有关即即：P=1返回返回CYABCXYZAXBZAiBiCi 将每相绕组分成两段，按右下图放入定子槽内，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。AXX ANSSNZCZCBY BY即即：P=2返回返回4. 4. 旋转磁场的转速旋转磁场的转速AXYCBZNSAXYCBZNS0nAXYCBZSN60AiBiCimIt 旋转磁场的转速决定于磁场的极数，在一对极的情况下，当电流交变一次时，磁场恰好在空间旋转了一周。N0=60f（转/分）返回返回NSASNZBX AYCZ

10、BCY0tX 60t A0nAZXXC ZCSNSN30 旋转磁场具有旋转磁场具有两对两对极极时，当电流从时，当电流从tt=0=0到到tt=60=60经历了经历了6060时，时，磁场在空间仅旋转了磁场在空间仅旋转了3030。比比P P=1=1时转速慢了一半，时转速慢了一半，即：即：N0=60f/2（转/分）返回返回 所以，旋转磁场的所以，旋转磁场的转速转速n0 0决定于决定于电流频率电流频率f1 1和磁场的和磁场的极对数极对数P，可推出：，可推出：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

11、)Hz50(f0n3p120分）转/( 0001n分）转/( 600pfn 返回返回8.2.2 8.2.2 电动机的转动原理电动机的转动原理 在电动机定子绕组中通入三相对称交流电流后，产生旋转磁场。 旋转磁场的磁力线切割转子铜条，铜条中就感应出电动势。 在电动势的作用下，闭合的铜条中就有电流，该电流与旋转磁场相互作用，使转子导条受到电磁力作用。由电磁力产生电磁转矩，转子就转动起来。返回返回异步电机运行中异步电机运行中:%91s转差率：转差率：电动机起动瞬间电动机起动瞬间:1 , 0sn（转差率最大转差率最大）8.2.3 8.2.3 转差率转差率%10000nnns同步转速：同步转速： 旋转磁场

12、的转速旋转磁场的转速返回返回8-3 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 三相异步电动机的电磁关系同变压器类似，定子绕组相当于变压器的原绕组；转子绕组相当于变压器的副绕组(而电动机的转子绕组一般是短路的)。定子电流产生的旋转磁场将通过定子和转子铁心而构成的闭合磁路，该磁场不仅在转子的每相绕组中产生感应电动势 e e2 2，也要在定子的每相绕组中产生感应电动势 e e1 1。而实际上，旋转磁场是由定子电流和转子电流共同作用产生的。 设定子和转子的每相绕组匝数分别为N1和N2，下面将对电动机的电路进行分析。1i2i1 1R R1L1e1u2 2R R2L2e11eeRiu

13、)e(dtdiLRi1111 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 tNum1111cos设：设：tsin1m11112 fNNUmmmmNfUUE1111144. 42设：设：返回返回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.

14、U 1U 旋转磁场的转速为旋转磁场的转速为 n0 ， 定子感应电势的频率定子感应电势的频率 f16001pnf 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8.4.1电磁转矩电磁转矩 ： 转子中各载流导体在旋转磁场的作用下转子中各载流导体在旋转磁场的作用下,

15、, 受到电受到电 磁力所形成的转距之总和磁力所形成的转距之总和。8.4 8.4 电磁转矩与机械特性电磁转矩与机械特性 返回返回 电磁转矩电磁转矩 T 是三相异步电动机最重要的物理量之一，机械特性机械特性是电动机的主要特性。对电动机进行分析往往离不开这两方面内容。 异步电动机的转矩是由旋转磁场每磁极的磁通 与转子电流I I2 2相互作用产生的。它应与转轴得到的机械功率成正比，因而与转子的功率因数有关。于是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即返回返回22cosIKTmT22022202)(SXRSEI2202222)(co

16、sSXRRmNfU11144.4其中其中：代入可得代入可得21220222)(UsXRsRKT返回返回21220222)(UsXRsRKT 21U8.4.2 8.4.2 机械特性曲线机械特性曲线返回返回 在电源电压在电源电压U U1 1和转子电阻和转子电阻R R2 2 一定的情况下，一定的情况下，转矩与转差率的关系曲线转矩与转差率的关系曲线 T= f (s) T= f (s) 或转速与转或转速与转矩的关系曲线矩的关系曲线 n = f (T)n = f (T)，称为电动机的机械特，称为电动机的机械特性曲线。性曲线。PT nPnPPT9550602转动角转动角速度速度 由转矩公式由转矩公式得特性曲

17、线得特性曲线：Ts10n0Tn21220222)(UsXRsRKT返回返回实际上，右图是通过左图右旋90得到的。NT（1 1）额定转矩）额定转矩 ：电动机在额定电压下，以额电动机在额定电压下，以额定转速定转速 运行，输出额运行，输出额定功率定功率 ( (电动机输出的机械电动机输出的机械功率）时，电动机转轴上输出的转矩。功率）时，电动机转轴上输出的转矩。2PNn（牛顿（牛顿米）米）n0TnNTnN)/()(955060222分转千瓦NNNnPnPT返回返回 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/m

18、in, 则额定转矩为则额定转矩为m.N7 .4914405 .795509550NNN nPTOnT0nNnNTOTSNTNS T2 T2 TT =T 2n (s)stT0nTOnmaxTT2aT 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 如果如果 电机将会电机将会因带不动负载而停转因带不动负载而停转。maxTTL（2 2）最大转矩）最大转矩 ：maxT电机带动最大负载的能力电机带动最大负载的能力。n0TnmaxT求求解解0ST2021max21XKUT21220222)(UsXRsRKT返回返回过载系数过载系数：三相异步机三相异步机2 .28 .1 （1）三相异步机的三相异步机的 和电压的平方成正比，所和电压的平方成正比，所以对电压的波动很敏感，使用时要注意电压的变化以对电压的波动很敏感，使用时要注意电压的变化。maxT 工作时，一定令负载转矩工作时，一定令负载转矩 ，否则，否则电机将停转。致使电机将停转。致使maxTTL （2）NTTmax电机严重过热电机严重过热120 IIn返回返回 当负载转矩