第五章_三相异步电机(上课课件)

1、一、一、 三相异步电动机的基本结构三相异步电动机的基本结构二、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、 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性四、四、 三相异步电动机的铭牌数据三相异步电动机的铭牌数据五、五、 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 六、六、 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 第第5章章 数控机床常用电气控制系统数控机床常用电气控制系统 了解三相异步电动机的结构组成，熟悉异步电动机的工作原理，了解铭牌数据；理解和掌握三相异步电动机机械特性的分析方法；了解单相异步电动机的结构组成及其工作原理；熟悉常用低压电器及在电路中的作用；掌握三相异步

2、电动机基本控制线路的分析方法；理解电动机的起动、制动、调速等概念。一、电机的分类一、电机的分类:1. 发电机发电机2 .电动机电动机直流电动机直流电动机交流电动机交流电动机同步电动机同步电动机异步电动机异步电动机鼠笼型鼠笼型1.1 三相异步电动机的基本结构三相异步电动机的基本结构将机械能转换为电能；将机械能转换为电能；将电能转换为机械能。将电能转换为机械能。线绕型线绕型直流电机图片23交流伺服电机步进电机二、三相异步电动机的结构二、三相异步电动机的结构二、 三相异步电动机的基本结构三相异步电动机定子转子 三相异步电动机具有结构简单、使用方便、运行可靠且效率高等优点，被广泛应用于工农业生产中的各

3、种机床、水泵、通风机、锻压和铸造机械、传送带、起重机及家用电器、实验设备中。 1、定子：指其固定不动部分，主要包括：（1）、机座机座是电动机的支架，通常用铸铁或铸钢制成。（2）、定子铁芯铁芯硅钢片 异步电动机的定子铁芯是由0.5mm厚的硅钢片叠压制成的。定子铁芯内圆冲有分布的槽。定子铁芯构成异步电动机磁路的一部分。（1）、机座（3）、定子绕组定子绕组是由漆包线绕制而成，嵌入到定子铁芯槽中。构成电机电路的一部分。 2、转子：指其旋转部分转子 转子转子: :在旋转磁场作用下，产生感应电动在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电流。势或电流。转子铁芯也是由0.5mm厚的硅钢片叠压制成。在其内圆冲有均匀分

4、布的槽，用来嵌放转子绕组。转子铁芯构成电动机磁路的又一部分。（1）、转子铁芯铁芯硅钢片一般用45号钢制成，用来传递电磁转矩。（3）、转子绕组转子绕组大部分是浇铸铝笼型，大功率也有铜条制成的笼型转子导体。转子绕组构成电动机电路的另一部分。（2）、转轴 绕线式异步电动机的转子绕组与定子绕组相同，也是采用漆包线绕制成对称三相绕组，嵌放到转子铁芯中。绕线式转子三相绕组必须连接成星形，三个向外的引出端子与固定在转轴上的三个相互绝缘的铜环相接，如下图所示： 由于绕线式异步电动机的能采用转子绕组串电阻起动和调速，因此起动性能和调速性能均比鼠笼式异步机优越。转轴转子铁芯固定在转轴上的三个铜滑环。Y接三相转子绕

5、组分别与三个铜滑环相联。变阻器电刷电刷与滑环紧压，并通过输电线与变阻器相联。三、 三相异步电动机的工作原理 固定不动的转子绕组和旋转的定子磁场相切割而感应电动势。 载流的转子绕组处在磁场中，必定受到电磁力的作用。 两个电磁力的大小相等、方向相反，因此对电动机转轴形成了电磁转矩于是转子就顺着定子磁场的方向转动起来。模型电机的定子磁极模型电机的转子绕组eei2FFn0电机转动的关键是：旋转的定子磁场！用右手定则判断用左手定则判断 120sin120sinsinmCmBmAtIitIitIi BiAXBYCZAiCiCiAiBiitmIoiCiAiBitmIo0n规定规定 i : “+” 首端流入，

6、尾端流出。首端流入，尾端流出。 i : “” 尾端流入，首端流出。尾端流入，首端流出。 AYCBZX()电流出电流出( )电流入电流入CiBiAii tAXYCBZAXYCBZAXYCBZNS0 t 60t 0n60 90t 600mIoSNSNAAXZBCYAAXYCBZ分析可知：三相电流产生的合成磁场是一旋转的磁场分析可知：三相电流产生的合成磁场是一旋转的磁场 即：即：2. .0t 60t 任意调换两根电源进线任意调换两根电源进线BiAXCZBYAiCi0mICiBiAi tiomINSNS 转子旋转的方向转子旋转的方向 与旋转磁场的转向相同。与旋转磁场的转向相同。n0三相异步电动机工作原

7、理概括 在对称三相定子绕组中通入对称三相交流电流产生气隙旋转磁场 转子导体与磁场相切割感应电动势，由于闭合生成感应电流转子绕组在磁场中受到电磁力的作用转子顺着旋转磁场的方向转动起来。FF要改变电动机的旋转方向：任调通入定子绕组中两相电流的相序即可。 当电动机各相定子绕组的四个线圈首接首、尾接尾连接后分别构成三相定子绕组时，其磁极对数：NSSNmin/ r 30001506060 , 10pfnpmin/ r, 20pfnp)/( 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

8、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。0nn 如果如果:0nn 00nnns有关转差率的讨论 00nnns电动机的转差率随着电动机转速的升高而减小。 (1) 电动机起动瞬间，转速n=0，转差率s =1； (2) 电动机转速最高时，转速nn0，转差率s 0； (3) 运行过程中，转速0nn0，转差率0s1；额定运行时额定运行时: s = 0.01 0.07 有一台三相异步电动机，其额定转速为975r/min。试求工频情况下电动机的磁极对数和电动机的额定转

9、差率。由于电动机的额定转速接近于旋转磁场的转速，所以3975506060nfp即该电动机的极对数p=3，同步转速n0=1000r/min。额定转差率为：0.0251000975100000nnns22Tcos 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 四、三相异步电动机机械特性四、三相异步电动机机械特性21220222)(UsXRsRKT 21UTmsm1T0s21220222)(UsXRsRKT可得异步机的电磁转矩特性曲线：最大电磁转矩最大电磁转矩对应最大电对应最大电磁

10、转矩的临磁转矩的临界转差率。界转差率。(1)额定转矩TN 电动机额定电压下以额定转速nN运m)(Nr/min)()KW(9550602NNNNNnPnPT行，输出额定机械功率 PN时，电机转轴上对应输出的机械转矩为额定电磁转矩TN。 最大转矩反映了电动机带最大负载的性能，我们把它与额定转矩的比值称为电动机的，即：TMT0s最大电磁转矩起动电磁转矩(2)最大转矩TM 起动转矩反映了异步机带负载起动时的性能。起动转矩与额定电磁转矩之比称作电动机的，即：NMmTTTst(3)起动转矩Tst m通常在1.82.5之间。如果负载转矩超过了最大转矩，电动机将停转。NststTT st通常在1.02.2之间

11、。如果电机的起动 转矩Tst小于电动机轴上的负载阻转矩TL时，电动机将无法起动。五、三相异步电动机的铭牌数据五、三相异步电动机的铭牌数据 三相异步电动机三相异步电动机型型 号号 Y132S6功功 率率 3 kW 频频 率率 50Hz电电 压压 380 V 电电 流流 7.2 A 联联 结结 Y转转 速速 960r/min 功率因数功率因数 0.76 绝缘等级绝缘等级 B1 1、型号型号 Y132S6 2p = 6n0 = 1000 r/min磁极数磁极数( 极对数极对数 p = 3 )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异步电动机产品名称代号异步电

12、动机产品名称代号五、三相异步电动机的铭牌数据五、三相异步电动机的铭牌数据 三相异步电动机三相异步电动机型型 号号 Y132S6功功 率率 3 kW 频频 率率 50Hz电电 压压 380 V 电电 流流 7.2 A 联联 结结 Y转转 速速 960r/min 功率因数功率因数 0.76 绝缘等级绝缘等级 B2、额定功率、额定功率PN PN = 3kW轴上输出机械功率的额定值轴上输出机械功率的额定值3、额定电压、额定电压UN UN = 380V定子三相绕组应施加的线电压定子三相绕组应施加的线电压4、额定电流、额定电流IN IN = 7.2A 三相异步电动机三相异步电动机型型 号号 Y132S6功

13、功 率率 3 kW 频频 率率 50Hz电电 压压 380 V 电电 流流 7.2 A 联联 结结 Y转转 速速 960r/min 功率因数功率因数 0.76 绝缘等级绝缘等级 B定子三相绕组的额定线电流定子三相绕组的额定线电流5、额定功率因数、额定功率因数N= cos NP1N = 3 UNIN cos NPN = NP1N = 3 UNIN cos NN6、额定转速、额定转速 nN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。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 kW4U2U1W2V1V2W1U1U2W2U2V

14、2V1W1U1W1V1W2V2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)。问题：问题：。 一般中小型鼠笼式电机起动电流为额定电流的一般中小型鼠笼式电机起动电流为额定电流的5 7 倍倍 7.5千瓦以下的异步电动机一般都采用直接起千瓦以下的异步电动机一般都采用直接起动。动。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以下介绍降压起动和转子串电阻起动。以下介绍降压起动和转子串电阻起动。ZUIll3:Y 星形联结时

15、星形联结时ZUIll3 三三角角形形联联结结时时：Z31Y llII31YlIZlU+U1U2V1V1W1W2 lIlU+ZU1U2V1V2W1W2手柄上打，定子绕组形运行手柄下打，定子绕组成Y形起动优点：起动电流降为全压起动时的1/3； QS1L3V2L2L1QS2 FU V1 U1 U2 W1 W2V1U1W1W2U2V2缺点：起动转矩也降为全压起动时的1/3。三相异步电动机三相异步电动机Y-起动器起动器闭合电源开关，为闭合电源开关，为电机通电做好准备电机通电做好准备lUU31P (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

16、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+U1W2V2W1U2V1L1L3L2FUQQ2R12220220)(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 pfsnsn106011 f=50HzM3 +变频调速方法变频调速方法恒转距调速（恒转距调速（f1f1N）变频调速方法可实现无级平滑调速变频调速方法可实现无级平滑调速,调速性调速性能优异，因而正获得越来越广泛的应用。能优异，因而正获得越来越广泛的应用。A1X1A2X2iiP=2A1A2X1X2NNSS

17、A1X1A2X2iiP=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，由于调速时其转速呈跳跃性变化，因而只用在对由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、磨床调速性能要求不高的场合，如铣床、镗床、磨床等机床上。等机床上。A1A2X1X2SNTn0no22RR2R2R( 变转差率调速是绕线式电动机特有的一种调变转差率调速是绕线式电动机特有的一种调速方法。其优点是调速平滑、设备简单投资少，速方法。其优点是调速平滑、设备简单投资少，缺点是能耗较大。这种调速方式广泛应用于各种缺点是能耗较大。这种调速方式广泛应用于各种提升、起重设备

18、中。提升、起重设备中。nnTLTLs sTs2R2Ro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 电机断电后由于机械惯性总要经过一段时间才能停下来。为了提高生产效率及安全，采用一定的方法让高速运转的电动机迅速停转，就是所谓的制动。1、能耗制动n0=0当电动机三相定子绕组与交流电源断开后，把直流电通入两相绕组，产生固定不动的磁场n0。 电动机由于惯性仍在运转，转子导体切割固定磁场产生感应电流。 载流导体在磁场中又会受到与转子惯性方向相反的电磁力作用，由此使电动机迅速停转。MRNSFFn 能耗制动常用于生产机械中的各种机床制动。2、反接制动把与电源相接的三根火线中的任意两根对调，使旋转磁场改变方向，从而产生制动转矩的方法。 反接制动适用于中型车床和铣床的主轴制动。Mn0NSFF3、发电反馈制动 起重机快速下放重物，使重物拖动转子出现nn0情况时，电动机处于发电状态，此时在转子导体中感应电流，感应电流的方向与原电流方向相反，因此