第八章 异步电动机

1、 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机8.1 三相交流异步电动机的结构三相交流异步电动机的结构 8.2 三相交流异步电动机的工作原理三相交流异步电动机的工作原理 8.3 异步电机的电磁转矩和机械特性异步电机的电磁转矩和机械特性 8.4 电机的启动、调速和制动电机的启动、调速和制动 内内 容容 8.5 三相异步电动机的铭牌和技术数据三相异步电动机的铭牌和技术数据 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机电动机电动机交流交流三相三相同步机同步机发电机发电机电动机电动机电能电能 )(机械能机械能机械能机械能 )(电能电能鼠笼式鼠笼式按按所用所用电电源源不同不同按内部磁场按内部磁场与与轴转速的关系轴转速的

2、关系按相数按相数按转子按转子结构结构概概 述述绕线式绕线式电机电机直流直流异步机异步机单相单相 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机主要由主要由定子定子和和转子转子两部分组成两部分组成8.1 三相异步电动机结构三相异步电动机结构定子：固定不动的部分定子：固定不动的部分转子：转动的部分转子：转动的部分 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机鼠笼式异步电动机的组成部件鼠笼式异步电动机的组成部件 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机绕线转子三相异步电动机的结构绕线转子三相异步电动机的结构 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机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1、定子定子( (不动

3、的部分不动的部分) )主要由机座、定子铁心和定子绕组等组成主要由机座、定子铁心和定子绕组等组成 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机 定定 子子 铁铁 心心定子绕组定子绕组定子铁心硅钢片定子铁心硅钢片 内表面有凹槽（下线槽），用于嵌放绕组内表面有凹槽（下线槽），用于嵌放绕组由互相绝缘的硅钢由互相绝缘的硅钢片叠片叠成成定子铁心定子铁心下线槽下线槽 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机 用带有绝缘层的导线（漆包线或纱包线）绕成用带有绝缘层的导线（漆包线或纱包线）绕成 均匀分成三组，按一定规律嵌放在定子内表面的下线槽内均匀分成三组，按一定规律嵌放在定子内表面的下线槽内定定 子子 绕绕 组组 每组绕组

4、称为一相，每相有两个出线端每组绕组称为一相，每相有两个出线端 U1、V1、W1称为三相绕组的首端，称为三相绕组的首端，U2、V2、W2为末端为末端U1U2V1V2W1W2三相电子绕组三相电子绕组 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机定子绕组六个端线引到接线盒内，就可以接成定子绕组六个端线引到接线盒内，就可以接成Y Y形或形或形接法形接法。三相笼型异步电动机出线端及接法三相笼型异步电动机出线端及接法Y Y形连接形连接形连接形连接 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机由转子铁心、转子绕组和转轴构成由转子铁心、转子绕组和转轴构成2、转子转子( (转动的部分转动的部分) )鼠笼式转子鼠笼式转子 江苏大

5、学电工电子教研室三相交流电动机转子铁心转子铁心 转子铁心是电动机磁路的一部分，一般由相转子铁心是电动机磁路的一部分，一般由相互绝缘的硅钢片叠压而成，表面有均匀分布的凹互绝缘的硅钢片叠压而成，表面有均匀分布的凹槽，用来嵌放转子导体。槽，用来嵌放转子导体。转子硅钢片转子硅钢片 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机转转 子子 绕绕 组组(1)(1)鼠笼式绕组鼠笼式绕组在转子铁心均匀分布的每个槽内各放置在转子铁心均匀分布的每个槽内各放置一根导体，在铁心两端安放两个端环，称一根导体，在铁心两端安放两个端环，称为短路环，然后把所有导体伸出槽外的部为短路环，然后把所有导体伸出槽外的部分与端环联接起来。若去掉

6、铁心，则绕组分与端环联接起来。若去掉铁心，则绕组部分就像一个鼠笼，部分就像一个鼠笼，这这也是鼠笼式电动机也是鼠笼式电动机名称的由来。这种鼠笼式绕组既可以用铜名称的由来。这种鼠笼式绕组既可以用铜条焊接而成，也可以用铝浇铸。条焊接而成，也可以用铝浇铸。转子绕组按其结构分有鼠笼式和绕线式两种转子绕组按其结构分有鼠笼式和绕线式两种鼠笼绕组鼠笼绕组铸铝转子铸铝转子 这种转子是将融化了的铝液直接这种转子是将融化了的铝液直接浇注在转子槽内，并连同两端的短浇注在转子槽内，并连同两端的短路环和风扇浇注在一起路环和风扇浇注在一起。 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机(2)(2)绕线式绕组绕线式绕组绕线式绕组是与

7、定子绕组相似的对称三相绕组绕线式绕组是与定子绕组相似的对称三相绕组，一般接成一般接成Y Y形。每相出线端分形。每相出线端分别联接到安装在转轴上的滑环上，环与环、环与转轴之间相互绝缘，依靠滑环与别联接到安装在转轴上的滑环上，环与环、环与转轴之间相互绝缘，依靠滑环与电刷的滑动接触与外电路相联接。电刷的滑动接触与外电路相联接。绕线式转子的特点是可以通过滑环和电刷在转绕线式转子的特点是可以通过滑环和电刷在转子绕组回路接入附加电阻，用以改善电动机的起动性能或调节电动机的转速。子绕组回路接入附加电阻，用以改善电动机的起动性能或调节电动机的转速。绕线式转子接线绕线式转子接线 江苏大学电工电子教研室三相交流电

8、动机绕线式转子结构图绕线式转子结构图 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机 从磁路来考虑，定子铁心与转子铁从磁路来考虑，定子铁心与转子铁心之间的气隙是很重要的一部分。气心之间的气隙是很重要的一部分。气隙大，则磁阻大，励磁电流也大，电隙大，则磁阻大，励磁电流也大，电动机的功率因数降低。从这一角度来动机的功率因数降低。从这一角度来考虑，气隙应取较小的数值。考虑，气隙应取较小的数值。三相异步电动机的气隙三相异步电动机的气隙 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机1.旋转磁场的产生旋转磁场的产生sinsin120sin120AmBmCmiItiItiIt8.2 三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工

9、作原理BiU1U2V1V2W1W2AiCi三相定子绕组在空间上三相定子绕组在空间上互差互差1200放置，并通入放置，并通入三相对称电流三相对称电流AiBiCimIt 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机U1V2W1V1W21n()电流出电流出( )电流入电流入U2规定：当规定：当i i0 0时，时，电流从绕组的首端电流从绕组的首端流向末端，当流向末端，当i i0 0时，电流从绕组的时，电流从绕组的首端流出。电流流首端流出。电流流入用符号入用符号“”表示表示；电流流出用符号电流流出用符号“ ”表示。表示。 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机U1U2V2W1V1W2NS合成磁场方向：合成磁场方向

10、：向下向下AiBiCimIt0t0t时刻时刻iA=0；iB0； iC0一对磁极一对磁极（两极）（两极） 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机 180tU2V1W21nU1V2W1 60tU1U2V2W1V1W2SN1n60A120tU2V2W1V1W21n其它时刻其它时刻磁场方向磁场方向AiBiCitmIU1当定子绕组中通入三相电流后，当定子绕组中通入三相电流后，产生的合成磁场是随着电流的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，交变而在空间不断地旋转着，这就是旋转磁场。这就是旋转磁场。 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机2、旋转磁场的旋转方向旋转磁场的旋转方向与三相电源的相序一致

11、与三相电源的相序一致1n1n换接任意两相电源换接任意两相电源可改变磁场的旋转可改变磁场的旋转方向方向AiBiCimItAiCiBimIt怎样可以改变怎样可以改变 旋转磁场的方向？旋转磁场的方向？ 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机3、旋转磁场的旋转磁场的转速转速电流变化一周，两极磁场在空间正好转过一周电流变化一周，两极磁场在空间正好转过一周磁极对数磁极对数P=1时时：如果电流的频率为如果电流的频率为f1，则旋转磁场每分钟的转速为：则旋转磁场每分钟的转速为：r r/(601f1n minmin）旋转磁场的转速旋转磁场的转速n1 1也称为异步电动机的同步转速也称为异步电动机的同步转速 江苏大学电

12、工电子教研室三相交流电动机（1）极对数（极对数（P P）的概念）的概念BiU1U2V1V2W1W2AiCi1p此种接法下，合成磁场只有一对磁极，则极对数为此种接法下，合成磁场只有一对磁极，则极对数为1。即：即：NSU1U2V2W1V1W2 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机（2）极对数（极对数（P P）的改变）的改变 将每相绕组分成两段将每相绕组分成两段1U/2U2U/1U2W1W/2W/1W1V2V/1V/2VV1AiV2V1U1U2W1W2U1U2W1W2V2CiBi按下图放入定子槽内按下图放入定子槽内 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机极对数极对数2pAiBiCimIt0t1U/2U

13、2U/1UNSSN2W1W/2W/1W1V2V/1V/2ViA=0；iB0； iC0V2V1U1U2W1W2U1U2W1W2V2CiBi 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机 60t1n/1U1UZ/2X2UCZCSNSN30（3）极对数和转速的关系极对数和转速的关系AiBiCimIt1U/2U2U/1UNSSN2W1W/2W/1W1V2V/1V/2V 0t）in/( 601mrpfn 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机?/min)(r 6011pfn ?Hzf501时时同步转速同步转速1n/min)(r?2p 50011p 0003极对数极对数3p 00014p507磁极对数磁极对数电源频

14、率电源频率电机同电机同步转速步转速若电源频率为工频若电源频率为工频 当电动机为当电动机为2 2p p个磁极时，个磁极时， 旋转旋转磁场的转速为磁场的转速为: : 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机n1nei4、三相异步电动机的转动原理三相异步电动机的转动原理NSF磁铁磁铁闭合闭合线圈线圈e方向用方向用右手定则右手定则确定确定F方向用方向用左手定则左手定则确定确定磁场旋转磁场旋转 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机定子绕组通电定子绕组通电转子导体（闭合）切割磁力线转子导体（闭合）切割磁力线产生感应电动势及感应电流产生感应电动势及感应电流带电的转子导体在磁场中受力（左手定则）带电的转子导体在磁

15、场中受力（左手定则）旋转磁场旋转磁场（转速为转速为n1）转子导体受到电磁转矩转子导体受到电磁转矩T T的作用的作用转子转动起来，且与旋转磁场同方向，转速为转子转动起来，且与旋转磁场同方向，转速为n异步电动机的转动原理：异步电动机的转动原理： 怎样实现电动机怎样实现电动机 的反向旋转的反向旋转? ?任意对调任意对调两接线端的接线两接线端的接线 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机电动机转速和旋转磁场同步转速的关系电动机转速和旋转磁场同步转速的关系旋转磁场转速旋转磁场转速: :1n无转距无转距转子与旋转磁场间没有相对运动转子与旋转磁场间没有相对运动无转子电动势（转子导体不切割磁力线）无转子电动势（

16、转子导体不切割磁力线）转子无电流转子无电流提提 示示：转子不能转动转子不能转动电动机转速电动机转速: :n n和和n1是否相等是否相等？异步电机：异步电机：n n1，且且 n1 n如果如果 n= n1 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机 转差率转差率 的概念的概念：s转差率为旋转磁场的同步转速和电动机转速之差转差率为旋转磁场的同步转速和电动机转速之差与同步转速的比值。即：与同步转速的比值。即：%10011nnnS 一般地一般地2%6%Ns11100%NNnnsn以额定转速以额定转速 运行时运行时: :Nn 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机转差率转差率s是异步电动机运行的一个重要物理量。是

17、异步电动机运行的一个重要物理量。根据根据s的正负和大小可以判断出异步电动机的运行状态。的正负和大小可以判断出异步电动机的运行状态。（3）s1时，为电磁制动状态。时，为电磁制动状态。 （1）0s1时，为电动机电动运行状态；时，为电动机电动运行状态；（2）s=1时，为电动机的起动状态；时，为电动机的起动状态；（4）s0时，为电动机的发电机运行状态；时，为电动机的发电机运行状态； 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机例：异步电动机的额定转速例：异步电动机的额定转速n nN N=720r/min=720r/min，电源，电源频率为频率为50Hz.50Hz.求：电机是极数？额定转差率是多少？求：电机是极

18、数？额定转差率是多少？解：解： 额定转速接近同步转速额定转速接近同步转速n1=750r/minpfn1601475050601160nfp该电机是极对数是该电机是极对数是4 4%404.075072075000nnns 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机电磁转矩电磁转矩 T：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, , 受到电磁力所形成的转距之总和。受到电磁力所形成的转距之总和。22cosICTT常数常数每极主磁通每极主磁通转子电流转子电流转子回路的转子回路的功率因数功率因数8.3.1 电磁转矩电磁转矩 其物理表达式为：其物理表达式为：该式不方便该式不方便测量和

19、计算测量和计算 8.3 三相异步电动机的电磁转矩与机械特性三相异步电动机的电磁转矩与机械特性 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机 三相异步电动机的电磁关系同变压器类似，定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。定子电流产生的旋转磁场将通过定压器的副绕组。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子的每相绕组中产生感应电动势 e2，也要在定子的也要在定子的每相绕组中产生感应电动势每相绕组中产

20、生感应电动势 e1。而实际上，旋转磁。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。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设定子和转子的每相绕组匝数分别N1为N2和，和，下面将对电动机的电路进行分析。下面将对电动机的电路进行分析。 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机 电动机内旋转磁场的磁感应强度在沿定子与转子间气电动机内旋转磁场的磁感应强度在沿定子与转子间气隙应是接近于正弦规律变化分布。因此，通过每相定子绕隙应是接近于正弦规律变化分布。因此，通过每相定子绕组的磁通也应是随时间作正弦规律变化的，即组的磁通也应是随时间作正弦规律变化的，即 =msint

21、因此，每相定子绕组中由旋转磁场产生的感应电动势为因此，每相定子绕组中由旋转磁场产生的感应电动势为dtdNe11也是正弦量，其有效值为也是正弦量，其有效值为11144. 4NfE f1 是是 e1 的频率，由同步转速可得的频率，由同步转速可得6001pnf 每相绕组的电路图每相绕组的电路图1e1e1u1i2i2e2e1f2f1.1.旋转磁场磁通量与定子相电压的关系旋转磁场磁通量与定子相电压的关系 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机 定子电流不仅产生主磁通定子电流不仅产生主磁通，还将产生漏磁通还将产生漏磁通 1e1e1u1i2i2e2e1f2f每相绕组的电路图每相绕组的电路图主磁通要通过转子绕组

22、，而漏磁通将不通过转子绕主磁通要通过转子绕组，而漏磁通将不通过转子绕组。这样在原绕组的电压约束方程为组。这样在原绕组的电压约束方程为)()(11111eeRiu)(11111edtdiLRi如用相量表示，则可认为如用相量表示，则可认为)(111111EXIjRIU式中式中R1和和X1=2f1L1分别为定分别为定子每相绕组的电阻和漏磁感抗。子每相绕组的电阻和漏磁感抗。它们都很小，对于主磁通产生它们都很小，对于主磁通产生的感应电动势可忽略，则的感应电动势可忽略，则11EU或或11EU 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机 根据电动机的转动原理，异步电动机之所以能够转动，根据电动机的转动原理，异步电

23、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是因为转子绕组在旋转磁场中要产生感应电动势感应电动势e e2 2，进而产，进而产生生转子电流转子电流i i2 2，而与旋转磁场作用产生，而与旋转磁场作用产生电磁转矩电磁转矩T T 。下面讨。下面讨论转子电路中的各物理量：论转子电路中的各物理量：1e1e1u1i2i2e2e1f2f每相绕组的电路图每相绕组的电路图u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旋转磁场的主磁通在每相转子绕组在每相转子绕组产生感应电动势产生感应电动势dtdNe2222244. 4NfE其有效值为其有效值为 f2为转子绕组中电流的频率。为转子绕组中电流

24、的频率。2.转子转子回路各物理量回路各物理量 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机 因为旋转磁场和转子之间的相对转速为因为旋转磁场和转子之间的相对转速为 (n0 n)，所以，所以 u转子绕组中电流的频率转子绕组中电流的频率 f21000026060)(fspnnnnnnpf可见，可见，转子电流频率与转差率转子电流频率与转差率 s 有关，有关，也就是与转速也就是与转速n 有关。有关。 在在 s=1 即即(n =0)时，转子电流频率最大时，转子电流频率最大 f2= f1。对额定对额定转速时，转速时，s为为26%。 由此，进而可得转子感应电动势的有效值为由此，进而可得转子感应电动势的有效值为2021

25、244. 4sENfsE E20为为 s = 1 ( (或或n=0)时转子所产生的感应电动势的有效时转子所产生的感应电动势的有效值，值，212044. 4NfE 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机u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转子电流也要产生漏磁通 2，每相绕组中的感应电动势为，每相绕组中的感应电动势为dtdiLe222对转子电路应用对转子电路应用KVL，有有dtdiLRieRie22222222)(若用相量表示，则为若用相量表示，则为22222222)(XIjRIERIE1e1e1u1i2i2e2e1f2f每相绕组的电路图每相绕组的电路图X2与转子频率与转子频率

26、f 2有关，即有关，即202122222XsLfsLfX 可见，可见，转子感抗与转差率有关转子感抗与转差率有关。其中。其中X20是是s=1( (或或n=0)时的时的转子感抗转子感抗21202LfX 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机将感抗将感抗X2代如上式，可得转子电流为代如上式，可得转子电流为22222222)(XI jRIERIE2202220222222)(sXRsEXREI 可见，可见，转子电流转子电流I I2 2也与转差率也与转差率s有关有关)(0002nnIs 2202220max21XREIs 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机0I2, cos 2s1I2cos 2 由于转子

27、漏磁通的存在，呈电感由于转子漏磁通的存在，呈电感性，因此性，因此 I2 比比 e2 滞后滞后2角。转子绕角。转子绕组的功率因数为组的功率因数为222222222220cos()RRRXRsX转子电路的功率因数转子电路的功率因数 cos2也与转差率也与转差率s有关有关( (见图示曲线见图示曲线) )u转子电路的功率因数转子电路的功率因数 coscos2 2202SXRs 很很小小时时1cos2202XRss 较较大大时时s1cos2 如图曲线所示。转差率如图曲线所示。转差率s增加增加(转速转速n减小减小)时，转子切割磁力线加剧，于时，转子切割磁力线加剧，于是是e2增加，增加，I2也增加。也增加。

28、 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机21220222)(UsXRsRKTT由此得电磁转矩公式由此得电磁转矩公式22 cosICTT22022202)( XREIss 2202222)(cosXRRsmNfU11144.4 由前面分析知由前面分析知：3.电磁转矩特性电磁转矩特性T=f(s) 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机由公式可知由公式可知21220222)(UsXRsRKTT电磁转矩公式电磁转矩公式1.1.T T 与定子每相绕组电压与定子每相绕组电压 成正比。成正比。21U2.2.当电源电压当电源电压 U1 一定时，一定时，T T 是是 s 的函数的函数3.3.R2 的大小对的大小对T

29、 有影响。绕线型异步电动机可外有影响。绕线型异步电动机可外 接电阻来改变转子电阻接电阻来改变转子电阻R2，从而改变转矩。，从而改变转矩。U 1 T TNTqTmaxTssm1OT = f(s)曲线曲线 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机8. 3. 2 机械特性机械特性maxTmSNSOTS曲曲线线)(sfT 曲曲线线)(Tfn 根据转矩公式根据转矩公式22022212)(sXRUsRKTT得特性曲线：得特性曲线：NnmaxTstTOnTNT0nstT1NT 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机NnNT电动机在额定负载时的转矩电动机在额定负载时的转矩1.1.额定转矩额定转矩T TN N)/()

30、(9550NNN分分转转千千瓦瓦nPT 三个重要转矩三个重要转矩OnT0n额定转矩额定转矩(N m) 如某普通机床的主轴电机如某普通机床的主轴电机(Y132M-4(Y132M-4型型) )的额定功率为的额定功率为7.5kw, kw, 额定转速为额定转速为1440r/min, 则额定转矩为则额定转矩为nPnPT9550602 m.N7 .4914405 .795509550NNN nPT 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机.最大转矩最大转矩T Tmaxmax转子轴上机械负载转矩转子轴上机械负载转矩T T2 2不能大不能大于于T Tmaxmax，否则将造成堵转，否则将造成堵转( (停车停车) )

31、电机带动最大负载的能力。电机带动最大负载的能力。21220222UsXRsRKT)(2021max2XUKT 0dd ST令：令：求得求得202mXRss 临界转差率临界转差率On0nTmax将将sm代入转矩公式代入转矩公式，可得，可得 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机 max121max, )1(TUUT当当 U1 一定时一定时，Tmax为定值为定值(2) sm与与 R2 有关有关， R2 sm n 。 绕线绕线型型电机改变转子附加电阻电机改变转子附加电阻R2 可实现调速可实现调速2021max2XUKT由由可得可得： 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机过载系数过载系数( (能力能力)

32、 )m a xNMTKT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1.8 2.2MK工作时必须使工作时必须使否则电机将停转。否则电机将停转。电机严重过热而烧坏。电机严重过热而烧坏。 12 II 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机 起动转矩起动转矩 Tst:22022212)(sXRUsRKT 22022212stXRURKT 电动机起动时的转矩。电动机起动时的转矩。起动时起动时n= 0 时时，s =1 st121st, ) 1 (TUUT(2) Tst与与 R2 有关，有关， 适当使适当使R2 Tst 。对绕线式型对绕线式型 电机改变转子附加电阻电机改变转子附加电阻R 2

33、, 可使可使Tst =Tmax 。0nOnT 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机Kst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。一般一般鼠笼异步电动机的启动能力为鼠笼异步电动机的启动能力为1.02.0。NststTTK起动能力起动能力 Tst T2时时电机能起动，否则不能起动电机能起动，否则不能起动 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机4.电动机的运行分析电动机的运行分析电动机的电磁转矩可以随负载的变化而自动调电动机的电磁转矩可以随负载的变化而自动调整，这种能力称为自适应负载能力。整，这种能力称为自适应负载能力。自适应负载能力是电动机区别于其它动力机械自适应负载能力是电动机区别于

34、其它动力机械的重要特点（如：柴油机当负载增加时，必须由操的重要特点（如：柴油机当负载增加时，必须由操作者加大油门，才能带动新的负载作者加大油门，才能带动新的负载) )。此过程中，此过程中， n 、sE2 , I2 I1 电源提供的功率自动增加。电源提供的功率自动增加。T2 sT2 TT =T2n T T 2达到新的平衡达到新的平衡T2常用特常用特性段性段0nnTOn 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机例：已知例：已知Y225M-2型三相异步电动机的有关技术数据如下：型三相异步电动机的有关技术数据如下：pN=45KW,电源频率电源频率f1=50Hz，nN=2940r/m， ，启，启动能力动能力

35、Kst=2.0，过载系数，过载系数KM2.2，求该电机的额定转差率、，求该电机的额定转差率、额定转速时电动机转子回路电流的频率、额定转矩、启动转额定转速时电动机转子回路电流的频率、额定转矩、启动转矩、最大转矩和额定输入功率。矩、最大转矩和额定输入功率。91.5%N解解：101300029400.023000Nnnsn210.02 501Nfs fHz由电机型号极额定转速可知，该电动机的同步转速为由电机型号极额定转速可知，该电动机的同步转速为3000r/min。则有。则有转子回路电流频率：转子回路电流频率： 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机9550NNNPTnststNTK T2.0 146

36、.17292.34 N m459550146.172940N mmaxMNTK T2.2 146.17321.57 N m1NNNPP4549.180.915kW额定转矩额定转矩启动转矩启动转矩最大转矩最大转矩额定输入功率额定输入功率 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机5. U1 和和 R2变化对机械特性的影响变化对机械特性的影响(1) U1变化对机械特性的影响变化对机械特性的影响U Tm U UTst 22022212stXRURKT 2021m2XUKT 202mXRs 0nNUT2nTO 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机(2) R2变化对机械特性的影响变化对机械特性的影响stTTO

37、n0nR2 Tst n 硬特性：硬特性：负载变化时，转速变化不大，运行特性好负载变化时，转速变化不大，运行特性好软特性：软特性：负载增加时转速下降较快，但起动转矩大，负载增加时转速下降较快，但起动转矩大，起动特性好。起动特性好。 maxT2T22022212stXRURKT 2021m2XUKT 202mXRs 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机(2) R2变化对机械特性的影响变化对机械特性的影响 不同场合应选用不不同场合应选用不同的电机。如金属切同的电机。如金属切削，选硬特性电机；削，选硬特性电机；重载起动则选软特性重载起动则选软特性电机。电机。stTTOn0nR2 Tst n 硬特性：硬

38、特性：负载变化时，转速变化不大，运行特性好。负载变化时，转速变化不大，运行特性好。软特性：软特性：负载增加时转速下降较快，但起动转矩大，负载增加时转速下降较快，但起动转矩大，起动特性好。起动特性好。 maxT2T 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机8.4 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动起动性能起动性能 起动问题：起动问题：起动电流大，起动转矩小。起动电流大，起动转矩小。 一般中小型笼型电机起动电流为额定电流的一般中小型笼型电机起动电流为额定电流的5 7 倍倍; ;电动机的起动转矩为额定转矩的电动机的起动转矩为额定转矩的(1.02.2)倍。倍。大电流使电网电压降低，影响邻近负载的工作

39、大电流使电网电压降低，影响邻近负载的工作频繁起动时造成热量积累，使电机过热频繁起动时造成热量积累，使电机过热后果：后果：原因原因：起动：起动： n = 0，s =1, , 接通电源。接通电源。起动时起动时 ，n = 0，转子导体切割磁力线速度很大，转子导体切割磁力线速度很大，转子感应电势转子感应电势转子电流转子电流定子电流定子电流 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机8.4.1 起动方法起动方法(1) 直接起动（全电压启动）直接起动（全电压启动） (2) 降压起动：降压起动： 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（适用于笼型电动机适用于笼型电动机）(3)

40、 转子串电阻起动转子串电阻起动（适用于绕线型电动机适用于绕线型电动机）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。二、三十千瓦以下的异步电动机一般都采用直接起动。二、三十千瓦以下的异步电动机一般都采用直接起动。 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机ZUIll3YZUIll331Y llII1. 降压起动降压起动(1) Y 换接起动换接起动降压起动时的电流降压起动时的电流为直接起动时的为直接起动时的3 31 1YlIZlU 起动起动U1U2V1V1W1W2正常正常运行运行 lIlUZU1U2V1V2W1W2设：电机每相阻抗为设：电机每相阻抗为Z三角形联接时：三角形联接时：

41、星形联接时：星形联接时： 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机起动器接线简图起动器接线简图Y起动起动L1L3L2FUSU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1 起动起动UPU1+Ul+U2V1V2W1W2 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机起动器接线简图起动器接线简图 工作工作L1L3L2FUSU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1正常正常运行运行 lIlU+ZU1U2V1V2W1W2 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机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 起动起动

42、 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换接起动应注意的问题换接起动应注意的问题SYtst31TT ZlU+起动起动U1U2V1V1W1W2正常正常运行运行lU+ZU1U2V1V2W1W2 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机L1L3L2FUQ自耦降压起动自耦降压起动Q2下合：下合： 接入自耦变接入自耦变 压器，降压压器，降压 起动。起动。Q2上合：上合： 切除自耦变切除自耦变 压器，全压压器，全压 工作。工作。合刀闸开关合刀闸开关Q2 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机22st1P()()TUUst2st1st21IIIKK全压全压起动起动降压

43、降压起动起动stst12TTK起动电流关系起动电流关系起动转矩关系起动转矩关系22Pst112()UTUK1PstUUIZZP1st2st1UUKIIZZK 自耦变压器降压启动的启动电流与启动转矩都是直接启自耦变压器降压启动的启动电流与启动转矩都是直接启动的动的1 / K2倍。倍。 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机 自耦变压器备有抽头，以便得到不同的电压自耦变压器备有抽头，以便得到不同的电压（例如为电源电压的（例如为电源电压的73%、64%、55%），根），根据对起动转矩的要求而选用。据对起动转矩的要求而选用。 自耦降压起动适用于容量较大的或正常运行自耦降压起动适用于容量较大的或正常运行时

44、联成星形不能采用三角起动器的鼠笼式异步时联成星形不能采用三角起动器的鼠笼式异步电动机。电动机。 自耦变压器降压起动的优点是不受电动机自耦变压器降压起动的优点是不受电动机绕组接线方法的限制，可按照允许的起动电流绕组接线方法的限制，可按照允许的起动电流和所需的起动转矩选择不同的抽头，常用于起和所需的起动转矩选择不同的抽头，常用于起动容量较大的电动机。其缺点是设备费用高，动容量较大的电动机。其缺点是设备费用高，不宜频繁起动。不宜频繁起动。 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机20221222202st()EIRIIRX滑环滑环电刷电刷定子定子转子转子起动时将适当的起动时将适当的R 串入转子电路中，起

45、动后将串入转子电路中，起动后将R 短路。短路。起动电阻起动电阻 2. .绕线型电动机转子电路串电阻起动绕线型电动机转子电路串电阻起动RstRstRst 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机若若R2选得选得适当适当，转子电路串电阻起动既可以降，转子电路串电阻起动既可以降低起动电流，又可以增加起动转矩。低起动电流，又可以增加起动转矩。常用于要求起动转矩较大的生产机械上。常用于要求起动转矩较大的生产机械上。R2 Tst 22022212stXRURKT 22RR stTTOn0nmaxT2R2R stT 转子电路串电阻起动的特点转子电路串电阻起动的特点 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机方法：任意

46、调换电源的两根进线，电动机反转。方法：任意调换电源的两根进线，电动机反转。电动机电动机正转正转电动机电动机反转反转三相异步电动机的正、反转三相异步电动机的正、反转电电 源源VWM3UVW电电 源源M3 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机A2849230880380310453. (1)NNN3N2Ncos310 UPI 一台一台Y225M-4型的三相异步电型的三相异步电 动机，定子动机，定子绕组绕组型联结，其额定数据为：型联结，其额定数据为：P2N=45kW,nN=1480r/min，UN=380V， N=92.3%，cos N=0.88， Ist/IN=7.0, Tst/TN=1.9，Tm

47、ax/TN=2.2，求：，求：(1) 额定电流额定电流IN? (2) 额定转差率额定转差率sN? (3) 额定转矩额定转矩 TN 、最大转矩最大转矩Tmax 、和起动转矩和起动转矩TN 。 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机 (2) 由由nN=1480r/min，可知，可知 p=2minr 15000/n 013. 015001480150000N nnns (3)mN 429014804595509550NN2N .nPTmN 9638429022)(NNmaxmax .TTTTmN 8551429091)(NNstst .TTTT 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机 在在上例中上例中(

48、1)如果负载转矩为如果负载转矩为 510.2Nm, 试问在试问在U=UN和和U =0.9UN两种情况下电动机能否两种情况下电动机能否起动？（起动？（2）采用）采用Y- 换接起动时，求起动电流换接起动时，求起动电流和起动转矩。和起动转矩。 又当负载转矩为起动转矩的又当负载转矩为起动转矩的80%和和50%时，电动机能否起动？时，电动机能否起动？ (1) 在在U=UN时时 Tst = 551.8Nm 510.2 N. m mN2510mN 4478551902st .T不能起动不能起动 (2) Ist =7IN=7 84.2=589.4 AA519645983131st stY.II 在在U = 0

49、.9UN 时时能起动能起动例例2: 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机在在80%额定负载时额定负载时132329183%8042909183%80NstY .TT不能起动不能起动在在50%额定负载时额定负载时121459183%5042909183%50NstY .TT可以起动可以起动mN918385513131ststY .TT(3) 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机116011fns nsp1.1.变频调速变频调速 ( (无级调速无级调速) ) f=50Hz逆变器逆变器M3 整流器整流器f1、U1可可+变频调速方法变频调速方法恒转距调速恒转距调速（f1f1N）频率调节范围频率调节范围

50、0.50.5几百赫兹几百赫兹三种电气三种电气调速方法调速方法8.4.2 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机变极调速变极调速 ( (有级调速有级调速) )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。U11U21U12U22iiP=2U11U12U21U22NNSS 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机U11U21U12U22iiP=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

51、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。U11U12U21U22SN 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机Tn0no22RR2R2R变转差率调速变转差率调速 ( (无级调速无级调速) ) 变转差率调速是绕线型电动机特有的一种调变转差率调速是绕线型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、起重设备中。提升、起重设备中。nnTLTLs sTs

52、2R2Ro 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动1. 能耗制动能耗制动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 在断开三相电源的同时，给电动机其中两相在断开三相电源的同时，给电动机其中两相绕组通入直流电流，直流电流形成的固定磁场与绕组通入直流电流，直流电流形成的固定磁场与旋转的转子作用，产生了与转子旋转方向相反的旋转的转子作用，产生了与转子旋转方向相反的转矩（制动转矩），使转子迅速停止转动。转矩（制动转矩），使转子迅速停止转动。 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机nF转子转子T n0=02

53、. 反接制动反接制动 停车时，将接入电动机的三相电源线中的任意停车时，将接入电动机的三相电源线中的任意两相对调，使电动机定子产生一个与转子转动方向两相对调，使电动机定子产生一个与转子转动方向相反的旋转磁场，从而获得所需的制动转矩，使转相反的旋转磁场，从而获得所需的制动转矩，使转子迅速停止转动。子迅速停止转动。 运转运转制动制动M3 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机运转运转制动制动nF转子转子T n03.3.发电反馈制动发电反馈制动 当电动机转子的转速大于旋转磁场的转速时，旋转当电动机转子的转速大于旋转磁场的转速时，旋转磁场产生的电磁转矩作用方向发生变化，由驱动转矩磁场产生的电磁转矩作用方向发生变化，由驱动转矩变为制动转矩。电动机进入制动状态，变为制动转矩。电动机进入制动状态， 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机同时将外力作用于转子的能量转换成电能回送给同时将外力作用于转子的能量转换成电能回送给电网。电网。nF转子转子T n0n n0 江苏大学电工电子教研室三相交流电