【学习课件】第四章异步电动机原理与控制

1、第四章 异步电动机的原理与控制电动机的分类：电动机交流电动机直流电动机三相电动机单相电动机同步电动机异步电动机他励、并励电动机串励、复励电动机第四章 异步电动机原理和控制第一节 三相异步电动机一 三相异步电动机的结构一、三相异步电动机的结构1.定子铁心：由内周有槽的硅钢片叠成。A -XB -Y C- Z三相绕组机座：铸钢或铸铁一、三相异步电动机的结构1.定子一、三相异步电动机的结构 定子: 通入三相交流电，产生产生旋转磁场。2.转子鼠笼转子铁心：由外周有槽的硅钢片叠成。 (1) 鼠笼式转子 铁芯槽内放铜条，端 部用短路环形成一体。 或铸铝形成转子绕组。（1）鼠笼式（2）绕线式一、三相异步电动机

2、的结构2.转子(2) 绕线式转子 同定子绕组一样，也分为三相，并且接成星形。（1）鼠笼式（2）绕线式一、三相异步电动机的结构 转子: 在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电流，从而产生电磁转矩而旋转。鼠笼式电动机与绕线式电动机的的比较：鼠笼式： 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。绕线式： 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。转子电路的特点：自行闭合，不外接电力负载。一、三相异步电动机的结构对称三相绕组通入对称三相电流旋转磁场(磁场能量)磁场切割转子绕组转子绕组中产生 e 和 i转子绕组在磁场中受到电磁力的作用转子旋转起来机械负载旋转

3、起来三相交流电能输出机械能量二、三相异步电动机的工作原理1 旋转磁场 定子三相绕组通入三相交流电(星形联接)AXBYCZ（1）旋转磁场的产生o二、三相异步电动机的工作原理o规定 i : “+” 首端流入，尾端流出。 i : “” 尾端流入，首端流出。 AYCBZX()电流出()电流入（1）旋转磁场的产生二、三相异步电动机的工作原理1 旋转磁场AXYCBZ 三相电流合成磁场 的分布情况合成磁场方向向下合成磁场旋转60AXYCBZAXYCBZ合成磁场旋转90右手螺旋定则-判定磁场方向o分析可知：三相电流产生的合成磁场是一旋转的磁场 即：一个电流周期，旋转磁场在空间转过360取决于三相电流的相序(2

4、).旋转磁场的旋转方向AXCZBY0 toAAXZBCYAAXZBCY结论： 任意调换两根电源进线，则旋转磁场反转。任意调换两根电源进线AXYCBZ(3) 旋转磁场的极对数Po tAXBYCZAXYCBZ二、三相异步电动机的工作原理1 旋转磁场 当三相定子绕组按图示排列时，产生一对磁极的旋转磁场，即：1=p 若定子每相绕组由两个线圈串联 ，绕组的始端之间互差60，首末端相差90，将形成两对磁极的旋转磁场。CYABCXYZAXBZAXBYC二、三相异步电动机的工作原理1 旋转磁场(3) 旋转磁场的极对数P极对数旋转磁场的磁极对数与三相绕组的排列有关CYABCXYZAXBZ01 旋转磁场(3) 旋

5、转磁场的极对数P2=p（4）旋转磁场的转速工频： 旋转磁场的转速取决于磁场的磁极对数p，和三相交流电的频率fp=1时0 toAXYCBZAXYCBZAXYCBZ1 旋转磁场p=2时0旋转磁场转速n0与极对数 p 的关系极对数每个电流周期磁场转过的空间角度同步转速旋转磁场转速n0与频率f1和极对数p有关。可见:1 旋转磁场（4）旋转磁场的转速2. 转子转动原理定子三相绕组通入三相交流电方向:顺时针 切割转子导体右手定则感应电动势 E20旋转磁场感应电流 I2旋转磁场左手定则电磁力F电磁转矩TnAXYCBZFF二、三相异步电动机的工作原理（1）转子为什么转动？分）转/( 6010pfn=转差率：

6、旋转磁场的同步转速和电动机转子转速之差与旋转磁场的同步转速之比 由前面分析可知，电动机转子转动方向与磁场旋转的方向一致，但转子转速 n 不可能达到与旋转磁场的转速相等，即异步电动机如果:无转子电动势和转子电流 转子与旋转磁场间没有相对运动，磁通不切 割转子导条无转矩因此，转子转速与旋转磁场转速间必须要有差别。（2）转子的转速=?2. 转子转动原理0nnTT =T2n T T2达到新的平衡T2自适应：稳定工作区TO负载的影响 U1 的影响UTmTstT2TO电动机的运行分析 R2 的影响TOR2Tst n硬特性（R2大）：负载变化时，转速变化不大，运行特性好。软特性（R2小）：负载增加时转速下降

7、较快，但起动转矩大，起动特性好。 电动机的运行分析1 异步电动机的启动 起动问题：起动电流大，起动转矩小。 一般中小型鼠笼式电机起动电流为额定电流的5 7 倍; 起动转矩为额定转矩的(1.02.2)倍。起动时 ，n = 0，转子导体切割磁力线速度很大，转子感应电势转子电流定子电流 四、三相异步电动机的启动、反转、调速、和制动(1) 直接起动 电动机直接接到电源上，叫直接起动。(2) 降压起动：星形-三角形(Y ) 换接起动自耦降压起动（适用于鼠笼式电动机）(3) 转子串电阻起动（适用于绕线式电动机）1 异步电动机的启动方法：四、三相异步电动机的启动、反转、调速、和制动设：电机每相阻抗为|Z|

8、Y 换接起动 降压起动时的电流为直接起动时的1/3+ 起动U1U2V1V1W1W2+正常运行U1U2V1V2W1W2相电流相电压 方法：任意调换电源的两根进线，电动机反转。 电动机正转电动机反转三相异步电动机的正、反转电 源UVWM3UVW电 源M3四、三相异步电动机的启动、反转、调速、和制动（1） 变频调速 (无级调速) f=50Hz逆变器M3 整流器f1、U1可调+变频调速方法恒转距调速（f1f1N）频率调节范围：0.5几百赫兹三相异步电动机的调速四、三相异步电动机的启动、反转、调速、和制动调速方法：3种，1、变频，2、变磁极对数，3、变转差率。（2） 变极调速 (有级调速)A1X1A2X

9、2iiP=2A1A2X1X2NNSS三相异步电动机的调速（1） 变频调速 (无级调速)变频器A1X1A2X2iiP=1 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，因而只用在对调速性能要求不高的场合，如铣床、镗床、磨床等机床上。A1A2X1X2SNTo（3） 变转差率调速 (无级调速) 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，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。nnTLTLs sTso三相异步电动机的调速4 三相异步电动机的制动制动方法机械制动电气制动能耗制动反接制动发电反馈制动四、三相异步电动机的启动、反

10、转、调速、和制动4 三相异步电动机的制动(1) 能耗制动 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旋转的转子作用，产生了与转子旋转方向相反的转距（制动转距），转子迅速停止转动。nF转子Tn0=0M3+-运转制动RP(2) 反接制动 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。 M3运转制动nF转子Tn0(3) 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，旋转磁场产生的电磁转距作用方向发生变化，由驱动转距变为制动转距。电动机进入制动状态，同时将外力

11、作用于转子的能量转换成电能回送给电网。nF转子Tn0n n0五 三相异步电动机铭牌数据1. 型号 磁极数( 极对数 p = 2 )例如： Y 132 M4 用以表明电动机的系列、几何尺寸和极数。机座长度代号机座中心高（mm）三相异步电动机异步电动机产品名称代号产品名称异步电动机绕线式异步电动机防爆型异步电动机高起动转矩异步电动机新代号汉字意义老代号Y异异绕异爆异起YRYBYQJ、JOJR、JROJB、JBOJQ、JQO2. 电压例如：380/220V、Y/ 是指线电压为 380V 时 采用 Y联结；线电压为 220V 时采用 联结。说明：一般规定，电动机的运行电压不能高于或低 于额定值的 5%

12、 。因为在电动机满载或接近 满载情况下运行时，电压过高 或过低都会使 电动机的电流大于额定值, 从而使电动机过热。电动机在额定运行时定子绕组上应加的线电压值。五 三相异步电动机铭牌数据3. 电流例如： Y / 6.73 / 11.64 A 表示星形联结下电机的线电流为 6.73A；三角形联结下线电流为 11.64A。两种接法下相电流均为 6.73A。 4. 功率与效率 鼠笼电机 =7293电动机在额定运行时定子绕组的线电流值。额定功率是指电机在额定运行时轴上输出的机械功率 P2，它不等于从电源吸取的电功率 P1。五 三相异步电动机铭牌数据注意：实用中应选择容量合适的电机，防止出现 “大马拉小车

13、” 的现象。5. 功率因数PN 三相异步电动机的功率因数较低，在额定负载时约为 0.7 0.9。空载时功率因数很低，只有 0.2 0.3。额定负载时，功率因数最高。 6. 额定转速电机在额定电压、额定负载下运行时的转速。P2cosO如： n N =1440 转/分 sN = 0.047. 绝缘等级指电机绝缘材料能够承受的极限温度等级，分为A、E、B、F、H五级，A级最低(105C)，H级最高(180C)。8. 接法接线盒定子三相绕组的联接方法。通常V1W2U1W1U2V2U2U1W2V1V2W1U1V1W1W2U2V2W2U2V2V1W1U1Y 联结W1U1V1W2U2V2 联结五 三相异步电

14、动机铭牌数据9、电源接线方法功率的选择 功率选得过大不经济，功率选得过小电动机容易因过载而损坏。1. 对于连续运行的电动机，所选功率应等于或略大于生产机械的功率。2. 对于短时工作的电动机，允许在运行中有短暂的过载，故所选功率可等于或略小于生产机械的功率。10、三相异步电动机的选择 单相异步电动机主要应用于电动工具、洗衣机、电冰箱、空调、电风扇等小功率电器中。单相异步电动机的定子中放置单相绕组,转子一般用鼠笼式。 第二节 单相异步电动机一 单相异步电动机的结构第二节 单相异步电动机定子绕组中通入单相交流电后, 形成脉动磁场，若不采取措施，将无法获得所需的起动转矩。定子绕组产生的脉动磁场tO定子

15、定子绕组转子AANS二 、单相异步电动机的工作原理定子绕组产生的脉动磁场，可用正、反两个旋转磁场合成来等效。即 + -m= + -=tO定子绕组AANS二 、单相异步电动机的工作原理+和-大小不变方向改变脉动磁场的分解 +- + +- - -+00正反向旋转磁场的合成转矩:正向:反向:静止: T+和T-大小相等方向相反，T=0T+和T-始终是相反的转子OTS1-+=TTT 为了获得所需的起动转矩，单相异步电动机的定子进行了特殊设计。常用的单相异步电动机有电容分相式异步电动机和罩极式异步电动机。他们都采用鼠笼式转子，但定子结构不同。电容分相式异步电动机 电容分相式异步电动机的定子中放置有两个绕组，一个是工作绕组 AA，另一个是起动绕组 BB ,两个绕组在空间相隔90。起动时， BB 绕组经电容接电源，两个绕组的电流相位相差近90，即可获得所需的旋转磁场。电容分相式异步电动机iASABBAiB设两相电流为两相电流正弦波形如图所示。iBiAO起动绕组工作绕组ABBAABBA