第二章三相异步电动机E

化工电器高级工培训授课

闫卫萍1第二章三相异步电动机第一节三相异步电动机的结构第二节三相异步电动机的工作原理第三节三相异步电动机的工作特性第四节三相异步电动机的启动、反转与制动第五节三相异步电动机的使用、维护及故障处理2※按其功能可分：交流发电机和交流电动机两大类。※按所需交流电源相数的不同可分：单相和三相两大类。※异步电动机是交流电机中的一种，交流电机是实现机械能与交流电能之间互相转换的一种装置。三相异步电动机根据其转子结构的不同可分鼠笼式和绕线式两大类。

※按其工作原理可分：同步电动机和异步电动机两大类。3第一节

三相鼠笼式异步电动机的结构

定子：定子铁心、定子绕组、机座转子：转子铁心、转子绕组、其它附件铭牌4定子绕组定子铁心机座定子铁心的作用是作为电机磁路的一部分，并在其上放置定子绕组。定子绕组是电动机的电路部分，通人三相交流电，产生旋转磁场机座的作用是固定定子铁心和绕组，机座的作用是固定和保护电机的电磁部分和散发电机运行中产生的热量5开口型半开口型半闭口型6定子三相绕组的接法U1V1W1U2V2W2U1U2V1V2W1W2U1V1W1U2V2W2U1U2V1V2W1W2U1V1W1W2U2V2U1V1W1W2U2V2Y接法：△接法：7转子绕组转子铁心转子转轴转子铁心是电机磁路的一部分，并放置转子绕组转子绕组的作用为切割定子磁场，产生感应电动势和电流，并在旋转磁场的作用下受力而使转子转动转轴用以传递转矩及支撑转子的重量89101112端盖支撑转子轴承盖保护轴承，使轴承内的润滑油不致溢出风扇冷却电动机轴承连接转动部分与不动部分13三相异步电动机型号Y－112M－4编号4.0千瓦8.8安380伏1440转/分LW83分贝接法△防护等级IP4450赫兹45公斤标准编号工作制SIB绝缘等级年月××电机厂三相异步电动机型号Y－112M－4编号4.0千瓦8.8安380伏1440转/分LW83分贝接法△防护等级IP4450赫兹45公斤标准编号工作制SIB绝缘等级年月××电机厂型号Y－112M－4异步电动机磁极数中心高度（毫米）机座类别（中）4.0千瓦：额定功率8.8安：额定电流380伏：额定电压1440转/分：额定转速△：接法IP44:防护等级50赫兹：频率82分贝：噪声等级14第二节三相异步电动机的工作原理

（一）两极定子绕组的旋转磁场1、旋转磁场产生的原理2、旋转磁场的旋转方向3、旋转磁场的旋转速度（二）三相异步电动机的转动原理（三）异步电动机的转差率※电磁感应现象※三相异步电动机的构造15定子绕组定子铁心机座机座的作用是固定定子铁心和绕组，16转子绕组转子铁心转子转轴17NS0导体回路切割磁力线时产生感生电动势和感生电流电磁感应现象NS0感生电动势方向：右手定则18SN插入SN拔出SN磁铁在线圈中运动引起感生电流当磁通发生变化时，闭合线圈中要产生感生电动势和感生电流。而且磁铁插入线圈和从线圈中拔出磁铁时，感生电流的方向相反。19电磁感应现象：导体相对于磁场作切割磁力线运动或线圈中的磁通发生变化时，导体或线圈中就产生感生电动势，若导体或线圈是闭合电路的一部分，就会产生感生电流。楞次定律：感生电流的磁场总是阻碍原磁通的变化。20·······NS旋转磁场带动鼠笼转子旋转三相鼠笼式异步电动机的工作原理演示实验当磁铁旋转时，磁铁与鼠笼发生相对运动，鼠笼导体切割磁力线而产生感生电动势和感生电流。21电磁力矩的方向与磁铁的旋转方向相同，所以鼠笼沿着磁铁的旋转方向旋转。转子转动的先决条件：有一个旋转磁场鼠笼式异步电动机中的旋转磁场是由绕组中的三相交流电产生的。NS×·××××····FF磁场旋转方向22简化的三相绕组分布图按Y形连接的三相绕组接通电源三相对称电流波形图两极绕组的旋转磁场ibiciaibic各项绕组在空间互差120°的机械角度对称的三相交流电ia231、旋转磁场产生的原理i···ωt设ia的初相为零，则ib滞后ia一个120°角，即

ia＝Imsinω

t通人U1U2绕组

ib＝Imsin(ωt－120°)通人V1V2绕组

iC＝Imsin(ωt－240°)通人W1W2绕组iaibic24ωt=0：ωt=：i···ωtiaibicNSn1W2U1U2W1V1V2NS设i为正值：从线圈首端流入，末端流出。

i为负值：从线圈首端流出，末端流入。·U1W2V1U2W1V225i···ωtiaibic

W2V1××··U1U2W1V2··×××·U1W2V1U2W1V2×U1W2V1U2W1··×V2ωt=：ωt=：ωt=：NSSNSN26U2W2··××U1U2W1V1V2·××···×U1W2V1U2W1V2W2V1××··U1U2W1V2NSNNSS×U1W2V1U2W1··×V2NS··×××·U1W2V1W1V2NSωt=ωt=0：当三相交流电变化一周后，其所产生的旋转磁场也正好旋转一周。27结论：在三相交流电动机定子上放置结构完全相同在空间位置各相差120°机械角度的三相绕组中，分别通入三相交流电，则在定子与转子的空气隙间所产生的合成磁场是沿定子内圆旋转的，我们称之为旋转磁场。282、旋转磁场的旋转方向三相交流电的变化次序（相序）为：A相达到最大值→B相达到最大值→C相达到最大值→A相…U相绕组V相绕组W相绕组U相…※旋转磁场的方向与三相交流电的变化相序一致U相绕组V相绕组W相绕组U相…※旋转磁场的方向与三相交流电的变化相序相反A相交流电B相交流电C相交流电A相…29i···ωtiaibicNSNSωt=0ωt=U1W2U2W1V1V2U1W2U2W1V1V2n130结论：只要任意调换电动机两相绕组所接交流电源的相序，旋转磁场即反转。313、旋转磁场的旋转速度（同步转速n1）（1）两极三相异步电动机（2p＝2）旋转磁场的转速等于三相交流电的变化速度：n1＝60f1＝3000转/分（2）四级三相异步电动（2p＝4）旋转磁场的转速等于三相交流电的变化速度的一半：n1＝60f1=30×50＝1500转/分32U1U1′U2U2′串联组成U相；V1V1′V2V2′串联组成V相；W1W1′W2W2′串联组成W相，相邻两相绕组在空间的电角度仍为120°（机械角度则60°）。（1

向三相绕组内通人对称的三相交流电流iA、iB、iC，该合成磁场有两对磁极，即2p＝4，当三相交流电交变一周时，四极电动机的合成磁场只旋转了半圈（即转过180°机械角度），故在四极电动机中旋转磁场的转速等于三相交流电变化速度的一半。故当磁极对数增加一倍，则旋转磁场的转速减小一半。33iaibicABCXYZi···ωtiaibic

N1N2S1S2U1U2U2′V1V1′V2V2′W1W1′W2′W2U1′U1U2U2′V1V1′V2V2′W1W1′W2′W2ωt=0：34N1N2S1S2U1U2U2′V1V1′V2V2′W1W1′W2′W2U1′U1U2U2′V1V1′V2V2′W1W1′W2′W2i···ωtiaibic

N1N2S1S2U1′U1U2U2′V1V1′V2V2′W1W1′W2′W2n045°ωt=0ωt=35(3)当三相异步电动机定子绕组为p对磁极时，旋转磁场的转速（又称同步转速）为：例2－1求J02-42-4型三相异步电动机的同步转速n1，加在电动机上的交流电源频率为f1＝50赫。解：型号的最后一位数字“4”表示该电动机的磁极数，即2p＝4。故n1＝60f1/p＝60×50/2＝1500转/分例2－2求JD02-72-8/6/4型三相调速异步电动机在不同的磁极数时（8极、6极、4极）的同步转速n1，设f1=50赫。解：由式n1＝60f1/p可得接成8极时，n1＝60×50/4＝750转/分接成6极时，n1＝60×50/3＝1000转/分接成4极时，n1＝60×50/2＝1500转/分。36（二）三相异步电动机的转动原理××··U1U2V1V2W1W2n1NSFF转子导体的受力方向与旋转磁场的旋转方向相同。ωt＝0瞬间转子的旋转速度n＜n1i···ωtiaibic37（三）、异步电动机的转差率（1）转差1、当n＝0时，则转子切割旋转磁场的相对转速n1－n＝n1为最大，转子中的感应电动势及电流也最大。2、当转子转速n增加时，则n1－n开始下降，因而转子中的感应电动势及电流跟着下降。3、当n＝n1，则n1－n＝0，此时转子导体不切割定子旋转磁场，转子中就没有感应电动势及电流，也就不产生转矩因此转子转速在一般情况下不可能等于旋转磁场的转速，亦即转子转速与定子旋转磁场的转速两者的步伐不可能一致，异步电动机即由此而得名。

n和n1的差异是异步电动机能够产生电磁转矩的必要条件，又由于异步电动机的转子绕组并不直接与电源相接，而是依靠电磁感应的原理来产生感应电动势和电流，从而产生电磁转矩使电动机旋转，因此又可称之为感应电动机。38（2）转差率：(1≥S＞0)※转子转速越高，转差率越小；转子转速越低，转差率越大。例2－4Y－112M－4三相异步电动机，2p=4,额定转速nN＝1440转/分，交流电源频率f1＝50赫兹，求额定转差率SN

。解：n1＝60f1/p＝60×50/2＝1500转/分S=(n1－n)/n1＝（1500－1400）/1500＝0.0439第三节三相异步电动机的工作特性1、电磁转矩公式

T＝CM

ΦmI2cosφ2T－电磁转矩，牛·米CM－转矩常数Φm－旋转磁场每极磁通最大值，韦；I2－转子每相绕组中的电流，安Cosφ2－转子每相电路的功率因数或C－电动机结构常数R2－转子电阻U1－定子绕组每相的电压X20－转子感抗（n=0,S=1)f1—电源频率S－转差率40异步电动机的机械特性曲线转矩特性曲线可分为两大部分：（1)

在Sm＞S＞0范围内,由于S值较小，随着S的转速增加（即转速n减小）,转矩T相应的增加，这个范围称为异步电动机的稳定区，电动机能在这个范围内正常运行。（2)

在1＞S＞Sm范围内，由于S值比较大，故S2比起SX20来讲相应为小,随着转差率S的增加（转速n的减小），转矩相应的减小。此区域称为不稳定运行区，异步电动机一般不能在该区域内正常稳定运行。1、

电动机启动的瞬间，即S=1时的转矩Tst称启动转矩（又称堵转转矩）。此时电动机的启动电流（堵转电流）很大，但由于转子绕组的功率因数cosφ2很小，故启动转矩Tst并不很大。0SNSm1STTmTNTst异步电动机的转矩特性曲线2、机械特性：指电动机的转速与电磁转矩的关系2、

当转子达到同步转速时，即S=0，因I2=0，所以转矩T＝0。3、

当S达到某一值Sm时，电磁转矩达到最大值Tm，称为最大转矩。对应于此的转差率Sm称临界转差率。一般异步电动机的Sm约在0.04～0.14之间。4、对应于额定负载时的转矩称为额定矩TN，此时的转差率则称为额定转差率SN。41转子转速电磁转矩1、额定转矩TN：电动机在额定负载时的转矩。2、最大转矩Tm：转矩的最大值，当负载转矩超过最大转矩时，电动机就闷车现象。·Tm异步电动机的机械特性曲线TStTNCBAn=n1ne03、起动转矩Tst：电动机刚刚起动（n＝0，s=1）的转矩称为起动转矩通常三相异步电动机都工作在特性曲线的AB段。当负载在空载与额定值之间变化时，电动机的转速变化不大。当负载转矩增大时，在最初瞬间电动机的转矩小于阻转矩，它的转n开始下降，电动机的转矩增加；当转矩增加至与阻转矩相等时，电动机在新的稳定状态下运行，这时转速较前为低。转矩与转速的关系曲线42第四节三相异步电动机的启动、反转与转动一、三相异步电动机的启动1、鼠笼式异步电动机的直接启动SL1L2L3FUM3～电动机接通电源后转速从零增加到稳定转速的过程，称为启动。

开关控制电动机直接启动的线路，所谓直接启动是将电动机定子绕组直接接到额定电压的网上来启动电动机，也称全压启动。43※直接启动的电动机在启动瞬间，定子绕组中会产生很大的启动电流。通常启动时的启动电流是额定电流的4～7倍。起动电流过大会产生以下严重后果：

1、

使电网电压产生波动（特别是容量较大的电动机启动时），从而影响到接在电网上的其它设备的正常运行。2、

使电动机绕组发热、绝缘老化，从而缩短了电动机的使用寿命。特别是对经常需要启动的电动机影响较大。443、

也可用下面经验公式来粗估电动机是否可以经常启动

即Ist/In小于上式右边的数值时，可直接启动。优点:启动设备简单，启动时间短，方式简单、可靠，成本低。缺点:对电动机及电网有一定的冲击。满足下述条件之一，电动机就允许直接启动：1、

容量在7.5千瓦以下的三相异步电动机一般均可采用直接启动。2、

电动机在启动瞬间造成的电网电压降不大于电源电压正常值的10％，对于不经常启动的电动机可放宽到15％。如用户有专用的变压器供电，则如电动机容量小于变压器容量的20％时，允许频繁启动，小于30％时，允许不经常启动。452、鼠笼式异步电动机的降压启动

（降压启动只适用于电动机空载或轻载启动）

降压启动是