第14讲 单相异步电动机

电工电子技术

谭甜源、张立宏办公地点：3教3312

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213738876三相异步机的工作原理YBZXAC转子定子定子绕组（三相）机座转子：在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电流。三相定子绕组：产生旋转磁场。回顾t=0°AZBXCYNS0°Nt=180

AZBXCYS180°t=60AZBXCYNS60°180°tiiAiBiCO60°0°iAiBiCABCXYZ1）旋转磁场的产生相序

A-B-C-A回顾极对数tiiAiBiCOABCXYZiAiC9060°0AZBXCYNS0°AZBXCYNS60°相序

A-C-B-AAZBXCYNS90°iB2)改变旋转磁场的转向回顾极对数C'Y'ABCXYZA'X'B'Z'3)极对数（P）的概念回顾4)电动机转速和旋转磁场同步转速的关系电机转子转动方向与磁场旋转的方向一致，但

异步电动机异步电机运行中:旋转磁场的同步转速和电动机转速之差为转差率：电动机起动瞬间:（转差率最大）回顾三相异步电动机的“电－磁”关系i2转、定子电路R1R2i1u1e1e

1e2e

2

：漏磁通产生的感应电动势。

：主磁通产生的感应电动势。e1e2、e

1e

2、定子电路R1jX1转子电路R2jX2回顾Z1=R1+jX1

U1

E1=4.44f1N11)定子电路忽略Z1定子电路R1jX12)转子电路a）转子感应电动势频率

f2转子电路R2jX2定子感应电势频率f1转子感应电势频率f2回顾b）转子感应电动势E2E2=4.44f2N2=4.44sf1N2

当转速n=0(s=1)时，f2最高，且E2最大，有E20=4.44

f1N2转子静止时的感应电势即E2=

sE20

转子转动时的感应电势c)转子感抗X2当转速n=0(s=1)时，f2最高，且X2最大，有X20=2

f1L2即X2=

sX20

回顾转子绕组的感应电流转子电路的功率因数

结论：转子转动时，转子电路中的各量均与转差率

s有关，即与转速

n有关。I2cos2s1I2,O回顾三相异步电动机的转矩与机械特性回顾电磁转矩公式SmTmax1T

sTst0转矩特性

在选择和使用电动机时，电动机的机械特性具有更实际的意义。机械特性曲线是表明电动机转速与转矩之间关系的曲线。

通常异步电动机都工作在图示特性曲线的ac段。此段称稳定区。nmaxT0mLTnabcd

在某一负载转矩下，它与曲线有两个交点，即b、d两点。我们所关心的问题是，电动机正常运行时是工作在b点呢还是在d点。

1）稳定运行分析若运行在b点：

如果某种原因引起负载转矩增加了一些，转速将下降。TL↑→n↓→T↑→T=TL

可见若运行在b点：可以自动适应负载转矩变化，使之达到新的平衡状态。若运行在d点：若负载转矩由于某种原因减小了一些，这时TL↓→n↑→T↓→T=TL

TL↑→n↓→T↓→n↓↓→T↓↓→n↓↓↓…

TL↓→n↑→T↑→n↑↑→T↑↑→n↑↑↑…

可见d点：不适应负载转矩的变化，cde称非稳定区。3.异步电动机的机械特性2)

U1变化对机械特性的影响UTmTstT2TO3)R2变化对机械特性的影响TOR2Tstn硬特性：负载变化时，转速变化不大，运行特性好。软特性：负载增加时转速下降较快，但起动转矩大，起动特性好。

不同场合应选用不同的电机。如金属切削，选硬特性电机；重载起动则选软特性电机。例10-5:1)解:

一台Y225M-4型的三相异步电动机，定子绕组△型联结，其额定数据为：P2N=45kW,nN=1480r/min，UN=380V，N=92.3%，cosN=0.88，Ist/IN=7.0,Tst/TN=1.9，Tmax/TN=2.2，求：

1)额定电流IN?2)额定转差率sN?3)额定转矩

TN、最大转矩Tmax、和起动转矩TN

。

一台Y225M-4型的三相异步电动机，定子绕组△型联结，其额定数据为：P2N=45kW,nN=1480r/min，UN=380V，N=92.3%，cosN=0.88，Ist/IN=7.0,Tst/TN=1.9，Tmax/TN=2.2，求：

1)额定电流IN?2)额定转差率sN?3)额定转矩

TN、最大转矩Tmax、和起动转矩TN

。例10-5:

2）由nN=1480r/min，可知p=2

一台Y225M-4型的三相异步电动机，定子绕组△型联结，其额定数据为：P2N=45kW,nN=1480r/min，UN=380V，N=92.3%，cosN=0.88，Ist/IN=7.0,Tst/TN=1.9，Tmax/TN=2.2，求：

1)额定电流IN?2)额定转差率sN?3)额定转矩

TN、最大转矩Tmax、和起动转矩TN

。3）例10-5:

10.4.3三相异步电动机的使用1.异步电动机的铭牌(1)型号含义

三相异步电动机型号Y123M-4功率7.5kW频率50Hz电压380V电流15.4A接法△转速1440r/min绝缘等级B工作方式连续

年月编号××电机厂磁极数(极对数p=2)

Y132M－4

机座长度代号机座中心高（mm）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、JQO（2）接法接线盒定子三相绕组的联接方法。通常V1W2U1W1U2V2U2U1W2V1V2W1U1V1W1W2U2V2W2U2V2V1W1U1Y联结W1U1V1W2U2V2联结（3）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%。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。

三相异步电动机的额定电压有380V，3000V,

及6000V等多种。（4）电流例如：Y/6.73/11.64A

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。

（5.）功率与效率鼠笼电机

=72~93％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。注意：实用中应选择容量合适的电机，防止出现“大马拉小车”的现象。（6）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。（7）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=0.04(8)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(105ºC)，H级最高(180ºC)。2三相异步电动机的起动（1）起动性能

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;电动机的起动转矩为额定转矩的(1.0~2.2)倍。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，使电机过热后果：原因：起动：

n=0，s=1,接通电源。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

（2）电动机的起动方法1）直接起动

鼠笼式电动机的起动有直接起动和降压起动两种，选择何种起动方法，要视电动机容量相对电网（变压器）容量而定。电动机容量小于变压器容量的20%时可以直接起动。否则采用降压起动以限制起动电流。

直接起动是利用闸刀开关或接触器将电动机直接接到额定电压上的起动方式，又叫全压起动。优点：起动简单。缺点：起动电流较大，将使线路电压下降，影响负载正常工作。适用范围：电动机容量在10kW以下，并且小于供电变压器容量的20％。2）降压起动

起动时降低电动机的电源电压，待电动机转速接近稳定转速时，再把电压恢复正常。(a)

星形—三角形(Y-)换接起动FU~~W2U1U2V1V2W1Q1转子定子绕组只适用于电动机在工作时定子绕组为连接。SYU1U2V1W1V2W2Y型W1V1U1U2V2W2

型FU~~W2U1U2V1V2W1Q1转子定子绕组SY起动电流和起动转矩都降低到直接起动时的三分之一。型Y型(a)

星形—三角形(Y-)换接起动~U1U2V1V2W1W2~S1S2起动三相自耦变压器M3

~(b)

自耦降压起动~U1U2V1V2W1W2~S1S2运转起动三相自耦变压器M3

~(b)

自耦降压起动解：

某型号为Y225M-4的三相异步电动机。其技术数据为：PN=45kW,nN=1480r/min，UN=380V，N=92.3%，cosN=0.88，Ist/IN=7.0,Tst/TN=1.9，Tmax/TN=2.2，f=50Hz。(1)如果负载转矩为510.2N•m,试问在U=UN和U´=0.9UN两种情况下电动机能否起动？（2）采用Y-

换接起动时，求起动电流和起动转矩。又当负载转矩为起动转矩的80%和50%时，电动机能否起动？(1)在U=UN时

Tst=551.8N•m>510.2N.m不能起动(2)Ist=7IN=784.2=589.4A

在U´=0.9UN时能起动例10-6:在80%额定负载时不能起动在50%额定负载时可以起动3.三相异步电动机的调速1.改变极对数有级调速。2.

改变转差率

无级调速调速方法：ST3.改变电源频率

(变频调速)

无级调速变频电源

可变

此种调速方法发展很快，且调速性能较好。其主要环节是研制变频电源。单相异步电动机的功率一般为几瓦到几百瓦常用于功率不大的电动工具(如电钻、搅拌器等)以及众多的家用电器(如电风扇、电冰箱、洗衣机、抽油烟机等)。10.4.4单相异步电动机

单相异步电动机：

定子只有一相主绕组的异步电动机。单相异步电动机均采用笼型转子，但定子有所不同。单相异步电动机的磁场在单相异步电动机的定子绕组通入单相交流电，电动机内产生一个大小及方向随时间沿定子绕组轴线方向变化的磁场，称为脉动磁场。⊙⊙⊙⊙⊙MP⊙⊙⊙⊙⊙MPt1it0t2t3t4t5t6t7Bx

磁极在空间的位置是固定的，即磁场出现最大值和过零的位置是固定的，对某点磁感应强度来讲，随时间按正弦规律变化，即：B=Bmsinωt其频率取决于电源的频率。tB由欧拉恒等式

结果表明，一个脉动磁场可分解成一对大小、转速相等、方向相反的旋转磁场。脉动磁场的分解④⑥⑧⑧③⑦⑦⑨⑨⑥⑤②①

+-①

+

-

②③④⑤-

+转子受到的力矩

两个旋转磁场分别产生的电磁转矩T/和T//

大小相等，转向相反，而电动机转子受到的合力矩为零，即T=0

此时电动机不能自行转动，换句话说，电动机启动转矩为零，不能启动。....F鼠笼式转子导条及电流AA'

但是，如果借助一点外力把转子向任意方向拨动一下，此时，各旋转磁场与转子的相对运动速度则不相同，各自转差率亦不同，即S/和S//

为：T=T/－T//

方向与T/相同。正反向旋转磁场的合成转矩特性合成转矩(正向)起动转矩为零(反向)正转转反

以上分析表明，一旦让单相异步电动机转动起来，由于顺时针旋转磁场B1和逆时针旋转磁场B2产生的合成电磁转矩不再为零，在这个合成转矩的作用下，即使不需要其它的外在因素，单相异步电动机仍将沿着原来的运动方向继续运转。由于单相异步电动机总有一个反向的制动转矩存在，所以其效率和负载能力都不及三相异步电动机。

综上所述，单相异步电动机的主要问题是解决启动问题。CBS1电容分相式异步电动机~AiAiBA为工作绕组，B为起动绕组，在空间相隔90

。S为离心力开关。iAtiiBOiA=IAmsintiB=IBmsin(t+90)

iA=ImsintiB=Imsin(t+90)iAtiiBO两相绕组形成的旋转磁场n045º90ºt=0°iA=0，iB为正值BA+iA、iB均为正值

t=45°++ABt=90°iA为正值，iB=0+AB形成旋转磁场。CBSAiAiB~12

改变电容C

的串联位置，可使异步电动机反转。将S合向1，iB超前iA将S合向2，iA超前iB2、罩极式单相电机

由于短路环的作用，φ2滞后φ1，于是在气隙内形成的合成磁场将是一个向罩极部分移动的磁场，使电动机产生一定的起动转矩。φ1φ2~

罩极式单相异步电动机起动转矩较小，转向不能改变，常用于电风扇、吹风机中；电容分相式单相异步电动机的起动转矩大，转向可改变，故常用于洗衣机等电器中。若三相异步电动机运行时断了一根线，相当若n=0，则不能起动，此时电流很大，时间若n0，则能够继续转动,但仍带额定负载，一长，电动机将会被烧坏；电流势必超过其额定值，时间一长，电动机也将被烧坏。三相异步电动机的单相运行于单相异步电动机，称为三相异步电动机的单相运行，或缺相运行。了解三相交流异步电动机的基本构造和转动原理理解三相异步电动机的机械特性理解三相交流异步电动机铭牌数据的意义学习要点小结作业10.10、10.11、10.12历届考题计算题三相异步电动机的铭牌数据如下：型号：Y132M-4功率：7.5kW频率：50Hz电压：380V

接法：△转速：1440r/mincosφ:0.85效率：0.87Ist/IN=7Tst/TN=2.2Tmax/TN=2.2试求：(1)磁极对数p、额定转差率SN；(2)额定输入功率P1；

(3)额定相电流IpN额定电流IN；(4)额定转矩TN;(5)已知起动时它的负载转矩为40N·m，今电网不允许起动电流超过100A，问：（a）该电动机能否直接起动？（b）能否采用星形-三角形换接起动，为什么？

解：由题意可知，该电机的同步转速n1=1500r/min(2)根据：(1)历届考题计算题三相异步电动机的铭牌数据如下：型号：Y132M-4功率：7.5kW频率：50Hz电压：380V

接法：△转速：1440r/mincosφ:0.85效率：0.87Ist/IN=7Tst/TN=2.2Tmax/TN=2.2试求：(1)磁极对数p、额定转差率SN；(2)额定输入功率P1；

(3)额定相电流IpN额定电流IN；(4)额定转矩TN;(5)已知起动时它的负载转矩为40N·m，今电网不允许起动电流超过100A，问：（a）该电动机能否直接起动？（b）能否采用星形-三角形换接起动，为什么？

解：(3)根据额定相电流历届考题计算题三相异步电动机的铭牌数据如下：型号：Y132M-4功率：7.5kW频率：50Hz电压：380V

接法：△转速：1440r/mincosφ:0.85效率：0.87Ist/IN=7Tst/TN=2.2Tmax/TN=2.2试求：(1)磁极对数p、额定转差率SN；(2)额定输入功率P1；

(3)额定相电流IpN额定电流IN