电工电子-第4章

第4章电动机4.1三相异步电动机的构造4.3三相异步电动机的电路分析4.2三相异步电动机的工作原理4.4三相异步电动机的转矩与机械特性4.5三相异步电动机的起动4.6三相异步电动机的调速*4.7三相异步电动机的制动4.8三相异步电动机的铭牌数据退出*4.10直流电动机*4.9单相异步电动机*4.11控制电动机

异步电动机的应用非常广泛：在工业方面：中、小型轧钢设备，机床、轻工机械、起重机械，矿山机械等。在农业方面：脱粒机、粉碎机、排灌机械及加工机械。在家用电器方面：电风扇、空调机、洗衣机等。

电动机的作用是将交流电能转换成机械能,电动机分交流电动机和直流电动机两大类。1.

交流电动机按电机定子相数分三相异步电动机、两相异步电动机、单相异步电动机。2.按电机的转子结构分

笼型异步电动机、绕线型异步电动机4.1三相异步电动机的构造电动机的外形4.1三相异步电动机的构造三相异步电动机主要部件是由定子和转子两大部分组成。此外，还有端盖、机座、轴承、风扇等部件。三相异步电动机的基本结构示意图三相异步电动机主要部件是由定子和转子两大部分组成。此外，还有端盖、机座、轴承、风扇等部件。端盖机座三相异步电动机的基本结构示意图三相异步电动机的基本结构示意图三相异步电动机主要部件是由定子和转子两大部分组成。此外，还有端盖、机座、轴承、风扇等部件。定子三相异步电动机的基本结构示意图三相异步电动机主要部件是由定子和转子两大部分组成。此外，还有端盖、机座、轴承、风扇等部件。定子转子轴承端盖机座

1.定子三相异步电动机的定子是由机座、定子铁心和定子绕组组成。定子绕组机座铁心定子铁心是由冲有槽孔的硅钢片叠压而成。定子硅钢片绕线型转子铁心与绕组

2.转子

根据转子绕组结构的不同又分为笼型转子和绕线型转子。绕线型转子的电动机称绕线型电动机。外接电阻电刷滑环转子铁心转子绕组转子铁心是由相互绝缘的硅钢片叠压而成。转子硅钢片2.转子

笼型转子是由嵌放在转子铁心槽内的导电条组成，在转子铁心的两端各用一个导电端环把所有的导电条连接起来。笼型转子2.转子笼型转子的电动机称笼型电动机。在定子槽孔中放置三相彼此独立的绕组。AXBYCZABCZXYAXBYCZAXBYCZABCZXY定子绕组星接定子绕组角接端子AZBXCY设：电流的流入端用+

表示电流的流出端用•

表示在定子槽孔中放置三相彼此独立的绕组。定子绕组AXBYCZiAiBiCuAuBuCiAiBiCABCXYZ+++定子绕组与转子绕组定子绕组转子绕组AZBXCY+++设：电流的流入端用+

表示电流的流出端用•

表示返回iAiBiCABCXYZiA=ImsintiB=Imsin(t–120)iC=Imsin(t+120)iAiBiC相序

A-B-C-A对称三相电流流入对称三相绕组。

tiO4.2三相异步电动机的工作原理4.2.1旋转磁场iAt=0°tiAZBXCYiA=0iB为负值iC为正值NS0°设：电流的流入端用+

表示iBiC电流的流出端用•

表示4.2.1旋转磁场1.旋转磁场的产生Ott=60°iAZBXCYNS60°iC

=0iB为负值iA为正值iAiBiCO4.2.1旋转磁场1.旋转磁场的产生t=90°AZBXCYNS90°iA为正值iB为负值iC为负值tiiAiBiCO4.2.1旋转磁场1.旋转磁场的产生t=180°AZBXCYiA=0iB为正值iC为负值180°NStiiAiBiCO4.2.1旋转磁场1.旋转磁场的产生t=0°AZBXCYNS0°Nt=180

AZBXCYS180°t=90°AZBXCYNS90°t=60AZBXCYNS60°1.旋转磁场的产生空间相差120º角的三相绕组，通入对称三相电流时，产生的是一对磁极的旋转磁场，当电流经过一个周期变化时，磁场也沿着顺时针方向旋转了一周(在空间旋转的角度为360º)。综上分析可以得出：tiiAiBiCOABCXYZiAiC9060°0AZBXCYNS0°AZBXCYNS60°相序

A-C-B-AAZBXCYNS90°iB2.改变旋转磁场的转向

改变流入三相绕组的电流相序，就能改变旋转磁场的转向；改变了旋转磁场的转向，也就改变了三相异步电动机的旋转方向。综上分析可以得出：旋转磁场的磁极对数

p与三相定子绕组的连接方式有关—电源的频率—磁极对数若f1=50Hz，p=1，n0=3000r/min；p=2，n0=1500r/min；p=3，n0=1000r/min。3.旋转磁场的磁极对数

p4.旋转磁场的转速n0n0的单位：转/每分U1U2V2W1V1W2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FF电磁转矩TnF4.2.2电动机的转动原理n=(1–s)n0转差率0<s

<sN=0.015~0.06转子转速4.2.3转差率s[例1]

已知n=975r/m，f1=50Hz。求：p、s、f2。[解]p=3返回4.3三相异步电动机的电路分析定子电路R1jX1转子电路R2jX2U1

E1=4.44f1N1：旋转磁场每极磁通N1：每相定子绕组匝数f1：定子绕组感应电势的频率4.3.1定子电路定子电路R1jX1旋转磁场与定子导体间的相对速度为n0

，所以感应电势的频率与磁场和导体间的相对速度有关f1=电源频率f感应电势的频率与磁场和导体间的相对速度有关4.3.2转子电路1.转子频率

f2转子电路R2jX2∵定子导体与旋转磁场间的相对速度固定，而转子导体与旋转磁场间的相对速度随转子的转速不同而变化旋转磁场切割定子导体和转子导体的速度不同。定子感应电势频率f1转子感应电势频率f2定子感应电势频率f1转子感应电势频率f22.转子电动势

E23.转子感抗X2E2=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转子电路R2jXS24.转子电路电流5.转子电路的功率因数cos2I2cos

2cos

2I2Os1返回

电磁转矩是由旋转磁场

和转子电流的有功分量相互作用而产生的，所以4.4三相异步电动机的转矩与机械特性4.4.1转矩公式常数，与电机结构有关旋转磁场每极磁通转子电流转子电路的功率因数由此得电磁转矩公式由前面分析知：由公式可知电磁转矩公式1.T与定子每相绕组电压成正比。U1T2.当电源电压U1一定时，T是

s的函数。3.R2

的大小对

T有影响。绕线型异步电动机可外接电阻来改变转子电阻R2

，从而改变转距。4.4.2机械特性曲线OTS根据转矩公式得特性曲线：OT1电动机在额定负载时的转矩。1.额定转矩TN三个重要转矩OT额定转矩(N•m)

如某普通机床的主轴电机(Y132M-4型)的额定功率为7.5kW,额定转速为1440r/min,则额定转矩为2.最大转矩Tmax

转子轴上机械负载转矩T2不能大于Tmax

，否则将造成堵转(停车)。电机带动最大负载的能力。令：求得临界转差率OTTmax将sm代入转矩公式，可得当U1

一定时，Tmax为定值过载系数(能力)一般三相异步电动机的过载系数为工作时必须使T2

<Tmax

，否则电机将停转。电机严重过热而烧坏。(2)sm与R2有关，R2smn。绕线型电机改变转子附加电阻R´2可实现调速。3.起动转矩Tst电动机起动时的转矩。起动时n=0时，s=1(2)Tst与R2有关，适当使

R2Tst。对绕线式型电机改变转子附加电阻

R´2,可使Tst=Tmax

。Tst体现了电动机带载起动的能力。

若

Tst

>T2电机能起动，否则不能起动。OTTst起动能力

[例1]

已知PN=4.5kW，nN=950r/min，N=84.5%，U1=380V，Y接，f1=50Hz，=2，st=1.7。求：(1)

磁极对数p；(2)

sN；(3)

TN；(4)

输入功率P1；(5)

Tmax；(6)

Tst。[解](1)

p=3sN

=n1nNn11000950

1000==0.05(2)(3)

TN=9550PNnN=95504.5950=45.24N·m(4)

P1=PNN4.50.845==5.33kW(5)

Tmax=

TN=2×45.24=90.48N·m(6)

Tst=stTN=1.7×45.24=76.91N·m返回4.5.1起动性能起动初始瞬间，n=0，s=1

(1)

起动电流Ist大，5

~

7IN。频繁起动会使电动机过热。过大的起动电流在短时间内会在线路上造成较大的电压降落，影响邻近负载的正常工作。

(2)起动转矩Tst不大，虽然刚起动时转子电流较大，但转子的功率因数很低,不能满载起动。电磁转矩

T=KT

I2cos24.5三相异步电动机的起动1.直接起动直接起动是在起动时把电动机的定子绕组直接接入电网。特点：起动转矩小；起动电流大，比额定值大4~7倍；影响同一电网上其他负载的正常工作。优点：简单、方便、经济、起动过程快，适用于中小型笼型异步电动机。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。4.5.2起动方法(1)

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(1)

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

~(2)

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~~绕线式电动机起动时，可在转子绕组中串电阻，以减小起动电流。(3)

转子串电阻起动Rst转子例1:

(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

。(2)由nN=1480r/min，可知p=2（四极电动机）(3)解：

在上例中(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2:在80%额定负载时不能起动在50%额定负载时可以起动(3)

[练]

已知：TN=260N·m，IN=75A，N=84.5%，

UN=380V，接，f1=50Hz，Ist/IN=7，st=1.2。求：(1)

负载转矩为280N·m

，在U=UN和U=0.9UN两种情况下电动机能否直接起动；(2)

采用Y—起动求起动电流及起动转矩；(3)

当负载转矩为额定转矩的50%时和30%时，利用Y-起动，电动机能否起动？[解](1)

U=UNTst=1.2TN=1.2×260=312N·m>280N·m可以起动。U=0.9UNTst=0.92Tst=0.92×

312=252.7N·m<280N·m不能起动。[解](2)IstY=13Ist=13×

7×

IN=175ATst=Tst=1.2×TN=312N·mTstY

=

13Tst=104N·m

[练]

已知：TN=260N·m，IN=75A，N=84.5%，

UN=380V，接，f1=50Hz，Ist/IN=7，st=1.2。求：(1)负载转矩为280N·m

，在U=UN和U=0.9

UN两种情况下电动机能否直接起动；(2)

采用Y—起动，求起动电流及起动转矩；(3)

当负载转矩为额定转矩的50%时和30%时，利用Y—起动，电动机能否起动？

[练]

已知：TN=260N·m，IN=75A，N=84.5%，UN=380V，接，f1=50Hz，Ist/IN=7，st=1.2。求：(1)负载转矩为280N·m，在U=UN

和U=0.9UN

两种情况下电动机能否直接起动；(2)

采用Y—起动，求起动电流及起动转矩；(3)

当负载转矩为额定转矩的50%时和30%时，利用Y—起动，电动机能否起动？(3)

T=50%TN=0.5×260=130N·m>104N·m电动机

不能起动。T=30%TN=0.3

×

260=78N·m<104N·m电动机能起动。[解]

TN=260

N·mTstY=104N·m返回调速方法4.6三相异步电动机的调速变频调速(笼型电动机)变极调速(笼型电动机)变转差率调速(绕线型电动机)4.6.1变频调速整流器~f=50Hz+–逆变器M3~f1、U1

可调变频调速装置两种变频调速方式：(1)低于额定转速调速由U1=4.44f1N1

知，若保持不变，应保持的比值近似不变，所以两者要成比例同时调节。又电磁转矩

T=KT

I2cos2，T也近似不变，是恒转矩调速。由U1=4.44f1N1

知，在减小f1同时减小。4.6.1变频调速整流器逆变器M3~~f=50Hz+–f1、U1

可调变频调速装置又电磁转矩T=KT

I2cos2，T也减小，是恒功率调速。(2)f1>f1N，高于额定转速调速，应保持U1U1N，改变极对数p调速—有级调速4.6.2变极调速U1u1U2u2U1U2u1u2XAp=2改变极对数p调速—有级调速4.6.2变极调速U1AXU2u1u2U1u1U2u2p=1在绕线式电动机转子绕组中串入电阻R

,可改变转差率s和转速n。TNsTO1TstTmsmR2'R2sm´'R2<

R2''A.小范围无级调速特点B.R2

大→特性变软4.6.3变转差率调速返回4.8三相异步电动机铭牌数据1.型号

磁极数(极对数p=2)例如：Y132M－4

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）三相异步电动机教材表4.8.1中列出了各种电动机的系列代号。异步电动机产品名称代号产品名称异步电动机绕线型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