AC交流电动机工作原理

第1章交流电动机本章内容7.1

三相异步电动机的构造7.2

三相异步电动机的转动原理7.4

三相异步电动机机械特性7.5

三相异步电动机的起动7.6

三相异步电动机的调速7.8

三相异步电动机铭牌数据7.9

电动机的选择(略)7.11单相异步电动机7.10同步电动机(略)7.12

直线异步电动机(略)7.0

电机概述7.7

三相异步电动机的制动本章要求了解三相交流异步电动机的基本构造和转动原理。2.理解三相交流异步电动机的机械特性，

掌握异步电动机的起动、反转、调速和

制动的方法。3.理解三相异步电动机铭牌数据的意义。§7.0电动机概述电动机的分类：电机动力电机(能量转换)控制电机(信号转换)发电机电动机伺服电动机(电压→位移)测速发电机(转速→电压)旋转变压器(转角→函数关系电压)感应同步器(转角位移→电压)步进电动机(脉冲→转角)自整角机(角度的接收、变换、传输)§7.0电动机概述电动机的分类：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他励电动机并励电动机串励电动机复励电动机异步电动机三相电动机单相电动机§7.1三相异步电动机的结构接线盒转轴机座§7.1三相异步电动机的结构端盖转子机壳风扇罩壳定子铁芯及绕组§7.1三相异步电动机的结构1、定子●定子铁心：由内周有槽的硅钢片叠成。A----X、B----Y、C----Z●三相绕组：2、转子●转子铁心：由外周有槽的硅钢片叠成。●转子绕组：鼠笼式、绕线式。§7.1三相异步电动机的结构鼠笼转子(1)

鼠笼式转子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。(2)

绕线式转子同定子绕组一样，也分为三相，并且接成星形。2、转子鼠笼式：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；可人为改变电动机的机械特性。§7.1三相异步电动机的结构一、三相异步电动机的转动原理§7.2三相异步电动机的工作原理二、旋转磁场三相定子绕组通入三相交流电(星形联接)(1)旋转磁场的产生§7.2三相异步电动机的工作原理AXBYCZACBo

i>0

首端流入，尾端流出。

i<0

尾端流入，首端流出。§7.2三相异步电动机的工作原理AYCBZX(•)电流出()电流入AXBYCZACBo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60°合成磁场旋转90°600动画AXYCBZAXYCBZAXYCBZ§7.2三相异步电动机的工作原理oAAXZBCYAAXZBCY(2)旋转磁场的旋转方向结论：任意调换两根电源进线，则旋转磁场反转。动画任意调换两根电源进线(如图)结论：三相电流产生的合成磁场是一个旋转的磁场。

即：一个电流周期，旋转磁场在空间转过360°§7.2三相异步电动机的工作原理oAXCZBY(3)旋转磁场的极对数P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：AXYCBZ§7.2三相异步电动机的工作原理oAXBYCZ

若定子每相绕组由两个线圈串联

，绕组的始端之间互差60°，将形成两对磁极的旋转磁场。(3)旋转磁场的极对数PAXBYCA'X'§7.2三相异步电动机的工作原理C'Y'ABCXYZA'X'B'Z'极对数动画旋转磁场的磁极对数与三相绕组的排列有关AXBYCA'X'NNSS§7.2三相异步电动机的工作原理C'Y'ABCXYZA'X'B'Z'o(4)旋转磁场的转速工频：旋转磁场的转速取决于磁场的极对数p=1时AXYCBZAXYCBZAXYCBZ§7.2三相异步电动机的工作原理op=2时§7.2三相异步电动机的工作原理o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:§7.2三相异步电动机的工作原理三、电动机的转动原理1、转动原理AXYCBZ定子三相绕组通入三相交流电方向:电流相序

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TF§7.2三相异步电动机的工作原理n

2、转差率

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称为转差率。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。§7.2三相异步电动机的工作原理三、电动机的转动原理异步电动机运行中:转子转速亦可由转差率求得转差率S例1：一台三相异步电动机，其额定转速

n=975r/min，电源频率f1=50Hz。试求电动机的极对数和额定负载下的转差率。解：根据异步电动机转子转速与旋转磁场同步转速的关系可知：n0=1000r/min,即p=3额定转差率为§7.2三相异步电动机的工作原理溶解到下节§7.3

三相异步电动机的电路分析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矩之总和。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一、电磁转矩§7.4三相异步电动机的机械特性一、电磁转矩§7.4三相异步电动机的机械特性1.旋转磁场的磁通三相异步电动机的电磁关系类似变压器。变压器：变化eU1E1=4.44fN1

E2=4.44fN2E1、E2频率相同，都等于电源频率。异步电动机每相电路i1u1e1e

1e2e

2i2+－++++－－－－f1f2一、电磁转矩§7.4三相异步电动机的机械特性1.旋转磁场的磁通i1u1e1e

1e2e

2i2+－++++－－－－f1f2旋转磁场切割导体ee的大小与导体切割磁场的速度有关。每极磁通E1=4.44

f1N1E1=4.44

f2N1一、电磁转矩§7.4三相异步电动机的机械特性f1=电源频率f定子导体切割磁场的相对速度为n0,e1频率为：2.感应电势的频率

f1

、

f2感应电势的频率与导体切割磁场的速度有关。转子导体切割磁场的速度为△n0,e2频率为：一、电磁转矩§7.4三相异步电动机的机械特性3.转子感应电动势E2E2=4.44f2N2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=4.44sf1N2=s4.44f1N2

4.转子感抗X2=

sX20

一、电磁转矩§7.4三相异步电动机的机械特性5.

转子电流I2S=一、电磁转矩§7.4三相异步电动机的机械特性6.

转子电路的功率因数cos2一、电磁转矩§7.4三相异步电动机的机械特性I2cos2s1O2、机械特性曲线机械特性是n=f(T)的函数关系T=f(s)的函数关系T§7.4三相异步电动机的机械特性OT2、机械特性曲线T§7.4三相异步电动机的机械特性OTS10nn02、机械特性曲线§7.4三相异步电动机的机械特性电动机在额定负载时的转矩。⑴额定转矩TN三个重要转矩OT(N•m)

如某机床的主轴电机(Y132M-4型)的额定功率为7.5kw,额定转速为1440r/min,则额定转矩是:⑵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)。电机带动负载的最大能力。令：求得临界转差率Tmax将sm代入得2、机械特性曲线§7.4三相异步电动机的机械特性OTsm过载系数(能力)一般三相异步电动机⑵最大转矩Tmax2、机械特性曲线§7.4三相异步电动机的机械特性

⑶起动转矩TstTST起动转矩是n=0或s=1时的TTst体现了电机带负载的起动能力。若

Tst

>T2能起动，否则不能。起动能力1.6~2.2TTO⑷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）。过程:n△nE2I2

I1电源提供的P自动增加。T2T2>TT=T2nT→T´2达到新的平衡T2常用特性段§7.4三相异步电动机的机械特性⑸U1和R2变化对机械特性的影响①U1变化对机械特性的影响UTmTstT2TO2、机械特性曲线§7.4三相异步电动机的机械特性②R2变化对机械特性的影响R2Tst

n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。2、机械特性曲线§7.4三相异步电动机的机械特性TO

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。一、起动性能问题：起动电流大，起动转矩小。②大电流使电网电压降低,影响邻近负载工作。①频繁起动时造成热量积累,使电机过热。后果：原因：起动时：

n=0，s=1,接通电源。起动时，n=0，转子导体切割磁力线速度最快转子感应电势最大转子电流最大定子电流最大。§7.5三相异步电动机的起动二、起动方法②有厂内变压器且S≥4PN（电机功率）可直接启动。①15KW以下的电机可采用直接启动⑴直接起动§7.5三相异步电动机的起动⑵降压起动⑶转子串电阻起动②自耦变压器降压启动。①星形—三角形(Y-△)降压启动适用鼠笼式电动机。适用线饶式电动机。1、降压起动⑴Y－换接起动

降压起动时的电流为直接起动时的

起动正常运行设：电机每相阻抗为§7.5三相异步电动机的起动+－U1U2V1V2W1W2+－U1U2V1V2W1W2星形联接时：●Y－起动器接线简图L1L3L2FUSU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1△动触点Y动触点静触点§7.5电动机的起动●Y－起动器Y启动接线图Y起动L1L3L2FUSU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1§7.5电动机的起动

起动UP++－U1U2V1V2W1W2－

工作L1L3L2FUSU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1§7.5电动机的起动●Y－起动器运行接线图U2正常运行Ul+＿U1V1V2W1W2①仅适用于正常运行为三角形联结的电机。②Y－起动Y－换接起动适合于空载或轻载起动的场合●Y-换接起动应注意的问题§7.5三相异步电动机的起动U2正常运行Ul+＿U1V1V2W1W2

起动UP++－U1U2V1V2W1W2－L1L3L2FUQQ2⑵自耦降压起动

Q2下合：接入自耦变压器，降压起动。

Q2上合：切除自耦变压器，全压工作。合刀闸开关Q自耦降压起动适合于容量较大或Y形接法异步电动机。§7.5三相异步电动机的起动Q2电刷定子转子起动时将R串入电路，起动后将R短路。起动电阻2、绕线式电动机转子电路串电阻起动§7.5三相异步电动机的起动滑环转轴RRR

3、绕线式电动机转子电路串电阻起动的特点§7.5三相异步电动机的起动若R2选得适当，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。R2TO→R2→TstR2→Tst常用于要求起动转矩较大的生产机械上。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、三相异步电动机的正、反转电源~UVWM3~abc电源~UVWM3~abc§7.5三相异步电动机的起动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（f1<f1N）恒功率调速（f1>f1N）频率调节范围：0.5~几百赫兹三种电气调速方法变频调速可实现无级平滑调速,调速性能优异。§7.6三相异步电动机的调速2.变极调速

(有级调速)P=2··A1A2X1X2··NNSSP=1A1··A2X1X2SNA1X1A2X2iiA1X1A2X2ii采用变极调速方法的电动机称作双速电机，转速跳跃变化。§7.6三相异步电动机的调速To3.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。nn'••TLTLs

´s••Tso§7.6三相异步电动机的调速1、制动方法概述制动方法机械制动电气制动能耗制动§7.7三相异步电动机制动反接制动发电反馈制动2、能耗制动在断开电源的同时，给电动机通直流电流，形成固定磁场旋转的转子产生了与转子旋转方向相反的转距，使转子迅速停动。nF转子Tn0=0§7.7三相异步电动机制动M3~+-运转制动•RP~380VU2、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。

运转制动nF转子Tn0§7.7三相异步电动机制动M3~~380V3、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，同时将外力作用于转子的能量转换成电能回送给电网。nF转子Tn0n>n0§7.7三相异步电动机制动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P224中列出了各种电动机的系列代号。§7.8三相异步电动机的铭牌数据表7.8.1异步电动机产品名称代号§7.8三相异步电动机的铭牌数据1.型号

产品名称新代号汉字意义老代号异步电动机Y异J、JO绕线式异步电动机YR异绕JR、JRO防爆型异步电动机YB异爆JB、JBO多速异步电动机YD异多JD、JDO高起动转矩异步电动机YQ异起JQ、JQO2.接法接线盒定子三相绕组的联接方法。通常V1W2U1W1U2V2U2U1W2V1V2W1U1V1W1W2U2V2W2U2V2V1W1U1Y联结W1U1V1W2U2V2联结§7.8三相异步电动机的铭牌数据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

电机的电流大于额定值,从而使电动机过热。电机在额定运行时定子绕组上应加的线电压。三相异步电动机的额定电压:有380V，3000V,及6000V等多种。§7.8三相异步电动机的铭牌数据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。§7.8三相异步电动机的铭牌数据注意：实用中应选择容量合适的电机，防止出现“大马拉小车”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。P2cosO§7.8三相异步电动机的铭牌数据如：n

N=1440转/分

sN=0.048.绝缘等级指电机绝缘材料能够承受的极限温度等级，分为七级。§7.8三相异步电动机的铭牌数据绝缘等级YAEBFHC极限温度ºC90105120130155180>1807.额定转速电机在额定电压、额定负载下运行时的转速。§7.9电动机的选择一、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。§7.9电动机的选择二、种类和型式的选择1.种类的选择一般应用场合应尽可能选用鼠笼式电动机。只有在需要调速、不能采用鼠笼式电动机的场合才选用绕线式电动机。2.结构型式的选择根据工作环境的条件选择不同的结构型式，如开启式、防护式、封闭式电动机。§7.9电动机的选择三、电压和转速的选择根据电动机的类型、功率以及使用地点的电源电压来决定。

Y系列鼠笼电动机的额定电压只有380V一个等级。大功率电动机才采用3000V和6000V。自学§7.10

同步电动机

●三相异步电动机在运行过程中，若其中一相与电源断开，就成为单相电动机运行。此时电动机仍将继续转动。若此时还带动额定负载，则势必超过额定电流，时间一长，会使电动机烧坏。0、三相异步电动机的单相运行§7.11

单相异步电动机

●如果三相异步电动机在起动前就断了一线，则不能起动，此时只能听到嗡嗡声，这时电流很大，时间长了，也会使电动机烧坏。

●为什么三相异步电动机单相不能起动，且有嗡嗡声，时间长了，也会烧坏电动机。●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。定子定子绕组转子AA'NS一、单相异步电动机的概述●定子绕组通单相交流电后,形成脉动磁场，若不采取措施，将无法获得所需的起动转矩。●定子是单相绕组,转子一般用鼠笼式。§7.11

单相异步电动机定子绕组产生的脉动磁场，分解为两个大小相等，转向相反，转速相同的旋转磁场。即：m=

+

-=tO§7.11

单相异步电动机一、单相异步电动机的概述●脉动磁场的等效

+-●脉动磁场的分解⑥⑧④⑧⑦⑨⑨⑦⑥⑤③①②①-

+②③④⑤

+-

+

-

§7.11

单相异步电动机结论：定子绕组产生的脉动磁场，可用两个大小相等，转向相反，转速相同的旋转磁场的合成来等效代替。●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§7.11

单相异步电动机一、单相异步电动机的概述单相异步电动机为了获得起动转矩，对定子进行了特殊设计。常用的有电容裂相式异