电工技术 第7章

17.1概述7.2三相异步电动机的结构7.3三相异步电动机的转动原理7.4三相异步电动机的机械特性7.5三相异步电动机的起动第7章电动机7.6三相异步电动机的调速7.7三相异步电动机的反转与制动7.8三相异步电动机的铭牌数据7.9单相异步电动机

7.10异步电动机应用实例21.了解三相交流异步电动机的基本构造和转动原理。2.掌握交流异步电动机起动和反转的基本方法。3.理解交流异步电动机调速和制动的方法。4.理解三相交流异步电动机铭牌数据的意义。5.了解单相交流异步电动机的转动原理【本章教学目标与要求】电动机的作用将电能转换为机械能。7.1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异步电动机电动机的组成7.2三相异步电动机的结构定子转子图7.2.1三相异步电动机的结构定子铁心：绕组:U1---U2

V1---V2W1---W2机座:由硅钢片叠装而成，组成磁路固定和支撑定子铁心漆包线绕制，组成电路

转子铁心：绕组:转轴:由硅钢片叠装而成，组成磁路笼形绕线形转子绕组滑环转轴滑环电刷外接电阻鼠笼式转子绕线式转子绕线式转子滑环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、控制简单；应用广泛。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。7.3三相异步电动机的转动原理NS117.3.1旋转磁场旋转磁场的产生图7.3.2三相对称电流23pppiAiBiCV1V2W1W2U2U1定子绕组接到对称三相电源上

产生三相电流

iOt12规定：电流的正方向：从绕组首端流入、末端流出。23pppiAiBiCiOt电流流出电流流入AU1U2W2V1W2V21323pppiAiBiCiOtU2AU1W2V1W2V2U2AU1W2V1W2V2磁场磁场定子绕组通入对称的三相电流时，将在气隙中将产生旋转磁场。结论：任意调换两根电源进线14旋转磁场的方向23pppiAiBiCV1V2W1W2U2U1取决于三相电流的相序

iOt正序

负序

U1U2W2V1W2V2W2U1U2V1W2V2磁场结论：任意调换两根电源进线，则旋转磁场反转。15旋转磁场的转速iAiBiCiOtV1V2W1W2U2U1AU1U2W2V1W2V2U2AU1W2V1W2V2U2AU1W2V1W2V2极对数P=116改变定子绕组布置

极对数：P=217极对数P=2结论：iAiBiCiOt旋转磁场的转速取决于磁场的极对数旋转磁场转速n0与极对数p的关系旋转磁场转速n0与频率f1和极对数p有关。可见:p123456n0(r/min)300015001000750600500在我国，工频表7.3.1磁极对数与旋转磁场转速对应表7.3.2电动机的转动原理定子三相绕组通入三相交流电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TnAU1U2W2V1W2V27.3.6电动机的工作原理7.3.3转差率转差率s：表征转子转速与同步转速的相差程度。旋转磁场转速也常称为同步转速n0

，转子的转动方向与旋转磁场方向相同，但转子转速因此，转子转速与旋转磁场转速间必须要有差别。因为，如果n=n0，则转子与旋转磁场间不存在相对运动，导线也不切割磁力线，因而其感应电动势、电流和电磁转矩均为零。电动机带额定负载时，转差率较小，约为1％～6％转子转速亦可由转差率求得【解】

由于正常运行转差率较小，电动机转速应接近同步转速。【例7-1-1】一台三相异步电动机的额定转速为960r/min。试求电动机的极数和额定负载时的转差率。电源频率。所以极对数p=3，同步转速n0=1500r/min7.4.1电磁转矩7.4三相异步电动机的机械特性电磁转矩是由转子导体中的电流与旋转磁场每极磁通相互作用而产生的。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电磁转矩公式可见转矩T与定子每相电压U1的平方成正比，所以当电源电压有所波动时，对转矩的影响很大。此外转矩T还受转子R2电阻影响。

7.4.2机械特性曲线根据转矩公式得特性曲线：电动机在额定负载时的转矩。1.额定转矩TN三个重要转矩电动机匀速时，忽略损耗转矩，输出转矩T应等于负载的机械转矩注意P2是电动机转轴上输出的机械功率。

单位为千瓦（kW）2.最大转矩Tmax最大转矩表示电动机的短时过载能力,

允许电动机短时过载而不超过最大转矩。电机带动最大负载的能力令：求得临界转差率Tmax将sm代入转矩公式，可得过载系数(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。电流增大到起动电流，稍长会严重烧坏电动机。3.起动转矩Tst电动机起动时的转矩。起动时n=0时，s=1Tst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当电源电压降低时，起动转矩会减小当转子电阻适当增大时，起动转矩会增大【解】：（1）【例7-4-1】一台三相鼠笼式异步电动机技术数据如下：求：（1）额定转矩、额定效率（2）若电动机能否直接起动？能否短时间运行？（2）由于，所以不能直接起动。由于，所以能够短时间运行。电压变化对机械特性的影响R2变化对机械特性的影响7.5三相异步电动机的起动一般小型笼型电机起动电流为额定电流的5-10倍;起动时：

n=0，s=1转子导体切割磁力线快，电动势高，使定、转子电流大影响：大电流使电网电压降低，影响其他负载工作。频繁起动时造成热量积累,易使电动机过热。起动方法(1)直接起动小功率电动机一般都是采用直接起动的。主要看电动机起动时所产生的电压降不应超过允许值(2)降压起动：星形-三角形(Y－)换接起动自耦降压起动(3)转子串电阻起动绕线型电动机笼型电动机降压起动采用降压起动，就是在起动时降低加在电动机定子绕组上的电压，以减小起动电流。星形－三角形（Y－△）换接起动自耦降压起动

另外还有定子绕组串接电阻起动和软起动技术

Y－△换接起动适用于：正常运行为△联结的电动机。起动时运行时T∝Up2Y型起动的起动转矩：Y型起动的起动电流：1√3UpU1pY=UNUN√3▲

Y－换接起动的特点：

(1)电源电压不变，定子绕组接法改变；(2)降压比为1(1)IsY＜Imax（线路中允许的最大电）；(2)TsY＞TL

否则不能采用此法。▲

Y－换接起动的使用条件：▲

Y型起动的起动转矩为：▲

Y型起动的起动电流为：Y－换接起动适合于空载或轻载起动的场合自耦降压起动

降压变比为:KUl′=KUN定子电压：定子起动电流：KIst线路起动电流：自耦降压起动的起动电流为：

自耦降压起动的起动转矩为：起动时将适当的R串入转子电路中，起动后将R短路。

转子电路串电阻起动绕线型电动机若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。常用于要求起动转矩较大的生产机械上。R2­ÞTst

­TO7.6.1变频调速三种电气调速方法7.6三相异步电动机的调速

变频调速方法可实现无级平滑调速,调速性能优异，因而正获得越来越广泛的应用。无级调速n0TnOfNf1＜fNf2＜f17.6.2变极调速U11U21U12U22iiP=2··U11U12U21U22··NNSS有级调速U11U21U12U22ii••P=1采用变极调速方法的电动机称作双速电机，只用在对调速性能要求不高的场合，双速电动机在机床上用得较多。U11··U12U21U22SN7.6.3变转差率调速

(无级调速)

绕线式电动机可以通过变转差调速。变转差率调速设备简单、投资少，但能量损耗较大。变转差调速广泛应用于起重设备中。7.7三相异步电动机的反转与制动要使电动机反转只需任意调换其中两根电源进线

7.7.1三相异步电动机的反转异步电动机的旋转方向与旋转磁场的旋转方向一致，而磁场的旋转方向又与三相电源的相序一致。7.7.2三相异步电动机的制动

1能耗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断开三相电源，向电动机定子绕组通入直流电流，产生静止的磁场，并与旋转的转子作用，产生了与转子旋转方向相反的转距，使电动机迅速停车。nF转子Tn0=02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M3~M3~运转制动•nF转子Tn03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>n07.8三相异步电动机铭牌数据三相异步电动机型号Y132M-2功率5.5kW频率50Hz电压380V电流11.1A功率因数0.85接法△转速2900r/min绝缘等级B1.型号Y132M-2Y系列异步机机座中心高度机座长度代号

2p=2→n0=3000r/min2.电压磁极数电动机在额定运行时定子绕组上应加的线电压值。当电压过高时，将引起励磁电流增加，磁通增大，进而引起定子铁损增加，导致定子铁心过热。当电压低于额定值。将引起电动机转速下降，转差增加，从而导致电流增加。如果在满载或接近满载的情况下，电流的增加将超过额定值，使绕组过热。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。3.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。4.功率与效率

鼠笼电机

=72-93％电动机加以额定电压，在其轴上输出额定功率时，定子从电源取用的线电流值称为额定电流。额定状态下运行时，转轴上输出的机械功率称为额定功率

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。5.功率因数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，而在轻裁和空载时更低，空载时只有0.2～0.3。

6.转速在额定状态下运行时的转速称为额定转速。电动机的额定转速接近旋转磁场的转速。

7.绝缘等级绝缘等级是按电动机绕组所用的绝缘材料在使用时容许的极限温度来分级的。绝缘等级AEBFH极限温度（ºC）1051201301551808.接法大容量电机通常采用三角形接法，小容量电机采用星形接法较多。在只有单相电源、小容量的场合应用较多，如电动工具，家用电器等。

7.9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。×定子绕组定子×

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

+

-=

+

-=mt0脉动磁场的分解④⑥⑧⑧③⑦⑦⑨⑨⑥⑤②①

+-①

+

-

②③④⑤

+-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....F鼠笼式转子导条及电流

当定子绕组产生的合成磁场增加时，根据右手螺旋定则和左手定则，可知转子导条左、右受力大小相等方向相反，所以没有起动转矩。AA'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。他们都采用笼型转子，但定子结构不同。7.9.1

电容分相异步电动机

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A–A'，另一个是起动绕组B–B',两个绕组在空间相隔90º。起动时，B–B'绕组经电容接电源，两个绕组的电流相位相差近90º，即可获得所需的旋转磁场。iAS•ABB'A~iBM~电容分相式异步电动机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ABB'A'ABB'A'ABB'A'两相旋转磁场