电工技术-第7章讲稿

第7章交流电动机电工技术本章要求：1、了解旋转磁场的产生与作用；2、了解交流电动机的转动原理；3、了解异步电动机的电路分析；4、掌握异步电动机的转矩与机械特性；5、掌握三相异步电动机的起动、调速、制动及铭牌数据的意义。17.1三相异步电动机的构造目录7.2三相异步电动机的转动原理7.3三相异步电动机的电路分析7.4三相异步电动机转矩与机械特性7.5三相异步电动机的起动7.6三相异步电动机的调速7.7三相异步电动机的制动7.8三相异步电动机铭牌数据7.9三相异步电动机的选择7.11单相异步电动机7.10同步电动机(略)电工技术2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他励、并励电动机串励、复励电动机电工技术31.定子7.1三相异步电动机的构造铁心：由内周有槽的硅钢片叠成。U1---U2

V1---V2W1---W2三相绕组机座：铸钢或铸铁电工技术4

转子:在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电流。2.转子笼型转子铁心：由外周有槽的硅钢片叠成。(1)笼型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)绕线型转子同定子绕组一样，也分为三相，并且接成星形。笼型绕线型电工技术5三相异步电动机的结构V2V1W2U2U1W1转子定子定子绕组（三相）机座U、V、W分别代表三个线圈；角标1表示线圈的首端，角标2表示线圈的末端。电工技术6电工技术7三相异步电动机的组成

鼠笼式电动机的各部件

电工技术8笼型电动机与绕线型电动机的的比较：笼型：

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。绕线型：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。电工技术97.2三相异步电动机的转动原理电工技术10磁铁闭合线圈电工技术11磁极旋转导线切割磁力线产生感应电动势导线长磁感应强度切割速度（右手定则）闭合导线产生电流i通电导线在磁场中受力（左手定则）注意：受力方向与磁场旋转方向一致电工技术121.线圈跟着磁铁转→两者转动方向一致结论：异步2.线圈比磁场转得慢电工技术137.2.1旋转磁场

定子三相绕组通入三相交流电(星形联接)U1U2V1V2W1W21.旋转磁场的产生o电工技术14U1V2W1V1W2U2规定i:“+”首端流入，尾端流出。i:“–”尾端流入，首端流出。(•)电流出()电流入o电工技术15U1U2V2W1V1W2U1U2V2W1V1W2U1U2V2W1V1W2三相电流合成磁

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°600to电工技术16AU1U2W2V1W1V2AU1U2W2V1W1V2分析可知：三相电流产生的合成磁场是一旋转的磁场

即：一个电流周期，旋转磁场在空间转过360°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。任意调换两根电源进线(电路如图)U1U2W1W2V1V2取决于三相电流的相序0to173.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：otU1U2V2W1V1W2U1U2V1V2W1W2电工技术18

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。W'1U1V1W1V'1U'2U2U'1V2V'2W2W'2电工技术19极对数旋转磁场的磁极对数与三相绕组的排列有关OW'1U1V1W1V'1U'2U2U'1V2V'2W2W'2电工技术204.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U1V1W2U2W1V2U1V1W2U2W1V2U1V1W2U2W1V2O电工技术21p=2时0电工技术22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:极对数每个电流周期磁场转过的空间角度同步转速电工技术23结论电工技术

(1)在对称的三相绕组中通入三相电流，可以产生在空间旋转的合成磁场。(2)磁场旋转方向与电流相序一致。电流相序为A-B-C时磁场顺时针方向旋转；电流相序为A-C-B时磁场逆时针方向旋转。(3)磁场转速(同步转速)与电流频率有关，改变电流频率可以改变磁场转速。对两极(一对磁极)磁场，电流变化一周，则磁场旋转一周。同步转速no与磁场磁极对数p的关系为：247.2.2电动机的转动原理1.转动原理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TnF电工技术257.2.3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。电工技术26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额定转差率为电工技术277.3三相异步电动机的电路分析

三相异步电动机的电磁关系与变压器类似。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电工技术287.3.1定子电路1.旋转磁场的磁通异步电动机：旋转磁场切割导体e，

U1

E1=4.44

f1N1每极磁通旋转磁场与定子导体间的相对速度为n0，所以2.定子感应电势的频率f1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电工技术297.3.2转子电路1.转子感应电势频率f2∵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定子感应电势频率f1转子感应电势频率f2

转子感应电势频率f2旋转磁场切割定子导体和转子导体的速度不同电工技术302.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3.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

电工技术314.转子电流I25.转子电路的功率因数cos2转子绕组的感应电流电工技术32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电工技术337.4三相异步电动机转矩与机械特性7.4.1转矩公式

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34由此得电磁转矩公式由前面分析知：电工技术35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。电工技术367.4.2机械特性曲线OTS根据转矩公式得特性曲线：OT1电工技术37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,则额定转矩为电工技术382.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，可得电工技术39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。电工技术403.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起动能力电工技术414.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)。此过程中，n、sE2,I2

I1电源提供的功率自动增加。T2sT2>TT=T2nT

T´2达到新的平衡T2常用特性段TO425.U1和R2变化对机械特性的影响(1)

U1变化对机械特性的影响UTmTstT2TO电工技术43(2)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。电工技术44(2)R2变化对机械特性的影响

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。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。电工技术457.5三相异步电动机的起动7.5.1起动性能起动问题：起动电流大，起动转矩小。

一般中小型笼型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

电工技术467.5.2起动方法(1)直接起动

二、三十千瓦以下的异步电动机一般都采用直接起动。(2)降压起动：星形-三角形(Y－)换接起动自耦降压起动（适用于笼型电动机）(3)转子串电阻起动（适用于绕线型电动机）以下介绍降压起动和转子串电阻起动。电工技术471.降压起动(1)Y－换接起动

降压起动时的电流为直接起动时的+－

起动U1U2V1V1W1W2正常运行+－U1U2V1V2W1W2设：电机每相阻抗为电工技术48Y－起动器接线简图L1L3L2FUSU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1△动触点Y动触点静触点电工技术49Y－起动器接线简图Y起动L1L3L2FUSU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1

起动UPU1+＿Ul+＿U2V1V2W1W250Y－起动器接线简图工作L1L3L2FUSU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1正常运行+－U1U2V1V2W1W251(a)仅适用于正常运行为三角形联结的电机。

(b)Y－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+－

起动U1U2V1V1W1W2正常运行+－U1U2V1V2W1W2电工技术52L1L3L2FUQ(2)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QQ2

自耦降压起动适合于容量较大的或正常运行时联成Y形不能采用Y－起动的笼型异步电动机。电工技术53滑环电刷定子转子起动时将适当的R串入转子电路中，起动后将R短路。起动电阻

2.绕线型电动机转子电路串电阻起动Rst•RstRst54

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

­TO转子电路串电阻起动的特点电工技术55

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相异步电动机的正、反转电源~UVWM3~UVW电源~M3~电工技术56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。电工技术57(2)由nN=1480r/min，可知p=2（四极电动机）(3)电工技术58(1)在U=UN时

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

在U´=0.9UN时能起动例2:59在80%额定负载时不能起动在50%额定负载时可以起动(3)电工技术60例3:

对例1中的电动机采用自耦变压器降压起动,起动时加到电动机上的电压为额定电压的64%，求这时的线路起动电流Ist´´和电动机的起动转矩Tst´。解：设电动机的起动电压为U'，电动机的起动电流为Ist依据变压器的一次、二次侧电压电流关系，可求得线路起动电流Ist´´。电工技术61电工技术62采用自耦降压法起动时，若加到电动机上的电压与额定电压之比为x，则线路起动电流Ist"为电动机的起动转距Tst´为结论：电工技术637.6.1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7.6三相异步电动机的调速电工技术647.6.2变极调速(有级调速)

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。U11U21U12U22iiP=2··U11U12U21U22··NNSS电工技术65U11U21U12U22ii••P=1采用变极调速方法的电动机称作双速电机，由于调速时其转速呈跳跃性变化，因而只用在对调速性能要求不高的场合，如铣床、镗床、磨床等机床上。U11··U12U21U22SN电工技术66To7.6.3变转差率调速

(无级调速)

变转差率调速是绕线型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电工技术677.7三相异步电动机的制动7.7.1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

在断开三相电源的同时，给电动机其中两相绕组通入直流电流，直流电流形成的固定磁场与旋转的转子作用，产生了与转子旋转方向相反的转距（制动转距），使转子迅速停止转动。电工技术68nF转子Tn0=07.7.2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~电工技术69M3~运转制动•nF转子Tn07.7.3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，电工技术70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电工技术717.8三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）三相异步电动机电工技术72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YRYBYQJ、JOJR、JROJB、JBOJQ、JQO电工技术732.接法定子三相绕组的联接方法。通常U2U1W2V1V2W1Y联结联结W2U2V2V1W1U1接线盒V1W2U1W1U2V2W1U1V1W2U2V2接电源W1U1V1W2U2V2接电源电工技术743.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。电工技术754.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