电机及其控制技术-交流电动机2

课题2交流电动机三相交流异步电动机的应用碾米机一、认识三相异步电动机二、三相异步电动机的运行三、三相异步电动机的启动、调速、制动三相异步交流电动机的任务知识目标：1、了解交流电机的结构，熟悉交流电机的工作原理2、掌握交流电机的启动、调速与制动能力目标：1、**能分析交流电动机的机械特性

2、能根据交流电动机的类型和使用场合，分析交流电动机的启动、调速和制动会额定值的简单计算能力目标：知识目标：1、了解三相异步电机的外型和内部结构，熟悉各部件的作用2、熟悉三相异步电机的工作原理3、了解三相异步电动机铭牌型号和额定值的含义任务一认识三相异步电动机

单相电动机一般为1kW以下的小容量电机，在日常生活中应用较多。三相异步电动机因为具有构造简单、价格低廉、工作可靠、易于控制及使用维护方便等突出优点，在工农业生产中应用很广。由于生产过程的机械化，电动机作为拖动生产机械的原动机，在现代生产中有着广泛的应用。电机:机械能电能的旋转机械。发电机:机械能电能电动机:电能机械能交流电动机直流电动机异步电动机同步电动机单相三相一、三相异步电动机motor的结构P106鼠笼式三相异步电动机定子转子定子铁心机座定子绕组转子铁心转轴转子绕组转子铁心笼形转子绕组定子是固定部分，转子是转动部分。为了使转子能够在定子中自由转动，定子、转子之间0.2~2mm的空气隙。三相定子绕组转子如何转？风罩端盖定子风叶转子铸铝笼形转子三相异步电动机的机座

三相定子绕组

三相异步电动机的定子铁心

三相定子绕组的接法三相异步电动机的定子绕组有两种接法：Y形和Δ形

。三相定子绕组由机壳外面的接线盒引出，左下图为Y接连线图；右下图为Δ接连线图。例1：电源线电压为380V,现有2台电动机,其铭牌数据如下,试选择定子绕组的连接方式。（1）型号Y90S-4，功率1.1KW，电压220/380V，接法Δ/Y，电流4.67/2.7A，转速1400r/min，功率因数0.79。（2）型号Y112M-4，功率4.0KW，电压380/660V，接法Δ/Y，电流8.8/5.1A，转速1400r/min，功率因数0.82。问题与讨论鼠笼型电动机的定子各部分结构和作用如何？鼠笼型异步机转子各部分的结构和作用是什么？定子铁心是由0.5mm厚的硅钢片叠压制成，在其内圆冲有分布的槽。定子铁心的作用：一是槽内可用来嵌放定子绕组；二是定子铁心构成电动机磁路的一部分。定子绕组是由铜导线绕制而成。构成电动机电路的一部分。机座是电动机的支架，一般用铸铁或铸钢制成。转子铁心铸铝笼形转子笼形转子绕组转子铁心是也是由0.5mm厚的硅钢片叠压制成，在其外圆冲有分布的槽。转子铁心可嵌放转子绕组，构成电机磁路的另一部分。转子绕组大部分是浇铸铝笼型，大功率也有铜条制成的笼型转子导体，构成电机电路的一部分。由转轴输出机械能。二、工作原理U1iViUiwV2W2W1V1U2i0TiuωtiViW三相定子绕组中通过的电流W2t1t2t3t4W1V1W2U1U2V2SNV1V2U1W2W1U2SNW1U2W2V1U1V2SN4点同时出现P113W1U1V1U2V2三相电动机旋转磁场的产生SNU1W2U2V2W1V1i0TiuωtiViWSNV1U2V2W2U1W1i0TiuωtiViWSNW1V2W2U2V1U1i0TiuωtiViWSNU1W2U2V2W1V1i0TiuωtiViW可以看出，在通入按正弦规律变化的三相交流电流时，就会在定子铁心中产生一个旋转磁场。i0TiuωtiViWSNSNSNSNSNSN在定子旋转磁场的带动下，处于旋转磁场中的转子，会按照定子旋转磁场的方向转动起来。旋转磁场的形成(1)旋转磁场转速若电流f=50Hz（每秒种旋转50圈），则每分钟U1U2SNV2w1w2v1旋转磁场转速磁极对数p=1U1iViUiwV2W2W1V1U2问题与讨论旋转磁场的极对数p=2，转速n1是多少？iViUiWU1U1'U2w1U2'V1w1'V2w2'w2V1'V2'旋转磁场转速P115(2)磁场方向旋转：rotate与电流（顺时针）相序一致(同步转速)三、旋转磁场转速和磁场方向国产的异步电动机，定子绕组的电流频率为50Hz，所以不同极对数的异步电动机所对应的旋转磁场的转速也就不同。p1234n1/r(min)-1

300015001000750问题与讨论转子(电动机)的转速n能等于旋转磁场转速n1吗？转子与旋转磁场间没有相对运动如果转子不切割磁场不能生成感应电流转子不是载流导体则不能产生电磁力结论：n≠n1异步！三相对称定子绕组对称三相交流电旋转磁场静止的转子导体切割感应电动势感应电流电磁力转子转动

转差率S的概念：1.5%-6%P113转子转速又叫异步转速S=??U1iViUiwV2W2W1V1U2四、电动机的转动原理同步转速：转差率：解：三相异步电动机磁极对数p=3，电源f1=50Hz，电机额定转速n=960r/min。求：转差率s.例2：有一台三相异步电动机，其额定转速n＝1450r/min，空载转差率为0.26％。求该电动机的磁极对数、同步转速、空载转速n0及额定负载时的转差率。解：要求转差率，首先应知道同步转速n1。最接近于n＝1450r／min的同步转速是nl=1500r／min，磁极对数p=2。空载时的转速额定转差率为例3：12345任选一题若答案正确：选T若答案错误：选F习题(判断)祝贺你的判断正确你的判断错误继续努力1异步电机的转子电流是外部输入的，才能与磁场的共同作用，产生电磁转矩。2无论是异步电动机还是发电机，既有感应电动势，又有电磁转矩。3同步速度是指异步电机在实际空载时的速度。4异步电机的极对数越多，频率越低，则电机的转速就越低。5异步电机的旋转磁场的方向取决于三相交流电流的频率与幅值，而与相序无关。1、根据铭牌参数确定电动机负载拖动能力

2、**能分析交流电动机的机械特性

能力目标：知识目标：1、了解交流电机运行时的电磁关系2、掌握交流电机的机械特性3、了解交流电机的铭牌参数任务二三相异步电动机的运行一、三相异步电动机的空载运行1、空载时的电磁关系三相对称定子绕组对称三相交流电旋转磁场n1静止的转子导体切割感应电动势感应电流电磁力转子转动问题与讨论变压器的一次侧和二次侧的电流频率是否相等?一次、二次绕组是静止的P125（1）P71P126（3）转子绕组的感抗（2）转子绕组的感应电动势二、三相异步电动机的负载运行一台三相异步电动机接到50Hz的交流电源上，其额定转速nN=1455r／min，试求：(1)该电动机的极对数p；(2)额定转差率sN；(3)额定转速运行时，转子电动势的频率。例4：解：(1)

n1=1500r／min，则(2)(3)(1)

异步电动机的电磁转矩（牛顿米）转矩常数主磁通转子电流转子电路功率因数P134力矩=力*力臂TTm0ssm1Sm称为临界转差率，对应电动机的最大转矩Tm。三、三相异步电动机的电磁转矩和机械特性

三相异步机转子中各导体在旋转磁场作用下，受到电磁力的作用，对转轴形成转矩，称为电磁转矩

T：nT0/s10电动机若要迅速启动起来，启动转矩Tst

必须大于转轴上的负载转矩TL。(2)异步电动机的机械特性TmTstTNDnT0nNn1ABC最大转矩启动转矩额定转矩电动机的转速随输出转矩的变化而变化的关系曲线称为机械特性。D点是电动机的额定工作点。对应的转矩是额定转矩；对应的转速是额定转速。AB段是稳定运行段。电动机随着负载的增加而转速略有下降；

BC段始终处于不稳定的过渡状态。TTm0ssm1/s10启动转矩？最大转矩？额定转矩？a、额定转矩TN:电动机在额定电压下，驱动额定负载,输出额定功率时的电磁转矩。P136c、启动转矩Tst:异步电动机刚接通电源但尚未转动时的转矩，转速n=0s=1b、最大转矩Tm:电动机输出的最大转矩。若负载转矩>最大转矩→电动机停转(闷车)→造成电动机电流过大→绕组烧毁保证电动机在电源电压波动时能正常工作，Tm比TN大得多，以保证电动机不会因短时过载而停转。过载系数1.8-2.2≈1.3-2启动转矩倍数例5：例6：有一台异步电动机，其Tst/TN=1.7，额定功率30KW，额定电压380V，Δ形联结，启动时电源电压为额定电压的65%，试问当负载转矩为额定转矩的80%和50%时，此电动机能否启动？解：

Tst=1.7TN

TN’=0.652TN

Tst’=0.6521.7TN=0.7

TN

Tst’=0.7

TN<0.8TN不能启动

Tst’=0.7

TN>0.5TN能启动

四.

三相异步电动机的铭牌数据三相异步电动机型号Y132M-4功率7.5KW频率50Hz电压380V

电流15.4A

接法Δ转速1440r/min绝缘等级B工作方式连续标准编号工作制S1

B级绝缘年月编号××电机厂Y表示三相异步机，132（mm）表示机座中心高度；M代表中机座（L长机座、S短机座）；4代表磁极数。(额定)功率指的是电动机输出的功率。(额定)电压、电流均指电动机额定运行情况下的定子线电压、线电流的数值。(额定)转速指的是电动机转子的转速n

。P109电动机定子绕组所用绝缘材料允许的最高温度等级(ABCEFH)

。（1）连续(S1)：按额定功率长期连续使用（2）短时(S2)：在规定时间内按额定功率运行（3）断续(S3)：以间歇方式运行三相异步电动机型号Y180M—4功率18.5kW电压380V电流35.9A频率50Hz转速1470r/min接法△工作方式连续外壳防护等级IP44产品编号××××××重量180kg绝缘等级B级××电机厂××××年××月练习：IP:表征字第1位数字:外壳对人和壳内部件的防护等级。第2位数字:由于外壳进水而引起有害影响的防护等级。例7：由上表，试求Y-225M-6型异步电动机的额定转差率、额定转矩、启动转矩、最大转矩、启动电流和输入功率。解：磁极对数p=3，例8：型号Y180L-650HZ15KW220/380VΔ/Y31.4A970r/min又知其满载功率因数为0.81，该实验室的电源线电压为380V，问（1）电动机的定子绕组应采取何种接法？（2）电动机满载运行时的输入功率、效率和转差率；（3）额定转矩；（4）若电源电压为220V，此电动机能否满载运行？

解（1）Y型实验室有台三相异步电动机，其铭牌数据如下：所以不能Δ：可以1、一台三相异步电动机型号为Y112M-2，电源频率为50HZ，转子额定转速为2890r/min，求额定转差率。2、一台Y280M-4型三相异步电动机，其额定数据如下表所示，试求（1）额定电流IN；（2）额定转差率SN；（3）额定转矩、最大转矩、启动转矩；（4）如果电源电压降为额定电压的80%，这台电动机的启动转矩和最大转矩各变为多少？功率转速电压效率功率因数Ist/INTst/TNTm/TN90KW1480r/min380V93.3%0.887.01.92.2课外作业：教材P123－7、8、9课外作业：

能力目标：知识目标：1、掌握三相异步电动机的启动(start-up)方法与过程

2、掌握三相异步电动机的制动(applythebrake)方法与过程

3、掌握三相异步电动机的调速

(timing)方法能根据交流电动机的类型和使用场合，分析交流电动机的启动、制动和调速

任务三三相异步电动机的启动、制动、调速任务：分析：1、……类型的电机在……场合启动，应该采用什么启动方法？2、……类型的电机在……场合制动，应该采用什么制动方法？3、……类型的电机在……场合调速，应该采用什么调速方法？1、三相异步电动机的启动从异步电动机接入电源，转子开始转动到稳定运转的过程，称为启动。启动瞬间,n=0P1441．全压启动电动机容量在10kW以下全压启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启动方式，又叫直接启动。优点：设备简单，操作方便，启动时间短。缺点：启动电流较大，将使线路电压下降，影响负载正常工作。适用范围：大容量的电动机能直接启动吗？（1）定子串电阻启动：2．降压启动缺点：外接启动电阻上有较大的功率损耗，经济性较差。Δ运行时，首尾相接构成闭环Y启动时，绕组尾端连成一点适用范围：正常运行时定子绕组为三角形连接。（鼠笼式异步电动机）优点：缺点：启动电流为全压启动时的1／3。QS1L3V2L2L1QS2FUV1U1U2W1W2V1U1W1W2U2V2（2）Y-Δ降压启动：启动时定子绕组连成星形，通电后电动机运转，当转速升高到接近额定转速时再换接成三角形。ABCXYZ启动UP'AZBYXC正常运行UP不适合高启动转矩场合，适合空载或轻载启动三相异步电动机，电源电压=380V，三相定子绕组接法运行，额定电流IN=20A，启动电流Ist/IN=7，求：（1）接法时的启动电流Ist

（2）若启动时改为Y接法，求IstY（1）Ist=7IN=720=140A（2）IstY=Ist/3=140/3=47A解：例9：（3）自耦变压器降压启动：优点：缺点：1、不论电动机定子绕组采用Y或都可使用；2、启动电压可根据需要选择，使用灵活，适用于不同的负载。设备体积大、笨重，成本高。正常运行时定子绕组是Y型的电机该采用什么启动方法？分析：1、额定功率为30KW的三相交流异步电动机，重载启动应采用什么启动方法？自耦变压器降压启动2、额定功率为80KW的三相交流异步电动机，轻载启动应采用什么启动方法？Y-降压启动2、三相异步电动机的制动（刹车）(1)能耗制动

电动机断电后由于机械惯性总要经过一段时间才能停下来。为了提高生产效率及安全，采用一定的方法让高速运转的电动机迅速停转，就是所谓的制动。制动方法：n0=0R＋－M~3NSnF＋当电动机三相定子绕组与交流电源断开后，把直流电通入两相绕组，产生固定不动的磁场n0。电动机由于惯性仍在运转。转子导体切割固定磁场感应电流，载流导体受到与转子惯性方向相反的电磁力使电机迅速停转。储存在转子中的动能变为转子绕组电阻的功率损耗P149时间控制原则的单向运行能耗制动控制分析要点：1）运行控制2）制动控制缺点：时间的长度如何控制时间继电器KT功能：延时接通或断开控制电路P236速度继电器P251速度继电器由转子