第五章三相异步电机(上课课件)

一、三相异步电动机的基本结构二、三相异步电动机的工作原理三、三相异步电动机的机械特性四、三相异步电动机的铭牌数据五、三相异步电动机的起动六、三相异步电动机的调速第5章数控机床常用电气控制系统学习目的与要求了解三相异步电动机的结构组成，熟悉异步电动机的工作原理，了解铭牌数据；理解和掌握三相异步电动机机械特性的分析方法；了解单相异步电动机的结构组成及其工作原理；熟悉常用低压电器及在电路中的作用；掌握三相异步电动机基本控制线路的分析方法；理解电动机的起动、制动、调速等概念。一、电机的分类:1.发电机2.电动机※直流电动机※交流电动机▲同步电动机▲异步电动机●鼠笼型1.1三相异步电动机的基本结构——将机械能转换为电能；——将电能转换为机械能。●线绕型直流电机图片23交流伺服电机步进电机二、三相异步电动机的结构二、三相异步电动机的基本结构三相异步电动机定子转子三相异步电动机具有结构简单、使用方便、运行可靠且效率高等优点，被广泛应用于工农业生产中的各种机床、水泵、通风机、锻压和铸造机械、传送带、起重机及家用电器、实验设备中。1、定子：指其固定不动部分，主要包括：（1）、机座机座是电动机的支架，通常用铸铁或铸钢制成。（2）、定子铁芯铁芯硅钢片异步电动机的定子铁芯是由0.5mm厚的硅钢片叠压制成的。定子铁芯内圆冲有分布的槽。定子铁芯构成异步电动机磁路的一部分。（1）、机座（3）、定子绕组定子绕组是由漆包线绕制而成，嵌入到定子铁芯槽中。构成电机电路的一部分。2、转子：指其旋转部分转子鼠笼式绕线式转子:在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电流。转子铁芯也是由0.5mm厚的硅钢片叠压制成。在其内圆冲有均匀分布的槽，用来嵌放转子绕组。转子铁芯构成电动机磁路的又一部分。（1）、转子铁芯铁芯硅钢片一般用45号钢制成，用来传递电磁转矩。（3）、转子绕组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。转子绕组构成电动机电路的另一部分。（2）、转轴绕线式异步电动机的转子绕组与定子绕组相同，也是采用漆包线绕制成对称三相绕组，嵌放到转子铁芯中。绕线式转子三相绕组必须连接成星形，三个向外的引出端子与固定在转轴上的三个相互绝缘的铜环相接，如下图所示：由于绕线式异步电动机的能采用转子绕组串电阻起动和调速，因此起动性能和调速性能均比鼠笼式异步机优越。转轴转子铁芯固定在转轴上的三个铜滑环。Y接三相转子绕组分别与三个铜滑环相联。变阻器电刷电刷与滑环紧压，并通过输电线与变阻器相联。三、三相异步电动机的工作原理固定不动的转子绕组和旋转的定子磁场相切割而感应电动势。载流的转子绕组处在磁场中，必定受到电磁力的作用。两个电磁力的大小相等、方向相反，因此对电动机转轴形成了电磁转矩。于是转子就顺着定子磁场的方向转动起来。NS模型电机的定子磁极模型电机的转子绕组eei2FFn0电机转动的关键是：旋转的定子磁场！n用右手定则判断用左手定则判断

定子三相绕组通入三相交流电(星形联接)AXBYCZ1.旋转磁场的产生oo规定i:“+”首端流入，尾端流出。i:“–”尾端流入，首端流出。AYCBZX(•)电流出()电流入tAXYCBZAXYCBZAXYCBZ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°600oAAXZBCYAAXYCBZ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°取决于三相电流的相序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AXCZBY0to转子旋转的方向与旋转磁场的转向相同。AXBYCZ×××n0三相异步电动机工作原理概括在对称三相定子绕组中通入对称三相交流电流产生气隙旋转磁场NS转子导体与磁场相切割感应电动势，由于闭合生成感应电流转子绕组在磁场中受到电磁力的作用转子顺着旋转磁场的方向转动起来。FF要改变电动机的旋转方向：任调通入定子绕组中两相电流的相序即可。AXBYCZAA'B'Y'C'Z'XX'BYCZ当电动机各相定子绕组的四个线圈首接首、尾接尾连接后分别构成三相定子绕组时，其磁极对数：SN3、旋转磁场的转速旋转磁场的转速取决于磁极的对数旋转磁场转速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:4、转差率电动机转差速之与旋转磁场的转速之比称为转差率。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n0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有关转差率的讨论电动机的转差率随着电动机转速的升高而减小。

(1)电动机起动瞬间，转速n=0，转差率s=1；

(2)电动机转速最高时，转速n≈n0，转差率s≈0；

(3)运行过程中，转速0<n<n0，转差率0<s<1；额定运行时:

s=0.01~0.07例解有一台三相异步电动机，其额定转速为975r/min。试求工频情况下电动机的磁极对数和电动机的额定转差率。由于电动机的额定转速接近于旋转磁场的转速，所以即该电动机的极对数p=3，同步转速n0=1000r/min。额定转差率为：电磁转矩：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四、三相异步电动机机械特性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。绕线式异步电动机可外接电阻来改变转子电阻R2，从而改变转距。Tmsm1T0sn=0n=n0可得异步机的电磁转矩特性曲线：最大电磁转矩对应最大电磁转矩的临界转差率。(1)额定转矩TN电动机额定电压下以额定转速nN运行，输出额定机械功率PN时，电机转轴上对应输出的机械转矩为额定电磁转矩TN。最大转矩反映了电动机带最大负载的性能，我们把它与额定转矩的比值称为电动机的过载能力，即：TMT0s最大电磁转矩起动电磁转矩(2)最大转矩TM起动转矩反映了异步机带负载起动时的性能。起动转矩与额定电磁转矩之比称作电动机的起动能力，即：Tst(3)起动转矩Tst

λm通常在1.8~2.5之间。如果负载转矩超过了最大转矩，电动机将停转。

λst通常在1.0~2.2之间。如果电机的起动转矩Tst小于电动机轴上的负载阻转矩TL时，电动机将无法起动。五、三相异步电动机的铭牌数据

三相异步电动机型号Y132S－6功率3kW频率

50Hz电压380V电流7.2A联结Y转速960r/min功率因数0.76绝缘等级

B1、型号

Y132S－6

2p=6→n0=1000r/min磁极数(极对数p=3)机座长度代号机座中心高（mm）三相异步电动机异步电动机产品名称代号产品名称异步电动机绕线式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五、三相异步电动机的铭牌数据

三相异步电动机型号Y132S－6功率3kW频率

50Hz电压380V电流7.2A联结Y转速960r/min功率因数0.76绝缘等级

B2、额定功率PN

PN=3kW→轴上输出机械功率的额定值3、额定电压UN

UN=380V→定子三相绕组应施加的线电压4、额定电流IN

IN=7.2A

三相异步电动机型号Y132S－6功率3kW频率

50Hz电压380V电流7.2A联结Y转速960r/min功率因数0.76绝缘等级

B→定子三相绕组的额定线电流5、额定功率因数λN=cosNP1N=√3UNINcosNPN=ηNP1N=√3UNINcosNηN6、额定转速nN电机在额定电压、额定负载下运行时的转速。7、接法接线盒定子三相绕组的联接方法。通常V1W2U1W1U2V2U2U1W2V1V2W1U1V1W1W2U2V2W2U2V2V1W1U1Y联结W1U1V1W2U2V2联结8、绝缘等级指电机绝缘材料能够承受的极限温度等级，分为A、E、B、F、H五级，A级最低(105ºC)，H级最高(180ºC)。六、三相异步电动机的起动1、起动性能起动问题：起动电流大，起动转矩小。

一般中小型鼠笼式电机起动电流为额定电流的5~7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

2、起动方法(1)直接起动

7.5千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（适用于鼠笼式电动机）(3)转子串电阻起动（适用于绕线式电动机）以下介绍降压起动和转子串电阻起动。设：电机每相阻抗为1.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手柄上打，定子绕组Δ形运行手柄下打，定子绕组成Y形起动优点：起动电流降为全压起动时的1/3；QS1L3V2L2L1QS2FUV1U1U2W1W2V1U1W1W2U2V2缺点：起动转矩也降为全压起动时的1/3。三相异步电动机Y-Δ起动器闭合电源开关，为电机通电做好准备Y－起动器接线简图(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正常运行UlU1W2V2W1+＿U2V1UP

起动+＿Ul+＿U1W2V2W1U2V1(2)自耦降压起动L1L3L2FUQQ2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－起动的鼠笼式异步电动机。RRR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.绕线式电动机转子电路串电阻起动•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七、三相异步电动机的调速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。A1X1A2X2iiP=2··A1A2X1X2··NNSSA1X1A2X2ii••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。A1··A2X1X2SNTo3、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八、三相异步电动机的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

电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