研究生入学考试异步电动机

交流电动机电动机直流电动机鼠笼式异步机他励、异励、串励、复励鼠笼式异步交流电动机授课内容：基本结构、工作原理、机械特性、控制方法电动机的分类9.1三相异步电动机的结构及工作原理同步机绕线式电动机的用途第1页/共42页第一页，共43页。V2V1W2U2U1W1三相异步机的结构定子转子第2页/共42页第二页，共43页。三相异步机的结构V2V1W2U2U1W1转子定子定子绕组（三相）机座转子：在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电流。三相定子绕组：产生旋转磁场线绕式鼠笼式鼠笼转子9.1.1第3页/共42页第三页，共43页。异步电动机的工作原理-----旋转磁场的产生U1V2W1V1W2异步机中,旋转磁场代替了旋转磁极(•)电流出()电流入U29.1.2第4页/共42页第四页，共43页。对应电流各时刻的合成磁场方向:结论：电流变化一周，磁场旋转3600。××N××N××N××N定子通入三相电流，定子内产生旋转磁场9.1.2第5页/共42页第五页，共43页。异步电动机的工作原理---异步电动机的转动原理9.1.21.转子电动势和转子电流2.电磁转矩和转子旋转方向定子绕组通入电流后，产生旋转磁场，与转子绕组间产生相对运动，由于转子电路是闭合的，产生转子电流。根据左手定则可知在转子绕组上产生了电磁力。见P181电磁力分布在转子两侧，对转轴形成一个电磁转矩T

，电磁转矩的作用方向与电磁力的方向相同，因此转子顺着旋转磁场的旋转方向转动起来。第6页/共42页第六页，共43页。异步电动机的工作原理---异步电动机的转动原理9.1.23.转子转速和转差率转子转速n与旋转磁场的转速n1

的方向一致，但不能相等（应保持一定的转差）。n1又称为同步转速。常用转差率s来表示n与n1

相差的程度，即4.异步电动机带负载运行轴上加机械负载，轴阻力↑，转速↓，转子与旋转磁场相对切割速度↑，转子感应电流↑，输入电流↑。第7页/共42页第七页，共43页。此种接法下，合成磁场只有一对磁极，则极对数为1。又称两极机。即：U1U2V2W1V1W2当磁极对数P=1时，一个电流周期，旋转磁场在空间转过360°n1称为同步转速当P=1时5.电动机的极对数、极数和转速异步电动机的工作原理---异步电动机的转动原理9.1.2第8页/共42页第八页，共43页。异步电机运行中:转差为旋转磁场同步转速与电动机转速之差。电动机起动瞬间:（转差率最大）转差率s

的概念9.1转差率S为：由转子感生电流的频率转子感生电流频率第9页/共42页第九页，共43页。极对数（P）的改变对转速的影响C'Y'ABCXYZA'X'B'Z'

将每相绕组分成两段，按右下图放入定子槽内。形成的磁场则是两对磁极。极对数极对数p同步转速n112343000r/min1500r/min1000r/min750r/min第10页/共42页第十页，共43页。例1：三相异步电动机

p=3，电源f1=50Hz，电机额定转速nN=960r/min。求：转差率s，转子电动势的频率f2同步转速：转差率：第11页/共42页第十一页，共43页。例2.一台50Hz的异步电动机，额定转速nN=730r/min,空载转差率为0.00267，求电动机的极对数、同步转速、空载转速及额定负载时的转差率。解：nN=730r/min对应的同步转速应是750r/min根据得得额定转差率：第12页/共42页第十二页，共43页。9.2三相异步电动机的等效电路及参数i2R1R2i1u1e1e2等效电路（一相）

：主磁通产生的感应电动势。e1e2、转子电路定子电路9.2.1第13页/共42页第十三页，共43页。9.2.2三相异步电动机的主要运行参数定子感应电动势E1的频率与定子电流同频即：12转子电流频率旋转磁场与转子间的相对转速为3主磁通旋转磁场与定子间相对转速为n1第14页/共42页第十四页，共43页。456转子电流转子功率因数起动前的漏磁感抗起动前的转子电动势定子电流和定子功率因数空载时，转子电流约为零，定子电流很小主要用来励磁。当带上负载后，转子电流增加，定子电流随之增加，这一点与变压器类似。电动机的功率因数即为定子功率因数，功率因数角即为U1与I1的夹角。9.2第15页/共42页第十五页，共43页。例3：三相异步电动机，p=2，n=1440r/min，转子R2=0.02，X2s=0.08，E2s=20V，f1=50Hz。起动时I2（st）额定转速下的I2（N）s=19.2第16页/共42页第十六页，共43页。电磁转矩

T：转子中各载流导体在旋转磁场的作用下,受到电磁力对于转轴所形成的转距之总和，是反映电动机做功能量的一个量。常数每极磁通转子电流转子电路的转矩公式的推导

（牛顿米）9.3异步电动机的电磁转矩与机械特性9.3.19.3第17页/共42页第十七页，共43页。将如下参数代入上式：得到转矩公式

单位（N.m）9.3第18页/共42页第十八页，共43页。

机械特性10n1Tn得特性曲线：起动时n=0最大转速n=n1时9.3.2在U1及R2一定时，

T仅随s变化得特性曲线：9.3第19页/共42页第十九页，共43页。三个重要转矩n1Tn（牛顿•米）nN电机在额定电压下，以额定转速nN

运行，输出额定功率PN时，电机转轴上输出的转矩。额定转矩TN:TN、Tmax、Tst1负载转矩用TL

表示TstTmax9.3第20页/共42页第二十页，共43页。最大转矩：电机带动最大负载的能力。2n1nnNTstTmax过载系数3起动转矩Tst:

一般电动机起动时的转矩Tst

体现了电动机带载起动的能力。若Tst>TL电动机能起动，否则将起动不了。如果TL>

Tmax电动机将会因带不动负载而停转。起动系数9.3第21页/共42页第二十一页，共43页。n1TnTmTstTL起动：Tst>TL(负载转矩)，电机起动转速n，转矩Tcc点：转矩达最大Tm

，转速n继续，T，沿cb走bb点：T=TL，转速n不再上升，稳定运行若TL，暂时T<TL,nsI2Tn电动机的自适应负载能力

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。常用特性段s=0s=1正常工作条件：TL<Tmax，否则电机将停转。起动条件：

Tst>TL

否则电动机不能起动。注意9.3第22页/共42页第二十二页，共43页。例4（9-7）：三相异步电动机，额定功率P2N=10kW，额定转速nN=1450r/min，起动能力Tst/TN=1.4，过载系数=2.0，效率为87.5%。求额定转矩、起动转矩、最大转矩及额定输入功率。（1）额定转矩TN（2）起动转矩Tst（3）最大转矩Tm解：所求量：TN、Tst、Tm、P1N（4）输入功率P1N9.3第23页/共42页第二十三页，共43页。机械特性的软硬硬特性：负载变化时，转速变化不大，运行特性好。软特性：负载增加转速下降较快，但起动转矩大，起动特性好。

硬特性（R2小）软特性（R2大）

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。9.3第24页/共42页第二十四页，共43页。起动电流：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其他负载工作频繁起动时造成热量积累电机过热影响：9.4

三相异步电动机的起动、调速和制动原因：起动时n=0

，转子导条切割磁力线速度很大。转子感应电势转子电流定子电流

一、三相异步机的起动9.4第25页/共42页第二十五页，共43页。（1）直接起动。二三十千瓦以下的异步电动机一般采用直接起动。（2）降压起动。Y－起动自耦降压起动（3）转子串电阻起动。

二、三相异步机的起动方法：先减小定子电压--------减小起动电流，待起动完毕后再加上额定电压降压起动下面主要介绍Y－起动方法见教材P2049-15图9.4第26页/共42页第二十六页，共43页。Y－起动正常运行UwVvuW

起动时ABCXYZ设：电机每相阻抗为主要目的：减小起动电流起动电流只有原来的1/39.4第27页/共42页第二十七页，共43页。AZBYXC正常运行UPABCXYZ起动UP'（2）Y－起动应注意的问题：（1）仅适用于正常接法为三角形接法的电机。所以降压起动适合于空载或轻载起动的场合Y－起动。9.4第28页/共42页第二十八页，共43页。例5:三相异步电动机，电源电压=380V，三相定子绕组接法运行，额定电流IN=20A，起动系数Ist/IN=7，求：（1）接法时的起动电流Ist

（2）若起动时改为Y接法，求IstY（1）Ist=7IN=720=140A解：（2）IstY=Ist/3=140/3=47A#9.4第29页/共42页第二十九页，共43页。例6有一三相异步电动机，△连结，P2N=28

kW，U1N=380V，I1N=58A，cosφ1N=0.88，nN=1445r/min，Ist=6IN,Kst=1.1,λ=2.3,TL=73.5N.m,要求Ist<150A,问采用什么方法起动？解：主要看两点是否满足Ist<150A2.是否满足Tst>TL不满足要求满足要求显然不能直接起动直接启动9.4第30页/共42页第三十页，共43页。不满足要求满足要求显然也不能采用Y－方法起动采用Y－方法起动：要求：续例69.4第31页/共42页第三十一页，共43页。采用自耦变压器起动：常用抽头55%，64%，73%等抽头55%时：抽头64%时：续例6要求：不满足要求满足要求#9.4第32页/共42页第三十二页，共43页。一、三相异步机铭牌与技术数据1.型号Y132M－4磁极数(极对数p=2)转差率9.5三相异步电动机的选择2.转速:电机轴上的转速（n)。如：n=1440转/分9.5异步电动机3.联接方式：Y/接法UVWvwu接线盒：UVWvwu如何Y接？如何接？UVWvwu第33页/共42页第三十三页，共43页。4.额定电压：定子绕组在指定接法下应加的线电压.

一般规定:

运行电压不能高于或低于额定值的5％。例：380/220Y/是指：线电压380V时Y接；线电压220V时接5.额定电流：定子绕组在指定接法下的线电流。6.额定功率：指电机在额定运行时轴上输出的功率（P2）鼠笼电机=72－93％7.功率因数(cos1)：额定负载时一般为0.7~0.9，空载时约为0.2~0.3额定负载时最大注意：容量适当，防止“大马”拉“小车”此外还有绝缘等级等参数，不一一介绍。P2PNcos1第34页/共42页第三十四页，共43页。方法：和电源相接的任意两相互换，就可实现反转。二、三相异步电动机的正、反转正转反转UVWM3~电源UVWM3~电源9.5第35页/共42页第三十五页，共43页。制动方法：三、三相异步电动机的制动反接制动时，定子旋转磁场与转子的相对转速很大。为限制电流，在制动时要在定子或转子中串电阻。即切割磁力线的速度很大，造成，引起。注意：3.能耗制动4.发电反馈制动2.反接制动：停车时，将电动机接电源的意两相反接，使电动机由原来的旋转方向反过来，以达制动的目的；9.51.抱闸：加机械抱闸第36页/共42页第三十六页，共43页。四、三相异步电动机的调速1.改变极对数有级调速。2.改变转差率无级调速调速方法：9.53.改变电源频率(变频调速)

无级调速变频电源

可变

此种调速方法发展很快，且调速性能较好。其主要环节是研制变频电源（常由整流器、逆变器等组成）。第37页/共42页第三十七页，共43页。第九章习题第38页/共42页第三十八页，共43页。9-5已知Y90S-4型异步电动机的