《电路与电工技术》第6章-交流电动机

第6章交流电动机6.1三相异步电动机的构造6.2三相异步电动机的工作原理6.3三相异步电动机的电路分析6.4三相异步电动机的转矩和机械特性6.5三相异步电动机的使用*6.6单相异步电动机简介（略）*6.7同步电动机简介（略）*6.8直线异步电动机简介（略）6.9应用举例本章主要介绍三相异步电动机的基本构造、工作原理、电路分析、机械特性及其使用特性；简要介绍单相异步电动机、同步电动机、直线异步电动机等也较为常用的电动机。本章内容提要:第6章交流电动机本章重点本章难点本章与前后章的联系三相异步电动机的结构，工作原理和使用。三相异步电动机的定子电路和转子电路分析。交流电动机是利用电磁相互作用进行工作的，里面不仅有电路的问题，还有磁路的问题，要分析它们的运行特性必须同时分析电路和磁路。前章磁路与铁心线圈电路为本章的学习打下基础，而本章是后章继电接触器控制系统的先修知识。第6章交流电动机6.1三相异步电动机的构造电动机的分类：笼型交流异步电动机授课内容：

基本结构、工作原理、电路分析、机械特性、使用方法

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无刷直流电动机有刷直流电动机（串励、他励等）6.1三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1.定子2.转子

转子:在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电流。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，两

端用短路环焊接成一体,

或铸铝成转子绕组。(2)绕线型转子

同定子绕组一样，也为三相，并且拼成星形。笼型绕线型三相笼型异步电动机结构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。

6.2三相异步电动机的工作原理异步电动机转子转动原理实验6.2.1旋转磁场定子三相绕组通入三相交流电(星形联接)1.旋转磁场的产生U1U2W1W2V1V2

iU

iV

iWo

iU

iV

iWU1V2W1V1W2U2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

iU

iV

iWU1U2V2W1V1W2U1U2V2W1V1W2U1U2V2W1V1W2三相电流合成磁

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°600ot

iU

iV

iW旋转方向：取决于三相电流的相序。旋转磁场是沿着：U1V1W1U1U2V1V2W2W1UVWU1U2W1W2V1V2iViUiWiUiVImOtiWiU→U1，iV→V1，iW→W12.

旋转磁场的转向۞与三相绕组中的三相电流的相序一致：U

→

V

→

W

旋转磁场是沿着：U1W1V1U1U2V1V2W2W1i1→U1，i2→W1，i3→V1任意对调两根电源进线，磁场反转。UVWU1U2W1W2V1V2iViUiW

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~

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：U1U2V2W1V1W23.旋转磁场的极数UVWU1U2W1W2V1V2iViUiWot

iU

iV

iWp=1

若定子每相绕组为两个线圈串联

，绕组的始端之间互差60°，将形成两对磁极的旋转磁场。V'1U1W1V1W'1U'2U2U'1W2W'2V2V'2iUiViW旋转磁场的磁极对数与三相绕组的排列有关极对数p=1OV'1U1W1V1W'1U'2U2U'1W2W'2V2V'2iUiViW

iU

iV

iW工频：

旋转磁场的转速n0取决于磁场的极数p(1)p=1时U1V1W2U2W1V2U1V1W2U2W1V2U1V1W2U2W1V24.旋转磁场的转速

iU

iV

iWO(2)p=2时O

iU

iV

iW旋转磁场转速n0与磁极对数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(f1=50Hz)p=1360°3000(转/分)p=2180°1500(转/分)p=3120°1000(转/分)p=490°750(转/分)6.2.2三相异步电动机的转动原理异步电动机的转动原理图

切割转子导条旋转磁场（顺时针方向）感应电流与旋转磁场相互作用电磁转矩（转子转动）定子三相绕组通入三相交流电电动机转速n和旋转磁场同步转速n0的关系:电机转子转动方向与磁场旋转的方向一致，但n<n0

异步电动机转速差无转距转子与旋转磁场间没有相对运动无转子电动势（转子导体不切割磁力线）无转子电流提示：如果

n=n0异步电动机的转速差（n0-n）与旋转磁场转速n0的比率，称为转差率，用s表示

转差率s当转子尚未转动(如起动初始瞬间)时，n

=0，s=1，这时转差率最大；当转子速度接近于磁场转速(空载运行)时，n≈1，s≈0。因此对异步电动机来说，s是在1~0范围内变化。异步电动机运行中:转子转速亦可由转差率求得

例1

一台额定转速

=1450r/min的三相异步电动机，试求电动机的极数和额定负载运行时的转差率s。电源频率f1

=50Hz。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=1450r/min,即p=2额定转差率为

6.3三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。定子绕组相当于变压器的原绕组；转子绕组相当于变压器的副绕组。实际上，旋转磁场是由定子电流和转子电流共同作用产生的。可仿照分析变压器的方式进行分析。异步电动机每相电路i1u1e1e

1e2e

2i2+－++++－－－－f1f27.3.1定子电路1.旋转磁场的磁通异步电动机：旋转磁场切割导体感应电动势

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为电源频率7.3.2转子电路旋转磁场和转子之间的相对转速为(n0–n)，所以可见，转子电流频率与转差率s有关，也就是与转速n有关。在s=1

即(n=0)时，转子电流频率最大f2=f1。对额定转速时，s为1~9%，则f2=0.5~4.5Hz。由此，进而可得转子感应电动势的有效值为E20为s=1(或n=0)时转子所产生的感应电动势的有效值将感抗X2代如上式，可得转子电流为可见，转子电流I2也与转差率s有关，如图曲线所示。转差率s增加(转速n减小)时，转子切割磁力线加剧，于是E2增加，I2也增加。0I2,cos2s1I2cos2由于转子漏磁通的存在，呈电感性，因此I2比E2滞后2角。转子绕组的功率因数为也与转差率s有关(见图示曲线)。转子绕组中的电流转子电流也要产生漏磁通2，每相绕组中的感应电动势为对转子电路应用KVL，有若用相量表示，则为X2与转子频率f2有关，即可见，转子感抗与转差率有关。其中X20是s=1(或n=0)时的转子感抗

6.4三相异步电动机的转矩和机械特性异步电动动机的转矩是由转子电流I2和定子旋转磁场的每极磁通Φ相互作用产生的。但因转子电路是电感性的，转子电流İ2比转子电动势Ė2滞后φ2角；又因可见，电磁转矩与转磁功率成正比，和讨论有功功率一样，也要引入转子回路的功率因数cosφ

2，于是有T=KTΦI2

cosφ

26.4.1三相异步电动机的转矩由此得电磁转矩公式由前面分析知：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。2.转子电阻R2

的大小对

T有影响。绕线型异步电动机可变R2

，以改变转矩。6.4.2三相异步电动机的机械特性转矩OTS根据转矩公式得机械特性曲线：OT1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(N•m)例有两台功率相同的三相异步电动机，一台PN=7.5KW，UN=380V,nN=962r/min，另一台PN=7.5kW，UN=380V，nN=1450r/min，试求它们的额定转矩。解：第一台第二台2.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。3.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

6.5三相异步电动机的使用6.5.1技术数据和选用

三相异步电动机型号Y160M—6功率7.5W频率50Hz电压380V电流17A接法Δ转速970r/min绝缘等级B工作方式连续年月日编号××电机厂6.5.1技术数据和选用以Y160M—6型电动机的铭牌为例，逐项说明各个数据的意义。1.型号产品名称新代号汉字意义旧代号笼型异步电动机Y、Y—L异J、JQ绕线型异步电动机YR异绕JR、JRO防爆型异步电动机YB异爆JB、JBS防爆安全型异步电动机YA异安JA高起动转矩异步电动机YQ异起JQ、JQO表6.2常用三相异步电动机的产品一、技术数据2.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%。因为电动机在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。3.电压4.电流5.功率与效率铭牌上所标的电流值是指电动机在额定运行时定子绕组的线电流值，又称额定电流IN，单位是A。铭牌上所标的功率值是电动机在额定运行情况下，其轴上输出的机械功率值，即额定功率，单位是千瓦（kW），通常用P2N（或PN）表示。6.频率频率是指加到定子绕组上的电源频率，我国工业用电的标准频率为50Hz。7.转速额定转速表示三相电动机在额定工作情况下运行时每分钟的转速，用nN表示。8.绝缘等级9.工作方式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)。绝缘等级AEBFH最高允许温度/℃105120130155180工作方式又称定额，是指三相电动机的在铭牌规定的技术条件下运行持续时间的限制，以保证电动机的温度不超过允许值。二、选用1. 功率的选择如果电动机的功率选大了，虽然能保证正常运行，但不经济。如果选小了，电动机会容易由于过载而过早地损坏。(1)对于连续运行的电动机，所选功率应等于或略大于生产机械的功率。(2)对于短时工作的电动机，允许在运行中有短暂的过载，故所选功率可等于或略小于生产机械的功率。

一般应用场合应尽可能选用笼型电动机。只有在需要调速、不能采用笼型电动机的场合才选用绕线型电动机。

根据工作环境的条件选择不同的结构型式，如开启式、防护式、封闭式电动机。2.种类的选择3.结构型式的选择

电动机电压等级的选择，要根据电动机类型、功率以及使用地点的电源电压来决定。

电动机的额定转速是根据生产机械的要求而选定的。但通常转速不低于500r/min。因为当功率一定时，电动机的转速愈低，则其尺寸愈大，价格愈贵，且效率也较低。因此就不如购买一台高速电动机，再另配减速器来得合算。4.电压的选择5.转速的选择

6.5.2三相异步电动机的起动起动问题：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。起动：

n=0，s=1,接通电源。

电动机接通电源后开始转动，转速逐渐加快，直至达到稳定转速为止，这个过程称为起动过程。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。设电机每相阻抗为|Z|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+－U1U2V1V2W1W2L1L3L2FUQ(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。6.5.3三相异步电动机的制动对电动机制动，就是给电动机一个与转动方向相反的转矩使它迅速停转(或限制其转速)。这时的转矩称为制动转矩。三相异步电动机常用的制动方法有能耗制动和反接制动等。1.能耗制动在切断三相电源的同时，在定子绕组的任意二相中通入直流电，迫使电动机迅速停转。这时的转子电流与固定磁场相互作用产生的转矩方向,与电动机转动的方向正好相反，因而起制动的作用。能耗制动2.反接制动

在电动机停车时，可将接到电源的三根导线中的任意两根的一端对调位置，以改变三相异步电动机定子绕组中三相电源的相序，使旋转磁场反向旋转，而转子由于惯性仍在原方向转动。这时的转矩方向与电动机的转动方向相反，因而起制动的作用。反接制动6.5.4三相异步电动机的调速电动机的调速是指在负载不变的情况下，改变电动机的转速。异步机的转速为三种电气调速方法U11U21U12U22iiP=2··U11U12U21U22··NNSS1.变极调速（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，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··U12U21U22SNf=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Hz

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。2.变频调速（无级调速）

改变转子电路电阻（即在电动机的转子电路中接入一个调速电阻），即可改变电动机转矩特性曲线的位置，就可以得到一个平滑调速。因此旋转磁场的同步转速n0没有改变，故属于改变转差率s的调速方法。这种调速方法线路简单，投资少，但功率损耗较大，只有绕线型电动机可以在转子电路中串接外部可调电阻来实现调速。3.变转差率调速（无级调速）

6.9应用举例6.9.1不同类型三相异步电动机的应用场合Y系列全称为全封闭自扇冷式三相鼠笼型异步电动机。使用非常普遍，应用于一般无特殊要求的机械设备、如农业机械、食品机械、风机、水泵、机床、拌搅机、空气压缩机等。YS系列三相异步电动机功率较小，适用于小型机床、泵、压缩机的驱动，接线盒均在电动机顶部。

6.9应用举例6.9.2异步电动机的应用——电风扇电风扇电气原理图

本章小结1.电动机是根据电磁原理把电能转变为机械能的一种旋转机械。2.三相异步电动机的基本结构是相同的，它们都由定子和转子这两大基本部分组成。定子是用来产生旋转磁场的，一般由外壳、