三相异步电动机的基本结构和调速

三相异步电动机的基本结构和调速第1页，课件共101页，创作于2023年2月

1.了解三相异步电动机的结构，分清笼式和绕线式两种转子的结构特点；2.理解旋转磁场和三相异步电动机的工作原理；3.掌握三相异步电动机改变转子转向的方法；4.理解三相异步电动机的转矩平衡关系和功率平衡关系；5.理解三相异步电动机的固有机械特性以及额定状态、临界状态和起动状态的意义；6.了解定子电压和转子电阻改变时的人为机械特性；7.理解三相异步电动机的铭牌数据的意义；9.掌握三相异步电动机的起动方法；上一页下一页返回教学基本要求10.掌握三相异步电动机的调速方法；11.了解单相异步电动机的工作原理和起动方法；12.了解三相异步电动机一相或一线断路后的后果。第2页，课件共101页，创作于2023年2月上一页下一页返回6.1电机概述发电机▲直流电动机▲同步电动机▲鼠笼型——将机械能转换为电能；——将电能转换为机械能。▲绕线型电动机▲交流电动机▲异步电动机电机：实现能量转换或信号转换的电磁装置（动力电机）（控制电机）▲单相▲三相▲单相▲三相第3页，课件共101页，创作于2023年2月6.2三相异步电动机的工作原理上一页下一页返回上一节下一节（1）旋转磁场的产生（一）旋转磁场旋转磁场是三相异步电动机工作的基础。电机是利用电与磁的相互转化和相互作用制成的。旋转磁场由三相电流通过三相对称绕组产生。对称：三相对称负载空间对称分布第4页，课件共101页，创作于2023年2月上一页下一页返回上一节下一节二极旋转磁场第5页，课件共101页，创作于2023年2月▲极对数（p）的概念：（2）旋转磁场的转速旋转磁场转速

n0

—同步转速如何改变旋转磁场的转速？以Y型接法为例，当每相绕组只有一个线圈时，按右图放入定子槽内，合成的旋转磁场只有一对磁极，则极对数为1。即p=1U1U2V1V2W2W1上一页下一页返回上一节下一节U1U2V1V2W1W2i3i1i2第6页，课件共101页，创作于2023年2月以Y型接法为例，将每相绕组都改用两个线圈串联组成。按下图放入定子槽内。形成的磁场则是两对磁极。即

p=2

U1U2U3U4V1V4V2V3W4W1W2W3上一页下一页返回上一节下一节i2W2V4U1V1W1U2V2W3U3U4V3W4i1i3三相绕组四极旋转磁场第7页，课件共101页，创作于2023年2月上一页下一页返回上一节下一节第8页，课件共101页，创作于2023年2月电流变化一周→旋转磁场转一圈电流每秒钟变化50周→旋转磁场转50圈→旋转磁场转3000圈电流每分钟变化(50×60)周p=1

时：电流变化一周→旋转磁场转半圈电流每秒钟变化50周→旋转磁场转25圈→旋转磁场转1500圈电流每分钟变化(25×60)周p=2

时：上一页下一页返回上一节下一节第9页，课件共101页，创作于2023年2月三相异步电动机的同步转速600pf1n=min）r/(

p123456n0/(r/min)300015001000750600500

f

1=50Hz

时,不同极对数时的同步转速如下:同步转速p为任意值时：上一页下一页返回上一节下一节第10页，课件共101页，创作于2023年2月旋转方向：取决于三相电流的相序。（3）旋转磁场的转向旋转磁场是沿着：U1V1W1U1U2V1V2W2W1i1i2上一页下一页返回上一节下一节L1L2L3U1U2V1V2W1W2i3i1i2ImOti3i1→U1，i2→V1，i3→W1第11页，课件共101页，创作于2023年2月◆与三相绕组中的三相电流的相序：L1→

L2→

L3一致，通入导前电流的绕组→通入滞后电流的绕组。旋转磁场是沿着：U1W1V1U1U2V1V2W2W1L1L2L3U1U2V1V2W1W2i2i1i3i1→U1，i2→W1，i3→V1任意对调两根电源进线，磁场反转。上一页下一页返回上一节下一节第12页，课件共101页，创作于2023年2月（二）工作原理对称三相绕组通入对称三相电流旋转磁场(磁场能量)磁场切割转子绕组转子绕组中产生e和i转子绕组在磁场中受到电磁力的作用转子旋转起来机械负载旋转起来三相交流电能输出机械能量上一页下一页返回上一节下一节第13页，课件共101页，创作于2023年2月NS（1）电磁转矩的产生▲

用右手定则判断转子绕组中感应电流的方向▲

用左手定则判断转子绕组受到的电磁力的方向电磁力→电磁转矩TT与n0同方向。上一页下一页返回上一节下一节工作原理示意图第14页，课件共101页，创作于2023年2月▲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转差率:起动时:

n=0，s=1额定运行时:

s=0.01~0.09称异步电动机或感应电动机上一页下一页返回上一节下一节0﹤s≤1第15页，课件共101页，创作于2023年2月转子转速亦可由转差率求得

例：一台三相异步电动机，其额定转速

nN=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额定转差率为转差率:上一页下一页返回上一节下一节第16页，课件共101页，创作于2023年2月起动时：n=0,△n=n0

→转子电磁感应最强

→转子电路电量的频率：

f2=f1

当n↑→

△n↓

→转子电路电量的频率

f2

↓（＜

f1）稳定运行时：

△n=n0－n

很小▲转子电路频率的变化：

f2=ｓf1很小上一页下一页返回上一节下一节第17页，课件共101页，创作于2023年2月（2）电磁转矩的方向转子旋转的方向与旋转磁场的转向相同。电磁转矩的方向与旋转磁场的转向一致。上一页下一页返回上一节下一节任意对调两根电源进线，电动机反转。第18页，课件共101页，创作于2023年2月（3）电磁转矩T的大小T=KTsR2U1p2R22+(sX2)

2

T∝U1p2上一页下一页返回上一节下一节常数，与电机结构有关旋转磁场每极磁通转子电流转子电路功率因数转子中各载流导体在旋转磁场的作用下,受到电磁力形成转矩。R2

的大小对T有影响第19页，课件共101页，创作于2023年2月（三）转矩平衡上一页下一页返回上一节下一节转轴上输出的转矩为:

T2=T－T0

电动机稳定运行，即匀速转动:

T2=T

L

转矩平衡:

T

=T

L+T0

T

≈T

L≈T2

若TL↑→T＜TL→n↓→(n0–n)↑→切割加快→E2

↑→I2

↑→F

↑→T

↑→至T’=TL’→以较原转速低的n’重新匀速转动第20页，课件共101页，创作于2023年2月（四）功率关系P1=√3U1lI1lcos1输出的机械功率:P2=T22πn60=T2TN=9550PNnN空载损耗:

P0=PCu+PFe+PMe电动机的效率:上一页下一页返回上一节下一节P2P1η=100%输入的电功率:P2=P1－P0PN：kWnN：r/minTN：NmT2=9550P2n第21页，课件共101页，创作于2023年2月

例：某三相异步电动机，极对数

p=2，定子绕组三角形联结，接于50Hz、380V的三相电源上工作，当负载转矩TL=91N·m时，测得I1l

=30A，P1=16kW，n=1470r/min，求该电动机带此负载运行时的s、P2、ŋ

和λ。=87.5%60f12n0

==1500

r/min==0.021500－14701500

P2=T2=2πn602×3.1460×91×1470W=14kWλ=P1√3U1lI1l=0.81解：上一页下一页返回上一节下一节P2P1η=100%第22页，课件共101页，创作于2023年2月6.3三相异步电动机的基本结构上一页下一页返回上一节下一节1.定子铁心：由内周有槽的硅钢片叠成。U1----U2V1----V2W1----W2三相绕组机座：铸钢或铸铁端盖：固定、支撑、防护第23页，课件共101页，创作于2023年2月转子:在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电流。2.转子鼠笼转子铁心：由外周有槽的硅钢片叠成。(1)

鼠笼式转子

铁心槽内放铜条，端部用短路环形成一体。或铸铝形成转子绕组。(2)

绕线式转子

同定子绕组一样，也分为三相，并且接成星形。鼠笼式绕线式上一页下一页返回上一节下一节

另一端分别接滑环，可外接电阻第24页，课件共101页，创作于2023年2月鼠笼式电动机与绕线式电动机的的比较：鼠笼式：

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。绕线式：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。上一页下一页返回上一节下一节第25页，课件共101页，创作于2023年2月异步电动机的结构上一页下一页返回上一节下一节三相笼式异步电动机的部件图第26页，课件共101页，创作于2023年2月6.4三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－6Y系列异步机机座中心高度机座长度代号

2p=6→n0=1000r/min2.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磁极数上一页下一页返回上一节下一节第27页，课件共101页，创作于2023年2月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上一页下一页返回上一节下一节6.额定转速nN电机在额定电压、额定负载下运行时的转子转速。5.联结方式通常三相异步电动机3kW以下者，联结成星形，4kW以上者，联结成三角形。第28页，课件共101页，创作于2023年2月

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

B8.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)。7.额定功率因数λN=cosNP1N=√3

UNINcosNPN=ηNP1N=√3

UNINcosNηN上一页下一页返回上一节下一节第29页，课件共101页，创作于2023年2月固有特性:人为特性:在额定电压、额定频率，转子电路不外串电阻或电抗时的

T=f(s)和n=f(T)在改变电压、频率及转子电路参数时的

T=f(s)和n=f(T)n=f(T)T=f(s)

转矩特性:异步机的T与s之间的关系机械特性:异步机n与T之间的关系6.5三相异步电动机的机械特性上一页下一页返回上一节下一节第30页，课件共101页，创作于2023年2月T=kTsR2U1p2R22+(sX2)

2

和

n=(1－s)n0（一）固有特性转矩特性机械特性固有特性TNsN1TsTMsMTOsn0TnOTNnNTsTMnM上一页下一页返回上一节下一节第31页，课件共101页，创作于2023年2月（1）额定状态在额定

UN

下，以额定转速nN

运行、输出额定功率PN

时，电动机转轴上输出的转矩为机械特性M额定状态说明了电动机长期运行能力。上一页下一页返回上一节下一节n0TnOTsTNnNTMnMNS额定状态、临界状态、起动状态代表三个重要的工作状态。TN=9550PNnN第32页，课件共101页，创作于2023年2月临界转速临界转差率sM:Y系列:

KM=2～2.2（2）临界状态过载倍数KM：R2

X2sM=TM

TNKM=上一页下一页返回上一节下一节Mn0TnOTsTNnNTMnMNS机械特性最大转矩TM:电动机带动最大负载的能力转轴上机械负载转矩不能大于TM，否则将造成堵转(停车)第33页，课件共101页，创作于2023年2月(3)

起动状态

TS体现了电动机直接起动的能力。若TS>TL

电机能起动，否则将起动不了。TS

TNKS=Y系列:

KS=1.6～2.2KC=5.5～7.0上一页下一页返回上一节下一节机械特性Mn0TnOTSTNnNTMnMNS起动电流倍数：起动转矩倍数：IS

INKC=第34页，课件共101页，创作于2023年2月（二）人为特性（1）降低定子电压时的人为特性UN0.9UN0.81TM0.81TS上一页下一页返回上一节下一节n0nMnOT定子电压降低时的人为机械特性

T∝U1p2第35页，课件共101页，创作于2023年2月（2）增加转子电阻时的人为特性R2R2+RTS

+△T

n0nOT转子电阻增加时的人为机械特性◆转子串联合适的电阻，可使TS

=TM上一页下一页返回上一节下一节第36页，课件共101页，创作于2023年2月（三）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：负载增加时，转速下降较快，起动特性好。硬特性软特性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。上一页下一页返回上一节下一节n0nTO第37页，课件共101页，创作于2023年2月

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。（四）电动机的自适应负载能力

电动机工作在特性曲线的哪一点上？应当运行于与负载机械特性的交点上。上一页下一页返回上一节下一节n0nTOTLTL’第38页，课件共101页，创作于2023年2月n0nTOn0nTO工作段

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）。a点→TL↑→n↓→I2↑→T↑直至新的平衡I1

↑→P1↑TLaTL’→

a'点a'上一页下一页返回上一节下一节第39页，课件共101页，创作于2023年2月异步机的起动特性：起动电流大:

IS=KCIN=（5～7）IN起动转矩小:TS=KSTN=（1.6～2.2）TN

影响：

频繁起动时造成热量积累,易使电动机过热。大电流使电网电压降低，影响其他负载工作。6.6三相异步电动机的起动

不好!良好的起动性能:

起动电流小起动转矩大上一页下一页返回上一节下一节第40页，课件共101页，创作于2023年2月（一）鼠笼式异步电动机的起动（1）直接起动（全压起动）(a)小容量的电动机（二三十千瓦以下）；(b)

电源容量足够大时。（2）减压起动(a)Y－减压起动：适用于：正常运行为△联结的电动机。起动时运行时上一页下一页返回上一节下一节UVWUNI1lYUVWUNI1l

△第41页，课件共101页，创作于2023年2月设：定子每相阻抗为Z√3U1p△I1l

△

=│Z││Z│UN√3=│Z│I1lY

=U1pY│Z│UN√3=T∝Up2▲

Y接起动的起动转矩：▲

Y接起动的起动电流：1√3U1p△U1pY=上一页下一页返回上一节下一节IS△IsY=1313TS△TsY=Y起动△起动Y起动与△全压起动时起动电流和起动转矩比较UVWUNI1lYUVWUNI1l

△第42页，课件共101页，创作于2023年2月√3▲

Y－减压起动的特点：

(1)电源电压不变，定子绕组接法改变；(2)降压比为。1(1)IsY＜Imax（线路中允许的最大电流）；(2)TsY＞TL，适用于轻载或空载起动

否则不能采用此法。▲

Y－减压起动的使用条件：▲

Y接起动的起动转矩为：▲

Y接起动的起动电流为：13TS△TsY=上一页下一页返回上一节下一节IS△IsY=13第43页，课件共101页，创作于2023年2月(b)自耦变压器减压起动M3~Ul′降压比为:KA=Ul′UNUl′=KAUNKAIs定子电压：定子电流：

KAIsKAIsKA线路电流：KA2IsIsa=KA2Is▲

自耦变压器降压起动的起动电流为：Tsa=KA2Ts▲

自耦变压器降压起动的起动转矩为：UN上一页下一页返回上一节下一节第44页，课件共101页，创作于2023年2月▲自耦变压器降压起动的特点：①定子绕组接法不变，改变定子绕组的电压；②降压比KA可调:0.5、0.65、0.8；0.55、0.64、0.73▲自耦变压器降压起动的使用条件：①Isa＜Imax（线路中允许的最大电流）；②Tsa＞TL，适用于轻载或空载起动

否则不能采用此法。▲

选择KA的方法：

KA2Is＜ImaxKA2Ts＞TL需要两者均满足上一页下一页返回上一节下一节第45页，课件共101页，创作于2023年2月(二)绕线式异步机的起动：RRR滑环电刷定子转子起动电阻•起动时将适当的R

串入转子电路中，起动后将R短路。上一页下一页返回上一节下一节第46页，课件共101页，创作于2023年2月(1)转子电路串电阻起动减小起动电流增大起动转矩(2)转子电路串频敏变阻器起动

▲

频敏变阻器：频率高，损耗大，电阻大；频率低，则反之。

▲

转子电路起动时:R2R2′n0TnOTsTs′▲

转子电路运行时:f2高，电阻大，Ts′大，Is′小。f2低，电阻小，自动切除变阻器。R2′＞R2上一页下一页返回上一节下一节第47页，课件共101页，创作于2023年2月例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：PN=45kW,nN=1480r/min，UN=380V，N=92.3%，cosN=0.88，KC=7.0,Ks=1.9，KM=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TM

和起动转矩TS

。上一页下一页返回上一节下一节第48页，课件共101页，创作于2023年2月

2）由nN=1480r/min，可知p=2（四极电动机）3）上一页下一页返回上一节下一节第49页，课件共101页，创作于2023年2月解：

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。（3）当负载转矩为额定转矩的80%和50%时，电动机能否Y-换接起动？(1)在U=UN时

TS=551.8N•m>510.2N.m不能起动(2)IS=KCIN=784.2=589.4A

在U´=0.9UN时能起动例2:上一页下一页返回上一节下一节第50页，课件共101页，创作于2023年2月在80%额定负载时在50%额定负载时可以起动(3)不能起动上一页下一页返回上一节下一节第51页，课件共101页，创作于2023年2月1.改变磁极对数p2.改变转差率s

3.改变电源频率f1(变频调速)调速方法：6.7三相异步电动机的调速有级调速无级或有级调速无级调速

n=(1－s)n0=(1－s)p60f1上一页下一页返回上一节下一节在负载不变的前提下，人为改变电动机的转速第52页，课件共101页，创作于2023年2月（一）变频调速

U、f可变M3~3~整流电路逆变电路50Hz控制电路n0TnOfNf1＜fN

直流f2＜f1上一页下一页返回上一节下一节变频调速TL频率降低，转速下降第53页，课件共101页，创作于2023年2月（二）变极调速U1U2U3U4U1U2U3U4××××(a)p=2(b)p=1SSNNSN上一页下一页返回上一节下一节每相绕组由两个线圈组成，可串联、并联第54页，课件共101页，创作于2023年2月（三）变转差率调速（1）变压调速UNn0TnOsMTL上一页下一页返回上一节下一节电压降低，转速下降第55页，课件共101页，创作于2023年2月（2）转子串电阻调速R2R2+RCn0TnOTMM3~3~RCTL上一页下一页返回上一节下一节电阻增大，转速下降第56页，课件共101页，创作于2023年2月（一）脉振磁场定子：单相绕组；6.8单相异步电动机×定子绕组定子转子：鼠笼型。×上一页下一页返回上一节下一节第57页，课件共101页，创作于2023年2月※定子单相绕组产生的脉振磁场的分析:

1m

2mm1m=

2m=m/2t0※

脉振磁场的分解:上一页下一页返回上一节下一节第58页，课件共101页，创作于2023年2月

1m

2mm

1m

2m

－m

tOt1t2t3t4t5t6t7t8

2m

1m上一页下一页返回上一节下一节脉振磁场第59页，课件共101页，创作于2023年2月（1）自身没有起动转矩（2）转子借助其它力量转动后，外力去除后仍按原方向继续转动。怎样产生起动转矩？（二）工作原理上一页下一页返回上一节下一节第60页，课件共101页，创作于2023年2月（1）两相起动工作绕组起动绕组◆原理：两相电流→旋转磁场~Q转子CWSiwis→起动转矩上一页下一页返回上一节下一节单相电容电动机第61页，课件共101页，创作于2023年2月转子（2）罩极起动短路环定子磁极定子线圈上一页下一页返回上一节下一节单相罩极式异步电动机第62页，课件共101页，创作于2023年2月图片0柴油发电机返回第63页，课件共101页，创作于2023年2月图片1上一页下一页返回第64页，课件共101页，创作于2023年2月图片2上一页下一页返回第65页，课件共101页，创作于2023年2月图片3A齿轮减速三相异步电动机上一页下一页返回第66页，课件共101页，创作于2023年2月图片3B防爆式上一页下一页返回第67页，课件共101页，创作