电工学与电子技术第七章

电工学与电子技术第七章第1页，课件共63页，创作于2023年2月1.定子7.1

三相异步电动机的构造铁心：由内周有槽的硅钢片叠成。A----XB----YC----Z三相绕组机座：铸钢或铸铁第2页，课件共63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

铁芯槽内放铜条，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。鼠笼式绕线式第3页，课件共63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。第4页，课件共63页，创作于2023年2月7.2.1旋转磁场

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o7.2

三相异步电动机的转动原理第5页，课件共63页，创作于2023年2月o规定i:“+”首端流入，尾端流出。i:“–”尾端流入，首端流出。AYCBZX(•)电流出(

)电流入第6页，课件共63页，创作于2023年2月

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°600动画o第7页，课件共63页，创作于2023年2月AAXZBCYAAXZBCY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。动画任意调换两根电源进线(电路如图)AXCZBY0

to第8页，课件共63页，创作于2023年2月3.旋转磁场的极对数P

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：o

tAXBYCZAXYCBZ第9页，课件共63页，创作于2023年2月

若定子每相绕组由两个线圈串联

，绕组的始端之间互差60°，将形成两对磁极的旋转磁场。C'Y'ABCXYZA'X'B'Z'AXBYC第10页，课件共63页，创作于2023年2月极对数动画旋转磁场的磁极对数与三相绕组的排列有关C'Y'ABCXYZA'X'B'Z'0第11页，课件共63页，创作于2023年2月4.旋转磁场的转速工频：

旋转磁场的转速取决于磁场的极对数p=1时0

toAXYCBZAXYCBZAXYCBZ第12页，课件共63页，创作于2023年2月p=2时0第13页，课件共63页，创作于2023年2月旋转磁场转速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:第14页，课件共63页，创作于2023年2月7.2.2电动机的转动原理1.转动原理AXYCBZ定子三相绕组通入三相交流电方向:顺时针

切割转子导体右手定则感应电动势E20旋转磁场感应电流I2旋转磁场左手定则电磁力FF电磁转矩TnF第15页，课件共63页，创作于2023年2月7.2.3转差率

旋转磁场的同步转速和电动机转子转速之差与旋转磁场的同步转速之比称为转差率。

由前面分析可知，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因此，转子转速与旋转磁场转速间必须要有差别。第16页，课件共63页，创作于2023年2月异步电动机运行中:转子转速亦可由转差率求得转差率s

例1：一台三相异步电动机，其额定转速

n=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额定转差率为第17页，课件共63页，创作于2023年2月7.3

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。1)变压器原、副绕组是与同一主磁通

相交链，异步电动机中定子和转子绕组与同一旋转磁通

相交链。因此异步电动机中定子和转子绕组相当于变压器的原、副绕组。2）变压器：

变化

eU1

E1=4.44fN1

异步机：

旋转

eU1

E1=4.44fN1

3）变压器：I2

增大

I1增大，以保持

基本不变，以达到传递能量的目的。

第18页，课件共63页，创作于2023年2月7.3

三相异步电动机的电路分析异步机：当负载增加时，转子电流I2

增大

I1增大，以保持

基本不变，以达到传递能量的目的。

三相异步电动机与变压器的不同之处。1）变压器是静止的。而异步机是旋转的。2）变压器的磁路是无气隙的。而异步机中的定子和转子之间是有不大的气隙。3）变压器中原、副绕组的感应电动势是同频率的。而异步机中转子感应电动势的频率是随转子转速改变的。第19页，课件共63页，创作于2023年2月7.3.1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e，

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=电源频率f异步电动机每相电路i1u1e1e

1e2e

2i2+－++++－－－－f1f2第20页，课件共63页，创作于2023年2月7.3.2转子电路1.转子感应电势频率f2∵定子导体与旋转磁场间的相对速度固定，而转子导体与旋转磁场间的相对速度随转子的转速不同而变化

定子感应电势频率f1

转子感应电势频率f2

转子感应电势频率f2

旋转磁场切割定子导体和转子导体的速度不同第21页，课件共63页，创作于2023年2月2.转子感应电动势E2E2=4.44f2N2

=4.44sf1N2

当转速n=0(s=1)时，f2最高，且E2最大，有E20=4.44

f1N2

转子静止时的感应电势即E2=

sE20

转子转动时的感应电势3.转子感抗X2当转速n=0(s=1)时，f2最高，且X2最大，有X20=2

f1L2即X2=

sX20

第22页，课件共63页，创作于2023年2月4.转子电流I25.转子电路的功率因数cos

2转子绕组的感应电流第23页，课件共63页，创作于2023年2月转子绕组的感应电流转子电路的功率因数

结论：转子转动时，转子电路中的各量均与转差率

s有关，即与转速

n有关。I2cos

2s1I2,O第24页，课件共63页，创作于2023年2月7.4

三相异步电动机转矩与机械特性7.4.1转矩公式

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第25页，课件共63页，创作于2023年2月由此得电磁转矩公式由前面分析知：第26页，课件共63页，创作于2023年2月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。U1

T

2.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。第27页，课件共63页，创作于2023年2月7.4.2机械特性曲线OTS根据转矩公式得特性曲线：OT1第28页，课件共63页，创作于2023年2月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额定转矩(N•m)

如某普通机床的主轴电机(Y132M-4型)的额定功率为7.5kw,额定转速为1440r/min,则额定转矩为第29页，课件共63页，创作于2023年2月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，可得第30页，课件共63页，创作于2023年2月过载系数(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。第31页，课件共63页，创作于2023年2月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

R2

Tst

。对绕线式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起动能力第32页，课件共63页，创作于2023年2月7.5

三相异步电动机的起动7.5.1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;电动机的起动转矩为额定转矩的(1.0~2.2)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

第33页，课件共63页，创作于2023年2月7.5.2

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。第34页，课件共63页，创作于2023年2月设：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第35页，课件共63页，创作于2023年2月(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第36页，课件共63页，创作于2023年2月(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。第37页，课件共63页，创作于2023年2月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•第38页，课件共63页，创作于2023年2月

若R2选得适当，转子电路串电阻起动既可以降低起动电流，又可以增加起动转矩。常用于要求起动转矩较大的生产机械上。转子电路串电阻起动的特点第39页，课件共63页，创作于2023年2月

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~第40页，课件共63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：P2N=45kW,nN=1480r/min，UN=380V，

N=92.3%，cos

N=0.88，Ist/IN=7.0,Tst/TN=1.9，Tmax/TN=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Tmax、和起动转矩TN

。第41页，课件共63页，创作于2023年2月

2）由nN=1480r/min，可知p=2（四极电动机）3）第42页，课件共63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。又当负载转矩为起动转矩的80%和50%时，电动机能否起动？(1)在U=UN时

Tst=551.8N•m>510.2N.m不能起动(2)Ist

=7IN=784.2=589.4A

在U´=0.9UN时能起动例2:第43页，课件共63页，创作于2023年2月在80%额定负载时不能起动在50%额定负载时可以起动(3)第44页，课件共63页，创作于2023年2月7.6

三相异步电动机的调速异步电动机的调速方法三种电气调速方法7.6.1变频调速(无级调速)

变频调速应用最广，可构成高性能的交流调速系统，最具有发展前途。

电力电子和微机控制技术是现代交流调速的物质基础。有了电力电子变流装置，解决了调速装置过去设备多、体积大、成本高等问题，使交流调速得到飞跃的发展。第45页，课件共63页，创作于2023年2月

f=50Hz逆变器M3~整流器f1、U1可调+–~（1）变频调速方法频率调节范围：0.5~几百赫兹7.6

三相异步电动机的调速根据可知频率f下调时，转速n降低。而频率f上调时，转速n升高。第46页，课件共63页，创作于2023年2月

变频调速的优点：具有较硬的机械特性，转速稳定性好，调速范围宽，可实现无级调速。第47页，课件共63页，创作于2023年2月7.6.2变极调速

(有级调速)A1X1A2X2iiP=2··A1A2X1X2··NNSS第48页，课件共63页，创作于2023年2月A1X1A2X2ii••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··A2X1X2SN第49页，课件共63页，创作于2023年2月To7.6.3变转差率调速

变转差率调速，绕线式电动机转子回路串电阻。其优点是调速方法简单、设备简单投资少，缺点是能耗较大。轻载时调速范围小。这种调速方式广泛应用于各种提升、起重设备中。对泵类也能应用nn'••TLTLs

´s••Tso第50页，课件共63页，创作于2023年2月7.7

三相异步电动机的制动7.7.1

能耗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

在断开三相电源的同时，给电动机其中两相绕组通入直流电流，直流电流形成的固定磁场与旋转的转子作用，产生了与转子旋转方向相反的转距（制动转距），使转子迅速停止转动。第51页，课件共63页，创作于2023年2月nF转子T

n0=07.7.2

反接制动

停车时，将接入电动机的三相电源线中的任意两相对调，使电动机定子产生一个与转子转动方向相反的旋转磁场，从而获得所需的制动转矩，使转子迅速停止转动。

M3~+-运转制动•RP第52页，课件共63页，创作于2023年2月M3~运转制动•nF转子T

n07.7.3

发电反馈制动

当电动机转子的转速大于旋转磁场的转速时，旋转磁场产生的电磁转距作用方向发生变化，由驱动转距变为制动转距。电动机进入制第53页，课件共63页，创作于2023年2月动状态，同时将外力作用于转子的能量转换成电能回送给电网。nF转子T

n0n>n0第54页，课件共63页，创作于2023年2月7.8

三相异步电动机铭牌数据1.型号

磁极数(极对数p=2)例如：Y132M－4

用以表明电动机的系列、几何尺寸和极数。机座长度代号机座中心高（mm）三相异步电动机教材表7.8.1中列出了各种电动机的系列代号。第55页，课件共63页，创作于2023年2月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第56页，课件共63页，创作于2023年2月2.接法接线盒定子三相绕组的联接方法。通常V1W2U1W1U2V2U2U1W2V1V2W1U1V1W1W2U2V2W2U2V2V1W1U1Y联结W1U1V1W2U2V2

联结第57页，课件共63页，创作于2023年2月3.电压例如：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%。因为在电动机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。

三相异步电动机的额定电压有380V，3000V,

及6000V等多种。第58页，课件共63页，创作于2023年2月4.电流例如：Y/

6.73/11.