章电磁与电动器件

§19-2

三相异步电动机电动机直流交流单相三相异步机同步机电机发电机电动机电能)(机械能机械能)(电能鼠笼式绕线式按相数按转子结构按输入电能形式按内部磁场与轴转速的关系定子铁心定子绕组转子接线盒机座：铁心：由互相绝缘的硅钢组成铸铁或铸钢制成绕组：

线圈的复杂组合

对称的三相绕组接线盒一、定子与转子结构1定子“△”型连接“Y”型连接W1U1V1V2W2U2电源W1U1V1V2W2U2电源W1U1V1V2W2U2U1V1W1U2V2W2轴：绕组：

带动机械负载

转动，输出机械能铁心：产生感应电流绕线式2转子圆柱型，表面有槽鼠笼式

由互相绝缘的硅钢组成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。二、三相异步电动机的工作原理闭合，产生

i产生

F=Bli在T=F·r

作用下转子旋转，转动方向与磁场旋转的方向相同。切割磁力线

e=BlvSN

n1FnF1

工作原理二、三相异步电动机的工作原理U1W2W1V2V1U22

旋转磁场(1)

旋转磁场的产生

iA=ImsinwtiB=Imsin(wt-120

)iC=Imsin(wt+120

)iiBiCiA0120120120NSU1W2W1U2V2V1NSU1U2W2W1V2V1NS旋转大小不变

合成磁场(2)

旋转磁场的转向

旋转磁场的旋转方向与对称三相电流的相序一致U1U2W2W1V2V1iiBiCiA0(iA)(iB)(iC)n1怎样实现电动机的反向旋转(逆时针方向)?任意两接线端倒位(3)旋转磁场的同步转速

n1

n1决定于磁场的极数

极数与三相绕组的安排有关

当磁极对数

p=1时，n1=60f1?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：U1U2V2W1V1W2U1U2V1V2W1W2o

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极对数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'0U1U2U1/U2/V1V2V1/V2/W1W2W1/W2/串联:并联:U1U2U1/U2/V1V2V1/V2/W1W2W1/W2/NSNSSSNN

当磁极对数

p=2时n1，n1=60f1/2n1与磁极对数p的关系iiBiCiA0

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。3三相异步电动机的转速n与转差率s异步电动机运行中:转子转速亦可由转差率求得转差率s电动机起动瞬间:（转差率最大）转差率特点：

启动或堵转(电机卡住)n=0

理想状态(没有摩擦)n=n1

s=0

一般情况n从0

n1，s

从1

0s=1例：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4反转U1U2W2W1V2V1iiBiCiA0实现电动机的反向旋转(逆时针方向):任意将三相电源的两根线对调位置（如对调B、C两相、对调A、C两相、对调A、B两相），即可使电动机反转。(iA)(iB)(iC)n1

三相异步电动机的电磁关系与变压器类似。变压器：

变化

eU1

E1=4.44f1N1

E2=4.44f2N2

异步电动机每相电路i1u1e1e

1e2e

2i2+－++++－－－－f1f2定子相当于变压器的一次绕组转子相当于变压器的二次绕组三、三相异步电动机电路分析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f1f1=电源频率f2、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

旋转磁场切割定子导体和转子导体的速度不同旋转磁场通过转子绕组产生的感应电动势为：

E2=4.44f2N2

(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

(4).转子电流I2(5).转子电路的功率因数cos

2转子绕组的感应电流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四、电磁转矩T与转速的关系U1

n1

v

E2

I2

F

T

n电磁转矩∵

n=0s=1∴

f2=f1∵

E20=4.44f1N2

m∴E2=sE201T与s有着直接的关系

s

很小

0，T∝ss

很大

∞，T∝1/s0Ts1

最大转矩

起动转矩TstTm

额定转矩TNscsN临界转差率额定转差率2T∝U1，并与R2有关U1'U10TsR2'R20TsE2=sE203异步电动机的机械特性n=f(T2)T2=T-

T0忽略T0

，所以有n=f(T)0Ts1n0n1TstTm0n1nT只有TL=T

，电动机才能拖动负载运行。90

五、工作特点机械特性曲线

n=f(T)TstTm0n1nTTLAB1

运行工作点T

=TL

达到力学平衡(A、B两点)2

工作点的稳定性A点为稳定点B点为不稳定点为不稳定区为稳定区△TL→△n很小，s只有5%左右，称其具有硬特性则n1=?若nN

=960r/min，(n1=1000r/min)?ncTstTm机械特性曲线

n=f(T)0n1nT3

额定工作点1)额定转矩TN电动机轴上输出的机械功率2)额定转速nN3)额定功率PNT:N.mP:kWn:r/min4)机械过载能力一般1.8~2.25)起动能力一般1.4~2.2TNnN4

电源电压对电磁转矩T

的影响0Tnn1U1n10TnT∝U12T与R2有关5转子电阻对电磁转矩T的影响例: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

。

2）由nN=1480r/min，可知p=23）五铭牌数据类型代号结构--极数PN：电动机工作在额定条件下输出的机械功率工作频率

f1N定子绕组上应加的线电压UNnN：380V/220V10A/17.3AY/△定子绕组的线电流INTNnN=9550PN

TN其他技术数据：Tst/TNTm/TNIst/IN六起动1.全压起动

(直接起动)

用于20~30kW电动机2.降压起动2

降压起动(1)“Ｙ-△”换接起动法

(2)

自耦降压起动1)起动补偿器2)抽头k=0.8、0.6或0.4电动机电源根据对起动转矩的要求选用3)

(3)软起动法1)限流起动模式2)限压起动模式电动机按用户期望的起动特性完成起动过程软起动器M3~UVWL1L2L3ILIm1Im2It0Ut0UNU0t13绕线型电动机的起动方法0Tnn1

适用起动转矩较大的生产机械起重机例如:起重机七调速在同一负载下得到不同的转速。人为改变电动机的机械特性

改变电源频率f1、极对数p、转差率s1.变磁极对数调速NSNSU1U2U1U2U1U2p=2p=1NSU1U2特点:

有级调速p=1

p=2,

p=2

p=4

主要用于调速范围大的地方2.

变转差率

s调速R2<R2'U1n10TnTLTL若TL=TN，则I2>I2N，

适用于绕线型电动机R2'R20