第4章交流电动机

4-1异步电动机的应用非常广泛：在家用电器方面：电风扇、空调机、洗衣机、电冰箱等。在农业方面：脱粒机、碾米机、揉草机、离心泵等。在工业方面：水泵、破碎机、轧钢机、切削机床等。异步电动机的分类：1.按电机定子相数分：三相异步电动机、两相异步电动机、单相异步电动机。2.按电机转子结构分：笼型异步电动机、绕线型异步电动机.第4章交流电动机4-24.1三相异步电动机的构造4.2三相异步电动机的转动原理4.3三相异步电动机的电路分析4.4三相异步电动机的转矩与机械特性4.5三相异步电动机的起动4.8三相异步电动机的铭牌数据4.6三相异步电动机的调速4.9单相异步电动机4.7三相异步电动机的制动4-3三相异步电动机主要部件是由定子和转子两大部分组成。此外，还有端盖、机座、轴承、风扇等部件。4.1三相异步电动机的构造4-44-5三相异步电动机主要部件是由定子和转子两大部分组成。此外，还有端盖、机座、轴承、风扇等部件。端盖机座4-6三相异步电动机主要部件是由定子和转子两大部分组成。此外，还有端盖、机座、轴承、风扇等部件。定子4-7三相异步电动机主要部件是由定子和转子两大部分组成。此外，还有端盖、机座、轴承、风扇等部件。定子转子轴承端盖机座4-8下面是它主要部件的拆分图。

右图是一台三相鼠笼型异步电动机的外形图。4-91.定子三相异步电动机的定子是由定子铁心和定子绕组组成。这是机座定子铁心和定子绕组示意图定子绕组铁心定子铁心是由冲有槽孔的硅钢片叠压而成这是定子硅钢片4-10在定子槽孔中放置三相彼此独立的绕组定子绕组U1W2V1U2W1V2U1U2

V1V2

W1W2首端:U1,V1,W1末端:U2,V2,W2Y接法U1U2V1V2W1W2L1L2L3

接法U1U2V1V2W1W2L1L2L34-11U1V1W1W2U2V2接线盒U1V1W1W2U2V2U1U2V1V2W1W2L1L3L21.Y接法L1L2L3U1U2V1V2W1W2L1L2L3△接法2.U1V1W1W2U2V2L1L2L34-12这是绕线型转子铁心与绕组

2.转子外接电阻电刷滑环转子铁心转子绕组转子铁心是由相互绝缘的硅钢片叠压而成。有线圈：绕线型转子无线圈：笼型转子4-13

笼型转子是由嵌放在转子铁心槽内的导电条组成，在转子铁心的两端各用一个导电端环把所有的导电条连接起来。这是笼型转子4-14设：电流的流入端用表示电流的流出端用表示定子绕组与转子绕组定子绕组转子绕组U1W2V1U2W1V24-151.定子旋转磁场i1i2i3i1=Imsinti2=Imsin(t-120

)i3=Imsin(t+120

)相序U-V-W

ti0U1U2V1V2W1W2i1i2i3i正方向：首端

末端如：

i10U1U2i1

0U2U14.2

三相异步电动机的转动原理L1L2L34-1660°i1

0i20i3=

00°i1=

0i20i3

0设：电流的流入端用表示

电流的流出端用表示i1ii2i3120°i1>0i2=0i30

t空间相差120º

角的三相绕组，通入对称三相电流，当电流随时间交变时，产生的两极磁场在空间旋转。4-17i1i2i3U1V1V2W1W2U2U1'U2'W1'W2'V1'V2'(1)、旋转磁场的极对数Pt=0°U1W2'V1U2'W1'U2W1V2U1'W2V1'V2'SNU1W2V1U2W1V2NS0°（P=1）（P=2）iU1iV1iCU1U2V1V2W1W2N0°Si1=

0i20iC

0结论：当定子每相中有K个线圈串联,通入对称三相交流电后,产生一个K对磁极旋转磁场。（P=K）4-1860°t=60°NSU1W2'V1U2'W1'U2W1V2U1'W2V1'V2'30°SN0°tiiU1iV1iW10U1W2'V1U2'W1'NSU2W1V2U1'W2V1'V2'0°SNiU1

0iV10i3=

0(2)、旋转磁场的速度n0pn0=——60

f1—电源的频率—磁极对数t=0°4-192.三相异步电动机的工作原理4-203、转子转速n、转差率S、转子电动势的频率f2n0S=——n0–nn=(1–S)n0转差率0<S

<

转子转速n0–n

n=转子线圈中的感应电动势的频率f2转子导线切割旋转磁场的速度n0n0

=——n0–n=Sn0f2=f1Sp——=60

f2p=——60

f1S4-21U1W2V1U2W1V2主磁通

漏磁通

s1(很小)4.3三相异步电动机的电路分析漏磁通

s2i1u1+--+-+-+-+4-22

u1→i1i1

→i2→i2

(主磁通)

s1(漏磁通)

s2

s2→

–

L2—es2di2dt三相异步电动机的一相等效电路图R2u1_+

E1=4.44f1N1

mes2+_es1+_

E2=4.44f2N2

me2e2=–

N2—–dF2

dt+_e1=–

N1—–dF

dte1+_4-231定子电路U1

E1=4.44f1N1

：旋转磁场每极磁通最大值N1：每相定子绕组匝数u1_+es1+_e1+_

E1=4.44f1N1

m4-24=4.44f1N2S=E20S2转子电路E20=4.44f1N2

：旋转磁场每极磁通最大值N2：每相转子绕组匝数R2：每相转子绕组电阻Xs2：每相转子绕组漏磁感抗Xs2=2f2L2i2R2es2+_e2+_E2=4.44f2N2

E2=–ES2+I2R2•••••=I2(R2+j

XS2)=I2Z24-252

R2+XS2E22I2=———2转子电路cos

2=—————R2

R2+(SX20)2

2i2R2es2+_e2+_2

R2+(SX20)SE202=XS2=2f2L2=2Sf1L2=SX20X20=2f1L2E2=–ES2+I2R2•••••=I2(R2+j

XS2)=I2Z24-26I2cos

2cos

2I20S1I22=–—————SE20

R2+

(SX20)2cos

2=

—————R2

R2+(SX20)2

2转子电流，转子功率因素cos

2与转差率S的关系I24-27T=G

I2cos

24.4.1转矩公式4.4三相异步电动机的转矩与机械特性

————U14.44f1N1E20=4.44f1N2

4.44f1N1=4.44f1N2————U1T

=

CU1

______________SR2R2+(SX20)2222

R2+(SX20)SE202I2=cos

2=—————R2

R2+(SX20)2

2T与U12成正比

N1=————N2

U14-28ST10TstTmSmT=

CU12—————SR2R2

+

(SX20)22转矩特性

T=

f(S)Sm=

–—R2X20临界转差率最大转矩Tm

=

C

——U122X20Tst=

CU1

———–R2R2

+

X20222

CU1——R2X2022起始转矩4-29ST0abc1n0n0T

n0n0TabcTstTmTLnLn=n0(1-S)4.4.2机械特性d在cb段n↑→T↑→ba段在ba段n↑→T↓→T=TL

n=f(T)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动机。如金属切削，选硬特性电机；重载起动则选软特性电动机。机械特性的软硬4-31TN=————PN2

nN/60TN=

9550———–PN(kW)nN(r/min)4.4.3额定转矩的计算电机在额定电压下，以额定转速运行，输出额定功率

时，电机转轴上输出的转矩。过载系数

m

Tm

TN

m

1.8

2.2Tω=P(N.m)4-324.8三相异步电动机的铭牌数据型号额定功率因数cos

N--电动机在额定运行情况下的定子电路功率因数。

3UNINcos

NP1=输入功率额定电压UN---电动机在额定运行情况下的定子绕组所加线电压。额定电流IN---电动机在额定情况下运行时定子绕组的线电流。4-33额定转速nN---电动机在额定运行情况下的转速额定效率

N--是指额定运行情况下输出功率与输入功率的比值=————————100

PN

3UNINcos

N

N=9550———

PNnNTN额定转矩TN---在额定运行情况下，电动机轴上负载转矩。额定功率PN--在额定运行情况下电动机轴上所输出的机械功率。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,Ist

?2)额定转差率sN?3)额定转矩

TN、最大转矩Tmax、和起动转矩Tst

。

Ist=7IN=784.2=589.4A

2）由Y225M-4

，可知p=2（四极电动机）3）4-364.5.1起动性能4.5三相异步电动机的起动起动初始瞬间，n=0，S=1

起动电流IST大，5~4IN。

过大的起动电流在短时间内会在线路上造成较大的电压降落，影响邻近负载的正常工作。

起动转矩TST不大I2cos

2cos

2I20S1频繁起动会使电动机过热。4-371.直接起动特点：起动电流大。简单、起动过程快，适用于中小型笼型异步电动机2.降压起动

起动时降低电动机的电源电压，待电动机转速接近稳定转速时，再把电压恢复正常。4.5.2起动方法4-38（1）Y-

降压起动法FU~~W2U1U2V1V2W1Q1定子绕组

Q2YU1U2V1W1V2W2Y型W1V1U1U2V2W2

型1、起动电流和起动转矩都降低到直接起动时的1/32、Y-

起动仅适用于正常接法为三角形接法的电动机(2)自耦降压起动L1L3L2QQ2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。IstIst'Ist"Ist=(N2/N1)2

Ist"Tst=(N2/N1)2

Tst"4-40转子绕组中串电阻，减小起动电流，提高起始转矩。（3）转子串电阻起动2

R2+XS2E2I20=————2Tst

CU1——R2X2022Rst转子

n0TTmsn0Sm

SmR2<R’2´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-

起动时，求起动电流和起动转矩。(1)在U=UN时

Tst=551.8N•m>510.2N.m不能起动(2)

在U´=0.9UN时能起动例2:(3)4-42课后作业：P160-163页A选择题：4.2.1~4.4.5B基本题：4.5.24-431.改变极对数p

调速p=

(1–S)

——60

f1n调速方法Y4.6三相异步电动机的调速p

=1p

=2有级调速特点:适用于不需要无级调速的生产机械，如金属切削机床、升降机、起重设备、风机、水泵等。4-44(1).调压调速-----改变定子绕组的电压U调速0TTmax

UN

nsSmn0

U1

TLa调速前：稳定运行在a点U=UN，n=nana调速后：稳定运行在c点cU=U1，n=ncnc

特点：（1）调速范围不大（2）无级调速（3）Tmax

2.改变转差率S

调速4-45(2).转子回路串电阻R2s调速（用于绕线式电动机）

R2n0Tsn0

R2+R2s

TLa转子回路不串电阻，n=nana调速前：稳定运行在a点调速后：稳定运行在c点转子回路串电阻R2s，n=nccnc特点：（1）串电阻后转速降低（2）有级调速。（3）Tmax不变（4）低速时损耗大。适用于短时重复运转的起重运输设备4-463.变频调速

U1=4.44f1N1K1

调整电源频率f1时,应同时调整电源电压U1,保证、Tm不变。A.大范围调速；B.无级调速；特点:C.需要专门的变频调速设备，成本较高(1)f1<f1N(2)f1>f1NTm

=

C

——U122X20

U1=U1N4-47当转子的转速n超过旋转磁场的转速no时，这时的转矩是制动转矩。电动机进入反馈制动状态。4.7三相异步电动机的制动制动：在外部条件作用下，电动机的T与n反向E2(I2)ff4-48一、能耗制动制动时将定子绕组从三相电源断开，然后接入低压直流电源。产生固定磁场,旋转的转子导条内产生e2及i2，i2与固定磁场相互作用，产生与n相反的电磁转矩---制动转矩，使n减速。当n→0,

i2→0,T→0制动:动能→电能→热能优点：能耗小，制动准确、平稳，不会反转缺点：需要另外加直流电源ffEE2(I2)4-49二、反接制动将三相中的任意两相对调，产生制动转矩，使M停机。旋转磁场与转子的相对转速为(n0+n)→

I2

→

I1

必须在笼型电动机的定子或绕线式电动机的转子中串入电阻R，以防止烧坏绕组。fEf优点：方法简单，制动效果好。缺点：能量消耗大。E2(I2)4-50

用途：功率不大的电动工具：如电钻、搅拌器等4.9单相异步电动机

功率：一般为几

几百瓦。单相异步电动机:

定子只有一相主绕组，转子采用鼠笼式转子家用电器：如电风扇、电冰箱、洗衣机、抽油烟机等4-51ff一、单相异步电动机的磁场当定子单相绕组中通入单相交流电后产生的磁场为正弦交变脉振磁场：

轴线固定，幅值随时间正弦交变

i=Imsint

ti0

=

msint

t

0可将脉振磁场分解为两个幅值相等、以同一转速

n0向相反方向旋转的磁通。4-52T（合成转矩）

脉振磁场可以分解为两个幅值相等`转速相同(均为