电工电子-第7章电动机

电工技术第2篇电工技术电动机是生产和生活中的主要负载。了解三相异步电动机的结构、原理和特性，理解电动机的额定值，掌握电动机的起动、反转和调速等的正确方法。电动机第7章第2篇电工技术

第7章电动机7.1

电动机综述7.2

三相异步电动机的基本结构和工作原理7.3异步电动机的特性7.4三相异步电动机的起动和调速7.5三相异步电动机的额定值第2篇电工技术三相异步电动机的工作原理，电动机的应用三相异步电动机的工作原理第7章电动机三相异步电动机的结构及其工作原理，电动机的特性和应用主要内容：重点内容：难点内容：第7章电动机三相异步电动机的结构及其工作原理。预习内容：1、三相异步电动机结构

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2、动画演示三相异步电机工作原理|HowdoesanInductionMotorwork?/v_show/id_XNzc2NjU5NDI0.html?tpa=dW5pb25faWQ9MTAyMjEzXzEwMDAwMl8wMV8wMQ#paction3、3D动画演示三相感应电动机的工作原理/w_19rue5ce0t.html

4、异步电机原理演示/v_show/id_XMjQ1MDU0MjAw.html

5、7.2

三相异步电动机的基本结构和工作原理一、基本结构1、定子铁心：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7.2

三相异步电动机的基本结构和工作原理一、基本结构

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7.2

三相异步电动机的基本结构和工作原理一、基本结构7.2

三相异步电动机的基本结构和工作原理一、基本结构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。7.2

三相异步电动机的基本结构和工作原理二、工作原理7.2

三相异步电动机的基本结构和工作原理二、工作原理

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

三相异步电动机的基本结构和工作原理二、工作原理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7.2

三相异步电动机的基本结构和工作原理二、工作原理AXYCBZAXYCBZAXYCBZ

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°600o7.2

三相异步电动机的基本结构和工作原理二、工作原理分析可知：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任意调换两根电源进线(电路如图)AXCZBYAXBYCZ7.2

三相异步电动机的基本结构和工作原理二、工作原理AAXZBCYAAXZBCY结论：任意调换两根电源进线，则旋转磁场反转。

t0o7.2

三相异步电动机的基本结构和工作原理二、工作原理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

tAXBYCZAXYCBZ7.2

三相异步电动机的基本结构和工作原理

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'AXBYC3、旋转磁场的极对数p7.2

三相异步电动机的基本结构和工作原理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'03、旋转磁场的极对数p7.2

三相异步电动机的基本结构和工作原理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

t0oAXYCBZAXYCBZAXYCBZ7.2

三相异步电动机的基本结构和工作原理p=2时04、旋转磁场的转速7.2

三相异步电动机的基本结构和工作原理4、旋转磁场的转速旋转磁场转速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:

5、转子转动原理异步电动机名称的由来？感应电动机名称的由来？7.2

三相异步电动机的基本结构和工作原理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TnF7.2

三相异步电动机的基本结构和工作原理6、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。7.2

三相异步电动机的基本结构和工作原理6、转差率

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：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7.3

异步电动机的特性一、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。变压器：

变化

eU1

E1=4.44fN1

E2=4.44fN2

E1、E2频率相同，都等于电源频率。异步电动机每相电路i1u1e1e

1e2e

2i2+－++++－－－－f1f2一、三相异步电动机的电路分析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一、三相异步电动机的电路分析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一、三相异步电动机的电路分析E2=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

(2)转子感应电动势E2一、三相异步电动机的电路分析(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一、三相异步电动机的电路分析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,O7.3

异步电动机的特性二、电磁转矩特性

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7.3

异步电动机的特性二、电磁转矩特性由此得电磁转矩公式由前面分析知：7.3

异步电动机的特性二、电磁转矩特性由公式可知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。7.3

异步电动机的特性三、机械特性OTS根据转矩公式得特性曲线：OT17.3

异步电动机的特性三、机械特性电动机在额定负载时的转矩。1.额定转矩TNOT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7.3

异步电动机的特性三、机械特性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7.3

异步电动机的特性三、机械特性当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，R2

sm

n。绕线式电机改变转子附加电阻R´2可实现调速。

2.最大转矩Tmax7.3

异步电动机的特性三、机械特性3.起动转矩Tst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4.电动机的运行分析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。

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）。此过程中，n

、s

E2,I2

I1

电源提供的功率自动增加。T2

s

T2>TT=T2n

T

T´2达到新的平衡T2常用特性段TO7.3

异步电动机的特性三、机械特性7.3

异步电动机的特性三、机械特性5.U1和R2变化对机械特性的影响(1)U1变化对机械特性的影响U

Tm

Tst

T2TO7.3

异步电动机的特性三、机械特性(2)R2变化对机械特性的影响TOR2

Tst

n

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，但起动转矩大，起动特性好。

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。一、三相异步电动机的起动7.4

三相异步电动机的起动和调速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

一、三相异步电动机的起动7.4

三相异步电动机的起动和调速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。7.4

三相异步电动机的起动和调速2、起动方法（1）

降压起动---Y－

换接起动+－

起动U1U2V1V1W1W2

+－正常运行U1U2V1V2W1W2设：电机每相阻抗为7.4

三相异步电动机的起动和调速2、起动方法（1）

降压起动---Y－

换接起动(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7.4

三相异步电动机的起动和调速（1）

降压起动---自藕变压器起动

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。L1L3L2FUQ合刀闸开关QQ2一、三相异步电动机的起动7.4

三相异步电动机的起动和调速

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。（1）

降压起动---自藕变压器起动（2）绕线式电动机转子电路串电阻起动起动时将适当的R串入转子电路中，起动后将R短路。7.4

三相异步电动机的起动和调速RRR滑环电刷定子转子起动电阻•（2）绕线式电动机转子电路串电阻起动2、起动方法7.4

三相异步电动机的起动和调速

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。R2­ÞTst

­TO（2）绕线式电动机转子电路串电阻起动2、起动方法7.4

三相异步电动机的起动和调速3、三相异步电动机的正、反转

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电源~UVWM3~UVW电源~M3~二、三相异步电动机的调速7.4

三相异步电动机的起动和调速1、变频调速(无级调速)

f=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~几百赫兹三种电气调速方法二、三相异步电动机的调速7.4

三相异步电动机的起动和调速

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。1、变频调速(无级调速)2、变极调速(有级调速)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。二、三相异步电动机的调速7.4

三相异步电动机的起动和调速2、变极调速(有级调速)A1X1A2X2iip=2··A1A2X1X2··NNSS二、三相异步电动机的调速7.4

三相异步电动机的起动和调速2、变极调速(有级调速)A1X1A2X2ii••p=1A1··A2X1X2SN二、三相异步电动机的调速7.4

三相异步电动机的起动和调速3、变转差率调速(无级调速)To

变转差率调速是绕线式电动机特有的一种调速方法。其优点是调速平滑、设备简单投资少，缺点是能耗较大。这种调速方式广泛应用于各种提升、起重设备中。nn'••TLTLs

´s••Tso7.5

三相异步电动机的额定值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7.5

三相异步电动机的额定值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7