第6章 异步电动机

6.1

三相异步电动机的构造与工作原理第6章交流异步电动机6.2

三相异步电动机的极数与转速6.3

三相异步电动机转矩与机械特性6.4

三相异步电动机的起动6.6

三相异步电动机的调速6.5

三相异步电动机的制动6.7

三相异步电动机铭牌数据1.了解三相交流异步电动机的基本构造和转动原理。本章要求：2.理解三相交流异步电动机的机械特性，掌握起动和反转的基本方法,了解调速和制动的方法。3.理解三相交流异步电动机铭牌数据的意义。第6章交流电动机电动机的分类：鼠笼式异步交流电动机授课内容：

基本结构、工作原理、机械特性、控制方法

电动机交流电动机直流电动机三相电动机单相电动机同步电动机异步电动机他励、并励电动机串励、复励电动机第6章交流电动机6.1三相异步电动机的构造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

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。6.2

三相异步电动机的工作原理6.2.1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oo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

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°600o旋转方向：取决于三相电流的相序。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→W12.旋转磁场的旋转方向◆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

tAXBYCZAXYCBZC'Y'ABCXYZA'X'B'Z'AXBYC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

四极旋转磁场

三相绕组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'0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三相异步电动机的同步转速600pf1n=min）r/(

p12

3456n0/(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:6.2.2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TnFeBvBfi

6.2.3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，即异步电动机因此，转子转速与旋转磁场转速间必须要有差别。转差率s转子转速异步电动机运行中:

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

p12

3456n0/(r/min)300015001000750600500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eBvBfi6.3

三相异步电动机转矩与机械特性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（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。（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。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T=kTsR2U1p2R22+(sX2)

2

和

n=(1－s)n0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（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临界转速一般三相异步电动机:1.8～2.2（2）临界状态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)过载系数(能力)(3)

起动状态

TS体现了电动机直接起动的能力。若TS>TL（负载转矩）

电机能起动，否则将起动不了。TS

TNKS=三相异步电动机:

KS=0.8～2.0KC=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=三个重要转矩1.额定转矩TN电动机在额定负载时的转矩。(N•m)2.最大转矩Tmax电机带动最大负载的能力。过载系数(能力)转子轴上机械负载转矩TL不能大于Tmax

，否则将造成停车3.起动转矩Tst起动能力电动机起动时的转矩。Tst体现了电动机带载起动的能力，若

Tst

>TL电机能起动，否则不能起动。工作时必须使TL<Tmax

，否则电机将停转。启动条件：

Tst>TL

否则电动机不能启动。原因：起动当n=0时，转子导条切割磁力线速度很大起动：n=0，s=1,接通电源。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。6.４三相异步电动机的起动转子感应电势转子电流定子电流

后果：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，使电机过热二、三十千瓦以下的异步电动机一般都采用直接起动。（1）直接起动：将额定电压通过闸刀开关或接接触器直接加在定子绕组上使电机起动。

（2）降压起动。Y－

起动自耦降压起动鼠笼式电动机缺点：对电网影响大，绕组发热变形。鼠笼式电动机规定：

能直接起动（经验公式）鼠笼式电动机(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降压启动：设：电机每相阻抗为Y－

起动器接线简图L1L3L2FUSU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1△动触点Y动触点静触点Y－

起动器接线简图Y起动L1L3L2FUSU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1

起动UPU1+＿Ul+＿U2V1V2W1W2Y－

起动器接线简图

工作L1L3L2FUSU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1U2

正常运行Ul+＿U1V1V2W1W2(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(2)自耦降压起动L1L3L2FUQ

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。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。6.５三相异步电动机的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nF转子T

n0=0M3~+-运转制动•RP6.５.1

能耗制动

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。M3~运转制动•nF转子T

n06.５.2

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。

nF转子T

n0n>n06.５.3

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。５.6.1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6.6

三相异步电动机的调速6.6.2变极调速

(有级调速)

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。A1X1A2X2iiP=2··A1A2X1X2··NNSSA1X1A2X2ii••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··A2X1X2SNTo6.6.3变转差率调速

(无级调速)

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••Tso6.７三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（S、M、L）机座中心高（132mm）三相异步电动机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、JQO2.接法接线盒定子三相绕组的联接方法。通常V1W2U1W1U2V2U2U1W2V1V2W1U1V1W1W2U2V2W2U2V2V1W1U1Y联结W1U1V1W2U2V2联结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