三相交流异步电动机教材

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三相异步电动机的构造

交流电动机2

三相异步电动机的工作原理3

三相异步电动机的电路分析4

三相异步电动机转矩与机械特性5

三相异步电动机的起动6

三相异步电动机的调速7

三相异步电动机的制动8

三相异步电动机铭牌数据9

三相异步电动机的选择电动机的分类：鼠笼式异步交流电动机内容：

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、复励电动机交流电动机1.定子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

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。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AAXZBCYAAXZBCY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。任意调换两根电源进线(电路如图)AXCZBY0

to2

三相异步电动机的工作原理(1)当三相异步电机接入三相交流电源时，三相定子绕组流过三相对称电流产生的三相磁动势（定子旋转磁动势）并产生旋转磁场。(2)该旋转磁场与转子导体有相对切割运动,根据电磁感应原理,转子导体产生感应电动势并产生感应电流。（3）根据电磁力定律，载流的转子导体在磁场中受到电磁力作用，形成电磁转矩，驱动转子旋转，当电动机轴上带机械负载时，便向外输出机械能。电机的转速（转子转速）小于旋转磁场的转速，从而叫为异步电机。它和感应电机基本上是相同的。s=(ns-n)/ns。s为转差率，ns为磁场转速，n为转子转速。

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。描述转子转速与旋转磁场转速相差的程度。在正常运行范围内，异步电动机的电磁力产生原理转差率很小，仅在0．01--0．06之间。

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。

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。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+－++++－－－－f1f23.2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I25.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,O4

三相异步电动机转矩与机械特性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由此得电磁转矩公式由前面分析知：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。4.2机械特性曲线OTS根据转矩公式得特性曲线：OT1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。

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4.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

T2TO(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。

5

三相异步电动机的起动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

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）

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~概述6

三相异步电动机的调速直流电气传动和交流电气传动在19世纪先后诞生。但在20世纪的大部分时间里，由于直流传动具有优越调速性能，因而高性能可调速传动都采用直流电动机，而不变速传动则采用交流电动机。直到70年代末这种交直流传动按调速分工的格局终于被打破。此后，交流调速系统主要沿下述三个方向发展和应用。1.一般性能的节能调速在过去大量的不变速调速系统中，风机、水泵等机械总量几乎占工业电气传动总容量的一半，其中有不少场合并不是不需要调速，只是过去交流电动机本身不调速，不得不依赖挡板和阀门来调节送风和供水的流量，从而使许多电能被白白浪费掉了。如果换成交流调速系统，来调节送风和供水的流量，每台风机、水泵平均可节能20%，效果很可观。2.高性能交流调速系统过去许多需用直流调速的场合，鉴于交流电机比直流电机结构简单、成本低、工作可靠、维护方便、转动惯量小、效率高，因此如果采用交流调速，其静、动态性能完全可以和直流调速系统的性能相媲美。但目前来讲，其控制系统相比与直流调速系统复杂。可用于轧机、造纸机等要求调速性能较高的场合。3.特大容量、极高转速的交流调速系统直流电极换向器的换向能力限制了它的容量和转速，而交流电动机则不受这个限制，因此特大容量的传动，如厚板轧机、矿井提升机等和极高转速的传动，都宜采用交流调速为宜。异步电动机的调速方法三种电气调速方法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。矢量控制的发明，提高了交流调速系统的性能，但其控制电路的设计、制造和调试都很麻烦，采用微机控制后，用软件实现矢量控制算法，使硬件电路规范化，从而降低了成本，提高了可靠性，还可实现更复杂的控制技术。各类电力电子器件类型不可控器件代号名称全控器件半控器件电流控器件场控器件功率集成电路D整流二极管（Diode)Th、SCR晶闸管（Thyristor)BJT双极型晶体管（BipolarTransistor)GTO门极关断晶闸管（GateTurn-off)P-MOSFET电力场效应晶体管IGBT绝缘栅双极型晶体管MCT场控晶闸管PIC功率集成电路

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。1.变频调速原理及其机械特性而在电机调速时，通常要考虑的一个重要因素是希望保持

不变。因为如果磁通减弱，没有充分利用电机的铁心，是一种浪费；如果磁通增强，又会使铁心饱和，导致励磁电流过大。(1)频率下调时，使则可保持

不变。

由

可知若要求电机在不同转速下都达到额定电流频率下调时，因为

不变，所以转矩T也不变，属于恒转矩调速。由可知：转矩T随磁通

变化。1.变频调速原理及其机械特性f（2）频率上调时，因为

变小如果电压U也上调，则电压将超过额定电压，这是不允许的，因此在调速过程中，只能保持U不变，所以这是一种弱磁调速。因为

变小，所以转矩T也变小。若要求电机在不同转速下都达到额定电流，因而功率不变，属于恒功率调速。OTfNf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。6.2变极调速

(有级调速)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··A2X1X2SNTo6.3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••TsoR2­ÞI

ÞT

Þn

ÞI­ÞT­达到新的平衡TO此调速方法属于恒转矩调速根据在不变,调速时I=IN，R2­ÞI

ÞT

Þn

ÞI­ÞT­达到新的平衡TO此调速方法属于恒转矩调速根据在不变,调速时I=IN，此调速方法属于恒转矩调速

6.4调速的性能指标1.调速的技术指标电动机在额定负载转矩下，能达到的最高转速nmax与最低转速nmin之比。具体采用的调速方法，要考虑技术和经济指标。如技术指标，调速范围，平滑性，调速时允许的输出。调速的经济指标，调速系统的设备投资、运行中的能量损耗和维修费用等。1）调速范围D2）静差率电动机在一条机械特性上运行，由理想空载到额定负载的转速降

nN与理想空载转速n0的百分比。TO

nN1

nN2TN静差率，转速的相对稳定性越好，负载波动时，转速的变化也越小。3）调速的平滑性指相邻两级转速的接近程度，用

4）调速时允许的输出的功率和转矩是指电动机在保持额定电流的条件下，在调速过程中电动机所能输出的功率和转矩。采用不同的调速方法时，允许的输出的功率和转矩随转速的变化规律是不同的。允许输出的最大转矩与转速无关的调速方法为恒转矩调速，允许的输出的最大功率与转速无关的调速方法为恒功率调速。电动机稳定运行时实际输出的功率和转矩是由负载决定的。负载可分为恒转矩负载和恒功率负载，这就要求调速方法和负载类型相匹配，否则电动机得不到充分利用。如恒功率负载用恒转矩调速方法。为了使电动机不过载，应保证低速时电动机的转矩满足要求。T则在高速时电动机得不到充分利用。f同理，如恒转矩负载用恒功率调速方法。应保证高速时电动机的转矩满足要求。则在低速时电动机得不到充分利用。所以在调速时，应使调速方法适应负载的要求，使电动机既能得到充分利用，又能长期安全运行。

2.经济指标：决定于调速系统的设备投资，能量损耗及维修费用等。7

三相异步电动机的制动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。nF转子T

n0=07.2

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•RPM3~运转制动•nF转子T

n07.3

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。nF转子T

n0n>n08

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8.8.1中列出了各种电动机的系列代号。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、JQO3.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值。三相异步电动机的额定电压有380V，3000V,

及6000V等多种。4