电机与电气控制技术（第4版）课件：三相异步电动机

本章讲述了三相异步电动机的结构与工作原理，分析了三相异步电动机在空载与负载下的运行状态，另外对单相异步电动机也作了介绍。重点分析三相异步电动机的机械特性及电力拖动的相关知识，三相异步电动机3/6/202512:15AM第一节三相异步电动机的结构与工作原理第二节三相异步电动机的空载运行第三节三相异步电动机的负载运行第四节三相异步电动机的工作特性第五节三相异步电动机的电磁转矩第六节三相异步电动机的机械特性3/6/202512:15AM第七节电力拖动基本知识第八节三相异步电动机的起动第九节三相异步电动机的制动第十节三相异步电动机的调速阅读与应用三相异步电动机的运行维护与故障分析第十一节单相异步电动机3/6/202512:15AM第一节三相异步电动机的结构与工作原理

一、三相异步电动机的结构

（一）定子（二）转子（三）分类与用途3/6/202512:15AM三相定子绕组的接法3/6/202512:15AM二、三相异步电动机工作原理

（一）三相交流电的旋转磁场1．旋转磁场的产生3/6/202512:15AM二极电动机旋转磁场的产生3/6/202512:15AM四极电动机定子绕组结构和接线图3/6/202512:15AM四极电动机旋转磁场3/6/202512:15AM2．旋转磁场的转速f1=50Hz时的旋转磁场转速磁极对数P12345同步转速n1/

r/min3000150010007506003．旋转磁场的旋转方向3/6/202512:15AM（二）转子的转动1．转子转动的原理2．转子的转速n、转差率s与转动方向3/6/202512:15AM（一）三相异步电动机的铭牌

三、三相异步电动机的铭牌及主要系列

三相异步电动机型号Y112M-2编号××××4KW8.2A380V2890r/minLW79dB（A）接法防护等级IP4450HZ××KgZBK2007-88工作制B级绝缘××年××月××电机厂3/6/202512:15AM（二）三相异步电动机主要系列

1．型号2．额定值额定功率PN额定电压UN额定电流IN额定频率fN额定转速nN常用的Y系列异步电动机有Y（IP44）封闭式、Y（IP23）防护式小型三相异步电动机，YR（IP44）封闭式、YR（IP23）防护式绕线型三相异步电动机，YD变极多速三相异步电动机，YX高效率三相异步电动机，YH高转差率三相异步电动机，YB隔爆型三相异步电动机，YCT电磁调速三相异步电动机，YEJ制动三相异步电动机，YTD电梯用三相异步电动机，YQ高起动转矩三相异步电动机等几十种产品。3/6/202512:15AM（一）三相异步电动机的拆装与试车四、三相异步电动机的技能训练（二）三相异步电动机定子绕组首尾端判断3/6/202512:15AM第二节三相异步电动机的空载运行

电动机空载运行是指电动机轴上没有带任何负载的运行状态。定子绕组中产生的感应电动势为：

定子绕组中产生漏感电动势为：

3/6/202512:15AM定子绕组电压平衡方程式：

当，则：或即当电源频率一定时，电动机的每极磁通仅与外加电压成正比。电源电压为额定值时，每极磁通基本是一恒定值，负载变化时，其基本不变。3/6/202512:15AM第三节三相异步电动机的负载运行

当电动机轴上带上机械负载后，在开始的那一瞬间，转子所产生的电磁转矩小于负载转矩，转子减速旋转而旋转磁场的同步转速n1是恒定的，随着转子转速n的下降，转子与旋转磁场间的转速差（n1-n）增大，转子导体中的感应电动势和转子电流也将增大，于是电动机的电磁转矩随之增大，直至电磁转矩等于负载转矩时，转子就不再减速，而在较低转速下稳定运行。

3/6/202512:15AM一、转子各物理量与s的关系

1．转子绕组感应电动势及转子电流的频率

2．转子旋转时转子绕组的电动势E2

E2s=4.44f2N2K2=4.44sf1N2k2=sE23/6/202512:15AM3．转子电抗X2S

4．转子电流I2S

5.转子电路的功率因数cos

6.转子的旋转磁通势F2F2的空间转速，即相对定子的转速为n13/6/202512:15AM二、负载运行时的基本方程式

1．磁通势平衡方程式

2．电动势平衡方程式

3/6/202512:15AM3．功率转换过程与功率平衡方程式

3/6/202512:15AM第四节三相异步电动机的工作特性

三相异步电动机的工作特性是指在f1=fN及定、转子绕组不串任何阻抗的情况下，电动机的转速n、定子电流I1、电磁转矩T、功率因数、效率与输出功率P2的关系曲线。

一、转速特性n=f（P2）

二、定子电流特性I1=f（P2）

3/6/202512:15AM三、功率因数特性=f（P2）四、转矩特性五、效率特性3/6/202512:15AM第五节三相异步电动机的电磁转矩

异步电动机的转子电流与旋转磁场磁通相互作用，产生了电磁力和电磁转矩，在电磁转矩作用下驱使电动机旋转。

一、电磁转矩的物理表达式

3/6/202512:15AM二、电磁转矩的参数表达式由I2S=

=

得

3/6/202512:15AM1．电动状态（0<s<1）

Tm=

3/6/202512:15AM2.发电状态(s<0)3.

制动状态

(s>1)

三．电磁转矩的实用表达式其中:3/6/202512:15AM第六节三相异步电动机的机械特性

电动机的曲线称为电动机的机械特性曲线。

曲线变换为曲线3/6/202512:15AM一、机械特性曲线分析

电动机的机械特性曲线上有四个重要特殊点：同步点、额定工作点、最大点与起动点。额定转矩TN

最大转矩Tm

起动转矩Tst

3/6/202512:15AM1）额定转矩TN

2）最大转矩Tm

3）起动转矩Tst

额定转矩是电动机在额定电压下，以额定转速运行，输出额定功率时其轴上输出的转矩。最大转矩是电动机能够提供的极限转矩。起动转矩电动机在接通电源起动的最初瞬间的转矩。3/6/202512:15AM二、固有特性

三相异步电动机的固有机械特性是指电动机工作在额定电压和额定功率下，定子绕组按规定方式联接，定子和转子电路不外接电阻等其它电路元件，由电动机本身固有的参数所决定的机械特性。

3/6/202512:15AM三、人为机械特性人为地改变异步电动机定子电压U1、电源频率f1、定子极对数P、定子回路电阻或电抗、转子回路电阻或电抗中的一个或多个参数，所获得的机械特性，称为人为机械特性。

1．降低定子端电压的人为机械特性

3/6/202512:15AM2．转子回路串对称三相电阻的人为机械特性3/6/202512:15AM第七节电力拖动基本知识

一、电力拖动系统的运动方程式（一）单轴电力拖动系统运动方程式

3/6/202512:15AM（二）电力拖动系统的运动状态

1．当T=TL时，电力拖动系统处于静止或匀速运行的稳定状态。2．当T>TL时，电力拖动系统处于加速过渡过程状态。

3、当T<TL时，电力拖动系统处于减速过渡过程状态。3/6/202512:15AM二、电力拖动系统的负载与负载转矩特性负载转矩特性简称负载特性，它是指电力拖动系统的旋转速度n与负载转矩TL的函数关系，即n=f(TL)。不同生产机械在运动中所具有的转矩特性不同，大致可分为恒转矩负载特性、恒功率负载特性和通风机型负载特性三类。1．恒转矩负载特性1）反抗性负载转矩2)位能性负载转矩3/6/202512:15AMa)反抗性恒转矩负载特性b)位能性恒转矩负载特性3/6/202512:15AM2．恒功率负载特性3．通风机型负载特性3/6/202512:15AM三、电力拖动系统稳定运行的条件在电力拖动系统中，电动机的机械特性与负载转矩特性有交点，即T=TL这是系统稳定运行的必要条件。而电力拖动系统稳定运行的充分必要条件是：在T=TL处

3/6/202512:15AM第八节三相异步电动机的起动一、三相笼型异步电动机的起动（一）全压起动

（二）减压起动

减压起动并不是降低电源电压，而是采用某种方法，使加在电动机定子绕组上的电压降低。

3/6/202512:15AM1．定子串电阻或电抗减压起动3/6/202512:15AM2．自耦变压器减压起动自耦变压器一次电压与二次电压之比为k自耦变压器的一次电流为

Ist1=Ist2/

k=Ist/k2

起动转矩为Tst＇=Tst/k2

3/6/202512:15AM3．星形-三角形减压起动Ist＇=Ist/3Tst＇=Tst/33/6/202512:15AM二、三相绕线型异步电动机的起动1．转子串电阻起动3/6/202512:15AM2．转子串频敏变阻器起动三、固态减压起动器的“软起动”3/6/202512:15AM第九节三相异步电动机的制动一、反接制动三相异步电动机的反接制动有电源反接制动和倒拉反接制动两种。

（一）电源反接制动3/6/202512:15AM三相异步电动机电源反接制动的要点是：

1）三相异步电动机定子三相交流电源一定要反接（相序接反）。

2）三相异步电动机转子或定子电路串入反接制动电阻，以限制反接制动电流与反接制动转矩。

3）当电动机转速约为零时，及时切断反相序三相交流电源，防止电机反向起。

4）反接制动不宜过于频繁，否则电动机将过热烧毁。

3/6/202512:15AM（二）倒拉反接制动3/6/202512:15AM三相绕线转子异步电动机倒拉反接制动的要点是：

1）电动机定子按提升方向接入正相序三相交流电源。

2）电动机转子电路串入足够大的电阻。

3）拖动的是位能性负载且负载转矩足够大。

3/6/202512:15AM二、能耗制动3/6/202512:15AM三、回馈制动（再生发电制动）

（一）反向回馈制动

（二）正向回馈制动3/6/202512:15AM第十节三相异步电动机的调速三相异步电动机的转速公式3/6/202512:15AM三相异步电动机的调速方法有：1）变频调速改变异步电动机定子电源频率f1来改变同步转速n1，从而进行调速。2）变极调速改变异步电动机的极对数p来改变电动机同步转速n1来进行调速。3）变转差率调速

调速过程中保持电动机同步转速n1不变，改变转差率s来进行调速。其中有降低定子电压、在绕线型异步电动机转子回路中串入电阻或串附加电动势等方法调速。

3/6/202512:15AM一、笼型异步电动机的变极调速（一）变极原理3/6/202512:15AM比较图2-31中a、b、c三种接法可知：只要将两个“半相绕组”中的任一个“半相绕组”中的电流反向，就可以将极对数增加一倍（顺串）或减少一倍（反串或反并），这就是单绕组倍极比的变极原理。3/6/202512:15AM（二）两种常用的变极接线法1．Y/yy变极调速3/6/202512:15AM为保证变极调速前后电动机旋转方向不变，在改变三相异步电动机定子绕组接线的同时，必须将V、W两相出线端对调，使电动机接入电源的相序改变。这点在工程实践中尤应注意。注意：3/6/202512:15AM2．Δ/yy变极调速3/6/202512:15AM（三）变极调速电动机的机械特性3/6/202512:15AM二、变频调速（一）变频与调压的配合1．变频时应保持电动机主磁通不变，此时电动机定子电压与频率应有下式关系3/6/202512:15AM2．变频时保持过载能力λm不变，则：具体对于恒转矩负载，只要满足U1/f1=U1’/f1’=常数，即可保持变频调速时电动机过载能力λm不变。又可使主磁通保持不变。因而变频调速最适合于恒转矩负载。对于恒功率负载采用变频调速时，无法使电动机的过载能力λm和主磁通同时保持不变。3/6/202512:15AM（二）恒转矩变频调速时机械特性3/6/202512:15AM（三）三相异步电动机变频调速时的起动（四）变频电源简介3/6/202512:15A