机械制造第6章三相交流异步电动机模版课件

复习

第6章三相异步电动机§6.1~§6.3

作业

，，，，预习

第6章三相异步电动机§6.4~§6.6分析与思考p147（3）（5）；p151（1）（2）；p153（2）；p158（1）（2）复习、作业、预习1海南风光第六章三相异步电动机（Sixthlychapterthree-phaseasynchronismmotor）2第六章三相异步电动机§6.5三相异步电动机的使用（Use）(Sixthlychapterthree-phaseasynchronismmotor)§6.1三相异步电动机的结构（Configurationofthree-phaseasynchronismmotor)§6.3三相异步电动机的机械特性

（Torque-speedcharacteristic）§6.4三相异步电动机的铭牌数据

（Nameplatedata）

§6.2三相异步电动机的转动原理

（Runningelements）31.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4序(Preface)第六章三相异步电动机电动机是机械能与电能相互转换的机械。将机械能转换为电能的机械称为发电机，将电能转换为机械能的机械称为电动机。鼠笼式绕线式异步机同步机交流电动机电动机直流电动机他励、异励、串励、复励等。：Sixthlychapterthree-phaseasynchronismmotor5异步电动机的应用非常广泛：工业方面：中、小型轧钢设备，机床、轻工机械、起重机械，矿山机械等。农业方面：脱粒机、粉碎机、排灌机械及加工机械。家用电器方面：电风扇、空调机、洗衣机、电冰箱。异步电动机的分类：交流电动机分异步电动机和同步电动机两大类。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。按电机的转子结构分：笼型异步电动机、绕线型异步电动机。序(Preface)用途与分类6序(Preface)7§6.1三相异步电动机的结构Configurationofthree-phaseasynchronismmotor定子铁心机座线绕式（Woundrotor）

AXYCBZ1200定子绕组转子铁心转子绕组8三相异步电动机的基本结构示意图定子转子轴承端盖机座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。91.定子6.1三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101.定子三相异步电动机的定子是由机座、定子铁心和定子绕组组成。机座定子铁心和定子绕组示意图定子绕组机座铁心116.1异步电动机的结构（1）定子铁心是由冲有槽孔的硅钢片叠压而成定子硅钢片126.1异步电动机的结构定子铁心是由冲有槽孔的硅钢片叠压而成136.1异步电动机的结构（1）定子铁芯是电动机磁路的一部分，紧贴机座内壁。为减小涡流损耗，由厚0.5mm互相绝缘的硅钢片压叠而成。定子铁芯的内圆周有均匀分布的许多线槽，用来嵌放定子绕组。146.1异步电动机的结构156.1异步电动机的结构166.1异步电动机的结构（2）定子绕组：是由许多绝缘线圈连接而成。中、小型电动机一般用高强度漆包线绕制成对称三相绕组，每相之间互成120°电角，对称均匀地嵌放在定子铁芯槽内。176.1异步电动机的结构三相绕组线圈18AZBXCY设：电流的流入端用表示电流的流出端用表示在定子槽孔中放置三相彼此独立的绕组定子绕组AXBYCZiAiBiCuAuBuCiAiBiCABCXYZ19在定子槽孔中放置三相彼此独立的绕组。U1U2V1V2W1W2U1V1W1U2V2W2U1U2V1V2W1W2U1U2V1V2W1W2U1V1W1W2U2V2定子绕组星形接法定子绕组三角形接法端子图20

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21绕线型转子铁心与绕组2.转子根据转子绕组结构的不同又分为笼型转子和绕线型转子笼型转子的电机称笼型电动机绕线型转子的电机称绕线型电动机外接电阻电刷滑环转子铁心转子绕组226.1异步电动机的结构转子由转子铁心、转子绕组、转轴和风扇等组成。23端环铜条鼠笼式转子（Squirrel-cagerotor）Configurationofthree-phaseasynchronismmotor鼠笼式异步电动机的转子绕组因其形状象鼠笼而得名（如图），其结构是嵌入线槽中铜条为导体，铜条的两端用短路环焊接起来。图246.1异步电动机的结构转子铁心由外圆周上冲有均匀线槽的硅钢片叠压而成，并固定在转轴上。转子铁心的线槽中放置转子绕组。256.1异步电动机的结构按转子绕组结构的不同，三相异步电动机又可分为鼠笼式和绕线式两种。266.1异步电动机的结构

将转子导体、短路环和风扇等铸成一体，成为铸铝鼠笼式转子图27Configurationofthree-phaseasynchronismmotor线绕式（Woundrotor）电刷铜环外接电阻28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。29§6.2.1三相异步电动机的转动原理KnABCOi（Runningelementsofthree-phaseasynchronismmotor）电动机是如何旋转起来的呢？30异步机演示模型现象：线圈跟着磁铁转,且旋转方向一致；但线圈与磁铁的转速不一样，。NS1.转动原理：依据载流导体在磁场中受力。Runningelementsofthree-phaseasynchronismmotor31磁铁闭合线圈e方向用右手定则确定f方向用左手定则确定磁场旋转1.转动原理－Runningelements

32磁极旋转导线切割磁力线产生感应电动势导线长磁感应强度切割速度（右手定则）闭合导线产生电流i（左手定则）通电导线在磁场中受力1.转动原理－Runningelements

331.线圈跟着磁铁转→两者转动方向一致结论：2.线圈比磁场转得慢异步1.转动原理－Runningelements

34Runningelements现象：线圈跟着磁铁转,且旋转方向一致；但线圈与磁铁的转速不一样，。异步如果线圈与磁铁的转速一样，导线就没有切割磁力线运动了！没有感应电动势e与感应电流i

没有力f的产生！什么时候（感应）电流最大呢？n=0的时候，线圈切割磁力线的速度最大！异步电动机在起动时（感应）电流最大。NSeiff35Runningelements实际电动机的旋转磁场（rotatingor

revolvingmagneticfield）是如何产生的呢？NSeiffNSeiff磁铁反转时,线圈跟着磁铁反转。旋转磁场的转向决定电动机的转向。36AXYCBZ••

电流流出电流流入§6.2.2旋转磁场的产生三相定子绕组接入三相电源IMiAiBiCt•

(Produceofrotatingmagneticfield)-P14537AXYCBZAXBYCZ合成磁场方向：向下38ProduceofrotatingmagneticfieldAXYCBZAXYCBZNSNSAXYCBZNSAXYCBZNSIMiAiBiCt39

tiiAiBiC0改变旋转磁场的转向ABCXYZ90

60°0

AZBXCYNS0°AZBXCYNS60°相序A-C-B-AAZBXCYNS90°iCiAiB40Produceofrotatingmagneticfield总结（Summarize）1.定子绕组接入电源后，三相定子电流产生的合成磁场是旋转磁场。三相电流变化一周，旋转磁场也转了一圈。2.旋转磁场的旋转方向：取决于三相定子电流的相序。对换定子绕组中任意两相的接线，即可改变电机的转向。IMiAiBiCtIMiAiBiCt41Summarize:Produceofrotatingmagneticfield3.旋转磁场的转速---同步旋转速度旋转磁场的转速与三相定子绕组在定子槽内放置的空间位置及联接方式有关。一对磁极电机：磁极对数AXYCBZ42极对数（p）的概念AXBYCZ此种接法下，合成磁场只有一对磁极，则极对数为1。即：AXYCBZ43C'Y'ABCXYZA'X'B'Z'将每相绕组分成两段，按右下图放入定子槽内。形成的磁场则是两对磁极。即p=2AXBYCZ极对数（p）的概念—P14744同步旋转速度极对数若将定子线圈分为两段，绕组间的空间位置相差600：ABCXYZA’X’B’Y’C’Z’iAiBiCtProduceofrotatingmagneticfield极对数和转速的关系45IMiAiBiCt极对数同步旋转速度极对数和转速的关系(6.2.1)46旋转磁场的转速--同步旋转速度转/分同步转速极对数p2341300015001000750(r/min)4.转子转速转子转动方向与旋转磁场方向一致，但。转子转速与旋转磁场转速相差的程度--转差率s。Summarize:Produceofrotatingmagneticfield极对数和转速的关系47转差率s:起始瞬间:（转差率最大）接近同步转速:（转差率最小）一般运行中异步电机:4.转子的转速（Rotor’sspeed)Summarize:Produceofrotatingmagneticfield(6.2.2)482.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旋转磁场切割定子导体和转子导体的速度不同旋转磁场与定子导体间的相对速度为n0，所以1.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(6.2.4)(6.2.5)49由此得电磁转矩公式由前面分析知：3.电磁转矩的大小(6.2.6)(6.2.7)50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。3.电磁转矩的大小(6.2.7)51综上：（三相异步电动机的转动原理）三相定子绕组接入三相对称电源，在电机内产生旋转磁场。旋转磁场与转子绕组产生相对运动，转子绕组切割磁力线，在闭合的转子绕组内产生感应电动势及感应电流。转子内感应电流与旋转磁场相互作用，产生电磁转矩，使转子转动，并带动生产机械旋转。52三相异步电动机型号工作方式连续功率3千瓦接法电压绝缘等级电流温升转速1440转/分重量45公斤频率50赫兹JO2-32-4∆/YE65oC220/380伏11.2/6.48安电机厂年月一.铭牌标明电动机各项额定运行条件与数据。§6.4三相异步电动机的铭牌数据-Nameplatedataofthree-phaseasynchronismmotor536.1异步电动机的结构541.型号JO2-32-4磁极数(极对数p=2)同步转速1500转/分转差率2.转速转/分如：1440转/分553.接法

ABCXYZABCXYZY接法AZBYXC

接法ABCZXYABCZXYABCXYZ指三相定子绕组的联接方式----Y/

接法Nameplatedata564.额定电压说明：一般规定电动机的电压不能高于或低于额定值的5％。220V/380V

/Y-----意味着定子绕组承受的额定电压为220V。额定运行时定子绕组应加的线电压。AZBYXC线电压220VABCXYZ线电压380VNameplatedata575.额定电流电机的效率：6.额定功率电机在额定运行时，轴输出的机械功率。

鼠笼电机额定运行时的效率

约为72－93％。220V/380V--/Y--11.2/6.48A输入功率()=输出功率()＋电机其它损耗电机在额定运行时定子绕组的线电流。Nameplatedata58额定负载时为0.7--0.9，空载时为0.2~0.3。8.绝缘等级……防止“大马”拉“小车”注意：实用中应选择合适容量的电机。7.功率因数定子绕组为感性负载，相电压超前相电流。Nameplatedata指电机绝缘材料能够承受的极限温度等级，分为A、E、B、F、H五级，A级最低(105ºC)，H级最高(180ºC)。591.型号（2)电压UN—定子绕组上所加的线电压小结三相异步电动机的铭牌和额定值Y132S－6

2.铭牌3.额定值p151（1)功率PN—输出功率W，kW（3)电流IN—流入定子绕组的线电流（5)频率fN（4)转速nN—额定状态下转子的转速r/min（6)效率

N=——×100%PNP1（7)功率因数cos

N—满载时0.7~0.9（8)绝缘等级P1

=

UNINcos

N输入功率

m，

st，Ist/IN60电压功率转速电流接法功率因数7.5KW1440r/min380V15.4A0.85试计算电机的输入功率、输出功率、效率。三相异步电机的部分铭牌数据如下：解：输入功率输出功率Classroom’sexercise61电压功率转速电流接法功率因数7.5KW1440r/min380V15.4A0.85试计算电机的输入功率、输出功率、效率。三相异步电机的部分铭牌数据：解：效率此外，还可计算哪些量呢？转差率额定转矩Classroom’sexercise62机械特性：在电源电压与转子电阻一定的条件下，电动机转子的转速n随电磁转距T变化的关系。即或T随s的变化关系（因电机转动的快慢常用转差率表示）。即§6.5三相异步电动机的机械特性（Torque-speedcharacteristicofthree-phaseasynchronismmotor）一.曲线636.5.1机械特性曲线OTs根据转矩公式得特性曲线：OT164一.曲线acd曲线ac段是电动机稳定运行区。当负载转矩T负

时，电动机的转速n

电动机T

电动机T与当负载转矩T负负相等时电动机在新的稳定状态下运行电动机的转速n较前低。工作点bnb'Torque-speedcharacteristic65曲线工作点bacd曲线ac段较平坦时称硬机械特性。曲线ac段斜率较大时称软机械特性。如：车床车削时，吃刀量增大不希望电机的转速有较大变化。如：电车在平路上速度较快，爬坡时希望速度自动减慢。Torque-speedcharacteristic66二.机械特性曲线上的(几个)特征转矩1.最大转矩

bacd过载系数：表示电机短时容许的过载能力。三相异步机：Charactertorqueattorque-speedcharacteristic（maximumtorque）67如果电机将会因带不动负载而停转。最大转矩：1.电机带动最大负载的能力。求解10smTm68工作时，一定令负载转矩，否则电机将停转。致使注意：（1）三相异步机的和电压的平方成正比，所以对电压的波动很敏感，使用时要注意电压的变化。（2）电机严重过热过载系数：三相异步机2.2~8.1=l692.额定转矩（阻转矩）大约为最大转矩的一半。机械角速度工作点bacdCharactertorque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。（ratedtorque）70机械角速度：可在产品铭牌上找到。额定转矩：千瓦转/分（牛顿•米）bacdCharactertorque713.起动转矩Tst

反映电机带负载起动的能力。合闸起动过程分析,acd加速度如果输出转矩＝负载转矩起动时间：b工作点Charactertorquestartingtorque72起动转矩与电源电压及转子电阻有关。为常数时：为常数时：Charactertorque73n1TnTmTst机械特性曲线TL启动：Tst>TL(负载转矩)，电机启动转速n，转矩Tcc点：转矩达最大Tm，转速n继续，T，沿cb走bb点：T=TL，转速n不再上升，稳定运行若TL，暂时T<TL,nsI2Tn电动机的自适应负载能力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。常用特性段s=0s=174例1：三相异步电动机，额定功率PN=10kW，额定转速nN=1450r/min，启动能力Tst/TN=1.2，过载系数=1.8。（牛顿•米）解：（1）额定转矩TN（2）启动转矩Tst（3）最大转矩Tm#（4）用Y－

方法起动时的Tst'75§6.6三相异步电动机的使用（Useofthree-phaseacasynchronismmotor）一.起动(Start)1.起动电流

中小型鼠笼电机起动电流为额定电流的5-7倍。起动时，应电动势和转子电流很大定子电流增大原因：频繁起动时造成热量积累电机过热大电流使电网电压降低影响其他负载工作转子导条切割磁力线速度很快转子中感76(1)直接起动在起动时把电动机的定子绕组直接接入电网。特点：起动转矩小；起动电流大，比额定值大5~7倍；影响同一电网上其它负载的正常工作。优点：

简单、方便、经济、起动过程快，适用于二三十千瓦以下的小电机。(2)Y-

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。2.起动方法（Startmethod)77FU~~W2U1U2V1V2W1Q1转子定子绕组条件:只适用于正常运行时为

接法

的电动机。

Q2YW1V1U1U2V2W2

型(2)Y-

降压起动Y形起动:UpY

=Ul

/

3¯¯IlY=IpY=——Ul

/

3¯¯|

Z

|

形起动:Ul

=UPIl

=

3

Ip

=

3—Ul

¯¯|

Z

|¯¯IstY=——3Ist

TstY=——3Tst

U1U2V1W1V2W2Y型78(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+＿U1W2V2W1U2V179Y－

起动器接线简图L1L3L2FUSU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1△动触点Y动触点静触点80Y－

起动器接线简图Y起动L1L3L2FUSU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1

起动UPU1+＿Ul+＿U2V1V2W1W281Y－

起动器接线简图

工作L1L3L2FUSU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1U2

正常运行Ul+＿U1V1V2W1W282转矩减小到1/3，降压起动适合于空载或轻载的场合。起动转矩Y－

起动直接起动(

)：降压起动(Y)：（3）利用变压器降压起动适于容量较大或工作时定子绕组为Y接法的电机。另：线绕式电机可采用在转子电路中串电阻的方法。能耗大！Startofthree-phaseacasynchronismmotor83(3)自耦降压起动L1L3L2FUQQ2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。84(4)串电抗降压起动Q1FUM3~~~Q2电动机起动时先合开关Q1,当电动机的转速接近稳定值时,再将开关Q2合上,切除电抗器。绕线式电动机起动可在转子绕组中串电阻，减小起动电流。转子串电阻起动XST01TstTmSmR2´R2Sm´Rst转子2

R2+XS2E2I2=————285起动方法小结(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。86电压功率转速电流接法功率因数7.5kW1440r/min380V15.4A0.851.电机能采用Y－

起动吗？三相异步电机的部分铭牌数据如下：可以。二.反转(Reverserotation)电机转向旋转磁场的转向定子电流的相序2.起动与正常运行时定子绕组的线电流？Classroom’sexercise87对调任意两相定子绕组与电源的接线，就可实现反转。电机反转(Reverserotationofmotor)ABC反转M-3ABC正转M-388Useofthree-phaseacasynchronismmotor6.7调速(Speedregulation)法1：改变极对数有级调速法2：改变无级调速如：机床上用的多速电动机。适于小功率电动机，如建筑用的起重机。变频电源可变法3：改变无级调速89一、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6.7三相异步电动机的调速90二、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··NNSS91A1X1A2X2ii••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··A2X1X2SN92To三、变转差率调速

(无级调速)nn'••TLTLs

´s••Tso93四.制动(Braking)Useofthree-phaseacasynchronismmotor1.抱闸：加机械抱闸;反接制动时，定子旋转磁场与转子的相对转速很大。为限制电流，在制动时要在定子或转子中串电阻。即切割磁力线的速度很大，造成，引起。注意：3.

能耗制动4.发电反馈制动2.反接制动：停车时，将电动机接电源的任意两相反接，使电动机由原来的旋转方向反过来，以达制动的目的；94例1:1)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?2)额定转差率sN?3)额定转矩

TN、最大转矩Tmax、和起动转矩TN。95

2）由nN=1480r/min，可知p=2（四极电动机）3）1)额定电流IN?2)额定转差率sN?3)额定转矩

TN、最大转矩Tmax、和起动转矩TN。96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-

换接起动时，求起动电流和起动转矩。又当负载转矩为起动转矩的80%和50%时，电动机能否起动？(1)在U=UN时

Tst=551.8N•m>510.2N.m

不能起动(2)Ist

=7IN=784.2=589.4A

在U´=