電工與電子技術基礎 第6章 三相異步電動機.

1、 電工與電子技術基礎 第6章 三相異步電動機 電工與電子技術基礎 華南理工大學電子與信息學院 第6章 三相異步電動機6.2 三相異步電動機的定子旋轉磁場6.3 三相異步電動機的轉速和磁極對數(shù)6.4 三相異步電動機的機械特性6.6 三相異步電動機的使用6.5 三相異步電動機的銘牌和技術數(shù)據(jù)6.1 三相異步電動機的工作原理 電工與電子技術基礎 第6章 三相異步電動機電動機電動機交流電動機交流電動機直流電動機直流電動機籠式籠式繞線式繞線式異步機異步機同步機同步機他勵、并勵、串勵、復勵他勵、并勵、串勵、復勵電動機的分類：電動機的分類：本章主要介紹籠式三相異步電動機的基本結構、本章主要介紹籠式三相異步電

2、動機的基本結構、工作原理、機械特性及控制方法工作原理、機械特性及控制方法 返回 電工與電子技術基礎 第6章 三相異步電動機電動機的外形：電動機的外形：返回 電工與電子技術基礎 第6章 三相異步電動機6.1 6.1 三相異步電動機的工作原理三相異步電動機的工作原理6.1.1 轉動原理銅條組成的銅條組成的籠型轉子籠型轉子可以旋轉的可以旋轉的永久磁鐵永久磁鐵當手柄搖動磁鐵時，籠型轉子跟著磁鐵一起轉動。當手柄搖動磁鐵時，籠型轉子跟著磁鐵一起轉動。返回 電工與電子技術基礎 第6章 三相異步電動機搖的快，轉子搖的快，轉子也轉的快，也轉的快，反方向搖，轉子反方向搖，轉子跟著反轉。跟著反轉。轉子轉子2. 線圈

3、跟著磁鐵轉，兩者轉動方向一致；線圈跟著磁鐵轉，兩者轉動方向一致； 結論：結論：1. 轉子與磁鐵之間存在電磁力；轉子與磁鐵之間存在電磁力；3. 線圈比磁鐵轉得慢。線圈比磁鐵轉得慢。返回 電工與電子技術基礎 第6章 三相異步電動機0n轉動原理分析：轉動原理分析： NSife磁極磁極閉合線圈閉合線圈n 結論：結論：0nn 線圈比磁場轉得慢線圈比磁場轉得慢返回 電工與電子技術基礎 第6章 三相異步電動機6.1.2 基本結構三相異步電動機三相異步電動機返回 電工與電子技術基礎 第6章 三相異步電動機1.1.定子定子 定子是由定子鐵心和定子繞組構成定子是由定子鐵心和定子繞組構成 。定子鐵心定子鐵心定子繞組

4、定子繞組返回 電工與電子技術基礎 第6章 三相異步電動機定子鐵心由硅鋼片疊成。定子鐵心由硅鋼片疊成。定子鐵心定子鐵心定子繞組定子繞組返回 電工與電子技術基礎 第6章 三相異步電動機2.2.轉子轉子籠型轉子籠型轉子繞線型轉子繞線型轉子由轉子鐵心和轉子繞組構成由轉子鐵心和轉子繞組構成 。返回 電工與電子技術基礎 第6章 三相異步電動機6.2 6.2 三相異步電動機的定子旋轉磁場三相異步電動機的定子旋轉磁場6.2.1 旋轉磁場的產(chǎn)生三相對稱電流的產(chǎn)生：三相對稱電流的產(chǎn)生：三相異步電動機的定子繞組接到三相交流電源上，三相異步電動機的定子繞組接到三相交流電源上，定子繞組中便流入三相對稱交流電流。定子繞組

5、中便流入三相對稱交流電流。三相三相繞組繞組接成接成星形星形YBZXAC三相繞組在定子三相繞組在定子鐵心中的排列鐵心中的排列A A、B B、C C 接三相電源接三相電源返回 電工與電子技術基礎 第6章 三相異步電動機)120sin()120sin(sintIitIitIimCmBmA三相對稱電流：三相對稱電流：返回 電工與電子技術基礎 第6章 三相異步電動機旋轉磁場的產(chǎn)生：旋轉磁場的產(chǎn)生：）。為正，合成磁場如圖（為負、時aiiitCBA, 0:0. 1電流流進電流流進電流流出電流流出合成磁合成磁場方向場方向返回 電工與電子技術基礎 第6章 三相異步電動機旋轉磁場的產(chǎn)生：旋轉磁場的產(chǎn)生：）。，合成

6、磁場如圖（為負、為正時biiitCBA0,:60. 2合成磁場合成磁場轉了轉了6060度度返回 電工與電子技術基礎 第6章 三相異步電動機旋轉磁場的產(chǎn)生：旋轉磁場的產(chǎn)生：）。為負，合成磁場如圖（、為正時ciiitCBA0,:120. 3合成磁合成磁場轉了場轉了120120度度返回 電工與電子技術基礎 第6章 三相異步電動機旋轉磁場的產(chǎn)生：旋轉磁場的產(chǎn)生： 60t60 0t 120t120結論：結論：三相對稱電流產(chǎn)三相對稱電流產(chǎn) 生旋轉磁場。生旋轉磁場。返回 電工與電子技術基礎 第6章 三相異步電動機6.2.2 旋轉磁場的反轉旋轉方向取決于通入定子繞組中三相電流的相序。旋轉方向取決于通入定子繞組

7、中三相電流的相序。0nAiBiCimItA B CM3三相電三相電 源源定子繞組電流的順序為定子繞組電流的順序為A A、B B、C C，電機正轉。，電機正轉。返回 電工與電子技術基礎 第6章 三相異步電動機AiBiCimItA B C三相電三相電 源源M3定子繞組電流的順序為定子繞組電流的順序為A A、C C 、B B ，電機反轉。，電機反轉。電源的電源的C C相電流相電流0n電源的電源的B B相電流相電流改變電機的旋轉方向：換接定子繞組其中兩相。改變電機的旋轉方向：換接定子繞組其中兩相。返回 電工與電子技術基礎 第6章 三相異步電動機6.36.3三相異步電動機的轉速和磁極對數(shù)三相異步電動機的

8、轉速和磁極對數(shù)6.3.1 轉速電機的轉速電機的轉速 :n異步異步名稱的由來名稱的由來0nn 如果如果0nn 轉子與旋轉磁場間沒有相對運動轉子與旋轉磁場間沒有相對運動無轉子電動勢（轉子導體不切割磁力線）無轉子電動勢（轉子導體不切割磁力線）無轉距無轉距無轉子電流無轉子電流因為兩者存在相對運動，即因為兩者存在相對運動，即同步轉速（旋轉磁場的轉速）同步轉速（旋轉磁場的轉速） :0n返回 電工與電子技術基礎 第6章 三相異步電動機 轉差率轉差率 s ：%10000nnns異步電機運行中異步電機運行中:%6%5 .1s轉差率為同步轉速和電動機轉速之差。即：轉差率為同步轉速和電動機轉速之差。即： 電動機起動

9、瞬間電動機起動瞬間:1 ,0sn（轉差率最大）（轉差率最大）所以，電動機轉速與同步轉速比較接近。所以，電動機轉速與同步轉速比較接近。0)1 (nsn 轉速轉速 n ：返回 電工與電子技術基礎 第6章 三相異步電動機6.3.2 磁極對數(shù) 極對數(shù)極對數(shù) P：1p即：即：定子每相繞組定子每相繞組只有一個線圈只有一個線圈定子鐵心定子鐵心只有只有6 6個槽個槽合成磁場只有一對磁極，則極對數(shù)為合成磁場只有一對磁極，則極對數(shù)為1。返回 電工與電子技術基礎 第6章 三相異步電動機2p合成磁場具合成磁場具有兩對磁極有兩對磁極每相繞組有兩每相繞組有兩個線圈串聯(lián)個線圈串聯(lián)返回 電工與電子技術基礎 第6章 三相異步電

10、動機分）轉 /( 6010fn 當當P=1時，時，i 變化一次（一個周期），變化一次（一個周期）， n0 0在空在空間轉過一圈。間轉過一圈。 i每秒變化每秒變化f1次次, n0 0在空間轉過在空間轉過f1圈圈, i每每分鐘變化分鐘變化6060f1次次, ,n0 0在空間轉過在空間轉過6060f1 圈圈, ,即旋轉磁場即旋轉磁場每分鐘的轉速為每分鐘的轉速為同步轉速同步轉速n0 ： 60t60 0t 120t1206.3.3 磁極對數(shù)與同步轉速的關系返回 電工與電子技術基礎 第6章 三相異步電動機26010fn 當當P=2時，時，i 變化一次（一個周期），變化一次（一個周期），n0 0在空在空間轉

11、過半圈間轉過半圈, ,比比P=1時慢了一半。時慢了一半。即旋轉磁場每分即旋轉磁場每分鐘的轉速為鐘的轉速為 0t 60t返回 電工與電子技術基礎 第6章 三相異步電動機36010fn 同理，當同理，當P=3時，時，i 變化一次（一個周期），變化一次（一個周期）， 旋轉磁場每分鐘的轉速為旋轉磁場每分鐘的轉速為 由此推出：當旋轉磁場具有由此推出：當旋轉磁場具有P對極時，其同步對極時，其同步轉速為轉速為Pfn1060返回 電工與電子技術基礎 第6章 三相異步電動機三相異步電動機的同步轉速三相異步電動機的同步轉速分）轉/( 6010pfn 2p180分）轉/( 50011p360分）轉 /( 0003極

12、對數(shù)極對數(shù)電流變化一個周期電流變化一個周期磁場轉過的空間角度磁場轉過的空間角度同步轉速同步轉速)50(1Hzf 0n3p120分）轉/( 0001表表6.16.14p90分）轉/( 507返回 電工與電子技術基礎 第6章 三相異步電動機6.4 6.4 三相異步電動機的機械特性三相異步電動機的機械特性11144.4NfU11144.4NfE111144.4NfEU6.4.1 定子繞組電動機的工作原理與變壓器的工作原理相似。電動機的工作原理與變壓器的工作原理相似。1i1u2i1e2e2R返回 電工與電子技術基礎 第6章 三相異步電動機2202222)(cosXRR1. 轉子靜止時轉子靜止時NfNf

13、E21222044.444.4220222020)(XREI1,0sn6.4.2 轉子繞組1i1u2i1e2e2R返回 電工與電子技術基礎 第6章 三相異步電動機2202222)(cossXRR2. 轉子轉動時轉子轉動時202122244.444.4sENsfNfE22022202)(sXRsEInnn0100002)(.6060)(60sfnnnPnnnPnPf202122222sXLsfLfX返回 電工與電子技術基礎 第6章 三相異步電動機 轉子中各個載流導體在旋轉磁場的作轉子中各個載流導體在旋轉磁場的作用下用下, ,受到電磁力所形成的轉矩總和。受到電磁力所形成的轉矩總和。22cosIKT

14、T常數(shù)常數(shù)每極磁通每極磁通轉子電流轉子電流轉子電路的轉子電路的2cos6.4.3 轉矩返回 電工與電子技術基礎 第6章 三相異步電動機22cosIKTT21220222)(UsXRsRKT得到轉矩公式得到轉矩公式22022202)(sXRsEI2202222)(cossXRRNfU11144.4代入其中參數(shù)：代入其中參數(shù)：轉矩正比于電源電壓的平方，即轉矩受電源電轉矩正比于電源電壓的平方，即轉矩受電源電壓的影響很大。壓的影響很大。返回 電工與電子技術基礎 第6章 三相異步電動機6.4.4 三相異步電動機的機械特性21220222)(UsXRsRKT由轉矩公式由轉矩公式機械特性：機械特性：)()(

15、TfnsfTTs10n0Tn得特性曲線：得特性曲線：返回 電工與電子技術基礎 第6章 三相異步電動機n0Tn1. 額定轉矩額定轉矩 電動機帶動額定負電動機帶動額定負載時，轉軸上輸出載時，轉軸上輸出的轉矩。的轉矩。米）牛頓分轉千瓦()/()(9550602NNNNNnPnPTNTnNNT額定轉矩計算公式：額定轉矩計算公式：返回 電工與電子技術基礎 第6章 三相異步電動機 電動機一般工作在電動機一般工作在特性曲線的特性曲線的ab段，電動段，電動機發(fā)出的轉矩自動隨負機發(fā)出的轉矩自動隨負載的變化進行調整，滿載的變化進行調整，滿足負載的需要。足負載的需要。LLLTTIEsnTT22自動調整過程：自動調整

16、過程：電動機穩(wěn)定工作在特性曲線上的電動機穩(wěn)定工作在特性曲線上的 點，在新的點，在新的工作狀態(tài)下，電動機的轉速降低了，轉子電流工作狀態(tài)下，電動機的轉速降低了，轉子電流和定子電流都增大了。和定子電流都增大了。A返回 電工與電子技術基礎 第6章 三相異步電動機電機帶動最大負載的能力。電機帶動最大負載的能力。n0TnmT21220222)(UsXRsRKT求解求解0dSdT202121XKUTmmT最大轉矩. 2最大轉矩也受電源電壓的影響。最大轉矩也受電源電壓的影響。返回 電工與電子技術基礎 第6章 三相異步電動機最大轉矩受電源電壓的影響：最大轉矩受電源電壓的影響：在負載轉矩不變的情況下，當電源電壓降

17、低時，在負載轉矩不變的情況下，當電源電壓降低時，最大轉矩下降很多，電機工作在特性最大轉矩下降很多，電機工作在特性2 2，此時電，此時電機的轉速降低、定子電流增大，造成電機過熱。機的轉速降低、定子電流增大，造成電機過熱。202121XKUTmLTn返回 電工與電子技術基礎 第6章 三相異步電動機 當負載轉矩超過最大當負載轉矩超過最大轉矩時，電機將會因帶不轉矩時，電機將會因帶不動負載而停轉，出現(xiàn)悶車動負載而停轉，出現(xiàn)悶車情況，時間長了就會燒壞情況，時間長了就會燒壞電機。所以，電機。所以，bc段是不穩(wěn)段是不穩(wěn)定區(qū)域。定區(qū)域。電機的過載系數(shù)：電機的過載系數(shù)：NmTT三相異步機三相異步機2 .20 .2

18、返回 電工與電子技術基礎 第6章 三相異步電動機電機起動時的轉矩。電機起動時的轉矩。n0Tn21220222)(UsXRsRKT0n1)(s 其中其中21220222)(UXRRKTst則電機不能啟動。時，電機能夠啟動，否LSTTTSTT啟動轉矩. 3STT返回 電工與電子技術基礎 第6章 三相異步電動機解：解：1.1.根據(jù)額定轉速可判斷出同步轉速為根據(jù)額定轉速可判斷出同步轉速為min/15000rn 2150050606001nfP故%2%100150014701500%10000nnns【例【例6.16.1】一臺三相籠式異步電動機的技術數(shù)據(jù)為：】一臺三相籠式異步電動機的技術數(shù)據(jù)為：。2/,

19、4 . 1/,min/1470kW,22NmNSTNNTTTTrnP試求：試求：1.1.磁極對數(shù)和轉差率；磁極對數(shù)和轉差率； 2.2.額定轉矩、啟動轉矩和最大轉矩。額定轉矩、啟動轉矩和最大轉矩。返回 電工與電子技術基礎 第6章 三相異步電動機【例【例6.16.1】一臺三相籠式異步電動機的技術數(shù)據(jù)為：】一臺三相籠式異步電動機的技術數(shù)據(jù)為：。2/,4 . 1/,min/1470kW,22NmNSTNNTTTTrnP試求：試求：1.1.磁極對數(shù)和轉差率；磁極對數(shù)和轉差率； 2.2.額定轉矩、啟動轉矩和最大轉矩。額定轉矩、啟動轉矩和最大轉矩。解：解：2.2.mNnPTNNN9 /p>

20、509550mNTTNST2009 .1424 . 14 . 1mNTTNm8 .2859 .14222返回 電工與電子技術基礎 第6章 三相異步電動機6.5 6.5 三相異步電動機的銘牌技術數(shù)據(jù)三相異步電動機的銘牌技術數(shù)據(jù)1. 型號型號 Y 132M4 磁極數(shù)磁極數(shù)(極對數(shù)極對數(shù) p=2)三相異步電動機三相異步電動機2.2.電壓和接法電壓和接法額定電壓額定電壓UN N：是額定情況下定子繞組應加的額定是額定情況下定子繞組應加的額定 線電壓。一般額定線電壓為線電壓。一般額定線電壓為380V380V。例如例如380/220 Y/ 是指：線電壓為是指：線電壓為380V時采用時采用Y接法；線電壓為接法

21、；線電壓為220V時采用時采用 接法。接法。 定子繞組的接法：星形和角形。定子繞組的接法：星形和角形。返回 電工與電子技術基礎 第6章 三相異步電動機表示在角形接法下，電機的線電流為表示在角形接法下，電機的線電流為15.4A，相電，相電流為流為8.89A；星形接法時線、相電流均為；星形接法時線、相電流均為8.89A。COSIUPNN31其中其中A89. 8/4 .15/Y如3. 額定電流額定電流 ：電機工作在額定狀態(tài)時定子繞組：電機工作在額定狀態(tài)時定子繞組 流過的線電流。流過的線電流。IN 4. 額定功率、效率和功率因數(shù)額定功率、效率和功率因數(shù) 額定功率額定功率 :是指電機在額定運行時軸上輸出

22、的是指電機在額定運行時軸上輸出的 功率。額定功率功率。額定功率 不等于輸入功率不等于輸入功率 ， 兩者的關系為兩者的關系為 1PPNPN返回 電工與電子技術基礎 第6章 三相異步電動機 4. 額定功率、效率和功率因數(shù)額定功率、效率和功率因數(shù) 額定效率額定效率 ：是指電機在額定運行時與軸上：是指電機在額定運行時與軸上 輸出的功率之比。輸出的功率之比。1/ PPN額定功率因數(shù)額定功率因數(shù) ：是指定子繞組相電壓是指定子繞組相電壓 與相電流之間的相位差。與相電流之間的相位差。Ncos 5. 額定轉速額定轉速nN :是指電機在額定運行時的轉速。是指電機在額定運行時的轉速。6. 絕緣等級絕緣等級: 是指電

23、機使用的絕緣材料的等級。是指電機使用的絕緣材料的等級。 不同等級的絕緣材料能允許不同的不同等級的絕緣材料能允許不同的 極限溫度。極限溫度。返回 電工與電子技術基礎 第6章 三相異步電動機6.6 6.6 三相異步電動機的使用三相異步電動機的使用三相異步電動機啟動時間雖短，但啟動電流很大。三相異步電動機啟動時間雖短，但啟動電流很大。中小型籠式電機起動電流為額定電流的中小型籠式電機起動電流為額定電流的5 7 倍。倍。啟動電流大的原因：啟動電流大的原因：起動時起動時 n = 0，轉子導體切割，轉子導體切割 磁力線速度很大。磁力線速度很大。6.6.1 啟動122IIE使返回 電工與電子技術基礎 第6章

24、三相異步電動機對電動機的影響：頻繁啟動造成熱量的對電動機的影響：頻繁啟動造成熱量的積累，導致積累，導致 電機過熱；大電流使電網(wǎng)電壓降電機過熱；大電流使電網(wǎng)電壓降 低，影響其他負載工作。低，影響其他負載工作。三相籠式異步電動機的啟動方法：三相籠式異步電動機的啟動方法： 1. 直接啟動直接啟動 二三十千瓦以下的異步電動機一般采用直二三十千瓦以下的異步電動機一般采用直接啟動。接啟動。 2. 降壓啟動降壓啟動Y Y 換接換接啟動、自耦降壓啟動、軟啟動。啟動、自耦降壓啟動、軟啟動。返回 電工與電子技術基礎 第6章 三相異步電動機2. 降壓啟動降壓啟動（1 1）Y Y 換接啟動換接啟動 Y Y 換接啟動的

25、方法只適合角形接法的電機換接啟動的方法只適合角形接法的電機。啟動時，電機接成星形；啟動完畢后，電機自啟動時，電機接成星形；啟動完畢后，電機自 動接成角形。動接成角形。 Y Y啟動時：啟動時：ZUZUIlPYSTY13 啟動時：啟動時：ZUIIlPST13331STSTYII Y Y啟動電流是啟動電流是 啟動電流的啟動電流的三分之一。三分之一。返回 電工與電子技術基礎 第6章 三相異步電動機（2 2）自耦變壓器降壓啟動）自耦變壓器降壓啟動啟動時，開關啟動時，開關S S2 2自動接自動接到啟動位置，啟動完畢到啟動位置，啟動完畢后，開關后，開關S S2 2自動接到運自動接到運轉位置。轉位置。 此啟動

26、方法適此啟動方法適合星形接法的合星形接法的三相籠型電動三相籠型電動機。機。返回 電工與電子技術基礎 第6章 三相異步電動機【例【例6.26.2】已知籠式角形連接的三相異步電動機：】已知籠式角形連接的三相異步電動機：. 7/,A2 .84V,380,4 .290,9 . 1/,min/1480kW,45NSTNNNNSTNNIIIUmNTTTrnP試求：試求：1.1.啟動電流和啟動轉矩；啟動電流和啟動轉矩； 2.2.若采用星角變換啟動法，計算啟動電若采用星角變換啟動法，計算啟動電 流和啟動轉矩；流和啟動轉矩； 3.3.當負載轉矩分別為額定轉矩的當負載轉矩分別為額定轉矩的70%和和 50%時，時，

27、采用星角變換啟動法，該電動采用星角變換啟動法，該電動 機是否能啟動？機是否能啟動？返回 電工與電子技術基礎 第6章 三相異步電動機【例【例6.26.2】已知籠式角形連接的三相異步電動機：】已知籠式角形連接的三相異步電動機：. 7/,A2 .84V,380,4 .290,9 . 1/,min/1480kW,45NSTNNNNSTNNIIIUmNTTTrnP解：解：1.1.求啟動電流和啟動轉矩求啟動電流和啟動轉矩 A4 .5892 .8477NSTIImNTTNST8 .5514 .2909 . 19 . 1 2. 2. 星角變換啟動，求啟動電流和啟動轉矩星角變換啟動，求啟動電流和啟動轉矩 A5 .1964 .5893131STSTYIImNTTSTSTY9 .1838 .5513131返回 電工與電子技術基礎 第6章 三相異步電動機mNTN4 .290解：解：3.3.當負載轉矩分別為額定轉矩的當負載轉矩分別為額定轉矩的70%和和50% 時，時，采用星角變換啟動法，該電動機是否采用星角變換啟動法，該電動機是否 能啟動？能啟動？mNTTSTSTY9 .1838 .5513131mNmNTTNN9 .1833 .2034 .2907 . 07 . 0,7 . 0不能啟動。時負載轉矩為mNmNTTNN9 .1832 .1454 .2905