第14講 單相異步電動機

電工電子技術(shù)

譚甜源、張立宏辦公地點：3教3312

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213738876三相異步機的工作原理YBZXAC轉(zhuǎn)子定子定子繞組（三相）機座轉(zhuǎn)子：在旋轉(zhuǎn)磁場作用下，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢或電流。三相定子繞組：產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場?；仡檛=0°AZBXCYNS0°Nt=180

AZBXCYS180°t=60AZBXCYNS60°180°tiiAiBiCO60°0°iAiBiCABCXYZ1）旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生相序

A-B-C-A回顧極對數(shù)tiiAiBiCOABCXYZiAiC9060°0AZBXCYNS0°AZBXCYNS60°相序

A-C-B-AAZBXCYNS90°iB2)改變旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向回顧極對數(shù)C'Y'ABCXYZA'X'B'Z'3)極對數(shù)（P）的概念回顧4)電動機轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)磁場同步轉(zhuǎn)速的關(guān)系電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向與磁場旋轉(zhuǎn)的方向一致，但

異步電動機異步電機運行中:旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速和電動機轉(zhuǎn)速之差為轉(zhuǎn)差率：電動機起動瞬間:（轉(zhuǎn)差率最大）回顧三相異步電動機的“電－磁”關(guān)系i2轉(zhuǎn)、定子電路R1R2i1u1e1e

1e2e

2

：漏磁通產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢。

：主磁通產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢。e1e2、e

1e

2、定子電路R1jX1轉(zhuǎn)子電路R2jX2回顧Z1=R1+jX1

U1

E1=4.44f1N11)定子電路忽略Z1定子電路R1jX12)轉(zhuǎn)子電路a）轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢頻率

f2轉(zhuǎn)子電路R2jX2定子感應(yīng)電勢頻率f1轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢頻率f2回顧b）轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢E2E2=4.44f2N2=4.44sf1N2

當(dāng)轉(zhuǎn)速n=0(s=1)時，f2最高，且E2最大，有E20=4.44

f1N2轉(zhuǎn)子靜止時的感應(yīng)電勢即E2=

sE20

轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時的感應(yīng)電勢c)轉(zhuǎn)子感抗X2當(dāng)轉(zhuǎn)速n=0(s=1)時，f2最高，且X2最大，有X20=2

f1L2即X2=

sX20

回顧轉(zhuǎn)子繞組的感應(yīng)電流轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)

結(jié)論：轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，轉(zhuǎn)子電路中的各量均與轉(zhuǎn)差率

s有關(guān)，即與轉(zhuǎn)速

n有關(guān)。I2cos2s1I2,O回顧三相異步電動機的轉(zhuǎn)矩與機械特性回顧電磁轉(zhuǎn)矩公式SmTmax1T

sTst0轉(zhuǎn)矩特性

在選擇和使用電動機時，電動機的機械特性具有更實際的意義。機械特性曲線是表明電動機轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩之間關(guān)系的曲線。

通常異步電動機都工作在圖示特性曲線的ac段。此段稱穩(wěn)定區(qū)。nmaxT0mLTnabcd

在某一負(fù)載轉(zhuǎn)矩下，它與曲線有兩個交點，即b、d兩點。我們所關(guān)心的問題是，電動機正常運行時是工作在b點呢還是在d點。

1）穩(wěn)定運行分析若運行在b點：

如果某種原因引起負(fù)載轉(zhuǎn)矩增加了一些，轉(zhuǎn)速將下降。TL↑→n↓→T↑→T=TL

可見若運行在b點：可以自動適應(yīng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化，使之達到新的平衡狀態(tài)。若運行在d點：若負(fù)載轉(zhuǎn)矩由于某種原因減小了一些，這時TL↓→n↑→T↓→T=TL

TL↑→n↓→T↓→n↓↓→T↓↓→n↓↓↓…

TL↓→n↑→T↑→n↑↑→T↑↑→n↑↑↑…

可見d點：不適應(yīng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩的變化，cde稱非穩(wěn)定區(qū)。3.異步電動機的機械特性2)

U1變化對機械特性的影響UTmTstT2TO3)R2變化對機械特性的影響TOR2Tstn硬特性：負(fù)載變化時，轉(zhuǎn)速變化不大，運行特性好。軟特性：負(fù)載增加時轉(zhuǎn)速下降較快，但起動轉(zhuǎn)矩大，起動特性好。

不同場合應(yīng)選用不同的電機。如金屬切削，選硬特性電機；重載起動則選軟特性電機。例10-5:1)解:

一臺Y225M-4型的三相異步電動機，定子繞組△型聯(lián)結(jié)，其額定數(shù)據(jù)為：P2N=45kW,nN=1480r/min，UN=380V，N=92.3%，cosN=0.88，Ist/IN=7.0,Tst/TN=1.9，Tmax/TN=2.2，求：

1)額定電流IN?2)額定轉(zhuǎn)差率sN?3)額定轉(zhuǎn)矩

TN、最大轉(zhuǎn)矩Tmax、和起動轉(zhuǎn)矩TN

。

一臺Y225M-4型的三相異步電動機，定子繞組△型聯(lián)結(jié)，其額定數(shù)據(jù)為：P2N=45kW,nN=1480r/min，UN=380V，N=92.3%，cosN=0.88，Ist/IN=7.0,Tst/TN=1.9，Tmax/TN=2.2，求：

1)額定電流IN?2)額定轉(zhuǎn)差率sN?3)額定轉(zhuǎn)矩

TN、最大轉(zhuǎn)矩Tmax、和起動轉(zhuǎn)矩TN

。例10-5:

2）由nN=1480r/min，可知p=2

一臺Y225M-4型的三相異步電動機，定子繞組△型聯(lián)結(jié)，其額定數(shù)據(jù)為：P2N=45kW,nN=1480r/min，UN=380V，N=92.3%，cosN=0.88，Ist/IN=7.0,Tst/TN=1.9，Tmax/TN=2.2，求：

1)額定電流IN?2)額定轉(zhuǎn)差率sN?3)額定轉(zhuǎn)矩

TN、最大轉(zhuǎn)矩Tmax、和起動轉(zhuǎn)矩TN

。3）例10-5:

10.4.3三相異步電動機的使用1.異步電動機的銘牌(1)型號含義

三相異步電動機型號Y123M-4功率7.5kW頻率50Hz電壓380V電流15.4A接法△轉(zhuǎn)速1440r/min絕緣等級B工作方式連續(xù)

年月編號××電機廠磁極數(shù)(極對數(shù)p=2)

Y132M－4

機座長度代號機座中心高（mm）異步電動機異步電動機產(chǎn)品名稱代號產(chǎn)品名稱異步電動機繞線式異步電動機防爆型異步電動機高起動轉(zhuǎn)矩異步電動機新代號漢字意義老代號Y異異繞異爆異起YRYBYQJ、JOJR、JROJB、JBOJQ、JQO（2）接法接線盒定子三相繞組的聯(lián)接方法。通常V1W2U1W1U2V2U2U1W2V1V2W1U1V1W1W2U2V2W2U2V2V1W1U1Y聯(lián)結(jié)W1U1V1W2U2V2聯(lián)結(jié)（3）電壓例如：380/220V、Y/是指線電壓為380V時采用Y聯(lián)結(jié)；線電壓為220V時采用

聯(lián)結(jié)。說明：一般規(guī)定，電動機的運行電壓不能高于或低于額定值的5%。因為在電動機滿載或接近滿載情況下運行時，電壓過高或過低都會使電動機的電流大于額定值,從而使電動機過熱。電動機在額定運行時定子繞組上應(yīng)加的線電壓值。

三相異步電動機的額定電壓有380V，3000V,

及6000V等多種。（4）電流例如：Y/6.73/11.64A

表示星形聯(lián)結(jié)下電機的線電流為6.73A；三角形聯(lián)結(jié)下線電流為11.64A。兩種接法下相電流均為6.73A。

（5.）功率與效率鼠籠電機

=72~93％電動機在額定運行時定子繞組的線電流值。額定功率是指電機在額定運行時軸上輸出的機械功率P2，它不等于從電源吸取的電功率P1。注意：實用中應(yīng)選擇容量合適的電機，防止出現(xiàn)“大馬拉小車”的現(xiàn)象。（6）功率因數(shù)PN

三相異步電動機的功率因數(shù)較低，在額定負(fù)載時約為0.7~0.9。空載時功率因數(shù)很低，只有

0.2~0.3。額定負(fù)載時，功率因數(shù)最高。（7）額定轉(zhuǎn)速電機在額定電壓、額定負(fù)載下運行時的轉(zhuǎn)速。P2cosO如：n

N=1440轉(zhuǎn)/分

sN=0.04(8)絕緣等級指電機絕緣材料能夠承受的極限溫度等級，分為A、E、B、F、H五級，A級最低(105oC)，H級最高(180oC)。2三相異步電動機的起動（1）起動性能

起動問題：起動電流大，起動轉(zhuǎn)矩小。

一般中小型鼠籠式電機起動電流為額定電流的5~7倍;電動機的起動轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的(1.0~2.2)倍。大電流使電網(wǎng)電壓降低，影響鄰近負(fù)載的工作頻繁起動時造成熱量積累，使電機過熱后果：原因：起動：

n=0，s=1,接通電源。起動時，n=0，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割磁力線速度很大，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢轉(zhuǎn)子電流定子電流

（2）電動機的起動方法1）直接起動

鼠籠式電動機的起動有直接起動和降壓起動兩種，選擇何種起動方法，要視電動機容量相對電網(wǎng)（變壓器）容量而定。電動機容量小于變壓器容量的20%時可以直接起動。否則采用降壓起動以限制起動電流。

直接起動是利用閘刀開關(guān)或接觸器將電動機直接接到額定電壓上的起動方式，又叫全壓起動。優(yōu)點：起動簡單。缺點：起動電流較大，將使線路電壓下降，影響負(fù)載正常工作。適用范圍：電動機容量在10kW以下，并且小于供電變壓器容量的20％。2）降壓起動

起動時降低電動機的電源電壓，待電動機轉(zhuǎn)速接近穩(wěn)定轉(zhuǎn)速時，再把電壓恢復(fù)正常。(a)

星形—三角形(Y-)換接起動FU~~W2U1U2V1V2W1Q1轉(zhuǎn)子定子繞組只適用于電動機在工作時定子繞組為連接。SYU1U2V1W1V2W2Y型W1V1U1U2V2W2

型FU~~W2U1U2V1V2W1Q1轉(zhuǎn)子定子繞組SY起動電流和起動轉(zhuǎn)矩都降低到直接起動時的三分之一。型Y型(a)

星形—三角形(Y-)換接起動~U1U2V1V2W1W2~S1S2起動三相自耦變壓器M3

~(b)

自耦降壓起動~U1U2V1V2W1W2~S1S2運轉(zhuǎn)起動三相自耦變壓器M3

~(b)

自耦降壓起動解：

某型號為Y225M-4的三相異步電動機。其技術(shù)數(shù)據(jù)為：PN=45kW,nN=1480r/min，UN=380V，N=92.3%，cosN=0.88，Ist/IN=7.0,Tst/TN=1.9，Tmax/TN=2.2，f=50Hz。(1)如果負(fù)載轉(zhuǎn)矩為510.2N?m,試問在U=UN和U′=0.9UN兩種情況下電動機能否起動？（2）采用Y-

換接起動時，求起動電流和起動轉(zhuǎn)矩。又當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩為起動轉(zhuǎn)矩的80%和50%時，電動機能否起動？(1)在U=UN時

Tst=551.8N?m>510.2N.m不能起動(2)Ist=7IN=784.2=589.4A

在U′=0.9UN時能起動例10-6:在80%額定負(fù)載時不能起動在50%額定負(fù)載時可以起動3.三相異步電動機的調(diào)速1.改變極對數(shù)有級調(diào)速。2.

改變轉(zhuǎn)差率

無級調(diào)速調(diào)速方法：ST3.改變電源頻率

(變頻調(diào)速)

無級調(diào)速變頻電源

可變

此種調(diào)速方法發(fā)展很快，且調(diào)速性能較好。其主要環(huán)節(jié)是研制變頻電源。單相異步電動機的功率一般為幾瓦到幾百瓦常用于功率不大的電動工具(如電鉆、攪拌器等)以及眾多的家用電器(如電風(fēng)扇、電冰箱、洗衣機、抽油煙機等)。10.4.4單相異步電動機

單相異步電動機：

定子只有一相主繞組的異步電動機。單相異步電動機均采用籠型轉(zhuǎn)子，但定子有所不同。單相異步電動機的磁場在單相異步電動機的定子繞組通入單相交流電，電動機內(nèi)產(chǎn)生一個大小及方向隨時間沿定子繞組軸線方向變化的磁場，稱為脈動磁場?！选选选选袽P⊙⊙⊙⊙⊙MPt1it0t2t3t4t5t6t7Bx

磁極在空間的位置是固定的，即磁場出現(xiàn)最大值和過零的位置是固定的，對某點磁感應(yīng)強度來講，隨時間按正弦規(guī)律變化，即：B=Bmsinωt其頻率取決于電源的頻率。tB由歐拉恒等式

結(jié)果表明，一個脈動磁場可分解成一對大小、轉(zhuǎn)速相等、方向相反的旋轉(zhuǎn)磁場。脈動磁場的分解④⑥⑧⑧③⑦⑦⑨⑨⑥⑤②①

+-①

+

-

②③④⑤-

+轉(zhuǎn)子受到的力矩

兩個旋轉(zhuǎn)磁場分別產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩T/和T//

大小相等，轉(zhuǎn)向相反，而電動機轉(zhuǎn)子受到的合力矩為零，即T=0

此時電動機不能自行轉(zhuǎn)動，換句話說，電動機啟動轉(zhuǎn)矩為零，不能啟動。....F鼠籠式轉(zhuǎn)子導(dǎo)條及電流AA'

但是，如果借助一點外力把轉(zhuǎn)子向任意方向撥動一下，此時，各旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子的相對運動速度則不相同，各自轉(zhuǎn)差率亦不同，即S/和S//

為：T=T/－T//

方向與T/相同。正反向旋轉(zhuǎn)磁場的合成轉(zhuǎn)矩特性合成轉(zhuǎn)矩(正向)起動轉(zhuǎn)矩為零(反向)正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)反

以上分析表明，一旦讓單相異步電動機轉(zhuǎn)動起來，由于順時針旋轉(zhuǎn)磁場B1和逆時針旋轉(zhuǎn)磁場B2產(chǎn)生的合成電磁轉(zhuǎn)矩不再為零，在這個合成轉(zhuǎn)矩的作用下，即使不需要其它的外在因素，單相異步電動機仍將沿著原來的運動方向繼續(xù)運轉(zhuǎn)。由于單相異步電動機總有一個反向的制動轉(zhuǎn)矩存在，所以其效率和負(fù)載能力都不及三相異步電動機。

綜上所述，單相異步電動機的主要問題是解決啟動問題。CBS1電容分相式異步電動機~AiAiBA為工作繞組，B為起動繞組，在空間相隔90

。S為離心力開關(guān)。iAtiiBOiA=IAmsintiB=IBmsin(t+90)

iA=ImsintiB=Imsin(t+90)iAtiiBO兩相繞組形成的旋轉(zhuǎn)磁場n045o90ot=0°iA=0，iB為正值BA+iA、iB均為正值

t=45°++ABt=90°iA為正值，iB=0+AB形成旋轉(zhuǎn)磁場。CBSAiAiB~12

改變電容C

的串聯(lián)位置，可使異步電動機反轉(zhuǎn)。將S合向1，iB超前iA將S合向2，iA超前iB2、罩極式單相電機

由于短路環(huán)的作用，φ2滯后φ1，于是在氣隙內(nèi)形成的合成磁場將是一個向罩極部分移動的磁場，使電動機產(chǎn)生一定的起動轉(zhuǎn)矩。φ1φ2~

罩極式單相異步電動機起動轉(zhuǎn)矩較小，轉(zhuǎn)向不能改變，常用于電風(fēng)扇、吹風(fēng)機中；電容分相式單相異步電動機的起動轉(zhuǎn)矩大，轉(zhuǎn)向可改變，故常用于洗衣機等電器中。若三相異步電動機運行時斷了一根線，相當(dāng)若n=0，則不能起動，此時電流很大，時間若n0，則能夠繼續(xù)轉(zhuǎn)動,但仍帶額定負(fù)載，一長，電動機將會被燒壞；電流勢必超過其額定值，時間一長，電動機也將被燒壞。三相異步電動機的單相運行于單相異步電動機，稱為三相異步電動機的單相運行，或缺相運行。了解三相交流異步電動機的基本構(gòu)造和轉(zhuǎn)動原理理解三相異步電動機的機械特性理解三相交流異步電動機銘牌數(shù)據(jù)的意義學(xué)習(xí)要點小結(jié)作業(yè)10.10、10.11、10.12歷屆考題計算題三相異步電動機的銘牌數(shù)據(jù)如下：型號：Y132M-4功率：7.5kW頻率：50Hz電壓：380V

接法：△轉(zhuǎn)速：1440r/mincosφ:0.85效率：0.87Ist/IN=7Tst/TN=2.2Tmax/TN=2.2試求：(1)磁極對數(shù)p、額定轉(zhuǎn)差率SN；(2)額定輸入功率P1；

(3)額定相電流IpN額定電流IN；(4)額定轉(zhuǎn)矩TN;(5)已知起動時它的負(fù)載轉(zhuǎn)矩為40N·m，今電網(wǎng)不允許起動電流超過100A，問：（a）該電動機能否直接起動？（b）能否采用星形-三角形換接起動，為什么？

解：由題意可知，該電機的同步轉(zhuǎn)速n1=1500r/min(2)根據(jù)：(1)歷屆考題計算題三相異步電動機的銘牌數(shù)據(jù)如下：型號：Y132M-4功率：7.5kW頻率：50Hz電壓：380V

接法：△轉(zhuǎn)速：1440r/mincosφ:0.85效率：0.87Ist/IN=7Tst/TN=2.2Tmax/TN=2.2試求：(1)磁極對數(shù)p、額定轉(zhuǎn)差率SN；(2)額定輸入功率P1；

(3)額定相電流IpN額定電流IN；(4)額定轉(zhuǎn)矩TN;(5)已知起動時它的負(fù)載轉(zhuǎn)矩為40N·m，今電網(wǎng)不允許起動電流超過100A，問：（a）該電動機能否直接起動？（b）能否采用星形-三角形換接起動，為什么？

解：(3)根據(jù)額定相電流歷屆考題計算題三相異步電動機的銘牌數(shù)據(jù)如下：型號：Y132M-4功率：7.5kW頻率：50Hz電壓：380V

接法：△轉(zhuǎn)速：1440r/mincosφ:0.85效率：0.87Ist/IN=7Tst/TN=2.2Tmax/TN=2.2試求：(1)磁極對數(shù)p、額定轉(zhuǎn)差率SN；(2)額定輸入功率P1；

(3)額定相電流IpN額定電流IN