AC交流電動機工作原理

第1章交流電動機本章內容7.1

三相異步電動機的構造7.2

三相異步電動機的轉動原理7.4

三相異步電動機機械特性7.5

三相異步電動機的起動7.6

三相異步電動機的調速7.8

三相異步電動機銘牌數(shù)據(jù)7.9

電動機的選擇(略)7.11單相異步電動機7.10同步電動機(略)7.12

直線異步電動機(略)7.0

電機概述7.7

三相異步電動機的制動本章要求了解三相交流異步電動機的基本構造和轉動原理。2.理解三相交流異步電動機的機械特性，

掌握異步電動機的起動、反轉、調速和

制動的方法。3.理解三相異步電動機銘牌數(shù)據(jù)的意義?！?.0電動機概述電動機的分類：電機動力電機(能量轉換)控制電機(信號轉換)發(fā)電機電動機伺服電動機(電壓→位移)測速發(fā)電機(轉速→電壓)旋轉變壓器(轉角→函數(shù)關系電壓)感應同步器(轉角位移→電壓)步進電動機(脈沖→轉角)自整角機(角度的接收、變換、傳輸)§7.0電動機概述電動機的分類：電動機交流電動機直流電動機三相電動機單相電動機同步電動機他勵電動機并勵電動機串勵電動機復勵電動機異步電動機三相電動機單相電動機§7.1三相異步電動機的結構接線盒轉軸機座§7.1三相異步電動機的結構端蓋轉子機殼風扇罩殼定子鐵芯及繞組§7.1三相異步電動機的結構1、定子●定子鐵心：由內周有槽的硅鋼片疊成。A----X、B----Y、C----Z●三相繞組：2、轉子●轉子鐵心：由外周有槽的硅鋼片疊成?！褶D子繞組：鼠籠式、繞線式?！?.1三相異步電動機的結構鼠籠轉子(1)

鼠籠式轉子轉子鐵芯槽內放銅條，端部用短路環(huán)形成一體?；蜩T鋁形成轉子繞組。(2)

繞線式轉子同定子繞組一樣，也分為三相，并且接成星形。2、轉子鼠籠式：結構簡單、價格低廉、工作可靠；不能人為改變電動機的機械特性。繞線式：結構復雜、價格較貴、維護工作量大；可人為改變電動機的機械特性。§7.1三相異步電動機的結構一、三相異步電動機的轉動原理§7.2三相異步電動機的工作原理二、旋轉磁場三相定子繞組通入三相交流電(星形聯(lián)接)(1)旋轉磁場的產(chǎn)生§7.2三相異步電動機的工作原理AXBYCZACBo

i>0

首端流入，尾端流出。

i<0

尾端流入，首端流出。§7.2三相異步電動機的工作原理AYCBZX(?)電流出()電流入AXBYCZACBo三相電流合成磁

場的分布情況合成磁場方向向下合成磁場旋轉60°合成磁場旋轉90°600動畫AXYCBZAXYCBZAXYCBZ§7.2三相異步電動機的工作原理oAAXZBCYAAXZBCY(2)旋轉磁場的旋轉方向結論：任意調換兩根電源進線，則旋轉磁場反轉。動畫任意調換兩根電源進線(如圖)結論：三相電流產(chǎn)生的合成磁場是一個旋轉的磁場。

即：一個電流周期，旋轉磁場在空間轉過360°§7.2三相異步電動機的工作原理oAXCZBY(3)旋轉磁場的極對數(shù)P當三相定子繞組按圖示排列時，產(chǎn)生一對磁極的旋轉磁場，即：AXYCBZ§7.2三相異步電動機的工作原理oAXBYCZ

若定子每相繞組由兩個線圈串聯(lián)

，繞組的始端之間互差60°，將形成兩對磁極的旋轉磁場。(3)旋轉磁場的極對數(shù)PAXBYCA'X'§7.2三相異步電動機的工作原理C'Y'ABCXYZA'X'B'Z'極對數(shù)動畫旋轉磁場的磁極對數(shù)與三相繞組的排列有關AXBYCA'X'NNSS§7.2三相異步電動機的工作原理C'Y'ABCXYZA'X'B'Z'o(4)旋轉磁場的轉速工頻：旋轉磁場的轉速取決于磁場的極對數(shù)p=1時AXYCBZAXYCBZAXYCBZ§7.2三相異步電動機的工作原理op=2時§7.2三相異步電動機的工作原理o旋轉磁場轉速n0與極對數(shù)p的關系極對數(shù)每個電流周期磁場轉過的空間角度同步轉速旋轉磁場轉速n0與頻率f1和極對數(shù)p有關?？梢?§7.2三相異步電動機的工作原理三、電動機的轉動原理1、轉動原理AXYCBZ定子三相繞組通入三相交流電方向:電流相序

切割轉子導體右手定則感應電動勢E20旋轉磁場感應電流I2旋轉磁場左手定則電磁力FF電磁轉矩TF§7.2三相異步電動機的工作原理n

2、轉差率

旋轉磁場的同步轉速和電動機轉子轉速之差與旋轉磁場的同步轉速之比稱為轉差率。由前面分析可知，電動機轉子轉動方向與磁場旋轉的方向一致，但轉子轉速n不可能達到與旋轉磁場的轉速相等，即異步電動機如果:無轉子電動勢和轉子電流轉子與旋轉磁場間沒有相對運動，磁通不切割轉子導條無轉矩因此，轉子轉速與旋轉磁場轉速間必須要有差別。§7.2三相異步電動機的工作原理三、電動機的轉動原理異步電動機運行中:轉子轉速亦可由轉差率求得轉差率S例1：一臺三相異步電動機，其額定轉速

n=975r/min，電源頻率f1=50Hz。試求電動機的極對數(shù)和額定負載下的轉差率。解：根據(jù)異步電動機轉子轉速與旋轉磁場同步轉速的關系可知：n0=1000r/min,即p=3額定轉差率為§7.2三相異步電動機的工作原理溶解到下節(jié)§7.3

三相異步電動機的電路分析轉子中各載流導體在旋轉磁場的作用下,受到電磁力所形成的轉矩之總和。常數(shù)，與電機結構有關旋轉磁場每極磁通轉子電流轉子電路的功率因數(shù)一、電磁轉矩§7.4三相異步電動機的機械特性一、電磁轉矩§7.4三相異步電動機的機械特性1.旋轉磁場的磁通三相異步電動機的電磁關系類似變壓器。變壓器：變化eU1E1=4.44fN1

E2=4.44fN2E1、E2頻率相同，都等于電源頻率。異步電動機每相電路i1u1e1e

1e2e

2i2+－++++－－－－f1f2一、電磁轉矩§7.4三相異步電動機的機械特性1.旋轉磁場的磁通i1u1e1e

1e2e

2i2+－++++－－－－f1f2旋轉磁場切割導體ee的大小與導體切割磁場的速度有關。每極磁通E1=4.44

f1N1E1=4.44

f2N1一、電磁轉矩§7.4三相異步電動機的機械特性f1=電源頻率f定子導體切割磁場的相對速度為n0,e1頻率為：2.感應電勢的頻率

f1

、

f2感應電勢的頻率與導體切割磁場的速度有關。轉子導體切割磁場的速度為△n0,e2頻率為：一、電磁轉矩§7.4三相異步電動機的機械特性3.轉子感應電動勢E2E2=4.44f2N2當轉速n=0(s=1)時，f2最高，且E2最大，有E20=4.44

f1N2轉子靜止時的感應電勢即：E2=

sE20

轉子轉動時的感應電勢=4.44sf1N2=s4.44f1N2

4.轉子感抗X2=

sX20

一、電磁轉矩§7.4三相異步電動機的機械特性5.

轉子電流I2S=一、電磁轉矩§7.4三相異步電動機的機械特性6.

轉子電路的功率因數(shù)cos2一、電磁轉矩§7.4三相異步電動機的機械特性I2cos2s1O2、機械特性曲線機械特性是n=f(T)的函數(shù)關系T=f(s)的函數(shù)關系T§7.4三相異步電動機的機械特性OT2、機械特性曲線T§7.4三相異步電動機的機械特性OTS10nn02、機械特性曲線§7.4三相異步電動機的機械特性電動機在額定負載時的轉矩。⑴額定轉矩TN三個重要轉矩OT(N?m)

如某機床的主軸電機(Y132M-4型)的額定功率為7.5kw,額定轉速為1440r/min,則額定轉矩是:⑵最大轉矩Tmax轉子軸上機械負載轉矩T2不能大于Tmax

，否則將造成堵轉(停車)。電機帶動負載的最大能力。令：求得臨界轉差率Tmax將sm代入得2、機械特性曲線§7.4三相異步電動機的機械特性OTsm過載系數(shù)(能力)一般三相異步電動機⑵最大轉矩Tmax2、機械特性曲線§7.4三相異步電動機的機械特性

⑶起動轉矩TstTST起動轉矩是n=0或s=1時的TTst體現(xiàn)了電機帶負載的起動能力。若

Tst

>T2能起動，否則不能。起動能力1.6~2.2TTO⑷電動機的運行分析電動機的電磁轉矩可以隨負載的變化而自動調整，這種能力稱為自適應負載能力。自適應負載能力是電動機區(qū)別于其它動力機械的重要特點（如：柴油機當負載增加時，必須由操作者加大油門，才能帶動新的負載）。過程:n△nE2I2

I1電源提供的P自動增加。T2T2>TT=T2nT→T′2達到新的平衡T2常用特性段§7.4三相異步電動機的機械特性⑸U1和R2變化對機械特性的影響①U1變化對機械特性的影響UTmTstT2TO2、機械特性曲線§7.4三相異步電動機的機械特性②R2變化對機械特性的影響R2Tst

n硬特性：負載變化時,轉速變化不大,運行特性好。軟特性：負載增加時轉速下降較快,但起動轉矩大,起動特性好。2、機械特性曲線§7.4三相異步電動機的機械特性TO

不同場合應選用不同的電機。如金屬切削，選硬特性電機；重載起動則選軟特性電機。一、起動性能問題：起動電流大，起動轉矩小。②大電流使電網(wǎng)電壓降低,影響鄰近負載工作。①頻繁起動時造成熱量積累,使電機過熱。后果：原因：起動時：

n=0，s=1,接通電源。起動時，n=0，轉子導體切割磁力線速度最快轉子感應電勢最大轉子電流最大定子電流最大?！?.5三相異步電動機的起動二、起動方法②有廠內變壓器且S≥4PN（電機功率）可直接啟動。①15KW以下的電機可采用直接啟動⑴直接起動§7.5三相異步電動機的起動⑵降壓起動⑶轉子串電阻起動②自耦變壓器降壓啟動。①星形—三角形(Y-△)降壓啟動適用鼠籠式電動機。適用線饒式電動機。1、降壓起動⑴Y－換接起動

降壓起動時的電流為直接起動時的

起動正常運行設：電機每相阻抗為§7.5三相異步電動機的起動+－U1U2V1V2W1W2+－U1U2V1V2W1W2星形聯(lián)接時：●Y－起動器接線簡圖L1L3L2FUSU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1△動觸點Y動觸點靜觸點§7.5電動機的起動●Y－起動器Y啟動接線圖Y起動L1L3L2FUSU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1§7.5電動機的起動

起動UP++－U1U2V1V2W1W2－

工作L1L3L2FUSU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1§7.5電動機的起動●Y－起動器運行接線圖U2正常運行Ul+＿U1V1V2W1W2①僅適用于正常運行為三角形聯(lián)結的電機。②Y－起動Y－換接起動適合于空載或輕載起動的場合●Y-換接起動應注意的問題§7.5三相異步電動機的起動U2正常運行Ul+＿U1V1V2W1W2

起動UP++－U1U2V1V2W1W2－L1L3L2FUQQ2⑵自耦降壓起動

Q2下合：接入自耦變壓器，降壓起動。

Q2上合：切除自耦變壓器，全壓工作。合刀閘開關Q自耦降壓起動適合于容量較大或Y形接法異步電動機。§7.5三相異步電動機的起動Q2電刷定子轉子起動時將R串入電路，起動后將R短路。起動電阻2、繞線式電動機轉子電路串電阻起動§7.5三相異步電動機的起動滑環(huán)轉軸RRR

3、繞線式電動機轉子電路串電阻起動的特點§7.5三相異步電動機的起動若R2選得適當，轉子電路串電阻起動既可以降低起動電流，又可以增加起動轉矩。R2TO→R2→TstR2→Tst常用于要求起動轉矩較大的生產(chǎn)機械上。方法：任意調換電源的兩根進線，電動機反轉。電動機正轉電動機反轉三、三相異步電動機的正、反轉電源~UVWM3~abc電源~UVWM3~abc§7.5三相異步電動機的起動1.變頻調速(無級調速)

f=50Hz逆變器M3~整流器f1、U1可調+–~變頻調速方法恒轉距調速（f1<f1N）恒功率調速（f1>f1N）頻率調節(jié)范圍：0.5~幾百赫茲三種電氣調速方法變頻調速可實現(xiàn)無級平滑調速,調速性能優(yōu)異?！?.6三相異步電動機的調速2.變極調速

(有級調速)P=2··A1A2X1X2··NNSSP=1A1··A2X1X2SNA1X1A2X2iiA1X1A2X2ii采用變極調速方法的電動機稱作雙速電機，轉速跳躍變化?！?.6三相異步電動機的調速To3.變轉差率調速

(無級調速)

變轉差率調速是繞線式電動機特有的一種調速方法。其優(yōu)點是調速平滑、設備簡單投資少，缺點是能耗較大。這種調速方式廣泛應用于各種提升、起重設備中。nn'??TLTLs

′s??Tso§7.6三相異步電動機的調速1、制動方法概述制動方法機械制動電氣制動能耗制動§7.7三相異步電動機制動反接制動發(fā)電反饋制動2、能耗制動在斷開電源的同時，給電動機通直流電流，形成固定磁場旋轉的轉子產(chǎn)生了與轉子旋轉方向相反的轉距，使轉子迅速停動。nF轉子Tn0=0§7.7三相異步電動機制動M3~+-運轉制動?RP~380VU2、反接制動停車時，將接入電動機的三相電源線中的任意兩相對調，使電動機定子產(chǎn)生一個與轉子轉動方向相反的旋轉磁場，從而獲得所需的制動轉矩，使轉子迅速停止轉動。

運轉制動nF轉子Tn0§7.7三相異步電動機制動M3~~380V3、發(fā)電反饋制動

當電動機轉子的轉速大于旋轉磁場的轉速時，旋轉磁場產(chǎn)生的電磁轉距作用方向發(fā)生變化，由驅動轉距變?yōu)橹苿愚D距。電動機進入制動狀態(tài)，同時將外力作用于轉子的能量轉換成電能回送給電網(wǎng)。nF轉子Tn0n>n0§7.7三相異步電動機制動1.型號

磁極數(shù)(極對數(shù)p=2)例如：Y132M－4

用以表明電動機的系列、幾何尺寸和極數(shù)。機座長度代號機座中心高（mm）三相異步電動機教材表P224中列出了各種電動機的系列代號?！?.8三相異步電動機的銘牌數(shù)據(jù)表7.8.1異步電動機產(chǎn)品名稱代號§7.8三相異步電動機的銘牌數(shù)據(jù)1.型號

產(chǎn)品名稱新代號漢字意義老代號異步電動機Y異J、JO繞線式異步電動機YR異繞JR、JRO防爆型異步電動機YB異爆JB、JBO多速異步電動機YD異多JD、JDO高起動轉矩異步電動機YQ異起JQ、JQO2.接法接線盒定子三相繞組的聯(lián)接方法。通常V1W2U1W1U2V2U2U1W2V1V2W1U1V1W1W2U2V2W2U2V2V1W1U1Y聯(lián)結W1U1V1W2U2V2聯(lián)結§7.8三相異步電動機的銘牌數(shù)據(jù)3.電壓例如：380/220V、Y/是指線電壓為380V時采用Y聯(lián)結；線電壓為220V時采用

聯(lián)結。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

電機的電流大于額定值,從而使電動機過熱。電機在額定運行時定子繞組上應加的線電壓。三相異步電動機的額定電壓:有380V，3000V,及6000V等多種。§7.8三相異步電動機的銘牌數(shù)據(jù)4.電流例如：Y/6.73/11.64A

表示星形聯(lián)結下電機的線電流為6.73A；三角形聯(lián)結下線電流為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。§7.8三相異步電動機的銘牌數(shù)據(jù)注意：實用中應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。額定負載時，功率因數(shù)最高。P2cosO§7.8三相異步電動機的銘牌數(shù)據(jù)如：n

N=1440轉/分

sN=0.048.絕緣等級指電機絕緣材料能夠承受的極限溫度等級，分為七級。§7.8三相異步電動機的銘牌數(shù)據(jù)絕緣等級YAEBFHC極限溫度oC90105120130155180>1807.額定轉速電機在額定電壓、額定負載下運行時的轉速。§7.9電動機的選擇一、功率的選擇功率選得過大不經(jīng)濟，功率選得過小電動機容易因過載而損壞。1.

對于連續(xù)運行的電動機，所選功率應等于或略大于生產(chǎn)機械的功率。2.對于短時工作的電動機，允許在運行中有短暫的過載，故所選功率可等于或略小于生產(chǎn)機械的功率?！?.9電動機的選擇二、種類和型式的選擇1.種類的選擇一般應用場合應盡可能選用鼠籠式電動機。只有在需要調速、不能采用鼠籠式電動機的場合才選用繞線式電動機。2.結構型式的選擇根據(jù)工作環(huán)境的條件選擇不同的結構型式，如開啟式、防護式、封閉式電動機。§7.9電動機的選擇三、電壓和轉速的選擇根據(jù)電動機的類型、功率以及使用地點的電源電壓來決定。

Y系列鼠籠電動機的額定電壓只有380V一個等級。大功率電動機才采用3000V和6000V。自學§7.10

同步電動機

●三相異步電動機在運行過程中，若其中一相與電源斷開，就成為單相電動機運行。此時電動機仍將繼續(xù)轉動。若此時還帶動額定負載，則勢必超過額定電流，時間一長，會使電動機燒壞。0、三相異步電動機的單相運行§7.11

單相異步電動機

●如果三相異步電動機在起動前就斷了一線，則不能起動，此時只能聽到嗡嗡聲，這時電流很大，時間長了，也會使電動機燒壞。

●為什么三相異步電動機單相不能起動，且有嗡嗡聲，時間長了，也會燒壞電動機?！駟蜗喈惒诫妱訖C主要應用于電動工具、洗衣機、電冰箱、空調、電風扇等小功率電器中。定子定子繞組轉子AA'NS一、單相異步電動機的概述●定子繞組通單相交流電后,形成脈動磁場，若不采取措施，將無法獲得所需的起動轉矩。●定子是單相繞組,轉子一般用鼠籠式?！?.11

單相異步電動機定子繞組產(chǎn)生的脈動磁場，分解為兩個大小相等，轉向相反，轉速相同的旋轉磁場。即：m=

+

-=tO§7.11

單相異步電動機一、單相異步電動機的概述●脈動磁場的等效

+-●脈動磁場的分解⑥⑧④⑧⑦⑨⑨⑦⑥⑤③①②①-

+②③④⑤

+-

+

-

§7.11

單相異步電動機結論：定子繞組產(chǎn)生的脈動磁場，可用兩個大小相等，轉向相反，轉速相同的旋轉磁場的合成來等效代替?！裾聪蛐D磁場的合成轉矩特性合成轉矩(正向)起動轉矩為零(反向)正轉轉反§7.11

單相異步電動機一、單相異步電動機的概述單相異步電動機為了獲得起動轉矩，對定子進行了特殊設計。常用的有電容裂相式異