電工技術(shù) 第7章

17.1概述7.2三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)7.3三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理7.4三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性7.5三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)第7章電動(dòng)機(jī)7.6三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速7.7三相異步電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)與制動(dòng)7.8三相異步電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)7.9單相異步電動(dòng)機(jī)

7.10異步電動(dòng)機(jī)應(yīng)用實(shí)例21.了解三相交流異步電動(dòng)機(jī)的基本構(gòu)造和轉(zhuǎn)動(dòng)原理。2.掌握交流異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)和反轉(zhuǎn)的基本方法。3.理解交流異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速和制動(dòng)的方法。4.理解三相交流異步電動(dòng)機(jī)銘牌數(shù)據(jù)的意義。5.了解單相交流異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理【本章教學(xué)目標(biāo)與要求】電動(dòng)機(jī)的作用將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。7.1概述電動(dòng)機(jī)的分類電動(dòng)機(jī)交流電動(dòng)機(jī)直流電動(dòng)機(jī)三相電動(dòng)機(jī)單相電動(dòng)機(jī)同步電動(dòng)機(jī)異步電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)的組成7.2三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)定子轉(zhuǎn)子圖7.2.1三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)定子鐵心：繞組:U1---U2

V1---V2W1---W2機(jī)座:由硅鋼片疊裝而成，組成磁路固定和支撐定子鐵心漆包線繞制，組成電路

轉(zhuǎn)子鐵心：繞組:轉(zhuǎn)軸:由硅鋼片疊裝而成，組成磁路籠形繞線形轉(zhuǎn)子繞組滑環(huán)轉(zhuǎn)軸滑環(huán)電刷外接電阻鼠籠式轉(zhuǎn)子繞線式轉(zhuǎn)子繞線式轉(zhuǎn)子滑環(huán)鼠籠式電動(dòng)機(jī)與繞線式電動(dòng)機(jī)的的比較：鼠籠式：

結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉、工作可靠、控制簡單；應(yīng)用廣泛。不能人為改變電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性。繞線式：結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格較貴、維護(hù)工作量大；轉(zhuǎn)子外加電阻可人為改變電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性。7.3三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理NS117.3.1旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生圖7.3.2三相對(duì)稱電流23pppiAiBiCV1V2W1W2U2U1定子繞組接到對(duì)稱三相電源上

產(chǎn)生三相電流

iOt12規(guī)定：電流的正方向：從繞組首端流入、末端流出。23pppiAiBiCiOt電流流出電流流入AU1U2W2V1W2V21323pppiAiBiCiOtU2AU1W2V1W2V2U2AU1W2V1W2V2磁場(chǎng)磁場(chǎng)定子繞組通入對(duì)稱的三相電流時(shí)，將在氣隙中將產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。結(jié)論：任意調(diào)換兩根電源進(jìn)線14旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向23pppiAiBiCV1V2W1W2U2U1取決于三相電流的相序

iOt正序

負(fù)序

U1U2W2V1W2V2W2U1U2V1W2V2磁場(chǎng)結(jié)論：任意調(diào)換兩根電源進(jìn)線，則旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)反轉(zhuǎn)。15旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速iAiBiCiOtV1V2W1W2U2U1AU1U2W2V1W2V2U2AU1W2V1W2V2U2AU1W2V1W2V2極對(duì)數(shù)P=116改變定子繞組布置

極對(duì)數(shù)：P=217極對(duì)數(shù)P=2結(jié)論：iAiBiCiOt旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速取決于磁場(chǎng)的極對(duì)數(shù)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速n0與極對(duì)數(shù)p的關(guān)系旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速n0與頻率f1和極對(duì)數(shù)p有關(guān)?？梢?p123456n0(r/min)300015001000750600500在我國，工頻表7.3.1磁極對(duì)數(shù)與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)表7.3.2電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理定子三相繞組通入三相交流電切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體右手定則感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E20旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)感應(yīng)電流I2旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)左手定則電磁力F電磁轉(zhuǎn)矩TnAU1U2W2V1W2V27.3.6電動(dòng)機(jī)的工作原理7.3.3轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)差率s：表征轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速的相差程度。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速也常稱為同步轉(zhuǎn)速n0

，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)方向與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)方向相同，但轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速因此，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速間必須要有差別。因?yàn)椋绻鹡=n0，則轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)間不存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)線也不切割磁力線，因而其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、電流和電磁轉(zhuǎn)矩均為零。電動(dòng)機(jī)帶額定負(fù)載時(shí)，轉(zhuǎn)差率較小，約為1％～6％轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速亦可由轉(zhuǎn)差率求得【解】

由于正常運(yùn)行轉(zhuǎn)差率較小，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速應(yīng)接近同步轉(zhuǎn)速?！纠?-1-1】一臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為960r/min。試求電動(dòng)機(jī)的極數(shù)和額定負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)差率。電源頻率。所以極對(duì)數(shù)p=3，同步轉(zhuǎn)速n0=1500r/min7.4.1電磁轉(zhuǎn)矩7.4三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性電磁轉(zhuǎn)矩是由轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中的電流與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)每極磁通相互作用而產(chǎn)生的。常數(shù)，與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)每極磁通轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)電磁轉(zhuǎn)矩公式可見轉(zhuǎn)矩T與定子每相電壓U1的平方成正比，所以當(dāng)電源電壓有所波動(dòng)時(shí)，對(duì)轉(zhuǎn)矩的影響很大。此外轉(zhuǎn)矩T還受轉(zhuǎn)子R2電阻影響。

7.4.2機(jī)械特性曲線根據(jù)轉(zhuǎn)矩公式得特性曲線：電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)矩。1.額定轉(zhuǎn)矩TN三個(gè)重要轉(zhuǎn)矩電動(dòng)機(jī)勻速時(shí)，忽略損耗轉(zhuǎn)矩，輸出轉(zhuǎn)矩T應(yīng)等于負(fù)載的機(jī)械轉(zhuǎn)矩注意P2是電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上輸出的機(jī)械功率。

單位為千瓦（kW）2.最大轉(zhuǎn)矩Tmax最大轉(zhuǎn)矩表示電動(dòng)機(jī)的短時(shí)過載能力,

允許電動(dòng)機(jī)短時(shí)過載而不超過最大轉(zhuǎn)矩。電機(jī)帶動(dòng)最大負(fù)載的能力令：求得臨界轉(zhuǎn)差率Tmax將sm代入轉(zhuǎn)矩公式，可得過載系數(shù)(能力)一般三相異步電動(dòng)機(jī)的過載系數(shù)為工作時(shí)必須使T2

<Tmax，否則電機(jī)將停轉(zhuǎn)。電流增大到起動(dòng)電流，稍長會(huì)嚴(yán)重?zé)龎碾妱?dòng)機(jī)。3.起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)矩。起動(dòng)時(shí)n=0時(shí)，s=1Tst體現(xiàn)了電動(dòng)機(jī)帶載起動(dòng)的能力。

若

Tst

>T2電機(jī)能起動(dòng)，否則不能起動(dòng)。OTTst當(dāng)電源電壓降低時(shí)，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩會(huì)減小當(dāng)轉(zhuǎn)子電阻適當(dāng)增大時(shí)，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩會(huì)增大【解】：（1）【例7-4-1】一臺(tái)三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)如下：求：（1）額定轉(zhuǎn)矩、額定效率（2）若電動(dòng)機(jī)能否直接起動(dòng)？能否短時(shí)間運(yùn)行？（2）由于，所以不能直接起動(dòng)。由于，所以能夠短時(shí)間運(yùn)行。電壓變化對(duì)機(jī)械特性的影響R2變化對(duì)機(jī)械特性的影響7.5三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)一般小型籠型電機(jī)起動(dòng)電流為額定電流的5-10倍;起動(dòng)時(shí)：

n=0，s=1轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割磁力線快，電動(dòng)勢(shì)高，使定、轉(zhuǎn)子電流大影響：大電流使電網(wǎng)電壓降低，影響其他負(fù)載工作。頻繁起動(dòng)時(shí)造成熱量積累,易使電動(dòng)機(jī)過熱。起動(dòng)方法(1)直接起動(dòng)小功率電動(dòng)機(jī)一般都是采用直接起動(dòng)的。主要看電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的電壓降不應(yīng)超過允許值(2)降壓起動(dòng)：星形-三角形(Y－)換接起動(dòng)自耦降壓起動(dòng)(3)轉(zhuǎn)子串電阻起動(dòng)繞線型電動(dòng)機(jī)籠型電動(dòng)機(jī)降壓起動(dòng)采用降壓起動(dòng)，就是在起動(dòng)時(shí)降低加在電動(dòng)機(jī)定子繞組上的電壓，以減小起動(dòng)電流。星形－三角形（Y－△）換接起動(dòng)自耦降壓起動(dòng)

另外還有定子繞組串接電阻起動(dòng)和軟起動(dòng)技術(shù)

Y－△換接起動(dòng)適用于：正常運(yùn)行為△聯(lián)結(jié)的電動(dòng)機(jī)。起動(dòng)時(shí)運(yùn)行時(shí)T∝Up2Y型起動(dòng)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩：Y型起動(dòng)的起動(dòng)電流：1√3UpU1pY=UNUN√3▲

Y－換接起動(dòng)的特點(diǎn)：

(1)電源電壓不變，定子繞組接法改變；(2)降壓比為1(1)IsY＜Imax（線路中允許的最大電）；(2)TsY＞TL

否則不能采用此法。▲

Y－換接起動(dòng)的使用條件：▲

Y型起動(dòng)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為：▲

Y型起動(dòng)的起動(dòng)電流為：Y－換接起動(dòng)適合于空載或輕載起動(dòng)的場(chǎng)合自耦降壓起動(dòng)

降壓變比為:KUl′=KUN定子電壓：定子起動(dòng)電流：KIst線路起動(dòng)電流：自耦降壓起動(dòng)的起動(dòng)電流為：

自耦降壓起動(dòng)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為：起動(dòng)時(shí)將適當(dāng)?shù)腞串入轉(zhuǎn)子電路中，起動(dòng)后將R短路。

轉(zhuǎn)子電路串電阻起動(dòng)繞線型電動(dòng)機(jī)若R2選得適當(dāng)，轉(zhuǎn)子電路串電阻起動(dòng)既可以降低起動(dòng)電流，又可以增加起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。常用于要求起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大的生產(chǎn)機(jī)械上。R2-TTst

-TO7.6.1變頻調(diào)速三種電氣調(diào)速方法7.6三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速

變頻調(diào)速方法可實(shí)現(xiàn)無級(jí)平滑調(diào)速,調(diào)速性能優(yōu)異，因而正獲得越來越廣泛的應(yīng)用。無級(jí)調(diào)速n0TnOfNf1＜fNf2＜f17.6.2變極調(diào)速U11U21U12U22iiP=2··U11U12U21U22··NNSS有級(jí)調(diào)速U11U21U12U22ii??P=1采用變極調(diào)速方法的電動(dòng)機(jī)稱作雙速電機(jī)，只用在對(duì)調(diào)速性能要求不高的場(chǎng)合，雙速電動(dòng)機(jī)在機(jī)床上用得較多。U11··U12U21U22SN7.6.3變轉(zhuǎn)差率調(diào)速

(無級(jí)調(diào)速)

繞線式電動(dòng)機(jī)可以通過變轉(zhuǎn)差調(diào)速。變轉(zhuǎn)差率調(diào)速設(shè)備簡單、投資少，但能量損耗較大。變轉(zhuǎn)差調(diào)速廣泛應(yīng)用于起重設(shè)備中。7.7三相異步電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)與制動(dòng)要使電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)只需任意調(diào)換其中兩根電源進(jìn)線

7.7.1三相異步電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)異步電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向一致，而磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向又與三相電源的相序一致。7.7.2三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)

1能耗制動(dòng)制動(dòng)方法機(jī)械制動(dòng)電氣制動(dòng)能耗制動(dòng)反接制動(dòng)發(fā)電反饋制動(dòng)斷開三相電源，向電動(dòng)機(jī)定子繞組通入直流電流，產(chǎn)生靜止的磁場(chǎng)，并與旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子作用，產(chǎn)生了與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相反的轉(zhuǎn)距，使電動(dòng)機(jī)迅速停車。nF轉(zhuǎn)子Tn0=02反接制動(dòng)停車時(shí)，將接入電動(dòng)機(jī)的三相電源線中的任意兩相對(duì)調(diào)，使電動(dòng)機(jī)定子產(chǎn)生一個(gè)與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，從而獲得所需的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子迅速停止轉(zhuǎn)動(dòng)。

運(yùn)轉(zhuǎn)制動(dòng)M3~M3~運(yùn)轉(zhuǎn)制動(dòng)?nF轉(zhuǎn)子Tn03發(fā)電反饋制動(dòng)

當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速大于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速時(shí)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)距作用方向發(fā)生變化，由驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)距變?yōu)橹苿?dòng)轉(zhuǎn)距。電動(dòng)機(jī)進(jìn)入制動(dòng)狀態(tài)，同時(shí)將外力作用于轉(zhuǎn)子的能量轉(zhuǎn)換成電能回送給電網(wǎng)。nF轉(zhuǎn)子Tn0n>n07.8三相異步電動(dòng)機(jī)銘牌數(shù)據(jù)三相異步電動(dòng)機(jī)型號(hào)Y132M-2功率5.5kW頻率50Hz電壓380V電流11.1A功率因數(shù)0.85接法△轉(zhuǎn)速2900r/min絕緣等級(jí)B1.型號(hào)Y132M-2Y系列異步機(jī)機(jī)座中心高度機(jī)座長度代號(hào)

2p=2→n0=3000r/min2.電壓磁極數(shù)電動(dòng)機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)定子繞組上應(yīng)加的線電壓值。當(dāng)電壓過高時(shí)，將引起勵(lì)磁電流增加，磁通增大，進(jìn)而引起定子鐵損增加，導(dǎo)致定子鐵心過熱。當(dāng)電壓低于額定值。將引起電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降，轉(zhuǎn)差增加，從而導(dǎo)致電流增加。如果在滿載或接近滿載的情況下，電流的增加將超過額定值，使繞組過熱。例如：380/220V、Y/是指線電壓為380V時(shí)采用Y聯(lián)結(jié)；線電壓為220V時(shí)采用

聯(lián)結(jié)。3.電流例如：Y/6.73/11.64A表示星形聯(lián)結(jié)下電機(jī)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。4.功率與效率

鼠籠電機(jī)

=72-93％電動(dòng)機(jī)加以額定電壓，在其軸上輸出額定功率時(shí)，定子從電源取用的線電流值稱為額定電流。額定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)軸上輸出的機(jī)械功率稱為額定功率

P2，它不等于從電源吸取的電功率P1。注意：實(shí)用中應(yīng)選擇容量合適的電機(jī)，防止出現(xiàn)“大馬拉小車”的現(xiàn)象。5.功率因數(shù)三相異步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)較低，在額定負(fù)載時(shí)約為0.7～0.9，而在輕裁和空載時(shí)更低，空載時(shí)只有0.2～0.3。

6.轉(zhuǎn)速在額定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速稱為額定轉(zhuǎn)速。電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速接近旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速。

7.絕緣等級(jí)絕緣等級(jí)是按電動(dòng)機(jī)繞組所用的絕緣材料在使用時(shí)容許的極限溫度來分級(jí)的。絕緣等級(jí)AEBFH極限溫度（oC）1051201301551808.接法大容量電機(jī)通常采用三角形接法，小容量電機(jī)采用星形接法較多。在只有單相電源、小容量的場(chǎng)合應(yīng)用較多，如電動(dòng)工具，家用電器等。

7.9單相異步電動(dòng)機(jī)

定子繞組中通入單相交流電后,形成脈動(dòng)磁場(chǎng)，若不采取措施，將無法獲得所需的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩?！炼ㄗ永@組定子×

定子繞組產(chǎn)生的脈動(dòng)磁場(chǎng)，可用正、反兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)合成來等效。即

+

-=

+

-=mt0脈動(dòng)磁場(chǎng)的分解④⑥⑧⑧③⑦⑦⑨⑨⑥⑤②①

+-①

+

-

②③④⑤

+-正反向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的合成轉(zhuǎn)矩特性合成轉(zhuǎn)矩(正向)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為零(反向)正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)反....F鼠籠式轉(zhuǎn)子導(dǎo)條及電流

當(dāng)定子繞組產(chǎn)生的合成磁場(chǎng)增加時(shí)，根據(jù)右手螺旋定則和左手定則，可知轉(zhuǎn)子導(dǎo)條左、右受力大小相等方向相反，所以沒有起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。AA'為了獲得所需的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，單相異步電動(dòng)機(jī)的定子進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)。常用的單相異步電動(dòng)機(jī)有電容分相式異步電動(dòng)機(jī)和罩極式異步電動(dòng)機(jī)。他們都采用籠型轉(zhuǎn)子，但定子結(jié)構(gòu)不同。7.9.1

電容分相異步電動(dòng)機(jī)

電容分相式異步電動(dòng)機(jī)的定子中放置有兩個(gè)繞組，一個(gè)是工作繞組A–A'，另一個(gè)是起動(dòng)繞組B–B',兩個(gè)繞組在空間相隔90o。起動(dòng)時(shí)，B–B'繞組經(jīng)電容接電源，兩個(gè)繞組的電流相位相差近90o，即可獲得所需的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。iAS?ABB'A~iBM~電容分相式異步電動(dòng)機(jī)設(shè)兩相電流為兩相電流正弦波形如圖所示。iBiAO起動(dòng)繞組工作繞組ABB'A'ABB'A'ABB'A'兩相旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)