電工技術(shù)-第7章講稿

第7章交流電動機電工技術(shù)本章要求：1、了解旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生與作用；2、了解交流電動機的轉(zhuǎn)動原理；3、了解異步電動機的電路分析；4、掌握異步電動機的轉(zhuǎn)矩與機械特性；5、掌握三相異步電動機的起動、調(diào)速、制動及銘牌數(shù)據(jù)的意義。17.1三相異步電動機的構(gòu)造目錄7.2三相異步電動機的轉(zhuǎn)動原理7.3三相異步電動機的電路分析7.4三相異步電動機轉(zhuǎn)矩與機械特性7.5三相異步電動機的起動7.6三相異步電動機的調(diào)速7.7三相異步電動機的制動7.8三相異步電動機銘牌數(shù)據(jù)7.9三相異步電動機的選擇7.11單相異步電動機7.10同步電動機(略)電工技術(shù)2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異步電動機他勵、并勵電動機串勵、復勵電動機電工技術(shù)31.定子7.1三相異步電動機的構(gòu)造鐵心：由內(nèi)周有槽的硅鋼片疊成。U1---U2

V1---V2W1---W2三相繞組機座：鑄鋼或鑄鐵電工技術(shù)4

轉(zhuǎn)子:在旋轉(zhuǎn)磁場作用下，產(chǎn)生感應電動勢或電流。2.轉(zhuǎn)子籠型轉(zhuǎn)子鐵心：由外周有槽的硅鋼片疊成。(1)籠型轉(zhuǎn)子鐵芯槽內(nèi)放銅條，端部用短路環(huán)形成一體,或鑄鋁形成轉(zhuǎn)子繞組。(2)繞線型轉(zhuǎn)子同定子繞組一樣，也分為三相，并且接成星形?；\型繞線型電工技術(shù)5三相異步電動機的結(jié)構(gòu)V2V1W2U2U1W1轉(zhuǎn)子定子定子繞組（三相）機座U、V、W分別代表三個線圈；角標1表示線圈的首端，角標2表示線圈的末端。電工技術(shù)6電工技術(shù)7三相異步電動機的組成

鼠籠式電動機的各部件

電工技術(shù)8籠型電動機與繞線型電動機的的比較：籠型：

結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、工作可靠；不能人為改變電動機的機械特性。繞線型：結(jié)構(gòu)復雜、價格較貴、維護工作量大；轉(zhuǎn)子外加電阻可人為改變電動機的機械特性。電工技術(shù)97.2三相異步電動機的轉(zhuǎn)動原理電工技術(shù)10磁鐵閉合線圈電工技術(shù)11磁極旋轉(zhuǎn)導線切割磁力線產(chǎn)生感應電動勢導線長磁感應強度切割速度（右手定則）閉合導線產(chǎn)生電流i通電導線在磁場中受力（左手定則）注意：受力方向與磁場旋轉(zhuǎn)方向一致電工技術(shù)121.線圈跟著磁鐵轉(zhuǎn)→兩者轉(zhuǎn)動方向一致結(jié)論：異步2.線圈比磁場轉(zhuǎn)得慢電工技術(shù)137.2.1旋轉(zhuǎn)磁場

定子三相繞組通入三相交流電(星形聯(lián)接)U1U2V1V2W1W21.旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生o電工技術(shù)14U1V2W1V1W2U2規(guī)定i:“+”首端流入，尾端流出。i:“–”尾端流入，首端流出。(?)電流出()電流入o電工技術(shù)15U1U2V2W1V1W2U1U2V2W1V1W2U1U2V2W1V1W2三相電流合成磁

場的分布情況合成磁場方向向下合成磁場旋轉(zhuǎn)60°合成磁場旋轉(zhuǎn)90°600to電工技術(shù)16AU1U2W2V1W1V2AU1U2W2V1W1V2分析可知：三相電流產(chǎn)生的合成磁場是一旋轉(zhuǎn)的磁場

即：一個電流周期，旋轉(zhuǎn)磁場在空間轉(zhuǎn)過360°2.旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向結(jié)論：任意調(diào)換兩根電源進線，則旋轉(zhuǎn)磁場反轉(zhuǎn)。任意調(diào)換兩根電源進線(電路如圖)U1U2W1W2V1V2取決于三相電流的相序0to173.旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)磁場，即：otU1U2V2W1V1W2U1U2V1V2W1W2電工技術(shù)18

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(zhuǎn)磁場。W'1U1V1W1V'1U'2U2U'1V2V'2W2W'2電工技術(shù)19極對數(shù)旋轉(zhuǎn)磁場的磁極對數(shù)與三相繞組的排列有關OW'1U1V1W1V'1U'2U2U'1V2V'2W2W'2電工技術(shù)204.旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速工頻：旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速取決于磁場的極對數(shù)p=1時U1V1W2U2W1V2U1V1W2U2W1V2U1V1W2U2W1V2O電工技術(shù)21p=2時0電工技術(shù)22旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速n0與極對數(shù)p的關系旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速n0與頻率f1和極對數(shù)p有關。可見:極對數(shù)每個電流周期磁場轉(zhuǎn)過的空間角度同步轉(zhuǎn)速電工技術(shù)23結(jié)論電工技術(shù)

(1)在對稱的三相繞組中通入三相電流，可以產(chǎn)生在空間旋轉(zhuǎn)的合成磁場。(2)磁場旋轉(zhuǎn)方向與電流相序一致。電流相序為A-B-C時磁場順時針方向旋轉(zhuǎn)；電流相序為A-C-B時磁場逆時針方向旋轉(zhuǎn)。(3)磁場轉(zhuǎn)速(同步轉(zhuǎn)速)與電流頻率有關，改變電流頻率可以改變磁場轉(zhuǎn)速。對兩極(一對磁極)磁場，電流變化一周，則磁場旋轉(zhuǎn)一周。同步轉(zhuǎn)速no與磁場磁極對數(shù)p的關系為：247.2.2電動機的轉(zhuǎn)動原理1.轉(zhuǎn)動原理U1U2V2W1V1W2定子三相繞組通入三相交流電方向:順時針

切割轉(zhuǎn)子導體右手定則感應電動勢E20旋轉(zhuǎn)磁場感應電流I2旋轉(zhuǎn)磁場左手定則電磁力FF電磁轉(zhuǎn)矩TnF電工技術(shù)257.2.3轉(zhuǎn)差率

旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速和電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速之差與旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速之比稱為轉(zhuǎn)差率。由前面分析可知，電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向與磁場旋轉(zhuǎn)的方向一致，但轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n不可能達到與旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速相等，即異步電動機如果:無轉(zhuǎn)子電動勢和轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場間沒有相對運動，磁通不切割轉(zhuǎn)子導條無轉(zhuǎn)矩因此，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速間必須要有差別。電工技術(shù)26異步電動機運行中:轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速亦可由轉(zhuǎn)差率求得轉(zhuǎn)差率s

例1：一臺三相異步電動機，其額定轉(zhuǎn)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(zhuǎn)差率。解：根據(jù)異步電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場同步轉(zhuǎn)速的關系可知：n0=1000r/min,即p=3額定轉(zhuǎn)差率為電工技術(shù)277.3三相異步電動機的電路分析

三相異步電動機的電磁關系與變壓器類似。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電工技術(shù)287.3.1定子電路1.旋轉(zhuǎn)磁場的磁通異步電動機：旋轉(zhuǎn)磁場切割導體e，

U1

E1=4.44

f1N1每極磁通旋轉(zhuǎn)磁場與定子導體間的相對速度為n0，所以2.定子感應電勢的頻率f1感應電勢的頻率與磁場和導體間的相對速度有關f1=電源頻率f電工技術(shù)297.3.2轉(zhuǎn)子電路1.轉(zhuǎn)子感應電勢頻率f2∵定子導體與旋轉(zhuǎn)磁場間的相對速度固定，而轉(zhuǎn)子導體與旋轉(zhuǎn)磁場間的相對速度隨轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速不同而變化定子感應電勢頻率f1轉(zhuǎn)子感應電勢頻率f2

轉(zhuǎn)子感應電勢頻率f2旋轉(zhuǎn)磁場切割定子導體和轉(zhuǎn)子導體的速度不同電工技術(shù)302.轉(zhuǎn)子感應電動勢E2E2=4.44f2N2=4.44sf1N2

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

f1N2轉(zhuǎn)子靜止時的感應電勢即E2=

sE20

轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時的感應電勢3.轉(zhuǎn)子感抗X2當轉(zhuǎn)速n=0(s=1)時，f2最高，且X2最大，有X20=2

f1L2即X2=

sX20

電工技術(shù)314.轉(zhuǎn)子電流I25.轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)cos2轉(zhuǎn)子繞組的感應電流電工技術(shù)32轉(zhuǎn)子繞組的感應電流轉(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，即與轉(zhuǎn)速

n有關。I2cos2s1I2,O電工技術(shù)337.4三相異步電動機轉(zhuǎn)矩與機械特性7.4.1轉(zhuǎn)矩公式

轉(zhuǎn)子中各載流導體在旋轉(zhuǎn)磁場的作用下,受到電磁力所形成的轉(zhuǎn)矩之總和。常數(shù)，與電機結(jié)構(gòu)有關旋轉(zhuǎn)磁場每極磁通轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)34由此得電磁轉(zhuǎn)矩公式由前面分析知：電工技術(shù)35由公式可知電磁轉(zhuǎn)矩公式1.T與定子每相繞組電壓成正比。U1T2.當電源電壓U1一定時，T是s的函數(shù)。3.R2

的大小對T有影響。繞線型異步電動機可外接電阻來改變轉(zhuǎn)子電阻R2，從而改變轉(zhuǎn)距。電工技術(shù)367.4.2機械特性曲線OTS根據(jù)轉(zhuǎn)矩公式得特性曲線：OT1電工技術(shù)37電動機在額定負載時的轉(zhuǎn)矩。1.額定轉(zhuǎn)矩TN三個重要轉(zhuǎn)矩OT額定轉(zhuǎn)矩(N?m)如某普通機床的主軸電機(Y132M-4型)的額定功率為7.5kw,額定轉(zhuǎn)速為1440r/min,則額定轉(zhuǎn)矩為電工技術(shù)382.最大轉(zhuǎn)矩Tmax轉(zhuǎn)子軸上機械負載轉(zhuǎn)矩T2不能大于Tmax，否則將造成堵轉(zhuǎn)(停車)。電機帶動最大負載的能力。令：求得臨界轉(zhuǎn)差率OTTmax將sm代入轉(zhuǎn)矩公式，可得電工技術(shù)39當U1一定時，Tmax為定值過載系數(shù)(能力)一般三相異步電動機的過載系數(shù)為工作時必須使T2

<Tmax，否則電機將停轉(zhuǎn)。電機嚴重過熱而燒壞。(2)sm與R2有關，R2smn。繞線型電機改變轉(zhuǎn)子附加電阻R′2可實現(xiàn)調(diào)速。電工技術(shù)403.起動轉(zhuǎn)矩Tst電動機起動時的轉(zhuǎn)矩。起動時n=0時，s=1(2)Tst與R2有關，適當使

R2Tst。對繞線式型電機改變轉(zhuǎn)子附加電阻

R′2,可使Tst=Tmax

。Tst體現(xiàn)了電動機帶載起動的能力。

若

Tst

>T2電機能起動，否則不能起動。OTTst起動能力電工技術(shù)414.電動機的運行分析電動機的電磁轉(zhuǎn)矩可以隨負載的變化而自動調(diào)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)。此過程中，n、sE2,I2

I1電源提供的功率自動增加。T2sT2>TT=T2nT

T′2達到新的平衡T2常用特性段TO425.U1和R2變化對機械特性的影響(1)

U1變化對機械特性的影響UTmTstT2TO電工技術(shù)43(2)R2變化對機械特性的影響TOR2Tstn硬特性：負載變化時，轉(zhuǎn)速變化不大，運行特性好。軟特性：負載增加時轉(zhuǎn)速下降較快，但起動轉(zhuǎn)矩大，起動特性好。電工技術(shù)44(2)R2變化對機械特性的影響

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。TOR2Tstn硬特性：負載變化時，轉(zhuǎn)速變化不大，運行特性好。軟特性：負載增加時轉(zhuǎn)速下降較快，但起動轉(zhuǎn)矩大，起動特性好。電工技術(shù)457.5三相異步電動機的起動7.5.1起動性能起動問題：起動電流大，起動轉(zhuǎn)矩小。

一般中小型籠型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)子導體切割磁力線速度很大，轉(zhuǎn)子感應電勢轉(zhuǎn)子電流定子電流

電工技術(shù)467.5.2起動方法(1)直接起動

二、三十千瓦以下的異步電動機一般都采用直接起動。(2)降壓起動：星形-三角形(Y－)換接起動自耦降壓起動（適用于籠型電動機）(3)轉(zhuǎn)子串電阻起動（適用于繞線型電動機）以下介紹降壓起動和轉(zhuǎn)子串電阻起動。電工技術(shù)471.降壓起動(1)Y－換接起動

降壓起動時的電流為直接起動時的+－

起動U1U2V1V1W1W2正常運行+－U1U2V1V2W1W2設：電機每相阻抗為電工技術(shù)48Y－起動器接線簡圖L1L3L2FUSU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1△動觸點Y動觸點靜觸點電工技術(shù)49Y－起動器接線簡圖Y起動L1L3L2FUSU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1

起動UPU1+＿Ul+＿U2V1V2W1W250Y－起動器接線簡圖工作L1L3L2FUSU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1正常運行+－U1U2V1V2W1W251(a)僅適用于正常運行為三角形聯(lián)結(jié)的電機。

(b)Y－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+－

起動U1U2V1V1W1W2正常運行+－U1U2V1V2W1W2電工技術(shù)52L1L3L2FUQ(2)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QQ2

自耦降壓起動適合于容量較大的或正常運行時聯(lián)成Y形不能采用Y－起動的籠型異步電動機。電工技術(shù)53滑環(huán)電刷定子轉(zhuǎn)子起動時將適當?shù)腞串入轉(zhuǎn)子電路中，起動后將R短路。起動電阻

2.繞線型電動機轉(zhuǎn)子電路串電阻起動Rst?RstRst54

若R2選得適當，轉(zhuǎn)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(zhuǎn)矩。常用于要求起動轉(zhuǎn)矩較大的生產(chǎn)機械上。R2-TTst

-TO轉(zhuǎn)子電路串電阻起動的特點電工技術(shù)55

方法：任意調(diào)換電源的兩根進線，電動機反轉(zhuǎn)。電動機正轉(zhuǎn)電動機反轉(zhuǎn)三相異步電動機的正、反轉(zhuǎn)電源~UVWM3~UVW電源~M3~電工技術(shù)56例1:

(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。電工技術(shù)57(2)由nN=1480r/min，可知p=2（四極電動機）(3)電工技術(shù)58(1)在U=UN時

Tst=551.8N?m>510.2N.m解：在上例中(1)如果負載轉(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。又當負載轉(zhuǎn)矩為起動轉(zhuǎn)矩的80%和50%時，電動機能否起動？不能起動(2)Ist=7IN=784.2=589.4A

在U′=0.9UN時能起動例2:59在80%額定負載時不能起動在50%額定負載時可以起動(3)電工技術(shù)60例3:

對例1中的電動機采用自耦變壓器降壓起動,起動時加到電動機上的電壓為額定電壓的64%，求這時的線路起動電流Ist′′和電動機的起動轉(zhuǎn)矩Tst′。解：設電動機的起動電壓為U'，電動機的起動電流為Ist依據(jù)變壓器的一次、二次側(cè)電壓電流關系，可求得線路起動電流Ist′′。電工技術(shù)61電工技術(shù)62采用自耦降壓法起動時，若加到電動機上的電壓與額定電壓之比為x，則線路起動電流Ist"為電動機的起動轉(zhuǎn)距Tst′為結(jié)論：電工技術(shù)637.6.1變頻調(diào)速(無級調(diào)速)

f=50Hz逆變器M3~整流器f1、U1可調(diào)+–~變頻調(diào)速方法恒轉(zhuǎn)距調(diào)速（f1<f1N）恒功率調(diào)速（f1>f1N）頻率調(diào)節(jié)范圍：0.5~幾百赫茲三種電氣調(diào)速方法7.6三相異步電動機的調(diào)速電工技術(shù)647.6.2變極調(diào)速(有級調(diào)速)

變頻調(diào)速方法可實現(xiàn)無級平滑調(diào)速,調(diào)速性能優(yōu)異，因而正獲得越來越廣泛的應用。U11U21U12U22iiP=2··U11U12U21U22··NNSS電工技術(shù)65U11U21U12U22ii??P=1采用變極調(diào)速方法的電動機稱作雙速電機，由于調(diào)速時其轉(zhuǎn)速呈跳躍性變化，因而只用在對調(diào)速性能要求不高的場合，如銑床、鏜床、磨床等機床上。U11··U12U21U22SN電工技術(shù)66To7.6.3變轉(zhuǎn)差率調(diào)速

(無級調(diào)速)

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

′s??Tso電工技術(shù)677.7三相異步電動機的制動7.7.1能耗制動制動方法機械制動電氣制動能耗制動反接制動發(fā)電反饋制動

在斷開三相電源的同時，給電動機其中兩相繞組通入直流電流，直流電流形成的固定磁場與旋轉(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（制動轉(zhuǎn)距），使轉(zhuǎn)子迅速停止轉(zhuǎn)動。電工技術(shù)68nF轉(zhuǎn)子Tn0=07.7.2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(diào)，使電動機定子產(chǎn)生一個與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向相反的旋轉(zhuǎn)磁場，從而獲得所需的制動轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子迅速停止轉(zhuǎn)動。

運轉(zhuǎn)制動M3~電工技術(shù)69M3~運轉(zhuǎn)制動?nF轉(zhuǎn)子Tn07.7.3發(fā)電反饋制動

當電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速大于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速時，旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)距作用方向發(fā)生變化，由驅(qū)動轉(zhuǎn)距變?yōu)橹苿愚D(zhuǎn)距。電動機進入制動狀態(tài)，電工技術(shù)70同時將外力作用于轉(zhuǎn)子的能量轉(zhuǎn)換成電能回送給電網(wǎng)。nF轉(zhuǎn)子Tn0n>n0電工技術(shù)717.8三相異步電動機銘牌數(shù)據(jù)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）三相異步電動機電工技術(shù)72異步電動機產(chǎn)品名稱代號產(chǎn)品名稱異步電動機繞線型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電工技術(shù)732.接法定子三相繞組的聯(lián)接方法。通常U2U1W2V1V2W1Y聯(lián)結(jié)聯(lián)結(jié)W2U2V2V1W1U1接線盒V1W2U1W1U2V2W1U1V1W2U2V2接電源W1U1V1W2U2V2接電源電工技術(shù)743.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。電工技術(shù)754.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