第七章交流電動機

電工技術(shù)基礎(chǔ)

專業(yè)基礎(chǔ)課第七章異步電動機交流電動機電動機直流電動機鼠籠式繞線式異步機同步機他勵、異勵、串勵、復(fù)勵鼠籠式異步交流電動機授課內(nèi)容：基本結(jié)構(gòu)、工作原理、機械特性、控制方法電動機的分類三相異步電動機應(yīng)用最為廣泛，用來驅(qū)動各種金屬切削機床、起重機、功率不大的通風機及水泵等；直流電動機一般用于均勻調(diào)速的生產(chǎn)機械上，如龍門刨床、軋剛機等；同步電動機

主要應(yīng)用于功率較大、不需調(diào)速、長期工作的各種生產(chǎn)機械上，如壓縮機、水泵、通風機等；單相異步電動機

常用于功率不大的電動工具和某些家電中。7.1.1三相異步機的結(jié)構(gòu)YBZXAC轉(zhuǎn)子定子定子繞組（三相）機座定子7.1三相異步電動機的結(jié)構(gòu)與工作原理鐵心：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

轉(zhuǎn)子:在旋轉(zhuǎn)磁場作用下，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢或電流。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?；\型繞線型磁鐵閉合線圈7.1.2三相異步機的轉(zhuǎn)動原理磁極旋轉(zhuǎn)導(dǎo)線切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢導(dǎo)線長磁感應(yīng)強度切割速度（右手定則）閉合導(dǎo)線產(chǎn)生電流

i（左手定則）通電導(dǎo)線在磁場中受力1.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1、旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生AYCBZ異步機中,旋轉(zhuǎn)磁場代替了旋轉(zhuǎn)磁極(?)電流出()電流入XAXYCBZAXBYCZ合成磁場方向：向下U1U2V2W1V1W2U1U2V2W1V1W2U1U2V2W1V1W2三相電流合成磁

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°600

to旋轉(zhuǎn)方向：取決于三相電流的相序。改變電機的旋轉(zhuǎn)方向：換接其中兩相2、旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向3.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：otU1U2V2W1V1W2

U1

U2

V1

V2W1W2

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(guān)OW'1U1V1W1V'1U'2U2U'1V2V'2W2W'24.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U1V1W2U2W1V2U1V1W2U2W1V2U1V1W2U2W1V2Op=2時0旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速n0與極對數(shù)p的關(guān)系旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速n0與頻率f1和極對數(shù)p有關(guān)?？梢?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(dǎo)體右手定則感應(yīng)電動勢E20旋轉(zhuǎn)磁場感應(yīng)電流I2旋轉(zhuǎn)磁場左手定則電磁力FF電磁轉(zhuǎn)矩TnF總結(jié)電動機轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)磁場同步轉(zhuǎn)速的關(guān)系電動機轉(zhuǎn)速:電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向與磁場旋轉(zhuǎn)的方向一致，但

異步電動機無轉(zhuǎn)距轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場間沒有相對運動無轉(zhuǎn)子電動勢（轉(zhuǎn)子導(dǎo)體不切割磁力線）無轉(zhuǎn)子電流提示：如果5、轉(zhuǎn)差率（S）的概念

異步電機運行中:轉(zhuǎn)差率為旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速和電動機轉(zhuǎn)速之差。即：電動機起動瞬間:（轉(zhuǎn)差率最大）7.2.1三相異步電動機的電路分析

7.2三相異步電動機的機械特性：主磁通產(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、設(shè)：則：定子邊：異步電動機每相電路i1u1e1e

1e2e

2i2+－++++－－－－f1f2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(dǎo)體e，

U1

E1=4.44

f1N1每極磁通旋轉(zhuǎn)磁場與定子導(dǎo)體間的相對速度為n0，所以2.定子感應(yīng)電勢的頻率f1感應(yīng)電勢的頻率與磁場和導(dǎo)體間的相對速度有關(guān)f1=電源頻率f轉(zhuǎn)子電路1.轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢頻率f2∵定子導(dǎo)體與旋轉(zhuǎn)磁場間的相對速度固定，而轉(zhuǎn)子導(dǎo)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(yīng)電勢頻率f1轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢頻率f2

轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢頻率f2旋轉(zhuǎn)磁場切割定子導(dǎo)體和轉(zhuǎn)子導(dǎo)體的速度不同2.轉(zhuǎn)子感應(yīng)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(yīng)電勢即E2=

sE20

轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時的感應(yīng)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

4.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(yīng)電流轉(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電磁轉(zhuǎn)矩

T：轉(zhuǎn)子中各載流導(dǎo)體在旋轉(zhuǎn)磁場的作用下,受到電磁力所形成的轉(zhuǎn)距之總和。常數(shù)每極磁通轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)子電路的7.2.2三相電動機的機械特性將其中參數(shù)代入：得到轉(zhuǎn)矩公式根據(jù)轉(zhuǎn)矩公式10n0Tn得特性曲線：電動機的自適應(yīng)負載能力

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(yīng)負載能力。常用特性段n0nT自適應(yīng)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。）直至新的平衡。此過程中，時，電源提供的功率自動增加。三個重要轉(zhuǎn)矩n0Tn額定轉(zhuǎn)矩：電機在額定電壓下，以額定轉(zhuǎn)速運行，輸出額定功率

時，電機轉(zhuǎn)軸上輸出的轉(zhuǎn)矩。(1)（牛頓?米）nN如果電機將會因帶不動負載而停轉(zhuǎn)。最大轉(zhuǎn)矩：(2)電機帶動最大負載的能力。n0Tn求解過載系數(shù)：三相異步機工作時，一定令負載轉(zhuǎn)矩，否則電機將停轉(zhuǎn)。致使注意：（1）三相異步機的和電壓的平方成正比，所以對電壓的波動很敏感，使用時要注意電壓的變化。（2）電機嚴重過熱起動轉(zhuǎn)矩：(3)電機起動時的轉(zhuǎn)矩。n0Tn其中則體現(xiàn)了電動機帶載起動的能力。若電機能起動，否則將起動不了。機械特性和電路參數(shù)的關(guān)系和電壓的關(guān)系結(jié)論：和轉(zhuǎn)子電阻的關(guān)系R2的

改變

：鼠籠式電機轉(zhuǎn)子導(dǎo)條的金屬材料不同，線繞式電機外接電阻不同。

令：得：結(jié)論：機械特性的軟硬硬特性：負載變化時，轉(zhuǎn)速變化不大，運行特性好。軟特性：負載增加轉(zhuǎn)速下降較快，但起動轉(zhuǎn)矩大，起動特性好。硬特性（R2?。┸浱匦裕≧2大）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。7.3.1三相異步機的起動起動電流：中小型鼠籠式電機起動電流為額定電流的5~7倍。定子電流原因：起動時，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條切割磁力線速度很大。轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢轉(zhuǎn)子電流大電流使電網(wǎng)電壓降低影響其他負載工作頻繁起動時造成熱量積累電機過熱影響：7.3三相異步電動機的起動、制動、調(diào)速三相異步機的起動方法：（1）直接起動。二三十千瓦以下的異步電動機一般采用直接起動。（2）降壓起動。Y－

起動自耦降壓起動（3）轉(zhuǎn)子串電阻起動。以下介紹Y－

起動和轉(zhuǎn)子串電阻起動。Y－

起動：正常運行AZBYXC

起動ABCXYZ設(shè)：電機每相阻抗為AZBYXC正常運行UPABCXYZ起動UP'（2）Y－

起動應(yīng)注意的問題：（1）僅適用于正常接法為三角形接法的電機。所以降壓起動適合于空載或輕載起動的場合Y－

起動。轉(zhuǎn)子串電阻起動定子RRR線繞式轉(zhuǎn)子起動時將適當?shù)腞串入轉(zhuǎn)子繞組中，起動后將R短路。轉(zhuǎn)子串電阻起動的特點：適于轉(zhuǎn)子為線繞式的電動機起動。（1）（2）R2選的適當，轉(zhuǎn)子串電阻既可以降低起動電流，又可以增加起動力矩。方法：和電源相接的任意兩相互換，就可實現(xiàn)反轉(zhuǎn)。7.3.2三相異步電動機的正、反轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)ABCM3~電源ABCM3~電源制動方法：

1.抱閘：加機械抱閘；

2.反接制動：停車時，將電動機接電源的意兩相反接，使電動機由原來的旋轉(zhuǎn)方向反過來，以達制動的目的；7.3.3三相異步電動機的制動反接制動時，定子旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子的相對轉(zhuǎn)速很大。為限制電流，在制動時要在定子或轉(zhuǎn)子中串電阻。即切割磁力線的速度很大，造成，引起。注意：4.發(fā)電反饋制動：

令電機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速超過旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速，便會產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩。M3~+-運行制動nF轉(zhuǎn)子3.能耗制動：停車時，斷開交流電源，接至直流電源上，產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩；nFno7.3.4三相異步電動機的調(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（常由整流器、逆變器等組成）。7.4.1三相異步機銘牌與技術(shù)數(shù)據(jù)1.型號Y132M－4磁極數(shù)(極對數(shù)p=2)同步轉(zhuǎn)速1500轉(zhuǎn)/分轉(zhuǎn)差率7.4三相異步電動機的使用2.轉(zhuǎn)速:電機軸上的轉(zhuǎn)速（n)。如：n=1440轉(zhuǎn)/分3.聯(lián)接方式：Y/接法：

Y接法：

接法：ABC