《電機與電氣控制技術(shù)》 課件 第2章 三相異步電動機

第一節(jié)：三相異步電動機的工作原理第二章

三相異步電動機

目錄儀用互感器旋轉(zhuǎn)磁場01三相異步電動機旋轉(zhuǎn)原理02三相異步電動機三種運行狀態(tài)03目錄Content電機簡介

電機是一種用來將電能與機械能相互轉(zhuǎn)換的電磁裝置。其運行原理基于電磁感應(yīng)定律。電機的種類與規(guī)格很多，按其電流類型分類，可分為直流電機和交流電機兩大類。按其功能的不同，交流電機可分為交流發(fā)電機和交流電動機兩大類。交流電動機則是指由交流電源供電將交流電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的裝置。根據(jù)電動機轉(zhuǎn)速的變化情況，可分為同步電動機和異步電動機兩類。同步電動機是指電動機的轉(zhuǎn)速始終保持與交流電源的頻率同步，不隨所拖動的負載變化而變化的電動機，它主要用于功率較大轉(zhuǎn)速不要求調(diào)節(jié)的生產(chǎn)機械，如大型水泵、空氣壓縮機、礦井通風(fēng)機等。

而交流異步電動機是指由交流電源供電、電動機的轉(zhuǎn)速隨負載變化而稍有變化的旋轉(zhuǎn)電機，這是目前使用最多的一類電動機。按供電電源的不同，異步電動機又可分為三相異步電動機和單相異步電動機兩大類。三相異步電動機由三相交流電源供電，由于其結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、堅固耐用、使用維護方便，因此在工農(nóng)業(yè)及其他領(lǐng)域中都獲得了廣泛的應(yīng)用。據(jù)我國及世界上一些發(fā)達國家的統(tǒng)計表明，在整個電能消耗中，電動機的耗能占總用電量的60%～70%。而在整個電動機的耗能中，三相異步電動機又居首位。單相異步電動機取用單相交流電源，電動機功率一般都比較小，主要用于家庭、辦公場所等只有單相交流電源的場所，用于電風(fēng)扇、空調(diào)、電冰箱、洗衣機等電器設(shè)備中。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，特別是自動控制系統(tǒng)和計算裝置的不斷進步，在普通旋轉(zhuǎn)電機的基礎(chǔ)上又產(chǎn)生了多種具有特殊性能的電機，它們主要作為信號元件來使用，也可作為功率元件來使用，如測速發(fā)電機、自整角機、旋轉(zhuǎn)變壓器、伺服電動機、步進電動機、直線電動機、無刷直流電動機、微型同步電動機等。電機簡介測速發(fā)電機自整角機旋轉(zhuǎn)變壓器伺服電動機一、旋轉(zhuǎn)磁場1.旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生圖2-1所示為異步電動機原理示意圖，在一個可旋轉(zhuǎn)的馬蹄形磁鐵中間，放置一只可以自由轉(zhuǎn)動的籠型短路線圈。當(dāng)轉(zhuǎn)動馬蹄形磁鐵時，籠型短路線圈就會跟著一起旋轉(zhuǎn)。這是因為當(dāng)磁場旋轉(zhuǎn)時，其磁感線(磁通)將切割籠型轉(zhuǎn)子的導(dǎo)體，在導(dǎo)體中就會有感應(yīng)電動勢產(chǎn)生，由于導(dǎo)體是連通的，因此該電動勢就產(chǎn)生電流在導(dǎo)體中流通，方向如圖2-2中小圓圈內(nèi)所示，該電流在磁場中將受電磁力的作用，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動籠型轉(zhuǎn)子隨磁場的旋轉(zhuǎn)方向而轉(zhuǎn)動，這就是異步電動機的旋轉(zhuǎn)原理。一、旋轉(zhuǎn)磁場

1.旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生實際使用的異步電動機其旋轉(zhuǎn)磁場不可能靠轉(zhuǎn)動永久磁鐵來產(chǎn)生，因為電動機的職能是將電能轉(zhuǎn)換成機械能。下面先分析旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生的條件，再分析三相異步電動機的旋轉(zhuǎn)原理。圖2-3所示為三相異步電動機定子結(jié)構(gòu)圖。在電動機機座內(nèi)壓裝有定子鐵心，定子鐵心由沖有均勻分布鐵心槽的硅鋼片疊成。在定子空間各相差120°電角度的鐵心槽中布置有三相繞組U1U2、V1V2、W1W2,三相繞組接成星形聯(lián)結(jié)。1．旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生一、旋轉(zhuǎn)磁場現(xiàn)向定子三相繞組中分別通入三相交流電iu、iv、iw,如圖2-4所示。各相電流將在定子繞組中分別產(chǎn)生相應(yīng)的磁場，如圖2-5所示。(1)在wt=0的瞬間iu=0,故U1U2繞組中無電流；iv為負，假定電流從繞組末端V2流入，從首端V1流出；iw為正，則電流從繞組首端W1流人，從末端W2流出。繞組中電流產(chǎn)生的合成磁場如圖2-5(1)所示。(2)在wt=瞬間iu為正，電流從首端U1流入、末端U2流出；iv為負，電流仍從末端V2流入，首端V1流出；iw為負，電流從末端W2流入、首端W1流出。繞組中電流產(chǎn)生的合成磁場如圖2-5(2)所示，可見合成磁場順時針轉(zhuǎn)過了90°。1．旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生一、旋轉(zhuǎn)磁場(3)在wt=π、π、2π的不同瞬間三相交流電在三相定子繞組中產(chǎn)生的合成磁場，可得到如圖2-5(3)、(4)、(5)所示的變化，觀察這些圖中合成磁場的分布規(guī)律可見；合成磁場的方向按順時針方向旋轉(zhuǎn)，并旋轉(zhuǎn)了一周。由此可以得出如下結(jié)論：在三相異步電動機定子鐵心中布置結(jié)構(gòu)完全相同、在空間各相類120°電角度的三相定子繞組，分別向三相定子繞組通入三相交流電，則在定子、轉(zhuǎn)子與空氣隙中產(chǎn)生一個沿定子內(nèi)圓旋轉(zhuǎn)的磁場，該磁場稱為旋轉(zhuǎn)磁場。1．旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生結(jié)論：在三相異步電動機定子上布置結(jié)構(gòu)完全相同在空間各相差120度電角度（電角度θe=Pθm（P為極對數(shù)，θm為物理角度））的三相定子繞組，當(dāng)分別向三相定子繞組通入三相交流電時，則在定子、轉(zhuǎn)子與空氣隙中產(chǎn)一個沿定子內(nèi)圓旋轉(zhuǎn)的磁場，該磁場稱為旋轉(zhuǎn)磁場。一、旋轉(zhuǎn)磁場一、旋轉(zhuǎn)磁場當(dāng)通入三相繞組中電流的相序為iU→iv→iw，旋轉(zhuǎn)磁場在空間是沿繞組始端U→V→W方向旋轉(zhuǎn)的結(jié)論：旋轉(zhuǎn)磁場的方向是由三相電流的相序決定的，即把通入三相繞組中的電流相序任意調(diào)換其中的兩相，就可改變旋轉(zhuǎn)磁場的方向。2.旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向3．旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)速度p123456n1(r/min)300015001000750600500異步電動機磁極對數(shù)和對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速關(guān)系表一、旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速n0與極對數(shù)p的關(guān)系極對數(shù)每個電流周期磁場轉(zhuǎn)過的空間角度同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速n0與頻率f1和極對數(shù)p有關(guān)。可見:一、旋轉(zhuǎn)磁場

三相交流電通入定子繞組后，便形成了一個旋轉(zhuǎn)磁場，旋轉(zhuǎn)磁場的磁感線被轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。轉(zhuǎn)子繞組是閉合的，則轉(zhuǎn)子導(dǎo)體有電流流過。設(shè)旋轉(zhuǎn)磁場按順時針方向旋轉(zhuǎn)，且某時刻上為北極N下為南極S，如圖2-7所示。根據(jù)右手定則，在上半部轉(zhuǎn)子導(dǎo)體的電動勢和電流方向由里向外，用⊙表示；在下半部則由外向里，用⊕表示。通電導(dǎo)體在磁場中會受電磁力F的作用，而使轉(zhuǎn)子按順時針方向旋轉(zhuǎn)。二、三相異步電動機旋轉(zhuǎn)原理1.轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)原理2.轉(zhuǎn)差率旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速n1與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n之差與同步轉(zhuǎn)速n1之比稱為異步電動機的轉(zhuǎn)差率s，即

（2-2）轉(zhuǎn)差率是異步電動機的一個基本參數(shù)，對分析和計算異步電動機的運行狀態(tài)及其機械特性有著重要的意義。當(dāng)異步電動機處于電動狀態(tài)運行時，電磁轉(zhuǎn)矩T

和轉(zhuǎn)速n同向。轉(zhuǎn)子尚未轉(zhuǎn)動時，n=0,

；當(dāng)

時，，可知異步電動機處于電動狀態(tài)時，轉(zhuǎn)差率的變化范圍總在0和1之間，即0＜s＜1。一般情況下，額定運行時s=1%～6%。二、三相異步電動機旋轉(zhuǎn)原理三、三相異步電動機三種運行狀態(tài)三、三相異步電動機三種運行狀態(tài)三、三相異步電動機三種運行狀態(tài)2.發(fā)電機狀態(tài)(-o<s<0)

若異步電機定子繞組接三相交流電源，而轉(zhuǎn)子由機械外力拖動與旋轉(zhuǎn)磁場同方向轉(zhuǎn)動(例如橋式起重機在下放重物時),且使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n超過同步轉(zhuǎn)速n?,即n>n?,則s<0。此時，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體與旋轉(zhuǎn)磁場的相對切割方向與電動機運行狀態(tài)時正好相反，故轉(zhuǎn)子繞組中的電動勢及電流和電動狀態(tài)時相反，電磁轉(zhuǎn)矩T也反向成為阻力矩。機械外力必須克服電磁轉(zhuǎn)矩做功，以保持n>ni。即電機此時輸入機械功率，輸出電功率，處于發(fā)電狀態(tài)運行，如圖2-8(a)所示。故異步電機的運行狀態(tài)是可逆的，既可作電動機運行，又可作發(fā)電機運行。

這種運行狀態(tài)還發(fā)生在三相異步電動機變極調(diào)速或變頻調(diào)速過程中，在后面介紹三相異步電動機變極調(diào)速時會學(xué)到當(dāng)電動機在2p=2,即一對磁極下運行時，n?=3000r/min,此時，電動機轉(zhuǎn)速n=2900r/min左右；當(dāng)電動機改接為2p=4,即兩對磁極運行時，n?=1500r/min,由于轉(zhuǎn)速不能突變，就出現(xiàn)電機轉(zhuǎn)速高于旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速，即處于發(fā)電機狀態(tài)下運行，電機很快降速到1500r/min以下再穩(wěn)定運行。三、三相異步電動機三種運行狀態(tài)三、三相異步電動機三種運行狀態(tài)3.電磁制動狀態(tài)(1<s<+∞）

若異步電機轉(zhuǎn)子受外力的作用，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向與旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)向相反，則s>1,如圖2-8(c)所示。此時旋轉(zhuǎn)磁場與其在轉(zhuǎn)子導(dǎo)體上產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩兩者方向仍相同，故電磁轉(zhuǎn)矩方向與轉(zhuǎn)子受力方向相反，即此時的電磁轉(zhuǎn)矩屬制動轉(zhuǎn)矩性質(zhì)。此狀態(tài)時一方面定子繞組從電源吸取電功率，另一方面外加力矩克服電磁轉(zhuǎn)矩做功，向電機輸入機械功率，它們均變成電機內(nèi)部的熱損耗。三、三相異步電動機三種運行狀態(tài)謝謝！第二節(jié)：三相異步電動機的結(jié)構(gòu)第二章

三相異步電動機

目錄儀用互感器定子01轉(zhuǎn)子02氣隙03目錄Content儀用互感器電動機銘牌04

三相異步電動機按外殼防護方式不同常用的有防護型、封閉型兩大類。三相異步電動機的種類很多，但各類三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)是相同的，它們都由定子和轉(zhuǎn)子這兩大基本部分組成，在定子和轉(zhuǎn)子之間具有一定的氣隙。此外，還有端蓋、軸承、接線盒、風(fēng)扇等其他附件，如圖2-11所示。三相異步電動機結(jié)構(gòu)一、定子1.定子鐵心定子鐵心作為電動機磁通的通路，對鐵心材料既要有良好的導(dǎo)磁性能，剩磁小，又要盡量降低渦流損耗，一般用0.5mm厚表面有絕緣層的硅鋼片疊壓而成。定子鐵心內(nèi)圓沖有沖均勻分布的槽，用于嵌放三相定子繞組。二、定子2.定子線圈

三相繞組是用絕緣銅線或鋁線繞制成三相對稱的繞組按一定的規(guī)則連接嵌放在定子槽中。小型異步電動機定子繞組一般采用高強度漆包圓銅線繞制，大中型異步電動機則用漆包扁銅線或玻璃絲包扁銅線繞制。三相定子繞組之間及繞組與定子鐵心之間均墊有絕緣材料。常用的薄膜類絕緣材料有聚酯薄膜青殼紙、聚酯薄膜、聚酯薄膜玻璃漆布箔及聚四氟乙烯薄膜。

(1)對地絕緣對地絕緣是定子繞組整體與定子鐵心之間的絕緣。(2)相間絕緣相間絕緣是各相定子繞組之間的絕緣。(3)匝間絕緣匝間絕緣是每相定子繞組各線匝之間的絕緣。定子三相繞組的結(jié)構(gòu)完全對稱，一般有6個出線端U1、U2、V1、V2、W1、W2置于機座外部的接線盒內(nèi)，根據(jù)需要接成星形(Y)或三角形(△),如圖2-14所示。也可將6個出線端接入控制電路中實行星形與三角形的換接。一、定子2.定子線圈3.機座機座的作用是固定定子繞組和定子鐵心，并通過兩側(cè)的端蓋和軸承來支撐電動機轉(zhuǎn)子，同時構(gòu)成電動機的電磁通路并發(fā)散電動機運行中產(chǎn)生的熱量。機座通常為鑄鐵件，大型異步電動機機座一般用鋼板焊成，而某些微型電動機的基座則采用鑄鋁件以減輕電動機的重量。封閉式電動機的基座外面有散熱筋以增加散熱面積，防護式電動機的機座兩端端蓋開有通風(fēng)孔，使電動機內(nèi)外的空氣可以直接對流，以利于散熱。4.端蓋端蓋對內(nèi)部起保護作用，并借助滾動軸承將電動機轉(zhuǎn)子和機座聯(lián)成一個整體。端蓋一般為鑄鋼件，微型電動機則為鑄鋁件。一、定子二、

轉(zhuǎn)子1.轉(zhuǎn)子鐵心作為電動機磁路的一部分，并放置轉(zhuǎn)子繞組。轉(zhuǎn)子鐵心一般用0.5mm厚的硅鋼片疊壓而成，硅鋼片外圓沖有均勻分布的孔，用來安置轉(zhuǎn)子繞組。一般小型異步電動機的轉(zhuǎn)子鐵心直接壓裝在轉(zhuǎn)軸上，而大中型異步電動的轉(zhuǎn)子鐵心則借助于轉(zhuǎn)子支架壓在轉(zhuǎn)軸上。為了改善電動機的啟動和運行性能，減少諧波，籠型異步電動機轉(zhuǎn)子鐵心一般都采用斜槽結(jié)構(gòu)。

2.轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)子繞組用來切割定子旋轉(zhuǎn)磁場，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和電流，并在旋轉(zhuǎn)磁場的作用下受力而使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，按繞組不同，異步電動機分為籠型轉(zhuǎn)子和繞線式轉(zhuǎn)子兩類。二、轉(zhuǎn)子（1）籠型轉(zhuǎn)子。根據(jù)導(dǎo)體材料不同，籠型轉(zhuǎn)子分為銅條轉(zhuǎn)子和鑄鋁轉(zhuǎn)子。銅條轉(zhuǎn)子即在轉(zhuǎn)子鐵心槽內(nèi)放置沒有絕緣的銅條，銅條的兩端用短路環(huán)焊接起來，形成一個籠型的形狀;中小型異步電動機的籠型轉(zhuǎn)子，一般為鑄鋁式轉(zhuǎn)子，采用離心鑄鋁法，將熔化了的鋁澆鑄在轉(zhuǎn)子鐵心槽內(nèi)成為一個完整體，兩端的短路環(huán)和冷卻風(fēng)扇葉子也一并鑄成.二、

轉(zhuǎn)子（2）繞線轉(zhuǎn)子。繞線型轉(zhuǎn)子繞組和定子繞組一樣，也是一個用絕緣導(dǎo)線繞成的三相對稱繞組，被嵌放在轉(zhuǎn)子鐵心槽中，接成星形。繞組的三個出線端分別接到轉(zhuǎn)軸端部的三個彼此絕緣的銅制滑環(huán)上。通過滑環(huán)與支持在端蓋上的電刷構(gòu)成滑動接觸，轉(zhuǎn)子繞組的三個出線端引到機座上的接線盒內(nèi)，以便與外部變阻器連接，故繞線式轉(zhuǎn)子又稱滑環(huán)式轉(zhuǎn)子.三、氣隙異步電機的氣隙比同容量直流電機的氣隙小得多，在中、小型異步電動機中，一般為0.2~2.5mm。氣隙大小對電機性能影響很大，氣隙愈大則為建立磁場所需勵磁電流就大，從而降低電機的功率因數(shù)。如果把異步電機看成變壓器，顯然，氣隙愈小則定子和轉(zhuǎn)子之間的相互感應(yīng)(即耦合)作用就愈好。因此應(yīng)盡量讓氣隙小些，但也不能太小，否則會使加工和裝配困難，運轉(zhuǎn)時定轉(zhuǎn)子之間易發(fā)生掃膛。四、電動機銘牌1型號中心高度越大，電動機容量越大，因此三相異步電動機按容量分類與中心高度有關(guān)。中心高度在80～315mm為小型，中心高度在315～630mm為中型，中心高度在630mm以上為大型。在同樣的中心高度下，機座長則鐵心長，相應(yīng)的電動機容量較大。四\電動機銘牌2.額定功率PN(5.5kW)表示電動機在額定工作狀態(tài)下運行時，允許輸出的機械功率(kW)。3.額定電流/(11.7A)表示電動機在額定工作狀態(tài)下運行時，定子電路輸入的線電流(A)。4.額定電壓UN(380V)

表示電動機在額定工作狀態(tài)下運行時，定子電路所加的線電壓(V)。三相異步電動機的額定功率Pv與其他額定數(shù)據(jù)之間有如下關(guān)系式中，cosφ為額定功率因數(shù)，η為額定效率。四\電動機銘牌5.額定轉(zhuǎn)速nN(950r／min)

表示電動機在額定工作狀態(tài)下運行時的轉(zhuǎn)速。6.接法(220D/380Y)

表示電動機定子三相繞組與交流電源的連接方法，220D/380Y表示電源為220V時采用D接法，電源380V時采用Y接法。對Y2系列電動機而言，國家標準規(guī)定凡3kW及以下者均采用星形聯(lián)結(jié)；4kW及以上者均采用三角形聯(lián)結(jié)。四\電動機銘牌7.絕緣等級表示電動機各繞組及其他絕緣部件所用絕緣材料的等級。絕緣材料按耐熱性能可分為7個等級，見表2-1。目前國產(chǎn)電動機使用的絕緣材料耐熱等級為B、F、H、C四個等級。四、電動機銘牌指電動機按銘牌值工作時，可以持續(xù)運行的時間和順序。電動機定額分連續(xù)定額、短時定額和斷續(xù)定額三種。分別用Sl、S2、S3表示。

①連續(xù)定額(S1)：可連續(xù)運行

②短時定額(S2)：表示電動機按銘牌值工作時只能在規(guī)定的時間內(nèi)短時運行。我國規(guī)定的短時運行時間為10、30、60及90min(分鐘)4種。

③斷續(xù)定額(S3)：表示電動機按銘牌值工作時，運行一段時間就要停止一段時間，周而復(fù)始地按一定周期重復(fù)運行。每一周期為10min，我國規(guī)定的負載持續(xù)率為15％、25％、40％及60％等4種(如標明40％則表示電動機工作8.定額工作制四、電動機銘牌謝謝！第三節(jié)：三相變頻調(diào)速異步電動機第二章

三相異步電動機

目錄通用型三相變頻調(diào)速異步電動機01牽引用三相變頻調(diào)速異步電動機02目錄Content三相變頻調(diào)速異步電動機三相變頻調(diào)速異步電動機是利用改變加在電動機定子繞組上交流電源的頻率和電壓值來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的異步電動機。三相變頻調(diào)速異步電動機的基本結(jié)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)原理與直接由電網(wǎng)電壓供電的三相異步電動機相仿。三相變頻調(diào)速異步電動機按用途可分為兩大類：一類是通用型，主要用于機械、加工、化工、輕工等設(shè)備中，以及用作流體機械風(fēng)機、水泵、壓縮機的拖動電動機，如YVP系列及YTSP系列；另一類是主要用于電力機車、內(nèi)燃機車、高速鐵路、城市地鐵、城際鐵路的牽引電動機，稱牽引用三相變頻調(diào)速異步電動機。一、通用型三相變頻調(diào)速異步電動機通用型三相變頻調(diào)速異步電動機外形如圖2-20所示。與一般三相異步電動機相比，其能滿足高速運轉(zhuǎn)的需要及抵抗高頻電流的沖擊，非正弦電源對電動機的結(jié)構(gòu)、振動、冷卻放的影響等。通常要考慮以下內(nèi)容：絕緣等級最少為F級，一般用200級，并注意加強對地絕緣和線匝間絕緣防護和耐電壓的沖擊能力。2,減小、降低電動機運行中受到的沖擊、振動。冷卻方式一般采用強迫通風(fēng)冷卻。改善電動機在運行中對非正弦波的適應(yīng)能力，通常采?。罕M可能減小定子和轉(zhuǎn)子的電阻，以降低對基波的銅損耗，來彌補高次諧波增加的銅損耗。為抑制高次諧波電流，適當(dāng)增加電動機磁路的電阻，定子和轉(zhuǎn)子磁路鐵芯用半閉口或閉口槽，可以減小漏磁通。電動機主磁路一般為不飽和狀態(tài)。二、牽引用三相變頻調(diào)速異步電動機牽引用三相變頻調(diào)速異步電動機是指用于電力機車、內(nèi)燃機車、高速動車組、城市及城際軌道交通上的牽引電動機，它是驅(qū)動列車車輛動輪對的主電機，在啟動、牽引及制動等各種工作狀態(tài)下，都是通過電氣傳動控制改變電動機的轉(zhuǎn)速，來實現(xiàn)改變列車或車輛的運行速度、牽引或制動。因此牽引電動機運行的復(fù)雜性、可靠性及運行性能直接關(guān)系到整列車的運行安全及可靠性。以前由于直流電動機的啟動、調(diào)速性能較好，我國及世界各國均用直流牽引電動機作為牽引動力，但自20世紀80年代起，由于電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，已陸續(xù)全部改用三相交流傳動系統(tǒng)和三相變頻調(diào)速異步電動機控制，因此三相變頻調(diào)速正在整個電力牽引系統(tǒng)(包含部分城市電車、電動汽車)占有絕對的領(lǐng)導(dǎo)地位。二、牽引用三相變頻調(diào)速異步電動機1.牽引用三相變頻調(diào)速異步電動機的工作特點由于電動機懸掛在動力車的轉(zhuǎn)向架及車軸上，因此安裝尺寸受到嚴格的限制，從而導(dǎo)致電動機本身的結(jié)構(gòu)及尺寸受到嚴格的限制。車輛運行時，線路對車輛的一切動力影響都會傳遞給牽引電動機，使電動機承受較大的沖擊和振動，容易使電動機工作情況惡化及零部件損壞。牽引電動機使用環(huán)境惡劣，由于它懸掛在車體下，很容易受潮、受污、受風(fēng)雪雨水、南北方溫差等的影響。機車、車輛一般都重載啟動，而且需要有較高的速度、良好的調(diào)速性能、頻繁的啟動及制動性能。2.牽引用三相變頻調(diào)速異步電動機的結(jié)構(gòu)及特點用于和諧系列電力機車(HXD3型)上的YJ85A型牽引電動機，其外形如圖2-21所示。用于地鐵電動車輛上的變頻調(diào)速異步牽引電動機，其外形如圖2-22所示。二、牽引用三相變頻調(diào)速異步電動機由于牽引用三相變頻調(diào)速異步電動機須要滿足上述的特殊工作條件，因此它有別于一般用途的變頻調(diào)速異步電動機，具有以下主要的結(jié)構(gòu)及特點。定子改善定子散熱條件，定子設(shè)計成無機座化的鐵芯結(jié)構(gòu)，如圖2-21及圖2-22所示，即子鐵芯外周直接露在外部空氣中，電動機兩側(cè)端蓋直接固定在定子鐵芯兩端，這樣的結(jié)構(gòu)大改善了定子鐵芯的溫升。為有利于電動機的散熱，采用通風(fēng)機進行強迫外通風(fēng)，冷卻風(fēng)從動端進入，通過電動機定子鐵芯軸向通風(fēng)孔，轉(zhuǎn)子鐵芯軸向通風(fēng)孔，定、轉(zhuǎn)子之間的空氣隙，傳動端排出。定子鐵芯沖片采用0.5mm的高導(dǎo)磁、低損耗冷軋硅鋼片，工藝上要求定子鐵芯與軸鐵芯內(nèi)外圓同時落料，以保證空氣隙的均勻度，定子鐵芯應(yīng)牢固地固定在鋼制機架內(nèi)。定子槽型一般采用開口槽，這樣可以在槽內(nèi)嵌放成型的定子繞組，以獲得良好的絕緣性能定子繞組由矩形斷面的銅導(dǎo)線纏繞，定子繞組的絕緣等級為200級。繞組應(yīng)牢固地畫在鐵芯槽內(nèi)。線圈嵌裝好后進行整體真空壓力浸漆，使線圈具有良好的電氣性能和機械強度。2.轉(zhuǎn)子

轉(zhuǎn)子鐵芯與定子鐵芯一起落料，外圓沖有半閉口槽，以嵌放轉(zhuǎn)子繞組。轉(zhuǎn)子鐵芯內(nèi)壓在轉(zhuǎn)軸上，在轉(zhuǎn)子鐵芯槽與內(nèi)圓之間沖有兩排圓形的軸向通風(fēng)孔，以加強轉(zhuǎn)子鐵芯和轉(zhuǎn)子體的散熱，轉(zhuǎn)子鐵芯必須牢固地固定在轉(zhuǎn)軸上。轉(zhuǎn)子繞組為鼠籠式結(jié)構(gòu)，由專用的銅合金導(dǎo)條與純銅制成的短路環(huán)焊接而成，必須緊鐵芯上。整個轉(zhuǎn)子制作完成后，必須經(jīng)過動平衡試驗合格，避免高速旋轉(zhuǎn)時對整臺電動機帶來振動3.轉(zhuǎn)軸

電動機轉(zhuǎn)軸是電動機中極為重要的組成部分之一，它將電動機產(chǎn)生的扭矩通過輪對倒鋼軌，以產(chǎn)生牽引力，使機車運行。轉(zhuǎn)軸一般用碳素鋼鍛制而成，并進行精加工。謝謝！第四節(jié)：三相異步電動機定子繞組簡介第二章

三相異步電動機三相異步電動機定子繞組簡介三相定子繞組是三相異步電動機最主要的組成部分，是通入三相交流電，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵部件，也是電動機中結(jié)構(gòu)最復(fù)雜、最容易損壞的部位。三相定子繞組由許多個嵌放在三相定子鐵心槽中的線圈按照一定的規(guī)律分布、排列和連接而成。其外形如圖2-13所示。三相異步電動機定子繞組簡介三相定子繞組組成的基本原則有：1.三相繞組的形狀、尺寸、匝數(shù)及在定子鐵心槽中的排放規(guī)律應(yīng)一致。假定某臺2極三相異步電動機定子鐵心共有24槽，則每個磁極應(yīng)占有12槽，一個磁極下的每相定子繞組各占有4槽。2.因為一個線圈的兩條線圈邊中流過的電流方向相反，它們將產(chǎn)生不同極性的磁極，由于一個磁極占有12個槽，因此一個線圈的一條線圈邊若放在第1槽內(nèi)，則另一條線圈邊應(yīng)放在1+12即第13槽內(nèi)，由于一相繞組由4個線圈組成，因此該相繞組應(yīng)分別放在第1、2、3、4和第13、14、15、16槽內(nèi)。如圖2-24(a)所示。二、牽引用三相變頻調(diào)速異步電動機1.牽引用三相變頻調(diào)速異步電動機的工作特點由于電動機懸掛在動力車的轉(zhuǎn)向架及車軸上，因此安裝尺寸受到嚴格的限制，從而導(dǎo)致電動機本身的結(jié)構(gòu)及尺寸受到嚴格的限制。車輛運行時，線路對車輛的一切動力影響都會傳遞給牽引電動機，使電動機承受較大的沖擊和振動，容易使電動機工作情況惡化及零部件損壞。牽引電動機使用環(huán)境惡劣，由于它懸掛在車體下，很容易受潮、受污、受風(fēng)雪雨水、南北方溫差等的影響。機車、車輛一般都重載啟動，而且需要有較高的速度、良好的調(diào)速性能、頻繁的啟動及制動性能。2.牽引用三相變頻調(diào)速異步電動機的結(jié)構(gòu)及特點用于和諧系列電力機車(HXD3型)上的YJ85A型牽引電動機，其外形如圖2-21所示。用于地鐵電動車輛上的變頻調(diào)速異步牽引電動機，其外形如圖2-22所示。三相異步電動機定子繞組簡介三相繞組在定子鐵心槽內(nèi)的分布應(yīng)彼此相差120°電角度，整個定子鐵心槽(24個椅占有的空間角度為360°,則每一個槽占有的空間角度為15°,相鄰兩相定子繞組隔開的槽數(shù)120°/15°,即為8個槽，因此另外一相繞組應(yīng)放在第9、10、11、12和第21、22、23、24槽內(nèi)最后一相定子繞組則放在第17、18、19、20和第5、6、7、8槽內(nèi)，如圖2-24(b)所示。三相子繞組在定子鐵心槽內(nèi)嵌放完成后的外形如圖2-3所示。每相定子繞組有2個引出端，三繞組共有6個引出端，可分別接到出線端子板上，如圖2-14所示。謝謝！第五節(jié)：三相異步電動機的工作特性第二章

三相異步電動機

目錄儀用互感器三相異步電機運行特點01三相異步電機功率、效率和轉(zhuǎn)矩02三相異步電機機械特性03目錄Content儀用互感器三相異步電機運行性能04儀用互感器三相異步電機穩(wěn)定運行區(qū)05一、三相異步電機運行特點1.三相異步電動機與變壓器工作的異同

異步電動機的工作原理與變壓器有許多相似之處，如異步電動機的定子繞組與轉(zhuǎn)子繞組相當(dāng)于變壓器的一次繞組與二次繞組。變壓器是利用電磁感應(yīng)把電能從一次繞組傳遞給二次繞組，異步電動機定子繞組從電源吸取的能量也是靠電磁感應(yīng)傳遞給轉(zhuǎn)子，因此可以說變壓器是不動的異步電動機。變壓器異步電動機的主要區(qū)別有：變壓器鐵心中的磁場是脈動磁場，而異步電動機氣隙中的磁場是i轉(zhuǎn)磁場；變壓器的主磁路只有接縫間隙，而異步電動機定子與轉(zhuǎn)子間有空氣隙存在；變壓器次側(cè)是靜止的，輸出電功率，異步電動機轉(zhuǎn)子是轉(zhuǎn)動的，輸出機械功率。一、三相異步電機運行特點2.三相異步電動機的起動特點

三相異步電動機在起動瞬間，定子繞組已接通電源，但轉(zhuǎn)子因慣性轉(zhuǎn)速從零開始增加，時轉(zhuǎn)子繞組中的感應(yīng)電流很大，電流的頻率也很大，轉(zhuǎn)子電流由定子電流感應(yīng)而來，因此定繞組電流很大，即起動電流很大，另一方面由于轉(zhuǎn)子電流頻率大，使轉(zhuǎn)子電抗大，從而使轉(zhuǎn)子路(亦即定子電路)的功率因數(shù)很低，而電動機的起動轉(zhuǎn)矩T=CTΦΙ?cosφ2,雖然I?很大，cosφ2很低，故T也并不大。因此，三相異步電動機在起動時的特點是：起動電流大，起動功因數(shù)低，起動轉(zhuǎn)矩并不很大。二、三相異步電機功率、效率和轉(zhuǎn)矩P1=U1I1cosφ1×10-3

電機轉(zhuǎn)軸上帶動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的總機械功率PMEC為：

PMEC=Pem-PCu2電磁感應(yīng)作用傳遞到轉(zhuǎn)子上的功率，叫電磁功率，用戶Pem表示，Pem=P1?PCul?PFe

1.功率及效率轉(zhuǎn)軸上輸出的機械功率。P2=PMEC-Pmec-PadPmec為機械摩擦損耗Pad為風(fēng)的阻力及其他附加損耗1.功率及效率二、三相異步電機功率、效率和轉(zhuǎn)矩異步電動機的功率流程圖

1.功率及效率二、三相異步電機功率、效率和轉(zhuǎn)矩一般把機械損耗和附加損耗統(tǒng)稱為電動機的空載損耗，用P0表示，于是P2=PMEC?P0

異步電動機的總的功率平衡方程式為：P2=P1?PCul?PFe-PCu2-Pmec-Pad=P1?ΣP

ΣP=PCu1+PFe+PCu2+Pmec+Pad為異步電動機的總損耗

1.功率及效率

η=二、三相異步電機功率、效率和轉(zhuǎn)矩1.功率及效率Y2-132S-4三相異步電動機輸出功率P2=11kW，電壓U1=380V，電流I1=22.3A，電動機功率因數(shù)cosφ1=0.85，求輸入功率P1及效率η。解由三相異步電動機功率公式可得二、三相異步電機功率、效率和轉(zhuǎn)矩二、三相異步電機功率、效率和轉(zhuǎn)矩因為P=T·Ω

故=+Tem=

=

=

2.功率和轉(zhuǎn)矩的關(guān)系二、三相異步電機功率、效率和轉(zhuǎn)矩T2=P2/Ω=

2.功率和轉(zhuǎn)矩的關(guān)系化簡可得到輸出轉(zhuǎn)矩和輸出功率的常用計算公式：二、三相異步電機功率、效率和轉(zhuǎn)矩有Y160M-4及Y180L-8型三相異步電動機各一臺，額定功率都是P2=11kW，前者額定轉(zhuǎn)速1460r/min，后者額定轉(zhuǎn)速730r/min，分別求它們的額定輸出轉(zhuǎn)矩T2。輸出功率相同的異步電動機如極數(shù)多，則轉(zhuǎn)速就低，輸出轉(zhuǎn)矩就大；極數(shù)少，轉(zhuǎn)速高，則輸出的轉(zhuǎn)矩就小三、三相異步電機機械特性由于異步電動機的轉(zhuǎn)矩是由載流導(dǎo)體在磁場中受電磁力的作用而產(chǎn)生的，因此轉(zhuǎn)矩的大小與旋轉(zhuǎn)磁場的磁通由φm、轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中的電流I2及轉(zhuǎn)子功率因數(shù)有關(guān)，即Tem=CMφmI2cosφ2CM為電動機的轉(zhuǎn)矩常數(shù)

通過一定的數(shù)學(xué)換算(證明略)變換成下式三、三相異步電機機械特性異步電動機的轉(zhuǎn)矩特性曲線異步電動機的機械特性曲線四、三相異步電機運行性能1．啟動點d即n=0(或s=1)，電動機軸上產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩稱為啟動轉(zhuǎn)矩Tst。(又稱堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩)，如啟動轉(zhuǎn)矩Tst大于電動機軸上所帶的機械負載轉(zhuǎn)矩TL，則電動機就能啟動；反之，電動機則無法啟動。通過分析可得啟動轉(zhuǎn)矩啟動時，f2很高，X20>>R2，上式可近似寫成

四、三相異步電機運行性能2．理想空載點a即n=n1(或s=0)，此時轉(zhuǎn)子電流I2為零，故轉(zhuǎn)矩T=0。實際運行時，電動機轉(zhuǎn)速不可能達到n1，因此稱此點為理想空載運行點。3．額定運行點b對應(yīng)的轉(zhuǎn)速稱為額定轉(zhuǎn)速nN，此時的轉(zhuǎn)差率稱為額定轉(zhuǎn)差率sN，而電動機軸上產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩則稱為額定轉(zhuǎn)矩TN

4．臨界運行點c此時電動機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩最大，稱為最大轉(zhuǎn)矩Tm，該點轉(zhuǎn)速nc稱為臨界轉(zhuǎn)速。對應(yīng)于臨界轉(zhuǎn)速時的轉(zhuǎn)差率稱臨界轉(zhuǎn)差率sC

四、三相異步電機運行性能四、三相異步電機運行性能四、三相異步電機運行性能例2-7有一臺籠型三相異步電動機，額定功率PN=40kW，額定轉(zhuǎn)速nN=1450r/min，過載系數(shù)λm=2.2，求額定轉(zhuǎn)矩TN，最大轉(zhuǎn)矩Tm。四、三相異步電機運行性能例2-8已知Y2-132S-4三相異步電動機的額定功率PN=5.5kW，額定轉(zhuǎn)速nN=1440r/min，λst=Tst/TN=2.3。求（1）在額定電壓下啟動時的啟動

轉(zhuǎn)矩Tst；（2）若電動機軸上所帶負載阻力矩TL為60N·m，問當(dāng)電網(wǎng)電壓降為額定電壓的80%時，該電動機能否啟動？

解（1）

Tst=λst×TN=2.3×36.48=83.9N·m（2）=0.64Tst=0.64×83.9=53.7N·m由于<TL，故電動機不能啟動五、三相異步電機穩(wěn)定運行區(qū)電動機在運行中拖動的負載轉(zhuǎn)矩TL必須小于電動機的最大轉(zhuǎn)矩Tm,電動機才有可能穩(wěn)定運行，否則電動機將因拖不動負載而被迫停轉(zhuǎn)。

通常異步電動機穩(wěn)定運行在圖2-27所示機械特性曲線的abc段上。從這段曲線可以看出，當(dāng)負載轉(zhuǎn)矩有較大的變化時，異步電動機的轉(zhuǎn)速變化并不大，因此異步電動機具有硬的機械特性。這個轉(zhuǎn)速范圍(n?～nc),稱為異步電動機的穩(wěn)定運行區(qū)。對于穩(wěn)定運行區(qū)可作這樣的理解，設(shè)電動機在額定轉(zhuǎn)矩TN下運行，則對應(yīng)的轉(zhuǎn)速為nN。現(xiàn)假設(shè)負載轉(zhuǎn)矩突然增大，則電動機轉(zhuǎn)矩將小于負載轉(zhuǎn)矩，電動機即減速，隨著電動機轉(zhuǎn)速的下降，電動機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩即增加，當(dāng)增加到與負載轉(zhuǎn)矩相等時，電動機即在該轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運行。用同樣的道理可分析當(dāng)負載轉(zhuǎn)矩減小時，電動機將在稍高的轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運行。這也就是為什么電動機的空載轉(zhuǎn)速稍高于額定轉(zhuǎn)速的原因。謝謝！第六節(jié)：三相異步電動機的啟動第二章

三相異步電動機

目錄目錄Content儀用互感器三相籠型異步電機直接啟動01三相籠型異步電機降壓啟動02繞線轉(zhuǎn)子異步電機啟動03概述

起動性能分析

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(dǎo)體切割磁力線速度很大，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢轉(zhuǎn)子電流定子電流概述

起動是指電動機接通電源后轉(zhuǎn)速從零開始逐漸加速到正常運轉(zhuǎn)的過程。由電動機所拖動的各種生產(chǎn)、運輸機械及電氣設(shè)備對異步電動機的起動所提出的要求主要有：(1)電動機應(yīng)有足夠大的起動轉(zhuǎn)矩。(2)在保證足夠的起動轉(zhuǎn)矩前提下，電動機的起動電流應(yīng)盡量小。(3)起動所需的控制設(shè)備應(yīng)盡量簡單、力求價格低廉、操作及維護方便。(4)起動過程中的能量損耗應(yīng)盡量小。一、三相籠型異步電機直接啟動

起動即是將電動機三相定子繞組直接接到額定電壓的電網(wǎng)上來起動電動機，因此又稱全壓起動。一臺異步電動機能否采用直接起動應(yīng)視電網(wǎng)的容量(變壓器的容量)、電網(wǎng)允許干擾的程度及電動機的類型、起動次數(shù)等許多因素決定，究竟多大容量的電動機能夠直接起動呢?通常認為容量在11kW以下的三相異步電動機一般均可采用直接起動，或電動機起動時在