第4章交流電動機(jī)

4-1異步電動機(jī)的應(yīng)用非常廣泛：在家用電器方面：電風(fēng)扇、空調(diào)機(jī)、洗衣機(jī)、電冰箱等。在農(nóng)業(yè)方面：脫粒機(jī)、碾米機(jī)、揉草機(jī)、離心泵等。在工業(yè)方面：水泵、破碎機(jī)、軋鋼機(jī)、切削機(jī)床等。異步電動機(jī)的分類：1.按電機(jī)定子相數(shù)分：三相異步電動機(jī)、兩相異步電動機(jī)、單相異步電動機(jī)。2.按電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)分：籠型異步電動機(jī)、繞線型異步電動機(jī).第4章交流電動機(jī)4-24.1三相異步電動機(jī)的構(gòu)造4.2三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)動原理4.3三相異步電動機(jī)的電路分析4.4三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩與機(jī)械特性4.5三相異步電動機(jī)的起動4.8三相異步電動機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)4.6三相異步電動機(jī)的調(diào)速4.9單相異步電動機(jī)4.7三相異步電動機(jī)的制動4-3三相異步電動機(jī)主要部件是由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。此外，還有端蓋、機(jī)座、軸承、風(fēng)扇等部件。4.1三相異步電動機(jī)的構(gòu)造4-44-5三相異步電動機(jī)主要部件是由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。此外，還有端蓋、機(jī)座、軸承、風(fēng)扇等部件。端蓋機(jī)座4-6三相異步電動機(jī)主要部件是由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。此外，還有端蓋、機(jī)座、軸承、風(fēng)扇等部件。定子4-7三相異步電動機(jī)主要部件是由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。此外，還有端蓋、機(jī)座、軸承、風(fēng)扇等部件。定子轉(zhuǎn)子軸承端蓋機(jī)座4-8下面是它主要部件的拆分圖。

右圖是一臺三相鼠籠型異步電動機(jī)的外形圖。4-91.定子三相異步電動機(jī)的定子是由定子鐵心和定子繞組組成。這是機(jī)座定子鐵心和定子繞組示意圖定子繞組鐵心定子鐵心是由沖有槽孔的硅鋼片疊壓而成這是定子硅鋼片4-10在定子槽孔中放置三相彼此獨(dú)立的繞組定子繞組U1W2V1U2W1V2U1U2

V1V2

W1W2首端:U1,V1,W1末端:U2,V2,W2Y接法U1U2V1V2W1W2L1L2L3

接法U1U2V1V2W1W2L1L2L34-11U1V1W1W2U2V2接線盒U1V1W1W2U2V2U1U2V1V2W1W2L1L3L21.Y接法L1L2L3U1U2V1V2W1W2L1L2L3△接法2.U1V1W1W2U2V2L1L2L34-12這是繞線型轉(zhuǎn)子鐵心與繞組

2.轉(zhuǎn)子外接電阻電刷滑環(huán)轉(zhuǎn)子鐵心轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)子鐵心是由相互絕緣的硅鋼片疊壓而成。有線圈：繞線型轉(zhuǎn)子無線圈：籠型轉(zhuǎn)子4-13

籠型轉(zhuǎn)子是由嵌放在轉(zhuǎn)子鐵心槽內(nèi)的導(dǎo)電條組成，在轉(zhuǎn)子鐵心的兩端各用一個導(dǎo)電端環(huán)把所有的導(dǎo)電條連接起來。這是籠型轉(zhuǎn)子4-14設(shè)：電流的流入端用表示電流的流出端用表示定子繞組與轉(zhuǎn)子繞組定子繞組轉(zhuǎn)子繞組U1W2V1U2W1V24-151.定子旋轉(zhuǎn)磁場i1i2i3i1=Imsinti2=Imsin(t-120

)i3=Imsin(t+120

)相序U-V-W

ti0U1U2V1V2W1W2i1i2i3i正方向：首端

末端如：

i10U1U2i1

0U2U14.2

三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)動原理L1L2L34-1660°i1

0i20i3=

00°i1=

0i20i3

0設(shè)：電流的流入端用表示

電流的流出端用表示i1ii2i3120°i1>0i2=0i30

t空間相差120o

角的三相繞組，通入對稱三相電流，當(dāng)電流隨時間交變時，產(chǎn)生的兩極磁場在空間旋轉(zhuǎn)。4-17i1i2i3U1V1V2W1W2U2U1'U2'W1'W2'V1'V2'(1)、旋轉(zhuǎn)磁場的極對數(shù)Pt=0°U1W2'V1U2'W1'U2W1V2U1'W2V1'V2'SNU1W2V1U2W1V2NS0°（P=1）（P=2）iU1iV1iCU1U2V1V2W1W2N0°Si1=

0i20iC

0結(jié)論：當(dāng)定子每相中有K個線圈串聯(lián),通入對稱三相交流電后,產(chǎn)生一個K對磁極旋轉(zhuǎn)磁場。（P=K）4-1860°t=60°NSU1W2'V1U2'W1'U2W1V2U1'W2V1'V2'30°SN0°tiiU1iV1iW10U1W2'V1U2'W1'NSU2W1V2U1'W2V1'V2'0°SNiU1

0iV10i3=

0(2)、旋轉(zhuǎn)磁場的速度n0pn0=——60

f1—電源的頻率—磁極對數(shù)t=0°4-192.三相異步電動機(jī)的工作原理4-203、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n、轉(zhuǎn)差率S、轉(zhuǎn)子電動勢的頻率f2n0S=——n0–nn=(1–S)n0轉(zhuǎn)差率0<S

<

轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n0–n

n=轉(zhuǎn)子線圈中的感應(yīng)電動勢的頻率f2轉(zhuǎn)子導(dǎo)線切割旋轉(zhuǎn)磁場的速度n0n0

=——n0–n=Sn0f2=f1Sp——=60

f2p=——60

f1S4-21U1W2V1U2W1V2主磁通

漏磁通

s1(很小)4.3三相異步電動機(jī)的電路分析漏磁通

s2i1u1+--+-+-+-+4-22

u1→i1i1

→i2→i2

(主磁通)

s1(漏磁通)

s2

s2→

–

L2—es2di2dt三相異步電動機(jī)的一相等效電路圖R2u1_+

E1=4.44f1N1

mes2+_es1+_

E2=4.44f2N2

me2e2=–

N2—–dF2

dt+_e1=–

N1—–dF

dte1+_4-231定子電路U1

E1=4.44f1N1

：旋轉(zhuǎn)磁場每極磁通最大值N1：每相定子繞組匝數(shù)u1_+es1+_e1+_

E1=4.44f1N1

m4-24=4.44f1N2S=E20S2轉(zhuǎn)子電路E20=4.44f1N2

：旋轉(zhuǎn)磁場每極磁通最大值N2：每相轉(zhuǎn)子繞組匝數(shù)R2：每相轉(zhuǎn)子繞組電阻Xs2：每相轉(zhuǎn)子繞組漏磁感抗Xs2=2f2L2i2R2es2+_e2+_E2=4.44f2N2

E2=–ES2+I2R2?????=I2(R2+j

XS2)=I2Z24-252

R2+XS2E22I2=———2轉(zhuǎn)子電路cos

2=—————R2

R2+(SX20)2

2i2R2es2+_e2+_2

R2+(SX20)SE202=XS2=2f2L2=2Sf1L2=SX20X20=2f1L2E2=–ES2+I2R2?????=I2(R2+j

XS2)=I2Z24-26I2cos

2cos

2I20S1I22=–—————SE20

R2+

(SX20)2cos

2=

—————R2

R2+(SX20)2

2轉(zhuǎn)子電流，轉(zhuǎn)子功率因素cos

2與轉(zhuǎn)差率S的關(guān)系I24-27T=G

I2cos

24.4.1轉(zhuǎn)矩公式4.4三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩與機(jī)械特性

————U14.44f1N1E20=4.44f1N2

4.44f1N1=4.44f1N2————U1T

=

CU1

______________SR2R2+(SX20)2222

R2+(SX20)SE202I2=cos

2=—————R2

R2+(SX20)2

2T與U12成正比

N1=————N2

U14-28ST10TstTmSmT=

CU12—————SR2R2

+

(SX20)22轉(zhuǎn)矩特性

T=

f(S)Sm=

–—R2X20臨界轉(zhuǎn)差率最大轉(zhuǎn)矩Tm

=

C

——U122X20Tst=

CU1

———–R2R2

+

X20222

CU1——R2X2022起始轉(zhuǎn)矩4-29ST0abc1n0n0T

n0n0TabcTstTmTLnLn=n0(1-S)4.4.2機(jī)械特性d在cb段n↑→T↑→ba段在ba段n↑→T↓→T=TL

n=f(T)硬特性：負(fù)載變化時，轉(zhuǎn)速變化不大，運(yùn)行特性好。軟特性：負(fù)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)選用不同的電動機(jī)。如金屬切削，選硬特性電機(jī)；重載起動則選軟特性電動機(jī)。機(jī)械特性的軟硬4-31TN=————PN2

nN/60TN=

9550———–PN(kW)nN(r/min)4.4.3額定轉(zhuǎn)矩的計(jì)算電機(jī)在額定電壓下，以額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行，輸出額定功率

時，電機(jī)轉(zhuǎn)軸上輸出的轉(zhuǎn)矩。過載系數(shù)

m

Tm

TN

m

1.8

2.2Tω=P(N.m)4-324.8三相異步電動機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)型號額定功率因數(shù)cos

N--電動機(jī)在額定運(yùn)行情況下的定子電路功率因數(shù)。

3UNINcos

NP1=輸入功率額定電壓UN---電動機(jī)在額定運(yùn)行情況下的定子繞組所加線電壓。額定電流IN---電動機(jī)在額定情況下運(yùn)行時定子繞組的線電流。4-33額定轉(zhuǎn)速nN---電動機(jī)在額定運(yùn)行情況下的轉(zhuǎn)速額定效率

N--是指額定運(yùn)行情況下輸出功率與輸入功率的比值=————————100

PN

3UNINcos

N

N=9550———

PNnNTN額定轉(zhuǎn)矩TN---在額定運(yùn)行情況下，電動機(jī)軸上負(fù)載轉(zhuǎn)矩。額定功率PN--在額定運(yùn)行情況下電動機(jī)軸上所輸出的機(jī)械功率。例:

1)解:

一臺Y225M-4型的三相異步電動機(jī)，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%，cos

N=0.88，Ist/IN=7.0,Tst/TN=1.9，Tmax/TN=2.2，求：

1)額定電流IN,Ist

?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Tst

。

Ist=7IN=784.2=589.4A

2）由Y225M-4

，可知p=2（四極電動機(jī)）3）4-364.5.1起動性能4.5三相異步電動機(jī)的起動起動初始瞬間，n=0，S=1

起動電流IST大，5~4IN。

過大的起動電流在短時間內(nèi)會在線路上造成較大的電壓降落，影響鄰近負(fù)載的正常工作。

起動轉(zhuǎn)矩TST不大I2cos

2cos

2I20S1頻繁起動會使電動機(jī)過熱。4-371.直接起動特點(diǎn)：起動電流大。簡單、起動過程快，適用于中小型籠型異步電動機(jī)2.降壓起動

起動時降低電動機(jī)的電源電壓，待電動機(jī)轉(zhuǎn)速接近穩(wěn)定轉(zhuǎn)速時，再把電壓恢復(fù)正常。4.5.2起動方法4-38（1）Y-

降壓起動法FU~~W2U1U2V1V2W1Q1定子繞組

Q2YU1U2V1W1V2W2Y型W1V1U1U2V2W2

型1、起動電流和起動轉(zhuǎn)矩都降低到直接起動時的1/32、Y-

起動僅適用于正常接法為三角形接法的電動機(jī)(2)自耦降壓起動L1L3L2QQ2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(guān)QQ2自耦降壓起動適合于容量較大的或正常運(yùn)行時聯(lián)成Y形不能采用Y－

起動的鼠籠式異步電動機(jī)。IstIst'Ist"Ist=(N2/N1)2

Ist"Tst=(N2/N1)2

Tst"4-40轉(zhuǎn)子繞組中串電阻，減小起動電流，提高起始轉(zhuǎn)矩。（3）轉(zhuǎn)子串電阻起動2

R2+XS2E2I20=————2Tst

CU1——R2X2022Rst轉(zhuǎn)子

n0TTmsn0Sm

SmR2<R’2′解：

在上例中(1)如果負(fù)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(jī)能否起動？（2）采用Y-

起動時，求起動電流和起動轉(zhuǎn)矩。(1)在U=UN時

Tst=551.8N?m>510.2N.m不能起動(2)

在U′=0.9UN時能起動例2:(3)4-42課后作業(yè)：P160-163頁A選擇題：4.2.1~4.4.5B基本題：4.5.24-431.改變極對數(shù)p

調(diào)速p=

(1–S)

——60

f1n調(diào)速方法Y4.6三相異步電動機(jī)的調(diào)速p

=1p

=2有級調(diào)速特點(diǎn):適用于不需要無級調(diào)速的生產(chǎn)機(jī)械，如金屬切削機(jī)床、升降機(jī)、起重設(shè)備、風(fēng)機(jī)、水泵等。4-44(1).調(diào)壓調(diào)速-----改變定子繞組的電壓U調(diào)速0TTmax

UN

nsSmn0

U1

TLa調(diào)速前：穩(wěn)定運(yùn)行在a點(diǎn)U=UN，n=nana調(diào)速后：穩(wěn)定運(yùn)行在c點(diǎn)cU=U1，n=ncnc

特點(diǎn)：（1）調(diào)速范圍不大（2）無級調(diào)速（3）Tmax

2.改變轉(zhuǎn)差率S

調(diào)速4-45(2).轉(zhuǎn)子回路串電阻R2s調(diào)速（用于繞線式電動機(jī)）

R2n0Tsn0

R2+R2s

TLa轉(zhuǎn)子回路不串電阻，n=nana調(diào)速前：穩(wěn)定運(yùn)行在a點(diǎn)調(diào)速后：穩(wěn)定運(yùn)行在c點(diǎn)轉(zhuǎn)子回路串電阻R2s，n=nccnc特點(diǎn)：（1）串電阻后轉(zhuǎn)速降低（2）有級調(diào)速。（3）Tmax不變（4）低速時損耗大。適用于短時重復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)的起重運(yùn)輸設(shè)備4-463.變頻調(diào)速

U1=4.44f1N1K1

調(diào)整電源頻率f1時,應(yīng)同時調(diào)整電源電壓U1,保證、Tm不變。A.大范圍調(diào)速；B.無級調(diào)速；特點(diǎn):C.需要專門的變頻調(diào)速設(shè)備，成本較高(1)f1<f1N(2)f1>f1NTm

=

C

——U122X20

U1=U1N4-47當(dāng)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n超過旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速no時，這時的轉(zhuǎn)矩是制動轉(zhuǎn)矩。電動機(jī)進(jìn)入反饋制動狀態(tài)。4.7三相異步電動機(jī)的制動制動：在外部條件作用下，電動機(jī)的T與n反向E2(I2)ff4-48一、能耗制動制動時將定子繞組從三相電源斷開，然后接入低壓直流電源。產(chǎn)生固定磁場,旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子導(dǎo)條內(nèi)產(chǎn)生e2及i2，i2與固定磁場相互作用，產(chǎn)生與n相反的電磁轉(zhuǎn)矩---制動轉(zhuǎn)矩，使n減速。當(dāng)n→0,

i2→0,T→0制動:動能→電能→熱能優(yōu)點(diǎn)：能耗小，制動準(zhǔn)確、平穩(wěn)，不會反轉(zhuǎn)缺點(diǎn)：需要另外加直流電源ffEE2(I2)4-49二、反接制動將三相中的任意兩相對調(diào)，產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩，使M停機(jī)。旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子的相對轉(zhuǎn)速為(n0+n)→

I2

→

I1

必須在籠型電動機(jī)的定子或繞線式電動機(jī)的轉(zhuǎn)子中串入電阻R，以防止燒壞繞組。fEf優(yōu)點(diǎn)：方法簡單，制動效果好。缺點(diǎn)：能量消耗大。E2(I2)4-50

用途：功率不大的電動工具：如電鉆、攪拌器等4.9單相異步電動機(jī)

功率：一般為幾

幾百瓦。單相異步電動機(jī):

定子只有一相主繞組，轉(zhuǎn)子采用鼠籠式轉(zhuǎn)子家用電器：如電風(fēng)扇、電冰箱、洗衣機(jī)、抽油煙機(jī)等4-51ff一、單相異步電動機(jī)的磁場當(dāng)定子單相繞組中通入單相交流電后產(chǎn)生的磁場為正弦交變脈振磁場：

軸線固定，幅值隨時間正弦交變

i=Imsint

ti0

=

msint

t

0可將脈振磁場分解為兩個幅值相等、以同一轉(zhuǎn)速

n0向相反方向旋轉(zhuǎn)的磁通。4-52T（合成轉(zhuǎn)矩）

脈振磁場可以分解為兩個幅值相等`轉(zhuǎn)速相同(均為