電工電子-第7章電動機

電工技術第2篇電工技術電動機是生產和生活中的主要負載。了解三相異步電動機的結構、原理和特性，理解電動機的額定值，掌握電動機的起動、反轉和調速等的正確方法。電動機第7章第2篇電工技術

第7章電動機7.1

電動機綜述7.2

三相異步電動機的基本結構和工作原理7.3異步電動機的特性7.4三相異步電動機的起動和調速7.5三相異步電動機的額定值第2篇電工技術三相異步電動機的工作原理，電動機的應用三相異步電動機的工作原理第7章電動機三相異步電動機的結構及其工作原理，電動機的特性和應用主要內容：重點內容：難點內容：第7章電動機三相異步電動機的結構及其工作原理。預習內容：1、三相異步電動機結構

/us/63316102/19868544.shtml

/v_show/id_XOTI5OTM3MjA=.html

2、動畫演示三相異步電機工作原理|HowdoesanInductionMotorwork?/v_show/id_XNzc2NjU5NDI0.html?tpa=dW5pb25faWQ9MTAyMjEzXzEwMDAwMl8wMV8wMQ#paction3、3D動畫演示三相感應電動機的工作原理/w_19rue5ce0t.html

4、異步電機原理演示/v_show/id_XMjQ1MDU0MjAw.html

5、7.2

三相異步電動機的基本結構和工作原理一、基本結構1、定子鐵心：由內周有槽的硅鋼片疊成。A----XB----YC----Z三相繞組機座：鑄鋼或鑄鐵7.2

三相異步電動機的基本結構和工作原理一、基本結構

轉子:在旋轉磁場作用下，產生感應電動勢或電流。2、轉子鼠籠轉子鐵心：由外周有槽的硅鋼片疊成。(1)鼠籠式轉子鐵芯槽內放銅條，端部用短路環(huán)形成一體。或鑄鋁形成轉子繞組。(2)繞線式轉子同定子繞組一樣，也分為三相，并且接成星形。鼠籠式繞線式7.2

三相異步電動機的基本結構和工作原理一、基本結構7.2

三相異步電動機的基本結構和工作原理一、基本結構鼠籠式電動機與繞線式電動機的的比較：鼠籠式：結構簡單、價格低廉、工作可靠；不能人為改變電動機的機械特性。繞線式：結構復雜、價格較貴、維護工作量大；轉子外加電阻可人為改變電動機的機械特性。7.2

三相異步電動機的基本結構和工作原理二、工作原理7.2

三相異步電動機的基本結構和工作原理二、工作原理

定子三相繞組通入三相交流電(星形聯(lián)接)AXBYCZ1、旋轉磁場的產生o7.2

三相異步電動機的基本結構和工作原理二、工作原理o規(guī)定

i:“+”首端流入，尾端流出。

i:“–”尾端流入，首端流出。AYCBZX(?)電流出(

)電流入7.2

三相異步電動機的基本結構和工作原理二、工作原理AXYCBZAXYCBZAXYCBZ

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60°合成磁場旋轉90°600o7.2

三相異步電動機的基本結構和工作原理二、工作原理分析可知：三相電流產生的合成磁場是一旋轉的磁場

即：一個電流周期，旋轉磁場在空間轉過360°取決于三相電流的相序2、旋轉磁場的旋轉方向任意調換兩根電源進線(電路如圖)AXCZBYAXBYCZ7.2

三相異步電動機的基本結構和工作原理二、工作原理AAXZBCYAAXZBCY結論：任意調換兩根電源進線，則旋轉磁場反轉。

t0o7.2

三相異步電動機的基本結構和工作原理二、工作原理3、旋轉磁場的極對數(shù)p當三相定子繞組按圖示排列時，產生一對磁極的旋轉磁場，即：o

tAXBYCZAXYCBZ7.2

三相異步電動機的基本結構和工作原理

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磁場。C'Y'ABCXYZA'X'B'Z'AXBYC3、旋轉磁場的極對數(shù)p7.2

三相異步電動機的基本結構和工作原理極對數(shù)旋轉磁場的磁極對數(shù)與三相繞組的排列有關C'Y'ABCXYZA'X'B'Z'03、旋轉磁場的極對數(shù)p7.2

三相異步電動機的基本結構和工作原理4、旋轉磁場的轉速工頻：旋轉磁場的轉速取決于磁場的極對數(shù)p=1時

t0oAXYCBZAXYCBZAXYCBZ7.2

三相異步電動機的基本結構和工作原理p=2時04、旋轉磁場的轉速7.2

三相異步電動機的基本結構和工作原理4、旋轉磁場的轉速旋轉磁場轉速n0與極對數(shù)p的關系極對數(shù)每個電流周期磁場轉過的空間角度同步轉速旋轉磁場轉速n0與頻率f1和極對數(shù)p有關?？梢?

5、轉子轉動原理異步電動機名稱的由來？感應電動機名稱的由來？7.2

三相異步電動機的基本結構和工作原理AXYCBZ定子三相繞組通入三相交流電方向:順時針

切割轉子導體右手定則感應電動勢E20旋轉磁場感應電流I2旋轉磁場左手定則電磁力FF電磁轉矩TnF7.2

三相異步電動機的基本結構和工作原理6、轉差率

旋轉磁場的同步轉速和電動機轉子轉速之差與旋轉磁場的同步轉速之比稱為轉差率。由前面分析可知，電動機轉子轉動方向與磁場旋轉的方向一致，但轉子轉速n不可能達到與旋轉磁場的轉速相等，即異步電動機如果:無轉子電動勢和轉子電流轉子與旋轉磁場間沒有相對運動，磁通不切割轉子導條無轉矩因此，轉子轉速與旋轉磁場轉速間必須要有差別。7.2

三相異步電動機的基本結構和工作原理6、轉差率

異步電動機運行中:轉子轉速亦可由轉差率求得轉差率s

例：一臺三相異步電動機，其額定轉速

n=975r/min，電源頻率f1=50Hz。試求電動機的極對數(shù)和額定負載下的轉差率。解：根據(jù)異步電動機轉子轉速與旋轉磁場同步轉速的關系可知：n0=1000r/min,即p=3額定轉差率為7.3

異步電動機的特性一、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

eU1

E1=4.44fN1

E2=4.44fN2

E1、E2頻率相同，都等于電源頻率。異步電動機每相電路i1u1e1e

1e2e

2i2+－++++－－－－f1f2一、三相異步電動機的電路分析1定子電路(1)旋轉磁場的磁通

異步電動機：旋轉磁場切割導體e，

U1

E1=4.44

f1N1

每極磁通旋轉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一、三相異步電動機的電路分析2轉子電路(1)轉子感應電勢頻率f2∵定子導體與旋轉磁場間的相對速度固定，而轉子導體與旋轉磁場間的相對速度隨轉子的轉速不同而變化定子感應電勢頻率f1

轉子感應電勢頻率f2

轉子感應電勢頻率f2旋轉磁場切割定子導體和轉子導體的速度不同一、三相異步電動機的電路分析E2=4.44f2N2

=4.44sf1N2

當轉速n=0(s=1)時，f2最高，且E2最大，有E20=4.44

f1N2

轉子靜止時的感應電勢即E2=

sE20

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

f1L2即X2=

sX20

(2)轉子感應電動勢E2一、三相異步電動機的電路分析(4)轉子電流I2(5)轉子電路的功率因數(shù)cos

2轉子繞組的感應電流一、三相異步電動機的電路分析轉子繞組的感應電流轉子電路的功率因數(shù)結論：轉子轉動時，轉子電路中的各量均與轉差率

s有關，即與轉速

n有關。I2cos

2s1I2,O7.3

異步電動機的特性二、電磁轉矩特性

轉子中各載流導體在旋轉磁場的作用下,受到電磁力所形成的轉矩之總和。常數(shù)，與電機結構有關旋轉磁場每極磁通轉子電流轉子電路的功率因數(shù)7.3

異步電動機的特性二、電磁轉矩特性由此得電磁轉矩公式由前面分析知：7.3

異步電動機的特性二、電磁轉矩特性由公式可知1.T與定子每相繞組電壓成正比。U1

T

2.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。繞線式異步電動機可外接電阻來改變轉子電阻R2

，從而改變轉距。7.3

異步電動機的特性三、機械特性OTS根據(jù)轉矩公式得特性曲線：OT17.3

異步電動機的特性三、機械特性電動機在額定負載時的轉矩。1.額定轉矩TNOT額定轉矩(N?m)如某普通機床的主軸電機(Y132M-4型)的額定功率為7.5kw,額定轉速為1440r/min,則額定轉矩為7.3

異步電動機的特性三、機械特性2.最大轉矩Tmax轉子軸上機械負載轉矩T2不能大于Tmax

，否則將造成堵轉(停車)。電機帶動最大負載的能力。令：求得臨界轉差率OTTmax將sm代入轉矩公式，可得7.3

異步電動機的特性三、機械特性當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。電機嚴重過熱而燒壞。(2)sm與R2有關，R2

sm

n。繞線式電機改變轉子附加電阻R′2可實現(xiàn)調速。

2.最大轉矩Tmax7.3

異步電動機的特性三、機械特性3.起動轉矩Tst起動時n=0時，s=1(2)Tst與R2有關，適當使

R2

Tst

。對繞線式電機改變轉子附加電阻

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4.電動機的運行分析電動機的電磁轉矩可以隨負載的變化而自動調整，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

、s

E2,I2

I1

電源提供的功率自動增加。T2

s

T2>TT=T2n

T

T′2達到新的平衡T2常用特性段TO7.3

異步電動機的特性三、機械特性7.3

異步電動機的特性三、機械特性5.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U

Tm

Tst

T2TO7.3

異步電動機的特性三、機械特性(2)R2變化對機械特性的影響TOR2

Tst

n

硬特性：負載變化時，轉速變化不大，運行特性好。軟特性：負載增加時轉速下降較快，但起動轉矩大，起動特性好。

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。一、三相異步電動機的起動7.4

三相異步電動機的起動和調速1、起動性能起動問題：起動電流大，起動轉矩小。

一般中小型鼠籠式電機起動電流為額定電流的5~7倍;電動機的起動轉矩為額定轉矩的(1.0~2.2)倍。大電流使電網電壓降低，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，轉子導體切割磁力線速度很大，轉子感應電勢轉子電流定子電流

一、三相異步電動機的起動7.4

三相異步電動機的起動和調速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（適用于鼠籠式電動機）(3)轉子串電阻起動（適用于繞線式電動機）以下介紹降壓起動和轉子串電阻起動。7.4

三相異步電動機的起動和調速2、起動方法（1）

降壓起動---Y－

換接起動+－

起動U1U2V1V1W1W2

+－正常運行U1U2V1V2W1W2設：電機每相阻抗為7.4

三相異步電動機的起動和調速2、起動方法（1）

降壓起動---Y－

換接起動(a)僅適用于正常運行為三角形聯(lián)結的電機。

(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7.4

三相異步電動機的起動和調速（1）

降壓起動---自藕變壓器起動

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。L1L3L2FUQ合刀閘開關QQ2一、三相異步電動機的起動7.4

三相異步電動機的起動和調速

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－

起動的鼠籠式異步電動機。（1）

降壓起動---自藕變壓器起動（2）繞線式電動機轉子電路串電阻起動起動時將適當?shù)腞串入轉子電路中，起動后將R短路。7.4

三相異步電動機的起動和調速RRR滑環(huán)電刷定子轉子起動電阻?（2）繞線式電動機轉子電路串電阻起動2、起動方法7.4

三相異步電動機的起動和調速

若R2選得適當，轉子電路串電阻起動既可以降低起動電流，又可以增加起動轉矩。常用于要求起動轉矩較大的生產機械上。R2-TTst

-TO（2）繞線式電動機轉子電路串電阻起動2、起動方法7.4

三相異步電動機的起動和調速3、三相異步電動機的正、反轉

方法：任意調換電源的兩根進線，電動機反轉。電動機正轉電動機反轉電源~UVWM3~UVW電源~M3~二、三相異步電動機的調速7.4

三相異步電動機的起動和調速1、變頻調速(無級調速)

f=50Hz逆變器M3~整流器f1、U1可調+–~變頻調速方法恒轉距調速（f1<f1N）恒功率調速（f1>f1N）頻率調節(jié)范圍：0.5~幾百赫茲三種電氣調速方法二、三相異步電動機的調速7.4

三相異步電動機的起動和調速

變頻調速方法可實現(xiàn)無級平滑調速,調速性能優(yōu)異，因而正獲得越來越廣泛的應用。1、變頻調速(無級調速)2、變極調速(有級調速)采用變極調速方法的電動機稱作雙速電機，由于調速時其轉速呈跳躍性變化，因而只用在對調速性能要求不高的場合，如銑床、鏜床、磨床等機床上。二、三相異步電動機的調速7.4

三相異步電動機的起動和調速2、變極調速(有級調速)A1X1A2X2iip=2··A1A2X1X2··NNSS二、三相異步電動機的調速7.4

三相異步電動機的起動和調速2、變極調速(有級調速)A1X1A2X2ii??p=1A1··A2X1X2SN二、三相異步電動機的調速7.4

三相異步電動機的起動和調速3、變轉差率調速(無級調速)To

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

′s??Tso7.5

三相異步電動機的額定值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7.5

三相異步電動機的額定值2.接法接線盒定子三相繞組的聯(lián)接方法。通常V1W2U1W1U2V2U2U1W2V1V2W1U1V1W1W2U2V2W2U2V2V1W1U1Y聯(lián)結W1U1V1W2U2V2聯(lián)結7