電工與電子技術(shù)基礎(chǔ) 第6章 三相異步電動(dòng)機(jī)

第6章三相異步電動(dòng)機(jī)6.2三相異步電動(dòng)機(jī)的定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)6.3三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和磁極對(duì)數(shù)6.4三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性6.6三相異步電動(dòng)機(jī)的使用6.5三相異步電動(dòng)機(jī)的銘牌和技術(shù)數(shù)據(jù)6.1三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理電動(dòng)機(jī)交流電動(dòng)機(jī)直流電動(dòng)機(jī)籠式繞線式異步機(jī)同步機(jī)他勵(lì)、并勵(lì)、串勵(lì)、復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)的分類：本章主要介紹籠式三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、機(jī)械特性及控制方法返回電動(dòng)機(jī)的外形：返回6.1三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理6.1.1轉(zhuǎn)動(dòng)原理銅條組成的籠型轉(zhuǎn)子可以旋轉(zhuǎn)的永久磁鐵當(dāng)手柄搖動(dòng)磁鐵時(shí)，籠型轉(zhuǎn)子跟著磁鐵一起轉(zhuǎn)動(dòng)。返回?fù)u的快，轉(zhuǎn)子也轉(zhuǎn)的快，反方向搖，轉(zhuǎn)子跟著反轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子2.線圈跟著磁鐵轉(zhuǎn)，兩者轉(zhuǎn)動(dòng)方向一致；

結(jié)論：1.轉(zhuǎn)子與磁鐵之間存在電磁力；3.線圈比磁鐵轉(zhuǎn)得慢。返回轉(zhuǎn)動(dòng)原理分析：

磁極閉合線圈

結(jié)論：

線圈比磁場(chǎng)轉(zhuǎn)得慢返回6.1.2基本結(jié)構(gòu)三相異步電動(dòng)機(jī)返回1.定子定子是由定子鐵心和定子繞組構(gòu)成。定子鐵心定子繞組返回定子鐵心由硅鋼片疊成。定子鐵心定子繞組返回2.轉(zhuǎn)子籠型轉(zhuǎn)子繞線型轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵心和轉(zhuǎn)子繞組構(gòu)成。返回6.2三相異步電動(dòng)機(jī)的定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)6.2.1旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生三相對(duì)稱電流的產(chǎn)生：三相異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組接到三相交流電源上，定子繞組中便流入三相對(duì)稱交流電流。三相繞組接成星形YBZXAC三相繞組在定子鐵心中的排列A、B、C接三相電源返回三相對(duì)稱電流：返回旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生：電流流進(jìn)電流流出合成磁場(chǎng)方向返回旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生：合成磁場(chǎng)轉(zhuǎn)了60度返回旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生：合成磁場(chǎng)轉(zhuǎn)了120度返回旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生：結(jié)論：三相對(duì)稱電流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。返回6.2.2旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的反轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)方向取決于通入定子繞組中三相電流的相序。ABCM3~三相電源定子繞組電流的順序?yàn)锳、B、C，電機(jī)正轉(zhuǎn)。返回ABC三相電源M3~定子繞組電流的順序?yàn)锳、C、B，電機(jī)反轉(zhuǎn)。電源的C相電流電源的B相電流改變電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向：換接定子繞組其中兩相。返回6.3三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和磁極對(duì)數(shù)6.3.1轉(zhuǎn)速電機(jī)的轉(zhuǎn)速:異步名稱的由來(lái)如果轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)間沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)無(wú)轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)（轉(zhuǎn)子導(dǎo)體不切割磁力線）無(wú)轉(zhuǎn)距無(wú)轉(zhuǎn)子電流因?yàn)閮烧叽嬖谙鄬?duì)運(yùn)動(dòng)，即同步轉(zhuǎn)速（旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速）:返回

轉(zhuǎn)差率s

：異步電機(jī)運(yùn)行中:轉(zhuǎn)差率為同步轉(zhuǎn)速和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速之差。即：電動(dòng)機(jī)起動(dòng)瞬間:（轉(zhuǎn)差率最大）所以，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速比較接近。

轉(zhuǎn)速n

：返回6.3.2磁極對(duì)數(shù)

極對(duì)數(shù)P：即：定子每相繞組只有一個(gè)線圈定子鐵心只有6個(gè)槽合成磁場(chǎng)只有一對(duì)磁極，則極對(duì)數(shù)為1。返回合成磁場(chǎng)具有兩對(duì)磁極每相繞組有兩個(gè)線圈串聯(lián)返回當(dāng)P=1時(shí)，i變化一次（一個(gè)周期），n0在空間轉(zhuǎn)過(guò)一圈。i每秒變化f1次,n0在空間轉(zhuǎn)過(guò)f1圈,i每分鐘變化60f1次,n0在空間轉(zhuǎn)過(guò)60f1

圈,即旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)每分鐘的轉(zhuǎn)速為同步轉(zhuǎn)速n0

：6.3.3磁極對(duì)數(shù)與同步轉(zhuǎn)速的關(guān)系返回當(dāng)P=2時(shí)，i變化一次（一個(gè)周期），n0在空間轉(zhuǎn)過(guò)半圈,比P=1時(shí)慢了一半。即旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)每分鐘的轉(zhuǎn)速為返回同理，當(dāng)P=3時(shí)，i變化一次（一個(gè)周期），旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)每分鐘的轉(zhuǎn)速為由此推出：當(dāng)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)具有P對(duì)極時(shí)，其同步轉(zhuǎn)速為返回三相異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速極對(duì)數(shù)電流變化一個(gè)周期磁場(chǎng)轉(zhuǎn)過(guò)的空間角度同步轉(zhuǎn)速表6.1返回6.4三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性6.4.1定子繞組電動(dòng)機(jī)的工作原理與變壓器的工作原理相似。返回1.轉(zhuǎn)子靜止時(shí)6.4.2轉(zhuǎn)子繞組返回2.轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)返回轉(zhuǎn)子中各個(gè)載流導(dǎo)體在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用下,受到電磁力所形成的轉(zhuǎn)矩總和。常數(shù)每極磁通轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)子電路的6.4.3轉(zhuǎn)矩返回得到轉(zhuǎn)矩公式代入其中參數(shù)：轉(zhuǎn)矩正比于電源電壓的平方，即轉(zhuǎn)矩受電源電壓的影響很大。返回6.4.4三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性由轉(zhuǎn)矩公式機(jī)械特性：10n0Tn得特性曲線：返回n0Tn1.額定轉(zhuǎn)矩

電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)額定負(fù)載時(shí)，轉(zhuǎn)軸上輸出的轉(zhuǎn)矩。nN額定轉(zhuǎn)矩計(jì)算公式：返回電動(dòng)機(jī)一般工作在特性曲線的ab段，電動(dòng)機(jī)發(fā)出的轉(zhuǎn)矩自動(dòng)隨負(fù)載的變化進(jìn)行調(diào)整，滿足負(fù)載的需要。自動(dòng)調(diào)整過(guò)程：電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定工作在特性曲線上的點(diǎn)，在新的工作狀態(tài)下，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速降低了，轉(zhuǎn)子電流和定子電流都增大了。返回電機(jī)帶動(dòng)最大負(fù)載的能力。n0Tn求解最大轉(zhuǎn)矩也受電源電壓的影響。返回最大轉(zhuǎn)矩受電源電壓的影響：在負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變的情況下，當(dāng)電源電壓降低時(shí)，最大轉(zhuǎn)矩下降很多，電機(jī)工作在特性2，此時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)速降低、定子電流增大，造成電機(jī)過(guò)熱。返回當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩超過(guò)最大轉(zhuǎn)矩時(shí)，電機(jī)將會(huì)因帶不動(dòng)負(fù)載而停轉(zhuǎn)，出現(xiàn)悶車情況，時(shí)間長(zhǎng)了就會(huì)燒壞電機(jī)。所以，bc段是不穩(wěn)定區(qū)域。電機(jī)的過(guò)載系數(shù)：三相異步機(jī)返回電機(jī)起動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)矩。n0Tn其中返回解：1.根據(jù)額定轉(zhuǎn)速可判斷出同步轉(zhuǎn)速為【例6.1】一臺(tái)三相籠式異步電動(dòng)機(jī)的技術(shù)數(shù)據(jù)為：試求：1.磁極對(duì)數(shù)和轉(zhuǎn)差率；

2.額定轉(zhuǎn)矩、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)矩。返回【例6.1】一臺(tái)三相籠式異步電動(dòng)機(jī)的技術(shù)數(shù)據(jù)為：試求：1.磁極對(duì)數(shù)和轉(zhuǎn)差率；

2.額定轉(zhuǎn)矩、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)矩。解：2.返回6.5三相異步電動(dòng)機(jī)的銘牌技術(shù)數(shù)據(jù)1.型號(hào)Y132M－4

磁極數(shù)(極對(duì)數(shù)p=2)三相異步電動(dòng)機(jī)2.電壓和接法額定電壓UN：是額定情況下定子繞組應(yīng)加的額定線電壓。一般額定線電壓為380V。例如380/220Y/

是指：線電壓為380V時(shí)采用Y接法；線電壓為220V時(shí)采用接法。

定子繞組的接法：星形和角形。返回表示在角形接法下，電機(jī)的線電流為15.4A，相電流為8.89A；星形接法時(shí)線、相電流均為8.89A。其中3.額定電流：電機(jī)工作在額定狀態(tài)時(shí)定子繞組流過(guò)的線電流。IN

4.額定功率、效率和功率因數(shù)

額定功率:是指電機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)軸上輸出的功率。額定功率不等于輸入功率，兩者的關(guān)系為PN返回

4.額定功率、效率和功率因數(shù)

額定效率：是指電機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)與軸上輸出的功率之比。額定功率因數(shù)：是指定子繞組相電壓與相電流之間的相位差。

5.額定轉(zhuǎn)速nN

:是指電機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速。6.絕緣等級(jí):是指電機(jī)使用的絕緣材料的等級(jí)。不同等級(jí)的絕緣材料能允許不同的極限溫度。返回6.6三相異步電動(dòng)機(jī)的使用三相異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)間雖短，但啟動(dòng)電流很大。中小型籠式電機(jī)起動(dòng)電流為額定電流的5~7倍。啟動(dòng)電流大的原因：起動(dòng)時(shí)n=0，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割磁力線速度很大。6.6.1啟動(dòng)返回對(duì)電動(dòng)機(jī)的影響：頻繁啟動(dòng)造成熱量的積累，導(dǎo)致電機(jī)過(guò)熱；大電流使電網(wǎng)電壓降低，影響其他負(fù)載工作。三相籠式異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)方法：

1.直接啟動(dòng)二三十千瓦以下的異步電動(dòng)機(jī)一般采用直接啟動(dòng)。

2.降壓?jiǎn)?dòng)Y－換接啟動(dòng)、自耦降壓?jiǎn)?dòng)、軟啟動(dòng)。返回2.降壓?jiǎn)?dòng)（1）Y－

換接啟動(dòng)

Y－

換接啟動(dòng)的方法只適合角形接法的電機(jī)。啟動(dòng)時(shí)，電機(jī)接成星形；啟動(dòng)完畢后，電機(jī)自動(dòng)接成角形。

Y啟動(dòng)時(shí)：

啟動(dòng)時(shí)：

Y啟動(dòng)電流是

啟動(dòng)電流的三分之一。返回（2）自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)啟動(dòng)時(shí)，開(kāi)關(guān)S2自動(dòng)接到啟動(dòng)位置，啟動(dòng)完畢后，開(kāi)關(guān)S2自動(dòng)接到運(yùn)轉(zhuǎn)位置。

此啟動(dòng)方法適合星形接法的三相籠型電動(dòng)機(jī)。返回【例6.2】已知籠式角形連接的三相異步電動(dòng)機(jī)：試求：1.啟動(dòng)電流和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩；

2.若采用星－角變換啟動(dòng)法，計(jì)算啟動(dòng)電流和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩；

3.當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩分別為額定轉(zhuǎn)矩的70%和

50%時(shí)，采用星－角變換啟動(dòng)法，該電動(dòng)機(jī)是否能啟動(dòng)？返回【例6.2】已知籠式角形連接的三相異步電動(dòng)機(jī)：解：1.求啟動(dòng)電流和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩

2.星－角變換啟動(dòng)，求啟動(dòng)電流和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩

返回解：3.當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩分別為額定轉(zhuǎn)矩的70%和50%

時(shí)，采用星－角變換啟動(dòng)法，該電動(dòng)機(jī)是否能啟動(dòng)？返回6.6.2反轉(zhuǎn)ABCM3~三相電源ABC三相電源M3~自動(dòng)對(duì)調(diào)電動(dòng)機(jī)定子繞阻接在三相電源的任意兩相即可反轉(zhuǎn)。返回6.6.3調(diào)速1.變極調(diào)速（有級(jí)調(diào)速）2.變頻調(diào)速（無(wú)級(jí)調(diào)速）調(diào)速方法：

變極調(diào)速就是調(diào)磁極對(duì)數(shù)。一般電機(jī)的磁極對(duì)數(shù)是固定的，所以這種調(diào)速范圍窄。變頻調(diào)速目前廣泛使用，調(diào)速范圍寬。返回變頻調(diào)速就是在電源與電動(dòng)機(jī)定子之間接入一個(gè)變頻裝置即可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。變頻器返回6