海南风光 第11讲 第8章 交流电动机 第8章 交流电动机 8.1 三相异步电动机的结构与工作原理 8.2 三相异步电动机的机械特性 8.3 三相异步电动机的使用 交流电动机 电动机 直流电动机 鼠笼式 绕线式 异步机 同步机 他励、异励、串励、复励 鼠笼式异步交流电动机授课内容： 基本结构、工作原理、 机械特性、控制方法 电动机的分类 8.1 三相异步电动机的结构与工作原理 磁铁 闭合 线圈 e方向用 右手定则 确定 f方向用 左手定则 确定 磁场旋转 磁极旋转导线切割磁力线产生感应电动势 导线长磁感应强度切割速度 （右手定则） 闭合导线产生电流 i （左手定则） 通电导线在磁场中受力 1. 线圈跟着磁铁转两者转动方向一致 结论： 2. 线圈比磁场转得慢 异步 三相异步机的结构 Y B Z X A C 转子 定子 定子绕组 （三相） 机 座 转子：在旋转磁场作用下， 产生感应电动势或 电流。 三相定子绕组：产生旋转 磁场。 线绕式 鼠笼式 鼠笼转子 旋转磁场的产生 A Y C B Z 异步机中,旋转磁场代替了旋转磁极 ()电流出 ()电流入 X A X Y C B Z A X B Y C Z 合成磁场方向： 向下 X B Z A Y C A X Y CB Z A X Y CB Z 同理分析，可得 其它电流角度下 的磁场方向： 旋转方向：取决于三相电流的相序。 改变电机的旋转方向：换接其中两相。 旋转磁场的旋转方向 旋转磁场的转速大小 一个电流周期，旋转磁场在空间转过360 电流频率为 f Hz，则磁场1/f秒旋转1圈，每秒旋 转f圈。每分钟旋转： n1称为同步转速 极对数（P）的概念 A X B Y C Z 此种接法下，合成磁场只有一对磁极，则极对数为1。 即： A X Y C B Z 极对数（P）的改变 C Y A B C X Y Z A X B Z 将每相绕组分成两段，按右下图放入定子槽内。形 成的磁场则是两对磁极。 A X B Y C Z 极对数 C Y A B C X Y Z A X B Z 极对数和转速的关系 三相异步电动机的同步转速 极对数 每个电流周期 磁场转过的空间角度 同步转速 电动机转速和旋转磁场同步转速的关系 电动机转速（额定转速）: 电机转子转动方向与磁场旋转的方向一致， 但 异步电动机 无转距 转子与旋转磁场间没有相对运动 无转子电动势（转子导体不切割磁力线） 无转子电流 提示：如果 转差率 的概念： 异步电机运行中: 转差率为旋转磁场的同步转速和电动机转速之差。即： 电动机起动瞬间: （转差率最大） 转子感生电流的频率： 例1：三相异步电动机 p=3，电源f1=50Hz，电机额定 转速n=960r/min。 求：转差率s，转子电动势的频率f2 同步转速： 转差率： 一、三相异步电动机的“电磁”关系 8.2 三相异步电动机的机械特性 定子电路 i2R1 R2 i1 u1 e1 e2 ：主磁通产 生的感应电动势。 e1e2、 转子电路 设：则： 定子边： i2R1 R2 i1 u1 e1 e2 ：转子感应电动势的频率 ：转子线圈匝数 取决于转子和旋转磁场的相对速度 同理可得： i2R1 R2 i1 u1 e1 e2 i2R1 R2 i1 u1 e1 e2 转子电流 转子功率因数 例2：三相异步电动机，p=2，n=1440 r/min，转子 R2=0.02，X20=0.08 ， E20=20V， f1= 50Hz。 启动时I2（st） 额定转速下的I2（N） s=1 电磁转矩 T：转子中各载流导体在旋转磁场的作用下, 受到电磁力所形成的转距之总和。 常数 每极磁通 转子电流 转子电路的 转矩公式的推导 （牛顿米） 得到转矩公式 将其中参数代入： 二、 三相电动机的机械特性 根据转矩公式 10 n1 T n 得特性曲线： 启动时n=0 最大转速n=n1时 三个重要转矩 n1 T n 额定转矩 ： 电机在额定电压下，以额 定转速 运行，输出额 定功率 时，电机转轴 上输出的转矩。 ( 1 ) （牛顿米） nN 如果 电机将会 因带不动负载而停转。 最大转矩 ： ( 2 ) 电机带动最大负载的能力。 求解 10 sm Tm 过载系数： 三相异步机 工作时，一定令负载转矩 ，否则 电机将停转。致使 注意： （1）三相异步机的 和电压的平方成正比，所 以对电压的波动很敏感，使用时要注意电压的变化。 （2） 电机严重过热 起动转矩 ： ( 3 ) 电机起动时的转矩。 n1 T n 其中 则 体现了电动机带载起动的能力。若 电机能 起动，否则将起动不了。 n1 T n Tm Tst 机械特性曲线 TL 启动： TstTL (负载转矩)，电机启动 转速n，转矩T c c点：转矩达最大Tm ，转速n继续，T，沿cb走 b b点：T=TL，转速n不再上升，稳定运行 若TL ，暂时T TL,n s I2 T n 电动机的自适应负载能力 电动机的电磁转矩可以随负 载的变化而自动调整，这种 能力称为自适应负载能力。 常用特 性段 s=0 s=1 例3（7-7）：三相异步电动机，额定功率PN=10kW， 额定转速nN=1450r/min，启动能力Tst/TN=1.2，过载 系数=1.8。 （牛顿米） （1）额定转矩TN （2）启动转矩Tst （3）最大转矩Tm #（4）用Y 方法起动时的Tst 机械特性和电路参数的关系 和电压的关系 结论： 和转子电阻的关系 R2的 改变 ： 鼠笼式电机转子导条的金属材料不同，线绕式电 机外接电阻不同。 结论： 机械特性的软硬 硬特性：负载变化时，转速变化不大，运行特性好。 软特性：负载增加转速下降较快，但起动转矩大，起 动特性好。 硬特性 （R2小） 软特性 （R2大） 不同场合应选用不同的电机。如金属切削，选硬特性 电机；重载起动则选软特性电机。 一、三相异步机铭牌与技术数据 1. 型号 Y 132M4 磁极数(极对数 p=2) 同步转速1500转/分 转差率 8.3 三相异步电动机的使用 2. 转速: 电机轴上的转速（n)。 如： n =1440 转/分 3. 联接方式 ： Y/ 接法 Y 接法： 接法： AB C ZX Y A B C ZX Y A B C X Y Z AZ BY X C ABC XYZ 接线盒： 4. 额定电压：定子绕组在指定接法下应加的线电压. 说明：一般规定电动机的运行电压不能高于或低于额 定值的 5 。 线 电 压 AZ B Y X C 线 电 压 A B C X Y Z 例：380/220 Y/是指：线电压为380V时采用Y接法； 当线电压为220V时采用接法。 5. 额定电流：定子绕组在指定接法下的线电流。 如： 表示三角接法下，电机的线电流为11.2A，相电流 为6.48A；星形接法时线、相电流均为6.48A。 6. 额定功率： 额定功率指电机在额定运行时轴上输出的功率 （ ），不等于从电源吸收的功率（ ）。两者的 关系为： 其中 鼠笼电机 =7293 额定负载时一般为0.7 0.9 ， 空载时功率因数很 低约为0.2 0.3。额定负载时，功率因数最大。 注意：实用中应选择合适容量的电机，防止“大马” 拉“小车”的现象。 7. 功率因数(cos1)： P2 PN 此外还有绝缘等级等参数，不一 一介绍。 cos1 二、 三相异步机的起动 起动电流 ： 中小型鼠笼式电机起动电流为额定电流的5 7 倍。 定子电流 原因：起动时 ，转子导条切割磁力线速度很大。 转子感应电势 转子电流 大电流使电网电压降低 影响其他负载工作 频繁起动时造成热量积累 电机过热 影响： 三相异步机的起动方法： （1） 直接起动。二三十千瓦以下的异步电动机一般 采用直接起动。 （2） 降压起动。Y 起动 自耦降压起动 （3）转子串电阻起动。 以下介绍Y 起动。 Y 起动： 正常运行 AZ B Y X C 起动 A B C X Y Z 设：电机每相阻抗为 AZ B Y X C 正常 运行 UP A B C X Y Z 起 动 UP （2） Y 起动应注意的问题： （1）仅适用于正常接法为三角形接法的电机。 所以降压起动适合于空载或轻载起动的场合 Y 起动。 例4:三相异步电动机，电源电压 =380V，三相定子 绕组接法运行，额定电流IN=20A，启动电流Ist/IN=7， 求： （1）接法时的启动电流Ist （2）若启动时改为Y接法，求 Ist Y （1）Ist =7 IN =720=140A解： （2） Ist Y = Ist /3=140/3=47A 方法：和电源相接的任意两相互换，就可实现反转。 三、三相异步电动机的正、反转 正转 反转 A B C M 3 电 源 A BC M 3 电 源 制动方法： 1. 抱闸：加机械抱闸 四、 三相异步电动机的制动 反接制动时，定子旋转磁场与转子的相对转速很大。 为限制电流，在制动时要在定子或转子中串电阻。 即切割磁力线的速度很大，造成 ，引起 。 注意： 3. 能耗制动4.发电反馈制动 2. 反接制动： 停车时，将电动机接电源的意两相反接， 使电动机由原来的旋转方向反过来，以达 制动的目的； 五、三相异步电动机的调速 1. 改变极对数 有级调速。 2. 改变转差率 无级调速 调速方法： 3. 改变电源频率 (变频调速) 无级调速 变频电源 可变 此种调速方法发展很快，且调速性能较好。其主 要环节是研制变频电源（常由整流器、逆变器等组 成）。