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第5章 三相异步电动机,下一页,返 回,5.1 电机概述 5.2 三相异步电动机的构造 5.3 三相异步电动机的工作原理 5.4 三相异步电动机的转矩与机械特性 5.5 三相异步电动机的启动 5.6 三相异步电动机的调速 5.7 三相异步电动机的制动 5.8 三相异步电动机的铭牌数据,电动机的分类:,5.1 电动机概述,上一页,下一页,返 回,1.定子,5.2 三相异步电动机的构造,上一页,下一页,返 回,2.转子,铁心:由外周有槽的硅钢片叠成。,(2) 绕线型转子:转子绕组由线圈绕组构成,上一页,下一页,返 回,上一页,下一页,返 回,笼型异步电动机,上一页,下一页,返 回,定子,上一页,下一页,返 回,转子,上一页,下一页,返 回,转子,上一页,下一页,返 回,笼式异步电动机,上一页,下一页,返 回,绕线式异步电动机,转子,定子,上一页,下一页,返 回,绕线式异步电动机,上一页,下一页,返 回,5.3 三相异步电动机的转动原理,对称三相定子绕组 接入对称三相电压,旋转磁场 (磁场能量),磁力线切 割转子绕组,转子绕组中 产生 e 和 i,转子绕组在磁场中 受到电磁力的作用,转子旋转起来,机械负载 旋转起来,三相交流电流,输出机械能量,上一页,下一页,返 回,i1=Imsint,i3=Imsin(t+120),i2=Imsin(t-120),L1,L3,L2,两极旋转磁场,(一)旋转磁场,(1)旋转磁场的产生,上一页,下一页,返 回,四极旋转磁场,上一页,下一页,返 回, 极对数(p)的概念:,(2)旋转磁场的转速,旋转磁场转速 n0 同步转速(r/min),以 Y 型接法为例,当每相 绕组只有一个线圈时,按右下图放入定子槽内,合成的旋转磁场只有一对磁极,则极对数为 1。 即 p = 1,上一页,下一页,返 回,以 Y 型接法为例,将每相绕组都改用两个线圈串联组成。,按下图放入定子 槽内。形成的磁场则是两对磁极。 即 p = 2,返回,三相绕组,四极旋转磁场,上一页,下一页,返 回,上一页,下一页,返 回,三相异步电动机的同步转速,f1 = 50 Hz 时,不同极对数时的同步转速如下:,同步转速,p 为任意值时:,上一页,下一页,返 回,(3)旋转磁场的转向,旋转磁场是沿着:,U1,V1,W1, 与三相绕组中的三相电流 的相序:L1 L2 L3 一致。,旋转方向:取决于三相电流的相序。 将其中两根电源线对调即可改变旋转磁场的方向。,上一页,下一页,返 回,(二)工作原理,(1)电磁转矩的产生, 用右手定则判断转子绕组中感应电流的方向, 用左手定则判断转子绕组受到的电磁力的方向,电磁力电磁转矩 T T 与 n0 同方向。,工作原理示意图,F,上一页,下一页,返 回,(2)电磁转矩的方向,电磁转矩的方向与旋转磁场的转向一致。,改变电动机的转向,上一页,下一页,返 回,电动机转速和旋转磁场同步转速的关系:,电机转子转动方向与磁场旋转的方向一致, 但 n n0,电动机转速 n ,旋转磁场的转速为 n0,转差率 :,起动时: n = 0, s = 1 额定运行时: s = 0.01 0.09,称异步电动机或感应电动机,上一页,下一页,返 回,起动时:n = 0, n = n0 转子电磁感应最强 转子电路电量的频率: f2 = f1 n n 转子电路电量的频率 f2 ( f1) 稳定运行时: n = n0n很小, 转子电路频率的变化:,f2 = f1很小(与转子的转速有关),上一页,下一页,返 回,(3)电磁转矩 T 的大小,由公式可知,2. 当电源电压 U1 一定时,T 是 s 的函数。,1. T 与定子每相绕组电压 成正比。U 1 T ,3. R2 的大小对 T 有影响。绕线型异步电动机可外 接电阻来改变转子电阻R2 ,从而改变转距。,X20=2f1L2,上一页,下一页,返 回,T0:空载转矩(风阻、轴承摩擦等形成); TL:负载转矩(生产机械阻转矩); T2:电动机输出转矩 T2 = T T0 T,电动机稳定运行(T2=TL)转矩平衡方程式为: T =T0 +TL 平衡打破: TL ,T2TLn s I2 T2 TL ,T2TLn s I2 T2 ,(4)转矩平衡,上一页,下一页,返 回,【解】,例:某三相异步电动机,定子电压的频率 f150 Hz,极对数 p1,转差率 s0.015。求同步转速 n0 ,转子转速 n 和转子电流频率 f2。,上一页,下一页,返 回,(三)功率与效率,输出的机械功率:,功率损耗: P= P1 P2 =PCu+PFe + PMe,电动机的效率:,输入的电功率:,额定转矩,功率因数:定子绕组的功率因数。,上一页,下一页,返 回,例 某三相异步电动机,极对数 p = 2,定子绕组三角形联结,接于 50 Hz、380 V 的三相电源上工作,当负载转矩 TL= 91 Nm 时,测得 I1l= 30 A,P1= 16 kW,n = 1 470 r/min,求该电动机带此负载运行时的 s 、P2 、 和 功率因数。,= 87.5%,解,功率因数,上一页,下一页,返 回,【解】,(1),例:某三相异步电动机,定子电压为380 V,三角形联结。当负载转矩为 51.6 N m 时,转子转速为740 r/min,效率为 80,功率因数为0.8。求:(1)输出功率;(2)输入功率;(3)定子线电流和相电流,(2),(3),上一页,下一页,返 回,5.4三相异步电动机的转矩与机械特性,根据转矩公式,得特性曲线:,上一页,下一页,返 回,5.4.1 固有特性,1.额定状态,三个重要工作状态,额定转矩,(N m),额定转差率,额定转速,上一页,下一页,返 回,2.临界状态,电机带动最大负载的能力。,临界转差率,将sm代入转矩公式,可得,上一页,下一页,返 回,过载系数(能力),一般三相异步电动机的过载系数为,工作时必须使TL TM ,否则电机将停转(堵转 )。,电机严重过热而烧坏。,上一页,下一页,返 回,3. 启动状态,起动时n = 0 时,s =1,(2) Ts与 R2 有关, 适当使 R2 Ts。对绕线式型 电机改变转子附加电阻 R2 , 可使Ts=TM 。,Ts体现了电动机带载直接起动的能力。 若 Ts TL,电机能起动,否则不能起动。,起动能力,起动电流,上一页,下一页,返 回,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。,4 电动机的自适应负载能力,电动机工作在特性曲线的 哪一点上? 电动机应当运行于与负载机械特性的交点上。,TL,上一页,下一页,返 回,工作段,自适应负载能力是电动机区别于其它动力机械 的重要特点。,a 点TLnI2T,直至新的平衡,I1 P1, a点,电动机工作在比原来低的转速和比原来大的电流下,上一页,下一页,返 回,5. 4.2人为特性,(1) U1 变化对机械特性的影响,TL,上一页,下一页,返 回,(2) R2 变化对机械特性的影响,R2,Ts ,n,硬特性:负载变化时,转速变化不大,运行特性好。,软特性:负载增加时转速下降较快,但起动转矩大,起动特性好。 ,nM,上一页,下一页,返 回,(2) R2 变化对机械特性的影响,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。,上一页,下一页,返 回,5.5 三相异步电动机的启动,1 启动性能,启动问题:启动电流大(定子绕组的线电流Is ),启动转矩小。,后果:,原因:,启动: n = 0,s =1, 接通电源。,上一页,下一页,返 回,(1)直接起动(全压起动) (a) 小容量的电动机(二三十千瓦以下); (b) 电源容量足够大时。 只适于小容量的电机或起动不频繁的场合 (2)减压起动 (a) Y 减压起动: 适用于:正常运行时定子绕组为联结的电动机。,起 动 时,运 行 时,1、笼型异步电动机的起动,上一页,下一页,返 回,TUp2, Y型起动的起动转矩:, Y型起动的起动电流:,上一页,下一页,返 回, Y型起动的起动转矩为:, Y型起动的起动电流为:,上一页,下一页,返 回,(3) 自耦降压起动,Q2下合: 接入自耦变 压器,降压 起动。,Q2上合: 切除自耦变 压器,全压 工作。,合刀闸开关Q,Q2,自耦降压起动适合于容量较大的或正常运行时 联成 Y形不能采用Y起动的笼型异步电动机。,上一页,下一页,返 回,(3) 自耦变压器减压起动,ul,降压比为:,Ul= KAUN,定子线电压:,定子线电流: KA Is,线路电流: KA2Is, 自耦变压器降压起动,电源取用的电流为:, 自耦变压器降压起动的起动转 矩为:,uN,( Is直接起动时的起动电流),上一页,下一页,返 回,自耦变压器降压起动的特点: 定子绕组接法不变,改变定子绕组的电压; 降压比 KA可调,自耦变压器降压起动的使用条件: IaImax (线路中允许的最大电流); TsaTL 否则不能采用此法。 选择 KA的方法: KA2Is Imax KA2TsTL,需要两者 均满足,上一页,下一页,返 回,定子,转子,起动时将适当的R 串入转子电路中,起动后将R 短路。,起动电阻,2、绕线型电动机转子电路串电阻起动,上一页,下一页,返 回,若R2选得适当,转子电路串电阻起动既可以降低起动电流,又可以增加起动转矩。,常用于要求起动转矩较大的生产机械上。,R2 Ts ,转子电路串电阻起动的特点,上一页,下一页,返 回,1 变频调速 (无级调速),5.6 三相异步电动机的调速,常数,上一页,下一页,返 回,2 变极调速 (有级调速),变频调速方法可实现无级平滑调速,调速性 能优异,因而正获得越来越广泛的应用。,P=2,上一页,下一页,返 回,P=1,采用变极调速方法的电动机称作双速电机, 由于调速时其转速呈跳跃性变化,因而只用在对 调速性能要求不高的场合。,上一页,下一页,返 回,3 变转差率调速 (无级调速),变转差率调速是绕线型电动机特有的一种调速方法。这种调速方式广泛应用于各种提升、起重设备中。,上一页,下一页,返 回,5.7 三相异步电动机的制动,1 能耗制动,制动方法,能耗制动 反接制动 发电反馈制动,在断开三相电源的同时,给电动机其中两相 绕组通入直流电流,直流电流形成的固定磁场与 旋转的转子作用,产生了与转子旋转方向相反的 转距(制动转距),使转子迅速停止转动。,上一页,下一页,返 回,2 反接制动,停车时,将接入电动机的三相电源线中的任意两相对调,使电动机定子产生一个与转子转动方向相反的旋转磁场,从而获得所需的制动转矩,使转子迅速停止转动。,上一页,下一页,返 回,上一页,下一页,返 回,n n0,3 发电反馈制动,当电动机的n n0时,旋转磁场产生的电磁转矩作用方向发生变化,由驱动转矩变为制动转矩。电动机进入制动状态,同时将外力作用于转子的能量转换成电能回送给电网。,上一页,下一页,返 回,5.8 三相异步电动机铭牌数据,1. 型号,例如: Y 132 M4,用以表明电动机的系列、几何尺寸和极数。,上一页,下一页,返 回,异步电动机产品名称代号,上一页,下一页,返 回,2. 接法,Y 连接, 连接,接线盒,上一页,下一页,返 回,3. 电压,例如:380/220V、Y/ 是指线电压为 380V 时 采用 Y连接;线电压为 220V 时采用 连接。,电动机在额定运行时定子绕组上应加的线电压值。,三相异步电动机的额定电压有380V,3000V, 及6000V等多种。,上一页,下一页,返 回,4. 电流,例如: Y / 6.73 / 11.64 A 表示星形连接下电机的线电流为 6.73A;三角形连接下线电流为 11.64A。两种接法下相电流均为 6.73A。,5.
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