第9章 异步电动机,9.1 三相异步电动机的构造及工作原理 9.2 三相异步电动机的等效电路 9.3 三相异步电动机的电磁转矩与机械特性 9.4 三相异步电动机的起动、调速和制动 9.5 三相异步电动机的选择 9.6 单相异步电动机,9.1 三相异步电动机的构造及工作原理,9.1.1 三相异步电动机的构造 9.1.2 三相异步电动机的工作原理,9.1.1 三相异步电动机的构造,1.定子 三相异步电动机的定子主要由以下三部分组成。 2.转子 异步电动机的转子由转轴、转子铁心、转子绕组及风扇等组成。,9.1.1 三相异步电动机的构造,图9-1 三相异步电动机的构造 1定子 2转子 3风扇 4罩壳 5接线盒 6端盖,1.定子 三相异步电动机的定子主要由以下三部分组成。,1.定子 三相异步电动机的定子主要由以下三部分组成。,图9-3 三相异步电动机的接线盒 a)联结 b)联结,2.转子 异步电动机的转子由转轴、转子铁心、转子绕组及风扇等组成。,图9-4 笼型转子 a)嵌铜条 b)铸铝,2.转子 异步电动机的转子由转轴、转子铁心、转子绕组及风扇等组成。,图9-5 绕线转子示意图 1绕组 2集电环 3电刷 4变阻器,9.1.2 三相异步电动机的工作原理,1.旋转磁场的产生与转动方向 为分析方便，假设定子绕组的每一相均由一个线圈组成。 2.旋转磁场的转速 由以上两极(即极对数p1)旋转磁场的分析中可知，电流变化一周，磁场也正好在空间旋转一周。 3.转动原理 当电动机定子对称三相绕组接通三相交流电源时，电动机内部就产生一个旋转磁场。 4.转差率 异步电动机转子的转速n永远低于旋转磁场的转速n1。,1.旋转磁场的产生与转动方向,图9-6 通入联结定子绕组的三相电流,1.旋转磁场的产生与转动方向,图9-7 三相对称电流的波形 a)t0 b)t120 c)t240 d)t360,2.旋转磁场的转速,图9-8 产生两对磁极的定子绕组,2.旋转磁场的转速,图9-9 4极旋转磁场的产生 a)t0 b)t120,2.旋转磁场的转速,表9-1 与p对照表,2.旋转磁场的转速,图9-10 三相异步电动 机转动原理,3.转动原理,当电动机定子对称三相绕组接通三相交流电源时，电动机内部就产生一个旋转磁场。设某瞬间的电流及两极磁场如图9-10所示，并以n1速度顺时针旋转。由于转子导体与旋转磁场间的相对运动而在转子导体中产生感应电动势，若把旋转磁场视为静止，则相当于转子导体逆时针方向切割磁力线，所以可用右手定则来判定感应电动势的方向。因为转子绕组是闭合的，便产生与感应电动势同向的感应电流，忽略转子的感抗，则两者同相。,4.转差率,异步电动机转子的转速n永远低于旋转磁场的转速n1。因为如果nn1，转子与旋转磁场就没有相对运动，转子导体就不切割磁力线，也就没有感应电动势和电流产生，所以也不会产生电磁转矩使转子转动。nn1，正是异步电动机称谓的由来。因此我们又将n1称为同步转速。又因为转子电动势和电流是通过电磁感应产生的，故异步电动机又叫感应电动机。,9.2 三相异步电动机的等效电路,9.2.1 等效电路 9.2.2 主要运行参数,9.2.1 等效电路,图9-11 三相异步电动机的每相等效电路,9.2.2 主要运行参数,1.定子与转子电流频率 2.转子电动势 3.转子漏磁感抗 4.转子每相电流 5.转子功率因数 6.定子感应电动势和主磁通 7.定子电流和定子功率因数,9.3 三相异步电动机的电磁转矩与机械特性,9.3.1 电磁转矩 9.3.2 机械特性,9.3.1 电磁转矩,根据三相异步电动机的转动原理，旋转磁场的主磁通与转子电流的有功分量I2cos2相互作用才产生电磁转矩，由此可得电磁转矩的物理式为 T2 式中，Km是与电动机结构有关的常数。 利用上式可对电动机的运行特性进行定性分析。,9.3.2 机械特性,在电源电压U1和转子电阻R2一定时，电动机的转速n与转矩T之间的关系称为机械特性，可由式(9-2)和式(9-15)求得，特性曲线如图9-13所示。图中还画出了与转速n对应的转差率s坐标。,9.3.2 机械特性,图9-13 三相异步电动机的机械 特性曲线,图9-14 改变时的机械特性,9.3.2 机械特性,9.4 三相异步电动机的起动、调速和制动,9.4.1 起动 9.4.2 三相异步电动机的调速 9.4.3 三相异步电动机的反转和制动,9.4.1 起动,1.起动性能 电力拖动系统对电动机的起动要求：足够大的起动转矩和比较小的起动电流。 2.起动方法 以异步电动机起动时是否采取降低电源电压的措施为依据可分为全电压起动和减压起动两类。 3.绕线转子异步电动机的起动,1.起动性能,图9-15 手动-换接起动电路,2.起动方法,图9-16 自耦变压器控制减压起动电路,3.绕线转子异步电动机的起动,图9-17 绕线转子异步电动机转 子串电阻起动,3.绕线转子异步电动机的起动,图9-18 频敏变阻器起动 a)频敏变阻器结构图 b)起动线路图,9.4.2 三相异步电动机的调速,1.改变磁极对数调速 此种调速方法称作变极调速，仅限于笼型电动机用。 2.改变电源频率调速 改变电源频率调速简称为变频调速。 3.在转子电路中串接电阻调速 在绕线转子电动机的转子电路中串入一个调速电阻(和起动电阻一样接入)，就减小了转子和定子电流,转矩和转速也势必相应降低，转差率s升高，所以是变转差率调速。,9.4.3 三相异步电动机的反转和制动,1.三相异步电动机的反转 改变三相交流电源的相序，例如由U-V-W改为U-W-V，则旋转磁场的方向也随着改变。 2.三相异步电动机的制动 为提高工作效率和安全生产等目的，要求电动机及其所拖动的负载能在短时间内停止转动，而由于惯性，即使在切断电源后，电动机也不可能立即停转，因此需要采取制动措施，使其迅速停转。,1.三相异步电动机的反转,图9-19 绕线转子串电阻调速,1.三相异步电动机的反转,图9-20 正、反转控制电路图,2.三相异步电动机的制动,载能在短时间内停止转动，而由于惯性，即使在切断电源后，电动机也不可能立即停转，因此需要采取制动措施，使其迅速停转。 在生产中有许多实用的机械制动的方法，例如杠杆式电磁抱闸，利用闸轮与闸瓦间的摩擦力制动和靴式的液压制动机构等。还有一些电动机带有制动装置。,(1)反接制动(s1) 反接制动时，断开原来的电源再改接成逆相序电源，图9-20就是一种改接的方法。 (2)能耗制动 能耗制动的方法是在切断交流电源的同时，将定子绕组的两个端钮与直流电源接通，使直流电流通入定子绕组。 (3)发电反馈制动(s0) 在起重机下放重物时，在重力作用下，可能使转速nn1，这会改变转子电流和转矩的方向，即使转矩变成制动转矩，电动机转入发电机运行。,2.三相异步电动机的制动,(1)反接制动(s1),图9-21 反接制动原理,(2)能耗制动,能耗制动的方法是在切断交流电源的同时，将定子绕组的两个端钮与直流电源接通，使直流电流通入定子绕组。以直流励磁产生的定子绕组磁场是静止的，由于惯性继续沿原方向旋转的转子绕组产生反向转子电流，并产生制动转矩，使转子迅速停转(见图9-22)。这种方法实质上是将转子的旋转动能消耗在回路电阻R上，故称为能耗制动。能耗制动平稳，耗能少，但需一个直流电源。,(3)发电反馈制动(s0),图9-22 能耗制动接线 图与原理图,(3)发电反馈制动(s0),图9-23 发电反馈制动原理图,9.5 三相异步电动机的选择,9.5.1 铭牌数据 9.5.2 其他若干技术数据 9.5.3 三相异步电动机的选择,9.5.1 铭牌数据,1.型号 目前，我国生产的异步电动机的产品名称代号(型号中第一部分)及其汉字意义摘录于表9-2中。 2.功率 它表示电动机额定运行时轴上输出的机械功率，即额定功率(或额定容量)，单位用kW。 3.电压和联结法 “380V、联结法”表示定子绕组应连成，外加电源线电压为380V。 4.电流 “15.4A”表示电动机的额定电流，是指在额定电压、频率和输出功率情况下定子绕组线电流。,5.转速 指额定转速，也就是在额定的电压、频率和输出功率(或额定负载)下的转速。 6.工作方式 异步电动机的工作方式分为连续(代号为S1)、短时(S2)和断续(S3)三种。 7.温升 电动机运行过程中，各种有功损耗转化成热量，致使绕组温度升高即为温升。 8.绝缘等级和防护等级 绝缘等级是按电动机绕组所用的绝缘材料在使用时容许的极限温度来分级的。,9.5.1 铭牌数据,9.5.1 铭牌数据,表格,表9-2 异步电动机产品名称代号,9.5.1 铭牌数据,表9-3 绝缘材料的耐热分级和极限温度,9.5.1 铭牌数据,9.5.2 其他若干技术数据,1.效率和功率因数 指电动机额定运行时，轴上输出机械功率P2N与定子输入电功率P1N之比。 2.起动电流倍数(或称“堵转电流/额定电流”) 堵转电流即起动电流Ist。 3.起动转矩倍数(或称“堵转转矩/额定转矩”) 堵转转矩即起动转矩Tst。 4.过载系数(或称“最大转矩/额定转矩”) 最大转矩是电动机起动过程中产生的最大转矩，它与额定转矩的比值即过载系数也是手册中列出的。,9.5.3 三相异步电动机的选择,1.类型的选择 在空载或轻载起动、无调速要求的场合，例如输运机、搅拌机和功率不大的水泵、风机等，应选用笼型电动机。 2.转速的选择 异步电动机在功率相同的条件下，其同步转速越低，则其电磁转矩越大，体积也越大，重量越重，价格就越贵。 3.功率的选择 合理选择电动机的功率有重要的经济意义。,9.6 单相异步电动机,9.6.1 单相异步电动机的工作原理 9.6.2 电容分相式单相异步电动机,9.6.1 单相异步电动机的工作原理,图9-24 单相脉动磁场分解为两个反方向的旋转磁场,9.6.2 电容分相式单相异步电动机,图9-25 单相异步电动机的 Tf(s)曲线,9.6.2 电容分相式单相异步电动机,图9-26 电容分相式异 步电动机接线图,9.6.2 电容分相式单相异步电动机,图9-27 两相电流的旋转磁场,9.6.2 电容分相式单相异步电动机,图9-28 洗衣机正、 反转控制原理图,