第三章-三相异步电动机

第3章电动机•3.1三相异步电动机的结构及转动原理•3.2三相异步电动机机械特性•3.3三相异步电动机的运行与控制•3.4三相异步电动机的选择与使用•3.5其他结构电动机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、控制方法电动机的概念与分类n0nei§3.1三相异步电动机的结构与工作原理NSf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vlBe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ilBfn1neiNSf三相异步机的结构YBZXAC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AYCBZ异步机中,旋转磁场代替了旋转磁极AiBiCimIt1n(•)电流出()电流入X240sin120sinsintIitIitIimCmBmA0tAXYCBZNSAiBiCimItBiAXBYCZAiCi合成磁场方向：向下180tXBZ1nAYC60tAXYCBZSN1n60A120tXYCBZ1n同理分析，可得其它电流角度下的磁场方向：AiBiCitmI旋转方向：取决于三相电流的相序。0n0n改变电机的旋转方向：换接其中两相。AiBiCimItAiCiBimIt旋转磁场的旋转方向旋转磁场的转速大小分）转/(600fn一个电流周期，旋转磁场在空间转过360°电流频率为fHz，则磁场1/f秒旋转1圈，每秒旋转f圈。每分钟旋转：n0称为同步转速分转/3000,500nHzf极对数（P）的概念BiAXBYCZAiCi1p此种接法下，合成磁场只有一对磁极(二级磁场)，则极对数P为1。即：AXYCBZNS极对数（P）的改变C'Y'ABCXYZA'X'B'Z'AiBiCi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。'X'AAXBY'B'YCZ'C'Z极对数2pA'XX'ANSSNZC'Z'CBY'B'YC'Y'ABCXYZA'X'B'Z'AiCiBiAiBiCimIt0tXNSASNZB'X'AYC'Z'B'C'Y0t分）转/(600pfn60t'A0nAZ'XXC'Z'CSNSN30极对数和转速的关系AiBiCimIt三相异步电动机的同步转速分）转/(600pfn2p180分）转/(50011p360分）转/(0003极对数每个电流周期磁场转过的空间角度同步转速)50(Hzf0n3p120分）转/(0001··××no·FFn×静止的转子与旋转磁场之间有相对运动，在转子导体中产生感应电动势，并在形成闭合回路的转子导体中产生感应电流，其方向用右手定则判定。转子电流在旋转磁场中受到磁场力F的作用，F的方向用左手定则判定。电磁力在转轴上形成电磁转矩T，驱使转子以转速n旋转，在轴上输出机械功率。电动机的转动电磁转矩的方向与旋转磁场的方向一致。电磁转矩T22cosTmTCI22122122TsRUTKfRsX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）:n电机转子转动方向与磁场旋转的方向一致，但异步电动机0nn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0nn转差率的概念：)(s%10000nnns异步电机运行中:%9~1s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:1,0sn（转差率最大）转差率最小），转子最大转速(00snn10ss范围：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smin/1000350606010rpfn同步转速：04.01000960100000nnns转差率：转矩平衡02TTT电机输出转矩T2等于电磁转矩T减去空载转矩T0。即：LTT2电机稳定运行时，输出转矩T2等于负载转矩TL。即：功率传递nTTP222602电机输出机械功率P2与输出转矩T2和转子转速n有关。PPLLIUIUP1111133电机输入电功率与定子电参数和功率因数λ有关。即：%10012PP电机的效率为输出机械功率与输入电功率的比值。即：例2：某三相异步电动机，极对数P＝2，定子绕组三角形联结，接于50Hz、380V的三相电源上工作，当负载转矩TL＝91Nm时，测得I1L＝30A，P1＝16kW，n＝1470r/m，求此电动机带此负载运行时的s、P2、η、λ。maxTmSNSOTS曲线)(sfT曲线)(Tfn根据转矩公式2222212)(sXRUsRKT得特性曲线：NnmaxTsTOnTNT0nsT1NT§3.2三相异步电动机的机械特性00nnns三个重要转矩n1TnNT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。说明电动机的长期运行能力。NPNn(1))/()(9550260602分转千瓦NNNNNNNnPnPnPT（牛顿•米）NTnN如果电机将会因带不动负载而停转。maxTTL最大转矩：(2)maxT说明电机短时过载能力。求解0ST2122222)(UsXRsRKT22XRsm221max21XKUTOTSmaxT过载系数：NMTTKmax三相异步机2.2~8.1MK注意：电机严重过热0n工作时，一定令负载转矩，否则电机将停转。致使maxTTL（3）121)(sII221max21XKUTmax121max,)1(TUUT当U1一定时，Tmax为定值(2)sm与R2有关，R2smn。绕线式电机改变转子附加电阻R´2可实现调速。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。LsTTsT起动转矩：sT(3)电机起动时的转矩。说明电动机的直接启动能力。n1TnsT2122222)(UsXRsRKT0n1)(s其中则2122222)(UXRRKTsNssTTK起动系数:n1TnTmTs)(Tfn机械特性曲线TL启动：TsTL(负载转矩)，电机启动转速n，转矩Tcc点：转矩达最大Tm，转速n继续，T，沿cb走bb点：T=TL，转速n不再上升，稳定运行若TL，暂时TTL,nsI2T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=0s=1例3：三相异步电动机，额定功率PN=10kW，额定转速nN=1450r/min，启动能力Ts/TN=1.2，过载系数KM=1.8。)/()(9550分转千瓦NNNnPT（1）额定转矩TN米牛顿9.651450109550（2）启动转矩TsmN792.1NsTT（3）最大转矩TmmNTKTNMm6.1189.658.12122222)(UsXRsRKT21~UTU1和R2变化对机械特性的影响(人为特性)(1)U1变化对机械特性的影响UTmUUTs2222212sXRURKT221m2XUKT22mXRs0nNUTLnTOR2的改变：鼠笼式电机转子导条的金属材料不同，绕线转子电机外接电阻不同。(2)R2变化对机械特性的影响sTTOn0nR2TsnmaxTLT2222212sXRURKT221m2XUKT22mXRs一、三相异步机的起动起动电流：sI中小型鼠笼式电机起动电流为额定电流的5~7倍。0n定子电流原因：起动时，转子绕组切割磁力线的速度很大。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：6.3三相异步电动机的运行与控制NSIIKC电流倍数:三相异步机的起动方法：（1）直接起动。小型鼠笼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。(1)直接起动直接起动是利用闸刀开关或接触器将电动机直接接到额定电压上的起动方式，又叫全压起动。优点：起动简单。缺点：起动电流较大，将使线路电压下降，影响负载正常工作。适用范围：电动机容量在10kW以下，并且小于供电变压器容量的20％。限制判断能否直接起动：IITTSLS(2)降压起动Y-Δ换接起动：在起动时将定子绕组连接成星形，通电后电动机运转，当转速升高到接近额定转速时再换接成三角形。适用范围：正常运行时定子绕组是三角形连接的电动机。优点：起动电流为全压起动时的1／3。缺点：起动转矩为全压起动时的1／3。Y接起动Δ接运行DfdsY－起动：正常运行lUAZBYXClI起动ABCXYZlUlYIZUIIlPYlY3ZUIIlPl33设：电机每相阻抗为z31ssYIIAZBYXC正常运行UPABCXYZ起动UP'ssYTT31PPUU31（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)(2UTSY－起动也时ssTI,。起动运行自耦降压起动：利用三相自耦变压器将电动机在起动过程中的端电压降低，以达到减小起动电流的目的。自耦变压器备有40％、60％、80％等多种抽头，使用时要根据电动机起动转矩的要求具体选择。变压器的降压比:NAUUK定子线电压比：ANLbLaKUUUU11定子相电压比：ANPbPaKUUUU11定子相电流比：APbPaPbPaKUUII1111定子起动电流比：APbPaSbSaKIIII11电源电流比：2ASbSaAbaKIIKII起动转矩比：2211APbPaSbSaKUUTT1u2uLZ1i2iΦ单相变压器+–+–一次绕组N1二次绕组N2铁心定子转子电刷滑环电阻绕线式异步电动机转子绕组串入附加电阻后，既可以降低起动电流，又可以增大起动转矩。（3）转子串电阻起动方法：和电源相接的任意两相互换，就可实现反转。二、三相异步电动机的正、反转正转反转ABCM3~电源ABCM3~电源三、三相异步电动机的调速pfsnsn106011调速方法：00nnns1.改变极对数有级调速p2.改变转差率s无级调速3.改变电源频率f1(变频调速)无级调速1．变极对数调速通过改变电动机的定子绕组所形成的磁极对数p来调速。因磁极对数只能是按1、2、3、…、的规律变化，所以用这种方法调速，电动机的转速不能连续、平滑地进行调节。通过改变转子绕组中串接调速电阻的大小来调整转差率实现平滑调速的，又称为变阻调速。调速电阻的接法与起动电阻相同。这种方法只适用于绕线式异步电动机。2．变转差率调速3.改变电源频率(变频调速)无级调速1f变频电源可变Uf,Hz50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）。频率范围0.5Hz~320Hz。pfsnsn106011三相异步电动机型号Y132M-4功率7.5kW频率50Hz电压380V电流15.4A接法Δ转速1440r/min绝缘等级B工作方式连续年月日编号××电机厂机座中心高度（132mm）Y132M—4磁极数（4极）机座长度代号（中机座）三相异步电动机一、三相异步机铭牌与技术数据3.4三相异步电动机的选择与使用1.型号：转差率0.04150014401500s2.转速:电机轴上的转速（n)。如：n=1440r/min3.联接方式：Y/接法Y接法：接法：ABCZXYABCZXYABCXYZAZBYXCABCXYZ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