第五章异步电动机

第五章异步电动机第五章异步电动机5.1三相异步电动机的结构与工作原理5.2三相异步电动机的机械特性5.3三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内容：基本结构、工作原理、机械特性、控制方法电动机的分类n0nei§5.1三相异步电动机的结构与工作原理NSf磁铁闭合线圈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n0neiNSf1.线圈跟着磁铁转→两者转动方向一致结论：异步2.线圈比磁场转得慢0nnn0neiNSf1.定子5.1三相异步电动机的构造铁心：由内周有槽的硅钢片叠成。A----XB----YC----Z三相绕组机座：铸钢或铸铁转子:在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电流。2.转子鼠笼转子铁心：由外周有槽的硅钢片叠成。(1)鼠笼式转子铁芯槽内放铜条，端部用短路环形成一体。或铸铝形成转子绕组。(2)绕线式转子同定子绕组一样，也分为三相，并且接成星形。鼠笼式绕线式鼠笼式电动机与绕线式电动机的的比较：鼠笼式：结构简单、价格低廉、工作可靠；不能人为改变电动机的机械特性。绕线式：结构复杂、价格较贵、维护工作量大；转子外加电阻可人为改变电动机的机械特性。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5.2三相异步电动机的转动原理一、旋转磁场的产生AYCBZ异步机中,旋转磁场代替了旋转磁极AiBiCimIt0n(•)电流出()电流入X240sin120sinsintIitIitIimCmBmA0tAXYCBZNSAiBiCimItBiAXBYCZAiCi合成磁场方向：向下180tXBZ0nAYC60tAXYCBZSN0n60A120tXYCBZ0n同理分析，可得其它电流角度下的磁场方向：AiBiCitmI分析可知：三相电流产生的合成磁场是一旋转的磁场即：一个电流周期，旋转磁场在空间转过360°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AiBiCimItAiCiBimIt1、旋转磁场的旋转方向2、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°。若电流的频率为每秒变化f周期，旋转磁场的转速即为每秒f转则同步转速（旋转磁场的每分钟转速）为：AXYCBZNSAXYCBZSN0n60AXYCBZNSAiBiCimIt3、极对数（P）的概念BiAXBYCZAiCi1p此种接法下，合成磁场只有一对磁极，则极对数为1。即：AXYCBZNS4、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'AiCiBiAiBiCimItXNSASNZB'X'AYC'Z'B'C'Y0t分）转/(600pfn60t'A0nAZ'XXC'Z'CSNSN305、极对数和转速的关系AiBiCimIt旋转磁场的同步转速分）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/(0001二、电动机的转动原理1.转动原理AXYCBZ定子三相绕组通入三相交流电分）转/(6010pfn方向:顺时针切割转子导体Blv右手定则感应电动势E20旋转磁场感应电流I2旋转磁场Bli左手定则电磁力FF电磁转矩TnvF0nNS2、电动机转速和旋转磁场同步转速的关系电动机转速: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与旋转磁场的同步转速之比。即：电动机起动瞬间:1,0sn（转差率最大）转子转速亦可由转差率求得0)(1nns%10000nnns转差率s例：一台三相异步电动机，其额定转速n=975r/min，电源频率f1=50Hz。试求电动机的极对数和额定负载下的转差率。解：根据异步电动机转子转速与旋转磁场同步转速的关系可知：n0=1000r/min,即p=3额定转差率为2.5%100%10009751000%10000nnns例：有一台4极感应电动机，电压频率为50Hz，转速为1440r／min，试求这台感应电动机的转差率。r/min150025060601opfn%4%100150014401500%1000onnns解：因为磁极对数p=2，所以同步转速为转差率为：5.3.1三相异步电动机的“电－磁”关系§5.3三相异步电动机的机械特性i2转、定子电路R1R2i1u1e1e1e2e2：主磁通产生的感应电动势。：主磁通产生的感应电动势。e1e2、e1e2、dtdNeeeRiu1111111设：tsin1mΦ则：tΦNum1111cos定子边：mmmmΦNfUUEfΦNΦNU11111111144.422tΦNum1111cosR1R2i1u1e1e1e2e2mΦNfE22244.4同理得转子边：mΦNfE22244.42f：转子感应电动势的频率2N：转子线圈匝数2f取决于转子和旋转磁场的相对速度1000026060SfPnnnnPnnfR1R2i1u1e1e1e2e22202220222222)(SXRSEXREI其中202122222SXLSfLfX202122244.444.4SEΦNSfΦNfEmm转子功率因数220222222222)(cosSXRRXRR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。22cosIΦKTmT常数每极磁通转子电流转子电路的2cos转矩公式的推导22cosIKTmT22022202)(SXRSEI2202222)(cosSXRRmNfU11144.4将其中参数代入：21220222)(UsXRsRKT得到转矩公式5.3.2三相电动机的机械特性)()(TfnSfT21220222)(UsXRsRKT根据转矩公式Ts10n0Tn得特性曲线：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n0nT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。（如：柴油机当负载增加时，必须由操作者加大油门，才能带动新的负载。）TISnTL2直至新的平衡。此过程中，时，电源提供的功率自动增加。2I1I三个重要转矩n0TnNT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。NPNn(1))/()(9550602分转千瓦NNNNNnPnPT（牛顿•米）NTnN例：如某普通机床的主轴电机(Y132M-4型)的额定功率为7.5kw,额定转速为1440r/min,则额定转矩为m.N7.4914405.795509550NNNnPT如果电机将会因带不动负载而停转。maxTTL最大转矩：(2)maxT电机带动最大负载的能力。n0TnmaxT求解0ST21220222)(UsXRsRKT2021max21XKUT过载系数：NTTmax三相异步机2.2~8.1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。maxTmaxTTL（2）电机严重过热0n121)(sII2021max21XKUTstT起动转矩：(3)电机起动时的转矩。n0TnstT21220222)(UsXRsRKT0n1)(s其中则21220222)(UXRRKTstLstTTstT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。1U21220222)(UsXRsRKT机械特性和电路参数的关系21~UT和电压的关系0Tn0)0(nnsSTTTUmax1结论：和转子电阻的关系22'RR2'RR2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。21220222)(UsXRsRKT0ST令：得：202XRSm0Tn2Rmsms'stTstTmmss'ststTT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）0Tn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。5.4.1三相异步机铭牌与技术数据1.型号Y132M－4磁极数(极对数p=2)同步转速1500转/分分）转/(600pfn转差率0.04150014401500s5.4三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：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：一般规定电动机的运行电压不能高于或低于额定值的5％。线电压AZBYXC线电压ABCXYZ例：380/220Y/是指：线电压为380V时采用Y接法；当线电压为220V时采用接法。11IUΦNfU11144.4电压波动对电动机的影响1UΦ1I11IUsnnns02E202sEE2I1I1Un小1U大1UTnIΦ5.额定电流：定子绕组在指定接法下的线电流。如：A48.6/A2.11/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：2P1P12PPCOSIUPNN31其中鼠笼电机=72－93％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(cos1)：P2PN此外还有绝缘等级等参数，不一一介绍。cos1三相异步电动机型号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××电机厂异步电动机产品名称代号产品名称异步电动机绕线式异步电动机防爆型异步电动机高起动转矩异步电动机新代号汉字意义老代号Y异异绕异爆异起YRYBYQJ、JOJR、JROJB、JBOJQ、JQO5.4.2三相异步机的起动stI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。0n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－起动和转子串电阻起动。Y－起动：正常运行lUAZBYXClI起动ABCXYZlUl