三相异步电动机的基本结构和调速

6.3三相异步电动机的基本结构6.2三相异步电动机的工作原理6.5三相异步电动机的机械特性6.4三相异步电动机的铭牌数据6.6三相异步电动机的起动6.7三相异步电动机的调速6.8单相异步电动机教学基本要求第6章电动机分析与思考练习题返回主页6.1电机概述1.了解三相异步电动机的结构，分清笼式和绕线式两种转子的结构特点；2.理解旋转磁场和三相异步电动机的工作原理；3.掌握三相异步电动机改变转子转向的方法；4.理解三相异步电动机的转矩平衡关系和功率平衡关系；5.理解三相异步电动机的固有机械特性以及额定状态、临界状态和起动状态的意义；6.了解定子电压和转子电阻改变时的人为机械特性；7.理解三相异步电动机的铭牌数据的意义；9.掌握三相异步电动机的起动方法；上一页下一页返回教学基本要求10.掌握三相异步电动机的调速方法；11.了解单相异步电动机的工作原理和起动方法；12.了解三相异步电动机一相或一线断路后的后果。上一页下一页返回6.1电机概述发电机▲直流电动机▲同步电动机▲鼠笼型——将机械能转换为电能；——将电能转换为机械能。▲绕线型电动机▲交流电动机▲异步电动机电机：实现能量转换或信号转换的电磁装置（动力电机）（控制电机）▲单相▲三相▲单相▲三相6.2三相异步电动机的工作原理上一页下一页返回上一节下一节（1）旋转磁场的产生（一）旋转磁场旋转磁场是三相异步电动机工作的基础。电机是利用电与磁的相互转化和相互作用制成的。旋转磁场由三相电流通过三相对称绕组产生。对称：三相对称负载空间对称分布上一页下一页返回上一节下一节二极旋转磁场▲极对数（p）的概念：（2）旋转磁场的转速旋转磁场转速n0—同步转速如何改变旋转磁场的转速？以Y型接法为例，当每相绕组只有一个线圈时，按右图放入定子槽内，合成的旋转磁场只有一对磁极，则极对数为1。即p=1U1U2V1V2W2W1上一页下一页返回上一节下一节U1U2V1V2W1W2i3i1i2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=2U1U2U3U4V1V4V2V3W4W1W2W3上一页下一页返回上一节下一节i2W2V4U1V1W1U2V2W3U3U4V3W4i1i3三相绕组四极旋转磁场上一页下一页返回上一节下一节电流变化一周→旋转磁场转一圈电流每秒钟变化50周→旋转磁场转50圈→旋转磁场转3000圈电流每分钟变化(50×60)周p=1时：电流变化一周→旋转磁场转半圈电流每秒钟变化50周→旋转磁场转25圈→旋转磁场转1500圈电流每分钟变化(25×60)周p=2时：上一页下一页返回上一节下一节三相异步电动机的同步转速600pf1n=min）r/(p123456n0/(r/min)300015001000750600500f1=50Hz时,不同极对数时的同步转速如下:同步转速p为任意值时：上一页下一页返回上一节下一节旋转方向：取决于三相电流的相序。（3）旋转磁场的转向旋转磁场是沿着：U1V1W1U1U2V1V2W2W1i1i2上一页下一页返回上一节下一节L1L2L3U1U2V1V2W1W2i3i1i2ImOti3i1→U1，i2→V1，i3→W1◆与三相绕组中的三相电流的相序：L1→L2→L3一致，通入导前电流的绕组→通入滞后电流的绕组。旋转磁场是沿着：U1W1V1U1U2V1V2W2W1L1L2L3U1U2V1V2W1W2i2i1i3i1→U1，i2→W1，i3→V1任意对调两根电源进线，磁场反转。上一页下一页返回上一节下一节（二）工作原理对称三相绕组通入对称三相电流旋转磁场(磁场能量)磁场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能输出机械能量上一页下一页返回上一节下一节NS（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TT与n0同方向。上一页下一页返回上一节下一节工作原理示意图▲电动机转速n和旋转磁场同步转速n0的关系：电机转子转动方向与磁场旋转的方向一致，但nn0转差率:00nnns=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上一节下一节0﹤s≤1转子转速亦可由转差率求得0)(1nns=例：一台三相异步电动机，其额定转速nN=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%1000N0N===nnnS转差率:00nnns=上一页下一页返回上一节下一节起动时：n=0,△n=n0→转子电磁感应最强→转子电路电量的频率：f2=f1当n↑→△n↓→转子电路电量的频率f2↓（＜f1）稳定运行时：△n=n0－n很小▲转子电路频率的变化：f2=ｓf1很小上一页下一页返回上一节下一节（2）电磁转矩的方向转子旋转的方向与旋转磁场的转向相同。电磁转矩的方向与旋转磁场的转向一致。上一页下一页返回上一节下一节任意对调两根电源进线，电动机反转。（3）电磁转矩T的大小T=KTsR2U1p2R22+(sX2)2T∝U1p2上一页下一页返回上一节下一节22TcosIΦKT=常数，与电机结构有关旋转磁场每极磁通转子电流转子电路功率因数ilBF=22cos,,IΦT转子中各载流导体在旋转磁场的作用下,受到电磁力形成转矩。R2的大小对T有影响（三）转矩平衡上一页下一页返回上一节下一节转轴上输出的转矩为:T2=T－T0电动机稳定运行，即匀速转动:T2=TL转矩平衡:T=TL+T0T≈TL≈T2若TL↑→T＜TL→n↓→(n0–n)↑→切割加快→E2↑→I2↑→F↑→T↑→至T’=TL’→以较原转速低的n’重新匀速转动（四）功率关系P1=√3U1lI1lcos1输出的机械功率:P2=T22πn60=T2TN=9550PNnN空载损耗:P0=PCu+PFe+PMe电动机的效率:上一页下一页返回上一节下一节P2P1η=100%输入的电功率:P2=P1－P0PN：kWnN：r/minTN：NmT2=9550P2n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50Hz、380V的三相电源上工作，当负载转矩TL=91N·m时，测得I1l=30A，P1=16kW，n=1470r/min，求该电动机带此负载运行时的s、P2、ŋ和λ。=87.5%60f12n0==1500r/min00nnns===0.021500－14701500P2=T2=2πn602×3.1460×91×1470W=14kWλ=P1√3U1lI1l=0.81解：上一页下一页返回上一节下一节P2P1η=100%6.3三相异步电动机的基本结构上一页下一页返回上一节下一节1.定子铁心：由内周有槽的硅钢片叠成。U1----U2V1----V2W1----W2三相绕组机座：铸钢或铸铁端盖：固定、支撑、防护转子: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)鼠笼式转子铁心槽内放铜条，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。鼠笼式绕线式上一页下一页返回上一节下一节另一端分别接滑环，可外接电阻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。上一页下一页返回上一节下一节异步电动机的结构上一页下一页返回上一节下一节三相笼式异步电动机的部件图6.4三相异步电动机的铭牌数据三相异步电动机型号Y132S－6功率3kW频率50Hz电压380V电流7.2A联结Y转速960r/min功率因数0.76绝缘等级B1.型号Y132S－6Y系列异步机机座中心高度机座长度代号2p=6→n0=1000r/min2.额定功率PNPN=3kW→轴上输出机械功率的额定值3.额定电压UNUN=380V→定子三相绕组应施加的线电压磁极数上一页下一页返回上一节下一节4.额定电流ININ=7.2A三相异步电动机型号Y132S－6功率3kW频率50Hz电压380V电流7.2A联结Y转速960r/min功率因数0.76绝缘等级B→定子三相绕组的额定线电流上一页下一页返回上一节下一节6.额定转速nN电机在额定电压、额定负载下运行时的转子转速。5.联结方式通常三相异步电动机3kW以下者，联结成星形，4kW以上者，联结成三角形。三相异步电动机型号Y132S－6功率3kW频率50Hz电压380V电流7.2A联结Y转速960r/min功率因数0.76绝缘等级B8.绝缘等级指电机绝缘材料能够承受的极限温度等级，分为A、E、B、F、H五级，A级最低(105ºC)，H级最高(180ºC)。7.额定功率因数λN=cosNP1N=√3UNINcosNPN=ηNP1N=√3UNINcosNηN上一页下一页返回上一节下一节固有特性:人为特性:在额定电压、额定频率，转子电路不外串电阻或电抗时的T=f(s)和n=f(T)在改变电压、频率及转子电路参数时的T=f(s)和n=f(T)n=f(T)T=f(s)转矩特性:异步机的T与s之间的关系机械特性:异步机n与T之间的关系6.5三相异步电动机的机械特性上一页下一页返回上一节下一节T=kTsR2U1p2R22+(sX2)2和n=(1－s)n0（一）固有特性转矩特性机械特性固有特性TNsN1TsTMsMTOsn0TnOTNnNTsTMnM上一页下一页返回上一节下一节（1）额定状态在额定UN下，以额定转速nN运行、输出额定功率PN时，电动机转轴上输出的转矩为机械特性M额定状态说明了电动机长期运行能力。上一页下一页返回上一节下一节n0TnOTsTNnNTMnMNS额定状态、临界状态、起动状态代表三个重要的工作状态。TN=9550PNnN临界转速临界转差率sM:Y系列:KM=2～2.2（2）临界状态过载倍数KM：R2X2sM=TMTNKM=上一页下一页返回上一节下一节Mn0TnOTsTNnNTMnMNS机械特性最大转矩TM:电动机带动最大负载的能力转轴上机械负载转矩不能大于TM，否则将造成堵转(停车)(3)起动状态TS体现了电动机直接起动的能力。若TSTL电机能起动，否则将起动不了。TSTNKS=Y系列:KS=1.6～2.2KC=5.5～7.0上一页下一页返回上一节下一节机械特性Mn0TnOTSTNnNTMnMNS起动电流倍数：起动转矩倍数：ISINKC=（二）人为特性（1）降低定子电压时的人为特性UN0.9UN0.81TM0.81TS上一页下一页返回上一节下一节n0nMnOT定子电压降低时的人为机械特性T∝U1p2（2）增加转子电阻时的人为特性R2R2+RTS+△Tn0nOT转子电阻增加时的人为机械特性◆转子串联合适的电阻，可使TS=TM上一页下一页返回上一节下一节（三）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：负载增加时，转速下降较快，起动特性好。硬特性软特性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。上一页下一页返回上一节下一节n0nTO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。（四）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？应当运行于与负载机械特性的交点上。上一页下一页返回上一节下一节n0nTOTLTL’n0nTOn0nTO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（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）。a点→TL↑→n↓→I2↑→T↑直至新的平衡I1↑→P1↑TLaTL’→a'点a'上一页下一页返回上一节下一节异步机的起动特性：•起动电流大:IS=KCIN=（5～7）IN•起动