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YCF(中职）电机与控制第四章教学课件第四章第四章 三相异步电动机三相异步电动机第一节第一节 三相异步电动机的结构与工作原理三相异步电动机的结构与工作原理第二节第二节 三相异步电动机的运行特性三相异步电动机的运行特性第三节第三节 三相异步电动机的反转、启动和调速三相异步电动机的反转、启动和调速返回第四章第四章 三相异步电动机三相异步电动机本章概述本章概述旋转电机可分为直流电机与交流电机两大类，交流电机又有同步电机旋转电机可分为直流电机与交流电机两大类，交流电机又有同步电机与异步电机之分，异步电机包括异步发电机与异步电动机。异步电动与异步电机之分，异步电机包括异步发电机与异步电动机。异步电动机又分为三相异步电动机和单相异步电动机。其中三相异步电动机以机又分为三相异步电动机和单相异步电动机。其中三相异步电动机以其结构简单、制造方便、价格便宜、运行可靠，成为应用最广、需求其结构简单、制造方便、价格便宜、运行可靠，成为应用最广、需求量最大的电动机。量最大的电动机。三相异步电动机按结构可分为三相笼型异步电动机和三相绕线转子异三相异步电动机按结构可分为三相笼型异步电动机和三相绕线转子异步电动机。本章主要叙述三相异步电动机的结构与工作原理及其空载步电动机。本章主要叙述三相异步电动机的结构与工作原理及其空载与负载运行，重点分析三相异步电动机的机械特性和电力拖动的基本与负载运行，重点分析三相异步电动机的机械特性和电力拖动的基本知识，另外对单相异步电动机也作一介绍。知识，另外对单相异步电动机也作一介绍。下一页返回第四章第四章 三相异步电动机三相异步电动机教学目标教学目标1.掌握三相异步电动机的结构与工作的原理掌握三相异步电动机的结构与工作的原理;2.了解三相异步电动机的运行特性了解三相异步电动机的运行特性;3.了解三相异步电动机的反转、启动和调速了解三相异步电动机的反转、启动和调速上一页返回第一节三相异步电动机的结构与工作原第一节三相异步电动机的结构与工作原理理一、三相异步电动机的结构一、三相异步电动机的结构三相异步电动机由两个基本部分组成，一是固定不动的部分，称为定三相异步电动机由两个基本部分组成，一是固定不动的部分，称为定子子;一是旋转部分，称为转子。一是旋转部分，称为转子。图图4-1为一台三相异步电动机的外形和为一台三相异步电动机的外形和结构图。结构图。1.定子定子定子由机座、定子铁芯、定子绕组和端盖等组成。机座通常用铸铁制定子由机座、定子铁芯、定子绕组和端盖等组成。机座通常用铸铁制成，机座内装有由成，机座内装有由0.5 mm厚的硅钢片叠制而成的定子铁芯。铁芯内厚的硅钢片叠制而成的定子铁芯。铁芯内圆周上有分布的定子槽，槽内嵌放三相定子绕组，定子绕组与铁芯间圆周上有分布的定子槽，槽内嵌放三相定子绕组，定子绕组与铁芯间有良好的绝缘。定子绕组是定子的电路部分，对于中小型电动机一般有良好的绝缘。定子绕组是定子的电路部分，对于中小型电动机一般采用漆包线绕制而成，共采用漆包线绕制而成，共3组，分布在定子铁芯槽内。组，分布在定子铁芯槽内。3个绕组在定子个绕组在定子内整个圆周空间彼此相隔内整个圆周空间彼此相隔120“放置，构成对称的三相绕组。放置，构成对称的三相绕组。下一页返回第一节三相异步电动机的结构与工作原第一节三相异步电动机的结构与工作原理理三相绕组共有三相绕组共有6个出线端，引出后接在置于电动机外壳上的接线盒中，个出线端，引出后接在置于电动机外壳上的接线盒中，3个绕组的首端分别用个绕组的首端分别用U1、V1、W1表示，其对应的末端分别用表示，其对应的末端分别用U2、V2、W2表示。通过接线盒上表示。通过接线盒上6个端头的不同联结，可将三相定子绕组个端头的不同联结，可将三相定子绕组联结成星形或三角形，如联结成星形或三角形，如图图4-2所示。所示。2.转子转子转子由转子铁芯、转子绕组、转轴、风扇等部分组成。转子铁芯为圆转子由转子铁芯、转子绕组、转轴、风扇等部分组成。转子铁芯为圆柱形，通常由定子铁芯冲片冲下来的内圆硅钢片叠压而成，并在其外柱形，通常由定子铁芯冲片冲下来的内圆硅钢片叠压而成，并在其外圆周上冲成均匀分布的槽后压装在转轴上。转子铁芯与定子铁芯之间圆周上冲成均匀分布的槽后压装在转轴上。转子铁芯与定子铁芯之间有很小的空气隙，与定、转子铁芯一起共同组成电动机的磁路。转子有很小的空气隙，与定、转子铁芯一起共同组成电动机的磁路。转子铁芯外圆周上均匀分布的槽是用来安放转子绕组的。铁芯外圆周上均匀分布的槽是用来安放转子绕组的。上一页 下一页返回第一节三相异步电动机的结构与工作原第一节三相异步电动机的结构与工作原理理转子绕组有笼型和绕线型两种结构。笼型转子绕组是由嵌在转子铁芯转子绕组有笼型和绕线型两种结构。笼型转子绕组是由嵌在转子铁芯槽内的铜条或铝条以及与其两端短接的端环组成，外形像一个鼠笼，槽内的铜条或铝条以及与其两端短接的端环组成，外形像一个鼠笼，故称笼型转子。目前中小型异步电动机大都在转子铁芯槽中浇注铝液，故称笼型转子。目前中小型异步电动机大都在转子铁芯槽中浇注铝液，铸成笼型绕组，并在端环上铸出许多叶片，作为冷却用的风扇。铸成笼型绕组，并在端环上铸出许多叶片，作为冷却用的风扇。绕线型转子绕组与定子绕组相似，在转子铁芯槽中嵌放对称的三相绕绕线型转子绕组与定子绕组相似，在转子铁芯槽中嵌放对称的三相绕组，做星形联结。将组，做星形联结。将3个绕组的尾端联结在一起，个绕组的尾端联结在一起，3个首端分别接到装个首端分别接到装在转轴上的在转轴上的3个铜制圆环上，并通过电刷与外电路的可变电阻相连，个铜制圆环上，并通过电刷与外电路的可变电阻相连，供启动和调速用。供启动和调速用。绕线转子电动机结构复杂、价格较高，一般只用于对启动和调速要求绕线转子电动机结构复杂、价格较高，一般只用于对启动和调速要求较高的场合，如起重机等设备上。较高的场合，如起重机等设备上。上一页 下一页返回第一节三相异步电动机的结构与工作原第一节三相异步电动机的结构与工作原理理3.三相异步电动机分类及用途三相异步电动机分类及用途三相异步电动机按防护形式分为开启式、防护式、封闭式及特殊防护三相异步电动机按防护形式分为开启式、防护式、封闭式及特殊防护式等。式等。(1)开启式电动机除必要的支撑结构外，转动部分及绕组没有专门的开启式电动机除必要的支撑结构外，转动部分及绕组没有专门的防护而与外界空气直接接触。因此，散热性好，结构简单，适用于干防护而与外界空气直接接触。因此，散热性好，结构简单，适用于干燥、无尘埃、无有害气体的场合。燥、无尘埃、无有害气体的场合。(2)防护式电动机机壳或端盖设有通风罩，可以防止水滴、尘土、铁防护式电动机机壳或端盖设有通风罩，可以防止水滴、尘土、铁屑和其他物体从上方或斜上方落入电动机内部。适用于比较清洁、干屑和其他物体从上方或斜上方落入电动机内部。适用于比较清洁、干燥的场合，但不能用于有腐蚀性和有爆炸性气体的场合。燥的场合，但不能用于有腐蚀性和有爆炸性气体的场合。上一页 下一页返回第一节三相异步电动机的结构与工作原第一节三相异步电动机的结构与工作原理理(3)封闭式电动机外壳完全封闭，可防止水滴、尘土、铁屑或其他物封闭式电动机外壳完全封闭，可防止水滴、尘土、铁屑或其他物体从任何方向侵入电动机内部。适用于灰尘、潮湿、水土飞溅的场合。体从任何方向侵入电动机内部。适用于灰尘、潮湿、水土飞溅的场合。此种电动机内外空气不能对流，只靠本身风扇冷却，但由于运行中安此种电动机内外空气不能对流，只靠本身风扇冷却，但由于运行中安全性好，获得广泛应用。全性好，获得广泛应用。特殊防护式电动机有隔爆型、防腐型、防水型等，适用于相应环境下特殊防护式电动机有隔爆型、防腐型、防水型等，适用于相应环境下工作。工作。二、三相异步电动机工作原理二、三相异步电动机工作原理三相异步电动机是利用定子绕组中三相交流电所产生的旋转磁场与转三相异步电动机是利用定子绕组中三相交流电所产生的旋转磁场与转子绕组内的感应电流相互作用而旋转的。子绕组内的感应电流相互作用而旋转的。上一页 下一页返回第一节三相异步电动机的结构与工作原第一节三相异步电动机的结构与工作原理理(1)旋转磁场的产生旋转磁场的产生 图图4-3为一个最简单的三相异步电动机定子绕组为一个最简单的三相异步电动机定子绕组布置图与结构示意图。每相绕组由一个线圈组成，这布置图与结构示意图。每相绕组由一个线圈组成，这3个相同的绕组个相同的绕组U1U2、V1V2、W1 W2在定子铁芯的槽内按空间相隔在定子铁芯的槽内按空间相隔120放置，并放置，并将其末端将其末端U2、V2、W2连成一点，作星形联结。当定子绕组的三个连成一点，作星形联结。当定子绕组的三个首端首端U1、V1、W1分别与三相对称交流电源分别与三相对称交流电源L1、L2、L3接通时，在接通时，在定子绕组中便有对称的三相交流电流定子绕组中便有对称的三相交流电流iu、iv、iw流过。若电源电压的相流过。若电源电压的相序序L1 L2 L3，电流参考方向或规定正方向如，电流参考方向或规定正方向如图图4-3所示，即从所示，即从U1、V1、W1流入，从末端流入，从末端U2、V2、W2流出，则三相电流流出，则三相电流iu、iv、iw波形波形如如图图4-4所示，它们在相位上互差所示，它们在相位上互差1200。上一页 下一页返回第一节三相异步电动机的结构与工作原第一节三相异步电动机的结构与工作原理理1.三相交流电的旋转磁场三相交流电的旋转磁场下面分析三相交流电流在铁芯内部空间产生的合成磁场。在下面分析三相交流电流在铁芯内部空间产生的合成磁场。在t=0时刻，时刻，iu为零，为零，U1U2绕组此时无电流绕组此时无电流;iv为负，电流的真实方向与参考方向为负，电流的真实方向与参考方向相反，即从末端相反，即从末端V2流入，从首端流入，从首端V1流出流出;iVW为正，电流真实方向与为正，电流真实方向与参考方向一致，即从首端参考方向一致，即从首端W1流入，从末端流入，从末端W2流出，如流出，如图图4-4(a)所示。将每相电流产生的磁场相叠加，便得出三相电流共同产生所示。将每相电流产生的磁场相叠加，便得出三相电流共同产生的合成磁场，这个合成磁场此刻在转子铁芯内部空间的方向是自上而的合成磁场，这个合成磁场此刻在转子铁芯内部空间的方向是自上而下，相当于一个下，相当于一个N极在上、极在上、S极在下的两极磁场。极在下的两极磁场。用同样的方法可画出用同样的方法可画出2/3、4/3 、2 时各相电流的流向及合成磁时各相电流的流向及合成磁场的磁力线方向，如图场的磁力线方向，如图4-4(b)、(c)、(d)所示，而所示，而t=2二时的电流流二时的电流流向与向与t=0时的完全一样。时的完全一样。上一页 下一页返回第一节三相异步电动机的结构与工作原第一节三相异步电动机的结构与工作原理理进一步分析可以发现，各瞬间合成磁场的磁通大小和分布情况均相同，进一步分析可以发现，各瞬间合成磁场的磁通大小和分布情况均相同，仅方向不同，且向一个方向旋转。当正弦交流电变化一周时，合成磁仅方向不同，且向一个方向旋转。当正弦交流电变化一周时，合成磁场在空间正好旋转了一周。场在空间正好旋转了一周。由上面分析可知，在定子铁芯中空间互差由上面分析可知，在定子铁芯中空间互差120的的3个线圈分别通入相个线圈分别通入相位互差位互差120的三相交流电时，三相电流所产生的合成磁场是一个旋转的三相交流电时，三相电流所产生的合成磁场是一个旋转磁场。而旋转磁场的极对数，由定子绕组在定子铁芯中的布置决定。磁场。而旋转磁场的极对数，由定子绕组在定子铁芯中的布置决定。上述电动机三相定子绕组共有上述电动机三相定子绕组共有3个线圈，分别置于定子铁芯的个线圈，分别置于定子铁芯的6个槽中。个槽中。当通入三相对称电流时，产生的磁场相当于一对当通入三相对称电流时，产生的磁场相当于一对N,S磁极的旋转磁场。磁极的旋转磁场。上一页 下一页返回第一节三相异步电动机的结构与工作原第一节三相异步电动机的结构与工作原理理若每绕组由两个线圈串联组成，这样定子铁芯槽数应为若每绕组由两个线圈串联组成，这样定子铁芯槽数应为12个，每个线个，每个线圈在空间相隔圈在空间相隔600，如，如图图4-5所示。所示。U相由相由U1U2与与U1U2串联，串联，V相由相由V1 V2与与V1V2串联，串联，W相由相由W1W2与与W1W2串联组成，且同一相中串联组成，且同一相中两个线圈的始端如两个线圈的始端如U1与与U1 端在空间上相隔端在空间上相隔1800，而相邻两相绕组的，而相邻两相绕组的始端如始端如U1与与V1,V1与与W1在空间只相隔在空间只相隔600，当通入三相对称交流电流，当通入三相对称交流电流时，可产生具有两对磁极的旋转磁场，如时，可产生具有两对磁极的旋转磁场，如图图4-6所示。所示。当当t=0时，时，iu为零，为零，U相绕组无电流，相绕组无电流，iv为负值，为负值，iw为正值，为正值，V相与相与W相电流流向及合成磁场如相电流流向及合成磁场如图图4-6(a)所示。依次分析所示。依次分析及及2时，时，iu、iv、iw的流向及合成磁场情况如的流向及合成磁场情况如图图4-6(b),(c),(d)所示。所示。由此可见，当正弦交流电变化一周时，合成磁场在空间只旋转了由此可见，当正弦交流电变化一周时，合成磁场在空间只旋转了1800，由此可见，旋转磁场的极对数越多，其转速越低。，由此可见，旋转磁场的极对数越多，其转速越低。上一页 下一页返回第一节三相异步电动机的结构与工作原第一节三相异步电动机的结构与工作原理理由上述分析，得出三相旋转磁场产生的条件由上述分析，得出三相旋转磁场产生的条件:三相绕组必须对称，且在定子铁芯上按空间互差三相绕组必须对称，且在定子铁芯上按空间互差1200电角度分布。电角度分布。通入三相对称绕组的电流也必须对称，即大小、频率相同，相位互差通入三相对称绕组的电流也必须对称，即大小、频率相同，相位互差1200电角度。电角度。为达到三相绕组对称，三相绕组在定子铁芯上的分布应遵循如下原则为达到三相绕组对称，三相绕组在定子铁芯上的分布应遵循如下原则:各相绕组在每个磁极下应均匀分布，以达到磁场对称的目的。为此，各相绕组在每个磁极下应均匀分布，以达到磁场对称的目的。为此，先将定子槽数按极数均匀分配，称为分极，每极为先将定子槽数按极数均匀分配，称为分极，每极为1800电角度。每极电角度。每极下又分为三相，称为分相，即分为下又分为三相，称为分相，即分为3个相带，每个相带个相带，每个相带600电角度，相电角度，相带也叫极相组。三相绕组在每极下按相带顺序带也叫极相组。三相绕组在每极下按相带顺序U1 W2 V1 U2 W1 V2均匀分布。均匀分布。上一页 下一页返回第一节三相异步电动机的结构与工作原第一节三相异步电动机的结构与工作原理理各相绕组的引出线应彼此相隔各相绕组的引出线应彼此相隔1200电角度。电角度。图图4-6中每个相部相带的中每个相部相带的电流参考方向相反。电流参考方向相反。同相绕组中相带线圈之间应顺着电流参考方向连接。同相绕组中相带线圈之间应顺着电流参考方向连接。同一相绕组的各有效边在同性磁极下，电流参考方向应相同同一相绕组的各有效边在同性磁极下，电流参考方向应相同;而在异而在异性磁极下电流参考方向应相反。性磁极下电流参考方向应相反。各相绕组的电源引出线应彼此相隔各相绕组的电源引出线应彼此相隔1200电角度。电角度。按上述原则，画出了三相按上述原则，画出了三相4极电动机定子绕组圆形接线图如极电动机定子绕组圆形接线图如图图4-7所示。所示。此图是在三相异步电动机实际接线时，为能清楚看出各线圈组之间的此图是在三相异步电动机实际接线时，为能清楚看出各线圈组之间的连接关系而采用的一种简化圆形接线参考图。连接关系而采用的一种简化圆形接线参考图。上一页 下一页返回第一节三相异步电动机的结构与工作原第一节三相异步电动机的结构与工作原理理画此图时，不管每极每相组内有几个线圈，每一个极相组都用一根短画此图时，不管每极每相组内有几个线圈，每一个极相组都用一根短圆弧线来表示，其内侧带箭头的线段表示该极相组电流参考方向。接圆弧线来表示，其内侧带箭头的线段表示该极相组电流参考方向。接线图具体绘制步骤如下线图具体绘制步骤如下:将定子圆周按极相组数均匀分成将定子圆周按极相组数均匀分成2pm圆弧段圆弧段(其中其中P为极对数，为极对数，m为相为相数数)，每段圆弧表示一个极相组。，每段圆弧表示一个极相组。顺次给每个极相组编号，并根据顺次给每个极相组编号，并根据600相邻原则标出相序。相邻原则标出相序。在极相组圆弧线内侧标电流参考方向，按相邻极相组的电流方向相反在极相组圆弧线内侧标电流参考方向，按相邻极相组的电流方向相反来标示。来标示。确定各相引出线的位置，要求三相互差确定各相引出线的位置，要求三相互差1200电角度。电角度。将各相按电流方向串联起来，得到三相绕组的尾端。将各相按电流方向串联起来，得到三相绕组的尾端。上一页 下一页返回第一节三相异步电动机的结构与工作原第一节三相异步电动机的结构与工作原理理旋转磁场的转速如上所述，当电流变化一周时，一对磁极的旋转磁场旋转磁场的转速如上所述，当电流变化一周时，一对磁极的旋转磁场在空间正好转过一周。对在空间正好转过一周。对50Hz的工频交流电来说，旋转磁场每秒钟将的工频交流电来说，旋转磁场每秒钟将在空间旋转在空间旋转50周，其转速周，其转速n1=60f1=60 x 50r/min=3000 r/min。若旋。若旋转磁场有两对磁极，则电流变化一周，旋转磁场只转过转磁场有两对磁极，则电流变化一周，旋转磁场只转过0.5周，比极周，比极对数对数P=1情况下的转速慢了一半，即情况下的转速慢了一半，即n1=60f1/2=1500r/min。同理，在。同理，在3对磁极的情况下，电流变化一周，旋转磁场仅旋转了对磁极的情况下，电流变化一周，旋转磁场仅旋转了1/3周，其转速周，其转速n1=60f1/3=1000r/min。以此类推，当旋转磁场具有。以此类推，当旋转磁场具有P对磁极时，旋转对磁极时，旋转磁场转速为磁场转速为上一页 下一页返回第一节三相异步电动机的结构与工作原第一节三相异步电动机的结构与工作原理理式中式中 n1旋转磁场转速旋转磁场转速(r/min);f1交流电源频率交流电源频率(Hz);P电动机定子极对数。电动机定子极对数。旋转磁场的转速旋转磁场的转速n1又称为同步转速。由上式可知，它决定于电源频率又称为同步转速。由上式可知，它决定于电源频率f1和旋转磁场的极对数和旋转磁场的极对数P。当电源频率。当电源频率f1=50Hz时，三相异步电动机时，三相异步电动机同步转速同步转速n1与磁极对数与磁极对数P的关系如的关系如表表4-1所示。所示。(3)旋转磁场的旋转方向旋转磁场在空间的旋转方向是由三相电流的旋转磁场的旋转方向旋转磁场在空间的旋转方向是由三相电流的相序决定，在磁场旋转过程中，磁极相序决定，在磁场旋转过程中，磁极N从与电源从与电源L1连接的连接的U1出发，先出发，先经过与电源经过与电源L2连接的连接的V1，然后经过与电源，然后经过与电源L3连接的连接的W1，最后回到，最后回到U1，与通过三相定子绕组电流的相序，与通过三相定子绕组电流的相序L1 L2 L3一致。一致。上一页 下一页返回第一节三相异步电动机的结构与工作原第一节三相异步电动机的结构与工作原理理若把定子绕组与交流电源连接的若把定子绕组与交流电源连接的3根导线中的任意两根对调位置，如根导线中的任意两根对调位置，如把绕组把绕组V接电源接电源L3，把绕组，把绕组W1接电源接电源L2，即流过绕组，即流过绕组U1U2的电流仍的电流仍为为iu，而流过，而流过V1V2的电流变为的电流变为iw，流过，流过W1W2的电流变为的电流变为iv，再按上，再按上述分析可得出旋转磁场将按逆时针方向旋转，即磁极述分析可得出旋转磁场将按逆时针方向旋转，即磁极N从从U1经经W1，再经再经V1回到回到U1，仍与通过三相定子绕组中电流的相序，仍与通过三相定子绕组中电流的相序L1 L2 L3一致。一致。2.转子的转动转子的转动(1)转子转动的原理如转子转动的原理如图图4-8所示，当定子绕组接通三相电源后，绕组所示，当定子绕组接通三相电源后，绕组中将流过三相交流电流，图中示出某一瞬间定子电流产生的磁场。中将流过三相交流电流，图中示出某一瞬间定子电流产生的磁场。上一页 下一页返回第一节三相异步电动机的结构与工作原第一节三相异步电动机的结构与工作原理理它以同步转速它以同步转速n1按顺时针方向旋转，于是静止的转子与旋转磁场间就按顺时针方向旋转，于是静止的转子与旋转磁场间就有了相对运动，相当于磁场静止而转子导体接逆时针方向切割磁场，有了相对运动，相当于磁场静止而转子导体接逆时针方向切割磁场，这样在转子导体中就会有感应电动势产生，其方向可用右手定则确定，这样在转子导体中就会有感应电动势产生，其方向可用右手定则确定，转子上半部导体的感应电动势方向是向外的，下半部导体的感应电动转子上半部导体的感应电动势方向是向外的，下半部导体的感应电动势方向是进入里面的。由于转子导体通过端环连接构成闭合回路，所势方向是进入里面的。由于转子导体通过端环连接构成闭合回路，所以在感应电动势作用下产生转子电流以在感应电动势作用下产生转子电流I2，其方向与转子感应电动势方，其方向与转子感应电动势方向一致。流有转子电流向一致。流有转子电流I2的转子导体因处在磁场中，又与磁场相互作的转子导体因处在磁场中，又与磁场相互作用，根据左手定则，便可确定转子导体受电磁力用，根据左手定则，便可确定转子导体受电磁力F作用的方向如作用的方向如图图4-8所示。这些电磁力对转轴形成电磁转矩，其方向与旋转磁场的旋转方所示。这些电磁力对转轴形成电磁转矩，其方向与旋转磁场的旋转方向一致，于是转子就在电磁转矩的作用下顺着旋转磁场方向转动起来。向一致，于是转子就在电磁转矩的作用下顺着旋转磁场方向转动起来。上一页 下一页返回第一节三相异步电动机的结构与工作原第一节三相异步电动机的结构与工作原理理(2)转子的转速转子的转速n、转差率、转差率:与转动方向由上面分析可知，异步电动机与转动方向由上面分析可知，异步电动机转子旋转方向与旋转磁场的方向一致，但转速转子旋转方向与旋转磁场的方向一致，但转速n不可能达到旋转磁场不可能达到旋转磁场的转速的转速n1。因为产生电磁转矩需要转子中存在感应电动势和感应电流，。因为产生电磁转矩需要转子中存在感应电动势和感应电流，如果转子转速与旋转磁场转速相等，两者之间就没有相对运动，转子如果转子转速与旋转磁场转速相等，两者之间就没有相对运动，转子导体将不切割磁力线，则转子感应电动势、转子电流及电磁转矩都不导体将不切割磁力线，则转子感应电动势、转子电流及电磁转矩都不存在，转子也就不可能继续以存在，转子也就不可能继续以n1转速转动。所以，转子转速转速转动。所以，转子转速n与旋转与旋转磁场转速磁场转速n1之间必须有差别，且之间必须有差别，且n n1。这就是这就是“异步异步”电动机名称的由来。另外，因为产生转子电流的感应电动机名称的由来。另外，因为产生转子电流的感应电动势是由电磁感应产生的，所以异步电动机也称为电动势是由电磁感应产生的，所以异步电动机也称为“感应感应”电动机。电动机。上一页 下一页返回第一节三相异步电动机的结构与工作原第一节三相异步电动机的结构与工作原理理同步转速同步转速n1与转子转速与转子转速n之差称为转速差，转速差与同步转速的比值之差称为转速差，转速差与同步转速的比值称为转差率，用称为转差率，用s表示，即表示，即转差率是分析异步电动机运行情况的一个重要参数。如启动瞬间转差率是分析异步电动机运行情况的一个重要参数。如启动瞬间n=0,s=1，转差率最大，转差率最大;空载时空载时n接近接近n1，s 很小，在很小，在0.005以下以下;若若n=n1时，则时，则s=0，称为理想空载状态，这种状态实际运行中并不存在。，称为理想空载状态，这种状态实际运行中并不存在。异步电动机工作时，转差率在异步电动机工作时，转差率在10之间变化，额定负载时，其额定转之间变化，额定负载时，其额定转差率差率SN=0.010.07。由上分析还可知，异步电动机的转动方向总是与旋转磁场的转向一致。由上分析还可知，异步电动机的转动方向总是与旋转磁场的转向一致。因此，只需把定子绕组与三相电源连接的三根导线对调其中任意两根，因此，只需把定子绕组与三相电源连接的三根导线对调其中任意两根，就可以改变旋转磁场的转向，即实现电动机转向的改变。就可以改变旋转磁场的转向，即实现电动机转向的改变。上一页 下一页返回第一节三相异步电动机的结构与工作原第一节三相异步电动机的结构与工作原理理三、三相异步电动机的铭牌及主要系列三、三相异步电动机的铭牌及主要系列1.三相异步电动机的铭牌三相异步电动机的铭牌每一台三相异步电动机机座上都嵌有一块铭牌，上面标注有电动机的每一台三相异步电动机机座上都嵌有一块铭牌，上面标注有电动机的型号、额定值等，如型号、额定值等，如表表4-2所示。所示。(1)型号异步电动机的型号用汉语拼音的大写字母和阿拉伯数字的组型号异步电动机的型号用汉语拼音的大写字母和阿拉伯数字的组合表示，用以说明电动机的种类、规格和用途等。型号意义合表示，用以说明电动机的种类、规格和用途等。型号意义:上一页 下一页返回第一节三相异步电动机的结构与工作原第一节三相异步电动机的结构与工作原理理中心越高，电动机容量越大，一般中心高中心越高，电动机容量越大，一般中心高80315mm为小型电机为小型电机;315630mm为中型电动机为中型电动机;630mm以上为大型电动机。在同一中心高下，以上为大型电动机。在同一中心高下，机座即铁芯越长，则容量越大。机座即铁芯越长，则容量越大。(2)额定值额定值规定了电动机正常运行状态和条件，是选用、维修额定值额定值规定了电动机正常运行状态和条件，是选用、维修电动机的依据。在铭牌上标注的主要额定值有电动机的依据。在铭牌上标注的主要额定值有:额定功率额定功率PN，即电动机额定运行时，转轴上输出的机械功率，即电动机额定运行时，转轴上输出的机械功率(kW)。额定电压额定电压UN，即电动机在额定运行时，加在定子绕组出线端的线电压，即电动机在额定运行时，加在定子绕组出线端的线电压(V)。额定电流额定电流IN，即电动机在额定电压、额定频率下，转轴上输出额定功，即电动机在额定电压、额定频率下，转轴上输出额定功率时，定子绕组中的线电流率时，定子绕组中的线电流(A)。上一页 下一页返回第一节三相异步电动机的结构与工作原第一节三相异步电动机的结构与工作原理理对于三相异步电动机，其额定功率与其他额定数据之间有如下关系式对于三相异步电动机，其额定功率与其他额定数据之间有如下关系式式中式中COSN额定功率因数额定功率因数;N 额定效率。额定效率。额定频率额定频率fN即电动机所接交流电源的频率，我国电力系统频率规定为即电动机所接交流电源的频率，我国电力系统频率规定为50Hz。额定转速额定转速nN，即电动机在额定电压、额定频率下，电动机轴上输出额，即电动机在额定电压、额定频率下，电动机轴上输出额定机械功率时的转子转速定机械功率时的转子转速(r/min)。上一页 下一页返回第一节三相异步电动机的结构与工作原第一节三相异步电动机的结构与工作原理理接法，即电动机定子三相绕组以及三相交流电源的连接方法。一般接法，即电动机定子三相绕组以及三相交流电源的连接方法。一般3kW及其以下电动机采用星形联结，及其以下电动机采用星形联结，4kW及其以上电动机采用三角形及其以上电动机采用三角形联结。联结。此外，铭牌上还标明防护等级、绝缘等级及工作制等。此外，铭牌上还标明防护等级、绝缘等级及工作制等。表表4-2中的防中的防护等级护等级IP44是指电动机的防护结构达到国际电工委员会是指电动机的防护结构达到国际电工委员会(IEC)规定的规定的外壳防护等级外壳防护等级IP44的要求，适用于灰尘飞扬、水土溅射的场所。对于的要求，适用于灰尘飞扬、水土溅射的场所。对于绕线转子异步电动机还标有转子绕组的额定电压绕线转子异步电动机还标有转子绕组的额定电压(指定子绕组加上额指定子绕组加上额定频率的额定电压而转子绕组开路时集电环间的电压定频率的额定电压而转子绕组开路时集电环间的电压)和转子额定电和转子额定电流。流。上一页 下一页返回第一节三相异步电动机的结构与工作原第一节三相异步电动机的结构与工作原理理2.三相异步电动机主要系列三相异步电动机主要系列Y系列三相异步电动机是系列三相异步电动机是20世纪世纪70年代末设计年代末设计80年代开始替代年代开始替代J2,JO2系列的更新换代产品。常用的系列的更新换代产品。常用的Y系列异步电动机有系列异步电动机有Y(IP44)封闭式、封闭式、Y(IP23)防护式小型三相异步电动机，防护式小型三相异步电动机，YR(IP44)封闭式、封闭式、YR(IP23)防护式绕线转子三相异步电动机，防护式绕线转子三相异步电动机，YD变极多速三相异步电动机，变极多速三相异步电动机，YX高效率三相异步电动机，高效率三相异步电动机，YH高转差率三相异步电动机，高转差率三相异步电动机，YB隔爆型三隔爆型三相异步电动机，相异步电动机，YCT电磁调速三相异步电动机，电磁调速三相异步电动机，YEJ制动三相异步电制动三相异步电动机，动机，YTD电梯用三相异步电动机，电梯用三相异步电动机，YQ高启动转矩三相异步电动机高启动转矩三相异步电动机等几十种产品。等几十种产品。上一页返回第二节第二节 三相异步电动机的运行特性三相异步电动机的运行特性一、三相异步电动机的机械特性一、三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性曲线如三相异步电动机的机械特性曲线如图图4-9所示，图中所示，图中A、B、C、D点分别为电动机的同步点、额定运行点、临界点和启动点。由图可见点分别为电动机的同步点、额定运行点、临界点和启动点。由图可见电动机在电动机在D点启动后，随着转速的上升转矩随之上升，在达到转矩的点启动后，随着转速的上升转矩随之上升，在达到转矩的最大值后最大值后(C点点)，进入，进入AC段的工作区域。段的工作区域。二、三相异步电动机的运行性能二、三相异步电动机的运行性能下面用下面用图图4-9所示的机械特性曲线来分析三相异步电动机的运行性能所示的机械特性曲线来分析三相异步电动机的运行性能:(1)曲线的曲线的AC段在这一段的曲线近似于线性，随着异步电动机的转矩段在这一段的曲线近似于线性，随着异步电动机的转矩增加而转速略有下降，从同步点增加而转速略有下降，从同步点A(n=n0,s=0,T=0)到满载的到满载的B点点(额额定运行点定运行点)，转速仅下降，转速仅下降2%6%，可见三相异步电动机在，可见三相异步电动机在AC段的工段的工作区域有较作区域有较“硬硬”的机械特性。的机械特性。下一页返回第二节第二节 三相异步电动机的运行特性三相异步电动机的运行特性(2)额定运行状态在额定运行状态在B点，电动机工作在额定运行状态，在额定电压、点，电动机工作在额定运行状态，在额定电压、额定电流下产生额定的电磁转矩，以拖动额定的负载，此时对应的转额定电流下产生额定的电磁转矩，以拖动额定的负载，此时对应的转速、转差率均为额定值速、转差率均为额定值(额定值均用下标额定值均用下标N”表示表示)。电动机工作时应。电动机工作时应尽量接近额定状态运行，以使电动机有较高的效率和功率因数。尽量接近额定状态运行，以使电动机有较高的效率和功率因数。(3)临界状态临界状态C点被称为点被称为“临界点临界点”，在该点产生的转矩为最大转矩，在该点产生的转矩为最大转矩Tm，它是电动机运行的临界转矩，因为一旦负载转矩大于，它是电动机运行的临界转矩，因为一旦负载转矩大于Tm，电动机，电动机因无法拖动而使转速下降，工作点进入曲线的因无法拖动而使转速下降，工作点进入曲线的CD段。在段。在CD段随着转段随着转速的下降转矩继续减小，使转速很快下降至零，电动机出现堵转。速的下降转矩继续减小，使转速很快下降至零，电动机出现堵转。C点为曲线点为曲线AC段与段与CD段交界点，所以称为段交界点，所以称为“临界点临界点”，该点对应的转，该点对应的转差率均为临界值。差率均为临界值。上一页 下一页返回第二节第二节 三相异步电动机的运行特性三相异步电动机的运行特性电动机产生的最大转矩电动机产生的最大转矩Tm与额定转矩与额定转矩TN之比称为电动机的过载能力之比称为电动机的过载能力，即，即一般三相异步电动机的一般三相异步电动机的在在1.82.2之间，这表明在短时间内电动机轴之间，这表明在短时间内电动机轴上带动的负载只要不超过上带动的负载只要不超过(1.82.2)TN，电动机仍能继续运行，因，电动机仍能继续运行，因此一定的此一定的表明电动机所具有的过载能力的大小。表明电动机所具有的过载能力的大小。(4)启动状态启动状态D点称为点称为“启动点启动点”。在电动机启动瞬间，。在电动机启动瞬间，n=0,s=1，电，电动机轴上产生的转矩称为启动转矩动机轴上产生的转矩称为启动转矩Tst(又称为又称为“堵转转矩堵转转矩”)。上一页 下一页返回第二节第二节 三相异步电动机的运行特性三相异步电动机的运行特性Tst必须大于负载转矩，电动机才能启动，否则电动机将无法启动。必须大于负载转矩，电动机才能启动，否则电动机将无法启动。电动机产生的启动转矩电动机产生的启动转矩Tst与额定转矩与额定转矩TN之比称为电动机的启动能力，之比称为电动机的启动能力，即即一般三相异步电动机的启动能力在一般三相异步电动机的启动能力在12之间。之间。上一页返回第三节第三节 三相异步电动机的反转、启动和三相异步电动机的反转、启动和调速调速一、三相异步电动机的反转一、三相异步电动机的反转从工作原理可知，三相异步电动机的旋转方向与磁场旋转方向一致，从工作原理可知，三相异步电动机的旋转方向与磁场旋转方向一致，而磁场的旋转方向由三相绕组的相序决定。所以，如而磁场的旋转方向由三相绕组的相序决定。所以，如图图4-10所示，将所示，将三相电源接线的任意两根对调，改变三相绕组的相序，即可使电动机三相电源接线的任意两根对调，改变三相绕组的相序，即可使电动机反向旋转。反向旋转。二、三相异步电动机的启动二、三相异步电动机的启动三相异步电动机启动时，一般要求启动转矩三相异步电动机启动时，一般要求启动转矩Tst要大，以减小启动时间要大，以减小启动时间;启动电流启动电流Ist要小，以免导致电网电压下降，影响其他同一电网的设要小，以免导致电网电压下降，影响其他同一电网的设备正常运行和自身使用寿命。另外，启动方法和设备要求简单、经济、备正常运行和自身使用寿命。另外，启动方法和设备要求简单、经济、易操作。易操作。下一页返回第三节第三节 三相异步电动机的反转、启动和三相异步电动机的反转、启动和调速调速实际上，三相异步电动机的启动电流很大而启动转矩却偏小。这是因实际上，三相异步电动机的启动电流很大而启动转矩却偏小。这是因为在启动瞬间，为在启动瞬间，n=0,s=1，转差率很大，所以转子感应电流很大，通，转差率很大，所以转子感应电流很大，通过磁场耦合使定子启动电流也很大，可达额定电流的过磁场耦合使定子启动电流也很大，可达额定电流的4 7倍倍;由于启由于启动时的功率因数很低，所以启动转矩动时的功率因数很低，所以启动转矩Tst并不大，如并不大，如图图4-9所示三相异所示三相异步电动机机械特性曲线中的步电动机机械特性曲线中的D点。只要启动转矩点。只要启动转矩Tst大于负载转矩大于负载转矩(如如额定负载额定负载TN)，电动机就会从，电动机就会从D点启动，随着转速的上升，电磁转矩不点启动，随着转速的上升，电磁转矩不断增加，工作点经过最大转矩点断增加，工作点经过最大转矩点C进入进入AC稳定工作段，转速继续上升，稳定工作段，转速继续上升，电磁转矩开始减小，直到电磁转矩开始减小，直到B点与额定负载转矩相等，加速度为零，电点与额定负载转矩相等，加速度为零，电动机启动过程结束，进入稳定运行状态。动机启动过程结束，进入稳定运行状态