电机与电气控制异步电机PPT讲稿.ppt

电机与电气控制异步电机第1页，共82页，编辑于2022年，星期一 异步电动机的工作原理异步电动机的工作原理1.1.工作原理工作原理工作原理工作原理AXYCBZ定子三相绕组通入三相交流电定子三相绕组通入三相交流电定子三相绕组通入三相交流电定子三相绕组通入三相交流电方向方向:顺时针顺时针 切割转子导体切割转子导体右手定则右手定则感应电动势感应电动势感应电动势感应电动势 E20旋转磁场旋转磁场感应电流感应电流 I2旋转磁场旋转磁场左手定则左手定则电磁力电磁力电磁力电磁力F FF电磁转矩电磁转矩TnF第2页，共82页，编辑于2022年，星期一2、转差率、转差率 旋转磁场的同步转速和电动机转子转速之差与旋转磁场的同步转速和电动机转子转速之差与旋转磁场的同步转速和电动机转子转速之差与旋转磁场的同步转速和电动机转子转速之差与旋转磁场的同步转速之比称为旋转磁场的同步转速之比称为旋转磁场的同步转速之比称为旋转磁场的同步转速之比称为转差率。转差率。转差率。转差率。由前面分析可知，电动机转子转动方向与磁场由前面分析可知，电动机转子转动方向与磁场由前面分析可知，电动机转子转动方向与磁场由前面分析可知，电动机转子转动方向与磁场旋转的方向一致，但转子转速旋转的方向一致，但转子转速旋转的方向一致，但转子转速旋转的方向一致，但转子转速 n n 不可能达到与旋转磁场不可能达到与旋转磁场不可能达到与旋转磁场不可能达到与旋转磁场的转速相等，即的转速相等，即的转速相等，即的转速相等，即异步电动机异步电动机如果如果:无转子电动势和转子电流无转子电动势和转子电流 转子与旋转磁场间没有相对运动，磁通不切转子与旋转磁场间没有相对运动，磁通不切 割转子导条割转子导条无转矩无转矩因此，转子转速与旋转磁场转速间必须要有差别。因此，转子转速与旋转磁场转速间必须要有差别。因此，转子转速与旋转磁场转速间必须要有差别。因此，转子转速与旋转磁场转速间必须要有差别。第3页，共82页，编辑于2022年，星期一异步电动机运行中异步电动机运行中:转子转速亦可由转差率求得转子转速亦可由转差率求得转差率转差率转差率转差率s 例例1 1：一台三相异步电动机，其额定转速一台三相异步电动机，其额定转速 n=975 r/min，电源频率，电源频率 f1 1=50 Hz。试求电动机的极对。试求电动机的极对数和额定负载下的转差率。数和额定负载下的转差率。解：解：根据异步电动机转子转速与旋转磁场同步转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：速的关系可知：n0=1000 r/min,即即即即p=3=3额定转差率为额定转差率为额定转差率为额定转差率为第4页，共82页，编辑于2022年，星期一二、二、旋转磁场旋转磁场 定子三相绕组通入三定子三相绕组通入三相交流电相交流电相交流电相交流电(星形联接星形联接)AXBYCZ1 1.旋转磁场的产生旋转磁场的产生旋转磁场的产生旋转磁场的产生o第5页，共82页，编辑于2022年，星期一o规定规定 i:“+”首端流入，尾端流出。首端流入，尾端流出。i:“”尾端流入，首端流出。尾端流入，首端流出。AYCBZX()电流出电流出()电流入电流入第6页，共82页，编辑于2022年，星期一 tAXYCBZAXYCBZAXYCBZ 三相电流合成磁三相电流合成磁场场 的分布情况的分布情况合成磁场方向向下合成磁场方向向下合成磁场方向向下合成磁场方向向下合成磁场旋转合成磁场旋转合成磁场旋转合成磁场旋转6060合成磁场旋转合成磁场旋转合成磁场旋转合成磁场旋转90600o第7页，共82页，编辑于2022年，星期一AAXZBCYAAXZBCY分析可知：三相电流产生的合成磁场是一旋转的磁场分析可知：三相电流产生的合成磁场是一旋转的磁场 即：即：一个电流周期，旋转磁场在空间转过一个电流周期，旋转磁场在空间转过360取决于三相电流的相序取决于三相电流的相序取决于三相电流的相序取决于三相电流的相序2.旋转磁场的旋转方向旋转磁场的旋转方向旋转磁场的旋转方向旋转磁场的旋转方向结论：结论：结论：结论：任意调换两根任意调换两根任意调换两根任意调换两根电源进线，则旋转电源进线，则旋转电源进线，则旋转电源进线，则旋转磁场反转。磁场反转。任意调换两根电源进线任意调换两根电源进线(电路如图电路如图)AXCZBY0 to第8页，共82页，编辑于2022年，星期一3 3.旋转磁场的极对数旋转磁场的极对数旋转磁场的极对数旋转磁场的极对数P P 当三相定子绕组按图示当三相定子绕组按图示当三相定子绕组按图示当三相定子绕组按图示排列时，产生一对磁极的旋排列时，产生一对磁极的旋排列时，产生一对磁极的旋排列时，产生一对磁极的旋转磁场，转磁场，转磁场，转磁场，即：即：o tAXBYCZAXYCBZ第9页，共82页，编辑于2022年，星期一 若定子每相绕组由两个线圈串联若定子每相绕组由两个线圈串联若定子每相绕组由两个线圈串联若定子每相绕组由两个线圈串联，绕组的始端，绕组的始端，绕组的始端，绕组的始端之间互差之间互差之间互差之间互差6060，将形成，将形成，将形成，将形成两对磁极的旋转磁场。两对磁极的旋转磁场。CYABCXYZAXBZAXBYC第10页，共82页，编辑于2022年，星期一极对数极对数旋转磁场的磁极对数旋转磁场的磁极对数与三相绕组的排列有关与三相绕组的排列有关CYABCXYZAXBZ0第11页，共82页，编辑于2022年，星期一4 4.旋转磁场的转速旋转磁场的转速旋转磁场的转速旋转磁场的转速工频：工频：旋转磁场的转速取决于磁场的极对数旋转磁场的转速取决于磁场的极对数p=1时时0 toAXYCBZAXYCBZAXYCBZ第12页，共82页，编辑于2022年，星期一p=2时时0第13页，共82页，编辑于2022年，星期一旋转磁场转速旋转磁场转速旋转磁场转速旋转磁场转速n n0 0与极对数与极对数与极对数与极对数 p p 的关系的关系的关系的关系极对数极对数每个电流周期每个电流周期磁场转过的空间角度磁场转过的空间角度同步转速同步转速旋转磁场转速旋转磁场转速n0与频率与频率f1和极对数和极对数p有关。有关。可见可见:第14页，共82页，编辑于2022年，星期一15 2.2.异步电机的基本结构及铭牌数据异步电机的基本结构及铭牌数据异步电机的基本结构及铭牌数据异步电机的基本结构及铭牌数据异步电机外形图 异步电机结构图第15页，共82页，编辑于2022年，星期一 一、异步电机的基本结构一、异步电机的基本结构一、异步电机的基本结构一、异步电机的基本结构1.定子 定子铁心：电机主磁路的组成部分，并嵌放定子绕组。由厚度为0.5mm的硅钢片叠装而成。为了嵌放定子绕组，在定子冲片内圆周上均匀地冲制若干个形状相同的槽。第16页，共82页，编辑于2022年，星期一一、异步电机的基本结构一、异步电机的基本结构一、异步电机的基本结构一、异步电机的基本结构 定子铁心的槽形主要有三种：半闭口槽适用于小型异步电机，其绕组是用圆导线绕成的。半开口槽适用于低压中型异步电机，其绕组是成型线圈。开口槽适用于高压大中型异步电机，其绕组是用绝缘带包扎并浸漆处理过的成型线圈。第17页，共82页，编辑于2022年，星期一 一、异步电机的基本结构一、异步电机的基本结构一、异步电机的基本结构一、异步电机的基本结构2.定子 定子绕组：构成电路部分。其作用是感应电动势、流过电流、实现机电能量转换。机座：固定和支撑定子铁心。因此要求有足够的机械强度。第18页，共82页，编辑于2022年，星期一一、异步电机的基本结构一、异步电机的基本结构一、异步电机的基本结构一、异步电机的基本结构2.转子 转子铁心：电机主磁路的组成部分，并放置转子绕组。由厚度为0.5mm的硅钢片叠装而成，在转子外圆周上冲制均匀分布的形状相同的槽。转子绕组：构成电路部分。有两种结构型式：笼型绕组和绕线型绕组。转轴：支撑转子铁心和输出、输入机械转矩。第19页，共82页，编辑于2022年，星期一20 一、异步电机的基本结构一、异步电机的基本结构一、异步电机的基本结构一、异步电机的基本结构2.转子 笼型绕组：在转子铁心均匀分布的每个槽内各放置一根导体，在铁心两端放置两个端环，分别把所有的导体伸出槽外部分与端环联接起来。这种笼型绕组一般为铝浇铸的，对中大型电机为减小损耗、提高效率，往往采用铜条焊接而成。第20页，共82页，编辑于2022年，星期一Y.Q.Xiong 2005-5 第5章 异步电机 21 一、异步电机的基本结构一、异步电机的基本结构一、异步电机的基本结构一、异步电机的基本结构2.转子 绕线型绕组：与定子绕组相似、极数相同的三相对称绕组。一般接成星形。将三相绕组的三个引出线分别接到转轴上三个滑环上，再通过电刷与外电路接通。绕线型转子的特点是可以通过滑环电刷在转子回路中接入附加电阻，以改善电动机的起动性能、调节其转速。第21页，共82页，编辑于2022年，星期一一、异步电机的基本结构一、异步电机的基本结构一、异步电机的基本结构一、异步电机的基本结构 3.气隙 定、转子之间的间隙，也是电机主磁路的组成部分。气隙大小对异步电机的性能影响很大。为了减小电机主磁路的磁阻，降低电机的励磁电流，提高电机的功率因数，气隙应尽可能小。异步电机气隙长度应为定、转子在运行中不发生机械摩擦所允许的最小值。中、小型异步电机中，气隙长度一般为0.21.5mm。第22页，共82页，编辑于2022年，星期一二、二、三相异步电动机铭牌数据三相异步电动机铭牌数据1.型号型号型号型号 磁极数磁极数(极对数极对数 p=2)例如：例如：Y 132 M4 用以表明电动机的系列、几何尺寸和极数。用以表明电动机的系列、几何尺寸和极数。机座长度代号机座长度代号机座中心高（机座中心高（mm）三相异步电动机三相异步电动机下列表中列出了各种电动机的系列代号。下列表中列出了各种电动机的系列代号。第23页，共82页，编辑于2022年，星期一异步电动机产品名称代号异步电动机产品名称代号产品名称产品名称产品名称产品名称异步电动机异步电动机异步电动机异步电动机绕线式异步电动机绕线式异步电动机绕线式异步电动机绕线式异步电动机防爆型异步电动机防爆型异步电动机防爆型异步电动机防爆型异步电动机高起动转矩异步电动机高起动转矩异步电动机高起动转矩异步电动机高起动转矩异步电动机新代号新代号新代号新代号汉字意义汉字意义汉字意义汉字意义老代号老代号老代号老代号Y Y异异异异异绕异绕异绕异绕异爆异爆异爆异爆异起异起异起异起YRYRYBYBYQYQYQYQJ J、JOJOJRJR、JROJROJBJB、JBOJBOJQJQ、JQOJQO第24页，共82页，编辑于2022年，星期一2.2.接法接法接法接法接线盒接线盒定子三相绕组的联接方法定子三相绕组的联接方法定子三相绕组的联接方法定子三相绕组的联接方法。通常。通常V V1 1WW2 2U U1 1WW1 1U U2 2V V2 2U2U1W2V1V2W1U1V V1 1WW1 1WW2 2U2V V2 2W2U2V2V1W1U1Y 联结联结联结联结W1U U1 1V1W2U U2 2V2 联结联结联结联结第25页，共82页，编辑于2022年，星期一3.电压电压例如：例如：380/220V、Y/是指线电压为是指线电压为 380V 时时 采用采用 Y联结联结；线电压为；线电压为 220V 时采用时采用 联结联结。说明：一般规定，电动机的运行电压不能高于或说明：一般规定，电动机的运行电压不能高于或说明：一般规定，电动机的运行电压不能高于或说明：一般规定，电动机的运行电压不能高于或低低低低 于额定值的于额定值的于额定值的于额定值的 5%5%。因为在电动机满载或接近。因为在电动机满载或接近。因为在电动机满载或接近。因为在电动机满载或接近 满载情况下运行时，电压过高满载情况下运行时，电压过高满载情况下运行时，电压过高满载情况下运行时，电压过高 或过低都会使或过低都会使或过低都会使或过低都会使 电动机的电流大于额定值电动机的电流大于额定值电动机的电流大于额定值电动机的电流大于额定值,从而使电动机过热。从而使电动机过热。电动机在额定运行时定子绕组上应加的线电电动机在额定运行时定子绕组上应加的线电电动机在额定运行时定子绕组上应加的线电电动机在额定运行时定子绕组上应加的线电压压压压值值值值。三相异步电动机的额定电压有三相异步电动机的额定电压有三相异步电动机的额定电压有三相异步电动机的额定电压有380V，3000V,3000V,及及及及6000V等多种。等多种。第26页，共82页，编辑于2022年，星期一4.4.电流电流例如：例如：例如：例如：Y/6.73 /11.64 A6.73 /11.64 A 表示星形表示星形联结联结下电下电机的线电流为机的线电流为 6.73A；三角形；三角形联结联结下线电流为下线电流为 11.64A。两种接法下相电流均为。两种接法下相电流均为 6.73A。5.5.功率与效率功率与效率 鼠笼电机鼠笼电机 =7293电动机在额定运行时定子绕组的电动机在额定运行时定子绕组的线电流值。线电流值。线电流值。线电流值。额定功率是指电机在额定运行时轴上输出的机额定功率是指电机在额定运行时轴上输出的机械功率械功率 P2，它不等于从电源吸取的电功率，它不等于从电源吸取的电功率 P1。第27页，共82页，编辑于2022年，星期一注意：实用中应选注意：实用中应选注意：实用中应选注意：实用中应选择容量合适的电机，防择容量合适的电机，防择容量合适的电机，防择容量合适的电机，防止出现止出现止出现止出现 “大马拉大马拉大马拉大马拉小车小车小车小车”的现象。的现象。的现象。的现象。6.6.功率因数功率因数功率因数功率因数PN 三相异步电动机的功率因数较低，在额定负载三相异步电动机的功率因数较低，在额定负载时约为时约为 0.7 0.9。空载时功率因数很低，只有。空载时功率因数很低，只有 0.2 0.3。额定负载时，功率因数最高。额定负载时，功率因数最高。7.7.额定转速额定转速额定转速额定转速电机在额定电压、额定负载下运行时的转速。电机在额定电压、额定负载下运行时的转速。P2cos O第28页，共82页，编辑于2022年，星期一如：如：n N=1440 1440 转转/分分分分 sN=0.048.8.绝缘等级绝缘等级指电机绝缘材料能够承受的极限温度等级，分指电机绝缘材料能够承受的极限温度等级，分为为A、E、B、F、H五级，五级，A级最低级最低(105C)，H级最级最高高(180C)。第29页，共82页，编辑于2022年，星期一机械特性机械特性（一）（一）固有机械特性固有机械特性 固有机械特性固有机械特性：异步电动机工作在额定电压及额定频率下，异步电动机工作在额定电压及额定频率下，电动机按规定的接线方法接线，定子及转电动机按规定的接线方法接线，定子及转子电路中不外接电阻子电路中不外接电阻(电抗或电容电抗或电容)时的机械特时的机械特性。性。第30页，共82页，编辑于2022年，星期一4 4同步同步转速点速点 是电动机的理想空是电动机的理想空 载点。此时：载点。此时：n=n1 n=n1 s=0s=0，Tem=0Tem=0，转子电流转子电流I I2 2=0=0，异，异步步电动机本身不可能达电动机本身不可能达到同步转速点。到同步转速点。固有机械特性固有机械特性（一）（一）固有机械特性固有机械特性 1起动点起动点A 定子电流定子电流I I1 1=I=Ist st=（4 47 7）I IN N（I IN N为额定电流）为额定电流）2最大转矩点最大转矩点P s=ss=sm m，T Temem=T=Tm m 是电动机稳定运是电动机稳定运 行的临界点行的临界点 3额定运行点额定运行点B第31页，共82页，编辑于2022年，星期一（二）人为机械特性（二）人为机械特性人为机械特性人为机械特性：改变改变U1和和f1或定子和转子回路串附加电阻或定子和转子回路串附加电阻和电抗某一参数和电抗某一参数(或物理量或物理量)时，所得时，所得Tem=f（n）或）或Tem=f（s）的关系曲线。）的关系曲线。第32页，共82页，编辑于2022年，星期一（二）人为机械特性（二）人为机械特性1降低降低U1时的人为机械特性时的人为机械特性电动机长期电动机长期低压运行，低压运行，会使电机过会使电机过热甚至烧坏。热甚至烧坏。第33页，共82页，编辑于2022年，星期一（二）人为机械特性（二）人为机械特性2定子回路串接三相对称阻抗时的人为机械特定子回路串接三相对称阻抗时的人为机械特性性 1.串电阻前串电阻前 2.串电阻后串电阻后 第34页，共82页，编辑于2022年，星期一（二）人为机械特性（二）人为机械特性3转子回路串入三相对称电阻的人为转子回路串入三相对称电阻的人为 机械特性机械特性转子回路串接对转子回路串接对称电阻适用于绕称电阻适用于绕线式异步电动机线式异步电动机的起动和调速。的起动和调速。4改变电源频率的人为机械特性改变电源频率的人为机械特性 调速时介绍调速时介绍第35页，共82页，编辑于2022年，星期一1.1.三相异步电动机的启动三相异步电动机的启动I1st很大，其值约为额定电流的很大，其值约为额定电流的47倍。倍。尽管启动电流很大，但因功率因数甚低，尽管启动电流很大，但因功率因数甚低，所以启动转矩所以启动转矩Tst较小。较小。启动时：启动时：n=0，s=1第36页，共82页，编辑于2022年，星期一引起电网电压明显降低，而且还影响接在引起电网电压明显降低，而且还影响接在 同一电网的其他用电设备的正常运行。同一电网的其他用电设备的正常运行。频繁起动，不仅使电动机温度升高，还会频繁起动，不仅使电动机温度升高，还会 产生过大的电磁冲击，影响电动机的寿命。产生过大的电磁冲击，影响电动机的寿命。过大的起动电流过大的起动电流 的危害的危害1.1.三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动第37页，共82页，编辑于2022年，星期一满足满足I Istst/I IN N3/4+P3/4+PH*H*/4/4P PN N可允许直接起动可允许直接起动一、一、笼型异步电动机的起动笼型异步电动机的起动（一）直接起动（一）直接起动利用刀开关或接触器将电动机定子绕组利用刀开关或接触器将电动机定子绕组 直接接到额定电压的电流上，又称全压起动。直接接到额定电压的电流上，又称全压起动。优点：优点：起动设备和操作都比较简单。起动设备和操作都比较简单。缺点：缺点：起动电流大、起动转矩小。起动电流大、起动转矩小。电源总容量电源总容量电动机功率电动机功率第38页，共82页，编辑于2022年，星期一（二）降压起动（二）降压起动1定子电路串接电阻起动定子电路串接电阻起动 调节电阻调节电阻Rst的大小可以的大小可以 将起动电流限制在允许将起动电流限制在允许 的范围内。采用定子串的范围内。采用定子串 电阻降压起动时，虽然电阻降压起动时，虽然 降低了起动电流，但也降低了起动电流，但也 使起动转矩大大减小。使起动转矩大大减小。U U1 1/U U/1 1=I I1st1st/I/I/1st=K Ku 1 u 1 则则T T/stst=T=T/stst/K K2 2u u 显然起动转矩大大减小显然起动转矩大大减小 只适用于空载和轻载起动只适用于空载和轻载起动 第39页，共82页，编辑于2022年，星期一（二）降压起动（二）降压起动2星星-三角降压起动三角降压起动结论结论:I I/stst=I Istst/3/3 T T/stst=T Tstst/3/3第40页，共82页，编辑于2022年，星期一（二）降压起动（二）降压起动2星星-三角降压起动三角降压起动说明说明:高电压电动机引出六个出线端子有困难，故星高电压电动机引出六个出线端子有困难，故星-三三角起动一般仅用于角起动一般仅用于500V以下的低压电动机，且以下的低压电动机，且又限于正常运行时定子绕组作三角联结。又限于正常运行时定子绕组作三角联结。星星三角降压起动的优点三角降压起动的优点:起动设备简单，成本起动设备简单，成本低，运行比较可靠，维护方便。低，运行比较可靠，维护方便。第41页，共82页，编辑于2022年，星期一（二）降压起动（二）降压起动3自耦变压器降压起动自耦变压器降压起动 结论:I I/2st2st/I I1st1st=U U2 2/U U1=1/1/K Ku I I/2st2st=K KuI I/1st 1st I I/1st1st/I I1st1st=1/=1/K K2 2u T T/stst/T Tstst=1/=1/K K2 2u第42页，共82页，编辑于2022年，星期一（二）降压起动（二）降压起动3自耦变压器降压起动自耦变压器降压起动 说明说明:自耦变压器的二次侧上备有几个不同的电压抽自耦变压器的二次侧上备有几个不同的电压抽头，以供用户选择电压。例如，头，以供用户选择电压。例如，QJ3型有三个型有三个抽头，分别为抽头，分别为40%、60%、80%。Ku=2.5、1.67、1.25。适合于星形连接带负载起动的电机。适合于星形连接带负载起动的电机。第43页，共82页，编辑于2022年，星期一说明说明:自耦变压器的体积大、重量重，价格较高，维修自耦变压器的体积大、重量重，价格较高，维修麻烦，且不允许频繁移动。自耦变压器容量的选麻烦，且不允许频繁移动。自耦变压器容量的选取，一般等于电动机的容量。取，一般等于电动机的容量。（二）降压起动（二）降压起动3自耦变压器降压起动自耦变压器降压起动 第44页，共82页，编辑于2022年，星期一二、二、绕线型转子异步电动机的起动绕线型转子异步电动机的起动（一）转子电路串接起动电阻器（一）转子电路串接起动电阻器使起动电流减小，起动转矩增大。使起动电流减小，起动转矩增大。如使转子回路的总电阻如使转子回路的总电阻R2与电动机漏感抗与电动机漏感抗X20 相等，则起动转矩可达到最大值。相等，则起动转矩可达到最大值。起动过程起动过程第45页，共82页，编辑于2022年，星期一（一）转子电路串接起动电阻器（一）转子电路串接起动电阻器特点：特点：减小起动电流，增大起动转矩。减小起动电流，增大起动转矩。可以在小范围内进行调速。可以在小范围内进行调速。结构比笼型异步电动机复杂，造价高，效结构比笼型异步电动机复杂，造价高，效率也稍低。率也稍低。第46页，共82页，编辑于2022年，星期一在起动过程中，当切除电阻时，转矩在起动过程中，当切除电阻时，转矩 突然增大，会在机械部件上产生冲突然增大，会在机械部件上产生冲 击。击。电动机容量较大时，转子电流很大，电动机容量较大时，转子电流很大，起动设备也将变的庞大，操作和维起动设备也将变的庞大，操作和维 护工作量大护工作量大（一）转子电路串接起动电阻器（一）转子电路串接起动电阻器特点：特点：第47页，共82页，编辑于2022年，星期一（二）绕线转子电动机转子串接频敏变阻器（二）绕线转子电动机转子串接频敏变阻器频敏变阻频敏变阻 器结构图器结构图 E E形钢板或形钢板或 铁板迭装铁板迭装 303050mm 50mm 等效电阻随等效电阻随 频率增大而频率增大而 增大。增大。等效电阻刚起动时，最大，等效电阻刚起动时，最大，起动完毕，很小。起动完毕，很小。第48页，共82页，编辑于2022年，星期一（二）绕线转子电动机转子串接频敏变阻器（二）绕线转子电动机转子串接频敏变阻器特点：特点：频敏变阻器在工作时总存在着一定的阻频敏变阻器在工作时总存在着一定的阻 抗，抗，使得机械特性比固有机械特性软一使得机械特性比固有机械特性软一 些，些，因此，在起动完毕后，可用接触器将频因此，在起动完毕后，可用接触器将频敏变阻器短接，使电动机在固有特性上敏变阻器短接，使电动机在固有特性上 运行运行 频敏变阻器是一种静止的无触点变阻器，频敏变阻器是一种静止的无触点变阻器，它具有结构简单、起动平滑、运行可靠、它具有结构简单、起动平滑、运行可靠、成本低廉、维护方便等优点。成本低廉、维护方便等优点。第49页，共82页，编辑于2022年，星期一2.2.异步电动机的调速异步电动机的调速 可得三相异步电动机调速方法：可得三相异步电动机调速方法：改变电机极对数改变电机极对数 改变电源频率改变电源频率 改变转差率改变转差率 第50页，共82页，编辑于2022年，星期一一、变极调速一、变极调速电源频率恒定电源频率恒定 改变磁场极对数改变磁场极对数p同步转速同步转速n1改变。改变。转子转速转子转速n改变改变只适用于笼型电动机，因为笼型转子绕组只适用于笼型电动机，因为笼型转子绕组 的极对数是感应产生的，随定子磁场极对的极对数是感应产生的，随定子磁场极对 数改变而自动改变，使两磁场极对数保持数改变而自动改变，使两磁场极对数保持 一致，从而形成有效的平均电磁转矩。一致，从而形成有效的平均电磁转矩。第51页，共82页，编辑于2022年，星期一原原 理：理：改变绕组连接改变绕组连接 改变电流方向改变电流方向 改变极对数改变极对数 2P=42P=2一、变极调速一、变极调速第52页，共82页，编辑于2022年，星期一二、二、变频调速变频调速U1E1=4.44f1N1kw10 单一地调节电源频率，将导致电动机运行单一地调节电源频率，将导致电动机运行 性能的恶化性能的恶化。两种结果：两种结果：1.铁心严重饱和铁心严重饱和 2.电机得不到充分利用电机得不到充分利用 要求在调节要求在调节f1的同时，改变定子电压的同时，改变定子电压U1，以维持磁通不变，或者保持电动机的过载能以维持磁通不变，或者保持电动机的过载能 力不变力不变。电力电子技术的发展，使变频调速得到了电力电子技术的发展，使变频调速得到了 广泛的应用。广泛的应用。第53页，共82页，编辑于2022年，星期一（一）从基频向下调的变频调速，（一）从基频向下调的变频调速，保持保持U1/f1U1/f1=恒值，即恒转矩调速恒值，即恒转矩调速应设法保证应设法保证0不不变。若保持变。若保持U1/f1U1/f1=恒值，电动机最大恒值，电动机最大电磁转矩电磁转矩Tm在基在基频附近可视为恒值，频附近可视为恒值，在频率更低时，随在频率更低时，随着频率着频率f1f1下调，最下调，最大转矩大转矩TmTm将变小。将变小。第54页，共82页，编辑于2022年，星期一（二）从基频向上调的变频调速（二）从基频向上调的变频调速电动机端电压不允许升电动机端电压不允许升高，因此高，因此f升高时，其升高时，其U应保持不变。则应保持不变。则f1增加，增加，磁通降低，属减弱磁场磁通降低，属减弱磁场调速类型。运行段近似调速类型。运行段近似是平行的，此调速方式，是平行的，此调速方式，可近似认为是可近似认为是恒功率调恒功率调速类型。速类型。第55页，共82页，编辑于2022年，星期一异步电动机变异步电动机变频调速控制特频调速控制特性性1-不带定子电压不带定子电压 补偿；补偿；2-带定子电压补偿带定子电压补偿如果如果f1f1是连续可调的，是连续可调的，则变频调速是无级调速。则变频调速是无级调速。第56页，共82页，编辑于2022年，星期一（一）改变电压（一）改变电压U U1 1调速调速三、改变转差率调速三、改变转差率调速方法：方法：改变电源电压改变电源电压.改变转子回路电阻改变转子回路电阻.电磁转差离合器等电磁转差离合器等 T Tm m 如图：负载如图：负载TL不不 变，电压降低时，变，电压降低时，运行点将从运行点将从A转至转至B。B B第57页，共82页，编辑于2022年，星期一电阻越大，曲线电阻越大，曲线越偏向下方。越偏向下方。T2一定时，电阻越大，一定时，电阻越大，转速越低。这种调转速越低。这种调速方法损耗较大，速方法损耗较大，调整范围有限，主调整范围有限，主要应用于小型电动要应用于小型电动机调速中。机调速中。（二）改变转子电阻调速（二）改变转子电阻调速第58页，共82页，编辑于2022年，星期一（三）电磁转差离合器调节（三）电磁转差离合器调节电磁离合器的组成电磁离合器的组成 感应子上的励磁线圈没有电流感应子上的励磁线圈没有电流通过时，即使主动轴旋转，从通过时，即使主动轴旋转，从动轴也不动，相当于离合器脱动轴也不动，相当于离合器脱开。开。通入励磁电流以后，感应子通入励磁电流以后，感应子连同负载按与电枢相连同负载按与电枢相 同方向旋转。同方向旋转。电磁转差离合电磁转差离合 器的调速系统器的调速系统 第59页，共82页，编辑于2022年，星期一3.3.三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动电动状态电动状态:电磁转矩电磁转矩T Temem与转速与转速n n方向相同方向相同 电机运行于机械特性的一、三象限电机运行于机械特性的一、三象限 T Temem与转速与转速n n的方向相反的方向相反 电机运行于机械特性的二、四象限电机运行于机械特性的二、四象限 快速减速或停车和匀速下放重物快速减速或停车和匀速下放重物 制动运行状态制动运行状态:第60页，共82页，编辑于2022年，星期一一、能耗制动一、能耗制动断开断开 交流交流接通接通直流直流在惯性作用下旋转，根据左手定则，转在惯性作用下旋转，根据左手定则，转子导体受力，产生制动力矩。转速为零，子导体受力，产生制动力矩。转速为零，转矩为零，易于实现准确停车转矩为零，易于实现准确停车改变电阻，改改变电阻，改变制动变制动 转矩转矩.改变直流电流，改变直流电流，改变制改变制 动转矩动转矩.第61页，共82页，编辑于2022年，星期一二、反接制动二、反接制动（一）倒拉反接制动（一）倒拉反接制动 Tst+=-=E E2 2、sEsE2 2、I I2 2及及T Temem都与都与电动状态时相反，即电动状态时相反，即电机转矩变负，产生电机转矩变负，产生制动作用。转速降至制动作用。转速降至0 0后，若不切除电源，后，若不切除电源，电机将反向起动运行电机将反向起动运行于第三象限。于第三象限。第63页，共82页，编辑于2022年，星期一（二）定子两相反接的反接制动（二）定子两相反接的反接制动 两相反接制动的优点：两相反接制动的优点：制动效果好制动效果好 缺点：缺点：能耗大，制动准确度差能耗大，制动准确度差 要停车时，还须及时切除电源要停车时，还须及时切除电源 这种制动适用于要求迅速停车或迅速这种制动适用于要求迅速停车或迅速 反转的生产机械。反转的生产机械。第64页，共82页，编辑于2022年，星期一三、回馈制动三、回馈制动异步电动机由轴上输入异步电动机由轴上输入(即即吸收吸收)机械功率。为了避免因机械功率。为了避免因转速高而损坏电机，在回馈转速高而损坏电机，在回馈制动时，转子回路中不串电制动时，转子回路中不串电阻阻。常用于高速且要求匀速。常用于高速且要求匀速下放重物的场合。下放重物的场合。第65页，共82页，编辑于2022年，星期一1.1.单相异步电动机单相异步电动机特点：特点：接单相交流电源运行接单相交流电源运行 其结构简单、成本低廉其结构简单、成本低廉 功率从几瓦到几百瓦功率从几瓦到几百瓦 效率和功率因数比三相异步电动机稍低效率和功率因数比三相异步电动机稍低 应用应用：广泛应用于家用电器、电动工具、医疗器广泛应用于家用电器、电动工具、医疗器 械等方面，械等方面，第66页，共82页，编辑于2022年，星期一一、单相异步电动机的工作原理一、单相异步电动机的工作原理（一）运行绕组单独通电时的机械特性（一）运行绕组单独通电时的机械特性脉振磁势脉振磁势 第67页，共82页，编辑于2022年，星期一脉振磁动势脉振磁动势F可以分解可以分解 为两个转向相反、转速为两个转向相反、转速 相同、幅值相等的旋转相同、幅值相等的旋转 磁动势磁动势F+和和F-t1时时第68页，共82页，编辑于2022年，星期一（一）运行绕组单独通电时的机械特性（一）运行绕组单独通电时的机械特性脉振磁动势对应的脉振磁动势对应的 转矩转矩Tem为为F+和和F-对应的对应的T+和和T-的的 叠加。叠加。F+对应的对应的T+F_对应的对应的T_合成转矩合成转矩T一、单相异步电动机的工作原理一、单相异步电动机的工作原理第69页，共82页，编辑于2022年，星期一（一）运行绕组单独通电时的机械特性（一）运行绕组单独通电时的机械特性特点：特点：启动时，正负转矩大小相等，方向相反，合启动时，正负转矩大小相等，方向相反，合 成转矩为零。即单相异步电动机不能自行启动成转矩为零。即单相异步电动机不能自行启动 在在S=1的两边，合成转矩是对称于原点的曲线，的两边，合成转矩是对称于原点的曲线，因此单相异步电动机没有固定的转向，用某一因此单相异步电动机没有固定的转向，用某一 启动措施，使启动时转子得到某一方向的启动启动措施，使启动时转子得到某一方向的启动 转矩，转子即按该方向旋转。单相异步电动机转矩，转子即按该方向旋转。单相异步电动机 如果只有运行绕组，可以运行但不能自行起动。如果只有运行绕组，可以运行但不能自行起动。一、单相异步电动机的工作原理一、单相异步电动机的工作原理第70页，共82页，编辑于2022年，星期一（二）（二）两相绕组通电时的机械特性两相绕组通电时的机械特性在电机内部布置两套绕组称之为主绕组和副在电机内部布置两套绕组称之为主绕组和副绕组，这两套绕组在空间相差绕组，这两套绕组在空间相差9090电角度；电角度；流过的电流相差流过的电流相差90 90 相位。相位。对其产生的磁势进行分析：对其产生的磁势进行分析：主绕组磁势主绕组磁势FA轴线方向轴线方向 辅绕组磁势辅绕组磁势FB轴线方向轴线方向tiFB FA t1 t2 t3 t4 FA-FA+FB+FB-F合成合成 FA-FA+FB+FB-F合成合成 FA-FA+FB+FB-F合成合成 FA-FA+FB-FB+F合成合成 t1时刻时刻t2时刻时刻t3时刻时刻t4时刻时刻第71页，共82页，编辑于2022年，星期一结论结论：合成磁势幅值不变，其位置随时间按角度合成磁势幅值不变，其位置随时间按角度 而变。即为一圆形旋转磁势。起动转矩大于而变。即为一圆形旋转磁势。起动转矩大于 0旋转磁场是从电流超前相转向滞后相；旋转磁场是从电流超前相转向滞后相；转子也从电流超前相转向滞后转子也从电流超前相转向滞后 相。相。调换主绕组或辅绕组的头调换主绕组或辅绕组的头 尾尾磁场特点磁场特点：电机旋转方向电机旋转方向：改变电机转向：改变电机转向：第72页，共82页，编辑于2022年，星期一 椭圆旋转磁动椭圆旋转磁动势时的机械特势时的机械特性性 如果两套绕组流过的电流相位相差不为如果两套绕组流过的电流相位相差不为900,则其则其磁势亦可分解为两个方向，只是两个方向的旋转磁磁势亦可分解为两个方向，只是两个方向的旋转磁势大小不同，势大小不同，S=1时其合成起动转矩不等于时其合成起动转矩不等于0，磁，磁场为椭圆形。场为椭圆形。第73页，共82页，编辑于2022年，星期一二、单相异步电动机的基本形式二、单相异步电动机的基本形式（一）电阻分相单相异步电动机（一）电阻分相单相异步电动机匝数较少，导线截面较匝数较少，导线截面较小，与运行绕组相比，小，与运行绕组相比，电抗小而电阻大电抗小而电阻大 两电流不同相两电流不同相 产生椭圆旋转磁产生椭圆旋转磁动势，使电动机动势，使电动机能够自行起动能够自行起动 一般采用离心开关一般采用离心开关相位差不大，因相位差不大，因而起动转矩不大，而起动转矩不大，只能用于空载和只能用于空载和轻载起动的场合。轻载起动的场合。第74页，共82页，编辑于2022年，星期一（二）（二）电容分相单相异步电动机电容分相单相异步电动机1.电容起动单相异步电动机电容起动单相异步电动机电容的大小合适时，电容的大小合适时，起动绕组的电流位差起动绕组的电流位差接近接近900电角度，这电角度，这样可使起动时电机中样可使起动时电机中 的磁动势接于圆形的磁动势接于圆形.起起动转矩较大。动转矩较大。第75页，共82页，编辑于2022年，星期一（二）（二）电容分相单相异步电动机电容分相单相异步电动机2.电容运转单相异步电动机电容运转单相异步电动机可以提高电动机运可以提高电动机运行时的功率因数和行时的功率因数和效率，运行性能优效率，运行性能优于电容起动电动机。于