第6章交流电动机课件.ppt

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1、 第第 六六 章章 异异 步步 电电 动动 机机第六章第六章 异步电动机异步电动机6.1 6.1 三相异步电动机的基本结构三相异步电动机的基本结构和铭牌和铭牌6.2 6.2 三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理6.3 6.3 三相异步电动机的运行分析三相异步电动机的运行分析6.4 6.4 三三相异步电动机的启动、调相异步电动机的启动、调速、制动速、制动6.5 6.5 单相异步电动机单相异步电动机上一页下一页返回本章电动机电动机交流电动机交流电动机直流电动机直流电动机鼠笼式鼠笼式 绕线式绕线式异步机异步机同步机同步机他励、异励、串励、复励他励、异励、串励、复励电动机的分类电动机的分类

2、 上一页下一页返回本章三相异步电动机的组成三相异步电动机的组成鼠笼式电动机的各部件上一页下一页返回本章一、三相异步电动机的结构一、三相异步电动机的结构V2V1W2U2U1W1转子转子定子定子定子绕组定子绕组（三相）（三相）机座机座6.1 6.1 三相异步电动机的三相异步电动机的基本结构和铭牌基本结构和铭牌U、V、W分别代分别代表三个线圈；角表三个线圈；角标标1表示线圈的首表示线圈的首端，角标端，角标2表示线表示线圈的末端。圈的末端。上一页下一页返回本章定子由定子由定子铁心定子铁心、定子绕组定子绕组、机座机座三部分组成。三部分组成。定子铁心定子铁心: :一般采用一般采用0.5mm0.5mm厚并涂

3、有绝缘漆的硅钢片叠压而成，厚并涂有绝缘漆的硅钢片叠压而成，形状为环行，沿内圆表面均匀轴向开槽。形状为环行，沿内圆表面均匀轴向开槽。作用：一是导磁，二是安放绕组。作用：一是导磁，二是安放绕组。1、定子、定子定子绕组定子绕组：由漆包线绕制而成。连接方式有三角形或星形两种。：由漆包线绕制而成。连接方式有三角形或星形两种。作用：形成旋转磁场。作用：形成旋转磁场。机座机座：中小型电机采用铸铁机座；大型电机采用钢板焊接机座。：中小型电机采用铸铁机座；大型电机采用钢板焊接机座。作用：支撑定子铁心。作用：支撑定子铁心。上一页下一页返回本章返回本节定子硅钢片装有三相绕组的定子上一页下一页返回本章返回本节注意：注

4、意：机座外有一接线盒，选择不同的接机座外有一接线盒，选择不同的接线方式可以使定子绕组的接线形式选为星线方式可以使定子绕组的接线形式选为星形或为三角形。形或为三角形。U1U2V2V1W2W1接线盒接线盒上一页下一页返回本章返回本节 Y 接法：接法： U1U1U2U2V2V2V1V1W1W1W2W2 接法：接法：V2U1U1U2U2V2V1V1W2W2W1W1注：定子绕组的连接方式分别为星形连接与三注：定子绕组的连接方式分别为星形连接与三角形连接。角形连接。上一页下一页返回本章返回本节2、转子、转子转子主要由转子主要由转子铁心转子铁心和和转子绕组转子绕组组成。组成。转子铁心转子铁心:它用它用0.5

5、mm厚且外圆周冲有转子槽形厚且外圆周冲有转子槽形的硅钢片叠压而成。的硅钢片叠压而成。作用：一是导磁，二是安放绕组。作用：一是导磁，二是安放绕组。转子绕组转子绕组线绕式线绕式由漆包线绕制而成。由漆包线绕制而成。鼠笼式鼠笼式作用：产生电磁转矩作用：产生电磁转矩上一页下一页返回本章返回本节二、二、 三相异步电动机铭牌数据三相异步电动机铭牌数据三相异步电动机型号三相异步电动机型号编号编号某某电机厂某某电机厂标准编号标准编号 工作制工作制S1B级绝缘级绝缘年年 月月防护等级防护等级IP44接法接法50HZ45Kg380V1440r/minLW82dBY-112M-44.0KW8.8A上一页下一页返回本章

6、返回本节1. 型号型号 Y 112M4 磁极数磁极数(磁极对数磁极对数 p=2)Y系列异系列异步电动机步电动机中心机座高中心机座高度度112mmM表示中机座，表示中机座，L表示长机座，表示长机座，S表示短表示短机座。机座。2. 额定功率额定功率P2N： 4.0KW指电机在额定运行时转轴上指电机在额定运行时转轴上输出输出的的机械功机械功率。率。3.3.额定频率额定频率f fN N（50Hz50Hz）电动机所接交流电的频率。）电动机所接交流电的频率。上一页下一页返回本章返回本节4. 额定电压额定电压UN：定子绕组在定子绕组在指定接法指定接法下应加的下应加的线电压。线电压。 说明：一般规定电动机的运

7、行电压不能高于或低于额说明：一般规定电动机的运行电压不能高于或低于额定值的定值的 5 。线线电电压压线线电电压压例：例：380/220 Y/ 是指：线电压为是指：线电压为380V时采用时采用Y接法；接法； 当线电压为当线电压为220V时采用时采用 接法。接法。W1U2U1V1V2W2U2U1V1V2W2W1上一页下一页返回本章返回本节5. 额定电流额定电流IN：定子绕组在定子绕组在指定接法指定接法下的下的线电流。线电流。如：如：A48. 6/A2 .11/ 表示三角接法下，电机的线电流为表示三角接法下，电机的线电流为11.2A，相电流为，相电流为6.48A；星形接法时线、相电流均为；星形接法时

8、线、相电流均为6.48A。6. 转速转速nN: 额定运行时电机轴上的转速。额定运行时电机轴上的转速。如：如： n =1440 转转/分分7 7. .工作制工作制 S1S1是指电动机可以在铭牌标出的额定状态是指电动机可以在铭牌标出的额定状态下连续运行，即连续工作制。下连续运行，即连续工作制。S2S2表示短时工作制表示短时工作制，S3S3表示断续周期工作制。表示断续周期工作制。8接法：接法：表示在额定运行时，定子绕组应采用的表示在额定运行时，定子绕组应采用的联结方式。联结方式。上一页下一页返回本章返回本节9防护等级防护等级IP44：防护等级由字母防护等级由字母IP和两个数字和两个数字组成，组成，I

9、P是是(International 国际国际)与与(Protection防护防护)的首写字母，的首写字母，IP后面的第一个数字代表第一种防护后面的第一个数字代表第一种防护型式型式(防尘防尘)的等级，的等级，第二个数字代表第二种防护型第二个数字代表第二种防护型式式( (防水防水) )的等级的等级,数字越大，防护能力越强。数字越大，防护能力越强。10. 效率效率N 电动机额定输出的功率电动机额定输出的功率P2N与在额定负与在额定负载下的输入功率载下的输入功率P1N之比。之比。%100cos3%100212NNNNNNNIUPPP鼠笼电机鼠笼电机 =72%93上一页下一页返回本章返回本节11. 功率

10、因数功率因数( )：Ncos 额定负载时定子电路的功率因数，一般为额定负载时定子电路的功率因数，一般为0.7 0.9 空载时功率因数很低约为空载时功率因数很低约为0.2 0.3。额定负载时，功率。额定负载时，功率因数最大。因数最大。P2PNcos 112绝缘等级：绝缘等级：B级绝缘决定了电动机的允许温升。级绝缘决定了电动机的允许温升。温升温升: :指工作温度与环境温度的差值。指工作温度与环境温度的差值。注注: :我国规定的标准环境温度为我国规定的标准环境温度为4040上一页下一页返回本章返回本节2n1nei6.2 6.2 三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理NSF磁磁 铁铁闭闭 合

11、合线线 圈圈一、三相异步电动机的工作原理一、三相异步电动机的工作原理上一页下一页返回本章磁极旋转磁极旋转导线切割磁力线产生感应电动势导线切割磁力线产生感应电动势vlBe导线长导线长磁感应强度磁感应强度切割速度切割速度（右手定则）（右手定则）闭合导线产生电流闭合导线产生电流 i通电导线在磁场中受力通电导线在磁场中受力（左手定则）（左手定则）ilBF2n1neiNSF注意：注意：受力方向与磁场旋受力方向与磁场旋转方向一致转方向一致上一页下一页返回本章返回本节1. 线圈跟着磁铁转线圈跟着磁铁转两者转动方向一两者转动方向一 致致 结论：结论：异步异步2. 线圈比磁场转得慢线圈比磁场转得慢12nn2n1

12、neiNSF上一页下一页返回本章返回本节二、旋转磁场的产生二、旋转磁场的产生异步电动机中异步电动机中,旋转磁场代替了旋转磁极旋转磁场代替了旋转磁极通入线圈线圈通入线圈通入WtIiVtIiUtIimWmVmU120sin120sinsinU1V2W1V1W21n()电流出电流出( )电流入电流入U2上一页下一页返回本章返回本节约定约定:电流为正时，电流由线圈的首端电流为正时，电流由线圈的首端流进，末端流出；电流为负时，电流流进，末端流出；电流为负时，电流由线圈的末端流进，首端流出。由线圈的末端流进，首端流出。0tU1U2V2 w1V1w2NSUiViWimItViU1U2V1V2W1W2UiWi

13、合成磁场方向：合成磁场方向：向下向下上一页下一页返回本章返回本节同理分析，可得同理分析，可得其它电流角度下其它电流角度下的磁场方向：的磁场方向：UiViWitmI 60tU1U2V2W1V1W2SN1n60 180tU2V1W21nU1V2W1SN180A 120tU2V2W1V1W21nU1SN120上一页下一页返回本章返回本节三、旋转磁场的转速大小三、旋转磁场的转速大小分）转 /( 601fn 交流电变化交流电变化 一个周期，旋转磁场在空间转过一个周期，旋转磁场在空间转过360。则则 同步转速同步转速（旋转磁场的速度）（旋转磁场的速度）为：为：W1U1U2V2V1W2NS1nUiViWim

14、ItU1U2V2V1W2W1W1U1U2V2V1W2NSW1NS60t上一页下一页返回本章返回本节磁极对数（磁极对数（P）的概念）的概念ViU1V1U2V2W1W2UiWi1p此种接法下，合成磁场只有一对磁极，则磁极对数为此种接法下，合成磁场只有一对磁极，则磁极对数为1。即：即：U1U2V2W1V1W2NS上一页下一页返回本章返回本节磁极对数（磁极对数（P）的改变）的改变 将每相绕组分成两段，按右下图放入定子槽内。则将每相绕组分成两段，按右下图放入定子槽内。则形成两对磁极的磁场。形成两对磁极的磁场。U1U2W1W2W1V2V1W1U2V2W2U1U2V1W2UiWiViU1U1U2V1V2V2

15、V1W1W2上一页下一页返回本章返回本节W1V2V1W1U2V2W2U1U2V1W2UiWiViU1NSSNU1U2U1U2W1W2V1V2V1V2W1W2 磁极对数磁极对数2pUiViWimIt上一页下一页返回本章返回本节X0tNSSNU1U2U1U2W1W2V1V2V1V2W1W2 60t1nZCZCSNSN30U1U2U1U2分）转 /( 601pfn磁极对数和转速的关系磁极对数和转速的关系UiViWimIt上一页下一页返回本章返回本节三相异步电动机的同步转速三相异步电动机的同步转速磁极对数磁极对数P=1P=3P=4P=5P=6P=2同步转速同步转速n1(f=50HZ)3000转转/分分

16、1500转转/分分1000转转/分分750转转/分分600转转/分分500转转/分分分）转/( 601pfn 上一页下一页返回本章返回本节旋转方向旋转方向：取决于三相电流的相序。：取决于三相电流的相序。注意：注意：只要将接入定子绕组的三相交流电任意只要将接入定子绕组的三相交流电任意换接换接其中其中两相两相，旋转磁场的方向改变旋转磁场的方向改变，电机的旋转方向电机的旋转方向也改变也改变。 四、旋转磁场的旋转方向四、旋转磁场的旋转方向UiViWimIt上一页下一页返回本章返回本节 五、转差率五、转差率S%100121nnns异步电机运行中异步电机运行中:%6%2s转差转差 为旋转磁场的同步转速和电

17、动机转速之差。为旋转磁场的同步转速和电动机转速之差。电动机起动瞬间电动机起动瞬间:1 , 02sn（转差率最大）（转差率最大）即：即：转差率转差率 为转差与同步转速之比。为转差与同步转速之比。上一页下一页返回本章返回本节 6.36.3三相异步电动机的运行分析三相异步电动机的运行分析 空载运行是指电动机通电后已经转动但没有带机械负载空载运行是指电动机通电后已经转动但没有带机械负载 的情况。的情况。特点：空载电流小，功率因数和效率都很低。特点：空载电流小，功率因数和效率都很低。注意：选则电动机时，不要用大容量的电动机去拖动小注意：选则电动机时，不要用大容量的电动机去拖动小功率的机械负载（俗称功率的

18、机械负载（俗称“大马拉小车大马拉小车”）。）。 有载运行是指电动机拖动一个生产机械运转，电有载运行是指电动机拖动一个生产机械运转，电动机的转速和电流会随着负载的变化而变化。动机的转速和电流会随着负载的变化而变化。一、空载运行一、空载运行二、有载运行二、有载运行上一页下一页返回本章三、三相电动机的机械特性三、三相电动机的机械特性)()(TfnSfTTs10n1Tn2电动机的机械特性曲线：电动机的机械特性曲线：电动机产生的电磁转矩电动机产生的电磁转矩T T与与转子转速转子转速n n的关系曲线。的关系曲线。转矩特性曲线转矩特性曲线机械特性曲线机械特性曲线上一页下一页返回本章返回本节stT 起动转矩起

19、动转矩 ：电动机起动时的转矩。电动机起动时的转矩。Tn1n2stT四、三个重要转矩四、三个重要转矩 当电动机的启动转矩当电动机的启动转矩T TSTST大于大于负载阻转矩负载阻转矩T TL L时，电动机转动起时，电动机转动起来。否则将起动不了。来。否则将起动不了。上一页下一页返回本章返回本节n1Tn2NT额定转矩额定转矩 ：电机在额定电压下，以额电机在额定电压下，以额定转速定转速 运行，输出额运行，输出额定功率定功率 时，电机转轴时，电机转轴上输出的转矩。上输出的转矩。NPNn)/()(9550602分转千瓦NNNNNnPnPT单位单位:（牛顿（牛顿米）米）NTnN上一页下一页返回本章返回本节

20、如果如果 电机将会电机将会因带不动负载而停转。因带不动负载而停转。maxTTL最大转矩最大转矩 ：maxT电机带动最大负载的能力。电机带动最大负载的能力。n1Tn2maxTNstTT电动机的启动能力电动机的启动能力,约为约为1.42.2。NmTT电动机的过载能力，约为电动机的过载能力，约为1.62.5。上一页下一页返回本章返回本节五、电磁转矩与电源电压的关系五、电磁转矩与电源电压的关系STTTUmax1结论结论： 电动机的电磁转矩对电电动机的电磁转矩对电压很敏感，电磁转矩压很敏感，电磁转矩T与与电动机定子绕组所加电电动机定子绕组所加电压压U的平方成正比。的平方成正比。TU21UT2n12)0(

21、nns上一页下一页返回本章返回本节例例1、已知某三相异步电动机已知某三相异步电动机UN=380V，cosN=0.82效率效率=84%=84%，额定功率额定功率PN=4KW，额定转速，额定转速nN=1440r/min，试求：额定电流、额定转矩，试求：额定电流、额定转矩TN、启动、启动转矩转矩Tst、最大转矩、最大转矩Tm（过载能力为（过载能力为2.2，启动能力为，启动能力为1.8）。试问在电压降低）。试问在电压降低30%（即电压为额定值的（即电压为额定值的70%）、负载阻转矩为额定值的）、负载阻转矩为额定值的80%的重载情况下，的重载情况下，能否启动？为什么？满载时能否启动？为什么？能否启动？为

22、什么？满载时能否启动？为什么？解解因为因为84.082.03803104cos33NNNNNiNIIUPPP所以求得所以求得IN=8.8A上一页下一页返回本章返回本节当电压降低当电压降低30%时时,根据根据TU2，对应的启动转矩，对应的启动转矩m)23.4(N47.80.497 . 0T2ststT最大转矩最大转矩Tm=2.2TN=2.226.5=58.4(Nm)启定转矩启定转矩Tst=1.8TN=1.826.5=47.8(Nm)额定转矩额定转矩m)26.5(N144049550nP9550TNNN上一页下一页返回本章返回本节当负载满载时当负载满载时mNTTNL5 .26mN 4 .23Tst

23、不可以启动不可以启动当负载阻转矩为额定值的当负载阻转矩为额定值的80%的重载情况下的重载情况下m)21.2(N0.826.50.8TTNL TL=21.2NmmN 4 .23Tst可以启动可以启动上一页下一页返回本章返回本节 6.4 6.4 三相异步电动机的启动、调速、制动三相异步电动机的启动、调速、制动一、三相异步电动机的启动一、三相异步电动机的启动 电动机从接通电源至加速到正常转速的过电动机从接通电源至加速到正常转速的过程，称为启动过程。程，称为启动过程。 对于小型电机需几秒种，大型电机则需十对于小型电机需几秒种，大型电机则需十几几秒甚至几十秒。秒甚至几十秒。stI起动电流起动电流 ：中小

24、型鼠笼式电机起动电流为额定电流的中小型鼠笼式电机起动电流为额定电流的5-7 5-7 倍。倍。上一页下一页返回本章三相异步机的起动方法：三相异步机的起动方法：（1） 直接起动。十千瓦以下的异步电动机一般直接起动。十千瓦以下的异步电动机一般 采用直接起动。采用直接起动。（2） 降压起动。降压起动。Y 起动起动自耦降压起动自耦降压起动（3）转子串电阻起动。）转子串电阻起动。上一页下一页返回本章返回本节（2）Y 起动应注意的问题：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。）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所以降压起动适合于空载或轻载起动的场

25、合)(2UTSTY 起动起动也时ststTI,。Y 起动起动 起动起动U1V1W1U2V2W2lUlUU1W2V1V2U2W1正常正常运行运行上一页下一页返回本章返回本节U1W2V1V2W1UPU2正常正常运行运行StstYTT31PPUU31设：电机每相阻抗为设：电机每相阻抗为ZZUIllY33ZUIll31llYIIIlU1BW1U2V2W2起起动动UPIlY Y上一页下一页返回本章返回本节 自耦变压器上备有抽头，自耦变压器上备有抽头，以便根据所要求的起动转矩以便根据所要求的起动转矩来选择不同的电压。来选择不同的电压。自耦变压器降压启动自耦变压器降压启动优点优点:不受电动机绕组接线不受电动

26、机绕组接线方法的限制，常用于起动方法的限制，常用于起动容量较大的电动机。容量较大的电动机。缺点缺点:是设备费用高，不是设备费用高，不宜频繁起动。宜频繁起动。全压运行FUL1L2L3降压启动SA1SA2M3上一页下一页返回本章返回本节二、三相异步电动机的调速二、三相异步电动机的调速1. 变频调速变频调速 无级调速无级调速f变频电源变频电源 可变可变Uf ,Hz50pfsnsn601112 此种调速方法发展很快，且调速性能较好。其主要此种调速方法发展很快，且调速性能较好。其主要环节是变频电源（常由整流器、逆变器等组成）。环节是变频电源（常由整流器、逆变器等组成）。 随着电子器件的成本不断降低和可靠

27、性不断提高，这种调随着电子器件的成本不断降低和可靠性不断提高，这种调速方法的应用将越来越广泛。速方法的应用将越来越广泛。调速方法：调速方法：上一页下一页返回本章返回本节2. 变极调数变极调数 有级调速。有级调速。p3. 改变转差率改变转差率 s无级调速无级调速T2n2R2R0ST2R2R22RR 通过改变定子绕组的接法来改变磁极通过改变定子绕组的接法来改变磁极对数对数p，达到调速的目的。，达到调速的目的。注意：只能实现小范围调速。注意：只能实现小范围调速。调速性能差调速性能差上一页下一页返回本章返回本节M3+-运行运行制动制动n2 F转子转子1. 能耗制动：能耗制动：停车时，断开交流电源，将任

28、意两相停车时，断开交流电源，将任意两相接到直流电源上，产生制动转矩；接到直流电源上，产生制动转矩；上一页下一页返回本章返回本节三、三相异步电动机的制动三、三相异步电动机的制动 2. 反接制动：反接制动：停车时，将电动机接电源的任意停车时，将电动机接电源的任意两相反接，使电动机产生的旋转磁场方向与原来两相反接，使电动机产生的旋转磁场方向与原来的旋转方向相反，以达制动的目的；的旋转方向相反，以达制动的目的； 反接制动时，定子旋转磁场与转子的相对转速很大。反接制动时，定子旋转磁场与转子的相对转速很大。为限制电流，在制动时要在定子或转子中串电阻。为限制电流，在制动时要在定子或转子中串电阻。即切割磁力线

29、的速度很大，造成即切割磁力线的速度很大，造成 ，引起，引起 。2I1I注意：注意：上一页下一页返回本章返回本节方法：方法：和电源相接的任意两相互换，就可实现反转。和电源相接的任意两相互换，就可实现反转。 四、三相异步电动机的正、反转四、三相异步电动机的正、反转正转正转反转反转A B CM3电电 源源ABCM3电电 源源上一页下一页返回本章返回本节6.5 6.5 单相异步电动机单相异步电动机一、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结构：结构：定子放单相绕组（其中通单相交流电）；定子放单相绕组（其中通单相交流电）； 转子一般用鼠笼式。转子一般用鼠笼式。定子定子转子转子 定子定子绕组

30、绕组定子中通入单相交定子中通入单相交流电后，形成流电后，形成脉动脉动磁场磁场。其磁感应强。其磁感应强度按正弦分布，且度按正弦分布，且随时间按正弦变化。随时间按正弦变化。上一页下一页返回本章.单相异步电动机的特点：单相异步电动机的特点：自身没有起动转矩自身没有起动转矩 .F转子导条转子导条及电流及电流 当定子绕组产生的合成磁场增加时，根据右手螺当定子绕组产生的合成磁场增加时，根据右手螺旋定则和左手定则，可知转子导条左、右受力大小旋定则和左手定则，可知转子导条左、右受力大小相等方向相反，所以没有起动转矩。相等方向相反，所以没有起动转矩。上一页下一页返回本章返回本节罩极式单相电机罩极式单相电机定子定

31、子磁极磁极转子转子短路短路环环 定子通入电流以后，部分磁通穿定子通入电流以后，部分磁通穿过短路环，并在其中产生感应电流。过短路环，并在其中产生感应电流。短路环中的电流阻碍磁通的变化，致短路环中的电流阻碍磁通的变化，致使有短路环部分和没有短路环部分产使有短路环部分和没有短路环部分产生的磁通有了相位差，从而形成旋转生的磁通有了相位差，从而形成旋转磁场，使转子转起来。磁场，使转子转起来。 图中电机的转动方向：瞬时针旋转。因为没有短图中电机的转动方向：瞬时针旋转。因为没有短路环部分的磁通比有短路环部分的磁通领先。路环部分的磁通比有短路环部分的磁通领先。二、单相异步电动机的起动二、单相异步电动机的起动上

32、一页下一页返回本章返回本节电容分相式起动电容分相式起动K笼型笼型绕组绕组U1I2ICU1V1U1 U2: 主绕组主绕组V1 V2：启动绕组：启动绕组K：离心开关：离心开关启动时，开关启动时，开关K闭合，使两闭合，使两绕组电流绕组电流 相位差约相位差约为为90，从而产生旋转磁，从而产生旋转磁场，电机转起来；转动正场，电机转起来；转动正常以后离心开关被甩开，启常以后离心开关被甩开，启动绕组被切断。动绕组被切断。21II、工作原理工作原理U2V2上一页下一页返回本章返回本节 单相异步电动机的功率小，主要制成小单相异步电动机的功率小，主要制成小型电机。它的应用非常广泛，如家用电器型电机。它的应用非常广泛，如家用电器（洗衣机、电冰箱、电风扇）、电动工具（洗衣机、电冰箱、电风扇）、电动工具（如手电钻）、医用器械、自动化仪表等（如手电钻）、医用器械、自动化仪表等。三、三、 单相电机的使用单相电机的使用上一页下一页返回本章返回本节