第八章 异步电动机

第八章 异步电动机 7.1 三相异步电动机的构造 7.2 三相异步电动机的转动原理 7.3 三相异步电动机的电路分析 第八章 异步电动机 7.1 三相异步电动机的构造 7.2 三相异步电动机的转动原理 7.3 三相异步电动机的电路分析 7.4 三相异步电动机的铭牌数据 7.5 三相异步电动机的转矩与机械特性

电动机的分类 鼠笼式 绕线式 异步机 同步机 交流电动机 电动机 直流电动机 他励、并励、串励、复励 鼠笼式异步交流电动机授课内容： 基本结构、工作原理、 机械特性、控制方法

异步电动机的模型：

微型三相异步电动机的实体照片：

定子线圈与机壳等

定子铁芯

定子绕组

接线盒

电枢 电枢

8.1 三相异步电动机的构造 磁铁 闭合 线圈

磁极旋转 导线切割磁力线产生感应电动势 （右手定则） 磁感应强度 导线长 切割速度 闭合导线产生电流 i （左手定则） 通电导线在磁场中受力

1. 线圈跟着磁铁转→两者转动方向一致 结论： 2. 线圈比磁场转得慢 异步

三相异步机的结构 定子绕组 （三相） 定子 三相定子绕组：产生旋转磁场。 转子：在旋转磁场作用下， 产生感应电动势或 电流。 线绕式 鼠笼式 Y B Z X A C 三相定子绕组：产生旋转磁场。 转子：在旋转磁场作用下， 产生感应电动势或 电流。 线绕式 鼠笼式 鼠笼转子 转子 机 座

8.2 三相异步电动机的转动原理 旋转磁场的产生 异步电机中,旋转磁场代替了旋转磁极 (•)电流出 A Z Y B C ()电流入 X

A X B Y C Z A X Y C B Z 合成磁场方向： 向下

同理分析，可得其它电流角度下的磁场方向： A X Y C B Z A X Y C B Z X B Z A Y C

旋转磁场的旋转方向 旋转方向：取决于三相电流的相序。 改变电机的旋转方向：换接其中两相

旋转磁场的转速大小 一个电流周期，旋转磁场在空间转过360°。则 同步转速（旋转磁场的速度）为： A X Y C B Z

极对数（P）的概念 A X Y C B Z A X B Y C Z 此种接法下，合成磁场只有一对磁极，则极对数为1。 即：

极对数（P）的改变 A B X C Y Z 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。 A X A' Z' X'

C' Y' A B C X Y Z A' X' B' Z' 极对数

极对数和转速的关系

分） 转 / ( 60 p f n = 三相异步电动机的同步转速 每个电流周期 磁场转过的空间角度 同步转速 极对数

电动机转速和旋转磁场同步转速的关系 电动机转速: 电机转子转动方向与磁场旋转的方向一致， 但 异步电动机 提示：如果 但 异步电动机 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

转差率为旋转磁场的同步转速和电动机转速之差。即： 转差率 s的概念： 转差率为旋转磁场的同步转速和电动机转速之差。即： 异步电机运行中: 电动机起动瞬间: （转差率最大）

e 1 e 2 e1 e2 8.3 三相异步电动机的电路分析 、 R1 i2 ：主磁通产 生的感应电动势。 i1 e2 e1 u1 R2 转、定子电路 R1 R2 i1 u1 e1 e 1 e2 e 2 ：主磁通 产生的感应电动 势。 ：主磁通产 生的感应电动势。 e1 e2 、 e 1 e 2 设： 则： 定子边：

R1 R2 i1 u1 e1 e 1 e2 e 2 同理得转子边：

：转子感应电动势的频率 ：转子线圈匝数 取决于转子和旋转磁场的相对速度

R1 R2 i1 u1 e1 e 1 e2 e 2 其中 转子功率因数

8.4 三相异步电动机铭牌与技术数据 1. 型号 Y 132M－4 磁极数(极对数 p=2) 同步转速1500转/分

8.4.2 联接方式：Y/ 接法： 接线盒： Y 接法： 接法： A B C X Y Z A B C X Y Z A B C Z X Y

8.4.3 额定电压：定子绕组在指定接法下应加的线电压. A B C X Y Z 线 电 压 A Z B Y X C 例：380/220 Y/是指：线电压为380V时采用Y接法； 当线电压为220V时采用接法。 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 ％。

电压波动对电动机的影响

其中 8.4.4 额定电流：定子绕组在指定接法下的线电流。 如： 8.4.4 额定电流：定子绕组在指定接法下的线电流。 如： 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。 8.4.5 功率与效率： 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： 鼠笼电机 =72－93％ 其中

8.4.6 功率因数(cos1)： 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。 cos1 P2 PN 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。

8.4.7 转速: 电机轴上的转速（n)。 如： n =1460 转/分 转差率 8.4.8 绝缘等级 绝缘等级是按照电动机绕组所用的绝缘材料在使用时 允许的极限温度来分等级的。所谓极限温度，是指电机 绝缘结构中最热点的最高允许温度。在Y系列电机中，采 用B级绝缘，极限温度为130℃。其他绝缘材料的极限温 度参数见书本P149页，不一 一介绍。

8.5 三相异步电动机的转矩与机械特性 8.4.9 工作方式 电动机的工作方式分为连续、短时和断续周期工作 8.4.9 工作方式 电动机的工作方式分为连续、短时和断续周期工作 方式3种。对于不同工作方式的电动机，使用时要注 意不可随便乱用。 8.5 三相异步电动机的转矩与机械特性 8.5.1 电磁转矩公式 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。 常数 每极磁通 转子电流 转子功率因数

将其中参数代入： 得到转矩公式

8.5.2 机械特性曲线 根据转矩公式 1 n0 T n 得特性曲线：

n n0 电动机的自适应负载能力 T 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 直至新的平衡。此过程中， 时， 电源提供的功率自动 增加。 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。）

n n0 nN 三个重要转矩 ( 1 ) 额定转矩 ： 电机在额定电压下，以额 定转速 运行，输出额 T 定功率 时，电机转轴 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。 ( 1 ) nN T （牛顿•米）

n 最大转矩 ： ( 2 ) 电机带动最大负载的能力。 n0 如果 电机将会 因带不动负载而停转。 T 求解

过载系数： 三相异步电动机 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。 （2） 电机严重过热

起动转矩 ： ( 3 ) 电机起动时的转矩。 n n0 T 其中 则 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。

机械特性和电路参数的关系 和电压的关系 结论：

令： 得： 和转子电阻的关系 结论： R2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。

硬特性 机械特性的软与硬 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。  （R2小） 软特性 （R2大） 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。

中小型鼠笼式电机起动电流为额定电流的5 ~ 7 倍。 原因：起动时 ，转子导条切割磁力线速度很大。 8.6 三相异步机的起动 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。 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：

Y－  起动 Y－  起动和转子串电阻起动。 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： 起动 A B C X Y Z  正常运行 A Z B Y X C 设：电机每相阻抗为

UP UP' 正常 起动 运行 Y－  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。 （2） Y－  起动 。 所以降压起动适合于空载或轻载起动的场合 Y－  起动 。 A Z B Y X C 正常 运行 UP 起动 UP'

起动时将适当的R串入转子绕组中，起动后将R短路。 转子串电阻起动 起动时将适当的R串入转子绕组中，起动后将R短路。

转子串电阻起动的特点： 适于转子为线绕式的电动机起动。 （1） （2）R2选的适当，转子串电阻既可以降低起动电流， 又可以增加起动力矩。

8.7 三相异步电动机的调速 1. 改变极对数 有级调速。 2. 改变转差率 无级调速 调速方法： S T

3. 改变电源频率 (变频调速) 无级调速 此种调速方法发展很快，且调速性能较好。其主要环节是研制变频电源（常由整流器、逆变器等组成）结束。

反接制动时，定子旋转磁埸与转子的相对转速很大，即切割磁力线的速度很大，造成I2上升，从而引起I1上升。为了限制电流， 8.8 三相异步电动机的制动 7.8.1 能耗制动 7.8.2 反接制动：停车时，将电动机接电源的任意 两相反接，使电动机由原来的旋转方向反过来，以达制动的目的； 注意： 反接制动时，定子旋转磁埸与转子的相对转速很大，即切割磁力线的速度很大，造成I2上升，从而引起I1上升。为了限制电流， 在制动时，要在定子中串适当的电阻。

- no + n M 3~  F 1). 能耗制动：停车时，断开交流电源，接至直流电源上，产生制动转矩；  运行 F n 制动 转子 2).发电反馈制动： 令电机转子的转速超过旋转磁场的同步转速，便会产生制动转矩。