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1、2023/2/221类别、结构和基本概念三相感应电机转速为n，定子旋转磁场的转速为n1，当nn1时为 运行状态；当nn1时为 运行状态；当n与n1反向时为 运行状态。一台三相八极感应电动机接在电网中，空载运行时转速为735转/分，此时转差率为 ，转子电势的频率为 。当转差率为时，转子的转速为 ，转子的电势频率为 。国产额定转速为1450r/min的三相感应电动机为（）极电机。A 2；B 4；C 6；D 8。第1页/共81页2023/2/222工作原理笼型三相感应电动机的额定转速下降10%，该电机转子电流产生的旋转磁动势相对于定子的转速（）。A 上升10%；B 下降10%；C 上升1/（1+10
2、%）；D 不变。三相异步电动机气隙增大，其他条件不变，则空载电流（）。A 增大；B 减小；C 不变；D 不能确定。铁心饱和程度增加，则感应电机的激磁电抗 。在机械和工艺容许的条件下，感应电机的气隙越小越好。三相感应电动机的功率因数总是滞后的。第2页/共81页2023/2/223异步电动机运行时，定子电动势的频率是多少？转子电动势的频率为多少？定子电流的产生的旋转磁动势以什么速度截切定子，又以什么速度截切转子？转子电流的产生的旋转磁动势以什么速度截切转子，又以什么速度截切定子？它与定子旋转磁动势的相对速度是多少？答：定子电动势频率为 f1；转子电动势频率为 f2=sf1；定子电流产生的定子旋转磁
3、动势以 n1的速度截切定子，又以 n1-n 的速度截切转子。转子电流产生的转子旋转磁动势以n2=sn1的速度截切转子，以n2+n=n1的速度截切定子，它与定子旋转磁动势的相对速度为（n2+n）-n1=0。第3页/共81页2023/2/224一台三相异步电动机，其额定转速为1470r/min，电源频率为50Hz。在a.起动瞬间，b.转子转速为同步转速的2/3时，c.转差率为时三种情况下，试求：（1）定子旋转磁场对定子的转速n1-1；（2）定子旋转磁场对转子的转速n1-2；（3）转子旋转磁场对转子的转速n2-2；（4）转子旋转磁场对定子的转速n2-1；（5）转子旋转磁场对定子旋转磁场的转速。第4页
4、/共81页2023/2/225定、转子磁动势之间的速度关系n1nn2n2=n1 n=sn1不论转子转速不论转子转速 n 等于多大，转子旋转磁场和定子旋转磁场等于多大，转子旋转磁场和定子旋转磁场总总是以同一转速在空间旋转着。是以同一转速在空间旋转着。两者的相对转速为零。两者的相对转速为零。定、转子磁势在空间相对静止定、转子磁势在空间相对静止是一切电机能正常运行的是一切电机能正常运行的必要必要条件条件。第5页/共81页2023/2/226在绕线式异步电动机中，如果将定子三相绕组短接，并且通过滑环向转子三相绕组通入三相电流。转子旋转磁场若为顺时针方向，这时电动机能转吗？转向如何？答：电动机以逆时针方
5、向旋转，原理如图所示：第6页/共81页2023/2/227NS转子三相绕组通入三相正弦交流电流产生旋转磁场，转速为转子三相绕组通入三相正弦交流电流产生旋转磁场，转速为n1、转向为顺时针方向，并假定图示瞬间，转子磁场极性、转向为顺时针方向，并假定图示瞬间，转子磁场极性N、S如图所示（上面为如图所示（上面为N极，下面为极，下面为S极，产生此极性的转子电极，产生此极性的转子电流，右面三个导体为流，右面三个导体为 ，左面三个导体为，左面三个导体为）。）。第7页/共81页2023/2/228转子磁场旋转结果，在定子绕组中感应三相电动势,方向如图所示（用“右手定则”），由于定子三相绕组短接，便有三相电流流
6、过，该电流的有功分量（与电动势同相）与转子磁场相互作用，定子导体便受到图示方向力的作用（由“左手定则”判断），形成顺时针方向的转矩，它企图使定子沿顺时针方向旋转。但由于定子静止不动，它必对转子产生一个大小相等的反作用力，对转轴形成一个逆时针方向的转矩，使转子沿逆时针方向旋转。NS第8页/共81页2023/2/229功率与电磁转矩感应电动机的功率图感应电动机的功率图第9页/共81页2023/2/2210n输入功率输入功率n定子铜损定子铜损n定子铁损定子铁损n电磁功率电磁功率n转子铜损转子铜损n机械功率机械功率n输出功率输出功率第10页/共81页2023/2/2211第11页/共81页2023/2
7、/2212如果有一台三相感应电动机运行在转差率为 s，此时通过气隙传递的功率有（）。A 25%的转子铜耗；B 75%是转子铜耗；C 75%是输出功率；D 25%是总机械功率。三相感应电动机电磁转矩的大小和（）成正比 A电磁功率；B输出功率；C输入功率；D总机械功率。三相异步电动机的额定功率是指额定运行时的 功率。如果感应电动机运行时转差率为 s，则电磁功率、机械功率和转子铜耗之间的比例是 。第12页/共81页2023/2/2213一台一台6极异步电动机，极异步电动机，PN=28kW，UN=380V，f1=50Hz，nN=950转转/分。分。额定负载时，额定负载时，pcu1+pFekW，pmec
8、kW。（机械和附加损耗）（机械和附加损耗）计算额定负载时的计算额定负载时的 sN、pcu2、N、I1和和 f2。第13页/共81页2023/2/2214解：磁极对数：同步转速：额定转差率：第14页/共81页2023/2/2215总机械功率：转子铜损：输入功率：第15页/共81页2023/2/2216效率：定子电流：转子电动势频率：第16页/共81页2023/2/2217解解:（1）例：一台Y225M-4型的三相异步电动机，定子绕组结，额定数据为：P2N=45kW，nN=1480r/min，UN=380V，N=92.3%，cosN，Ist/IN=7.0,Tst/TN，Tmax/TN，求：（1）额
9、定电流 IN?（2）额定转差率 sN?（3）额定转矩 TN、最大转矩Tmax、和起动转矩TN。第17页/共81页2023/2/2218（2）由由nN=1480r/min，可知可知 p=2（四极电动机）（四极电动机）（3）第18页/共81页2023/2/2219上例中，如果负载转矩为 510.2Nm,问在U=UN和UUN两种情况下电动机能否起动？解：U=UN时，Tst=551.8Nm 510.2Nm，能起动在UUN时，不能起动 第19页/共81页2023/2/2220T-s 曲线电压下降时电压下降时漏抗增大时漏抗增大时转子电阻增大时转子电阻增大时第20页/共81页2023/2/2221异步电动机
10、带额定负载运行，且负载转矩不变，若电源电压下降过多时，对电动机的Tmax、Tst、1、I1、I2、s 及 有何影响？第21页/共81页2023/2/2222答：因为 ，而 sm与U1无关，因而电源电压下降后其Tem-s曲线如图所示。第22页/共81页2023/2/2223正常工作时，稳定运行正常工作时，稳定运行于于a点，其对应转差率为点，其对应转差率为sa。当电压下降过多，则电当电压下降过多，则电磁转矩下降更多，当磁转矩下降更多，当TmTL，则稳定运行于，则稳定运行于 b 点（不停转），但此时：点（不停转），但此时：Tmax减小、减小、Tst减小、减小、0减小、减小、s增大、增大、I2增大、增
11、大、降低降低第24页/共81页2023/2/2225例：三相异步电动机在一定的负载转矩下运行时，如电源电压降低，电动机的转矩、电流及转速有无变化？解：电动机电磁转矩TU12，当电源电压下降低时，电磁转矩减小，使转速下降，转差率增加，转子电流和定子电流都会增大。稳定时电磁转矩等于机械负载转矩，但转矩降低了，定、转子电流却增大了。过程如下：使T=TC。第25页/共81页2023/2/2226运行与机械特性第26页/共81页2023/2/2227生产机械运行时，常用负载转矩标志其负载的大小。不同的生产机械的转矩随转速变化规律不同，用负载转矩特性来表征，即生产机械的转速n与负载转矩TL之间的关系 。各
12、种生产机械特性大致可归纳为以下3种类型。生产机械的负载转矩特性第27页/共81页2023/2/22281 恒转矩负载特性恒转矩负载指生产机械的负载转矩的大小不随转速n变化，这种特性称为恒转矩负载特性。根据负载转矩的方向特点又分为反抗性和位能性负载两种。第28页/共81页2023/2/2229反抗性恒转矩负载特点是负载转矩的大小不变，负载转矩的方向始终与特点是负载转矩的大小不变，负载转矩的方向始终与生产机械运动的方向相反，总是阻碍电动机的运转。生产机械运动的方向相反，总是阻碍电动机的运转。当电动机的旋转方向改变时，负载转矩的方向也随之当电动机的旋转方向改变时，负载转矩的方向也随之改变，始终是阻转
13、矩。改变，始终是阻转矩。轧钢机和机床的平移机构等。轧钢机和机床的平移机构等。第29页/共81页2023/2/2230位能性恒转矩负载特特点点是是负负载载转转矩矩由由重重力力作作用用产产生生，不不论论生生产产机机械械运运动动的方向变化与否，负载转矩的大小和方向始终不变。的方向变化与否，负载转矩的大小和方向始终不变。起起重重设设备备提提升升重重物物时时，负负载载转转矩矩为为阻阻转转矩矩，其其作作用用方方向向与与电电动动机机旋旋转转方方向向相相反反，当当下下放放重重物物时时，负负载载转转矩矩变变为为驱驱动动转转矩矩，其其作作用用方方向向与与电电动动机机旋旋转转方方向向相相同同，促使电动机旋转。促使电
14、动机旋转。第30页/共81页2023/2/2231恒功率负载的方向特点是属于反抗性负载；大小特点恒功率负载的方向特点是属于反抗性负载；大小特点是当转速变化时，负载从电动机吸收的功率为恒定值。是当转速变化时，负载从电动机吸收的功率为恒定值。即负载转矩与转速成反比。即负载转矩与转速成反比。一些机床切削加工：一些机床切削加工：车床粗加工时，切削量大，（车床粗加工时，切削量大，（大），用低速挡；大），用低速挡；精加工时，切削量小，（精加工时，切削量小，（小），用高速挡。小），用高速挡。2 恒功率负载特性 第31页/共81页2023/2/22323 通风机型负载特性 通通风风机机型型负负载载的的方方向向
15、特特点点是是属属于于反反抗抗性性负负载载；大大小小特特点点是是负负载载转转矩矩的的大大小小与与转转速速n的的平平方方成成正正比，即比，即 式中式中 K比例常数比例常数风机、水泵、油泵等。风机、水泵、油泵等。第32页/共81页2023/2/2233应该指出，以上 3 类是典型的负载特性。实际生产机械的负载特性常为几种类型负载的相近或综合。例如起重机提升重物时，电动机所受到的除位能性负载转矩外，还要克服系统机械摩擦所造成的反抗性负载转矩，所以电动机轴上的负载转矩应是上述两个转矩之和。第33页/共81页2023/2/2234n一台一台50Hz、380伏的异步电动机若运行于伏的异步电动机若运行于60H
16、z、380伏的电网上，设伏的电网上，设输出功率保持不变输出功率保持不变，问下列，问下列各量怎么变化？各量怎么变化？1）激磁电抗、激磁电流和电动机的功率因数；）激磁电抗、激磁电流和电动机的功率因数；2）同步转速和额定电流时的电机转速；）同步转速和额定电流时的电机转速；3）最大转矩和临界转差率；）最大转矩和临界转差率；4）起动转矩；）起动转矩；5）电机效率。）电机效率。n本题题意为频率增加，输出功率不变。本题题意为频率增加，输出功率不变。第34页/共81页2023/2/2235（1）励磁电抗增大；励磁电流减小；功率因数增大，因 I0 减小所导致。（2）同步转速增大；额定电流时转速增大，工作点由 a
17、 至b，额定转速 nN 增加。（3）最大转矩下降，临界转差率减小。（4）起动转矩下降。（5）电动机效率升高。Temabnanb0S12n第35页/共81页2023/2/2236一台鼠笼异步电动机，原来转子是铜条，后因损坏改成铸铝，如输出同样功率，在通常情况下，sN、cos1、1、I1N、sm、Tmax、Tst 有何变化？答：铝的电阻率比铜大，故转子由铜条改为铝条，实为增加转子绕组电阻r2，其Tem-s曲线如图曲线1。第36页/共81页2023/2/2237TemTmaxabSbSa0S112Sm（1）sN 增大，由图知，增大，由图知，工作点由工作点由a（sa）变至）变至b（sb）。）。（2）c
18、os1不变，因转不变，因转子电阻改变不影响电机子电阻改变不影响电机从电网吸取的励磁功率，从电网吸取的励磁功率，故无功功率不变，由于故无功功率不变，由于输出功率不变，则电机输出功率不变，则电机从电网吸取的有功功率从电网吸取的有功功率基本不变，忽略电机损基本不变，忽略电机损耗，所以基本不变。耗，所以基本不变。第37页/共81页2023/2/2238（3）N下降：由于 s 增大，故转子铜损增加，I1稍有增大，故定子铜损也稍大，而铁损不变，机械损耗 pmec 因 s 增大 n 减小而稍有减小，但其减小幅度不及转子绕组铜损增大幅度，故总损耗增加，效率降低。（4）I1N有所增大，因P2不变，cos1不变，
19、N下降。（5）sm 增大，因为smr2。（6）Tmax不变。（7）Tst增大。TemTmaxabSbSa0S112Sm第38页/共81页2023/2/2239n硬特性：负载变化时，转速变化不大，运行特性硬特性：负载变化时，转速变化不大，运行特性好。好。n软特性：负载增加时，转速下降较快，但起动转软特性：负载增加时，转速下降较快，但起动转矩大，起动特性好。矩大，起动特性好。硬特性硬特性 （R2小）小）软特性软特性（R2大）大）机械特性的软硬 不同场合应选用不同的电机。不同场合应选用不同的电机。如金属切削，选硬特性电机；如金属切削，选硬特性电机；重载起动则选软特性电机。重载起动则选软特性电机。第3
20、9页/共81页2023/2/2240三相异步电动机的单相运行三相异步电动机在运行过程中，若其中一相与电源断开，就成为单相电动机运行。此时电动机仍将继续转动。若此时还带动额定负载，则势必超过额定电流，时间一长，会使电动机烧坏。这种情况往往不易察觉，在使用电动机时必须注意。如果三相异步电动机在起动前就断了一线，则不能起动，此时只能听到嗡嗡声，这时电流很大，时间长了，也会使电动机烧坏。第40页/共81页2023/2/2241定义：电动机接上电源，从静止状态到稳定运行的过程，简称启动。主要指标：启动转矩 越大越好。启动电流 越小越好。启动时间启动设备三相异步电动机的启动第41页/共81页2023/2/
21、2242鼠笼式电机启动性能不好，表现为：启动电流大，启动转矩不大，鼠笼式电机启动性能第42页/共81页2023/2/2243启动电流大的原因第43页/共81页2023/2/2244启动转矩小的原因第44页/共81页2023/2/2245很大的启动电流在线路的阻抗上引起很大的电压很大的启动电流在线路的阻抗上引起很大的电压降，导致与电动机接在一个电网中的其它设备运降，导致与电动机接在一个电网中的其它设备运行受到影响。行受到影响。启动电流大的影响第45页/共81页2023/2/2246鼠笼式异步电动机的启动有两种启动方法：直接启动和降压启动第46页/共81页2023/2/2247直接启动（全压启动）
22、直接用开关把定子绕组直接用开关把定子绕组接到电源上。接到电源上。优点优点：设备简单，操作：设备简单，操作方便。方便。缺点缺点：启动电流大。：启动电流大。第47页/共81页2023/2/2248三相电源三相电源开关开关熔断器熔断器俗称俗称“保险保险”三相电动机三相电动机操作时直接合上开关操作时直接合上开关 K电动机就启动，最终达电动机就启动，最终达到稳定运行状态。到稳定运行状态。第48页/共81页2023/2/2249电机本身在设计时，已考虑到对其动稳定和热稳定的要求，只要线路压降不超过额定电压的（1015）%均可用此方法启动。发电厂由于供电容量大，一般都采取此方法。第49页/共81页2023/
23、2/2250降压启动降压启动就是在启动时，降低加在电动机定子上的电压，以减小启动电流；运转稳定后，再将电压恢复到额定值。优点：减小启动电流，满足系统要求。缺点：降低了启动转矩。只适用对启动转矩没有要求，又需限制启动电流的地方。第50页/共81页2023/2/2251降压启动常用方法4定子回路串电抗器启动4星-角（Y-）换接启动4串接自耦补偿器（自耦变压器）启动第51页/共81页2023/2/2252定子回路串电抗器启动电电抗抗器器第52页/共81页2023/2/2253星-角（Y-）换接启动只适用于只适用于运行时运行时定子绕定子绕组为组为接线，且每相绕接线，且每相绕组有两个引出端的三相组有两个
24、引出端的三相电动机。电动机。第53页/共81页2023/2/2254Y 接线启动电流仅为接线启动电流仅为接线的接线的 1/3。同样启动。同样启动转矩减小到只有转矩减小到只有接线时的接线时的 1/3。第54页/共81页2023/2/2255星星角角转转接接开开关关星角转接开关第55页/共81页2023/2/2256目前，国产 系列三相异步电动机容量在 以上时，均规定选用 接法，以便于用户选用星角换接启动方法。适用于 以下的电动机。第56页/共81页2023/2/2257自耦补偿器（自耦变压器）启动在启动时串接自耦变压器，通过自耦变压器的变比（k）降压后加在电动机上。优点：比串联电抗器限制电流大；
25、和 Y-换接相比，不受定子接线限制，还可以改变变比灵活使用。缺点：设备费用高。第57页/共81页2023/2/2258绕线式异步电动机的启动绕线式异步电动机三相绕组一般接成 Y 形如果直接短接和鼠笼式异步电动机一样。为改善启动性能，可在转子回路串联电阻。、在转子回路串联启动变阻器 、在转子回路串频敏变阻器第58页/共81页2023/2/2259v转子串联启动变阻器第59页/共81页2023/2/2260第60页/共81页2023/2/2261串联电阻，一方面增加转子回路电阻，减少转串联电阻，一方面增加转子回路电阻，减少转子和定子的启动电流；另一方面提高转子回路子和定子的启动电流；另一方面提高转
26、子回路功率因数，增大转子电流有功分量，也就是增功率因数，增大转子电流有功分量，也就是增大启动转矩。大启动转矩。第61页/共81页2023/2/2262当当 S=Sm=1，启动转矩等于最大转矩，大大改，启动转矩等于最大转矩，大大改善了启动性能。善了启动性能。第62页/共81页2023/2/2263频敏变阻器利用涡流原理（涡流损耗和电流频率的频敏变阻器利用涡流原理（涡流损耗和电流频率的平方成正比）。平方成正比）。在转子回路串频敏变阻器 第63页/共81页2023/2/2264启动瞬间 S=1，转子电流频率最大，则频敏变阻器的铁损和等效电阻最大，可以限制启动电流，提高启动转矩。随转速升高，频率下降，
27、铁损和等效电阻自动减少。保证启动过程有较大转矩。启动结束切除频敏变阻器，把转子绕组短接。第64页/共81页2023/2/2265黄黄铜铜紫紫铜铜深槽和双鼠笼式异步电动机趋肤（集肤）效应趋肤（集肤）效应第65页/共81页2023/2/2266异步电动机的调速调速：指在电机负载不变情况下，人为改变电机的转速。调速：指在电机负载不变情况下，人为改变电机的转速。调速方法调速方法变极调速变极调速变转差率调速变转差率调速变频调速变频调速第66页/共81页2023/2/2267变频调速（无级调速）f=50Hz逆变器逆变器M3 整流器整流器f1、U1可可调调+第67页/共81页2023/2/2268变频调速(
28、无级调速)变频调速方法恒转距调速（f1 f1N）频率调节范围：0.5几百赫兹1.变频调速方法可实现无级平滑调速，调速性能优异，因而正获得越来越广泛的应用。第68页/共81页2023/2/2269 变极调速(有级调速)采用变极调速方法的电动机称作双速电机，由于调速时其转速呈跳跃性变化，因而只用在对调速性能要求不高的场合，如铣床、镗床、磨床等机床上。第69页/共81页2023/2/2270 U11U21U12U22iip=2U11U12U21U22NNSS第70页/共81页2023/2/2271U11U21U12U22iip=1U11U12U21U22SN第71页/共81页2023/2/2272变
29、转差率调速是绕线型电动机特有的一种调速方法。优点是调速平滑、设备简单、投资少缺点是能耗较大。这种调速方式广泛应用于各种提升、起重设备中。变转差率调速(无级调速)第72页/共81页2023/2/2273TonnTLTsoTLs s第73页/共81页2023/2/2274 0三相异步电动机工作特性曲线三相异步电动机工作特性曲线第74页/共81页2023/2/2275定性分析：异步电动机空载时，转速nn1。随着负载P2增大转速n略降转子感应电势E2s增大转子电流I2s增大电磁转矩增大以平衡负载转矩。转速特性n=(P2)为一条略微下降的曲线。1.转速特性 n=(P2)或转差率特性 s=(P2)第75页
30、/共81页2023/2/22762.定子电流特性I1=(P2)定性分析：异步电动机空载时，转速nn1，转差率 s0，转子电流I20，I1I0较小。随着负载P2增大 n下降转子电流I2 增大定子电流 I1增大以补偿转子电流所产生磁势的影响，维持磁势平衡。定子电流特性I1=(P2)为一条由I0开始逐渐上升的曲线。第76页/共81页2023/2/22773.定子功率因数特性cos1=(P2)定性分析：异步电动机空载时，由于空载电流中主要是无功电流分量，此时的功率因数很低，cos1左右。随着负载P2增大定子电流 I1有功电流分量增大功率因数提高，直至P2=PN，功率因数达最高cos1=cos1max；
31、当负载P2PN继续增大转差率 s 增大转子感应电势与电流的相位角2增大定子功率因数cos1开始减小。第77页/共81页2023/2/22784.输出转矩特性T2=(P2)定性分析：异步电动机空载时，输出转矩T2=0。当负载P2增大，由于转速变化不大，P2T2输出转矩随着P2增大而增大。输出转矩特性T2=(P2)为一条过原点的近似直线的曲线。第78页/共81页2023/2/22795.效率特性 =(P2)定性分析：异步电动机从空载到负载运行时，主磁通m和转速n变化较小，所以铁损 pFe和机械损耗 pm变化很小，这两种损耗之和是异步电动机的不变损耗；而定、转子铜损 pCu与负载电流平方成正比，它随负载变化而变化，是异步电动机的可变损耗。与变压器相似，当不变损耗与可变损耗相等时，效率为最高。第79页/共81页2023/2/2280效率特性空载时，输出功率P2=0，所以效率=0。随着负载P2增大效率 增大，普通异步电动机在P2时效率最大=max；当负载P2继续增大效率 反而下降。第80页/共81页2023/2/22电气设备及系统（一）81感谢您的观看！第81页/共81页