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1、第第7章章1 17.1 概概述述7.2 三三相相异异步步电电动动机机的的结结构构7.3 三三相相异异步步电电动动机机的的转转动动原原理理7.4 三三相相异异步步电电动动机机的的机机械械特特性性7.5 三三相相异异步步电电动动机机的的起起动动第第7章章 电电动动机机7.6 三三相相异异步步电电动动机机的的调调速速7.7 三三相相异异步步电电动动机机的的反反转转与与制制动动 7.8 三三相相异异步步电电动动机机的的铭铭牌牌数数据据7.9 单单相相异异步步电电动动机机7.10 异异步步电电动动机机应应用用实实例例第第7章章2 2 1.了了解解三三相相交交流流异异步步电电动动机机的的基基本本构构造造和
2、和转转动动 原原理理。2.掌掌握握交交流流异异步步电电动动机机起起动动和和反反转转的的基基本本方方法法。3.理理解解交交流流异异步步电电动动机机调调速速和和制制动动的的方方法法。4.理理解解三三相相交交流流异异步步电电动动机机铭铭牌牌数数据据的的意意义义。5.了了解解单单相相交交流流异异步步电电动动机机的的转转动动原原理理。【本本章章教教学学目目标标与与要要求求】第第7章章3电电动动机机的的作作用用将将电电能能转转换换为为机机械械能能。7.1 概概述述电电动动机机的的分分类类电电动动机机第第7章章4电电动动机机的的组组成成7.2 三三相相异异步步电电动动机机的的结结构构图7.2.1 三相异步电
3、动机的结构第第7章章5第第7章章6定定子子机机座座:固固定定和和支支撑撑定定子子铁铁心心 第第7章章7第第7章章8转转子子转转轴轴:转子绕组滑环转轴滑环电刷外接电阻第第7章章9鼠鼠笼笼式式转转子子绕绕线线式式转转子子绕绕线线式式转转子子滑滑环环第第7章章10鼠鼠笼笼式式电电动动机机与与绕绕线线式式电电动动机机的的的的比比较较：鼠鼠笼笼式式：结结构构简简单单、价价格格低低廉廉、工工作作可可靠靠、控控制制简简单单；应应用用广广泛泛。不不能能人人为为改改变变电电动动机机的的机机械械特特性性。结结构构复复杂杂、价价格格较较贵贵、维维护护工工作作量量大大；转转子子外外加加电电阻阻可可人人为为改改变变电电
4、动动机机的的机机械械特特性性。第第7章章山东轻工业学山东轻工业学院院11NS第第7章章山东轻工业学山东轻工业学院院12第第7章章山东轻工业学山东轻工业学院院13137.3.1 7.3.1 旋转磁场旋转磁场旋转磁场的产生旋转磁场的产生图7.3.2 三相对称电流23pppiAiBiCBiCiAiV1 V2W1W2U2U13L1L2L定子绕组接到对称三相电源上定子绕组接到对称三相电源上 产生三相电流产生三相电流 tIisinmA)120sin(mBtIi)120sin(mCtIi iOt第第7章章山东轻工业学山东轻工业学院院1414规定规定电流的正方向电流的正方向：从绕组首端流入、末端流出。从绕组首
5、端流入、末端流出。23pppiAiBiCiOt电流电流流出流出电流电流流流入入W W2 2W W1 1第第7章章山东轻工业学山东轻工业学院院15A AU U1 1U U2 2W W2 2V V1 1W W1 1V V2 2NS15906023pppiAiBiCiOt0t 60t90tU U2 2A AU U1 1W W2 2V V1 1W W1 1V V2 2NS0U U2 2A AU U1 1W W2 2V V1 1W W1 1V V2 2SN磁场磁场磁场磁场定子绕组定子绕组通入通入对称对称的的三相电流三相电流时，将时，将在气隙中将在气隙中将产生旋产生旋转磁场转磁场。结论：结论：第第7章章山
6、东轻工业学山东轻工业学院院1616旋转磁场的方向旋转磁场的方向23pppiAiBiCBiCiAiV1 V2W1W2U2U13L1L2L取决于三相电流的取决于三相电流的相序相序 iOtAiBiCi正序正序 负序负序 任意调换任意调换 两根电源进线两根电源进线 CiBiAi0tU U1 1U U2 2W W2 2V V1 1W W2 2V V2 2 60tW W2 2U U1 1U U2 2V V1 1W W2 2V V2 2600NSNS磁场磁场结论：结论：第第7章章山东轻工业学山东轻工业学院院1717旋转磁场的转速旋转磁场的转速iAiBiCiOtBiCiAiV1 V2W1W2U2U13L1L2
7、LA AU U1 1U U2 2W W2 2V V1 1W W1 1V V2 2NSU U2 2A AU U1 1W W2 2V V1 1W W1 1V V2 2NSU U2 2A AU U1 1W W2 2V V1 1W W1 1V V2 2SN90600极对数极对数P P=1=11060fn 第第7章章山东轻工业学山东轻工业学院院1818改变定子绕组布置 CiBiAi1U2U1U2U1V2V1V2V1W2W1W2W1U2U1V2V1W2W1U2U1V2W1W2V极对数：极对数：P P=2=2第第7章章山东轻工业学山东轻工业学院院1919NSNS1U2U1V2V1W2W1U2U1V2W1W2
8、V 60t 0tNSNS1U2U1V2V1W2W1U2U1V2W1W2V30极对数极对数P P=2=226010fn 结论：结论：pfn1060iAiBiCiOt600旋转磁场的转速取决旋转磁场的转速取决于磁场的极对数于磁场的极对数第第7章章山东轻工业学山东轻工业学院院20)/(6010分分转转pfn 旋转磁场转速旋转磁场转速n n0 0与频率与频率f f1 1和极对数和极对数p p有关。有关。p123456n0(r/min)300015001000750600500在我国，工频Hz501f表表7.3.1 7.3.1 磁极对数与旋转磁场转速对应表磁极对数与旋转磁场转速对应表第第7章章山东轻工业
9、学山东轻工业学院院217.3.2 7.3.2 电动机的转动原理电动机的转动原理BlvBliA AU U1 1U U2 2W W2 2V V1 1W W2 2V V2 20n0nFFn7.3.6 电动机的工作原理第第7章章山东轻工业学山东轻工业学院院227.3.3 转差率转差率 0nn 因为，因为，如果如果n=n0，则转子与旋转磁场间，则转子与旋转磁场间不存不存在相对运动在相对运动，导线也，导线也不切割磁力线不切割磁力线，因而其，因而其感应感应电动势、电流和电磁转矩均为零电动势、电流和电磁转矩均为零。%10000 nnns电动机带额定负载时，电动机带额定负载时，转差率较小，约为转差率较小，约为1
10、6 第第7章章山东轻工业学山东轻工业学院院23转子转速亦可由转差率求得转子转速亦可由转差率求得0)(1nns 【解】由于正常运行转差率较小，电动机转速应接近同步转速。【例7-1-1】一台三相异步电动机的额定转速为960r/min。试求电动机的极数和额定负载时的转差率。电源频率 。Hz501 f所以极对数 p=3，同步转速n0=1000r/min%41000960100000 nnns第第7章章山东轻工业学山东轻工业学院院247.4.1 电磁转矩电磁转矩22Tcos IKTm 常数，与电常数，与电机结构有关机结构有关旋转磁场旋转磁场每极磁通每极磁通转子电流转子电流转子电路的转子电路的功率因数功率
11、因数111111m44.444.4NfUNfE 2202220222222sXRsEXREI 第第7章章山东轻工业学山东轻工业学院院25212202212)(UsXRfsRKT 第第7章章山东轻工业学山东轻工业学院院267.4.2 机械特性曲线机械特性曲线曲曲线线)(sfT 根据转矩公式根据转矩公式22022212)(sXRUsRKT 得特性曲线：得特性曲线：maxTms0TsstT1NTNsnTnTnTnTnTnTnTnTnT曲曲线线)(Tfn nTNTNnstTmaxT第第7章章山东轻工业学山东轻工业学院院27三个重要转矩三个重要转矩电动机匀速时，忽略损耗转矩，电动机匀速时，忽略损耗转矩，
12、输出转矩输出转矩T T应等于负载的机械转应等于负载的机械转矩矩60222nPTT nP29550 注意注意P P2 2是电动机转轴上输出的机械功率。是电动机转轴上输出的机械功率。单位为千瓦（单位为千瓦（kWkW）nTNTNn第第7章章山东轻工业学山东轻工业学院院28 21220222UsXRsRKT)(2021max2XUKT 0dd ST令：令：求得求得202mXRss 临界转差率临界转差率T Tmaxmax将将s sm m代入转矩公式，可得代入转矩公式，可得nT第第7章章山东轻工业学山东轻工业学院院292021max2 XUKT NmaxTT 一般三相异步电动机的过载系数一般三相异步电动机
13、的过载系数为为2.28.1 第第7章章山东轻工业学山东轻工业学院院3022022212)(sXRUsRKT 22022212stXRURKT 起动时起动时n n=0=0 时时，s s=1=1体现了电动机带体现了电动机带载起动的能力。载起动的能力。0nO OnT T1U 当电源电压当电源电压 降低降低时，起动转矩会减小时，起动转矩会减小 当转子电阻适当增大当转子电阻适当增大时，起动转矩会增大时，起动转矩会增大第第7章章山东轻工业学山东轻工业学院院31【解】【解】：（：（1 1）【例【例7-4-17-4-1】一台三相鼠笼式异步电动机技术数】一台三相鼠笼式异步电动机技术数据如下：据如下：380V,N
14、 U9.46A,N I50Hz,Nfmin r/1440 N nkW,4.5 N P,85.0cos N 1.8,/Nst TT2.2 /Nmax TTmN 60 L TN NT求：（求：（1 1）额定转矩额定转矩、额定效率、额定效率（2 2）若）若电动机能否直接起动？电动机能否直接起动？能否短时间运行？能否短时间运行？mN 8.2914405.495509550NNN nPT85.085.046.93803105.4cos33NNNNN IUp第第7章章山东轻工业学山东轻工业学院院32（2 2）mN6.53 8.298.18.1Nst TT由于由于LstTT ，所以不能直接起动。，所以不能直
15、接起动。mN6.65 8.292.22.2Nmax TT由于由于LmaxTT，所以能够短时间运行，所以能够短时间运行 。第第7章章山东轻工业学山东轻工业学院院331U1U 11UU T0n 22022212sXRUsRKT 第第7章章山东轻工业学山东轻工业学院院34 22022212sXRUsRKT Tn02R2R 22RR 第第7章章山东轻工业学山东轻工业学院院35一般小型笼型电机一般小型笼型电机起动电流起动电流为额定电流的为额定电流的5-105-10倍倍;起动时：起动时：n=n=0 0，s s=1=1转子导体切割磁力线快，电动势高，使转子导体切割磁力线快，电动势高，使定、转子电流大定、转子
16、电流大影响：影响：大电流使电网电压降低，影响其他负载工作。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频繁起动时造成热量积累,易使电动机过热。易使电动机过热。第第7章章山东轻工业学山东轻工业学院院36 小功率电动机一般都是采用直接起动的。小功率电动机一般都是采用直接起动的。主要看电动机起动时所产生的电压降不应超主要看电动机起动时所产生的电压降不应超过允许值过允许值 星形星形-三角形三角形(Y(Y )换接起动换接起动自耦降压起动自耦降压起动(3)(3)转子串电阻起动转子串电阻起动第第7章章山东轻工业学山东轻工业学院院37采用降压起动，就是在起动时降低加在电动机定采用降压起动，就
17、是在起动时降低加在电动机定子绕组上的电压，以子绕组上的电压，以减小起动电流。减小起动电流。星形三角形（星形三角形（Y Y）换接起动）换接起动 自耦降压起动自耦降压起动 另外还有定子绕组串接电阻起动和软起动技术另外还有定子绕组串接电阻起动和软起动技术 第第7章章山东轻工业学山东轻工业学院院38Y Y换接起动换接起动 适用于：正常运行为适用于：正常运行为联结联结的电动机。的电动机。起起动动时时运运行行时时T TU Up p2 2Y Y型起动的型起动的起动转矩起动转矩：Y Y型起动的型起动的起动电流起动电流：13U Up pU U1p pY=UNZPYLYII UNZLIPIPYLYII ZU3/L
18、 PL3II ZUL3 LLY31II ststYTT31第第7章章山东轻工业学山东轻工业学院院393 3 Y Y 换接起动的特点：换接起动的特点：(1)(1)电源电压不变，定子绕组接法改变；电源电压不变，定子绕组接法改变；(2)(2)降压比为降压比为 1 1 (1)(1)I IsYsYI Imax max（线路中允许的最大电流）；（线路中允许的最大电流）；(2)(2)T TsYsYT TL L 否则不能采用此法。否则不能采用此法。Y Y 换接起动的使用条件：换接起动的使用条件：Y Y型型起动的起动转矩为：起动的起动转矩为：Y Y型型起动的起动电流为：起动的起动电流为：LLY31II stst
19、YTTY Y 换接起动适合于空载或轻载起动的场合换接起动适合于空载或轻载起动的场合第第7章章山东轻工业学山东轻工业学院院40自耦降压自耦降压起动起动 起起动动工工作作1L2L3LFU1QS2QS1U1V1W合合闸闸降压变比为降压变比为:K KU Ul l=KU=KUN N定子电压：定子电压：定子起动电流：定子起动电流：KIKIstst线路起动电流：线路起动电流：自耦自耦降压降压起动的起动电流为起动的起动电流为：自耦自耦降压降压起动的起动转矩为：起动的起动转矩为：st2stKIKI st2stKIKI 2stKstTK T第第7章章山东轻工业学山东轻工业学院院41 12220220)(st2II
20、RXREI 转子电路串电阻起动转子电路串电阻起动stR电电刷刷滑滑环环转转子子定定子子绕线型电动机绕线型电动机第第7章章山东轻工业学山东轻工业学院院42R R2 2 I I T Tstst 22022212stXRURKT 22RR stTT TO On0nmaxT2R2R stT 第第7章章山东轻工业学山东轻工业学院院43 pfsnsn106011 7.6.1 变频调速变频调速 变频调速方法可实现无级平滑调速变频调速方法可实现无级平滑调速,调速性调速性能优异，因而正获得越来越广泛的应用。能优异，因而正获得越来越广泛的应用。3MHz50f整流器整流器逆变器逆变器无级调速无级调速n n0 0T
21、Tn nO Of fN Nf f1 1 f fN Nf f2 2 f f1 1第第7章章山东轻工业学山东轻工业学院院447.6.2 变极调速变极调速U11U21U12U22iiP=2U11U12U21U22NNSS有级调速有级调速第第7章章山东轻工业学山东轻工业学院院45U U1111U U2121U U1212U U2222i ii iP P=1=1 采用变极调速方法的电动机称作双速电机，采用变极调速方法的电动机称作双速电机，只用在对调速性能要求不高的场合，双速电动机只用在对调速性能要求不高的场合，双速电动机在机床上用得较多在机床上用得较多 。U U1111U U1212U U2121U U
22、2222S SN N第第7章章山东轻工业学山东轻工业学院院467.6.3 变转差率调速变转差率调速(绕线式电动机可以通过变转差调速。变转差绕线式电动机可以通过变转差调速。变转差率调速设备简单、投资少，但能量损耗较大。变率调速设备简单、投资少，但能量损耗较大。变转差调速广泛应用于转差调速广泛应用于起重设备起重设备中。中。Tn02R2R 222RRR LT2R 2n2n 2n 222nnn 222sss 第第7章章山东轻工业学山东轻工业学院院47要使电动机反转只需要使电动机反转只需任意调任意调换其中两根电源进线换其中两根电源进线 7.7.1 三相异步电动机的反转三相异步电动机的反转 异步电动机的旋
23、转方向与旋转磁场的旋转方向异步电动机的旋转方向与旋转磁场的旋转方向一致，而磁场的旋转方向又与三相电源的相序一致。一致，而磁场的旋转方向又与三相电源的相序一致。第第7章章山东轻工业学山东轻工业学院院487.7.2 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动 制动方法制动方法机械制动机械制动电气制动电气制动能耗制动能耗制动反接制动反接制动发电反馈制动发电反馈制动 断开三相电源，向电动机定子绕组通入直流断开三相电源，向电动机定子绕组通入直流电流，产生静止的磁场，并与旋转的转子作用，电流，产生静止的磁场，并与旋转的转子作用，产生了与转子旋转方向相反的转距，使电动机迅产生了与转子旋转方向相反的转距，使电动
24、机迅速停车。速停车。第第7章章山东轻工业学山东轻工业学院院49n nF F转子转子T T n n0 0=0=0运转运转制动制动第第7章章山东轻工业学山东轻工业学院院50运转运转n nF FT T n n0 0 停车时，将接入电动机的三相电源线中的任意停车时，将接入电动机的三相电源线中的任意两相对调，使电动机定子产生一个与转子转动方向两相对调，使电动机定子产生一个与转子转动方向相反的旋转磁场，从而获得所需的制动转矩，使转相反的旋转磁场，从而获得所需的制动转矩，使转子迅速停止转动。子迅速停止转动。第第7章章山东轻工业学山东轻工业学院院51n nF F转子转子T T n n0 0n n n n0 0
25、 当电动机转子的转速大于旋转磁场的转速时，当电动机转子的转速大于旋转磁场的转速时，旋转磁场产生的电磁转距作用方向发生变化，由驱旋转磁场产生的电磁转距作用方向发生变化，由驱动转距变为制动转距。电动机进入制动状态，动转距变为制动转距。电动机进入制动状态，同时同时将外力作用于转子的能量转换成电能回送给电网。将外力作用于转子的能量转换成电能回送给电网。第第7章章山东轻工业学山东轻工业学院院52三相异步电动机三相异步电动机型号型号 Y132M-2Y132M-2功率功率 5.5kW5.5kW频率频率50Hz50Hz电压电压 380V380V电流电流 11.1A11.1A功率因数功率因数 0.850.85接
26、法接法 转速转速2900r/min2900r/min绝缘等级绝缘等级 B B1.1.型号型号 Y132M-2Y132M-2Y Y系列异步机系列异步机机座中心高度机座中心高度机座长度代号机座长度代号 2 2p p=2=2n n0 0=3000r/min=3000r/min2.2.电压电压磁极数磁极数第第7章章山东轻工业学山东轻工业学院院53 当当电压过高电压过高时，将引起励磁电流增加，磁通增时，将引起励磁电流增加，磁通增大，进而引起大，进而引起定子铁损增加定子铁损增加，导致，导致定子铁心过热定子铁心过热。当当电压低于额定值电压低于额定值。将引起电动机转速下降，。将引起电动机转速下降，转差增加，从
27、而导致转差增加，从而导致电流增加电流增加。如果在满载或接近。如果在满载或接近满载的情况下，电流的增加将超过额定值，使满载的情况下，电流的增加将超过额定值，使绕组绕组过热过热。例如：例如：380/220V380/220V、Y/Y/是指线电压为是指线电压为 380V 380V 时时 采用采用 Y Y联结；线电压为联结；线电压为 220V 220V 时采用时采用 联结。联结。第第7章章山东轻工业学山东轻工业学院院543.3.电流电流表示星形表示星形联结联结下下电机的线电流为电机的线电流为 6.73A6.73A；三角形；三角形联结联结下线电流下线电流为为 11.64A11.64A。两种接法下相电流均为
28、。两种接法下相电流均为 6.73A6.73A。4.4.功率与效率功率与效率12PP cos3NN1IUP 鼠笼电机鼠笼电机 =72-93=72-93 电动机加以额定电压，在其轴上输出额定功率电动机加以额定电压，在其轴上输出额定功率时，时，定子定子从电源取用的从电源取用的线电流值线电流值称为额定电流。称为额定电流。额定状态下运行时，转轴上输出的额定状态下运行时，转轴上输出的机械功率机械功率称为称为额定功率额定功率 P P2 2，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 P P1 1。第第7章章山东轻工业学山东轻工业学院院55 三相异步电动机的三相异步电动机的功率因数较低功率因数较低
29、，在额定负，在额定负载时约为载时约为0.70.70.90.9，而在轻载和空载时更低，空，而在轻载和空载时更低，空载时只有载时只有0.20.20.30.3。在额定状态下运行时的转速称为额定转速。在额定状态下运行时的转速称为额定转速。电动机的额定转速接近旋转磁场的转速。电动机的额定转速接近旋转磁场的转速。第第7章章山东轻工业学山东轻工业学院院56 绝缘等级是按电动机绕组所用的绝缘材料绝缘等级是按电动机绕组所用的绝缘材料在使用时容许的极限温度来分级的。在使用时容许的极限温度来分级的。绝缘等级AEBFH极限温度（C）105120130155180第第7章章山东轻工业学山东轻工业学院院57 大容量电机通
30、常采用三角形接法，小容量大容量电机通常采用三角形接法，小容量电机采用星形接法较多。电机采用星形接法较多。2V2W2U1W1U1V1L2L3L2V2W2U1W1U1V1L2L2L2V2W2U1W1V1U星形接法星形接法三角形接法三角形接法接线盒接线盒三相定子绕组三相定子绕组 定子定子三相绕组的接法三相绕组的接法第第7章章山东轻工业学山东轻工业学院院58 定子绕组定子绕组定子定子 第第7章章山东轻工业学山东轻工业学院院59 定子绕组产生的脉动磁场定子绕组产生的脉动磁场，可用，可用正、反两个正、反两个旋转磁场合成来等效。即旋转磁场合成来等效。即-+-=+-=m21 m mt t 0 0第第7章章山东
31、轻工业学山东轻工业学院院60 +-+-+-第第7章章山东轻工业学山东轻工业学院院6102 s121 ss合成转矩合成转矩s01 s22 s21 s1T起动转矩起动转矩为零为零2T正正转转转转反反第第7章章山东轻工业学山东轻工业学院院62.F F鼠笼式转子鼠笼式转子导条及电流导条及电流A AAA第第7章章山东轻工业学山东轻工业学院院63型型第第7章章山东轻工业学山东轻工业学院院64i iA AA AB BBBA A i iB BM M tIi sinAmA)90sin(BmB tIi 正弦波形如图所示。正弦波形如图所示。i iB Bi iA AmIit O O第第7章章山东轻工业学山东轻工业学院
32、院65 45t 0 t A AB BBBAAo0 t A AB BBBAA 90t 0 t A AB BBBAA两相旋转磁场两相旋转磁场iOiAiBpwtiB 90第第7章章山东轻工业学山东轻工业学院院667.11.2 罩极式单相异步电机罩极式单相异步电机 i i 1 1 2 2定子绕组定子绕组鼠笼式转子鼠笼式转子短路环短路环极掌极掌(极靴极靴)第第7章章山东轻工业学山东轻工业学院院67 当电流当电流i i 流过定子绕组时，产生了一部分磁流过定子绕组时，产生了一部分磁通通 1 1，同时产生的另一部分磁通与短路环作用，同时产生的另一部分磁通与短路环作用生成了磁通生成了磁通 2 2。由于短路环中感应电流的阻碍。由于短路环中感应电流的阻碍作用，使得作用，使得 2 2在相位上滞后在相位上滞后 1 1，从而在电动机，从而在电动机定子极掌上形成一个向短路环方向移动的磁场，定子极掌上形成一个向短路环方向移动的磁场，使转子获得所需的起动转矩。使转子获得所需的起动转矩。罩极式单相异步电动机起动转矩较小，转向罩极式单相异步电动机起动转矩较小，转向不能改变，常用于电风扇、吹风机中；电容分相不能改变，常用于电风扇、吹风机中；电容分相式单相异步电动机的起动转矩大，转向可改变，式单相异步电动机的起动转矩大，转向可改变，故常用于洗衣机等电器中。故常用于洗衣机等电器中。