1、第八章第八章 电动机电动机直流电动机直流电动机交流电动机交流电动机同步电动机同步电动机异步电动机异步电动机(感应电动机感应电动机)电动机电动机-三相异步电动机三相异步电动机 异步电动机与直流电动机相比，有结构简单，异步电动机与直流电动机相比，有结构简单，运行可靠、坚固耐用等优点，当然也存在功率运行可靠、坚固耐用等优点，当然也存在功率因数差，调速和控制方法较为复杂的缺点。因数差，调速和控制方法较为复杂的缺点。异步电动机的结构 一一、定子定子定子由机座、定子铁心、定子绕组和端盖等部件组成定子由机座、定子铁心、定子绕组和端盖等部件组成 8.1 三相异步电动机的结构三相异步电动机的结构定子和转子组成定
2、子和转子组成二二、转子转子转子由转子铁心、转子绕组和转轴组成转子由转子铁心、转子绕组和转轴组成笼型（鼠笼型（鼠笼型）笼型）绕线型绕线型W2U2V1W1U1V2U2V2W2U2V1W1U1V2U2V2三相交流异步电动机的转子（鼠笼）三相交流异步电动机的转子（鼠笼）三相交流异步电动机的转子（绕线）三相交流异步电动机的转子（绕线）三相异步机的结构三相异步机的结构YBZXAC转子转子定子定子定子绕组定子绕组（三相）（三相）机机 座座转子：在旋转磁场作用下，转子：在旋转磁场作用下，产生感应电动势或产生感应电动势或 电流。电流。三相定子绕组：产生旋转三相定子绕组：产生旋转 磁场。磁场。线绕式线绕式鼠笼式鼠
3、笼式鼠笼转子鼠笼转子 n1nei 8.2 8.2 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磁铁磁铁闭合闭合线圈线圈e方向用方向用右手定则右手定则确定确定f方向用方向用左手定则左手定则确定确定磁场旋转磁场旋转一、旋转磁场一、旋转磁场AYCBZ异步机中异步机中,旋转磁场代替了旋转磁极旋转磁场代替了旋转磁极AiBiCimIt1n()电流出电流出()电流入电流入X240sin120sinsintIitIitIimCmBmA1、旋转磁场的产生、旋转磁场的产生 定子绕组流过对称电流定子绕组流过对称电流0tAXYCBZNSAiBiCimItBiAXBYCZAiCi合成磁场方向：合成磁场方向：向
4、下向下180tXBZ1nAYC 60tAXYCBZSN1n60A120tXYCBZ1n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：AiBiCitmI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。1n1n改变电机的旋转方向：换接其中两相。改变电机的旋转方向：换接其中两相。AiBiCimItAiCiBimIt2 2、旋转磁场的旋转方向、旋转磁场的旋转方向3、旋转磁场的转速、旋转磁场的转速分）转/(601fn 在上述分析中，在上述分析中，一个电流周期，旋转磁场在一个电流周期，旋转磁场在空间转过空间转过360电流频率为电流频率为 f Hz，则磁场则
5、磁场1/f秒旋转秒旋转1圈，每秒旋圈，每秒旋转转f圈。每分钟旋转：圈。每分钟旋转：n1称为称为同步转速同步转速分转/3000,501nHzf极对数（极对数（P）的概念的概念BiAXBYCZAiCi1p此种接法下，合成磁场只有一对磁极，则极对数为此种接法下，合成磁场只有一对磁极，则极对数为1。即：即：AXYCBZNS极对数（极对数（P）的改变的改变CYABCXYZAXBZAiBiCi 将每相绕组分成两段，按右下图放入定子槽内。形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。成的磁场则是两对磁极。X AAXBYBYCZCZ极对数极对数2pAXX ANSSNZCZCBYBYCYA
6、BCXYZAXBZAiCiBiAiBiCimIt0tXNSASNZBX AYCZBCY0t分）转/(601pfn 60t A1nAZXXCZCSNSN30极对数和转速的关系极对数和转速的关系AiBiCimIt三相异步电动机的同步转速三相异步电动机的同步转速分）转/(601pfn 2p180分）转/(50011p360分）转/(0003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)50(Hzf 1n3p120分）转/(0001YBZXAC二、异步电机的转动原理二、异步电机的转动原理定子通过三相对称交流电定子通过三相对称交流电产生旋转磁场产生旋转磁场转子
7、切割旋转磁场产生感应电流转子切割旋转磁场产生感应电流（右手）（右手）载有感应电流的转子和旋转磁场载有感应电流的转子和旋转磁场作用产生电磁力（左手）作用产生电磁力（左手）形成电磁转矩形成电磁转矩n1neiNSf磁铁磁铁闭合闭合线圈线圈e方向用方向用右手定则右手定则确定确定f方向用方向用左手定则左手定则确定确定磁场旋转磁场旋转电动机转速和旋转磁场同步转速的关系电动机转速和旋转磁场同步转速的关系电动机转速（额定转速）电动机转速（额定转速）:n电机转子转动方向与磁场旋转的方向一致，电机转子转动方向与磁场旋转的方向一致，但但 异步异步电动机电动机1nn 无转距无转距转子与旋转磁场间没有相对运动转子与旋转
8、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）无转子电动势（转子导体不切割磁力线）无转子电流无转子电流提示提示：如果如果1nn 三、转差率的概念：三、转差率的概念：%10011nnns异步电机运行中异步电机运行中:%91s 转差率为旋转磁场的同步转速和电动机转速之差与转差率为旋转磁场的同步转速和电动机转速之差与同步转速的比。即：同步转速的比。即：电动机起动瞬间电动机起动瞬间:1 ,0sn（转差率最大）转差率最大）转差率最小），转子最大转速(01snn10ss范围：分）转/(6011pfn%10011nnns转子感生电流的频率：转子感生电流的频率：pnnf6012111160sfpnnn
9、npnf6011例：三相异步电动机例：三相异步电动机，电源，电源f1=50Hz，电机额定电机额定 转速转速n=960r/min。求：转差率求：转差率s，转子电动势的频率转子电动势的频率f2min/1000min/9601rrn同步转速：同步转速：04.01000960100011nnns转差率：转差率：Hzsff25004.012一、等效电路参数一、等效电路参数 8.3 三相异步电动机的转矩特性和机械特性三相异步电动机的转矩特性和机械特性定子电路定子电路i2R1R2i1u1e1e2 ：主磁通产：主磁通产生的感应电动势。生的感应电动势。1、e1、e2转子电路转子电路111111dui ReeNd
10、t 设：设：tsin1m则：则：tNum1111cos定子边：定子边：mmmNffNNU111111144.42/22/tNum1111cosmNfUE111144.4i2R1R2i1u1e1e22f：转子感应电动势的频率：转子感应电动势的频率2N：转子线圈匝数：转子线圈匝数2f取决于转子和旋转磁场的相对速度取决于转子和旋转磁场的相对速度12sff mNfE22244.4同理可得：同理可得：mNfUE111144.4i2R1R2i1u1e1e2202122222sXLsfLfX的最大值）（时的22212020212221,44.444.444.4EEsNfEsENsfNfEmmmi2R1R2i
11、1u1e1e222022202)(sXRsEI222222XREI2、转子电流、转子电流3、转子功率因数、转子功率因数220222222222)(cossXRRXRR结论：结论：转子电路的各物理量都与转差率转子电路的各物理量都与转差率S有关有关,也就是与也就是与转速有关转速有关例：三相异步电动机，例：三相异步电动机，p=2，n=1440 r/min，转子转子R2=0.02，X20=0.08 ，E20=20V，f1=50Hz。启动时启动时I2（st）额定转速下的额定转速下的I2（N）22022202)(sXRsEIs=1A242)08.0()02.0(20)(222202220XRE04.015
12、0014401500sA40)08.004.0()02.0(2004.0)(222202220sXRsE电磁转矩电磁转矩 T：转子中各载流导体在旋转磁场的作用下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。受到电磁力所形成的转距之总和。22cosICTm常数常数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2cos二、电磁转矩二、电磁转矩（牛顿（牛顿 米）米）22cosICTm21220222)(UsXRsRCTT得到得到转矩公式转矩公式22022202)(sXRsEI2222220cos()RRsX将其中参数代入：将其中参数代入：11144.4NfUmmNfE212
13、044.4三、三相电动机的机械特性三、三相电动机的机械特性转速和转矩的关系转速和转矩的关系)(SfT 22122220()TsRTCURsX根据转矩公式根据转矩公式Ts10得转矩特性曲线：得转矩特性曲线：启动时启动时n=0最大转速最大转速n=n1时时11nnns1 1、转矩特性曲线、转矩特性曲线1、三个重要转矩、三个重要转矩NT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(1)机械角速度机械角速度)/()(9550602分转千瓦NNNNNnPnPT（牛顿（牛顿米）
14、米）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 ：(2)maxT电机带动最大负载的能力。电机带动最大负载的能力。求解求解0ST22122220()TsRTCURsX202XRsm2021max21XUCTTSm为临为临界转差率界转差率过载系数：过载系数：NTTmax三相异步机三相异步机2.28.1 工作时，一定令负载转矩工作时，一定令负载转矩 ，否则，否则电机将停转。致使电机将停转。致使注意：注意：（1）三相异步机的）三相异步机的 和电压的平方成正比，所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。以对电压的波动很敏感，
15、使用时要注意电压的变化。maxTmaxTTL（2）电机严重过热电机严重过热0n121)(s II2max12012TTC UXstT起动转矩起动转矩 ：(3)电机起动时的转矩。电机起动时的转矩。22122220()TsRTCURsX0n1)(s 其中其中则则22122220()stTRTCURXLstTT stT体现了电动机带载起动的能力。若体现了电动机带载起动的能力。若 电机能电机能起动，否则将起动不了。起动，否则将起动不了。起动能力：起动能力：ststNTKTn1TnTmTst)(Tfn 2、机械特性曲线、机械特性曲线TL启动：启动：TstTL(负载转矩负载转矩)，电机启动，电机启动转速转
16、速n，转矩转矩T cc点：转矩达最大点：转矩达最大Tm，转速转速n继续继续，T，沿，沿cb走走bb点：点：T=TL，转速转速n不再上升，稳定运行不再上升，稳定运行 若若TL ，暂时暂时T TL,n s I2 T 电动机的自适应负载能力电动机的自适应负载能力 电动机的电磁转矩可以随负电动机的电磁转矩可以随负载的变化而自动调整，这种载的变化而自动调整，这种能力称为自适应负载能力。能力称为自适应负载能力。常用特常用特性段性段s=0s=1例：三相异步电动机，额定功率例：三相异步电动机，额定功率PN=10kW，额定转速额定转速nN=1450r/min，启动能力启动能力Tst/TN=1.2，过载过载系数系
17、数=1.8。)/()(9550分转千瓦NNNnPT（1）额定转矩）额定转矩TN米牛顿9.651450109550（2）启动转矩）启动转矩Tst792.1NstTT（3）最大转矩）最大转矩Tm6.1189.658.1NmTT1U22122220()TsRTCURsX 3、机械特性和电路参数的关系机械特性和电路参数的关系21 UT和电压的关系和电压的关系0Tn0)0(nnsSTTTUmax1结论：结论：（1）（2 2）和转子电阻的关系）和转子电阻的关系22RR 2 RR2的的 改变改变：鼠笼式电机转子导条的金属材料不同，线绕式电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。机外接电阻不
18、同。2Rmsms0TnstTstT mmssststTT结论：结论：（3 3）机械特性的软硬）机械特性的软硬 硬特性：负载变化时，转速变化不大，运行特性好。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，起软特性：负载增加转速下降较快，但起动转矩大，起 动特性好。动特性好。硬特性硬特性 （R2小）小）软特性软特性（R2大）大）0Tn 不同场合应选用不同的电机。如金属切削，选硬特性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。电机；重载起动则选软特性电机。8.4 三相异步电动机的运行特性和额定值三相异步电动机的运行特性和额定
19、值 异步电动机的运行特性是指，在异步电动机的定子异步电动机的运行特性是指，在异步电动机的定子端加额定电压、其频率为额定频率的情况下下异步电动端加额定电压、其频率为额定频率的情况下下异步电动机的转速机的转速n、定子电流定子电流I，功率因数功率因数cos1、效率效率、输出输出转矩转矩T、与输出功率与输出功率P2的关系，并使用曲线表示出来：的关系，并使用曲线表示出来：横坐标为输出功率横坐标为输出功率P2，纵坐标为上述各项参数。异步电纵坐标为上述各项参数。异步电动机的运行特性可以用工程计算的方法获得。动机的运行特性可以用工程计算的方法获得。一、运行特性一、运行特性异步电动机的工作特性异步电动机的工作特
20、性转速特性转速特性 nf(P2)效率特性效率特性=f(P2)定子电流特性定子电流特性 I1f(P2)定子端功率因数特性定子端功率因数特性 cos1f(P2)转矩特性转矩特性 Tf(P2)二、三相异步机型号与额定数据二、三相异步机型号与额定数据1.型号型号 Y 132M4 磁极数磁极数(极对数极对数 p=2)同步转速同步转速1500转转/分分分）转/(601pfn 转差率转差率0.04 150014401500s2.转速转速:电机轴上的转速（电机轴上的转速（n)。如：如：n=1440 转转/分分3.联接方式联接方式：Y/接法接法 Y 接法：接法：接法：接法：AB CZX YA B CZX YAB
21、CXYZAZBYXCABCXYZ接线盒：接线盒：4.额定电压：额定电压：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AZBYXC线线电电压压ABCXYZ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。5.额定电流：额定电流：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
22、，电机的线电流为11.2A，相电相电流为流为6.48A；星形接法时线、相电流均为星形接法时线、相电流均为6.48A。6.额定功率：额定功率：额定功率指电机在额定运行时轴上输出的额定功率指电机在额定运行时轴上输出的功率功率（），不等于从电源吸收的功率（），不等于从电源吸收的功率（）。两者的）。两者的 关系为：关系为：2P1P12PP113COSIUPNN其中其中鼠笼电机鼠笼电机=7293 额定负载时一般为额定负载时一般为0.7 0.9 ，空载时功率因数很空载时功率因数很低约为低约为0.2 0.3。额定负载时，功率因数最大。额定负载时，功率因数最大。注意：实用中应选择合适容量的电机，注意：实用中应
23、选择合适容量的电机，防止防止“大马大马”拉拉“小车小车”的现象。的现象。7.功率因数功率因数(cos 1)：P2PN此外还有此外还有绝缘等级绝缘等级等参数，不一等参数，不一 一介绍。一介绍。cos 1一、一、三相异步机的起动三相异步机的起动stI起动电流起动电流 ：中小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 倍。倍。0n定子电流定子电流原因：起动时原因：起动时 ，转子导条切割磁力线速度很大。转子导条切割磁力线速度很大。转子感应电势转子感应电势转子电流转子电流大电流使电网电压降低大电流使电网电压降低 影响其他负载工作影响其他负载工作频繁起动时造成热量积累频繁起
24、动时造成热量积累 电机过热电机过热影响：影响：8.5 三相异步电动机的起动、反转、制动和调速三相异步电动机的起动、反转、制动和调速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。二三十千瓦以下的异步电动机一般直接起动。二三十千瓦以下的异步电动机一般 采用直接起动。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。1 1、Y Y 起动：起动：正常正常运行运行lUAZBYXClI 起动起动ABCXYZlUlYIZUIllY33ZUIll设：电机每相阻抗为设：电机每相阻抗为z31llYIIAZBYXC正常正常运行运行UPA
25、BCXYZ起起动动UPStstYTT31PPUU31（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合)(2UTSTY 起动起动也时ststTI,。2 2、转子串电阻起动、转子串电阻起动定子定子RRR线绕式转子线绕式转子起动时将适当的起动时将适当的R串入转子绕组中，起动后将串入转子绕组中，起动后将R短路。短路。1222202202)(IIRXREIst转子串电阻起动的特点：转子串电阻起动的特点：适于转子为线绕式的电动机起动。适于转子为线绕式的电
26、动机起动。（1）（2）R2选的选的适当适当，转子串电阻既可以降低起动电流，转子串电阻既可以降低起动电流，又可以增加起动力矩。又可以增加起动力矩。0Tn2R2R22RR 221222202TststC R UTRXRT例例:三相异步电动机，电源电压三相异步电动机，电源电压=380V，三相定子三相定子绕组绕组 接法运行，额定电流接法运行，额定电流IN=20A，启动电流启动电流Ist/IN=7，求：求：（1）接法时的启动电流接法时的启动电流Ist （2）若启动时改为若启动时改为Y接法，求接法，求 Ist Y（1）Ist =7 IN=7 20=140A解：解：（2）31llYIIIst Y=Ist /
27、3=140/3=47A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。二、三相异步电动机的正、反转二、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 源源制动方法：制动方法：1.抱闸抱闸：加机械抱闸加机械抱闸三、三、三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动反接制动时，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：
28、注意：2.反接制动反接制动：停车时，将电动机接电源的意两相反接，停车时，将电动机接电源的意两相反接，使电动机由原来的旋转方向反过来，以达使电动机由原来的旋转方向反过来，以达 制动的目的；制动的目的；异步电动机能耗制动的异步电动机能耗制动的过程是这样的：在需要制过程是这样的：在需要制动时，首先将开关动时，首先将开关K1断开，断开，即将电机定子与额定电压即将电机定子与额定电压的电网断开，与此同时，的电网断开，与此同时，闭合闭合K2，将直流电源电压将直流电源电压UDC接到三相异步电动机接到三相异步电动机定子任意两相上，完成能定子任意两相上，完成能耗制动过程。耗制动过程。3.能耗制动能耗制动四、三相异
29、步电动机的调速四、三相异步电动机的调速pfsnsn1160111.改变极对数改变极对数 有级调速。有级调速。p2.改变转差率改变转差率 s无级调速无级调速调速方法：调速方法：11nnns3.改变电源频率改变电源频率(变频调速变频调速)无级调速无级调速1f变频电源变频电源 可变可变Uf,Hz50 此种调速方法发展很快，且调速性能较好。其主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、逆变器等组要环节是研制变频电源（常由整流器、逆变器等组成）。成）。pfsnsn116011NcosNstIINstTTNTTmaxkWmin/730rV380Hz50例：已知Y225M-8型三相异步电动机的额定技术数据如下：22功率 转速电压效率频率90%0.786.01.82.0试求：1、额定转差率、额定电流和额定转矩；2、起动电流、起动转矩和最大转矩。3、当电动机采用4、当负载转矩分别为额定转矩的65%和50%能否带负载采用换接起动？换接起动时的起动电流和起动转矩为多大？:,380,min1450,7,8.1,9.0,88.0cos,380,40试求的三相电源上现接到电源为VrnIITTVUKWNNstNstNNNNp
