1、1.转动原理2.极数与转速3.电动机的构造4.定子与转子电路5.转矩与机械特性6.电动机的起动7.电动机的调速8.电动机的制动9.铭牌数据10.电动机的选择电动机电动机是将电能转换成机械能的装置。广泛是将电能转换成机械能的装置。广泛应用于现代各种机械中作为驱动。应用于现代各种机械中作为驱动。由电动机驱动的优点：减轻繁重的体力劳动；由电动机驱动的优点：减轻繁重的体力劳动；提高生产率；可实现自动控制和远距离操纵。提高生产率；可实现自动控制和远距离操纵。电动机的分类：电动机的分类：电动机电动机直流电动机交流电动机他励电动机并励电动机串励电动机复励电动机同步电动机异步电动机三相电动机单相电动机同步电动
2、机异步电动机两相电动机交流电动机交流电动机异步电动机异步电动机三相电动机三相电动机电动机电动机工业生产中广泛应用着交流电动机，特别是三相工业生产中广泛应用着交流电动机，特别是三相异步电动机。它具有结构简单、易于控制、效率异步电动机。它具有结构简单、易于控制、效率高和功率大等许多优点。高和功率大等许多优点。本章讨论的问题本章讨论的问题：(1)三相异步电动机的结构；(2)三相异步电动机的工作原理；(3)三相异步电动机的转速与转差率；(4)转矩和机械特性及其与转差率的关系；(5)电动机的起动、反转、调速及制动的基 本原理和方法；1.三相电动机的转动原理三相电动机的转动原理 参见教材2.三相异步电动机
3、的极数与转速三相异步电动机的极数与转速 一、三相异步电动机的极数一、三相异步电动机的极数三相异步电动机定子产生旋转磁场旋转磁场的磁极个数磁极个数，称为极数。，称为极数。对于每相只有一个线圈的电动机，绕组始端之间相差120的空间角，则产生的旋转磁场只有一对磁极。磁极对数用p表示，则p=1。若每相定子绕组由两个线圈串联组成(如图所示)，则绕组始端之间相差60空间角，因而旋转磁场具有两对磁极，p=2.ABCXA X B Y YZZ C AXX A BCY Z ABCXA X B Y YZZ C 转子转子P=2 磁场位置(t=0)二、三相异步电动机的转速二、三相异步电动机的转速 电动机的转速是与旋转磁
4、场有关的。而磁场极数不同则磁场的转速就不同，在一对磁极的情况下，交流电经历一个周期磁场恰好在空间转过一圈，若定子电流的频率为f1，旋转磁场在每分钟将转过60f1 周。当磁极对数为 p时，磁场的转速为（转每分）pfn1060在我国(f1=50Hz)，磁极对数为 p的磁场转速n0为p）（min/0rn1234563000150010007506005001.转子转速 n电动机运行时的实际转速也就是转子转速 n。2.同步转速 n0电动机旋转磁场的转速也称为同步转速 n0。根据电动机的转动原理，转子转速将小于磁场的转速，即n n0。若二者相等，转子就没有切割磁力线作用，转矩也就消失了，因此转子不可能以
5、n0的转速正常运行。3.转差率 s 转差率 s 是表示转子转速n与磁场转速n0 之间差别程度的，即00nnns它是异步电动机的重要参量之一，额定时约为19%例例某三相异步电动机的额定转速n=570r/min。求电动机的极数和额定时的转差率(f1=50Hz)。解：由于电动机的额定转速应接近且略小于同步转速 n0，而 n0 对应于磁极对数p有一系列固定值。显然，与570r/min最接近的是min/6000rn 因此，额定时的转差率为%560057060000nnns5p3.三相异步电动机的构造三相异步电动机的构造 参见教材4.三相异步电动机的定子与转子电路三相异步电动机的定子与转子电路三相异步电动
6、机的电磁关系同变压器类似，定子绕组相当于变压器的原绕组；转子绕组相当于变压器的副绕组(而电动机的转子绕组一般是短路的)。定子电流产生的旋转磁场将通过定子和转子铁心而构成的闭合磁路，该磁场不仅在转子的每相绕组中产生感应电动势 e2，也要在定子的每相绕组中产生感应电动势 e1。而实际上，旋转磁场是由定子电流和转子电流共同作用产生的。设定子和转子的每相绕组匝数分别N1为N2和，下面将对动机的电路进行分析。一、定子电路一、定子电路电动机内旋转磁场的磁感应强度在沿定子与转子间气隙应是接近于正弦规律变化分布。因此，通过每想定子绕组的磁通也应是随时间作正弦规律变化的，即=msint因此，每相定子绕组中由旋转
7、磁场产生的感应电动势为dtdNe11也是正弦量，其有效值为11144.4NfE f1 是 e1 的频率，由同步转速可得6001pnf 1e1e1u1i2i2e2e1f2f每相绕组的电路图定子电路分析定子电路分析定子电流不仅产生主磁通，还将产生漏磁通1e1e1u1i2i2e2e1f2f每相绕组的电路图主磁通要通过转子绕组，而漏磁通将不通过转子绕组。这样在原绕组的电压约束方程为)()(11111eeRiu)(11111edtdiLRi如用相量表示，则可认为)(111111EXIjRIU式中R1和X1=2f1L1分别为定子每相绕组的电阻和漏磁感抗。它们都很小，对于主磁通产生的感应电动势可忽略，则11
8、EU或11EU 二、转子电路二、转子电路1e1e1u1i2i2e2e1f2f每相绕组的电路图根据电动机的转动原理，异步电动机之所以能够转动，是因为转子绕组在旋转磁场中要产生感应电动势e2，进而产生转子电流i2，而与旋转磁场作用产生电磁转矩T。下面讨论转子电路中的各物理量：1.转子绕组中的感应电动势转子绕组中的感应电动势旋转磁场的主磁通旋转磁场的主磁通在每相转子在每相转子绕组产生感应电动势绕组产生感应电动势dtdNe2222244.4NfE其有效值为 f2为转子绕组中电流的频率。因为旋转磁场和转子之间的相对转速为(n0 n)，所以 2.转子绕组中电流的频率转子绕组中电流的频率 f21000026
9、060)(fspnnnnnnpf可见，转子电流频率与转差率 s 有关，也就是与转速n 有关。在 s=1 即(n=0)时，转子电流频率最大 f2=f1。对额定转速时，s为19%，则f2=0.5 4.5 Hz。由此，进而可得转子感应电动势的有效值为2021244.4sENfsEE20为 s=1(或n=0)时转子所产生的感应电动势的有效值，212044.4NfE3.转子绕组中的电流转子绕组中的电流 转子电流也要产生漏磁通2，每相绕组中的感应电动势为dtdiLe222对转子电路应用KVL，有dtdiLRieRie22222222)(若用相量表示，则为22222222)(XIjRIERIE1e1e1u1
10、i2i2e2e1f2f每相绕组的电路图每相绕组的电路图X2与转子频率f 2有关，即202122222XsLfsLfX可见，转子感抗与转差率有关。其中X20是s=1(或n=0)时的转子感抗21202LfX将感抗X2代如上式，可得转子电流为22222222)(XI jRIERIE2202220222222)(sXRsEXREI可见，转子电流I2也与转差率s有关，如图曲线所示。转差率s增加(转速n减小)时，转子切割磁力线加剧，于是E2增加，I2也增加。0I2,cos 2s1I2cos 2由于转子漏磁通的存在，呈电感性，因此 I2 比 E2 滞后2角。转子绕组的功率因数为转子绕组的功率因数为22022
11、2222222)(cossXRRXRR也与转差率s有关(见图示曲线)。5.三相异步电动机的转矩三相异步电动机的转矩与机械特性与机械特性 电磁转矩电磁转矩 T 是三相异步电动机最重要的物理量之一，机械特性机械特性是电动机的主要特性。对电动机进行分析往往离不开这两方面内容。一、转矩公式一、转矩公式异步电动机的转矩是由旋转磁场每磁极的磁通 与转子电流I2相互作用产生的。它应与电磁功率成正比，因而与转子的功率因数有关。于是2222coscosIKITT111111144.444.4UNfUNfE及及22222122022202)44.4()(XRNfssXRsEI且且2202222)(cossXRR则
12、转矩公式可表示为则转矩公式可表示为 转矩T也与s有关。22022212)(sXRUsRKT由上式可见，转矩还与定子的相电压U1的平方成正比。所以，电源电压的变动对转矩的影响很大。转矩特性T=T(s)曲线如图所示，当s很小时，T与s成正比；当s很大时，T与 s 成反比(以双曲线为渐近线)，并且有最大转矩Tmax存在。TssmTmax00nn01二、机械特性曲线二、机械特性曲线 在电源电压U1和转子电阻R2 一定的情况下，转矩与转差率的关系曲线 T=f(s)或转速与转矩的关系曲线 n=f(T)，称为电动机的机械特性曲线。转矩与转差率转矩与转差率的关系曲线的关系曲线T=f(s)如右侧上图所示，转速与
13、转矩转速与转矩的关系曲线的关系曲线 n=f(T)如右侧下图所示。TssmTmax00nn01TbTmax0nn0TNTstnNa实际上，下图是通过上图右旋90得到的。研究机械特性是分析为了分析电动机的运行性能。在机械特性曲线上，要讨论三个转矩。1.额定转矩 TNTbTmax0nn0TNTstnNa在电动机匀速转动时，其转矩T必须与阻力转矩TC 平衡，而阻力转矩包括负载转矩T2和空载损耗转矩T0。一般T0很小，常可忽略，所以60/22202nPTTTTP2是电动机的输出功率(单位 W)，T 的单位是(Nm)。n 的单位是(r/min)。若功率单位用千瓦，则nPT29550 额定转矩额定转矩是电动
14、机在额定负载时的转矩。可从电动机铭牌上额定功率和额定转速等数据求得。如某台电动机，P 2N=7.5kW，额定转速nN=1440 r/min，则额定转矩为14405.7955095502NNNnPTmN7.49正常情况下，电动机都工作在特性曲线的 ab 段，当负载转矩增加时，电动机转速要降低，但对应的电磁转矩却要增加，因为 ab 段比较平坦，所以电动机的转速变化不大。这种特征称为硬的机械特性硬的机械特性。TbTmax0nn0TstaTNnN2.最大转矩 Tmax 在机械特性曲线的最大值，称为最大转矩最大转矩或临界转矩。Tb0nn0TstaTNnNTmax此时对应的转差率为 s m(可由dT/ds
15、=0 求得)，即令0)(22022212sXRUKsRdsddsdT可得202XRsm进而可得2021max2XUKT可见，Tmax U12,且与转子电阻R2 无关，而 R2 越大 sm也越大。当负载转矩超过最大转矩时，电动机转速急剧下降，电动机将停止转动产生闷车现象。电动机一旦闷车闷车，电流立即上升上升67倍倍，电动机严重过热！以至烧坏。从另一方面考虑，若在很短时间内过载，在电动机尚未过热就恢复达到正常状态，未损坏电动机是允许的。因此，最大转矩也表示电动机具有短时间的过载能力。定义最大转矩与额定转矩的比值为过载系数过载系数，即NTTmax一般电动机的过载系数为1.82.2。3.起动转矩 Ts
16、t 电动机刚起动(n=0)时的转矩称为起动转矩起动转矩22022212XRURKTst 可见，起动转矩与 U12 及 R2有关，当电源电压降低时起动转矩会减小；当适当增加转子绕组的电阻会使起动转矩有所增加。可有上式证明当R2=X20时，Tst=Tmax，及sm=1。关于起动问题将在下节介绍。关于起动问题将在下节介绍。T0nU1U1U1 U1U1对转矩的影响对转矩的影响T0nTmaxR2R2R2 R2R2对转矩的影响对转矩的影响6.三相电动机的起动三相电动机的起动一、起动性能 电动机的起动就是将它开动起来。在起动瞬间，n=0,s=1。我们没从起动时的电流和转矩来分析电动机的期待性能。1、起动电流
17、、起动电流Ist 在刚起动时，由于旋转磁场对静止的转子有在刚起动时，由于旋转磁场对静止的转子有着很大的相对转速，磁力线切割转子导体的着很大的相对转速，磁力线切割转子导体的速度很快，这时转子绕组中感应出的电动势速度很快，这时转子绕组中感应出的电动势和产生的转子电流都很大。一般中小型电动和产生的转子电流都很大。一般中小型电动机的起动电流约为额定值的机的起动电流约为额定值的5-7倍。倍。即：即：75I/INst当电动机不是频繁起动时，起动电流对电机本身当电动机不是频繁起动时，起动电流对电机本身影响不大。因为电机的起动时间很短。但当起动影响不大。因为电机的起动时间很短。但当起动频繁时，由于热量的积累，
18、可以使电机过热。频繁时，由于热量的积累，可以使电机过热。但是，电动机的起动电流对线路是有影响的。但是，电动机的起动电流对线路是有影响的。2、起动转矩Tst 在刚起动时，虽然转子电流较大，但由于转子的功率因数是很低的。因此起动转矩是不大的，它与额定转矩之比值约为1.02.2。如果起动转矩过小，就不能在满载下起动，应如果起动转矩过小，就不能在满载下起动，应设法提高。但起动转矩也不能过大，否则，会设法提高。但起动转矩也不能过大，否则，会使传动机构收到冲击而损坏。使传动机构收到冲击而损坏。由上述可知，异步电动机起动时的主要缺点是由上述可知，异步电动机起动时的主要缺点是起动电流较大。为了减小起动电流，必
19、须采用起动电流较大。为了减小起动电流，必须采用适当的起动方法。适当的起动方法。二、起动方法二、起动方法 鼠笼式电动机的起动方法有两种1、直接起动、直接起动2、降压起动、降压起动1、直接起动、直接起动 直接起动就是利用闸刀开关或接触器将电动机直接起动就是利用闸刀开关或接触器将电动机直接接到额定电源上。这种起动方法虽然简单，但直接接到额定电源上。这种起动方法虽然简单，但如上所述，由于起动电流较大，将使线路电压下降，如上所述，由于起动电流较大，将使线路电压下降，影响负载的正常工作。一般只有功率在二三十千瓦影响负载的正常工作。一般只有功率在二三十千瓦以下的异步电动机才能采用直接起动的方法来起动。以下的
20、异步电动机才能采用直接起动的方法来起动。而对于功率较大的异步电动机通常都采用降压起动。而对于功率较大的异步电动机通常都采用降压起动。2、降压起动 所谓降压起动就是在电动机起动时，降低其所加的电压。其目的就是要减小起动电流。降压起动通常采用下面的几种方法。（1）星形）星形三角形（三角形（Y-）换接起动）换接起动该方法只适该方法只适合于电动合于电动机在工作时，其定子绕组接成三机在工作时，其定子绕组接成三角形时的情况。角形时的情况。如有一台如有一台三角形联接三角形联接的电动机，接在电压为的电动机，接在电压为380V的电源上，其的电源上，其每相定子每相定子绕组上的电压就是绕组上的电压就是380V；当；
21、当采用星形联接采用星形联接并接在相同电源上，此时并接在相同电源上，此时每相定子绕组上的电压是每相定子绕组上的电压是220V。电流关系|Z|ULIly=IpyIlIpUL当电动机正常工作时，当电动机正常工作时，ZU3I3ILPL 当电动机星形起动时，当电动机星形起动时，Z3/UIILPYLY31LLYII通过计算可以看出，电压下降了通过计算可以看出，电压下降了1/3倍，电倍，电流下降了流下降了1/3。由于转矩与电压的平方成正比，所以起动由于转矩与电压的平方成正比，所以起动转矩也减小到直接起动时的转矩也减小到直接起动时的1/3。因此，这种。因此，这种方法只适合于空载或轻栽时起动。方法只适合于空载或
22、轻栽时起动。该种起动一般采用星三角起动器来实现，电该种起动一般采用星三角起动器来实现，电路如图所示。路如图所示。动动触触点点Y动动触触点点Y起动状态起动状态动动触触点点Y动动触触点点待起动状态待起动状态动动触触点点Y动动触触点点切换状态切换状态动动触触点点Y动动触触点点工作状态工作状态动动触触点点Y动动触触点点返回正常状态返回正常状态（2）自耦降压起动）自耦降压起动自耦降压起动是利用三相自耦变压器将电动机在起自耦降压起动是利用三相自耦变压器将电动机在起动过程中的端电压降低，其接线如图所示。动过程中的端电压降低，其接线如图所示。自耦变压器备有抽头，以便得到不自耦变压器备有抽头，以便得到不同的电压
23、（例如为电源电压的同的电压（例如为电源电压的73%、64%、55%），根据对起动转矩的），根据对起动转矩的要求而选用。要求而选用。自耦降压起动适用于自耦降压起动适用于容量较大的或正常运容量较大的或正常运行时联成星形不能采行时联成星形不能采用三角起动器的鼠笼用三角起动器的鼠笼式异步电动机。式异步电动机。自耦降压起动接线图自耦降压起动接线图工工作作起起动动（3）、接起动电阻起动）、接起动电阻起动 对于绕线式电动机的起动，只要在转子电路中接入大小适当的起动电阻，就可达到减小起动电流的目的；同时起动转矩也提高了。例例有一有一Y225M-4型三相异步电动机，其额定数据如型三相异步电动机，其额定数据如下：
24、试求：（下：试求：（1）额定电流；（）额定电流；（2）额定转差率）额定转差率SN；（3）额定转矩）额定转矩TN；最大转矩；最大转矩Tmax;起动转矩起动转矩Tst1480r/min功率功率45KW转速转速电压电压效率效率 功率因数功率因数NstII/NstII/NstII/380V92.3%0.887.01.92.2（2）013.015001480150000nnnSN（3）mNnPTN.4.290148045955095502mNTTN.9.6384.2902.22.2maxm.N8.5514.2909.1T9.1TNst解：解：（1）4100KW的电动机通常都是的电动机通常都是380V、联
25、接。联接。AUPIN2.84923.088.038031045cos310332)cosUI3P(在上题中：（1）若负载转矩为510.2N.m，试问在U=UN和U/=0.9 UN两种情况下，能否起动？（2）采用Y-换接起动时，求起动电流和起动转矩。又当负载转矩为额定转矩TN的80%和50%时，电动机能否起动？例例A4.5892.847I7INst A5.1964.58931I31IststY m.N9.1838.55131T31TststY U/=0.9 UN时，在80%额定负载时不能起动。,13.2329.1838.04.2909.183%80TTNsty 在50%额定负载时能起动。,12.
26、1459.1835.04.2909.183%50TTNsty 对上题如采用自耦降压起动，设起动时电动机的端电压降到电源电压的64%，求线路起动电流和电动机的起动转矩。例例A4.5892.847I7INstA2.3774.58964.0I64.0Ist/stA4.2414.58964.0I64.0I64.0I2st2/st/stm.N2268.55164.0T64.0TT2/st2st/st7.三相电动机的调速三相电动机的调速 调速就是在同一负载下能得到不同的转速，以满足生产过程的要求。pf60)s1(n)s1(n10一、变极调速一、变极调速 由式pf60n10二、变频调速二、变频调速 变频调速
27、就是改变电源电压的频率，从而改变电动机的转速。目前主要采用下图所示的变频装置三、变转差率调速三、变转差率调速 只要在绕线式电动机的转子电路中接入一个调速电阻，改变电阻的大小，就可以得到平滑调速。如增大调速电阻时，转差率上升，而转速下降。这种调速方法的优点是设备简单、投资少；但能量损耗较大。8.三相电动机的制动三相电动机的制动 因为电动机的转动部分有惯性，所以把电源切因为电动机的转动部分有惯性，所以把电源切断后，电动机还会继续转动一定时间后停止。断后，电动机还会继续转动一定时间后停止。为了缩短辅助工时，提高生产机械的生产率，为了缩短辅助工时，提高生产机械的生产率，并为了安全起见，往往要求电动机能
28、够迅速停并为了安全起见，往往要求电动机能够迅速停车和反转。这就需要对电动机制动。对电动机车和反转。这就需要对电动机制动。对电动机制动，也就是要求它的转矩与转子的转动方向制动，也就是要求它的转矩与转子的转动方向相反。这时的转矩称为制动转矩。相反。这时的转矩称为制动转矩。一、能耗制动一、能耗制动二、反接制动二、反接制动三、发电反馈制动三、发电反馈制动9.三相电动机的铭牌数据三相电动机的铭牌数据 要正确使用电动机，必须要看懂铭牌。今以Y132M-4型电动机为例，来说明铭牌上各个数据的意义。1、型号、型号 为了适应不同用途和不同工作环境的需要，电动机制成不同的系列，每种系列用各种型号表示。异步电动机产
29、品名称代号异步电动机产品名称代号2、接法、接法U1U2V1V2W1W2U1U2V1V2W1W2U1V1W1W2U2V2U1V1W1W2U2V23、电压、电压 铭牌上所标的电压值是指电动机在额定运行时定子绕组上应加的线电压。4、电流、电流 铭牌上所标的电流值是指电动机在额定运行时定子绕组的线电流。5、功率与效率、功率与效率 铭牌上所标的功率值是指电动机在额定运行时轴上输出的机械功率值。所谓效率就是输出功率与输入功率的比值。6、功率因数、功率因数 因为电动机是电感性负载，定子相电流比相电压滞后一个角。cos 就是功率因数。7、转速、转速 由于生产机械对转速的要求不同，需要生产不同磁极数的异步电动机，因此有不同的转速等级。最常用的是四磁极的（n0=1500r/min)。8、绝缘等级、绝缘等级 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。所谓极限温度，是指电动机绝缘结构中最热点的最高容许温度。10.三相电动机的选择三相电动机的选择
