1、海南風光第第11講講第8章交流電動機第第8章章 交流電動機交流電動機8.1 三相異步電動機的結構與工作原理三相異步電動機的結構與工作原理8.2 三相異步電動機的機械特性三相異步電動機的機械特性8.3 三相異步電動機的使用三相異步電動機的使用交流電動機交流電動機電動機電動機直流電動機直流電動機鼠籠式鼠籠式繞線式繞線式異步機異步機同步機同步機他勵、異勵、串勵、復勵他勵、異勵、串勵、復勵鼠籠式異步交流電動機授課內容：鼠籠式異步交流電動機授課內容： 基本結構、工作原理、基本結構、工作原理、 機械特性、控制方法機械特性、控制方法 電動機的分類電動機的分類n1nei8.1 三相異步電動機的結構與工作原理三

2、相異步電動機的結構與工作原理NSf磁鐵磁鐵閉合閉合線圈線圈e方向用方向用右手定則右手定則確定確定f方向用方向用左手定則左手定則確定確定磁場旋轉磁場旋轉磁極旋轉磁極旋轉導線切割磁力線產生感應電動勢導線切割磁力線產生感應電動勢vlBe導線長導線長磁感應強度磁感應強度切割速度切割速度（右手定則）（右手定則）閉合導線產生電流閉合導線產生電流 i（左手定則）（左手定則）通電導線在磁場中受力通電導線在磁場中受力ilBfn1neiNSf1. 線圈跟著磁鐵轉線圈跟著磁鐵轉兩者轉動方向一致兩者轉動方向一致 結論：結論：2. 線圈比磁場轉得慢線圈比磁場轉得慢1nnn1neiNSf異步異步三相異步機的結構三相異步機

3、的結構YBZXAC轉子轉子定子定子定子繞組定子繞組（三相）（三相）機機 座座轉子：在旋轉磁場作用下，轉子：在旋轉磁場作用下， 產生感應電動勢或產生感應電動勢或 電流。電流。三相定子繞組：產生旋轉三相定子繞組：產生旋轉 磁場。磁場。線繞式線繞式鼠籠式鼠籠式鼠籠轉子鼠籠轉子 旋轉磁場的產生旋轉磁場的產生AYCBZ異步機中異步機中,旋轉磁場代替了旋轉磁極旋轉磁場代替了旋轉磁極AiBiCimIt1n()電流出電流出( )電流入電流入X240sin120sinsintIitIitIimCmBmA0tAXYCBZNSAiBiCimItBiAXBYCZAiCi合成磁場方向：合成磁場方向：向下向下180tXB

4、Z1nAYC 60tAXYCBZSN1n60A120tXYCBZ1n同理分析，可得同理分析，可得其它電流角度下其它電流角度下的磁場方向：的磁場方向：AiBiCitmI旋轉方向旋轉方向：取決于三相電流的相序。：取決于三相電流的相序。1n1n改變電機的旋轉方向：換接其中兩相。改變電機的旋轉方向：換接其中兩相。AiBiCimItAiCiBimIt旋轉磁場的旋轉方向旋轉磁場的旋轉方向旋轉磁場的旋轉磁場的轉速轉速大小大小分）轉 /( 601fn 一個電流周期，旋轉磁場在空間轉過一個電流周期，旋轉磁場在空間轉過360電流頻率為電流頻率為 f Hz，則磁場，則磁場1/f秒旋轉秒旋轉1圈，每秒旋圈，每秒旋轉轉

5、f圈。每分鐘旋轉：圈。每分鐘旋轉：n1稱為同步轉速稱為同步轉速分轉/3000,501nHzf極對數（極對數（P）的概念）的概念BiAXBYCZAiCi1p此種接法下，合成磁場只有一對磁極，則極對數為此種接法下，合成磁場只有一對磁極，則極對數為1。即：即：AXYCBZNS極對數（極對數（P）的改變）的改變CYABCXYZAXBZAiBiCi 將每相繞組分成兩段，按右下圖放入定子槽內。形將每相繞組分成兩段，按右下圖放入定子槽內。形成的磁場則是兩對磁極。成的磁場則是兩對磁極。X AAXBYBYCZCZ極對數極對數2pAXX ANSSNZCZCBYBYCYABCXYZAXBZAiCiBiAiBiCim

6、It0tXNSASNZBX AYCZBCY0t分）轉/( 601pfn 60t A0nAZXXCZCSNSN30極對數和轉速的關系極對數和轉速的關系AiBiCimIt三相異步電動機的同步轉速三相異步電動機的同步轉速分）轉/( 601pfn 2p180分）轉/( 50011p360分）轉/( 0003極對數極對數每個電流周期每個電流周期磁場轉過的空間角度磁場轉過的空間角度同步轉速同步轉速)50(Hzf 1n3p120分）轉/( 0001電動機轉速和旋轉磁場同步轉速的關系電動機轉速和旋轉磁場同步轉速的關系電動機轉速（額定轉速）電動機轉速（額定轉速）:n電機轉子轉動方向與磁場旋轉的方向一致，電機轉子

7、轉動方向與磁場旋轉的方向一致， 但但 異步異步電動機電動機1nn 無轉距無轉距轉子與旋轉磁場間沒有相對運動轉子與旋轉磁場間沒有相對運動無轉子電動勢（轉子導體不切割磁力線）無轉子電動勢（轉子導體不切割磁力線）無轉子電流無轉子電流提示提示：如果如果1nn 轉差率轉差率 的概念：的概念：)(s%10011nnns異步電機運行中異步電機運行中:%91s轉差率為旋轉磁場的同步轉速和電動機轉速之差。即：轉差率為旋轉磁場的同步轉速和電動機轉速之差。即：電動機起動瞬間電動機起動瞬間:1 ,0sn（轉差率最大）（轉差率最大）轉差率最小），轉子最大轉速(01snn10ss范圍：分）轉/( 6011pfn %100

8、11nnns轉子感生電流的頻率：轉子感生電流的頻率：pnnf6012111160sfpnnnnpnf6011例例1：三相異步電動機：三相異步電動機 p=3，電源，電源f1=50Hz，電機額定，電機額定 轉速轉速n=960r/min。求：轉差率求：轉差率s，轉子電動勢的頻率，轉子電動勢的頻率f2min/1000350606011rpfn同步轉速：同步轉速：04. 01000960100011nnns轉差率：轉差率：Hzsff25004. 012一、三相異步電動機的一、三相異步電動機的“電磁電磁”關系關系 8.2 三相異步電動機的機械特性三相異步電動機的機械特性定子電路定子電路i2R1R2i1u1

9、e1e2 ：主磁通產：主磁通產生的感應電動勢。生的感應電動勢。e1e2、轉子電路轉子電路dtdNeeRiu111111設：設：tsin1m則：則：tNum1111cos定子邊：定子邊：mmmNffNNU111111144. 42/22/tNum1111cosmNfUE111144. 4i2R1R2i1u1e1e211144. 4NfUm2f：轉子感應電動勢的頻率：轉子感應電動勢的頻率2N：轉子線圈匝數：轉子線圈匝數2f取決于轉子和旋轉磁場的相對速度取決于轉子和旋轉磁場的相對速度12sff mNfE22244. 4同理可得：同理可得：mNfUE111144. 4i2R1R2i1u1e1e2202

10、122222sXLsfLfX的最大值）（時的22212020212221,44. 444. 444. 4EEsNfEsENsfNfEmmmi2R1R2i1u1e1e222022202)(sXRsEI222222XREI轉子電流轉子電流轉子功率因數轉子功率因數220222222222)(cossXRRXRR例例2：三相異步電動機，：三相異步電動機，p=2，n=1440 r/min，轉子，轉子R2=0.02 ，X20=0.08 ， E20=20V， f1= 50Hz。啟動時啟動時I2（st）額定轉速下的額定轉速下的I2（N）22022202)(sXRsEIs=1A242)08.0()02.0(20

11、)(222202220XRE04. 0150014401500sA40)08.004.0()02.0(2004.0)(222202220sXRsE電磁轉矩電磁轉矩 T：轉子中各載流導體在旋轉磁場的作用下轉子中各載流導體在旋轉磁場的作用下,受到電磁力所形成的轉距之總和。受到電磁力所形成的轉距之總和。22cosIKTmT常數常數每極磁通每極磁通轉子電流轉子電流轉子電路的轉子電路的2cos轉矩公式的推導轉矩公式的推導 （牛頓（牛頓 米）米）22cosIKTmT21220222)(UsXRsRKT得到得到轉矩公式轉矩公式22022202)(sXRsEI2202222)(cossXRR將其中參數代入：將

12、其中參數代入：11144. 4NfUmmNfE212044. 4二、二、 三相電動機的機械特性三相電動機的機械特性)(SfT 21220222)(UsXRsRKT根據轉矩公式根據轉矩公式Ts10n1Tn得特性曲線：得特性曲線：啟動時啟動時n=0最大轉速最大轉速n=n1時時11nnns)(Tfn 三個重要轉矩三個重要轉矩n1TnNT額定轉矩額定轉矩 ：電機在額定電壓下，以額電機在額定電壓下，以額定轉速定轉速 運行，輸出額運行，輸出額定功率定功率 時，電機轉軸時，電機轉軸上輸出的轉矩。上輸出的轉矩。NPNn( 1 )/()(9550602分轉千瓦NNNNNnPnPT（牛頓（牛頓米）米）NTnN 如

13、果如果 電機將會電機將會因帶不動負載而停轉。因帶不動負載而停轉。maxTTL最大轉矩最大轉矩 ：( 2 )maxT電機帶動最大負載的能力。電機帶動最大負載的能力。求解求解0ST21220222)(UsXRsRKTTs10smTm202XRsm2021max21XKUT過載系數：過載系數：NTTmax三相異步機三相異步機2 .28 .1 工作時，一定令負載轉矩工作時，一定令負載轉矩 ，否則，否則電機將停轉。致使電機將停轉。致使注意：注意： （1）三相異步機的）三相異步機的 和電壓的平方成正比，所和電壓的平方成正比，所以對電壓的波動很敏感，使用時要注意電壓的變化。以對電壓的波動很敏感，使用時要注意

14、電壓的變化。maxTmaxTTL （2）電機嚴重過熱電機嚴重過熱0n121)(s II2021max21XKUTstT起動轉矩起動轉矩 ：( 3 )電機起動時的轉矩。電機起動時的轉矩。n1TnstT21220222)(UsXRsRKT0n1)(s 其中其中則則21220222)(UXRRKTstLstTT stT體現了電動機帶載起動的能力。若體現了電動機帶載起動的能力。若 電機能電機能起動，否則將起動不了。起動，否則將起動不了。n1TnTmTst)(Tfn 機械特性曲線機械特性曲線TL啟動：啟動： TstTL (負載轉矩負載轉矩)，電機啟動，電機啟動轉速轉速n ，轉矩，轉矩T cc點：轉矩達最

15、大點：轉矩達最大Tm ，轉速，轉速n繼續繼續 ，T ，沿，沿cb走走bb點：點：T=TL，轉速，轉速n不再上升，穩定運行不再上升，穩定運行 若若TL ，暫時，暫時T TL,n s I2 T n 電動機的自適應負載能力電動機的自適應負載能力 電動機的電磁轉矩可以隨負電動機的電磁轉矩可以隨負載的變化而自動調整，這種載的變化而自動調整，這種能力稱為自適應負載能力。能力稱為自適應負載能力。常用特常用特性段性段s=0s=1例例3（7-7）：三相異步電動機，額定功率）：三相異步電動機，額定功率PN=10kW，額定轉速額定轉速nN=1450r/min，啟動能力，啟動能力Tst/TN=1.2，過載，過載系數系

16、數 =1.8。)/()(9550分轉千瓦NNNnPT（牛頓（牛頓米）米）（1）額定轉矩）額定轉矩TN米牛頓9 .651450109550（2）啟動轉矩）啟動轉矩Tst792.1NstTT（3）最大轉矩）最大轉矩Tm6 .1189 .658 . 1NmTT#（4）用）用Y 方法起動時的方法起動時的Tst3.263/793/)()(stYstTT1U21220222)(UsXRsRKT 機械特性和電路參數的關系機械特性和電路參數的關系21 UT和電壓的關系和電壓的關系0Tn0) 0(nnsSTTTUmax1結論：結論： 和轉子電阻的關系和轉子電阻的關系22RR 2 RR2的的 改變改變 ： 鼠籠式

17、電機轉子導條的金屬材料不同，線繞式電鼠籠式電機轉子導條的金屬材料不同，線繞式電機外接電阻不同。機外接電阻不同。 2Rmsms0TnstTstT mmssststTT結論：結論： 機械特性的軟硬機械特性的軟硬 硬特性：負載變化時，轉速變化不大，運行特性好。硬特性：負載變化時，轉速變化不大，運行特性好。軟特性：負載增加轉速下降較快，但起動轉矩大，起軟特性：負載增加轉速下降較快，但起動轉矩大，起 動特性好。動特性好。 硬特性硬特性 （R2小）?。┸浱匦攒浱匦裕≧2大）大）0Tn 不同場合應選用不同的電機。如金屬切削，選硬特性不同場合應選用不同的電機。如金屬切削，選硬特性電機；重載起動則選軟特性電機。

18、電機；重載起動則選軟特性電機。一、三相異步機銘牌與技術數據一、三相異步機銘牌與技術數據1. 型號型號 Y 132M4 磁極數磁極數(極對數極對數 p=2)同步轉速同步轉速1500轉轉/分分分）轉/( 601pfn 轉差率轉差率0.04 150014401500s8.3 三相異步電動機的使用三相異步電動機的使用2. 轉速轉速: 電機軸上的轉速（電機軸上的轉速（n)。 如：如： n =1440 轉轉/分分3. 聯接方式聯接方式 ： Y/ 接法接法 Y 接法：接法： 接法：接法：AB CZX YA B CZX YABCXYZAZBYXCABCXYZ接線盒：接線盒：4. 額定電壓：額定電壓：定子繞組在

19、定子繞組在指定接法指定接法下應加的下應加的線電壓線電壓. 說明：一般規定電動機的運行電壓不能高于或低于額說明：一般規定電動機的運行電壓不能高于或低于額定值的定值的 5 。線線電電壓壓AZBYXC線線電電壓壓ABCXYZ例：例：380/220 Y/ 是指：線電壓為是指：線電壓為380V時采用時采用Y接法；接法； 當線電壓為當線電壓為220V時采用時采用 接法。接法。5. 額定電流：額定電流：定子繞組在定子繞組在指定接法指定接法下的下的線電流。線電流。如：如：A48. 6/A2 .11/ 表示三角接法下，電機的線電流為表示三角接法下，電機的線電流為11.2A，相電，相電流為流為6.48A；星形接法

20、時線、相電流均為；星形接法時線、相電流均為6.48A。6. 額定功率：額定功率： 額定功率指電機在額定運行時軸上輸出的額定功率指電機在額定運行時軸上輸出的功率功率（ ），不等于從電源吸收的功率（），不等于從電源吸收的功率（ ）。兩者的）。兩者的 關系為：關系為： 2P1P12PPCOSIUPNN31其中其中鼠籠電機鼠籠電機 =7293 額定負載時一般為額定負載時一般為0.7 0.9 ， 空載時功率因數很空載時功率因數很低約為低約為0.2 0.3。額定負載時，功率因數最大。額定負載時，功率因數最大。注意：實用中應選擇合適容量的電機，注意：實用中應選擇合適容量的電機，防止防止“大馬大馬” 拉拉“小

21、車小車”的現象。的現象。7. 功率因數功率因數(cos 1)：P2PN此外還有此外還有絕緣等級絕緣等級等參數，不一等參數，不一 一介紹。一介紹。cos 1二、二、 三相異步機的起動三相異步機的起動stI起動電流起動電流 ：中小型鼠籠式電機起動電流為額定電流的中小型鼠籠式電機起動電流為額定電流的5 7 倍。倍。0n定子電流定子電流 原因：起動時原因：起動時 ，轉子導條切割磁力線速度很大。，轉子導條切割磁力線速度很大。轉子感應電勢轉子感應電勢轉子電流轉子電流大電流使電網電壓降低大電流使電網電壓降低 影響其他負載工作影響其他負載工作頻繁起動時造成熱量積累頻繁起動時造成熱量積累 電機過熱電機過熱影響：

22、影響：三相異步機的起動方法：三相異步機的起動方法：（1） 直接起動。二三十千瓦以下的異步電動機一般直接起動。二三十千瓦以下的異步電動機一般 采用直接起動。采用直接起動。（2） 降壓起動。降壓起動。Y 起動起動自耦降壓起動自耦降壓起動（3）轉子串電阻起動。）轉子串電阻起動。以下介紹以下介紹Y 起動。起動。Y 起動：起動： 正常正常運行運行lUAZBYXClI 起動起動ABCXYZlUlYIZUIllY33ZUIll設：電機每相阻抗為設：電機每相阻抗為z31llYIIAZBYXC正常正常運行運行UPABCXYZ起起動動UPStstYTT31PPUU31（2）Y 起動應注意的問題：起動應注意的問題：（1）僅適用于正常接法為三角形接法的電機。）僅適用于正常接法為三角形接法的電機。 所以降壓起動適合于空載或輕載起動的場合所以降壓起動適合于空載或輕載起動的場合)(2UTSTY 起動起動也時ststTI,。例例4:三相異步電動機，電源電壓三相異步電動機，電源電壓 =380V，三相定子，三相定子繞組繞組 接法運行，額定電流接法運行，額定電流IN=20A，啟動電流，啟動電流Ist/IN=7，求：求： （1） 接法時的啟動電流接法時的啟動電流Ist （2）若啟動時改為）若啟動時改為