1、 Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT第第7章章 電動機電動機本章要求：本章要求： Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT第第7章章 電動機電動機 7.5 三相異步電動機的使用三相異步電動機的使用 7.2 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 7.3 三相異步電動機的電路分析三相異步電動機的電路分析 7.4 三相異步電動機的機械特性三相異步電動機的機械特性7.1 概述概述 Fundamental Theory of Electrical Engineerin

2、gLUT7.1 概述概述電機：電機：是實現能量轉換和信號轉換的電磁裝置。是實現能量轉換和信號轉換的電磁裝置。例如：例如：控制電機，實現信號的轉換控制電機，實現信號的轉換動力電機，實現能量的轉換動力電機，實現能量的轉換電動機作為驅動的優點：電動機作為驅動的優點：1、簡化生產機械的結構，提高生產效率和產品質量。、簡化生產機械的結構，提高生產效率和產品質量。2、可實現自動控制和遠距離操作，減輕體力勞動。、可實現自動控制和遠距離操作，減輕體力勞動。發電機發電機電動機電動機 Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT交流電動機交流電動機電動機電動機直流

3、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 Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUTYBZXAC轉子轉子定子定子定子繞組定子繞組（三相）（三相）機機 座座鼠籠轉子鼠籠轉子 氣隙氣隙 定子定子7.2 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一、三相異步機的結構一、三相異步機的結構 Fundame

4、ntal Theory of Electrical EngineeringLUT Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT 結構簡單、價格低廉、工作可靠；不能人為改結構簡單、價格低廉、工作可靠；不能人為改變電動機的機械特性。變電動機的機械特性。 結構復雜、價

5、格較貴、維護工作量大；轉子結構復雜、價格較貴、維護工作量大；轉子外加電阻可人為改變電動機的機械特性。外加電阻可人為改變電動機的機械特性。 Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUTn0neiNSf磁鐵磁鐵閉合閉合線圈線圈e e方向用方向用右手定則右手定則確定確定f 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二、二、 三相異步電動機的工作原理三相異步電動機的工作原理 Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT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v

6、lBe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ilBfn0neiNSf Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT1. 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0nn異步異步n0neiNSf Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT1 1、旋轉磁場的產生、旋轉磁場的產生AYCBZAiBiC

7、imIt0n()()電流出電流出( ( ) )電流入電流入X240sin120sinsintIitIitIimCmBmA Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT0tAiBiCimItBiAXBYCZAiCi合成磁場方向：合成磁場方向：向下向下AXYCBZNS Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT 180tXBZ0nAYC 60tAXYCBZSN0n60A 120tXYCBZ0nAiBiCitmI異步機異步機中中, ,旋轉旋轉磁場代磁場代替了旋替了旋轉磁極轉磁極 Fundamenta

8、l Theory of Electrical EngineeringLUT2、旋轉方向：取決于三相電流的相序。、旋轉方向：取決于三相電流的相序。0n0n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。AiBiCimIt Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT3 3、旋轉磁場的轉速大小、旋轉磁場的轉速大小分）轉 /( 600fn 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360360電流頻率為電流頻率為 f ，則磁場，則磁場1/f秒旋轉秒旋轉1圈，每秒旋轉圈，每秒旋轉f圈。每分鐘旋轉：圈。每分鐘旋轉

9、：同步轉速同步轉速分轉/3000,500nHzf Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT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 Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT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。

10、成的磁場則是兩對磁極。X AAXBYBYCZCZ Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT極對數極對數2pAXX ANSSNZCZCBYBYCYABCXYZAXBZAiCiBiAiBiCimIt0t Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUTXNSASNZBX AYCZBCY0t分）轉/( 600pfn 60t A0nAZXXCZCSNSN30極對數和轉速的關系極對數和轉速的關系AiBiCimIt Fundamental Theory of Electrical EngineeringLU

11、T)/( 6010分分轉轉pfn 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)f(Hz501 3p120分）轉/( 00014p分分）轉轉/( 75090旋轉磁場轉速旋轉磁場轉速n0與頻率與頻率f1和極對數和極對數p有關。有關。 Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT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，電機轉子轉動方向

12、與磁場旋轉的方向一致， 但但 異步異步電動機電動機0nn 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0nn Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT 轉差率轉差率 的概念：的概念：( ) s%10000nnns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。轉差率為旋轉磁場的同步轉速和電動機轉速之差。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）01

13、ss范 圍 ：轉差率最小），轉子最大轉速(00snn Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT分）轉/( 6010pfn %10000nnns轉子感生電流的頻率：轉子感生電流的頻率：pnnf6002100060sfpnnnnpnf6001 Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT例：三相異步電動機例：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/1000350606

14、010rpfn同步轉速：同步轉速：04. 01000960100000nnns轉差率：轉差率：Hzsff25004.01200nnns Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT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 7.3 三相異步電動機的電路分析三相異步電動機的電路分析i2R1R2i1u1e1e 1e2e 2 ：漏磁通：漏磁通產生的感應電動產生的感應電動勢。勢。 ：主磁通產：主磁通產生的感應電動勢。生的感應電動勢。e1e2、e 1e 2、定子電路定子電路轉子電路轉子電路 Fundamental Theory of E

15、lectrical EngineeringLUT11111111124.442mmmmUN N fUEUf N R1R2i1u1e1e 1e2e 21111111ui ReedeNdt 設：設：tsin1m則：則：tNum1111cos定子邊：定子邊： Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUTR1R2i1u1e1e 1e2e 2轉子邊：轉子邊：22222222ei Redii RLdt22 22 2ER IjX ImNfE22244.4f2：轉子感應電動勢的頻率N2：轉子線圈匝數2f取決于轉子和旋轉磁場的相對速度12sff 1114.44m

16、Ef N Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUTR1R2i1u1e1e 1e2e 2202122222sXLsfLfX22212204.444.44mmEf N sf N sE當當n=0，s=1時：時：由于由于f1=f2，E2最大。最大。20124.44,mEf N Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT22022202)(sXRsEI222222XREI轉子電流轉子電流22222ER IjX I220XsX220EsE220222222222)(cossXRRXRR轉子轉子功率因數

17、功率因數 Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT202SXRs 很很小小時時1cos2 s1cos2 202XRss 較較大大時時)(0002nnIs 2202220max21XREIs )(2 Isn)cos(2 sn 結論：結論：轉子轉動時，轉轉子轉動時，轉 子電路中的各量均與轉子電路中的各量均與轉 差率差率 s有關，即與轉速有關，即與轉速 n有關。有關。 Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT例：三相異步電動機，例：三相異步電動機，p=2，n=1440 r/min，轉子，轉子R

18、2=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)(222202220XRE04. 0150014401500sA40)08.004.0()02.0(2004.0)(222202220sXRsE Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT 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

19、。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一、轉矩公式一、轉矩公式（牛頓（牛頓 米）米） 7.4 三相異步電動機的機械特性三相異步電動機的機械特性22cos, , IT Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT22cosIKTmT21220222)(UsXRsRKT得到得到轉矩公式轉矩公式22022202)(sXRsEI2202222)(cossXRR將其中參數代入：將其中參數代入：11144.4NfUm Fundamental Theory of Electrical Engineering

20、LUT21220222)(UsXRsRKT 21U Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUTmaxTmSNSOTS曲曲線線)(sfT 曲曲線線)(Tfn 22022212)(sXRUsRKT NnmaxTstTOnTNT0nstT1NT二、機械特性曲線二、機械特性曲線 Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUTn1TnTmTst)(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：轉矩達最大點：轉矩達最大

21、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常用特常用特性段性段s=0s=1 Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT1U21220222)(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 UT0Tn0) 0(nnsSTTTUmax1結論：結論：和電壓的關系和電壓的關系 Fundamental Theory of Electrical Eng

22、ineeringLUT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： 21220222)(UsXRsRKT Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT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

23、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?。┬。┸浱匦攒浱匦裕≧2大）大）0Tn不同場合應選用不不同場合應選用不同的電機。如金屬同的電機。如金屬切削，選硬特性電切削，選硬特性電機；重載起動則選機；重載起動則選軟特性電機。軟特性電機。 Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT1、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 )NTnN202C

24、TTTTT222260nPTT Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT9550260NNNNNPPTnn（牛頓（牛頓米）米）千瓦千瓦轉轉/分分nPnPT229550602 Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT 如果如果 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0TS21220222)(UsXRsRKTTs10smTm202XRsm2021max21XKUT Fu

25、ndamental Theory of Electrical EngineeringLUT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，使用時要注意電壓的變化。maxTmaxTTL （2）電機嚴重過熱電機嚴重過熱0n121)(s II2021max21XKUT Fundamental Theory of Electrical

26、 EngineeringLUTstT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。1.02.2stNTT Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT例：三相異步電動機，額定功率例：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

27、Tst/TN=1.2，過載，過載系數系數 =1.8。)/()(9550分轉千瓦NNNnPT（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 Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT 7.5 三相異步電動機的使用三相異步電動機的使用一、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 Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT1. 型號型號 Y 132M4

28、 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/分分異步電動機產品名稱代號異步電動機產品名稱代號060 (/fnp轉 分） Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT轉差率轉差率0.04 150014401500s2. 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ABCXYZ接線盒：接線盒： Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUTAB CZX YA B CZX YABCXYZAZBYX

29、C Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT4. 額定電壓：額定電壓：定子繞組在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。 Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT5.

30、 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，相電流，相電流為為6.48A；星形接法時線、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 Fundamental Theo

31、ry of Electrical EngineeringLUT 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：實用中應注意：實用中應選擇合適容量的選擇合適容量的電機，電機，防止防止“大大馬馬”拉拉“小車小車”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 Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUTA284923088038

32、0310453. 1)NNN3N2Ncos310 UPI 一臺一臺Y225M-4型的三相異步電型的三相異步電 動機，定子動機，定子繞組繞組型聯結，其額定數據為：型聯結，其額定數據為：P2N=45kW,nN=1480r/min，UN=380V， N=92.3%，cos N=0.88， Ist/IN=7.0, Tst/TN=1.9，Tmax/TN=2.2，求：，求： Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT 2）由由nN=1480r/min，可知，可知 p=2 （四極電動機）（四極電動機）minr 15000/n 013. 0150014801

33、50000N nnns 3）mN 429014804595509550NN2N .nPTmN 9638429022)(NNmaxmax .TTTTmN 8551429091)(NNstst .TTTT Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT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

34、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：影響： Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT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。 Fundamental Theory of Electrical Engineering

35、LUT1、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z31llYII Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUTAZBYXC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ststT

36、I,。 Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT例例: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Y接法，求接法，求 Ist Y（1）Ist =7 IN =7 20=140A解：解：（2）31llYIIIst Y = Ist /3=140/3=47A Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT2、自耦調壓起動：、自耦調壓起動： Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT Fundamental The