4.1三相異步電動機的構造第4章異步電動機4.2三相異步電動機的轉動原理4.3三相異步電動機的電路分析4.5三相異步電動機轉矩與機械特性4.6三相異步電動機的起動4.7三相異步電動機的調速4.8三相異步電動機的制動4.4三相異步電動機銘牌數據4.9三相異步電動機的選擇1.了解三相交流異步電動機的基本構造和轉動原理。本章要求：2.理解三相交流異步電動機的機械特性，掌握起動和反轉的基本方法,了解調速和制動的方法。3.理解三相交流異步電動機銘牌數據的意義。第4章異步電動機電動機的分類：籠型異步交流電動機授課內容：

基本結構、工作原理、機械特性、控制方法

電動機交流電動機直流電動機三相電動機單相電動機同步電動機異步電動機他勵、并勵電動機串勵、復勵電動機第4章異步電動機1.定子4.1三相異步電動機的構造鐵心：由內周有槽的硅鋼片疊成。U1---U2

V1---V2W1---W2三相繞組機座：鑄鋼或鑄鐵

轉子:在旋轉磁場作用下，產生感應電動勢或電流。2.轉子籠型轉子鐵心：由外周有槽的硅鋼片疊成。(1)籠型轉子鐵芯槽內放銅條，端部用短路環形成一體,或鑄鋁形成轉子繞組。(2)繞線型轉子同定子繞組一樣，也分為三相，并且接成星形。籠型繞線型籠型電動機與繞線型電動機的的比較：籠型：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。繞線型：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。4.2三相異步電動機的轉動原理4.2.1旋轉磁場

定子三相繞組通入三相交流電(星形聯接)U1U2V1V2W1W21.旋轉磁場的產生oU1V2W1V1W2U2規定i:“+”首端流入，尾端流出。i:“–”尾端流入，首端流出。(?)電流出()電流入oU1U2V2W1V1W2U1U2V2W1V1W2U1U2V2W1V1W2三相電流合成磁

場的分布情況合成磁場方向向下合成磁場旋轉60°合成磁場旋轉90°600動畫toAU1U2W2V1W1V2AU1U2W2V1W1V2分析可知：三相電流產生的合成磁場是一旋轉的磁場

即：一個電流周期，旋轉磁場在空間轉過360°2.旋轉磁場的旋轉方向結論：任意調換兩根電源進線，則旋轉磁場反轉。任意調換兩根電源進線(電路如圖)U1U2W1W2V1V2取決于三相電流的相序0to3.旋轉磁場的極對數P當三相定子繞組按圖示排列時，產生一對磁極的旋轉磁場，即：otU1U2V2W1V1W2U1U2V1V2W1W2

若定子每相繞組由兩個線圈串聯

，繞組的始端之間互差60°，將形成兩對磁極的旋轉磁場。W'1U1V1W1V'1U'2U2U'1V2V'2W2W'2極對數旋轉磁場的磁極對數與三相繞組的排列有關OW'1U1V1W1V'1U'2U2U'1V2V'2W2W'24.旋轉磁場的轉速工頻：旋轉磁場的轉速取決于磁場的極對數p=1時U1V1W2U2W1V2U1V1W2U2W1V2U1V1W2U2W1V2Op=2時0旋轉磁場轉速n0與極對數p的關系旋轉磁場轉速n0與頻率f1和極對數p有關。可見:極對數每個電流周期磁場轉過的空間角度同步轉速4.2.2電動機的轉動原理1.轉動原理U1U2V2W1V1W2定子三相繞組通入三相交流電方向:順時針

切割轉子導體右手定則感應電動勢E20旋轉磁場感應電流I2旋轉磁場左手定則電磁力FF電磁轉矩TnF

4.2.3轉差率

旋轉磁場的同步轉速和電動機轉子轉速之差與旋轉磁場的同步轉速之比稱為轉差率。由前面分析可知，電動機轉子轉動方向與磁場旋轉的方向一致，但轉子轉速n不可能達到與旋轉磁場的轉速相等，即異步電動機如果:無轉子電動勢和轉子電流轉子與旋轉磁場間沒有相對運動，磁通不切割轉子導條無轉矩因此，轉子轉速與旋轉磁場轉速間必須要有差別。異步電動機運行中:轉子轉速亦可由轉差率求得轉差率s

例1：一臺三相異步電動機，其額定轉速n=975r/min，電源頻率f1=50Hz。試求電動機的極對數和額定負載下的轉差率。解：根據異步電動機轉子轉速與旋轉磁場同步轉速的關系可知：n0=1000r/min,即p=3額定轉差率為4.3三相異步電動機的電路分析

三相異步電動機的電磁關系與變壓器類似。變壓器：變化eU1E1=4.44fN1

E2=4.44fN2E1、E2頻率相同，都等于電源頻率。異步電動機每相電路i1u1e1e

1e2e

2i2+－++++－－－－f1f24.3.1定子電路1.旋轉磁場的磁通異步電動機：旋轉磁場切割導體e，

U1

E1=4.44

f1N1每極磁通旋轉磁場與定子導體間的相對速度為n0，所以2.定子感應電勢的頻率f1感應電勢的頻率與磁場和導體間的相對速度有關f1=電源頻率f4.3.2轉子電路1.轉子感應電勢頻率f2∵定子導體與旋轉磁場間的相對速度固定，而轉子導體與旋轉磁場間的相對速度隨轉子的轉速不同而變化定子感應電勢頻率f1轉子感應電勢頻率f2

轉子感應電勢頻率f2旋轉磁場切割定子導體和轉子導體的速度不同2.轉子感應電動勢E2E2=4.44f2N2=4.44sf1N2

當轉速n=0(s=1)時，f2最高，且E2最大，有E20=4.44

f1N2轉子靜止時的感應電勢即E2=

sE20

轉子轉動時的感應電勢3.轉子感抗X2當轉速n=0(s=1)時，f2最高，且X2最大，有X20=2

f1L2即X2=

sX20

4.轉子電流I25.轉子電路的功率因數cos2轉子繞組的感應電流轉子繞組的感應電流轉子電路的功率因數結論：轉子轉動時，轉子電路中的各量均與轉差率s有關，即與轉速

n有關。I2cos2s1I2,O4.4三相異步電動機銘牌數據1.型號

磁極數(極對數p=2)例如：Y132M－4

用以表明電動機的系列、幾何尺寸和極數。機座長度代號機座中心高（mm）三相異步電動機教材表7-2中列出了各種電動機的系列代號。表4-2異步電動機產品名稱代號產品名稱異步電動機繞線型異步電動機防爆型異步電動機高起動轉矩異步電動機新代號漢字意義老代號Y異異繞異爆異起YRYBYQJ、JOJR、JROJB、JBOJQ、JQO2.接法定子三相繞組的聯接方法。通常U2U1W2V1V2W1Y聯結聯結W2U2V2V1W1U1接線盒V1W2U1W1U2V2W1U1V1W2U2V2接電源W1U1V1W2U2V2接電源3.電壓例如：380/220V、Y/是指線電壓為380V時采用Y聯結；線電壓為220V時采用

聯結。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5%。因為在電動機滿載或接近滿載情況下運行時，電壓過高或過低都會使電動機的電流大于額定值,從而使電動機過熱。電動機在額定運行時定子繞組上應加的線電壓值。三相異步電動機的額定電壓有380V，3000V,及6000V等多種。4.電流例如：Y/6.73/11.64A

表示星形聯結下電機的線電流為6.73A；三角形聯結下線電流為11.64A。兩種接法下相電流均為6.73A。5.功率與效率鼠籠電機

=72~93％電動機在額定運行時定子繞組的線電流值。額定功率是指電機在額定運行時軸上輸出的機械功率P2，它不等于從電源吸取的電功率P1。注意：實用中應選擇容量合適的電機，防止出現“大馬拉小車”的現象。6.功率因數PN三相異步電動機的功率因數較低，在額定負載時約為0.7~0.9。空載時功率因數很低，只有0.2~0.3。額定負載時，功率因數最高。7.額定轉速電機在額定電壓、額定負載下運行時的轉速。P2cosO如：n

N=1440轉/分

sN=0.048.絕緣等級指電機絕緣材料能夠承受的極限溫度等級，分為A、E、B、F、H五級，A級最低(105oC)，H級最高(180oC)。4.5三相異步電動機轉矩與機械特性4.5.1轉矩公式

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矩之總和。常數，與電機結構有關旋轉磁場每極磁通轉子電流轉子電路的功率因數由此得電磁轉矩公式由前面分析知：由公式可知電磁轉矩公式1.T與定子每相繞組電壓成正比。U1T2.當電源電壓U1一定時，T是s的函數。3.R2

的大小對T有影響。繞線型異步電動機可外接電阻來改變轉子電阻R2，從而改變轉距。4.5.2機械特性曲線OTS根據轉矩公式得特性曲線：OT1電動機在額定負載時的轉矩。1.額定轉矩TN三個重要轉矩OT額定轉矩(N?m)如某普通機床的主軸電機(Y132M-4型)的額定功率為7.5kw,額定轉速為1440r/min,則額定轉矩為2.最大轉矩Tmax轉子軸上機械負載轉矩T2不能大于Tmax，否則將造成堵轉(停車)。電機帶動最大負載的能力。令：求得臨界轉差率OTTmax將sm代入轉矩公式，可得當U1一定時，Tmax為定值過載系數(能力)一般三相異步電動機的過載系數為工作時必須使T2

<Tmax，否則電機將停轉。電機嚴重過熱而燒壞。(2)sm與R2有關，R2smn。繞線型電機改變轉子附加電阻R′2可實現調速。3.起動轉矩Tst電動機起動時的轉矩。起動時n=0時，s=1(2)Tst與R2有關，適當使

R2Tst。對繞線式型電機改變轉子附加電阻

R′2,可使Tst=Tmax

。Tst體現了電動機帶載起動的能力。

若

Tst

>T2電機能起動，否則不能起動。OTTst起動能力4.電動機的運行分析電動機的電磁轉矩可以隨負載的變化而自動調整，這種能力稱為自適應負載能力。

自適應負載能力是電動機區別于其它動力機械的重要特點（如：柴油機當負載增加時，必須由操作者加大油門，才能帶動新的負載)。此過程中，n、sE2,I2

I1電源提供的功率自動增加。T2sT2>TT=T2nT

T′2達到新的平衡T2常用特性段TO5.U1和R2變化對機械特性的影響(1)

U1變化對機械特性的影響UTmTstT2TO(2)R2變化對機械特性的影響TOR2Tstn硬特性：負載變化時，轉速變化不大，運行特性好。軟特性：負載增加時轉速下降較快，但起動轉矩大，起動特性好。(2)R2變化對機械特性的影響

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。TOR2Tstn硬特性：負載變化時，轉速變化不大，運行特性好。軟特性：負載增加時轉速下降較快，但起動轉矩大，起動特性好。4.6三相異步電動機的起動4.6.1起動性能起動問題：起動電流大，起動轉矩小。

一般中小型籠型電機起動電流為額定電流的5~7倍;電動機的起動轉矩為額定轉矩的(1.0~2.2)倍。大電流使電網電壓降低，影響鄰近負載的工作頻繁起動時造成熱量積累，使電機過熱后果：原因：起動：

n=0，s=1,接通電源。起動時，n=0，轉子導體切割磁力線速度很大，轉子感應電勢轉子電流定子電流

4.6.2起動方法(1)直接起動

二、三十千瓦以下的異步電動機一般都采用直接起動。(2)降壓起動：星形-三角形(Y－)換接起動自耦降壓起動（適用于籠型電動機）(3)轉子串電阻起動（適用于繞線型電動機）以下介紹降壓起動和轉子串電阻起動。設：電機每相阻抗為1.降壓起動(1)Y－換接起動

降壓起動時的電流為直接起動時的+－

起動U1U2V1V1W1W2正常運行+－U1U2V1V2W1W2Y－起動器接線簡圖L1L3L2FUSU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1△動觸點Y動觸點靜觸點Y－起動器接線簡圖Y起動L1L3L2FUSU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1

起動UPU1+＿Ul+＿U2V1V2W1W2Y－起動器接線簡圖

工作L1L3L2FUSU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1正常運行+－U1U2V1V2W1W2(a)僅適用于正常運行為三角形聯結的電機。

(b)Y－起動Y－換接起動適合于空載或輕載起動的場合Y-換接起動應注意的問題+－

起動U1U2V1V1W1W2正常運行+－U1U2V1V2W1W2L1L3L2FUQ(2)自耦降壓起動Q2下合：接入自耦變壓器，降壓起動。Q2上合：切除自耦變壓器，全壓工作。合刀閘開關QQ2

自耦降壓起動適合于容量較大的或正常運行時聯成Y形不能采用Y－起動的籠型異步電動機。滑環電刷定子轉子起動時將適當的R串入轉子電路中，起動后將R短路。起動電阻

2.繞線型電動機轉子電路串電阻起動Rst?RstRst

若R2選得適當，轉子電路串電阻起動既可以降低起動電流，又可以增加起動轉矩。常用于要求起動轉矩較大的生產機械上。R2-TTst

-TO轉子電路串電阻起動的特點

方法：任意調換電源的兩根進線，電動機反轉。電動機正轉電動機反轉三相異步電動機的正、反轉電源~UVWM3~UVW電源~M3~例1:

(1)解:

一臺Y225M-4型的三相異步電動機，定子繞組△型聯結，其額定數據為：P2N=45kW,nN=1480r/min，UN=380V，N=92.3%，cosN=0.88，Ist/IN=7.0,Tst/TN=1.9，Tmax/TN=2.2，求：(1)額定電流IN?(2)額定轉差率sN?(3)額定轉矩

TN、最大轉矩Tmax、和起動轉矩Tst。(2)由nN=1480r/min，可知p=2（四極電動機）(3)解：

在上例中(1)如果負載轉矩為510.2N?m,試問在U=UN和U′=0.9UN兩種情況下電動機能否起動？（2）采用Y-換接起動時，求起動電流和起動轉矩。又當負載轉矩為起動轉矩的80%和50%時，電動機能否起動？(1)在U=UN時

Tst=551.8N?m>510.2N.m不能起動(2)Ist=7IN=784.2=589.4A

在U′=0.9UN時能起動例2:在80%額定負載時不能起動在50%額定負載時可以起動(3)例3:

對例1中的電動機采用自耦變壓器降壓起動,起動時加到電動機上的電壓為額定電壓的64%，求這時的線路起動電流Ist′′和電動機的起動轉矩Tst′。解：設電動機的起動電壓為U'，電動機的起動電流為Ist依據變壓器的一次、二次側電壓電流關系，可求得線路起動電流Ist′′。采用自耦降壓法起動時，若加到電動機上的

電壓與額定電壓之比為

x，則線路起動電流Ist"為電動機的起動轉距Tst′為結論：7.7.1變頻調速(無級調速)

f=50Hz逆變器M3~整流器f1、U1可調+–~變頻調速方法恒轉距調速（f1<f1N）恒功率調速（f1>f1N）頻率調節范圍：0.5~幾百赫茲三種電氣調速方法

4.7三相異步電動機的調速4.7.2變極調速(有級調速)

變頻調速方法可實現無級平滑調速,調速性能優異，因而正獲得越來越廣泛的應用。U11U21U12U22iiP=2··U11U12U21U22··NNSSU11U21U12U22ii??P=1采用變極調速方法的電動機稱作雙速電機，由于調速時其轉速呈跳躍性變化，因而只用在對調速性能要求不高的場合，如銑床、鏜床、磨床等機床上。U11··