第二节 三相异步电动机(一)

第三章电动机与变压器第二节三相异步电动机（一）第二节三相异步电动机（一）【教学目标】1．了解三相异步电动机的结构和分类；2．理解三相异步电动机的工作原理；3．掌握三相异步电动机的运行特性；4.学会直流电动机转速的计算。【教学重点】三相异步电动机的机械特性【教学难点】三相异步电动机的工作原理第二节三相异步电动机（一）三相异步电动机是由三相交流电源供电，把交流电能转换为机械能输出的设备。它具有结构简单，价格低廉，使用、维护方便，效率高等优点。在机械工业上可用于拖动中、小型轧钢设备、金属切削机械、起重运输机械等，是目前使用最广泛的电动机。一、三相异步电动机的结构及分类按电动机转子的结构可分为笼型和绕线型两类。图3-15为绕线型异步电动机外形，图3-16为笼型异步电动机外形图。图3-15绕线型异步电动机外形图3-16三相笼型异步电动机外形图1．三相异步电动机的分类按电动机外壳的防护型式可分为开启式、防护式、封闭式等，其中封闭式结构是目前使用最广泛的结构形式。按电动机的容量可以分为小型电动机（容量0.55~100KW），中型电动机(容量100~1250KW)和大型电动机(容量1250KW以上）三相异步电动机的结构及分类三相异步电动机虽然种类繁多，但基本结构均由定子和转子两部分组成，静止部分称为定子，旋转部分称为转子，如图3-17所示。图3-17三相笼型异步电动机的组成三相异步电动机的结构及分类2．三相异步电动机的基本结构定子的最外面是机座，机座内装定子铁心，定子铁心槽内安放三相定子绕组。定子绕组是电动机的电路部分，其作用是通入三相对称交流电，产生旋转磁场。三相异步电动机的定子绕组为三相对称绕组，一般有6个出线端，置于机座外部的接线盒内，根据需要接成星形（Y）或三角形（△）联结，如图3-18所示。图3-18三相笼型异步电动机出线端三相异步电动机的结构及分类（1）定子转子的基本组成部分是转轴，还有压在转轴上的转子铁心和放在铁心槽内的转子绕组。转子绕组的作用是产生电流，并在旋转磁场的作用下产生电磁力矩而使转子转动。结构形式如图3-19所示。（a）铜条转子结构（b）铸铝转子结构3-19笼型异步电动机转子三相异步电动机的结构及分类（2）转子(b)铭牌图3-21Y2系列三相异步电动机在三相异步电动机的机座上均装有一块铭牌，铭牌上标出了该电动机的型号及主要技术数据，供正确使用电动机时参考，如图3-21（b）所示。三相异步电动机的结构及分类3．三相异步电动机的铭牌和额定值Y2系列三相异步电动机是我国在Y系列基础上更新设计的。与Y系列相比具有效率高、起动转矩大、噪音低、结构合理、体积小、重量轻、外形新颖美观等优点，如图3-21（a）所示。三相异步电动机的结构及分类(a)外形图3-21Y2系列三相异步电动机Y4–132S-4异步电动机中心高度/mm机座类别（L长机座，M中机座，S短机座）磁极数设计序号三相异步电动机的结构及分类型号：主额定功率(5.5KW)：指电动机在额定工作状态下运行时，转轴上输出的机械功率。额定电压(380V)：指电动机在额定工作状态下，加到定子绕组上的线电压。。额定电流(11.7A)：指电动机在额定电压下，输出额定功率时，定子绕组中的线电流。接法(△)：表示电动机定子三相绕组与交流电源的连接方法，对J02、Y及Y2系列电动机，国家标准规定3KW及以下者均采用星形联结；4KW及以上者均采用三角形联结。防护等级(IP44)：电动机外壳防护的方式，IP11是开启式；IP22、IP33是防护式；IP44是封闭式。三相异步电动机的结构及分类二、三相异步电动机的工作原理当三相定子绕组通入三相交流电时，在定子、转子与空气隙中就会产生一个沿定子内圆旋转的磁场，该磁场称为旋转磁场。旋转磁场的旋转方向决定于通入定子绕组的三相交流电源的相序，且与电源的相序一致。只要任意对调电动机两相绕组与交流电源的接线，旋转磁场即反转。当三相异步电动机有p对磁极时，旋转磁场的转速为：pfn1160式中：f1—三相交流电的频率；p—定子绕组的极对为数；n1—旋转磁场的转速（r/min），又称同步转速。图3-22是三相笼型异步电动机的定子与转子剖面图。转子上的6个小圆圈表示自成闭合回路的转子导体。当三相定子绕组通入三相对称交流电后，将产生一个同步转速为n1，在空间按顺时针方向旋转的磁场。开始时转子不动，这样转子导体就会切割磁感线而产生感生电动势，由于转子导体自成闭合回路，所以转子导体中就有电流通过，其电流方向可用右手定则判定，该瞬间转子导体中的电流方向如图所示。三相异步电动机的工作原理图3-22三相异步电动机的转动原理三相异步电动机的工作原理有电流流过的转子导体将在旋转磁场中受电磁力F的作用，其方向用左手定则判定，如图中箭头所示，该电磁力F在转子轴上形成电磁转矩，使异步电动机的转子以转速n旋转。电动机转子的转向与磁场的旋转方向一致，因此要改变三相异步电动机的旋转方向，只需改变旋转磁场的转向即可。三相异步电动机工作时，如果其转速增加到旋转磁场的转速，则转子导体与旋转磁场间的相对运动消失，转子中的电磁转矩等于零。图3-22三相异步电动机的转动原理三相异步电动机的工作原理转子的实际转速n总是小于旋转磁场的同步转速n1，它们之间有一个转速差，反映了转子导体切割磁感应线的快慢程度。因此常用这个转速差n1-n与旋转磁场同步转速n1的比值来表示异步电动机的性能，称为转差率，通常用S表示，即11nnns在电动机起动的瞬间，n=0，s=1，转差率最大；随着转速的上升，转差率减小；当n=n1时，s=0，因此，s在0~1之间变化。在额定负载时，中小型异步电动机转差率的范围一般在0.02~0.06之间。三相异步电动机的工作原理例3-4已知Y2-112M-4三相异步电动机的同步转速n1=1500r/min，额定转差率SN=0.04，求该电动机的额定转速。解：由11nnns得：min/r1440min/r1500)04.01()1(1NNnsn三、三相异步电动机的运行特性三相异步电动机的工作特性是指在额定电压和额定频率下，电动机的转速n、定子电流I1、定子功率因数cosφ1、电磁转矩T、效率η等与输出功率P2的关系。图3-23是三相异步电动机的特性曲线。图3-23三相异步电动机的工作特性1、工作特性转速特性：随着P2增加，转子转速n下降，转差率s增大。定子电流特性：随着负载的增加，转速下降，转子电流增大。定子边功率因数：三相异步电动机运行时必须从电网中吸取无功功率，它的功率因数永远小于1。电磁转矩T：电动机的转矩一般是指轴上输出的转矩T2，当稳定运行时，电动机的电磁转矩T等于负载转矩T2加上电动机的空载转矩T0，用公式表示为：029550TnPT式中：T—电动机的电磁转矩（N·m）；P2—电动机的额定输出功率；n—电动机的额定转速；T0—电动机的空载转矩。三相异步电动机的运行特性效率特性：异步电动机将电能转换成机械能，在转换过程中总有能量损耗。电动机的效率η等于输出功率P2与输入功率P1之比，即：%10012PP根据上式可知，当电动机空载时，P2=0，η=0，随着输出功率P2的增加，效率η也在增加。在正常范围内电压和转速变化很小，铁损耗和机械损耗变化也很小，叫不变损耗。定、转子铜损耗变化很大，叫可变损耗。当不变损耗等于可变损耗时，电动机的效率达到最大。一般来说，电动机容量越大，效率越高。三相异步电动机的运行特性三相异步电动机的机械特性指定子电压和频率为常数时，转速n与电磁转矩T之间的关系。电磁转矩的大小与旋转磁场的磁通ΦM、转子导体中的电流I2及转子功率因数cosΦ2有关，它们之间的关系可用T—S曲线来表示，如图3-24所示。由于转速n与转差率S之间存在一一对应的关系，因此，把图3-24顺时针转过90°，并把转差率S变换成转速n，即得到如图3-25所示的机械特性曲n=f(T)。图3-24三相异步电动机的T-S曲线三相异步电动机的运行特性2．机械特性图3-25三相异步电动机的机械特性异步电动机运行时，额定转矩TN不能太接近最大转矩Tm，使电动机有一定的过载能力，以提高运行的稳定性。电动机产生的最大转矩Tm与额定转矩TN之比称为电动机的过载能力λ，一般三相异步电动机的λ在1.6~2.2之间，起重、冶金用的异步电动机动λ在2.2~2.8之间。通常异步电动机稳定运行在机械特性曲线的a、b、c段上，即在OSSc范围内，在这段范围内随S的增加（转速下降），转矩T相应增加，这个转速范围称为异步电动机的稳定运行区。在稳定运行区内，负载变化时电动机转速变化很小，属于硬机械特性。机械特性曲线的c、Tst段随着转速的减小，电动机产生的转矩也随之减小，为不稳定运行区。异步电动机一般不能在该区域内正常稳定运行。电源电压的波动对电动机的运行影响很大。如当电源电压降为额定电压的90%，电动机的转矩则降为额定值的81%。因此当电源电压过低时，电动机就有可能拖不动负载而被迫停转，这一点在使用电动机时必须注意。三相异步电动机的运行特性【课堂练习】第二节三相异步电动机（一）教材“复习思考题”：1.填空题第5、6、7题；2.选择题第5、6、7、8、9题；3.判断题第6、7题；4.简答题第8题。【课堂小结】一、三相异步电动机的工作原理：应用电磁感应原理，分四步：旋转磁场→转子感应电流→转子受力→“异步”的由来；二、并励式直流电动机与串励式直流电动机的运行特性的比较。工作特性机械特性三相异步电动机并励式直流电动机第二节三相异步电动机（一）【课后作业】教材“复习思考题”：1、简答题第9题；2、计算题第4题。第二节三相异步电动机（一）