第9章 异步电动机

∗9.6
单相异步电动机
9.6.1 单相异步电动机的工作原理
9.6.2 电容分相式单相异步电动机
9.6.1 单相异步电动机的工作原理
图9-24 单相脉动磁场分解为两个反方向的旋转磁场
9.6.2 电容分相式单相异步电动机
图9-25 单相异步电动机的 T＝f(s)曲线
9.6.2 电容分相式单相异步电动机
9.1.2 三相异步电动机的工作原理
9.1.1 三相异步电动机的构造
1.定子 2.转子 三相异步电动机的定子主要由以下三部分组成。 异步电动机的转子由转轴、转子铁心、转子绕组及风扇等组成。
9.1.1 三相异步电动机的构造
图9-1 三相异步电动机的构造 1—定子 2—转子 3—风扇 4—罩壳 5—接线盒 6—端盖
9.5.1 铭牌数据
表格
9.5.1 铭牌数据
表9-2 异步电动机产品名称代号
9.5.1 铭牌数据
表9-3 绝缘材料的耐热分级和极限温度
9.5.2 其他若干技术数据
1.效率和功率因数 指电动机额定运行时，轴上输出机械功率P2N
与定子输入电功率P1N之比。 2.起动电流倍数(或称“堵转电流/额定电流”) 堵转电流即起动电 流Ist。 3.起动转矩倍数(或称“堵转转矩/额定转矩”) 堵转转矩即起动转 矩Tst。 4.过载系数(或称“最大转矩/额定转矩”) 最大转矩是电动机起动
图9-14 改变时的机械特性
9.4 三相异步电动机的起动、调速和制动
9.4.1 起动
9.4.2 三相异步电动机的调速 9.4.3 三相异步电动机的反转和制动
9.4.动机的起动要求：足够大的起动转矩和比 较小的起动电流。 2.起动方法 以异步电动机起动时是否采取降低电源电压的措施为依据可 分为全电压起动和减压起动两类。 3.绕线转子异步电动机的起动
9.3.2 机械特性
在电源电压U1和转子电阻R2一定时，电动机的 转速n与转矩T之间的关系称为机械特性，可由式 (9-2)和式(9-15)求得，特性曲线如图9-13所示。 图中还画出了与转速n对应的转差率s坐标。
9.3.2 机械特性
图9-13 三相异步电动机的机械 特性曲线
9.3.2 机械特性
1.起动性能
图9-15 手动ㄚ-△换接起动电路
2.起动方法
图9-16 自耦变压器控制减压起动电路
3.绕线转子异步电动机的起动
图9-17 绕线转子异步电动机转 子串电阻起动
3.绕线转子异步电动机的起动
图9-18 频敏变阻器起动 a)频敏变阻器结构图 b)起动线路图
9.4.2 三相异步电动机的调速
9.3 三相异步电动机的电磁转矩与机械特性
9.3.1 电磁转矩
9.3.2 机械特性
9.3.1 电磁转矩
根据三相异步电动机的转动原理，旋转磁场的主 磁通Φ与转子电流的有功分量I2cosφ2相互作用才 产生电磁转矩，由此可得电磁转矩的物理式为 T＝ＫｍΦＩ２ｃｏｓφ2 式中，Km是与电动机结构有关的常数。 利用上式可对电动机的运行特性进行定性分析。
1.三相异步电动机的反转
图9-19 绕线转子串电阻调速
1.三相异步电动机的反转
图9-20 正、反转控制电路图
2.三相异步电动机的制动
载能在短时间内停止转动，而由于惯性，即使在 切断电源后，电动机也不可能立即停转，因此需 要采取制动措施，使其迅速停转。 在生产中有许多实用的机械制动的方法，例如杠 杆式电磁抱闸，利用闸轮与闸瓦间的摩擦力制动 和靴式的液压制动机构等。还有一些电动机带有 制动装置。
图9-5 绕线转子示意图 1—绕组 2—集电环 3—电刷 4—变阻器
9.1.2 三相异步电动机的工作原理
1.旋转磁场的产生与转动方向 一个线圈组成。 2.旋转磁场的转速 3.转动原理 4.转差率 为分析方便，假设定子绕组的每一相均由
由以上两极(即极对数p＝1)旋转磁场的分析中可知，电
流变化一周，磁场也正好在空间旋转一周。 当电动机定子对称三相绕组接通三相交流电源时，电动机内 异步电动机转子的转速n永远低于旋转磁场的转速n1。 部就产生一个旋转磁场。
过程中产生的最大转矩，它与额定转矩的比值即过载系数也是手册
中列出的。
9.5.3 三相异步电动机的选择
1.类型的选择 在空载或轻载起动、无调速要求的场合，例如输
运机、搅拌机和功率不大的水泵、风机等，应选用笼型电动机。 2.转速的选择 异步电动机在功率相同的条件下，其同步转速越 低，则其电磁转矩越大，体积也越大，重量越重，价格就越贵。 3.功率的选择 合理选择电动机的功率有重要的经济意义。
第9章 异步电动机
9.1 三相异步电动机的构造及工作原理
9.2 三相异步电动机的等效电路 9.3 三相异步电动机的电磁转矩与机械特性 9.4 三相异步电动机的起动、调速和制动
9.5 三相异步电动机的选择 ∗9.6 单相异步电动机
9.1 三相异步电动机的构造及工作原理
9.1.1 三相异步电动机的构造
2.旋转磁场的转速
表9-1 p对照表
2.旋转磁场的转速
图9-10 三相异步电动 机转动原理
3.转动原理
当电动机定子对称三相绕组接通三相交流电源时， 电动机内部就产生一个旋转磁场。设某瞬间的电 流及两极磁场如图9-10所示，并以n1速度顺时针 旋转。由于转子导体与旋转磁场间的相对运动而 在转子导体中产生感应电动势，若把旋转磁场视 为静止，则相当于转子导体逆时针方向切割磁力 线，所以可用右手定则来判定感应电动势的方向。 因为转子绕组是闭合的，便产生与感应电动势同 向的感应电流，忽略转子的感抗，则两者同相。
9.4.3 三相异步电动机的反转和制动
1.三相异步电动机的反转 改变三相交流电源的相序，例如由U-V-W改为U -W-V，则旋转磁场的方向也随着改变。 2.三相异步电动机的制动 为提高工作效率和安全生产等目的，要求电动 机及其所拖动的负载能在短时间内停止转动，而由于惯性，即使在切断电 源后，电动机也不可能立即停转，因此需要采取制动措施，使其迅速停转。
2.三相异步电动机的制动
(1)反接制动(s＞1)
(2)能耗制动 绕组。
反接制动时，断开原来的电源再改接成逆
相序电源，图9-20就是一种改接的方法。 能耗制动的方法是在切断交流电源的同时，将 定子绕组的两个端钮与直流电源接通，使直流电流通入定子 (3)发电反馈制动(s＜0) 在起重机下放重物时，在重力作用下，
1.定子 三相异步电动机的定子主要由以下三部分组成。
1.定子 三相异步电动机的定子主要由以下三部分组成。
图9-3 三相异步电动机的接线盒 a)ㄚ联结 b)△联结
2.转子 异步电动机的转子由转轴、转子铁心、转子绕组及风扇 等组成。
图9-4 笼型转子 a)嵌铜条 b)铸铝
2.转子 异步电动机的转子由转轴、转子铁心、转子绕组及风扇 等组成。
1.改变磁极对数调速 2.改变电源频率调速 此种调速方法称作变极调速，仅限于笼型电动机用。 改变电源频率调速简称为变频调速。 在绕线转子电动机的转子电路中串入一个
3.在转子电路中串接电阻调速
调速电阻(和起动电阻一样接入)，就减小了转子和定子电流,转矩和转速也 势必相应降低，转差率s升高，所以是变转差率调速。
1.旋转磁场的产生与转动方向
图9-6 通入ㄚ联结定子绕组的三相电流
1.旋转磁场的产生与转动方向
图9-7 三相对称电流的波形 a)ωt＝0 b)ωt＝120° c)ωt＝240° d)ωt＝360°
2.旋转磁场的转速
图9-8 产生两对磁极的定子绕组
2.旋转磁场的转速
图9-9 4极旋转磁场的产生 a)ωt＝0° b)ωt＝120°
4.转差率
异步电动机转子的转速n永远低于旋转磁场的转 速n1。因为如果n＝n1，转子与旋转磁场就没有 相对运动，转子导体就不切割磁力线，也就没有 感应电动势和电流产生，所以也不会产生电磁转 矩使转子转动。n≠n1，正是异步电动机称谓的由 来。因此我们又将n1称为同步转速。又因为转子 电动势和电流是通过电磁感应产生的，故异步电 动机又叫感应电动机。
9.2 三相异步电动机的等效电路
9.2.1 等效电路
9.2.2 主要运行参数
9.2.1 等效电路
图9-11 三相异步电动机的每相等效电路
9.2.2 主要运行参数
1.定子与转子电流频率 2.转子电动势 3.转子漏磁感抗 4.转子每相电流 5.转子功率因数 6.定子感应电动势和主磁通 7.定子电流和定子功率因数
图9-26 电容分相式异 步电动机接线图
9.6.2 电容分相式单相异步电动机
图9-27 两相电流的旋转磁场
9.6.2 电容分相式单相异步电动机
图9-28 洗衣机正、 反转控制原理图
3.电压和联结法 “380V、△联结法”表示定子绕组应连成△，外加电源线
电压为380V。 4.电流 “15.4A”表示电动机的额定电流，是指在额定电压、频率和输出功 率情况下定子绕组线电流。
9.5.1 铭牌数据
5.转速 指额定转速，也就是在额定的电压、频率和输出功率(或额定负载)下 的转速。 6.工作方式 异步电动机的工作方式分为连续(代号为S1)、短时(S2)和断续(S3) 三种。 7.温升 电动机运行过程中，各种有功损耗转化成热量，致使绕组温度升高 即为温升。 8.绝缘等级和防护等级 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。
可能使转速n＞n1，这会改变转子电流和转矩的方向，即使转 矩变成制动转矩，电动机转入发电机运行。
(1)反接制动(s＞1)
图9-21 反接制动原理
(2)能耗制动
能耗制动的方法是在切断交流电源的同时，将定 子绕组的两个端钮与直流电源接通，使直流电流 通入定子绕组。以直流励磁产生的定子绕组磁场 是静止的，由于惯性继续沿原方向旋转的转子绕 组产生反向转子电流，并产生制动转矩，使转子 迅速停转(见图9-22)。这种方法实质上是将转子 的旋转动能消耗在回路电阻R上，故称为能耗制 动。能耗制动平稳，耗能少，但需一个直流电源。