电机和电气控制技术电子教案第三章异步电动机

等效转子电阻 静止时参数
电机与电气控制技术
（一）频率折算
异
步 电 动
r2 s
r2
1ssr2
附加电阻
机
转子实际电阻
增加损耗m2
I
21
2
s
s r2＝电动机所产生的总 机械功率
电机与电气控制技术
（二）绕组折算
异 步
•/
•
使定、转子绕组每相电动势 E2 E1
电 动
用一个N1kw1匝、m1相的新转子绕组来• 代替
机
10．震动量
电动机震动的情况
其它如cosφ等
••
IF11
电机与电气控制技术
第三节 三相异步电动机的运行原理
异
步 一、气隙合成旋转磁场
电
动
机
定子绕组有电流
•
I
1
•
三相基波合成磁动势 F1
（以n1=60 f 1 的转速转动，转向取决于通入电流的相序）
p
转子转速n<n1， 转向与n1相同 ，定子旋转磁场 以△n=n1—n=sn1的速度，掠过转子三相绕组
高温度
以
/℃
上
允许最 高温升 /℃
65 80
90 115 140 140 以 上
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（二） 额定值
异 步 电 动 机
防 护 等 级 的 代 码
1
87．．防定护额等级
提连示续电—动—机S防1 止杂务与水短进时入—的—能S力2 。它
是由外壳防护标志字母IP后跟2位具有特定含义 的数字断代续码—进—行S表3 定的 。第一位定义如下：
步
电 动
电流流出
机
●
磁势
电流流进
X
电流产生磁势(按右手螺旋定则分析)。分 析时磁势用箭头表示方向。导体中电流用 ●和X表示方向。如图所示。
电机与电气控制技术
（一）旋转磁场的产生
异 步 电 动 机
磁场旋转示意图
电机与电气控制技术
（一）旋转磁场的产生
异 步 电 动 机
iU 0
t1时刻 i V
3 2 Im
• 电机和电气控制技术电子 教案第三章异步电动机
电机与电气控制技术
第三章 异步电动机
异
步 学习目标:
电
动
掌握三相异步电动机的结构和工作原理。
机
熟悉三相异步电动机的运行原理。
能运用机械特性分析异步电动机的 起动、调速、反转和制动。
掌握单相异步电动机的基本形式、 工作原理和常用的调速、反转方法。
电机与电气控制技术
5 防尘 6 完全防止灰尘
进入壳内
电机与电气控制技术
（二） 额定值
防护等级的代码2
异
防护等级
定义
步 电
0
无防护
动
1
防滴
机
2
15°防滴
3
防淋水
4
防止任何方向溅水
5
防止任何方向喷水
6
防止海浪或强力喷水
7
浸水级
8
潜水级
电机与电气控制技术
（二） 额定值
9．噪声量
异
步 电 动
中小型电动机噪声量的大致范围在50～ 100dB之间
S
转子转速n总是小于旋 转磁场的转速n1。 所以称为异步电动机
根据左手定则，转子导体受 力，形成转矩，方向如图所 示。转子转速 n<n1
电机与电气控制技术
（一）异步转动原理
异
步 电
转差
动 机
同步转速n1与转子转速n二者之差
转差率(也叫滑差率) s
“转差”与同步转速n1的比值 s=（n1−n）/ n1
•
•
E 2s ＝S E 1
运行时随 S而变化
X2σs=2πf2L2σ=SX2σ
•
•
计及电阻压降 I 1 r1和r2 I 2 s
时各电磁量关系图
电机与电气控制技术
二、 定子、转子电动势方程
异 步 电
定、转子侧各 电磁量的相互
动 关系
机
•
••
••
定 子 U1 侧 E1I1(r1jx1)E1I1Z
•
•
•
电机与电气控制技术
（三）三相异步电动机的电磁关系
异
根据
步
电
•
•
•
动 机
I 0N1=I 1 N1+ I 2 N2
在外加电源电压保持不变的情况下 ，负载增加 ，
定子的电流也会增加。
由此可见，异步电动机中定子绕组电流是随负载
的变化而变化的，亦即异步电动机向电网取用的
电流和功率，是由机械负载的大小决定的。
电机与电气控制技术
第二节 三相异步电动机的结构与铭牌
异
步 一、三相异步电动机的结构
电 动 机
电机与电气控制技术
一、三相异步电动机的结构
异 步 电 动 机
电机与电气控制技术
一、三相异步电动机的结构
异 步 电 动 机
（一）定子
电机与电气控制技术
一、三相异步电动机的结构
异 步 电 动 机
鼠笼转子
（二）转子
正常运行的异步电动机，其s很小， 一般s=0.01~0.05
电机与电气控制技术
（二）异步电动机空载和负载运行
异
步
空载运行
电
动
Tem=T0，电动机稳定运行。
机
T0一般很小，所以电磁转矩也很小。
但其转速很高，几乎接近同步转速。
负载运行 Tem=TL+T0
电机与电气控制技术
（三）三相异步电动机的电磁关系
异
步
电
动 机
•
I1 R 1
•
R 2 I1
•
•
•
U E1
E2
三相异步电 动机的每相
电路
f1
xl1
f2
xl2
•
E
1
电机与电气控制技术
（三）三相异步电动机的电磁关系
•
•
异 步
E s1
s1
电
Φ
动
•
•
机≈
U1
0 E 1
•
0
I 1 R1
•
•
•
U 1 ≈ - E 1 = j4.44kW1N1f1
定子绕组系数
（三）等效电路、相量图
异 步
对折应算的后T的型异等步效电电动路机图基本方程
电
动
•
••
机
U 1E1I1(r1jX 1)
E2/
•
I
/ 2
(
r2
s
jX2 )
•
•/
•
E1 E 2 I0 Zm
•
••
I0 I1I2/
电机与电气控制技术
（三）等效电路、相量图
5．额定转速nN
电动机在额定电压、额定频率和额定输出的情 况下。单位为r/min。
电机与电气控制技术
（二） 额定值
6．绝缘等级
Y系列
异
步
电动机内部所有绝缘材料允许的最高温度等级，
电 动
它决定了电动机工作时允许的温升
机
绝缘耐 A E B F H C
热等级
允许最 105 120 130 155 180 180
产品加工机械等都是用异步电动来拖动的。此
外，与人民日常生活密切相关的电扇、洗衣机
等设备中都用到异步电动机。
电机与电气控制技术
第一节： 三相异步电动机的工作原理
异
步 电
空间位置对称的三相绕组
动
机
通入三相对称的交流电流
建立起一个恒速旋转的磁场, 称为旋转磁场
电机与电气控制技术
一、 旋转磁场
异
（一）旋转磁场的产生
电压为220V时机，定电子动绕机组用星型联结
定子绕组用三角形联结
电机与电气控制技术
（二） 额定值
3．额定电流IN PN 3UNINcosN
异
步
电动机在额定电压下运行，输出功率达到额定
电 动
值，流入定子绕组的线电流，单位为A。
机
4．额定频率fN
加在电动机定子绕组上的允许频率。我国电力网 的频率规定为50Hz。
n
/ 2
＝
6p02f6p01fsn1sn
磁动势F2相对定子的转速为n1
电机与电气控制技术
一、气隙合成旋转磁场
异 步
•
F1 与
•
F2
同步旋转，相对静止。
电 动
•
F1
＋
•
F2
＝
•
F0
（合成磁动势。起激磁作用）
机
异步电动机磁动势 平衡方程式
•
F1
＝
•
F0
－F•2
说明F•1
•
•
由 F 0 和F 2 两部份组成
iW
3 2 Im
iU
3 2 Im
iV iW 0
3 2 Im
t2时刻
电机与电气控制技术
（一）旋转磁场的产生
异 步 电 动 机
iU
t3时刻 i V
iW
3
2
Im
0
3
2
Im
iU 0
iV
3 2 Im
iW
3 2 Im
t4时刻
电机与电气控制技术
（一）旋转磁场的产生
异 步 电 动 机
3
iU
t5时刻 iV
转 子 E2侧 ＝ I2S(r2jx2S)I2SZ2S
电机与电气控制技术
三、等效的静止转子——折算
异 步
折算
电 动
保证转子磁动势不变（相应地功率传递关系
机
也不变），用一个等效转子代替实际转子。
该等效转子的频率应为f1，相数为m1，有效 匝数为N1kw1，与定子侧完全相同。
F2电m2机20.与9N2电Pkw2气I2 控制技术
外加电压不变时，电机气隙主磁通保持不变，
因此产生气隙磁场的激磁磁动势基本保持不变。
电机与电气控制技术
二、 定子、转子电动势方程
异 步
•
•
E 1 =-j4.44f1N1kw1 0
•
•
E1 jI1 X1
电
•
•
•
•
动 机
E 2s =-j4.44f2N2kw2 0
E2s jI2sX2s
因为f2=sf1 ：
（一）频率折算
•
异 步
F 2 相对于定子固定坐标的转速为n1，用静止
•
电
转子代替转动转子后，F 2 的转速、转向不变，
动
机
而大小及空间位置取决于转子电流的大小及
相 实位 际旋( 转F2的转m2子2 0电.9流N2有Pkw效2 I值2 为)，：因此可得出
I2 sr2 2 E 2 X 2 2 sr2 2 s(s 2 E 2 X )2(r 2/s E )2 2 X 2 2
步
电
动 机
p
1
2源自文库
3
4
5
6
n1 (r/min)
3000
1500
1000
750
600
500
※旋转磁场的转速n1＝ 60 f 1
p
电机与电气控制技术
（二）旋转磁场的转向
异
步
通入三相绕组中电流
电 动
的相序为iVU→→iiUv→iw
机
旋转磁场在空间是沿 绕组始端VU→→UV→W方 向旋转
结论： 旋转磁场的方向是由三相电流的相序决定 的，即把通入三相绕组中的电流相序任意 调换其中的两相，就可改变旋转磁场的方向。
转子绕组产生感应电动势
•
E
2 和电流
•
I2
•
三相转子电流产生三相基波合成磁动势F 2
电机与电气控制技术
一、气隙合成旋转磁场
•
异 步
F 2 的转向与转速 与转子转向相同，
电 动
转速取决于转子电流频率f2
机
f2= p 6 n 0p(n 6 1n 0 )p 61n n 01 n 1nf1•s
磁动势F2相对转子的转速：
子之间易发生扫膛。
电机与电气控制技术
二、铭牌
异
（一）型号
步
电
动
机
电机与电气控制技术
二、铭牌
异
（一）型号
步 电
我国产生品产的名异称步电动机新代的号主要意产义品系列老 :代 号
动 机
Y系列。
异步YD电系动列机 是变极多速三Y 相异步异电动机J、。JO、JS、JK
绕线YR式系异列步电是动三机相绕线式YR异步电异动机。JR、JRO 高多起速YZ动异和转步Y矩电Z异动R步机系电列动是起重YY和QD 冶金异异用起多三相JJQD异、、步JJDQ电OO动机。 精密YB机系床列异步是电防动爆机式鼠笼YJ异步电异动精机。JJO
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绕线转子
异 步 电 动 机
（二）转子
电机与电气控制技术
（三）气隙
异
步
电
异步电机的气隙比同容量直流电机的气隙小
动 机
得多，在中、小型异步电动机中，一般为
0.2~2.5mm。气隙大小对电机性能影响很
大，气隙愈大则为建立磁场所需励磁电流就
大，从而降低电机的功率因数。但也不能太
小，否则会使加工和装配困难，运转时定转
大动型机YC绕T线系式列高是速电异步磁电调速Y异RK步电异快动绕机。YRG
电机与电气控制技术
二、铭牌
异
（二） 额定值
步
电 动
1．额定功率PN 额定运行时，轴上输出的
机
机械功率，单位为kW
2．额定电压UN和接法 额定运行状态时，定子绕组应加
的线电压，单位为V
220D/380Y V
电源为380V时，电动
防护等 级
定义
该的电每只工防电各动次能作级护动项机周按时等机定短期照间可额时性铭短以长运断牌时按期行续规使铭运，使定用定牌行但用的义
0 有专门的防护装置 1 能防止直径大于
50mm的固体侵入 2 能防止直径大于
12mm的固体侵入 3 能防止直径大于
25mm的固体侵入
4 能防止直径大 于1mm的固体 侵入
第三章 异步电动机
异
步
电
动
同步电机
机
交流电机
分类
三相异步
主要
电机
用作
异步电机
电动
机
单相异步
电动机
电机与电气控制技术
第三章 异步电动机
异
步
电 动
案例：异步电动机应用极为广泛。例如，在工
机
业方面：中小型轧钢设备、各种金属切削机床、
轻工机械、矿山机械、通风机、压缩机等；在
农业方面：水泵、脱粒机、粉碎机及其他农副
2 Im 3
2 Im
iW 0
iU
3 2 Im
iV 0
iW
3 2 Im
t6时刻
电机与电气控制技术
（一）旋转磁场的产生
异 步 电 动 机
结论： 电流经过一个周期的变化时，磁场也 沿着顺时针方向旋转一周，即在空间 旋转的角度为360°。
电机与电气控制技术
异步电动机磁极对数和对应
异
的旋转磁场的转速关系
机
实际m2相N2kw2匝的转子绕组，但保F证2 不
变，
功率关系不变。折算后的值都用原符号加
“ / ”来表示。 电流折算值 I 2
1 ki
I2
电动势
E/2=keE2
阻抗折算值 r/2=kekir2 X/2σ=kekiX2σ
电机与电气控制技术
（二）绕组折算
异
频率折算
步
电
动
机
绕组折算
电机与电气控制技术
电机与电气控制技术
二、三相异步电动机的工作原理
异
（一）异步转动原理
步
电
动
机
转子导体与旋转磁场之间存在着相对 运动，切割磁力线而产生感应电动势
电机与电气控制技术
（一）异步转动原理
异
步
电
N
动 n1
机
n
设某个时候旋转磁 场方向如图所示。 磁场转速n1
转子导体与旋转磁场之间存 在着相对运动，根据右手定 则, 转子绕组内电动势和电 流方向如图所示