第6章电动机

第6章
电 动 机
第 6 章 电动机
§ 6.1 § 6.2 § 6.3 § 6.4 § 6.5 § 6.6 三相异步电动机的基本结构 三相异步电动机的工作原理 三相异步电动机的机械特性 三相异步电动机的铭牌数据 三相异步电动机的起动 三相异步电动机的调速
教学目标和要求 1.三相异步电动机的工作原理， 2.三相异步电动机的工作状态， 3.三相异步电动机的使用。 重点与难点 1.三相异步电动机的工作原理。 2. 学习三相异步电动机的工作状态与使用。
p 1
极对数（P）的改变 将每相绕组分成两段，按右下图放入定子槽内。形 A 成的磁场则是两对磁极。 Z'
Y'
iA
A
iC
Im
X A' Z' X' C' X' Y Y' Z B' B C
C'
N

B
S

S
N
A'
Y
X
iB
i A i B iC
B'
C
t
Z
极对数
p2
极对数和转速的关系
A Y'
Z
A

鼠笼式三相异步电动机的结构
鼠笼三相异步电动机的构造示意
二、外形(防护)结构 防护型
封闭型
防爆型
三、安装结构 B3型 B5型 B35型
V1型
6.2 三相异步电动机的工作原理
异步电动机的转动演示
由演示得到的启示：
1. 要有一个旋转的磁场； 2. 转子跟着磁场转动。
异步电动机的旋转磁场由何而来？
电机容量 4kW 联结
接线盒
U1
V1
W1
U1
W2 U2 V2
W2 U2 V2
W2 U2 V2 W2 U1 W1
W1
V1
Y 联结
U1 V1 W1
V2
U2 U V W 1 1 1 V1
当负载转矩增加而使电动机电磁转矩增加时，转速n 下降很少，叫硬特性。
2.最大转矩 TM 电机带动最大负载的能力。 如电动机工作在N点到M点之间，说 明电动机处于过载状态，只允许短时工 作，短时工作的时间长短视电动机的参 数和过载程度而定，过载程度越大，允 许时间越短，叫反时限关系。 过载系数(能力) K M 一般三相异步电动机的过载系数为
3.旋转磁场的转速大小
一个电流周期，旋转磁场在空间转过360°。则
同步转速（旋转磁场的速度）为：
Im
i A i B iC
t
n0 60 f (转/分）
n0
A
60
A Z
N
n0
Y
A Z
Y
C
N
Z
B X
Y CS
S
B X
C X
B
极对数（P）的概念
iA
A
Y
A
N
Z
iC C
iB
Z X Y
C
B
B
S
X
此种接法下，合成磁场只有一对磁极，则极对数为1。 即：
Tmax
Tst
TN
n n0
nN
N
M
O
S N Sm
1 S
O
T f (s ) 曲线
TN Tst Tmax T n f (T ) 曲线
三个重要转矩代表了三个工作状态 n 0 nN 1.额定转矩TN 电动机在额定负载时的转矩。
n
N
60 PN TN N 2 nN
PN ( 千 ) 瓦 TN 9550 nN ( 转 / 分 )
绕线式三相异步电动机转子的结构
(2) 鼠笼式转子 是绕线转子的简化，在铁芯 槽内放铜条，端部用短路环 形成一体，或铸铝形成转子 绕组，替代绕组。 鼠笼式电动机与绕线式 电动机的的比较： 鼠笼式：结构简单、价格低廉、工 作可靠；不能人为改变电动机的机 械特性。 绕线式：结构复杂、价格较贵、维护工作量大； 转子外加电阻可人为改变电动机的机械特性。
电动机：将电能转化为旋转机械能输出的设备 电动机的分类：
交流电动机
电动机 直流电动机
同步电动机 异步电动机 三相电动机 单相电动机
鼠笼式 绕线式
他励、并励电动机
串励、复励电动机
鼠笼式三相交流异步电动机是主要内容： 基本结构、工作原理、 机械特性、工作状态、起 动和调速的控制方法 。
6.1 三相异步电动机的基本结构
Blv
右手定则
转子感应电动势 电磁力F
Bli
左手定则
n
(顺时针方向)
电动机转子和定子之间没有电的联系，又名感应电动机 电动机转速和旋转磁场同步转速的关系 电动机转速: 但
n
nn
异步电动机。
电机转子转动方向与磁场旋转的方向一致，
n n0
提示：如果 0 转子与旋转磁场间没有相对运动 无转子电动势（转子导体不切割磁力线） 无转子电流 无转距 如转子是磁铁，与定子异性相吸，转速相同，为同 步电动机。
（3）电动机的起动转矩 TS K S TN 290 N m 因TS＞TL ，可以直接起动。
（二） 人为特性
(1) 定子电压U1 降低对机械特性的影响
Tm U
T
TL Ts
O

n0
n U U U N
负载转矩不变，电 动机转速变化，用来调 速。但因为电动机的电 磁转矩 和定子电源电压 间的关系为T∝U12 。 TL容易超过Tm ，造成闷 车事故，一般只用于小 功率的流体机械如风机 、水泵。
n0 n s 100% 1000 975 100% 2.5% 1000 n0
6.3 三相异步电动机的机械特性
当定子电压U1、频率f1等保持不变时，三相异 步电动机的电磁转矩T与转差率s之间的T=f（s）叫 转矩特性，转速n与T间的n=f（T）叫机械特性，统 称为机械特性，以曲线表示。
t
动画
Im
n0
A Y
60
Z
n0
A Y C Z
n0
Y C
A Z B X
N
CS
X
B
B X
t 60
t 120
t 180
2.旋转磁场的旋转方向 旋转方向：取决于三相电流的相序。
iA
iB
iC
t
Im
Im
iA
iC
iB
t
A
A Y Z Y
Z
C X
B
n0
C X
B
n0
改变电机的旋转方向：换接其中两相。
n0 n
N M
O
T TM
1.8 ~ 2.2
TM TN
转子轴上机械负载转矩TL 不能大于TM ，否则将随n 下降使电磁转矩T下降，恶性循环造成堵转(停车)。
I 2 I1 电机严重过热而烧坏。
3. 起动转矩 Tst
电动机起动时的转矩。 起动时n= 0 时，s =1
n0 n
M
TL Ts体现了电动机带载起动 O 的能力。 若 Ts > TL电机能起动，否 Ts 则不能起动。 起动能力 K s
6.4
三相异步电动机的铭牌数据
1. 型号 用以表明电动机的系列、几何尺寸和极数。 例如： Y 132 M－4
磁极数( 极对数 p = 2 ) 机座长度代号(S、L、M） 机座中心高（mm） 三相异步电动机
机座长度
电动机
中心高
中心高：是电动机机械安装的重要尺寸。
机座长度：在中心高和额定转速相同的情况 下，S、M、L机座号不同，功率依次增大。
O
PN
TN
T
(N • m)
如某普通机床的主轴电机(Y132M-4型) 的额定功率为7.5kw, 额定转速为 1440r/min, 则额定转矩为 PN 7.5 TN 9550 9550 49.7 N . m nN 1440
电动机工作在N点，表示电动机的电压、电流、功率 和转速等都处于额定值的状态，电动机可长时间运行， 是最佳的理想状态。 但从最恶劣工作状况考虑，一般电动机都工作在N 点左边。 电动机工作在N点时的转速nN非常接近同步转速n0， 但又小于n0 。功率因数大，一般为0.8以上。 电动机工作的区域为一条略向下倾斜的近似直线，
例：某三相异步电动机，额定功率 PN =45kW，额定转 速nN=2970r/min， KM=2.2， KS=2.0。若TL=200N· m， 试问能带此负载：（1）长期运行；（2）短时运行； （3）直接起动。
解：
PN 145 N m （1）电动机的额定转矩 TN 9550 nN
因TN＜TL，不能长期运行。 （2）电动机的最大转矩 TM K M TN 319 N m 因TM＞TL ，可以短时运行。
Tst
T
电动机起动时从Ts到M点段，T> TL ，转速增加同时 转矩也增加，过M点后T逐渐减小但仍大于TL，转速仍 增加但转矩减小，直到T= TL ，速度不再增加，电动机 稳定运行，起动结束。
TN
4. 电动机的运行分析
n
n0
电动机运行时速度应不变， TL=T。 TL >T n s T 如TL
C'
X'

N
B
30
NZ
C' S

n0

S

S
N
Y
X'
X
X
C S
ZN '
B' Z'
C
A'
t 0
A'
t 60
2对磁极时磁角度是 电角度的一半