第二章三相异步电动机

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0 < S < Sm电动机运行稳定， Sm < S < 1电动
机运行不稳定。
异步电动机的电磁转矩与定子相电压U12成正 比。当电源电压有所变动时，对电磁转矩影
响很大。
T
Tmax
U1 > U1′
T∝ U 2 Sm与U1无关 U1↓→T↓→n ↓ →S↑
Tmax′
U1
→I2↑→I1↑
O
Sm
1
U1′ S
例2、一台异步电动机，额定转矩TN=65.9N·m， 额定转速nN=1450r/min，起动能力为1.4，过载 系数为2.0，求Tmax、Tst 、 PN 。
解：
Tmax mTN 265.9 131.8N m
λS =
Tst TN
Tst＝1.4×65.9＝92.9N·m
PN
TNnN 9550
S=1, X20= 2π f1LS2
X2=SX20
转子电流
I2
E2
R22
X
2 2
SE20 R22 (SX20 )2
转子功率因数
cos2
R2
R22
X
2 2
R2 R22 (SX20 )2
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转子电路的各物理量都与转差率有关，即与 转子的转速有关。
I2、cosφ2与S 的关系如曲线所示
I2 cosφ2
f2= p（n1-n）/60 n1 n
E2=4.44 S f1N2 Φm n1
pn1 60
=
S
f1
电动机起动瞬间n = 0，S =1
f2= f20= pn1/60= f1
E20= 4.44 f1N2 Φm E2=SE20
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转子电路呈感性 Z2 = R2+X2
式中漏磁感抗
X2=2π f2LS2= 2πS f1LS2
当电动机稳定运行时，驱动转矩等于阻碍转
矩。即：
T = TL （转矩平衡方程）
若T < TL
电动机减速
若T > TL
电动机加速
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二、电磁转矩
三相异步电动机的电磁转矩是由旋转磁场与 转子电流相互作用产生的。因此电磁转矩与旋转 磁场的每级主磁通Φ、转子电流I2有关。即：
T∝ ΦI2 的相转位子差电角流为Iφ2由2，转co子sφ电2是动转势子E2功产率生因。数İ2。、Ė2之间
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三、 自然机械特性
1. 转矩特性
T
KT
SR2U12 R22 ( SX20 )2
当KT、U1、R2、X20、一定的条件下，把
T=f (S)曲线称为转矩特性曲线。如图：
T
Tmax
Sm
O
S 较小， 0 < S < Sm ， S↑ T↑
S利较用大导，数可Sm求<得S < 1 ， S↑ T↓
1SSTmm将 转=axR=T差2Km/率XaTxU2对.012/应2X的20Sm 称为临界
S n1 n n1
1
I2
起动时，S =1，n =0
起动时，I2 很大,
cosφ2 cosφ2 很低
O
S 1
n ↓ →S↑→I2↑
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3. 转矩公式
T = KT Φ I2cosφ2
KTΦ
SE20
R22 (SX20 )2
R2 R22 (SX20 )2
KTΦ
SR2 E20 R22 (SX20 )2
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起动能力λS =
Tst TN
一般Tst=(1～2.2)TN 。
只有当TL < Tst 时电动机才能起动。否则会发 生“堵转”，此时电流I1 I2都很大。
I2与S 的关系如曲线所示 S n1 n
I2 1
n1
I2
起动时，S =1，n =0
起动时，I2 很大,
O
1S
n ↓ →S↑→I2↑
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四、人工机械特性
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定子接线端的联结
CAB
Z XY
C2 A2 B2 A1 B1 C1
△Y联联结结
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二、转 子
• 转子是异步电动机旋转的部分。
• 由转子铁心、转子绕组组成。
• 转子绕组可分为笼型和绕线转子两种。
• 转子铁心仍由硅钢片叠成 。
• 笼型转子结构简单，它是在转子铁心的 槽内穿入金属导体，两端装上铜环将所有 的金属导体短接，自成闭合路径。
n
n1 A nN nm
n > nm(AB段）： 为稳定工 作区（S 较小），具有硬特 性，即电动机具有自动适应 B 负载能力。
C
TN Tst
TL↓→T >TL→n ↑ →S↓
T
→T ↓ → T =TL
Tmax 0<n < nm(BC段）： 为不稳 定工作区。
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异步电动机T－n曲线上对应着三个特定转矩：
• 绕线转子与定子绕组相同，但三相绕组 都是Y联结。三个出线端通过电动机轴上 的铜环与电刷引到电动机的外部。
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定子绕组 （三相）
A
Y
定子
Z
C
B
转子
笼型转子
X
机座
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第二节 三相异步电动机的工作原理
旋转磁场 转动原理 转差率
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一、旋转磁场
1. 旋转磁场的产生
定子三相绕组对称，且空间上互差120°，接
电压不足，会造成电流增 大，电动机发热。
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临界转差率Sm与R2成正比。
最大转矩Tmax与R2无关。
R2′ < R2″
Tmax
T R2′ R2″
2. 机械特性
O
1S
Sm′ Sm″
在电源电压U1不变时，电动机的转速n 和电 磁转矩T 间的关系称为电动机的机械特性。
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n = f (T)
机械特性曲线可由转矩特性曲线得来：
60 50 r / min 1000r / min 3
S n1 nN 1000 980 0.02
n1
1000
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第三节 三相异步电动机的电磁 转矩与机械特性
转矩平衡 电磁转矩 自然机械特性 人工机械特性
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一、转矩平衡关系
三相异步电动机在拖动生产机械工作时，旋 转磁场与转子电流相互作用产生的转矩称为电磁 转矩T，它是一个驱动转矩。 作用在电动机轴上 的各种机械转矩称为负载转矩TL，它是一个阻碍 转矩。
1450 65.9 kW 10kW 9550
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第四节 三相异步电动机的使用
起动 调速 反转 制动
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一、起 动
三相异步电动机接通电源后从静止状态过 渡到稳定运转状态的过程叫起动。
1. 起动性能要求
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m
Tmax TN
一般，过载系数λm为1.8～2.2。 λm也表示短
时允许过载能力。
起动转矩Tst ：电动机刚起动 n = 0，S = 1
时的转矩。 由S=1 可得
Tst
KT
R2U12 R22 ( X 20 )2
Tst∝ U12
Tst与R2有关
当U1减小时，Tst减小，当R2适当增大 时， Tst会增大
艺录像片
习 题 目录
第一节 三相异步电动机的 基本结构
定子 转子
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直流电动机
电动机 交流电动机
同步电动机
交流电动机
异步电动机
异步电动机
三相异步电动机
按交流电的相数
单相相异步电动机
按结构
绕线转子异步电动机 笼型异步电动机
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异步电动机由定子和转子两部分组成。
一、 定 子
• 定子是异步电动机固定不动的部分。 • 由机座、定子铁心、定子三相绕组组成。 • 定子铁心安装在机座内，由硅钢片叠成。 定子三相绕组嵌在定子铁心的槽内，三相 绕组的始端和末端分别接到电动机出线盒 的接线柱上，这样可以根据需要将三相绕 组Y形联结或△形联结，使电动机使用于两 种不同的工作电压。
所以，电磁转矩T与Φ 和转子电流I2的有功分 量I2cosφ2成正比。即：
T = KT Φm I2cosφ2
KT是决定于电动机的常数。
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1. 定子电路
三相电动机的电磁关系与变压器相类似，定
子相当与变压器一次侧，转子相当于二次侧。
以一相为例：
i1
i2
定子每相绕组磁通 Φ = Φmsinωt
e1 = - N1dΦ/dt
第七章 电动机
第一节 三相异步电动机的基本结构
第二节 三相异步电动机的工作原理
第三节 三相异步电动机的电磁转矩与机械 特性
第四节 三相异步电动机的使用
第五节 三相异步电动机的铭牌和技术数据
第六节 单相异步电动机
第七节 三相同步电动机 第八节 直流电动机 第九节 控制电机
三相异步电动机 的结构及制造工
u1 e1
e2
忽略uZ、eσ1，则
f1 f2
u1≈ －e1 U&1 －E&1
U1≈E1=4.44f1N1 Φm f1=pn1/60
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2. 转子电路
e2 = - N2dΦ /dt
E2=4.44f2N2 Φm
E2、 f2为转子电动势和转子电流的频率， 因为旋转磁场与定子间的相对转速为n1，定 子与转子间的相对转速为n。则有：
○○○
定子每相二个线圈，旋转磁场为 四极。旋转磁场的磁极对数
p=2 电流变化一周，磁场也旋转0.5周。 磁场的转速 n1=60 f 1 /2 (r/min)
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改变定子绕组的接线方式，可以改变异步 电动机的极数。
旋转磁场的转速n1 与电动机的磁极对数p 成反比，与交流电的频率 f1 成正比。