1、鼠籠式異步交流電動機授課內容：鼠籠式異步交流電動機授課內容： 機座：鑄鋼或鑄鐵機座：鑄鋼或鑄鐵 轉子轉子: 在旋轉磁場作用下，產生感應電動勢或電在旋轉磁場作用下，產生感應電動勢或電流。流。鼠籠轉子鼠籠轉子(1) 鼠籠式轉子鼠籠式轉子 鐵芯槽內放銅條，端鐵芯槽內放銅條，端 部用短路環形成一體。部用短路環形成一體。 或鑄鋁形成轉子繞組。或鑄鋁形成轉子繞組。(2) 繞線式轉子繞線式轉子 結構簡單、價格低廉、工作可靠；不能人為改結構簡單、價格低廉、工作可靠；不能人為改變電動機的機械特性。變電動機的機械特性。 結構復雜、價格較貴、維護工作量大；轉子結構復雜、價格較貴、維護工作量大；轉子外加電阻可人為改變

2、電動機的機械特性。外加電阻可人為改變電動機的機械特性。 120sin120sinsinmCmBmAtIitIitIi BiAXBYCZAiCiCiAiBiitmIoiCiAiBitmIo0n規定規定 i : “+” 首端流入，尾端流出。首端流入，尾端流出。 i : “” 尾端流入，首端流出。尾端流入，首端流出。 AYCBZX()電流出電流出( )電流入電流入CiBiAii tAXYCBZAXYCBZAXYCBZNS0 t 60t 0n60 90t 600動畫動畫mIoSNSNAAXZBCYAAXZBCY分析可知：三相電流產生的合成磁場是一旋轉的磁場分析可知：三相電流產生的合成磁場是一旋轉的磁場

3、2. .動畫動畫0t 60t 任意調換兩根電源進線任意調換兩根電源進線(電路如圖電路如圖)CiAXCZBYAiBi0mICiBiAi tiomINSNS0t 即：即：1pCiBiAioimI tBiAXBYCZAiCiAXYCBZNSCYABCXYZAXBZAiBiCiX A AXBYB Y CC ZZ極對數極對數2p動畫動畫 旋轉磁場的磁極對數旋轉磁場的磁極對數與每相繞組串聯的線圈數與每相繞組串聯的線圈數相等相等CYABCXYZAXBZAiBiCiAX XNSZ CZBYB Y A C SNBiCiAiimIt 0分分）轉轉 /( 6010fn 工頻：工頻：Hz501 f分分）轉轉 /( 3

4、0000 np=1時時0mICiBiAi tiomINSAXYCBZNSAXYCBZNSAXYCBZNSX NSA X ABZCYZ C Y B SN0t 60tp=2時時BiCiAiit mI0分分）轉轉/( 150026010 fn0n30AX XZ CZBYB Y A C NSNS)/( 6010分分轉轉pfn 2p180分）轉/( 50011p360分）轉/( 0003極對數極對數每個電流周期每個電流周期磁場轉過的空間角度磁場轉過的空間角度同步轉速同步轉速)f(Hz501 3p120分）轉/( 00014p分分）轉轉/( 75090旋轉磁場轉速旋轉磁場轉速n0與頻率與頻率f1和極對數和

5、極對數p有關。有關。AXYCBZ分分）轉轉/( 6010pfn BlvBliFvF0nNSM3M30nn 如果如果:0nn %s)91( 轉子轉速亦可由轉差率求得轉子轉速亦可由轉差率求得0)(1nns %10000 nnns 例例1 1：一臺三相異步電動機，其額定轉速一臺三相異步電動機，其額定轉速 n= =975 r/min，電源頻率，電源頻率 f1 1= =50 Hz。試求電動機的。試求電動機的極對數和額定負載下的轉差率。極對數和額定負載下的轉差率。解：解：根據異步電動機轉子轉速與旋轉磁場同步轉根據異步電動機轉子轉速與旋轉磁場同步轉速的關系可知：速的關系可知：n0=1000 r/min ,

6、2.5%100%10009751000%10000 nnns變壓器：變壓器： 變化變化 eU1 E1= 4.44 f N1 E2= 4.44 f N2 11 444Nf.U i1u1e1e 1e2e 2i2+f1f2異步電動機：異步電動機：旋轉磁場切割導體旋轉磁場切割導體 e， U1 E1= 4.44 f 1N1 每極磁通每極磁通111444Nf.U 1U 旋轉磁場與定子導體間的相對速度為旋轉磁場與定子導體間的相對速度為 n0 ，所以，所以16001pnf 感應電勢的頻率與磁場和導體間的相對速度有關感應電勢的頻率與磁場和導體間的相對速度有關f 1= 電源頻率電源頻率 f定子導體與旋轉磁場間的相

7、對速度固定，而轉子定子導體與旋轉磁場間的相對速度固定，而轉子導體與旋轉磁場間的相對速度隨轉子的轉速不同而導體與旋轉磁場間的相對速度隨轉子的轉速不同而變化變化 定子感應電勢頻率定子感應電勢頻率 f 1 轉子感應電勢頻率轉子感應電勢頻率 f 2 1000026060fspnnnnpnnf 旋轉磁場切割定子導體和轉子導體的速度不同旋轉磁場切割定子導體和轉子導體的速度不同 E20= 4.44 f 1N2 即即E2= s E20 2122222LfsLfX X20= 2 f1L 2即即X2= sX20 222222XREI 2202220)(sXRsE )(0002nnIs 2202220max21XR

8、EIs 220222222222)( cossXRRXRR 202SXRs 很很小小時時1cos2 202XRss 較較大大時時s1cos2 2202220222222)( XREXREIss 2202222)(cosXRRs 變變化化曲曲線線隨隨、SI cos22 )(2 Isn)cos(2 sn 結論：結論：轉子轉動時，轉轉子轉動時，轉 子電路中的各量均與轉子電路中的各量均與轉 差率差率 s有關，即與轉速有關，即與轉速 n有關。有關。I2cos 2s1I2,2cos O22Tcos IKT 常數，與電常數，與電機結構有關機結構有關旋轉磁場旋轉磁場每極磁通每極磁通轉子電流轉子電流轉子電路的轉

9、子電路的功率因數功率因數22cos , IT 21220222)(UsXRsRKT 22 cos IKTT 22022202)( XREIss 2202222)(cosXRRs mNfU11144.4 由前面分析知：由前面分析知：21220222)(UsXRsRKT 21UmaxTmSNSOTS曲曲線線)(sfT 曲曲線線)(Tfn 根據轉矩公式根據轉矩公式22022212)(sXRUsRKT 得特性曲線：得特性曲線：NnmaxTstTOnTNT0n動畫動畫stT1NT動畫動畫NnNTOnT0n(N m) 如某普通機床的主軸電機如某普通機床的主軸電機(Y132M-4型型) 的額定功的額定功率為

10、率為7.5kw, 額定轉速為額定轉速為1440r/min, 則額定轉矩為則額定轉矩為)()(9550min602rNNnNNnkwPPTN m.N7 .4914405 .795509550NNN nPT21220222UsXRsRKT)(2021max2XUKT 0dd ST令：令：求得求得202mXRss 臨界轉差率臨界轉差率On0nTmax將將sm代入轉矩公式，可得代入轉矩公式，可得 max121max, )1(TUUT2021max2 XUKT NmaxTT 一般三相異步電動機的過載系數為一般三相異步電動機的過載系數為2 .28 .1 (2) sm與與 R2 有關，有關， R2 sm n

11、 。繞線式電機。繞線式電機適當增加轉子附加電阻適當增加轉子附加電阻R 2 可縮短電機起動時間。可縮短電機起動時間。 22022212)(sXRUsRKT 22022212stXRURKT 電動機起動時電動機起動時(S=1)的轉矩。的轉矩。 st121st, ) 1 (TUUT(2) Tst與與 R2 有關，有關， 適當使適當使 R2 Tst 。對繞線式。對繞線式 電機改變轉子附加電阻電機改變轉子附加電阻 R 2 , 有可能有可能使使Tst =Tmax 。體現了電動機帶體現了電動機帶載起動的能力。載起動的能力。 0nOnTNststTTK 起動能力起動能力（負載）（負載）T2 sT2 TT =T

12、2n （電機）（電機）T T 2達到新的平衡達到新的平衡T20nnTOnU Tm U UTst 22022212stXRURKT 2021m2XUKT 202mXRs 0nNUT2nTO 解：解：電動機電磁轉矩電動機電磁轉矩T U12 ，當電源電壓降低時，當電源電壓降低時，最大電磁轉矩減小，穩定時電磁轉矩等于機械負載最大電磁轉矩減小，穩定時電磁轉矩等于機械負載轉矩，若負載轉矩不變，轉速必然下降，轉差率增轉矩，若負載轉矩不變，轉速必然下降，轉差率增加，轉子電流和定子電流都會增大。過程如下：加，轉子電流和定子電流都會增大。過程如下： TIISnUTU12211)(使使T =TC 。 例：例： 三相

13、異步電動機在一定的負載轉矩下運行三相異步電動機在一定的負載轉矩下運行時，如電源電壓降低，電動機的轉矩、電流及轉速時，如電源電壓降低，電動機的轉矩、電流及轉速有無變化？有無變化？stTTOn0nR2 Tst n maxT2T22022212stXRURKT 2021m2XUKT 202mXRs 不同場合應選用不不同場合應選用不同的電機。如金屬切同的電機。如金屬切削，選硬特性電機；削，選硬特性電機；重載起動則選軟特性重載起動則選軟特性電機。電機。stTTOn0nR2 Tst n maxT2T問題：問題：。 一般中小型鼠籠式電機起動電流為額定電流的一般中小型鼠籠式電機起動電流為額定電流的5 7 倍倍

14、; 電動機的起動電動機的起動 二、三十千瓦以下的異步電動機一般都采用二、三十千瓦以下的異步電動機一般都采用直接起動。直接起動。星形星形-三角形三角形(Y ) 換接起動換接起動自耦降壓起動自耦降壓起動(3) 轉子串電阻起動轉子串電阻起動以下介紹降壓起動和轉子串電阻起動。以下介紹降壓起動和轉子串電阻起動。起動的技術指標：起動電流、起動轉矩、起動的技術指標：起動電流、起動轉矩、 起動設備的經濟性起動設備的經濟性ZUIll3:Y 星形聯結時星形聯結時ZUIll3 三三角角形形聯聯結結時時：31Y llII31YlIZlU+U1U2V1V1W1W2 lIlU+ZU1U2V1V2W1W2ZL1L3L2FU

15、U1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1動觸點動觸點Y動觸點動觸點靜觸點靜觸點L1L3L2FUU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1UPU1+Ul+U2V1V2W1W2 工作工作L1L3L2FUU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1U2Ul+U1V1V2W1W2lUU31P (a) 僅適用于正常運行為三角形聯結的電機。僅適用于正常運行為三角形聯結的電機。 )(2StUT (b) Y 起動起動 ststTIY 換接起動適合于空載或輕載起動的場合換接起動適合于空載或輕載起動的場合SYtst31TT UlU1W2V2W1+U2V1UP+

16、Ul+U1W2V2W1U2V1L1L3L2FUQQ2.12NNUUN 12NNUUIINstst 12NNIIstst 212 NNIIstst2122 NNUUTTNstst自藕變壓器降壓起動自藕變壓器降壓起動 電動機降壓起動電流電動機降壓起動電流 與直與直接起動電流接起動電流 的關系為：的關系為：stI stI自藕變壓器原、副邊電流的關系為：自藕變壓器原、副邊電流的關系為： 將壓起動與直接起動供電變壓將壓起動與直接起動供電變壓器提供的起動電流關系為：器提供的起動電流關系為： 將壓起動與直接起動起動轉矩將壓起動與直接起動起動轉矩的關系為：的關系為：R 12220220)(st2IIRXREI

17、RR滑環滑環電刷電刷定子定子轉子轉子起動電阻起動電阻 R2 Tst 22022212stXRURKT 22RR stTTOn0nmaxT2R2R stT A2849230880380310453. 1)NNN3N2Ncos310 UPI 一臺一臺Y225M-4型的三相異步電型的三相異步電 動機，定子動機，定子繞組繞組型聯結，其額定數據為：型聯結，其額定數據為：P2N=45kW,nN=1480r/min，UN=380V， N=92.3%，cos N=0.88， Ist/IN=7.0, Tst/TN=1.9，Tmax/TN=2.2，求：，求： 2）由由nN=1480r/min，可知，可知 p=2

18、（四極電動機）（四極電動機）minr 15000/n 013. 015001480150000N nnns 3）mN 429014804595509550NN2N .nPTmN 9638429022)(NNmaxmax .TTTTmN 8551429091)(NNstst .TTTT 在在上例中上例中(1)如果負載轉矩為如果負載轉矩為 510.2Nm, 試試問問(1)在在U=UN和和U =0.9UN兩種情況下電動機能否兩種情況下電動機能否起動？（起動？（2）采用）采用Y- 換接起動時，求起動電流換接起動時，求起動電流和起動轉矩和起動轉矩.(3)又當負載轉矩為起動轉矩的又當負載轉矩為起動轉矩的8

19、0%和和50%時，電動機能否起動？時，電動機能否起動？ (1) Tst = 551.8Nm 510.2 N. m mN2510mN 4478551902st .T (2) Ist =7IN=7 84.2=589.4 AA519645983131st stY.II 在在U = 0.9UN 時時132329183%8042909183%80NstY .TT121459183%5042909183%50NstY .TT起動起動mN918385513131ststY .TT(3) 對對例例8.5.1中的電動機采用自耦變壓器降壓中的電動機采用自耦變壓器降壓起動，設起動時加到電動機上的電壓為額定電壓起動，

20、設起動時加到電動機上的電壓為額定電壓的的64%，求這時的線路起動電流，求這時的線路起動電流Ist 和電動機的和電動機的起動轉矩起動轉矩Tst 。2212)64. 0( NNIIststA4 .2414 .5890.642st I22Nstst64. 0 UUTTmN 226 8 .55164. 064. 0 2st2st TT 由定子繞組電壓方程式由定子繞組電壓方程式 可見，可見，電源頻率變化時，若電源電壓保持不變，則電機內磁通電源頻率變化時，若電源電壓保持不變，則電機內磁通就要發生變化，其后果是電機磁路飽和或轉矩下降，為就要發生變化，其后果是電機磁路飽和或轉矩下降，為保證變頻調速電機正常運行

21、，通常采用以下兩種變頻調保證變頻調速電機正常運行，通常采用以下兩種變頻調速方式。速方式。mWNfKU 11144. 4 （1 1）f1f1N ，這時要保證，這時要保證m不變，就要滿足不變，就要滿足 = =常數，常數，由于由于m基本不變，基本不變，這種調速方式稱為恒轉矩調這種調速方式稱為恒轉矩調速方式。速方式。1111fEfU pfsnsn106011 f=50HzM3 +變頻調速方法變頻調速方法恒轉距調速（恒轉距調速（f1f1N） （2）f1f1N，這時要保證，這時要保證m不變，電源電壓就要調不變，電源電壓就要調高，這是不允許的，而電源電壓維持不變，高，這是不允許的，而電源電壓維持不變， m就

22、要減小，就要減小，這種調速方式稱為恒功率調速方式。這種調速方式稱為恒功率調速方式。電動機電磁功率電動機電磁功率Fecu11MppPP電動機軸上輸出的機械功率電動機軸上輸出的機械功率pppPPmcu2M2)()(9550minr22nkwPT電動機輸出的轉矩電動機輸出的轉矩 電機在調速過程中，如果轉矩維持不變，輸出功率電機在調速過程中，如果轉矩維持不變，輸出功率一定會發生變化所以，若負載為恒功率的就不適且采用一定會發生變化所以，若負載為恒功率的就不適且采用恒轉矩的調速方式。電機在調速過程中，如果功率維持恒轉矩的調速方式。電機在調速過程中，如果功率維持不變，輸出的轉矩一定會發生變化，若負載為恒轉矩

23、的不變，輸出的轉矩一定會發生變化，若負載為恒轉矩的就不適且采用恒功率的調速方式。就不適且采用恒功率的調速方式。變頻調速方法可實現無級平滑調速變頻調速方法可實現無級平滑調速,調速性調速性能優異，因而正獲得越來越廣泛的應用。能優異，因而正獲得越來越廣泛的應用。A1X1A2X2iiP=2A1A2X1X2NNSSA1X1A2X2iiP=1 采用變極調速方法的電動機稱作雙速電機，采用變極調速方法的電動機稱作雙速電機，由于調速時其轉速呈跳躍性變化，因而只用在對由于調速時其轉速呈跳躍性變化，因而只用在對調速性能要求不高的場合，如銑床、鏜床、磨床調速性能要求不高的場合，如銑床、鏜床、磨床等機床上。等機床上。A

24、1A2X1X2SNTn0no22RR2R2R( 變轉差率調速是繞線式電動機特有的一種調變轉差率調速是繞線式電動機特有的一種調速方法。其優點是調速平滑、設備簡單投資少，速方法。其優點是調速平滑、設備簡單投資少，缺點是能耗較大。這種調速方式廣泛應用于各種缺點是能耗較大。這種調速方式廣泛應用于各種提升、起重設備中。提升、起重設備中。nnTLTLs sTs2R2Ro制動方法制動方法機械制動機械制動電氣制動電氣制動能耗制動能耗制動反接制動反接制動發電反饋制動發電反饋制動 在斷開三相電源的同時，給電動機其中兩相在斷開三相電源的同時，給電動機其中兩相繞組通入直流電流，直流電流形成的固定磁場與繞組通入直流電流

25、，直流電流形成的固定磁場與旋轉的轉子作用，產生了與轉子旋轉方向相反的旋轉的轉子作用，產生了與轉子旋轉方向相反的轉距（制動轉距），使轉子迅速停止轉動。轉距（制動轉距），使轉子迅速停止轉動。nF轉子轉子T n0=0 +-運轉運轉制動制動RP運轉運轉nFT n0nF轉子轉子T n0n n0 當電動機轉子的轉速大于旋轉磁場的轉當電動機轉子的轉速大于旋轉磁場的轉速速時（例如高速下放重物），旋轉磁場產生的時（例如高速下放重物），旋轉磁場產生的電電磁轉距作用方向發生變化，由驅動轉距變為磁轉距作用方向發生變化，由驅動轉距變為制制動轉距。電動機進入制動狀態，同時將外力動轉距。電動機進入制動狀態，同時將外力作作用

26、于轉子的能量轉換成電能回送給電網。用于轉子的能量轉換成電能回送給電網。 三相異步電動機三相異步電動機型號型號 Y132M-4 功功 率率 7.5KW 頻頻 率率 50Hz電壓電壓 380V 電電 流流 15.4A 接接 法法 轉速轉速 1440r/min 絕緣等級絕緣等級 B 工作方式工作方式 連續連續 年年 月月 編號編號 電機廠電機廠 磁極數磁極數( 極對數極對數 p = 2 )例如：例如： Y 132 M4 用以表明電動機的系列、幾何尺寸和極數。用以表明電動機的系列、幾何尺寸和極數。機座長度代號機座長度代號機座中心高（機座中心高（mm）三相異步電動機三相異步電動機異步電動機產品名稱代號異

27、步電動機產品名稱代號接線盒接線盒。通常。通常聯結聯結電機容量電機容量Y3kW 聯聯結結電電機機容容量量 kW4U2U1W2V1V2W1U1U2W2U2V2V1W1U1W1V1W2V2例如：例如：380/220V、Y/ 是指線電壓為是指線電壓為 380V 時時 采用采用 Y聯結；線電壓為聯結；線電壓為 220V 時采用時采用 聯結。聯結。 表示星形表示星形聯結聯結下電機的線電流為下電機的線電流為 6.73A；三角形；三角形聯結聯結下線電下線電流為流為 11.64A。兩種接法下相電流均為。兩種接法下相電流均為 6.73A。12PP cos3NN1IUP 鼠籠電機鼠籠電機 =7293電動機在額定運行

28、時定子繞組的電動機在額定運行時定子繞組的額定功率是指電機在額定運行時軸上輸出的機額定功率是指電機在額定運行時軸上輸出的機械功率械功率 P2，它不等于從電源吸取的電功率，它不等于從電源吸取的電功率 P1。PN 三相異步電動機的功率因數較低，在額定負載三相異步電動機的功率因數較低，在額定負載時約為時約為 0.7 0.9。空載時功率因數很低，只有。空載時功率因數很低，只有 0.2 0.3。額定負載時，功率因數最高。額定負載時，功率因數最高。 電機在額定電壓、額定負載下運行時的轉速。電機在額定電壓、額定負載下運行時的轉速。P2cos O 0N0Nnnns 額額定定轉轉差差率率指電機絕緣材料能夠承受的極

29、限溫度等級，分指電機絕緣材料能夠承受的極限溫度等級，分為為A、E、B、F、H五級，五級，A級最低級最低(105C)，H級最高級最高(180C)。 功率選得過大不經濟，功率選得過小電動機功率選得過大不經濟，功率選得過小電動機容易因過載而損壞。容易因過載而損壞。1. 對于連續運行的電動機，所選功率應等于或略對于連續運行的電動機，所選功率應等于或略大于生產機械的功率。大于生產機械的功率。2. 對于短時工作的電動機，允許在運行中有短暫對于短時工作的電動機，允許在運行中有短暫的過載，故所選功率可等于或略小于生產機械的過載，故所選功率可等于或略小于生產機械的功率。的功率。 一般應用場合應盡可能選用鼠籠式電

30、動機。一般應用場合應盡可能選用鼠籠式電動機。只有在需要調速、不能采用鼠籠式電動機的場只有在需要調速、不能采用鼠籠式電動機的場合才選用繞線式電動機。合才選用繞線式電動機。 根據工作環境的條件選擇不同的結構型式，根據工作環境的條件選擇不同的結構型式，如開啟式、防護式、封閉式電動機。如開啟式、防護式、封閉式電動機。 根據電動機的類型、功率以及使用地點的電根據電動機的類型、功率以及使用地點的電源電壓來決定。源電壓來決定。 Y系列鼠籠電動機的額定電壓只有系列鼠籠電動機的額定電壓只有380V一個一個等級。大功率電動機才采用等級。大功率電動機才采用3000V和和6000V。轉子一般用鼠籠式轉子一般用鼠籠式定

31、子定子定子定子繞組繞組轉子轉子AA NS 定子繞組產生的脈動磁場定子繞組產生的脈動磁場 ，可用，可用正、反兩個正、反兩個轉速相同的旋轉磁場合成來等效。即轉速相同的旋轉磁場合成來等效。即- + - m= + -=m21 t O + - - + + - 1T2TnT 合成轉矩有下列特點：合成轉矩有下列特點： （1）n=0時，時，T=0，意味著，意味著單相電動機沒有起動轉矩。單相電動機沒有起動轉矩。 （2）n0時，時，T0，n0時，時，T0，電磁轉矩是拖動性質的，電磁轉矩是拖動性質的轉矩，即電機一旦起動，就能轉矩，即電機一旦起動，就能維持運轉。維持運轉。 （3）單相電動機的理想空）單相電動機的理想空

32、載轉速載轉速n0略小于同步轉速略小于同步轉速n1。 .F鼠籠式轉子鼠籠式轉子導條及電流導條及電流AA一、一、 電容分相式異步電動機電容分相式異步電動機1 結構：結構：(1)定子繞組有兩個定子繞組有兩個： 其中其中AX為工作繞組，為工作繞組，BY為起動繞組，兩個繞組在為起動繞組，兩個繞組在定子圓周上空間位置相差定子圓周上空間位置相差90o AX、BY 起動繞組起動繞組BY與電容器串聯后，再與工作繞與電容器串聯后，再與工作繞組組AX并聯接單相電源。并聯接單相電源。 (2)接線：接線： （3） 的相位關系：的相位關系： 21II、相差圖相差圖121I2IU選擇適當的電容值選擇適當的電容值C，可使，可使 21II、相位差相位差 o9021例如：洗衣機電機起動電容為：例如：洗衣機電機起動電容為：