电工学课件第7章交流电动机.ppt

1、12022-11-1622022-11-163机座：机座：铸钢铸钢或或铸铁铸铁4转子电路的特点：自行闭合，不外接电力负载。转子电路的特点：自行闭合，不外接电力负载。鼠笼转子鼠笼转子(1)鼠笼式绕组鼠笼式绕组 铁芯槽内放铜条，端铁芯槽内放铜条，端 部用短路环形成一体。部用短路环形成一体。或铸铝形成转子绕组。或铸铝形成转子绕组。(2)(2)绕线式绕组绕线式绕组56 结构简单、价格低廉、工作可靠；不能人为改结构简单、价格低廉、工作可靠；不能人为改变电动机的机械特性。变电动机的机械特性。结构复杂、价格较贵、维护工作量大；转子结构复杂、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。外加

2、电阻可人为改变电动机的机械特性。2022-11-1678 120sin120sinsinmCmBmAtIitIitIi BiAXBYCZAiCiCiAiBiito2022-11-169规定：规定：i i:“+”“+”首端流入，尾端流出。首端流入，尾端流出。i i:“”尾端流入，首端流出。尾端流入，首端流出。A AY YC CB BZ ZX X()()电流出电流出()电流入电流入iCiAiBiomIt2022-11-1610A AX XY YC CB BZ ZA AX XY YC CB BZ ZA AX XY YC CB BZ ZNS0 t 60t 0n60 90t 60600 0SNSN 90

3、CiBiAii t tmIo2022-11-1611A AA AX XY YC CB BZ ZA AA AX XY YC CB BZ Z分析可知：三相电流产生的合成磁场是一旋转的磁场分析可知：三相电流产生的合成磁场是一旋转的磁场 且且2.2.0t 60t CiAXBYCZAiBiNSNSCiBiAii t tmIo2022-11-16120t 即：即：1pBiAXBYCZAiCiA AX XY YC CB BZ ZNSCiBiAii t tmIo2022-11-1613CYABCXYZAXBZAiBiCiX A AXBYB Y CC Z Z2022-11-1614极对数极对数2p旋转磁场的磁极

4、对数旋转磁场的磁极对数与三相绕组的排列有关与三相绕组的排列有关CYABCXYZAXBZAiBiCiAX XNSZCZ BYB Y A C SNCiBiAii t tmIo15分分）转转/(6010fn 工工频频：Hz501 f分）分）转转/(30000 np p=1=1时时A AX XY YC CB BZ ZNSA AX XY YC CB BZ ZNSA AX XY YC CB BZ ZNSCiBiAii t tmIo2022-11-1616X NSA X ABZCYZ C Y B SN0t 60tp p=2 2时时分）分）转转/(150026010 fn0n30AX XZ CZBYB Y A

5、 C NSNSCiBiAii t tmIo17)/(6010分分转转pfn 2p180分）转/(50011p360分）转/(0003极对数极对数每个电流周期每个电流周期磁场转过的空间角度磁场转过的空间角度同步转速同步转速)f(Hz501 3p120分）转/(00014p分分）转转/(75090旋旋转转磁磁场转场转速速n n0 0与频与频率率f f1 1和和极对数极对数p p有有关关。18A AX XY YC CB BZ Z分）分）转转/(6010pfn BlvBliF FvF F0nNS2022-11-16190nn 0nn 如果如果:0nn 2021%s)91(%10000 nnns10 s

6、亦可由转差率求转子转速亦可由转差率求转子转速0)(1nns 2022-11-1622 例：一台三相异步电动机，其额定转速例：一台三相异步电动机，其额定转速 n n=975 r/min=975 r/min，电源频率，电源频率 f f1 1=50 Hz=50 Hz。试求电。试求电动机的极对数和额定负载下的转差率。动机的极对数和额定负载下的转差率。解：解：根据异步电动机转子转速与旋转磁场同步转根据异步电动机转子转速与旋转磁场同步转速的关系可知：速的关系可知：n n0 0=1000 r/min,=1000 r/min,2.5%100%10009751000%10000 nnns2022-11-1623

7、变压器：变压器：变化变化 e eU U1 1 E E1 1=4.44=4.44 f Nf N1 1 E E2 2=4.44=4.44 f Nf N2 2 11 444Nf.U i1u1e1e 1e2e 2i2+f f1 1f f2 22022-11-1624异步电动机：异步电动机：旋转磁场切割导体旋转磁场切割导体 e e，U U1 1 E E1 1=4.44=4.44 f f 1 1N N1 1 每极磁通每极磁通111444Nf.U 1U 旋转磁场与定子导体间的相对速度为旋转磁场与定子导体间的相对速度为 n n0 0，所以，所以1 16001pnf 感应电动势的频率与磁场和导体间的相对速度有关

8、感应电动势的频率与磁场和导体间的相对速度有关f f 1 1=电源频率电源频率 f f2022-11-1625定子导体与旋转磁场间的相对速度固定，而转子定子导体与旋转磁场间的相对速度固定，而转子导体与旋转磁场间的相对速度随转子的转速不同而导体与旋转磁场间的相对速度随转子的转速不同而变化变化 定子感应电势频率定子感应电势频率 f f 1 1 转子感应电势频率转子感应电势频率 f f 2 2 1000026060fspnnnnpnnf 旋转磁场切割定子导体和转子导体的速度不同旋转磁场切割定子导体和转子导体的速度不同2022-11-1626 E E2020=4.44=4.44 f f 1 1N N2

9、2 即即E E2 2=s Es E2020 2122222LfsLfX X X2020=2=2 f f1 1L L 2 2即即X X2 2=sXsX2020 27222222XREI 2202220)(sXRsE )(0002nnIs 2202220max21XREIs 220222222222)(cossXRRXRR 202SXRs 很很小小时时1cos2 202XRss 较较大大时时s1cos2 2022-11-16282202220222222)(XREXREIss 2202222)(cosXRRs 变化曲线变化曲线随随、SI cos22)(2 Isn)cos(2 sn 结论：转子转动时

10、，转结论：转子转动时，转 子电路中的各量均与转子电路中的各量均与转 差率差率 s s有关，即与转速有关，即与转速 n n有关。有关。I I2 2coscos 2 2s s1 1I I2 2,2cos O O2022-11-162922Tcos IKT 常数，与电常数，与电机结构有关机结构有关旋转磁场旋转磁场每极磁通每极磁通转子电流转子电流转子电路转子电路功率因数功率因数ilBF 22cos,IT 2022-11-163021220222)(UsXRsRKT 22 cos IKTT 22022202)(XREIss 2202222)(cosXRRs mNfU11144.4 由前面分析知：由前面分

11、析知：2022-11-163121220222)(UsXRsRKT 21U2022-11-1632maxTmSNSO OT TS S曲线曲线)(sfT 曲线曲线)(Tfn 根据转矩公式根据转矩公式22022212)(sXRUsRKT 得特性曲线：得特性曲线：NnmaxTstTO OnT TNT0nstT1 1NT2022-11-1633NnNT)/()(9550NNN分分转转千瓦千瓦nPT O OnT T0n(N m)(N m)如某普通机床的主轴电机如某普通机床的主轴电机(Y132M-4(Y132M-4型型)的额定功的额定功率为率为7.5kw,7.5kw,额定转速为额定转速为1440r/min

12、,1440r/min,则额定转矩为则额定转矩为nPnPPT9550602 m.N7.4914405.795509550NNN nPT2022-11-163421220222UsXRsRKT)(2021max2XUKT 0dd ST令：令：求得求得202mXRss 临界转差率临界转差率O On0nT Tmaxmax将将s sm m代入转矩公式，可得代入转矩公式，可得2022-11-1635 max121max,)1(TUUT2021max2XUKT NmaxTT 一般三相异步电动机的过载系数一般三相异步电动机的过载系数2.28.1 12 II(2(2)s smm与与 R R2 2 有有关关，R

13、R2 2 s smm n n 。绕线绕线式式电电机改机改变转变转子附加子附加电电阻阻R R 2 2 可可实现调实现调速。速。2022-11-163622022212)(sXRUsRKT 22022212stXRURKT 电动机起动时的转矩。电动机起动时的转矩。起动时起动时n n=0=0 时时，s s=1=1 st121st,)1(TUUT(2)(2)T Tst st与与 R R2 2 有关，有关，适当使适当使 R R2 2 T Tst st 。绕线式电机改变转子附加电阻绕线式电机改变转子附加电阻R R 2 2,可使可使T Tst st=T Tmaxmax 。0nO OnT TR R2 2X X

14、2 20 0时，时，R R2 2 T Tst st ；R R2 2X X2 20 0时，时，R R2 2 T Tst st 2022-11-1637体现了电动机带载起动的能力。体现了电动机带载起动的能力。NststTT 起起动动能力能力 例：一台三相异步电动机，其起动能力例：一台三相异步电动机，其起动能力K Kst st=1.2=1.2，起动时负载转矩起动时负载转矩T T2 2=0.8=0.8T TN N。如果起动时定子电压。如果起动时定子电压降低降低20%20%，问能否启动？，问能否启动？解：解：21UTst 38T T2 2 s sT T2 2 T TT T =T=T2 2n n T T

15、T T 2 2达到新的平衡达到新的平衡T T2 20nnT TO On2022-11-16390nnT TO OT T2 2 s sT T2 2 T Tn n T T 电动机停车电动机停车 n n n n=0=0T T2 2 S S T T2 2 510.2 N.m m 510.2 N.m mN2510mN 4478551902st .T (2)2)I Ist st =7=7I IN N=7=7 84.2=589.4 A84.2=589.4 AA519645983131st stY.II 在在U U=0.9=0.9U UN N 时时2022-11-1657132329183%804290918

16、3%80NstY .TT121459183%5042909183%50NstY .TT起动起动mN918385513131ststY .TT(3)(3)2022-11-1658 对对例例8.5.18.5.1中的电动机采用自耦变压器降压中的电动机采用自耦变压器降压起动，设起动时加到电动机上的电压为额定电压起动，设起动时加到电动机上的电压为额定电压的的64%64%，求这时的线路起动电流，求这时的线路起动电流I Ist st 和电动机的和电动机的起动转矩起动转矩T Tst st。设电动机的起动电压为设电动机的起动电压为UU，电动机的起动，电动机的起动电流为电流为I Ist st stNst64064

17、0I.ZU.ZUI 依据变压器的一次、二次侧电压电流关系，依据变压器的一次、二次侧电压电流关系，可求得线路起动电流可求得线路起动电流I Ist st。5964.0Nstst UUIIA424145890.64 6406406406402st2ststst.I.I.I.I 2 UT 又又22Nstst640 .UUTT mN 226 8551640640 2st2st .T.T60st2stIxI st2stTxT 61 pfsnsn106011 f=50HzMM3 3 +变频调变频调速方法速方法恒恒转转距距调调速（速（f f1 1 f f1N1N）62变频调速方法可实现无级平滑调速变频调速方法

18、可实现无级平滑调速,调速性调速性能优异，因而正获得越来越广泛的应用。能优异，因而正获得越来越广泛的应用。A A1 1X X1 1A A2 2X X2 2i ii iP P=2=2 A A1 1A A2 2X X1 1X X2 2 N NN NS SS S63A A1 1X X1 1A A2 2X X2 2i ii iP P=1=1 采用变极调速方法的电动机称作双速电机，采用变极调速方法的电动机称作双速电机，由于调速时其转速呈跳跃性变化，因而只用在对由于调速时其转速呈跳跃性变化，因而只用在对调速性能要求不高的场合，如铣床、镗床、磨床调速性能要求不高的场合，如铣床、镗床、磨床等机床上。等机床上。A

19、 A1 1 A A2 2X X1 1X X2 2S SN N64T Tn0no o22RR 2R2R(变转差率调速是绕线式电动机特有的一种调变转差率调速是绕线式电动机特有的一种调速方法。其优点是调速平滑、设备简单投资少，速方法。其优点是调速平滑、设备简单投资少，缺点是能耗较大。这种调速方式广泛应用于各种缺点是能耗较大。这种调速方式广泛应用于各种提升、起重设备中。提升、起重设备中。n nn n T TL LT TL Ls s s sT Ts s2R2Ro65制动方法制动方法机械制机械制动动电气电气制制动动能耗制动能耗制动反接制动反接制动发电反馈制动发电反馈制动66nF转子转子T T n n0 0

20、=0=0+-运转运转制动制动R RP P 在断开三相电源的同时，给电动机其中两相在断开三相电源的同时，给电动机其中两相绕组通入直流电流，直流电流形成的固定磁场与绕组通入直流电流，直流电流形成的固定磁场与旋转的转子作用，产生了与转子旋转方向相反的旋转的转子作用，产生了与转子旋转方向相反的转距（制动转距），使转子迅速停止转动。转距（制动转距），使转子迅速停止转动。67运转运转nFT T n n0 0 68动状态，同时将外力作用于转子的能量转换成动状态，同时将外力作用于转子的能量转换成电能回送给电网。电能回送给电网。nF转子转子T T n n0 0n n n n0 0 当电动机转子的转速大于旋转磁场

21、的转速当电动机转子的转速大于旋转磁场的转速时，旋转磁场产生的电磁转距作用方向发生变时，旋转磁场产生的电磁转距作用方向发生变化，由驱动转距变为制动转距。电动机进入制化，由驱动转距变为制动转距。电动机进入制69 磁磁极数极数(极对数极对数 p p=2=2)例如：例如：Y 132 MY 132 M4 4 用以表明电动机的系列、几何尺寸和极数。用以表明电动机的系列、几何尺寸和极数。机座机座长长度代度代号号机座中心高（机座中心高（mmmm）三相三相异异步步电动电动机机2022-11-1670异步电动机产品名称代号异步电动机产品名称代号71接线盒接线盒。通常。通常联结联结电机容量电机容量Y3kW 联结联结

22、电机容量电机容量 kW4U2U1W2V1V2W1U1U2W2U2V2V1W1U1W1V1W2V22022-11-1672例如：例如：380/220V380/220V、Y/Y/是指线电压为是指线电压为 380V 380V 时时 采用采用 Y Y联结；线电压为联结；线电压为 220V 220V 时采用时采用 联结。联结。73 表示星形表示星形联结联结下电机的线电流为下电机的线电流为 6.73A6.73A；三角形；三角形联结联结下线电下线电流为流为 11.64A11.64A。两种接法下相电流均为。两种接法下相电流均为 6.73A6.73A。N1NNPP cos3NNN1IUP 鼠鼠笼电笼电机机 N=

23、7293电动机在额定运行时定子绕组的电动机在额定运行时定子绕组的 额定功率是指电机在额定运行时轴上输出的额定功率是指电机在额定运行时轴上输出的机械功率机械功率 ，它不等于从电源吸取的电功率，它不等于从电源吸取的电功率 P P1N1N。2022-11-1674PN 三相异步电动机的功率因数较低，在额定负载三相异步电动机的功率因数较低，在额定负载时约为时约为 0.7 0.90.7 0.9。空载时功率因数很低，只有。空载时功率因数很低，只有 0.2 0.30.2 0.3。额定负载时，功率因数最高。额定负载时，功率因数最高。电机在额定电压、额定负载下运行时的转速。电机在额定电压、额定负载下运行时的转速

24、。P2cos O O2022-11-1675 0N0Nnnns 额定转差率额定转差率指电机绝缘材料能够承受的极限温度等级，分指电机绝缘材料能够承受的极限温度等级，分为为A A、E E、B B、F F、H H五级，五级，A A级最低级最低(105C)(105C)，H H级级最高最高(180(180C)C)。76 功率选得过大不经济，功率选得过小电动机功率选得过大不经济，功率选得过小电动机容易因过载而损坏。容易因过载而损坏。1.1.对于连续运行的电动机，所选功率应等于或略对于连续运行的电动机，所选功率应等于或略大于生产机械的功率。大于生产机械的功率。2.2.对于短时工作的电动机，允许在运行中有短暂

25、对于短时工作的电动机，允许在运行中有短暂的过载，故所选功率可等于或略小于生产机械的过载，故所选功率可等于或略小于生产机械的功率。的功率。77 一般应用场合应尽可能选用鼠笼式电动机。一般应用场合应尽可能选用鼠笼式电动机。只有在需要调速、不能采用鼠笼式电动机的场只有在需要调速、不能采用鼠笼式电动机的场合才选用绕线式电动机。合才选用绕线式电动机。根据工作环境的条件选择不同的结构型式，根据工作环境的条件选择不同的结构型式，如开启式、防护式、封闭式电动机。如开启式、防护式、封闭式电动机。根据电动机的类型、功率以及使用地点的电根据电动机的类型、功率以及使用地点的电源电压来决定。源电压来决定。Y Y系列鼠笼

26、电动机的额定电压只有系列鼠笼电动机的额定电压只有380V380V一个一个等级。大功率电动机才采用等级。大功率电动机才采用3000V3000V和和6000V6000V。78转子一般用鼠笼式转子一般用鼠笼式定子定子定子定子绕组绕组转子转子A AA A NS79 定子绕组产生的脉动磁场定子绕组产生的脉动磁场，可用，可用正、反两个正、反两个旋转磁场合成来等效。即旋转磁场合成来等效。即-+-m=+-=m21 t O O80 +-+-+-t=08102 s121 ss合成转矩合成转矩s01 s22 s21 s1T起动转矩起动转矩为零为零2T正正转转转转反反82.F鼠笼式转子鼠笼式转子导条及电流导条及电流A

27、 AAA8384i iA AA AB BB B A A i iB BtIi sinAmA)90sin(BmB tIi 正弦波形如图所示。正弦波形如图所示。i iB Bi iA AitmIO O85 45t 0 t A AB BB B A A o0 t A AB BB B A A 90t 0 t A AB BB B A A 两相旋转磁场两相旋转磁场45450 090900 0i iB Bi iA AitmIO O86 将开关将开关S S合在位置合在位置1 1，电容，电容C C与与B B绕组串联，电流绕组串联，电流 i iB B较较i iA A超前近超前近9090；当；当将将S S切换到位置切换到

28、位置2 2，电容，电容C C与与A A绕组串联，电流绕组串联，电流i iA A 较较i iB B 超超前近前近9090。这样就改变了旋转磁。这样就改变了旋转磁场的转向，从而实现电动机的场的转向，从而实现电动机的反转。反转。A AB BB B i iA Ai iB BA A 1 12 2 87 i i 1 1 2 2定子绕组定子绕组鼠笼式转子鼠笼式转子短路环短路环极掌极掌(极靴极靴)88 当电流当电流i i 流过定子绕组时，产生了一部分磁流过定子绕组时，产生了一部分磁通通 1 1，同时产生的另一部分磁通与短路环作用，同时产生的另一部分磁通与短路环作用生成了磁通生成了磁通 2 2。由于短路环中感应

29、电流的阻碍。由于短路环中感应电流的阻碍作用，使得作用，使得 2 2在相位上滞后在相位上滞后 1 1，从而在电动机，从而在电动机定子极掌上形成一个向短路环方向移动的磁场，定子极掌上形成一个向短路环方向移动的磁场，使转子获得所需的起动转矩。使转子获得所需的起动转矩。罩极式单相异步电动机起动转矩较小，转向罩极式单相异步电动机起动转矩较小，转向不能改变，常用于电风扇、吹风机中；电容分相不能改变，常用于电风扇、吹风机中；电容分相式单相异步电动机的起动转矩大，转向可改变，式单相异步电动机的起动转矩大，转向可改变，故常用于洗衣机等电器中。故常用于洗衣机等电器中。8990 解：解：电动电动机机电电磁磁转转矩矩

30、T T U U1 12 2，当电当电源源电压电压下降下降低低时时，电电磁磁转转矩矩减减小，使小，使转转速下降，速下降，转转差率增加，差率增加，转转子子电电流和定子流和定子电电流流都都会会增大。增大。稳稳定定时电时电磁磁转转矩等于机械矩等于机械负载转负载转矩，但矩，但转转矩降低了，定、矩降低了，定、转转子子电电流却增大了。流却增大了。过过程如下：程如下：TIISnUTU12211)(使使T T=T TC C。例：例：三相异步电动机在一定的负载转矩下运行三相异步电动机在一定的负载转矩下运行时，如电源电压降低，电动机的转矩、电流及转速时，如电源电压降低，电动机的转矩、电流及转速有无变化？有无变化？91