机电传动控制精品课件：第4章 交流电动机的工作原理及特性.ppt

1、1,机电传动控制,第4章 交流电动机的工作原理及特性,本章需要掌握的内容：,1,3,2,三相异步电动机的结构和工作原理,三相异步电动机的机械特性,三相异步电动机的启动、调速和制动方法,2,交流电动机,电动机,直流电动机,他励、并励、串励、复励,电动机的分类,3,4.1 三相异步电动机的结构和工作原理,4.1.1 三相异步电动机的基本结构 定子由铁心、绕组、机座组成，产生旋转磁场。 转子由铁心、绕组组成，铁心构成磁路的一部分。,定子和定子绕组,转子和转子绕组,4,4.1 三相异步电动机的结构和工作原理,1.定子,5,4.1 三相异步电动机的结构和工作原理,6,4.1 三相异步电动机的结构和工作原

2、理,7,4.1 三相异步电动机的结构和工作原理,8,4.1 三相异步电动机的结构和工作原理,转子: 在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电流。,2.转子,铁芯：由外周有槽的硅钢片叠成。,(2) 绕线式转子,外接变阻器（启动和速度调节）,滑环和电刷,9,4.1 三相异步电动机的结构和工作原理,10,4.1 三相异步电动机的结构和工作原理,11,4.1 三相异步电动机的结构和工作原理,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。,12,4.1 三相异

3、步电动机的结构和工作原理,4.1.2 三相异步电动机的工作原理,给三相对称的定子绕组通以三相交流电流，产生旋转磁场，在转子中感生出电流，此电流受到电磁力的作用，产生转矩驱动转子及其所带负载运动。,13,4.1 三相异步电动机的结构和工作原理,磁极旋转,导线切割磁力线产生感应电动势,导线长,切割速度,（右手定则）,14,4.1 三相异步电动机的结构和工作原理,三相交流电,定子三相绕组,如图示定子N-S主磁场以n0顺时针旋转,TM产生条件是n0和n有相对运动,转差率,n0同步转速 n转子转速,15,4.1 三相异步电动机的结构和工作原理,异步电机运行中:,转差率为旋转磁场的同步转速和电动机转速之差

4、与同步转速的比值。即：,16,4.1 三相异步电动机的结构和工作原理,异步,2. 线圈比磁场转得慢,17,4.1 三相异步电动机的结构和工作原理,4.1.3 三相异步电动机的旋转磁场,定子三相绕组通入三 相交流电(星形联接),1.旋转磁场的产生,主磁场N-S顺时针旋转180度 （旋转磁场n0在一对极p=1时）,4.1 三相异步电动机的结构和工作原理,i : “” 尾端流入， 首端流出。,合成磁场,19,4.1 三相异步电动机的结构和工作原理,综上分析：三相电流产生的合成磁场是一旋转的磁场。 即：一个电流周期，旋转磁场在空间转过360。 电流频率为f的三相异步电动机，产生的旋转磁场转速为,20,

5、4.1 三相异步电动机的结构和工作原理,A,取决于三相电流的相序,2.旋转磁场的旋转方向,结论： 任意调换两根 电源进线，则旋转 磁场反转。,任意调换两根电源进线 (电路如图),21,4.1 三相异步电动机的结构和工作原理,取决于三相电流的相序,2.旋转磁场的旋转方向,结论： 任意调换两根 电源进线，则旋转 磁场反转。,任意调换两根电源进线 (电路如图),22,4.1 三相异步电动机的结构和工作原理,3.旋转磁场与极对数p,当三相定子绕组按图示排列时，产生一对磁极的旋转磁场，即：,23,4.1 三相异步电动机的结构和工作原理,极对数,旋转磁场的磁极对数与三相绕组的排列有关,若定子每相绕组由两个

6、线圈串联 ，绕组的始端 之间互差60，将形成两对磁极的旋转磁场。,3.旋转磁场与极对数p,24,4.1 三相异步电动机的结构和工作原理,3.旋转磁场与极对数p,极对数,旋转磁场转速（同步转速）,磁场转了90度,n0r/min fHZ p极对数（p=1、2、3）,4.1 三相异步电动机的结构和工作原理,3.旋转磁场与极对数p,26,4.1 三相异步电动机的结构和工作原理,工频：,旋转磁场的转速取决于磁场的极对数,p=1时,27,4.1 三相异步电动机的结构和工作原理,p=2时,28,4.1 三相异步电动机的结构和工作原理,旋转磁场转速n0与极对数 p 的关系,常用交流电机定子同步转速与转子旋转速

7、度,29,4.1 三相异步电动机的结构和工作原理,4.定子绕组的线端连接方式,一般三相异步电动机定子的接线方式（三角形、星形）由使用者决定。 星形接法： 三角形接法：,定子三相绕组的连接方式（Y形或形）的选择，须视电源的线电压而定。如果电动机所接入的电源线电压等于电动机的额定相电压，那么，它的绕组应该接成三角形；如果电源线电压是电动机额定相电压的 倍，那么，它的绕组应该接成星形。,30,4.1 三相异步电动机的结构和工作原理,4.定子绕组的线端连接方式,接线端子,铭牌：Y/定子接线方式 380/220不同接线方式应 加的线电压。,31,4.1 三相异步电动机的结构和工作原理,4.定子绕组的线端

8、连接方式,通常电动机名牌上标有符号Y/和数字380/220，前者表示定子绕组的接法，后者表示对应该接法应加的线电压值。,举例：若电源的线电压值380V,两台三相异步电机： a)电压220/380,连接方法/Y; b)电压380/660,连接方法/Y。,32,4.1 三相异步电动机的结构和工作原理,4.定子绕组的线端连接方式,举例：若电源的线电压值380V：a)电压220/380,连接方法/Y; b)电压380/660,连接方法/Y。,电动机铭牌上的额定数据 型号 额定功率PN (输出的机械功率) 额定电压 UN (220/380V /Y) 额定频率f (50HZ) 额定电流IN (10.35/

9、5.9A /Y) 额定转速nN (额定转差率SN) 工作方式 (定额) 温升(或绝缘等级) 电动机重量,4.2 三相异步电动机的额定参数,4.2.1 三相异步电动机的额定值,电动机铭牌上不标的额定数据 额定功率因数cosN：即在额定频率、额定电压和电机轴上输出额定功率时，定子相电流与相电压之间相位差的余弦。 额定效率N,额定转矩TN,4.2 三相异步电动机的额定参数,4.2.1 三相异步电动机的额定值,35,4.2.2 三相异步电动机的能流图,输入定子的电功率,定子绕组的铜耗,转子绕组的铜耗 Pcu2=sPcu,输入转子的电磁功率,定子铁芯的铁损(磁滞和涡流损耗),机械损失功率,输出的机械功率

10、,4.2.2 三相异步电动机的能流图,（效率一般0.7-0.9，容量越大，效率越高。）,复习背景知识：,4.3 三相异步电动机的转矩与机械特性,4.3.1.1定子电路分析,4.3 三相异步电动机的转矩与机械特性,4.3.1 三相异步电动机的定子电路和转子电路,电压平衡方程式为： u1=i1R1-e1-eL1 e1为主磁通产生的感生电势 eL1为漏磁通产生的感生电势 i1R1和eL1均很小，可忽略 结论：U1E1 即定子绕组外加相电压与定子产生的感生电动势相等。,4.3 三相异步电动机的转矩与机械特性,4.3.1.1定子电路分析,4.3.1.2转子电路分析,转子感应电势有效值为,转子切割磁力线的

11、相对速度为：n0-n 则转子频率为： f2=p(n0-n)/60= Sf1 转子产生感生电动势为： E2=4.44f2N2=4.44Sf1N2 当n=0,s=1时转子产生的感生电动势为： E20=4.44f1N2 则有：E2=SE20 此外转子感抗； X2=2f2LL2= 2Sf1LL2=sX20,转子回路电压平衡方程式： e2=i2R2-eL2,4.3 三相异步电动机的转矩与机械特性,4.3.1.2转子电路分析 转子电路的复向量方程为：,转子感应电流有效值为：,转子电路功率因数为(I2迟后E2一个2角),4.3 三相异步电动机的转矩与机械特性,4.3 三相异步电动机的转矩与机械特性,转子电路

12、的各物理量（如电流，频率，功率因数等）都与S有关。,n=n0,n=0,S,很小,43,4.3 三相异步电动机的转矩与机械特性,4.3.2 三相异步电动机的转矩 电磁转矩 T：转子中各载流导体在旋转磁场的作用下, 受到电磁力所形成的转距之总和。,常数,每极磁通,转子电流,转子电路的,直流电动机的转矩,44,4.3 三相异步电动机的转矩与机械特性,得到转矩公式,U,U1-定子绕组相电压； R2-转子每相绕组的电阻； X20-n=0时转子每相绕组的感抗； K-三相异步电动机的转矩常数,4.3 三相异步电动机的转矩与机械特性,46,4.3 三相异步电动机的转矩与机械特性,根据转矩公式,得特性曲线：,4

13、.3.3 三相异步电动机的机械特性,47,4.3 三相异步电动机的转矩与机械特性,电动机在额定负载时的转矩。,1.额定转矩TN,三个重要转矩,额定转矩,(N m),P2为电动机转轴上输出的机械功率,48,4.3 三相异步电动机的转矩与机械特性,2.最大转矩 Tmax,电机带动最大负载的能力。,临界转差率,将sm代入转矩公式，可得,49,4.3 三相异步电动机的转矩与机械特性,当 U1 一定时，Tmax为定值,过载系数(能力),一般三相异步电动机的过载系数为,工作时必须使T2 Tmax ，否则电机将停转。,电机严重过热而烧坏。,50,4.3 三相异步电动机的转矩与机械特性,3. 启动转矩 Tst

14、,电动机启动时的转矩。,启动时n= 0 时，s =1,(2) Tst与 R2 有关， 适当使 R2 Tst 。对绕线式 电机改变转子附加电阻 R2 , 可使Tst =Tmax 。,Tst体现了电动机带载启动的能力。 若 Tst T2电机能启动，否则不能启动。,启动能力,51,4.3.2 三相异步电动机的机械特性,一、 固有机械特性（四个特征点描述机械特性曲线）,1 理想空载点（0，n0 ） 其中：n0=60f1/p 2 电机额定工作点（TN，nN) 其中： TN=9.55PN/nN 3 启动点（Tst,0)，此时n=0,s=1,所以 4 极值点（Tmax,nm) 有：,电机固有机械特性的两个重

15、要指标 1 启动能力系数： 2 过载能力系数：,转矩-转差率实用公式（规格化转矩转差率) 用T/Tmax并将Sm代入则有：,52,三相异步电动机的固有机械特性曲线,（0，n0 ）,（Tst,0),（Tmax,nm),（TN，nN),53,二 、人为机械特性,电机机械特性与定子绕组相电压U，定子电源频率f，转子阻值 R2，转子感抗X20有关。将改变定子电压U、定子电源频率f、定子电路串入电阻或电抗、转子电路串入电阻或电抗（线绕式电机）时的机械特性称为人为机械特性。,4.3 三相异步电动机的转矩与机械特性,54,1 降低电机电源电压时的人为机械特性,4.3 三相异步电动机的转矩与机械特性,电压降低

16、后特性变化的特点： n0、 Sm不变； Tmax大大减小，对U敏感。在同一转差率下，人为特性与固有特性的转矩之比等于二者电压的平方之比； 机械特性变软； TL不变下，SI温度升高。,55,2 定子电路串电阻或电抗的人为机械特性,4.3 三相异步电动机的转矩与机械特性,特性变化的特点： n0、 Sm不变； 机械特性变软； 3. 与降低电源电压时的人为特性类似，所不同的是定子电路串电阻或电抗的最大转矩比直接降压时的最大转矩大些。,原因： ns I 电阻或电抗上的压降 定子绕组端电压,56,3 改变电源频率f时的人为机械特性,4.3 三相异步电动机的转矩与机械特性,特性变化的特点：n0、 Sm改变，

17、机械特性硬度基本不变，最大转矩不变。,f2f1f,57,4 转子串电阻时（只适用于线绕式电机）,4.3 三相异步电动机的转矩与机械特性,特性变化的特点： Sm增大，机械特性变软；,在一定范围内，适当增大所串入电阻，Tst将增大。,58,4.4 异步电动机的启动,4.4.1 启动性能,启动： n = 0，s =1, 接通电源。,电动机从接通电源到开始转动，转速逐渐增高，一直到达稳定转速为止，这一过程称为启动过程。启动过程的时间虽然只有几秒至几十秒但对电网电压及电动机的转矩影响很大。,异步电动机的启动性能包括：启动电流、启动转矩、 启动时间、启动的可靠性。其中最重要的是启动电流和启动转矩。,59,

18、4.4 异步电动机的启动,启动电流 在启动瞬间，旋转磁场对静止的转子有很大的相对转 速，此时转子的感应电势为E20，假设电动机的额度转 差率SN=0.05 ，则启动时 转子的感应电势为 ： 相当于额定转速时转 子感应电势的20倍， 因此，启动时的转子电流 也很大，但不是额度电流的20倍，因为这时转子感抗 X20X2, X2也是随S变化的量。由于转子电流很大，与变 压器负绕组增加引起原绕组电流增加的原理相似，所以 定子电流也很大，中小型鼠笼式电动机启动电流为额定 电流的5 -7 倍。,60,4.4 异步电动机的启动,启动转矩 在刚启动时，虽然转子电流很大，但是由于转子感抗 X20也很大，所以这时

19、转子的功率因数很低，因此启动 转矩Tst=KIstcos2并不大。与额度转矩相比，通常 启动转矩太小，就不能带负载启动，或者启动时间拖得 很长。启动转矩太大，在启动时可能使传动机构受到冲 击而损坏。 一般，为了限制启动电流，并得到适当的电磁转矩，对于不同容量的异步电动机应采用不同的启动方法。,61,4.4 异步电动机的启动,直接启动（全压启动） 电阻或电抗器降压启动 星三角降压启动 自耦变压器降压启动 软启动,4.4.2 鼠笼式异步电机的启动方法,降压启动,直接启动,62,4.4 异步电动机的启动,（1）直接启动（全压启动）,有独立变压器供电： 频繁启动：电机功率小于变压器容量的20% 不频繁

20、启动：电机功率小于变压器容量的30% 无独立变压器供电满足： 启动电流/额定电流3/4+电源总容量/（4电动机功率）,63,4.4 异步电动机的启动,（2） 定子电路串接电阻或电抗降压启动,特点：1、启动转距小，适用于空载或轻载启动； 2、电阻消耗能量大，不适和于经常启动的场合。,（3） Y-降压启动 （适用于电机正常工作时，定子绕组接成的情况）,启动时， 启动时， 故Y时， 但,若U1为电源的线电压，Z为定子单相绕组的等效阻抗，则有：,注：我国规定4kW以上的三相异步电机，其工作时额定电压为380V时，连接方式为，当电源线电压为380V时，采用Y- 换接启动。,4.4 异步电动机的启动,Y

21、换接起动适合于空载或轻载起动的场合,（4） 自耦变压器降压启动,优点：电压可调、电流小。 缺点：变压器体积大、价格高。,令：K=U2/U1=N2/N11 U1变压器原边电压，全压启动时的启动电压； U2变压器副边电压，降压启动时定子绕阻的单相电压。 由变压器的原理：U1I1=U2I2 I1=I2U2/U1=KI2 I1变压器原边电流，降压启动时的启动电流； I2变压器副边电流，降压启动时定子绕阻的单相电流。,若令Z为定子单相绕阻的复阻抗，则有： 采用Y型接线方式全压启动时的启动电流为： Ist=U1/Z I2=U2/Z=KU1/Z=KIst 故采用自耦变压器降压启动时的启动电流： I1=KI2

22、=K2Ist,4.4 异步电动机的启动,（5） 软启动器,4.4 异步电动机的启动,通过电流闭环控制，限制启动电流并保持恒值，直到转速升高后电流自动衰减下来，避免电流的二次冲击，启动时间短于一级降压启动。,软启器采用三相反并联晶闸管作为调压器，将其接入电源和电动机定子之间。这种电路如三相全控桥式整流电路。使用软启动器启动电动机时，晶闸管的输出电压逐渐增加，电动机逐渐加速，直到晶闸管全导通，电动机工作在额定电压的机械特性上，实现平滑启动，降低启动电流，避免启动过流跳闸。待电机达到额定转速时，启动过程结束，软启动器自动用旁路接触器取代已完成任务的晶闸管，为电动机正常运转提供额 定电压，以降低晶闸管

23、的热损耗，延长软启动器的使用寿命，提高其工作效率。,68,4.4 异步电动机的启动,R,R,R,定子,转子,启动时将适当的R 串入转子电路中，启动后将R 短路。,启动电阻,4.4.3 绕线式电动机转子电路串电阻启动,69,4.4 异步电动机的启动,若R2选得适当，转子电路串电阻启动既可以降低启动电流，又可以增加启动转矩。,常用于要求启动转矩较大的生产机械上。,R2 Tst ,转子电路串电阻启动的特点,绕线式异步电动机的启动方法 逐级切除启动电阻法,优点；电流小、启动转矩大。 缺点；电阻上的损耗大。,4.4 异步电动机的启动,4.4 异步电动机的启动,频敏变阻器启动法,频敏变阻器相当于电阻和电抗

24、的并联电路。 启动时，n=0，S=1，转子电流频率高（f2=sf1），等效阻抗大，限制启动电流。 转速上升后，转子频率逐渐下降，等效阻抗逐渐减小，相当于启动过程自动切除电阻和电抗。,缺点：功率因数低，启动转矩的增大受限制，不能用作调速电阻。,72,4.5.1 三相异步电动机的调速特性,可改变s、f、p进行调速 调压调速 转子电路串电阻调速 改变极对数调速（改变P） 变频调速（改变f）,4.5 三相异步电动机的调速,改变s,73,1 调压调速,能够实现无级调速，但转距按U2比减小。,4.5 三相异步电动机的调速,对于恒转矩型负载，调速范围不大。 对于离心式通风机型负载，调速范围稍大，但转速过低，

25、转子电流大，易损坏电机。,为使电机低速运行而不过热， 要求转子绕组有较高电阻 （高转差率电机）。,74,2 转子电路串电阻调速（适用于线绕式）,4.5 三相异步电动机的调速,Sm增大，机械特性变软；,属于有级调速，损耗大，多用在起重运输设备中。,75,3 改变极对数调速,4.5 三相异步电动机的调速,以单绕组双速电动机为例：,定子每相绕组由两个相等圈数的半绕组组成。,要改变极对数，就要使每相定子绕组中一半绕组内的电流改变方向，即改变定子绕组的接线方式。,76,3 改变极对数调速,4.5 三相异步电动机的调速,p=1,p=2,p=1,p=2,nYY=2nY,nYY=2n,注意：调速时，由于电流改

26、变方向，所以若要维持电机转向不变，应改变三相绕组的相序。,应用这一原理制成多速电机。,适用于 鼠笼式电动机,4.5 三相异步电动机的调速,4 变频调速,变频调速时的机械特性,把基频以下和基频以上两种情况结合起来，即可得到异步电动机变压变频调速特性图。,无补偿,有补偿,在低频时 U1 和 E1 都较小，定子阻抗压降所占的份量就比较显著。,但是，在低频时 U1 和 E1 都较小，定子阻抗压降所占的份量就比较显著，不能再忽略。这时，需要人为地把电压 U1 抬高一些，以便近似地补偿定子压降。,带定子压降补偿的恒压频比控制特性示于图中的 b 线， 无补偿的控制特性则为a 线。,变频调速方法优点,(1)调

27、速范围广。 (2)调速平滑性好。 (3)工作特性(静态特性与动态特性)都能做到和直流调速系统不相上下的程度。 (4)经济效益高。,注：三相异步电机变频调速时，频率不能过低，否则电机热量无法散出。 变频调速多用于变频电机。,83,4.6 三相异步电动机的制动特性,1、反馈制动(nn0，s0),转子导体切割磁力线的方向与电动状态时相反，电流I2反向，从而T=KtI2cos2也改变方向，与电动状态相反。,（1）起重机下放重物 （2）变极或变频调速,84,4.6 三相异步电动机的制动特性,变极或变频调速时的反馈制动,极对数突然增多或供电频率突然降低导致旋转磁场的转速n0降低。,1、反馈制动(nn0，s

28、0),85,4.6 三相异步电动机的制动特性,2、反接制动,(1) 电源反接制动 n方向不变，而 n0改变方向,转子导体切割旋转磁场的方向与电动状态相反，因此I2改变方向，从而T=KtI2cos2也改变方向，与电动状态相反。 注： 当n=0时，应切断电源，否则电机将反向启动。 由于电源反接时,电流较大, 故对鼠笼式电动机常在定子回路串接电阻,对于线绕式电动机常在转子回路中串接电阻。（a-d）,改变三相电源的相序,86,4.6 三相异步电动机的制动特性,制动时n0方向不变，而n反向，致使转差率,2、反接制动,(2) 倒拉反接制动,倒拉反接制动出现在位能负载转矩超过电磁转矩时，如卷扬机下放重物。,

29、1,4.6 三相异步电动机的制动特性,3、能耗制动,特点：制动效果不如反接制动强度大，制动平稳，准确停车，需直流设备，应用于准确停车和下放重物设备上。,3、能耗制动,4.6 三相异步电动机的制动特性,89,单相异步电动机主要应用于电动工具、洗衣机、电冰箱、空调、电风扇等小功率电器中。单相异步电动机的定子中放置单相绕组,转子一般用鼠笼式。 定子绕组中通入单相交流电后, 形成脉动磁场，若不采取措施，将无法获得所需的起动转矩。,定子,定子 绕组,转子,4.7 单相异步电动机,4.7.1单相异步电动的磁场,4.7 单相异步电动机,4.7.1单相异步电动的磁场,4.7 单相异步电动机,脉动磁场变化一个周

30、期，对应的两个旋转磁场各转一周。,92,正反向旋转磁场作用于鼠笼式转子的合成转矩特性,2.在外力矩作用下能加速到稳定运行状态，转向不固定.,4.7 单相异步电动机,93,为了获得所需的起动转矩，单相异步电动机的定子进行了特殊设计。常用的单相异步电动机有电容分相式异步电动机和罩极式异步电动机。他们都采用鼠笼式转子，但定子结构不同。,4.7.2.1 电容分相式异步电动机,电容分相式异步电动机的定子中放置有两个绕组，一个是工作绕组 AA，另一个是起动绕组 BB ,两个绕组在空间相隔90。起动时， BB 绕组经电容接电源，两个绕组的电流相位相差近90，即可获得所需的旋转磁场。,4.7.2 单相异步电动

31、机的启动方法,94,设两相电流为,两相电流,正弦波形如图所示。,工作绕组,启动绕组,4.7.2.1 电容分相式异步电动机,95,两相旋转磁场,4.7.2.1 电容分相式异步电动机,96,实现正反转的电路,改变电容C的串联位置，可使 单相异步电动机反转。,将开关S合在位置1，电容C与 B绕组串联，电流 iB较iA超前近 90；当将S切换到位置2，电容 C与A绕组串联，电流iA 较iB 超 前近90。这样就改变了旋转磁 场的转向，从而实现电动机的 反转。,电动机转子转动起来后，利用 离心力将开关S断开(S是离心开 关)，使起动绕组BB断电。,M ,4.7.2.1 电容分相式异步电动机,97,4.7

32、.2.2 罩极式单相异步电机,定子绕组,鼠笼式转子,短路环,极掌(极靴),在磁极的一侧开一个槽，用短路铜环罩住磁极的一部分。,98,当电流i 流过定子绕组时，产生了一部分磁 通1 ，同时产生的另一部分磁通与短路环作用 生成了磁通2 。由于短路环中感应电流的阻碍 作用，使得2在相位上滞后1 ，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，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 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， 故常用于洗衣机等电器中。,4.7.2.2 罩极式单相异步电机,4.8 同步电动机的工作原理、特点

33、及应用,4.8.1同步电动机的基本结构,同步电机：旋转速度和旋转磁场的转速相同。 组成结构：和异步电动机的不同之处是转子有励磁绕组、启动绕组，有时是永磁铁。 作用：1、电动机（伺服电机） 2、 发电机 3、功率补偿电机,4.8 同步电动机,适用于大功率高电压的场合,气隙不均匀（低速电动机1000r/min以下）,气隙均匀（高速电动机）,直流励磁（电刷、集电环）,1、定子：铁心，定子绕组，机座，端盖； 2、转子：主磁极，直流励磁绕组，鼠笼型启动绕组，电刷，集电环,4.8.1同步电动机的基本结构,4.8 同步电动机,4.8.2同步电动机的工作原理和运行特性,4.8 同步电动机,1.工作原理,（1）

34、电枢通以对称三相电流，气隙中产生一个电枢旋转磁场，转速为同步转速。 （2）在转子励磁绕组中通入直流电流，又出现一个直流励磁磁场。 两个磁场相互作用，使转子被电枢旋转磁场拖着以同步转速一起旋转。,n不随负载变化，恒定转速。,4.8.2同步电动机的工作原理和运行特性,4.8 同步电动机,（3）同步电动机的最突出的优点：,调节同步电动机转子的直流励磁电流If，便能控制同步电动机的功率因数cos的大小和性质,2.运行特性,（1）电源频率f与p一定，转子转速为常数。 （2）机械特性硬度大，转速不随转矩变化而变化。,1、正常励磁状态 cos 1,电动机的全部磁动势都由直流产生，定子电流与外加电压同相。 同

35、步电动机的所需的磁动势由定子和转子共同产生 转子励磁电流If产生磁通f，而定子电流产生磁通0，总的磁通为两者的合成 当外加三相交流电源的电压U为一定时，总的磁通也应该为一定 因此，当改变同步电动机转子的直流励磁电流If使f改变时，如果要保持总磁通不变，那么，0就要改变，故产生0的定子电流必然随着改变，则功率因数改变。所以我们可以利用调节转子的励磁电流来使cos 1,4.8 同步电动机,2、欠励状态,直流励磁电流小于正常励磁电流时的状态 直流励磁的磁动势不足，交流电源还必须要供给一部分励磁电源，以保证总磁通不变 定子电路成为电感性电路 定子电路的输入电流滞后于电压，功率因数cos 1，定子电流大

36、于正常励磁状态时的电流值,3、过励状态,直流励磁电流大于正常励磁电流时的状态。 直流励磁过剩，交流电源需向电网发出电感性电流与电感性无功功率，补偿电网附近电感性负载的需要，提高整个电网的功率因数。 这时的同步电动机与电容器作用类似。输入电流超前于电压，功率因数cos 1，定子电流也要增大。,4.8 同步电动机,四、同步电动机的启动,由于惯性转子产生摆动,同步电动机不能自行启动，需要 1、先采用异步电动机原理启动 2、慢慢加大交流电源的频率,4.8 同步电动机,4.8.3同步电动机的启动,(采用异步启动的方法),同步电动机的启动步骤,鼠笼条(启动绕组),QB在1位置时为启动状态，电阻R为防止励磁

37、线圈产生高压。,当n接近n0时将QB扳向2处，将转子拉入同步。R1调节cos2至要求。,4.8.3同步电动机的启动,(采用异步启动的方法),变阻器调节励磁电流,异步电动机的特点,结构简单、价格便宜，坚固耐用，维修方便，应用广泛。但是，它功率因数低，调速性能差，在一定程度上限制了它的应用。,三种电动机的性能比较,直流电动机的特点,具有良好的启动特性和调速特性，所以，在大型轧钢机、精密车床、造纸机等设备上都是用直流电动机来带动机械负载的，但直流电动机有电流换向的问题，成本高，运行中的维护检修也比较麻烦。,同步电动机的特点,与异步电动机相比，它的转速恒定不变，和负载大小无关，功率因数也可以调节。 同

38、步电动机的功率因数较高，可以调到cos=1运行，在运行中还可调节励磁电流，使它的功率因数超前，从而改善整个电网的功率因数。 同步电动机具有气隙大，便于制造和安装，效率高，过载能力大等优点。 但它结构复杂，需要直流励磁电源，造价高，起动和运行维护麻烦。 因此，某些不需要调速的低速大功率负载才采用同步电动机。,第4章 交流电动机的工作原理及特性 小 结,基本要求 了解异步电动机的基本结构和旋转磁场的产生； 掌握异步电动机的工作原理，机械特性，以及启动、调速及制动的各种方法、特点与应用： 学会用机械特性的四个象限来分析异步电动机的运行状态； 掌握单相异步电动机的工作原理和启动方法： 了解同步电动机的

39、结构特点、工作原理、运行特性及启动方法。,重点与难点 掌握异步电动机的人为机械特性，因为它是分析异步电动机启动、调速、制动工作状态的依据； 对异步电动机铭牌数据、额定值的含义要非常熟悉; 掌握异步电动机直接启动和 Y-降压启动的条件和优缺点，线绕式异步电动机转子串电阻的启动、调速和制动，以及各种启动方法的应用场合; 掌握异步电动机变频调速和变极对数调速的特性与优缺点。,第五章 交流电动机的工作原理及特性 小 结,4.6 有一台三相异步电动机，其技术数据如下表所示。,试求: (1) 线电压为380V时，三相定子绕组应如何接法？ (2) 求n0，p，SN，TN，Tst，Tmax，Ist； (3) 额定负载时电动机的输入功率是多少？,作业,112,谢谢各位同学！,吉林大学 Jilin University,