第7章 交流电动机-精品文档资料整理.ppt

第第7 7章章 交流电动机交流电动机返回返回交流电动机交流电动机直流电动机：直流电动机：三相电动机三相电动机单相电动机单相电动机异步机异步机同步机同步机他励、并励、串励、复励他励、并励、串励、复励电动机：电能转换成机械能电动机：电能转换成机械能发电机：其他形式的能量转换成电能发电机：其他形式的能量转换成电能电动机电动机三相异步电动机：驱动各种金属切削机床、驱动各种金属切削机床、起重机、锻压机、传送带等。起重机、锻压机、传送带等。单相异步电动机：功率不大的电动工具和功率不大的电动工具和某些家用电器。某些家用电器。同步电动机：功率较大、不需调速、长期工功率较大、不需调速、长期工作的各种生产机械。作的各种生产机械。直流电动机：均匀调速的生产机械，如：龙均匀调速的生产机械，如：龙门刨床、轧钢机及某些重型机床的主传动机构。门刨床、轧钢机及某些重型机床的主传动机构。使用电动机驱动生产机械可简化使用电动机驱动生产机械可简化生产机械的结构、提高生产率、生产机械的结构、提高生产率、能实现自动控制和远距离操纵能实现自动控制和远距离操纵 （1）基本结构）基本结构 （2）工作原理）工作原理 （3） 机械特性机械特性 （4）起动、制动、反转、调速的基本原理）起动、制动、反转、调速的基本原理 （5）应用场合和正确使用）应用场合和正确使用 机座机座：铸钢或铸铁铸钢或铸铁7.17.1 三相异步电动机的构造三相异步电动机的构造 转子转子: 在旋转磁场作用下，产生感应电动势和感在旋转磁场作用下，产生感应电动势和感应电流。应电流。鼠笼转子鼠笼转子(1) 鼠笼式转子鼠笼式转子 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) 绕线式转子绕线式转子机座机座定子绕组定子绕组铭牌数据铭牌数据出线端子出线端子定子铁心鼠笼型转子鼠笼型转子转轴转轴轴承轴承转子转子绕线型转子绕线型转子 铁心铁心绕组绕组转轴转轴返回返回齿轮电动机的定子齿轮电动机的定子（小于（小于500kW）绞车驱动的绞车驱动的定子定子(大于大于500kW)牵引电动机的转子铝壳电动机 小型木工机械、台钻、切割机、风机、小型木工机械、台钻、切割机、风机、运输、建筑、食品加工等机械的驱动。运输、建筑、食品加工等机械的驱动。钢板壳电动机 铸铁电动机定子：定子：由机座、定子铁心和定子绕组组成。由机座、定子铁心和定子绕组组成。 转子：转子：转子铁心和转子绕组两部分构成。转子铁心和转子绕组两部分构成。结构简单、价格低廉、工作可靠；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。不能人为改变电动机的机械特性。 结构复杂、价格较贵、维护工作量结构复杂、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大；转子外加电阻可人为改变电动机的机械特性。特性。n0nei7.27.2 三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理NSf磁铁磁铁闭合闭合线圈线圈磁极旋转磁极旋转导线切割磁感线产生感应电动势导线切割磁感线产生感应电动势vlBe导线长导线长磁感应强度磁感应强度切割速度切割速度（右手定则）（右手定则）闭合导线产生电流闭合导线产生电流 i（左手定则）（左手定则）通电导线在磁场中受力通电导线在磁场中受力ilBfn0neiNSf 1. 线圈跟着磁铁转线圈跟着磁铁转两者转动方向一致两者转动方向一致异步异步 2. 线圈比磁场转得慢线圈比磁场转得慢0nn返回返回7.2.1 旋转磁场旋转磁场240sin120sinsintIitIitIimCmBmA1. 旋转磁场的产生旋转磁场的产生 定子三相对称绕组通入定子三相对称绕组通入三相对称交流电流（三相对称交流电流（Y）BiAXBYCZAiCiiCiAiBiomItAXBYCZAiBiCi0nAYCBZX()电流出电流出( )电流入电流入规定规定 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。 iCiAiBiomItCiBiAii tAXYCBZAXYCBZAXYCBZNS0 t 60t 0n60 90t 600mIoSNSN 180tXBZ0nAYCA 120tXYCBZ0n分析可知：三相电流产生的合成磁场是一旋转分析可知：三相电流产生的合成磁场是一旋转的磁场的磁场, 即：即： 定子作用：是产生旋转磁场。定子作用：是产生旋转磁场。转子作用：是在旋转磁场作用下，转子作用：是在旋转磁场作用下， 产生感应电动势或电流。产生感应电动势或电流。 可见，当定子绕组中通入三相电流后，可见，当定子绕组中通入三相电流后，它们共同产生的合成磁场是随着电流的交变它们共同产生的合成磁场是随着电流的交变而在空间不断地旋转着，这就是旋转磁场。而在空间不断地旋转着，这就是旋转磁场。AAXYCBZAAXYCBZ2. .0t 60t 任意调换两根电源进线任意调换两根电源进线(电路如图电路如图)CiAXBYCZAiBiNSNSiCiAiBiomIt3. 旋转磁场的极数旋转磁场的极数1p 此种接法下，绕组的始端之间相差此种接法下，绕组的始端之间相差120度空间角，度空间角，合成磁场只有一对磁极，则极对数为合成磁场只有一对磁极，则极对数为 1。即：即：AXYCBZNSAXBYCZAiCiBiCYABCXYZAXBZAiBiCi 若定子每相若定子每相绕组由两个线圈串联绕组由两个线圈串联，绕组的始端之，绕组的始端之间相差间相差6060度度空间角，将形成空间角，将形成两对磁极的旋转磁场。两对磁极的旋转磁场。极对数极对数2pAXXANSSNZCZCBYBY旋转磁场的磁极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p=1，每相一个绕组，绕组始端之间相差360/3=120 空间角。p =2，每相两个绕组顺串，绕组始端之间相差360/（2*3）=120 / 2=60 空间角。p =3，每相三个绕组顺串，绕组始端之间相差360/（3*3）= 120 / 3=40 空间角。p =n，每相n个绕组顺串，绕组始端之间相差360/(n*3)=120/ n 空间角。4. 旋转磁场的转速旋转磁场的转速分）转 /( 1060 fn AXYCBZNS0t0nAXYCBZSN6060tAXYCBZNS180tiCiAiBiomItp=1时时分分）转转 /( 30000 nX NSA X AB，ZCYZC Y B SN0t 60tp=2时时BiCiAiit mI0分分）转转/( 150026010 fn0n30AX XZ CZBYB Y A C NSNS旋转磁场转速旋转磁场转速（同步转速）：（同步转速）：）/( 6010分转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旋转磁场转速旋转磁场转速n0与频率与频率f1和极对数和极对数p有关。有关。AXYCBZ分分）转转/( 6010pfn BlvBliFvF0nNS电动机转速电动机转速:n电动机转子转动方向与磁场旋转的方向一致，电动机转子转动方向与磁场旋转的方向一致， 但但 异步异步电动机电动机0nn 无转距无转距转子与旋转磁场间没有相对运动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）无转子电动势（转子导体不切割磁力线）无转子电流无转子电流提示提示：如果如果0nn 转子和旋转磁场之间转子和旋转磁场之间转速差转速差的存在，是异步电动机的存在，是异步电动机转动的转动的必要条件。必要条件。%10000nnns通常异步电动机额定运行时通常异步电动机额定运行时:%91）（s电动机起动瞬间电动机起动瞬间:1 , 0sn（转差率最大）（转差率最大）转差率表征转子转速比同转差率表征转子转速比同步转速落后程度的物理量。步转速落后程度的物理量。0)(1nns 转子转速亦可由转差率求得：转子转速亦可由转差率求得：7.2.3 转差率转差率思考题思考题 说明三相异步电动机在何种情况下说明三相异步电动机在何种情况下 其转差率为下列数值其转差率为下列数值: (1)s=1; (2)0s1; (3)s=0; (4)s0，s TT =T2n T T 2达到新的平衡达到新的平衡T20nnTOnU Tm U UTst 22022212stXRURKT 2021m2XUKT 202mXRs 0nNUT2nTOstTTOn0nR2 Tst n maxT2T22022212stXRURKT 2021m2XUKT 202mXRs 硬特性硬特性 （R2小）小）软特性软特性（R2大）大）0Tn 不同场合应选用不同的电机。如金属切削，选硬特性不同场合应选用不同的电机。如金属切削，选硬特性电机；重载起动则选软特性电机。电机；重载起动则选软特性电机。 112PII 2PT答答: 22,IEsnT2分析分析：三相异步电动机在额定电压下运行，当：三相异步电动机在额定电压下运行，当负载转矩负载转矩 突然增大突然增大10%时，电动机下列时，电动机下列参数参数 变化情况。变化情况。1122,PITIEsnT27.5 7.5 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动7.5.1 起动性能起动性能问题：问题：。 一般中小型鼠笼式电机起动电流为额定电流的一般中小型鼠笼式电机起动电流为额定电流的5 7 倍倍; 电动机的起动电动机的起动 7.5.2 起动方法：起动方法：（1） 直接起动直接起动 2030千瓦以下的异步电动机一般采用直接起动。千瓦以下的异步电动机一般采用直接起动。（2） 降压起动降压起动Y 起动起动自耦降压起动自耦降压起动（3）转子串电阻起动）转子串电阻起动（绕线型电动机）。（绕线型电动机）。以下介绍以下介绍降压降压 起动和转子串电阻起动。起动和转子串电阻起动。（鼠笼型电动机）（鼠笼型电动机）ZUIll3:Y 星形联结时星形联结时ZUIll3 三三角角形形联联结结时时：31Y llII31YlIZlU+U1U2V1V1W1W2 lIlU+ZU1U2V1V2W1W2|Z|L1L3L2FUU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1动触点动触点Y动触点动触点静触点静触点L1L3L2FUU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1UPU1+Ul+U2V1V2W1W2 工作工作L1L3L2FUU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1U2Ul+U1V1V2W1W2lUU31P (a) 仅适用于正常运行为三角形联结的电机。仅适用于正常运行为三角形联结的电机。 )(2StUT (b) Y 起动起动 ststTIY 换接起动适合于空载或轻载起动的场合换接起动适合于空载或轻载起动的场合SYtst31TT UlU1W2V2W1+U2V1UP+Ul+U1W2V2W1U2V1L1L3L2FUQQ2R 12220220)(st2IIRXREIRR滑环滑环电刷电刷定子定子转子转子起动电阻起动电阻 R2 Tst 22022212stXRURKT 22RR stTTOn0nmaxT2R2R stT M3M37.6 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速pfsnsn106011三种：改变电源频率三种：改变电源频率 ； 改变极对数改变极对数 ； 改变转差率改变转差率 。1fsp调速：指在同一负载下，能得到不同的转速。调速：指在同一负载下，能得到不同的转速。 f=50HzM3 +变频调速方法变频调速方法恒转距调速（恒转距调速（f1f1N）变频调速方法可实现无级平滑调速变频调速方法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。顺串联顺串联 ： 1,2,3接电源，接电源，4,5,6空空p=2 低速低速123456AXX122B1A1Y1B2Y2C1Z1C2Z2反并联反并联Y：4,5,6接电源，接电源，1,2,3接一点接一点p=1 高速高速A1X1A2X2iiP=2A1A2X1X2NNSSA1X1A2X2iiP=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。A1A2X1X2SNTn0no22RR2R2R( 变转差率调速是变转差率调速是绕线式电动机绕线式电动机特有的一种调速方法。特有的一种调速方法。其优点是调速平滑、设备简单投资少，缺点是能耗较大。其优点是调速平滑、设备简单投资少，缺点是能耗较大。广泛应用于各种提升、起重设备中。广泛应用于各种提升、起重设备中。nnTLTLs sTs2R2RoU1一定一定msR2实现调速实现调速202XRsm 7.7 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动制动：电动机断电后，制动：电动机断电后， 采取措施使其迅速停下来。采取措施使其迅速停下来。制动方法制动方法机械机械制动制动电气制动电气制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 在在断开三相电源断开三相电源的同时，给电动机其中的同时，给电动机其中两相绕组通入直流两相绕组通入直流电电流，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转距（制动转距），使转子迅速停止转动。旋转方向相反的转距（制动转距），使转子迅速停止转动。nF转子转子T n0=0+-运转运转制动制动RP制动转矩的大小与直流电流的大小有关。制动转矩的大小与直流电流的大小有关。直流电流的大小一般为电动机额定电流的直流电流的大小一般为电动机额定电流的0.51倍。倍。 7.7.2. 反接制动反接制动 停车时，将电动机接停车时，将电动机接电源的任意两相电源的任意两相 运转运转nFT n0注意：注意： 反接制动时，定子旋转磁场与转子的反接制动时，定子旋转磁场与转子的相对转速相对转速很大很大。即切割磁感线的速度很大，造成。即切割磁感线的速度很大，造成转子电流转子电流增大增大 ，引起，引起 定子电流增大定子电流增大。为限制电流，在制。为限制电流，在制动时要在定子电路（鼠笼型）或转子电路（绕线动时要在定子电路（鼠笼型）或转子电路（绕线型）中串电阻。型）中串电阻。 n=0时，应及时断开电源，以防止反转。时，应及时断开电源，以防止反转。 7.7.3.发电反馈制动：发电反馈制动：例如：起重机快速下放例如：起重机快速下放 重物时；重物时； 多速电动机从高速调多速电动机从高速调到低速的过程中。到低速的过程中。 当电动机转子的转速当电动机转子的转速大于大于旋转磁场的转速时，旋旋转磁场的转速时，旋转磁场产生的电磁转矩作用方向发生变化，由驱动转转磁场产生的电磁转矩作用方向发生变化，由驱动转距变为制动转矩。电动机进入制距变为制动转矩。电动机进入制动状态，同时将外力动状态，同时将外力作用于转子的能量转换成电能回送给电网。作用于转子的能量转换成电能回送给电网。nF转子转子T n0n n0 磁极数磁极数( 极对数极对数 p = 2 )例如：例如： Y 132 M4 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。机座长度代号机座长度代号机座中心高（机座中心高（mm）三相异步电动机三相异步电动机教材表教材表7.8.1中列出了各种电动机的系列代号。中列出了各种电动机的系列代号。异步电动机产品名称代号异步电动机产品名称代号接线盒接线盒。通常。通常联结联结电机容量电机容量Y3kW 联联结结电电机机容容量量 kW4U2U1W2V1V2W1U1U2W2U2V2V1W1U1W1V1W2V23. 电压：电压： 额定运行时额定运行时定子定子绕组上应加的绕组上应加的线电压线电压. 说明：一般规定电动机的运行电压不能高于或低于额定值的说明：一般规定电动机的运行电压不能高于或低于额定值的 5 。线线电电压压AZBYXC线线电电压压ABCXYZ例：例：380/220 Y/ 是指：线电压为是指：线电压为380V时采用时采用Y接法；接法； 当线电压为当线电压为220V时采用时采用 接法。接法。11IUNfU11144.4电压波动对电动机的影响电压波动对电动机的影响1U1I11IUs00nnns2E202sEE 2I1I1Un小1U大1UTnI4. 电流：电流：额定运行时额定运行时定子定子绕组的绕组的线电流。线电流。如：如：A48. 6/A2 .11/ 表示三角接法下，电机的线电流为表示三角接法下，电机的线电流为11.2A，相电，相电流为流为6.48A；星形接法时线、相电流均为；星形接法时线、相电流均为6.48A。5. 功率与效率：功率与效率： 额定功率指电机在额定运行时轴上额定功率指电机在额定运行时轴上输出的功率输出的功率（ ），不等于从电源吸收的功率（），不等于从电源吸收的功率（ ）。两者的）。两者的 关系为：关系为： 2P1P12PPCOSIUPll31其中其中鼠笼电机鼠笼电机 =7293PN 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 0.9。空载时功率因数很低，只有。空载时功率因数很低，只有 0.2 0.3。额定负载时，功率因数最高。额定负载时，功率因数最高。 P2cos O 0N0Nnnns 额额定定转转差差率率指电机绝缘材料能够承受的极限温度等级，分为指电机绝缘材料能够承受的极限温度等级，分为A、E、B、F、H五级，五级，A级最低级最低(105C)，H级最级最高高(180C)。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。例例1：Y225M-4型三相异步电动机的额定技术数据如下：型三相异步电动机的额定技术数据如下：功率功率转速转速电压电压效率效率功率因功率因数数Ist/INTst/TNTm/TN45kW1480r/min380V9 2 . 3%0.8871.92.2电源频率电源频率50Hz。试求。试求:(1)额定转差率额定转差率sN ;(2)额定电流额定电流 IN ; (3) 额定转矩额定转矩TN;(4)起动电流起动电流Ist;(5) 起动转矩起动转矩Tst; (6)最大转矩最大转矩 Tm; 解解: (1)额定转差率额定转差率sN n0=1500r/min p=2 sN =(n0 -n)/ n0 = (1500-1480)/1500 = 0.013cos3NNNUPIA2 .8488. 0380%3 .92310453(2)额定电流额定电流 IN(3) 额定转矩额定转矩TNmN4 .29014804595509550NNNnPT(4)起动电流起动电流IstA4 .5892 .8477Nst II(5) 起动转矩起动转矩TstmN8 .5514 .2909 . 1NNststTTTTmN9 .6384 .2902 . 2NNmmTTTT(6)最大转矩最大转矩 Tm例例2：在上题中：在上题中: (1)如果负载转矩为如果负载转矩为510.2N.m,试问在试问在U=UN和和U=0.9UN两种情况下电动机两种情况下电动机能否起动？能否起动？解解: (1)在在U=UN时时: 2 .5108 .551stT在在U=0.9UN 时时: 2 .5104478 .5519 . 0st2T所以能起动所以能起动所以不能起动所以不能起动(2)采用采用 Y- 换接起动时，求起动电流和起换接起动时，求起动电流和起动转矩。又当负载转矩为额定转矩的动转矩。又当负载转矩为额定转矩的80%和和50%时，电动机能否起动？时，电动机能否起动？A4 .5892 .8477Nst II（2）A5 .1964 .5893131ststYIImN9 .1838 .5513131ststYTT在在80%额定转矩时：额定转矩时：13 .2329 .183%804 .2909 .183%80NstYTT不能起动不能起动在在50%额定转矩时：额定转矩时：12 .1459 .183%504 .2909 .183%50NstYTT可以起动可以起动例例3：某电动机的额定功率为：某电动机的额定功率为15kW，额定转，额定转速为速为970r/min，频率为，频率为50Hz，最大转矩为，最大转矩为295.36N.m。试求电动机的过载系数。试求电动机的过载系数。解解:NNN9550nPT mN68.147970159550过载系数：过载系数：268.14736.295NmTT