三相交流电动机ppt课件.pptx

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鼠笼型异步电动机鼠笼型异步电动机 转子作用转子作用: 在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电流。在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电流。 铁心也用硅钢片叠成，表面冲有槽，装在转轴上铁心也用硅钢片叠成，表面冲有槽，装在转轴上，轴上加机械负载；因绕组不同，可分为鼠笼式和，轴上加机械负载；因绕组不同，可分为鼠笼式和绕线式两种。绕线式两种。鼠笼式电动机构造简单、价格低廉、工作可靠、使用方便鼠笼式电动机构造简单、价格低廉、工作可靠、使用方便（2）鼠笼式转子鼠笼式转子是三相对称绕组，一般采用星形联结。是三相对称绕组，一般采用星形联结。三相绕组的出线端分别接在三个滑环上，经电刷引出，再经串联电阻后短接起来。三相绕组的出线端分别接在三个滑环上，经电刷引出，再经串联电阻后短接起来。转子回路串电阻，可以改善电动机的起动性能或实现电动机调速。转子回路串电阻，可以改善电动机的起动性能或实现电动机调速。（2）绕线转子）绕线转子 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。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。 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。机械特性。VVWUUW三相异步机的结构三相异步机的结构定子定子转子转子0nNS磁极旋转磁极旋转导线切割磁力线产生感应电动势导线切割磁力线产生感应电动势闭合导线产生电流闭合导线产生电流通电导线在磁场中受力通电导线在磁场中受力 1. 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. 2. 线圈比磁场转得慢线圈比磁场转得慢0nn 120sin120sinsinmCmBmAtIitIitIi AXBYCZtmIoAYCBZX()电流出电流出( )电流入电流入0t对应电流各时刻的合成磁场方向对应电流各时刻的合成磁场方向:1t2t3tBAXYCZNBAXYCZNBAXYCZNBAXYCZN1n1n1n0t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 即：即：tmIo0t1t2t3tAXBYCZAAXYCBZAAXYCBZ2. .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)AXBYCZ0mI tomI改变电机旋转方向的方法：换接其中两相改变电机旋转方向的方法：换接其中两相0t AXBYCZAXYCBZ旋转磁场的极数和三相绕组的安排有关旋转磁场的极数和三相绕组的安排有关 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120120度空间角，合成磁场只有一对磁极度空间角，合成磁场只有一对磁极，则极对数为，则极对数为1 1。即。即即即：P=1旋转磁场的磁极对数与三相绕组的排列有关旋转磁场的磁极对数与三相绕组的排列有关即即：P=2YABCZXAAX XZCZBYB Y A C BCABXY0mI tomIC Z B Y A X XABY 旋转磁场具有旋转磁场具有两对两对极时，当电流从极时，当电流从tt=0=0到到tt=60=60经历了经历了6060时磁场时磁场在空间仅旋转了在空间仅旋转了3030。比。比P P=1=1时转速慢了一半，即：时转速慢了一半，即：/2/2。XNSASNZBX AYCZ BCY0t 60t A0nAZXXCZCSNSN300mI tomI返回返回123456300015001000750600500 返回返回如果如果:0nn 0n%s)91( 转子转速亦可由转差率求得转子转速亦可由转差率求得例例1 1：三相异步电动机：三相异步电动机 p=3p=3，电源，电源f f1 1=50Hz=50Hz，电机额定转速为，电机额定转速为960r/min960r/min。求：转。求：转差率差率s s 106060501000 / min3fnrp同步转速：同步转速：001000960100%100%4%1000nnsn转差率：转差率：1. 1. 三相异步电动机的三相异步电动机的“电磁电磁”关系关系 7.3 7.3 三相异步电动机的电路分析三相异步电动机的电路分析2.2.定子电路定子电路u1R2i2定子电路定子电路R1i1e1e 1e2e 2转子电路转子电路定子绕组相当于变压器原边绕组，转子绕组相当于副绕组定子绕组相当于变压器原边绕组，转子绕组相当于副绕组。即即U1 E1= 4.44 f 1N1每极磁通每极磁通111112222 0ueei Reei R 定子边：转子边：222221111110 RIIXjERIIjXEU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 n0 ，所以，所以1f 1= 电源频率电源频率 f即定子感应电势频率即定子感应电势频率 f 1 转子感应电势频率转子感应电势频率 f 2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变化的相对速度随转子的转速不同而变化旋转磁场与转子间的旋转磁场与转子间的相对转速为相对转速为0()nn E20= 4.44 f 1N2 即即E2= s E20 X20= 2 f1L 2即即X2= sX20 )(0002nnIs 2202220max21XREIs 220RSXs很小时2cos1220RXss较大时21coss)(2 Isn)cos(2 sn 结论：结论：转子转动时，转转子转动时，转 子电路中的各量均与转差率子电路中的各量均与转差率 s有关，有关， 即与转速即与转速n有关。有关。例例3：三相异步电动机，：三相异步电动机，p=2，n=1440 r/min，转子，转子R2=0.02 ，X20=0.08 ， E20=20V， f1= 50Hz。求启动时、额定转速时的转子电流。求启动时、额定转速时的转子电流。启动时启动时I2（st）额定转速下：额定转速下：s=104. 0150014401500s I2（N）常数常数 每极磁通每极磁通转子电流转子电流转子功转子功率因数率因数由前面分析知由前面分析知：结论：结论：22022202)( XREIss 2202222)(cosXRRs 二、机械特性曲线二、机械特性曲线OTS根据转矩公式根据转矩公式得特性曲线：得特性曲线：OT1在在U1 及及R 2 一定一定时时T 仅随仅随 S 变化变化00 nnsn将代 入 上 式得特性曲线：得特性曲线：启动时启动时n=0最大转速最大转速n=n0时时电动机的自适应负载能力：电动机的自适应负载能力： 电动机的电磁转矩可以随负载的变化而自动调整，电动机的电磁转矩可以随负载的变化而自动调整，这种能力称为自适应负载能力。这种能力称为自适应负载能力。常用特常用特性段性段n0nT 自适应负载能力是自适应负载能力是电动机区别于其它动力机械的重要电动机区别于其它动力机械的重要特点。（如：柴油机当负载增加时，必须由操作者加大特点。（如：柴油机当负载增加时，必须由操作者加大油门，才能带动新的负载。）油门，才能带动新的负载。）直至新的平衡。此过程中，直至新的平衡。此过程中， 时，时， 电源提供的功率自动电源提供的功率自动增加。增加。三个重要转矩三个重要转矩(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型型) 的额定功率为的额定功率为7.5kw, 额定转速额定转速为为1440r/min, 则额定转矩为：则额定转矩为：电机在额定电压下，以额定转速电机在额定电压下，以额定转速nN 运行，输运行，输出额定功率出额定功率PN 时，电机转轴上输出的转矩。时，电机转轴上输出的转矩。)/()(955060222分转千瓦NNNnPnPTTN、Tmax、Tst负载转矩用负载转矩用 T2 表示表示OTS12. .最大转矩最大转矩 Tmax21220222UsXRsRKT)(0dd ST令：令：求得求得202mXRss 将将sm代入转矩公式，可得代入转矩公式，可得若若T2 Tmax电动机会因带不动负载而停转电动机会因带不动负载而停转一般三相异步电动机的过载系数为一般三相异步电动机的过载系数为OTS13. 起动转矩起动转矩 Tst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= 0 时，时，s =1nn0TTstTmaxNTnN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。正常工作条件正常工作条件:T2T2否则电动机不能启动。否则电动机不能启动。注注意意(2) Tst与与 R2 有关，有关， 适当使适当使R2 Tst 。 21220222)(UsXRsRKT 机械特性和电路参数的关系机械特性和电路参数的关系21 UT和电压的关系和电压的关系0Tn0) 0(nns结论：结论： 和转子电阻的关系和转子电阻的关系22RR 2 RR2的的 改变改变 ： 鼠笼式电机转子导条的金属材料不同，线绕式电鼠笼式电机转子导条的金属材料不同，线绕式电机外接电阻不同。机外接电阻不同。 21220222)(UsXRsRKT0ST令：令：得：得：202XRSm0Tn2RmsmsstTstT 结论：结论： 机械特性的软硬机械特性的软硬 硬特性：负载变化时，转速变化不大，运行特性好。硬特性：负载变化时，转速变化不大，运行特性好。软特性：负载增加转速下降较快，但起动转矩大，起软特性：负载增加转速下降较快，但起动转矩大，起 动特性好。动特性好。 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。例例4：三相异步电动机，额定功率：三相异步电动机，额定功率P2N=10kW，额定转速，额定转速nN=1450r/min，启动能力，启动能力Tst/TN=1.4，过载系数，过载系数 =2.0，效率为，效率为87.5%。求额定转矩、启动转矩、最大转矩及。求额定转矩、启动转矩、最大转矩及额定输入功率。额定输入功率。)/()(9550分转千瓦NNNnPT（1）额定转矩）额定转矩TN米牛顿9 .651450109550（2）启动转矩）启动转矩TstmNTTNst.2 .924 . 1（3）最大转矩）最大转矩Tmaxmax265.9131.8.NTTN m解：解： 所求量：所求量： TN、 Tst、 Tmax、 P1N（4）输入功率）输入功率P1NkwPpNNN42.115 .87/10/21机械特性的软硬机械特性的软硬 硬特性：负载变化时，转速变化不大，运行特性好。硬特性：负载变化时，转速变化不大，运行特性好。软特性：负载增加转速下降较快，但起动转矩大，起软特性：负载增加转速下降较快，但起动转矩大，起 动特性好。动特性好。 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。问题：问题：。如果起动转矩如果起动转矩过小过小，就不能满载起动，应设法提高；，就不能满载起动，应设法提高；如果起动转矩如果起动转矩过大过大，会使传动机构受到冲击而损坏，应设法减小。，会使传动机构受到冲击而损坏，应设法减小。OTS1 下面主要介绍下面主要介绍Y 启动方法启动方法Y:3llUIZ星形联结时3llUIZ三角形联结时：Z+U1U2V1V1W1W2+ZU1U2V1V2W1W2设设:电机每相阻抗为电机每相阻抗为zlUU31P (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Y 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UlU1W2V2W1+U2V1UP+Ul+U1W2V2W1U2V1转子串电阻起动转子串电阻起动定子定子RRR线绕式转子线绕式转子起动时将适当的起动时将适当的R串入转子绕组中，起动后将串入转子绕组中，起动后将R短路。短路。1222202202)(IIRXREIst例例5: 三相异步电动机，电源电压三相异步电动机，电源电压 380V，三相定子绕组，三相定子绕组 接法运行，额定电流接法运行，额定电流IN=20A，启动系数，启动系数Ist/IN=7，求：求： （1） 接法时的启动电流接法时的启动电流Ist （2）若启动时改为）若启动时改为Y接法，求接法，求 Ist Y（1）Ist =7 IN =7 20=140A解：解：（2）Ist Y = Ist /3=140/3=47AA2849230880380310453. 1)NNN3N2Ncos310 UPI 一台一台Y225M-4型的三相异步电型的三相异步电 动机，定子绕组动机，定子绕组型联结，其额定数型联结，其额定数据为：据为：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 （四极电动机）（四极电动机）minr 15000/n 0N01500 14800.0131500Nnnns 3）mN 429014804595509550NN2N .nPTmaxN2.22.2290.4638.9 N mTTstN1.91.9 290.4551.8 N mTT132329183%8042909183%80NstY .TT121459183%5042909183%50NstY .TT起动起动mN918385513131ststY .TT(4)例例7 有一三相异步电动机，有一三相异步电动机，连结，连结，P2N=28 kw，U1N=380V，I1N=58A，cos1N=0.88，nN=1445r/min，Ist=6IN , Tst=1.1TN，=2.3,T2=73.5N.m , 要要求求Ist150A, 问是否可以采用问是否可以采用Y- 方法启动？方法启动？解：解：1.是否满足是否满足Ist T2AAIINst15034858661mNTN.1 .18514452895501.1203.6 .stNTTN m不满足要求不满足要求满足要求满足要求显然不能直接启动显然不能直接启动要求：要求：mNTAIstst.5 .73 150，AAIIstst150116334831Y213203.6367.9 .ststNm TTT不满足要求不满足要求满足要求满足要求显然不能采用显然不能采用Y 方法启动方法启动采用采用Y 方法启动：方法启动：2. 改变极对数改变极对数 有级调速有级调速。p3. 改变转差率改变转差率 s无级调速无级调速调速方法调速方法：pfsnsn106011适用于绕线式电动机1. 改变电源频率改变电源频率f f1 1 无级调速无级调速。变频电源变频电源 可变可变Uf ,Hz50此种调速方法发展很快，且调速性能较好。其主要环节是研制变频电源（常此种调速方法发展很快，且调速性能较好。其主要环节是研制变频电源（常由整流器、逆变器等组成）。由整流器、逆变器等组成）。 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变频调速方法可实现无级平滑调速无级平滑调速,调速性能优异调速性能优异，因而正获得越来越广，因而正获得越来越广泛的应用。泛的应用。恒转矩调速恒转矩调速：低于额定转速时，保持：低于额定转速时，保持U U1 1/ /f f1 1的比值近似不变的比值近似不变，这时磁通，这时磁通和转矩也都近似不变。和转矩也都近似不变。恒功率调速：恒功率调速：高于额定转速时，应保持高于额定转速时，应保持U U1 1= =U U1N1N，这时磁通，这时磁通和转矩都减小。转速增大，转矩减小，使功率近似不变。和转矩都减小。转速增大，转矩减小，使功率近似不变。A1X1A2X2iiP=2A1A2X1X2NNSSA1X1A2X2ii P=1A1A2X1X2SN特点：特点：适用场合：适用场合：To(nnTLTLs sTso能耗较大。能耗较大。缺点：缺点：优点：优点： 调速平滑、设备简单投资少调速平滑、设备简单投资少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。应用场合：应用场合：21220222)(UsXRsRKT制动方法制动方法机械制动：机械制动：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抱闸制动抱闸制动 正转正转反转反转A B CM3电电 源源ABCM3电电 源源实现正反转方法：实现正反转方法：和电源相接的任意两相和电源相接的任意两相互换互换，就可实现，就可实现反转反转 (2)反接制动时，定子旋转磁场与转子的相对转速很大。反接制动时，定子旋转磁场与转子的相对转速很大。即切割磁力线的速度很大，造成转子电流增大，引起定即切割磁力线的速度很大，造成转子电流增大，引起定子电流增大。子电流增大。为限制电流，在制动时要在定子或转子中串电阻为限制电流，在制动时要在定子或转子中串电阻简单、效果好但能量消耗大简单、效果好但能量消耗大2. 能耗制动能耗制动： 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0.5-10.5-1倍倍制动能量消耗小制动平稳，但需制动能量消耗小制动平稳，但需要直流电源要直流电源 (1)(1)在转速接近零时，要及时断开电源，否则将反转在转速接近零时，要及时断开电源，否则将反转 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。n0 = 1 500 r/min磁极数磁极数( 极对数极对数 p = 2 )例如：例如： Y3 132 M4 机座长度代机座长度代号号机座中心高（机座中心高（mm）第第3次更新设计次更新设计三相异步电动机三相异步电动机:笼型电机笼型电机 =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机械功额定功率是指电机在额定运行时轴上输出的机械功率率 P2，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 P1。例：一台例：一台Y3-132M-4型电动机型电动机 指电机绝缘材料能够承受的极限温度等级指电机绝缘材料能够承受的极限温度等级, 分为分为A、E、B、F、H五级，五级，A 级最低级最低(105C)，H 级最高级最高(180C)。