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电工学课件-第七章_电动机现在学习的是第1页，共73页第一节第一节 三相异步电动机的转三相异步电动机的转动原理和基本构造动原理和基本构造 转动原理转动原理基本构造基本构造返回返回现在学习的是第2页，共73页返回返回电动机电动机直流电动机直流电动机交流电动机交流电动机交流电动机交流电动机同步电动机同步电动机异步电动机异步电动机异步电动机异步电动机按交流电的相数按交流电的相数三相异步电动机三相异步电动机单相相异步电动机单相相异步电动机按结构按结构绕线式异步电动机绕线式异步电动机鼠笼式异步电动机鼠笼式异步电动机现在学习的是第3页，共73页返回返回一、转动原理一、转动原理nn1 F Fn1=0,磁场静止，转磁场静止，转子不能感应电流，导子不能感应电流，导体静止。体静止。n10，磁场顺时针旋，磁场顺时针旋转。转。异步电动机要转动起来，要异步电动机要转动起来，要有旋转的磁场，同时转子电路有旋转的磁场，同时转子电路必须闭合。必须闭合。改变磁场旋转方向可使电动机反转。改变磁场旋转方向可使电动机反转。转子产生感应电流，转子产生感应电流，在磁场的作用下产生电在磁场的作用下产生电磁转矩，使转子转动起磁转矩，使转子转动起来，方向与磁场方向一来，方向与磁场方向一致。致。SN左通力右生电现在学习的是第4页，共73页返回返回二、基本构造二、基本构造 异步电动机由定子和转子两部分组成。异步电动机由定子和转子两部分组成。1.定子定子 定子是异步电动机固定不动的部分。定子是异步电动机固定不动的部分。由机座、定子铁心、定子三相绕组组成。由机座、定子铁心、定子三相绕组组成。定子铁心安装在机座内，由硅钢片叠成。定定子铁心安装在机座内，由硅钢片叠成。定子三相绕组嵌在定子铁心的槽内，三相绕组的子三相绕组嵌在定子铁心的槽内，三相绕组的始端和末端分别接到电动机出线盒的接线柱上，始端和末端分别接到电动机出线盒的接线柱上，这样可以根据需要将三相绕组这样可以根据需要将三相绕组接或接或接，使接，使电动机使用于两种不同的工作电压。电动机使用于两种不同的工作电压。现在学习的是第5页，共73页返回返回定子接线端的连接定子接线端的连接U1V1W1W2U2V2C A B Z X Y 接接接接去掉去掉W2、U2、V2短接片后，短接片后，变为变为Y型连接型连接现在学习的是第6页，共73页返回返回第二节第二节 三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理 旋转磁场旋转磁场 转动原理转动原理 转差率转差率现在学习的是第8页，共73页返回返回一、旋转磁场一、旋转磁场1、旋转磁场的产生、旋转磁场的产生 定子三相绕组对称，且空间上互差定子三相绕组对称，且空间上互差120，接成，接成形。形。UVWXYZABCYZXiAiCiB现在学习的是第9页，共73页返回返回 iA=Imsint iB=Imsin(t120)iC=Imsin(t-240)对称三相电流对称三相电流tiiAiBiC波形如图波形如图 规定电流正方向由始端向末端，实际流入时用规定电流正方向由始端向末端，实际流入时用 表示，实际流出时用表示，实际流出时用 表示。表示。现在学习的是第10页，共73页返回返回tiiAiBiC012024060A BCYXZN SA BCYXZN S A BCYXZN S180A BCYXZN St=0 iA=0iB 0A BCYXZ S Nn1对称三相绕组，送入对称三对称三相绕组，送入对称三 相相电流，一定产生旋转磁场。电流，一定产生旋转磁场。t=60 iA 0iB 0iB=0iC 0iC 0t=240 iA 0iC=0现在学习的是第11页，共73页返回返回2、旋转磁场的转向、旋转磁场的转向 旋转磁场的旋转方向与三相电流的相序一致。旋转磁场的旋转方向与三相电流的相序一致。电流的相序：电流的相序：ABC 电流的相序：电流的相序：BA Cn1n1 改变电流相序，即任意对调电源的两根火线，改变电流相序，即任意对调电源的两根火线，可改变旋转磁场的方向，使电动机反转。可改变旋转磁场的方向，使电动机反转。现在学习的是第12页，共73页返回返回3、旋转磁场的转速、旋转磁场的转速 定子每相一个线圈，旋转磁场为二定子每相一个线圈，旋转磁场为二极。旋转磁场的磁极对数极。旋转磁场的磁极对数 P=1 电流变化一周，磁场也旋转一周。电流变化一周，磁场也旋转一周。磁场的转速磁场的转速 n1=60 f 1(r/min)定子每相二个线圈，旋转磁场为四定子每相二个线圈，旋转磁场为四极。旋转磁场的磁极对数极。旋转磁场的磁极对数 P=2 电流变化一周，磁场也旋转电流变化一周，磁场也旋转0.5周。周。磁场的转速磁场的转速 n1=60 f 1/2 (r/min)现在学习的是第13页，共73页返回返回 改变定子绕组的接线方式，可以改变异步电动改变定子绕组的接线方式，可以改变异步电动机的极数。机的极数。旋转磁场的转速旋转磁场的转速n1 与电动机的极数与电动机的极数P成反比，成反比，与交流电的频率与交流电的频率 f 成正比。成正比。二、转动原理二、转动原理对称三对称三相电源相电源定子对称定子对称三相绕组三相绕组旋转旋转磁场磁场转子转子旋转旋转n1nP234n1150010007501极对数=2极现在学习的是第14页，共73页返回返回三、转差率三、转差率 异步电动机的转动原理是建立在电磁感应的基础异步电动机的转动原理是建立在电磁感应的基础上的，所以电动机的转速上的，所以电动机的转速n与旋转磁场的转速与旋转磁场的转速n1（又（又叫做同步转速）不能相等。叫做同步转速）不能相等。即即 nn1其相差的程度用其相差的程度用转差率转差率 s 来表示来表示。转差率转差率 s 是异步电动机重要的参数之一。是异步电动机重要的参数之一。s0.020.06异步电动机刚起动的瞬间，异步电动机刚起动的瞬间，n=0,s=1现在学习的是第15页，共73页返回返回例：某三相异步电动机额定转速例：某三相异步电动机额定转速nN=980r/min，接在，接在 f 1=50Hz 的电源上运行。试求在额定状态下的电源上运行。试求在额定状态下,定子旋转定子旋转磁场速度磁场速度n1、磁极对数、磁极对数P、额定转差率、额定转差率s。解：解：一般额定转差率为一般额定转差率为0.020.06 nn1现在学习的是第16页，共73页返回返回第三节第三节 三相异步电动机的电磁三相异步电动机的电磁 转矩与机械特性转矩与机械特性转矩平衡转矩平衡电磁转矩电磁转矩 机械特性机械特性现在学习的是第17页，共73页返回返回一、一、转矩平衡关系转矩平衡关系 三相异步电动机在拖动生产机械工作时，旋转磁场三相异步电动机在拖动生产机械工作时，旋转磁场与转子电流相互作用产生的转矩称为与转子电流相互作用产生的转矩称为电磁转矩电磁转矩T，它是，它是一个驱动转矩。一个驱动转矩。作用在电动机轴上的各种机械转矩称为作用在电动机轴上的各种机械转矩称为负载转矩负载转矩TL，它是一个阻碍转矩。，它是一个阻碍转矩。当电动机稳定运行时，驱动转矩等于阻碍转矩。当电动机稳定运行时，驱动转矩等于阻碍转矩。即：即：T=TL （转矩平衡方程）（转矩平衡方程）若若T TL 电动机加速电动机加速现在学习的是第18页，共73页返回返回 当当K、U1、R2、X20、一定的条件下，把、一定的条件下，把T=f(s)曲线称为转矩特性曲线。如图：曲线称为转矩特性曲线。如图：TTmax1ssms 较小，较小，0 s sm，s Ts 较大，较大，sm s U1 T U 2 Sm与与U1无关无关U1Tn s I2I1 电压不足，会造成电流增电压不足，会造成电流增 大，电机发热。大，电机发热。0 s sm电动机运行稳定，电动机运行稳定，sm s 1电动机运电动机运行不稳定。行不稳定。现在学习的是第26页，共73页返回返回临界转差率临界转差率sm与与R2成正比。成正比。最大转矩最大转矩Tmax与与R2无关。无关。R2 nm(AB段段）：）：为稳定工为稳定工作区（作区（s 较小），具有硬特性，较小），具有硬特性，即电动机具有自动适应负载即电动机具有自动适应负载能力。能力。TLT TLn s T T=TL0n Tmax时，电动机将发生闷车停转。时，电动机将发生闷车停转。定子电流急剧升高，电动机过热导致烧毁定子电流急剧升高，电动机过热导致烧毁。称最大转矩与额定转矩的比值称最大转矩与额定转矩的比值为过载系数。为过载系数。现在学习的是第30页，共73页返回返回一般，过载系数一般，过载系数m m为为1.82.2。m也表示短时允也表示短时允许过载能力。许过载能力。起动转矩起动转矩Tst：电动机刚起动电动机刚起动 n=0,s=1时的时的转矩。转矩。由由s=1 可得可得Tst U12 Tst与与R2有关有关当当U1减小时，减小时，Tst减小，当减小，当R2适当增大时，适当增大时，Tst会增大会增大转子电阻现在学习的是第31页，共73页返回返回起动能力起动能力S=一般一般Tst=(12.2)TN。只有当只有当TL Tst 时电动机才能起动。否则会发生时电动机才能起动。否则会发生“堵转堵转”，此时电流，此时电流I1 I2都很大。都很大。I2与与s 的关系如曲线所示的关系如曲线所示I211s起动时，起动时，s=1，n=0起动时，起动时，I2 很大很大,I2n sI2现在学习的是第32页，共73页返回返回Tst”TnTstU1 U1”U1U1”Tst”TnTstR2 TL 满足起动转矩的前提下，满足起动转矩的前提下，起动电流起动电流Ist 越小越好越小越好 一般一般Ist=(57)IN，由于起动时间短，电机不，由于起动时间短，电机不会因发热而烧毁，但过大的电流会造成电网电压会因发热而烧毁，但过大的电流会造成电网电压降落增大，影响其它设备正常工作。降落增大，影响其它设备正常工作。现在学习的是第37页，共73页返回返回2.起动方法起动方法 全压起动（直接起动）全压起动（直接起动）全压起动简单、经济、但全压起动简单、经济、但Ist较大较大。适用于。适用于 PN 10KW 的的中小型电动机中小型电动机，或者电动机功率小，或者电动机功率小于变压器容量的于变压器容量的20%，同时电网电压下降不超过，同时电网电压下降不超过5%。降压起动降压起动 降压起动即起动时降低加在定子绕组上的电降压起动即起动时降低加在定子绕组上的电压，当电动机转速接近额定值时，再将定子绕压，当电动机转速接近额定值时，再将定子绕组上的电压恢复到额定值。组上的电压恢复到额定值。由于加到定子绕组上的电压由于加到定子绕组上的电压U1下降，所以下降，所以起起动电流下降，同时起动转矩也下降动电流下降，同时起动转矩也下降。因此。因此降压降压起动适用于轻载或空载起动起动适用于轻载或空载起动。现在学习的是第38页，共73页返回返回常用的常用的降压降压起动方法：起动方法：换接起动换接起动形运行形运行形起动形起动 这种方法只适用于正常运转时这种方法只适用于正常运转时形形连接的电动机连接的电动机。当当S2 接起动端时，定子三相绕组接起动端时，定子三相绕组接。接。起动电流（线电流）起动电流（线电流）Ist=UP/z 当当S2 接运行端时，定子三相接运行端时，定子三相绕组绕组接。接。起动电流（线电流）起动电流（线电流）Ist=现在学习的是第39页，共73页Ist/Ist=1/3 接起动电流是接起动电流是接起动电流的三倍。利用接起动电流的三倍。利用 换接起动时，电源供给换接起动时，电源供给电流可下降三倍电流可下降三倍。又因为又因为所以所以Tst/Tst=1/3 接起动定子绕组相电压是接起动定子绕组相电压是接起动的接起动的 倍。倍。利用利用换接起动时，换接起动时，起动转矩下降三倍起动转矩下降三倍。返回返回现在学习的是第40页，共73页Y-connection:400 V;50 Hz;-connection:230 V;50 Hz;电机的接线方式现在学习的是第41页，共73页电机的接线方式Y connection connection启动电压400V启动电压230V现在学习的是第42页，共73页 定子电路串电阻降压起动定子电路串电阻降压起动 起动时定子串联电阻，当电动机的转速接近额起动时定子串联电阻，当电动机的转速接近额定转速时，再将串入电阻去除。此种方法的缺点是起定转速时，再将串入电阻去除。此种方法的缺点是起动时电阻上消耗较大的功率。动时电阻上消耗较大的功率。这种方法适用正常运行的这种方法适用正常运行的或或连接的三相异步连接的三相异步电动机电动机。绕线式异步电动机的起动绕线式异步电动机的起动 绕线式异步电动机的起动常用转子串电阻或串频绕线式异步电动机的起动常用转子串电阻或串频敏变阻器两种方法。敏变阻器两种方法。转子串电阻起动是在转子电路中串入电阻转子串电阻起动是在转子电路中串入电阻Rst，起动后，随着转速上升逐渐减小起动后，随着转速上升逐渐减小Rst，最终将，最终将Rst全部全部短路。短路。返回返回现在学习的是第46页，共73页起动瞬间起动瞬间 n=0，s=1R2I2IstTst”TnTstR2R2+RstR2 Tst 绕线式异步电动机的转子串绕线式异步电动机的转子串电阻起动，不仅电阻起动，不仅限制起动电流，限制起动电流，同时增大起动转矩同时增大起动转矩。因此，。因此，绕绕线式异步电动机比线式异步电动机比鼠笼式异鼠笼式异步电动机的起动性能好步电动机的起动性能好。返回返回现在学习的是第47页，共73页三、反三、反 转转 三相异步电动机的转向决三相异步电动机的转向决定于旋转磁场的转向定于旋转磁场的转向,而旋转磁而旋转磁场的转向又与通入三相定子绕组场的转向又与通入三相定子绕组的电流相序有关的电流相序有关,因此因此,改变相序改变相序即可改变转向。即可改变转向。只要将三相定子绕组接电源的三只要将三相定子绕组接电源的三根线中任意两根对调即可。根线中任意两根对调即可。正转正转反转反转四、制四、制 动动用强制的方法迫使电动机迅速停车就叫用强制的方法迫使电动机迅速停车就叫制动制动。返回返回现在学习的是第51页，共73页返回返回第五节第五节 三相异步电动机的铭牌三相异步电动机的铭牌和技术数据和技术数据l铭牌和额定值铭牌和额定值l例题例题现在学习的是第55页，共73页返回返回一、铭牌和额定值一、铭牌和额定值 每台电动机都有一个铭牌每台电动机都有一个铭牌,安装在机座上，记安装在机座上，记载它的额定值载它的额定值,以便按规定的数值使用以便按规定的数值使用 三相异步电动机型号 Y112M-4功率4.0KW防护等级 IP44电压 380V电流 8.8A功率因数 0.84接法 转速1440r/m绝缘等级 B频率 50Hz重量45kg工作方式 S1电机厂电机厂现在学习的是第59页，共73页返回返回1.型型 号号 型号是电动机类型、规格的代号。由汉语拼型号是电动机类型、规格的代号。由汉语拼音大写字母或英文字母加阿拉伯数字组成。按顺音大写字母或英文字母加阿拉伯数字组成。按顺序包括名称代号、规格代号。序包括名称代号、规格代号。Y 112 M 4磁极数机座长度代号（S、M、L）中心高三相异步电动机现在学习的是第60页，共73页返回返回2.额定电压额定电压UN 额定电压是指电动机在额定运行时定子绕组的额定电压是指电动机在额定运行时定子绕组的线电压。线电压。它与绕组接法有对应关系：它与绕组接法有对应关系：系列异步电动机的额定电压都是系列异步电动机的额定电压都是380V,3kW以下以下的接成的接成形形,而而4kW以上的均接成以上的均接成形。一般规定形。一般规定电源电压波动不应超过额定值的电源电压波动不应超过额定值的5%。3.额定电流额定电流IN是指电动机在额定运行情况下定子绕组的线电流。是指电动机在额定运行情况下定子绕组的线电流。4.额定功率额定功率PN与额定效率与额定效率N 电动机在额定运行情况下电动机在额定运行情况下,轴上输出的机械功率称轴上输出的机械功率称为额定功率。为额定功率。现在学习的是第61页，共73页返回返回额定效率是指额定功率与输入电功率之比额定效率是指额定功率与输入电功率之比5.额定转速额定转速nN 指电动机额定运行时的转速。它略低于同步指电动机额定运行时的转速。它略低于同步转速转速n1。6.额定功率因数额定功率因数N 指在额定情况下指在额定情况下,电动机定子电路的功率因数电动机定子电路的功率因数,N 是定子绕组相电压与相电流之间的相位差。其值约为是定子绕组相电压与相电流之间的相位差。其值约为0.70.9。现在学习的是第62页，共73页返回返回7.绝缘等级绝缘等级 它是按电动机绕组所用的绝缘材料在使用时允许的它是按电动机绕组所用的绝缘材料在使用时允许的极限温度来分级的。极限温度来分级的。8.工作制工作制 通常分为通常分为连续运行连续运行、短时运行短时运行和和断续运行断续运行三种三种,分别用代号分别用代号S1、S2、S3表示。表示。9.防护等级防护等级 它是指电机外壳防护型式的分级。它是指电机外壳防护型式的分级。异步电动机铭牌上通常还列出了异步电动机铭牌上通常还列出了Ist/IN、Tst/TN、Tmax/TN。绕线式异步电动机铭牌上还标明转。绕线式异步电动机铭牌上还标明转子额定电流和转子绕组的开路电压。子额定电流和转子绕组的开路电压。现在学习的是第63页，共73页返回返回 S=Ist/Ist=1/3Tst/Tst=1/3三相异步电动机常用公式三相异步电动机常用公式Tst(U)2 Tst=(0.9)2Tst现在学习的是第65页，共73页例：例：Y132S-4型三相异步电动机额定值如下型三相异步电动机额定值如下,试求试求sN,IN,TN,Tst,Tmax,Ist。PN nNUN N NIst/INTm/TNTst/TN 5.5 KW1440 r/min380V0.855 0.84 7 2.2 2.2解：解：Ist =7 IN =81.48A Tst=2.2TN=324.9Nm Tmax=2.2TN=324.9Nm磁极对数磁极对数 p=2,n1=1500r/min返回返回现在学习的是第66页，共73页例：三相异步电动机额定值为例：三相异步电动机额定值为PN=10KW,接法接法,UN=380V,nN=1460r/min,N=0.88,N=0.88,Ist/IN=7,Tst/TN=1.3,T=2，f=50Hz。试求试求(1)磁极对磁极对数数p,IN,TN,sN,Tst,Tmax,Ist。1111(2)若负载转若负载转矩矩TL=55Nm,当当U0.9UN时，能时，能 否起动？否起动？电动机若电动机若要采用要采用换接起动，则换接起动，则Ist，Tst各为多少；能否各为多少；能否起动？起动？磁极对数磁极对数 p=2,n1=1500r/min nN=1460r/min 略小于略小于n1 Ist =7 IN =137.2A Tst=1.3TN=85Nm Tmax=2TN=130.8Nm Tst(U)2 Tst=(0.9)2Tst=68.85Nm Tst TL ，可以起动可以起动解：解：采用采用换接起动换接起动 Ist=Ist/3=45.7A Tst=Tst/3=28.3Nm TL=55Nm 不能起动不能起动返回返回现在学习的是第67页，共73页例：例：Y160M-2型三相异步电动机型三相异步电动机PN=15KW,接法接法,UN=380V,nN=2930r/min,N=0.882,N=0.88,Ist/IN=7,S=2,M=2.2，起动电流不允许超过，起动电流不允许超过150A。若负载转若负载转矩矩TL=60Nm,试问试问能否带此负载能否带此负载(1)长期运行长期运行,(2)短时运短时运行行,(3)直接起动？直接起动？Tst=2TN=97.8Nm Tmax=2.2TN=107.58Nm Ist =7 IN =205.45A 解：解：TN TL 能短时运行能短时运行 TST TL 但但IST150A 不能直接起动不能直接起动返回返回现在学习的是第68页，共73页2.电网电压下降电网电压下降10%,电动机在恒定负载转矩下工作电动机在恒定负载转矩下工作,稳定后的状态为稳定后的状态为_ A.转矩不变转矩不变,转速下降转速下降,电流减小电流减小;B.转矩不变转矩不变,转速下降转速下降,电流增大电流增大;C.转矩减小转矩减小,转速不变转速不变,电流减小；电流减小；D.转矩减小转矩减小,转速不变转速不变,电流增大；电流增大；B 1.异步电动机起动电流大是因为异步电动机起动电流大是因为_ A.起动时轴上静摩擦阻力转矩大起动时轴上静摩擦阻力转矩大;B.起动时磁通还未产生起动时磁通还未产生,E1=0;C.n=0,s=1 sN,I2很大。很大。C 返回返回现在学习的是第69页，共73页返回返回3.异步电动机铭牌值为异步电动机铭牌值为:UN=380V/220V,接法接法/，IN=6.3A/10.9A，当额定运行时每相绕组电压，当额定运行时每相绕组电压UP和电和电流流IP为为_A.380V,6.3A B.220V,6.3A C.380V,10.9A D.220V,10.9A B 4.对于起动并不频繁的三相笼型异步电动机对于起动并不频繁的三相笼型异步电动机,适当适当降低其起动电流是为了降低其起动电流是为了_ A.防止电动机烧坏防止电动机烧坏 B.防止熔体熔断防止熔体熔断 C.防止防止电网电压过度降低电网电压过度降低5.绕线转子三相异步电动机在负载不变的情况下绕线转子三相异步电动机在负载不变的情况下,增加增加转子电路电阻会使其转速转子电路电阻会使其转速_ A.增高增高 B.降低降低 C.稳定不变稳定不变C B 现在学习的是第70页，共73页返回返回Tst”TnTstU1 U1”U1U1”Tst”TnTstR2 R2”R2R2”起动时，起动时，s=1，n=0,I1、I2 很大很大,U1 Ist Tst R2 Ist Tst n sI2U1 n s Tst R2 n s Tst T与与U12成正比成正比;sm与与R2成反比成反比;Tmax与与R2无关。无关。现在学习的是第73页，共73页