电工学II电机与电气控制第三章电动机山东大学期末考试知识点复习.docx

第三章 电动机 1311 电动机的分类 电机是一种机电能量转换元件，其中，电动机将电能转换成机械能。电动机按其工作原理分类如下：1312直流电动机 直流电动机的电源为直流电，其核心部件是它的电枢绕组。直流电动机通过电枢绕组感应出电动势和电流，电枢电流及气隙磁场相互作用产生电磁转矩，从而实现机电能量转换。不同励磁方式的电动机具有不同的特性，由于他励直流电动机具有优良的调速性能，所以得到了广泛的应用。 1313 三相异步电动机的根本构造及工作原理 根本构造由定子、转子和气隙组成。 旋转磁场的产生三相对称交流电流通入在空间按一定规律分布的三相对称的定子绕组后，在电机内部产生旋转磁场。 同步转速旋转磁场的转速称为同步转速，即n0=60f1/p，其中f1为定子电源的频率，p为电动机的磁极对数。 转向三相异步电动机的旋转方向由旋转磁场的方向决定，及通入电机的三相交流电流的相序有关，改变三相交流电流的相序就可以改变电动机的旋转方向。 转速和转差率依据电磁感应和电磁力的原理，电机转子转速n及旋转磁场的转速n0(同步转速)不相等，这是异步电动机运行的根本条件；定义其转差率为s=(n0 - n)/n0，根据s的大小和正负判断异步电动机可处于三种不同的工作状态：电动机运行状态、发电运行状态和电磁制动运行状态。 电磁关系三相异步电动机工作时，定子电路和转子电路中的电磁关系。 (1)定子每相绕组的感应电动势为E1=444f1N1，而且，定子每相绕组上施加的电压U1E1，可见，U1。 (2)转子每相绕组的感应电动势为E2=444f2N2，其中，f2=sf1。 (3)转子每相绕组的电流和功率因数分别为 功率关系三相异步电动机能量转换过程中功率流图如图131所示。P1为输入到异步电动机的电功率，其中一小局部作为定子绕组的铜损耗pCu1和电机的铁损耗pFe1(主要是定子铁损耗)消耗掉；其余大局部那么形成电磁功率PT。电磁功率除去转子绕组的铜损耗pCu2便是电动机产生的机械功率Pmec，当电动机转动时还有机械损耗pm和各种附加损耗pad，从机械功率中减去机械损耗pm和附加损耗pad就是电动机转轴上输出的机械功率P2。所以，电动机的效率为=(P2/P1)×100。 1314 三相异步电动机的机械特性 机械特性是描述异步电动机拖动系统各种运行状态的依据。 机械特性曲线T=f(s)称为电动机的转矩特性，用转速代替转差率得到的n=f(T)称为电动机的机械特性，曲线如图132所示。在机械特性曲线上有几个表征电机运行性能的重要物理量：理想空载转速n0、临界转差率sm、额定转矩TN、最大转矩Tmax和起动转矩Tst。 图132中： A点：n=n(s=1) T=0称为理想空载点。 B点：n=nN T=TN为额定工作点；此时TN=9 550(PN/nN)，sN=(n0 - nN)/n0。C点：此时T=Tmax，称为临界工作点(最大转矩点)；s=sm，sm称为临界转差率，其中1315 三相异步电动机的起动及反转起动的特点当n=0，s=1时，三相异步电动机起动。此时由于相对转速大，转子电路中感应电动势和感应电流都很大，所以，定子绕组中的电流也很大，这个电流就是起动电流，用Ist表示。一般情况下，Ist=(37)IN。但由于起动时功率因数很低，所以，电动机起动时起动转矩并不是最大。 起动方法直接起动、降压起动、转子电路串电阻或串电抗起动等。 反转通过改变定子电流相序实现反转。 1316 三相异步电动机的调速 调速的原理由n=n0(1 - s)=60f1/p(1 - s)可知，通过改变磁极对数p，电源频率f1和转差率s中任何一个参数都可以到达调节转速的目的。所以，常见的调速方法有变极对数调速、变频调速、变转差率调速三大类。 1317 三相异步电动机的制动 制动的概念当转动的电动机受到一个及电磁转矩方向相反的转矩作用时，称该电动机工作在制动状态。 制动方法反接制动、能耗制动、发电反应制动。 1318 三相异步电动机的铭牌数据 三相异步电动机的额定值刻印在每台电机的铭牌上，三相异步电动机的额定值又称为电动机的技术参数，只有正确地理解各技术参数的意义，才能正确地选择并使用电动机。其铭牌上主要给出以下的参数： 型号表示电动机的类型、规格等的代号。 接法指电动机在额定运行条件下，定子绕组应该采取的接法，可以是三角形联结或星形联结。 电压指额定电压，即电动机按规定的接法额定运行时，定子绕组上应加的线电压。 电流指额定电流，即电动机按规定的接法额定运行时，定子绕组上的线电流。 转速指额定转速，即电动机在额定运行条件时的转速。 功率及效率指额定功率和效率，即电动机在额定电压、额定电流时，轴上输出的机械功率。效率为电动机轴上输出的机械功率及输入定子绕组的电功率之比。 除此之外，还有功率因数、频率、工作方式和绝缘等级等。 图133所示为一电动机的铭牌数据。从该铭牌可以读出以下重要信息：电机极对数p=2，额定电压UN=380 V，额定电流IN=23 A，额定转速nN=1460 rmin，功率因数cosN=084，额定效率N=88，额定输出功率PN=112 kW，正常工作时作三角形联结。 1319 三相异步电动机的选择 功率的选择由生产机械所需要的功率来确定。 电压及转速的选择电动机的额定电压应及供电电网一致。转速应尽可能接近生产机械的转速，以简化传动机构。 种类和形式的选择在调速性能要求不高的场合应尽可能选用笼型异步电动机，只有对需要大起动转矩或调速性能要求较高的情况下，才选用绕线转子异步电动机。 13110 单相异步电动机 单相异步电动机中只有一相交流绕组，它只能产生脉动磁场，该脉动磁场可以分解为2个转速一样，但方向相反的旋转磁场。当一个旋转磁场大于另一个时，电动机就转动起来了。因此，单相异步电动机没有起动转矩，必须使用其他方法起动电机。当单相异步电动机起动以后，其工作过程及三相异步电动机一样。 单相异步电动机的起动方式常见的有电容式起动、罩极式起动两种。 三相异步电动机的单相运行三相异步电动机起动前断了一相和工作时断了一相都会导致三相异步电动机变成单相电动机。如果三相异步电动机起动前断了一相，那么由于单相异步电动机没有起动转矩，所以不能起动，但电动机中会有电流流过，其定子电流和转子电流都很大；如果电动机处于运行时断了一相，那么单相运行时电动机虽然能够转动，但电流将超过额定电流。所以，这两种情况都会使电动机因过热而导致损坏。 132 本章重点 (1)三相异步电动机的工作原理，从输入到输出的传递过程可表示为： 输入电功率(P1)旋转磁场()同步转速(n0)转子导体中感应电动势(E2)转子电流(I1)电磁转矩(T)转子转速(n)输出机械功率(P2)。 在了解三相异步电动机的工作原理根底上，正确理解以上各个物理量之间的关系，并灵活应用。 (2)三相异步电动机的机械特性。了解电动机的机械特性曲线，理解机械特性曲线上的重要物理量：理想空载转速、临界转差率、额定转矩、最大转矩和起动转矩等。 理解三相异步电动机的机械特性随外加电压的变化而变化的关系。当外加电压减小时，三相异步电动机机械特性曲线的变化如图134所示。 所以，当外加电压减小时，三相异步电动机的机械特性曲线左移。 理解绕线转子三相异步电动机的机械特性随外加电阻的变化而变化的关系。当绕线转子三相异步电动机的转子回路串接不同的电阻时，三相异步电动机的机械特性变化如图135所示。 1322 本章难点 (1)旋转磁场的产生以及同步转速n0及磁极对数p的关系。 (2)三相异步电动机定子、转子电路中的电磁关系。异步电动机中定子和转子相当于变压器中的一次绕组和二次绕组，因此它们之间的电磁关系也如同一次绕组和二次绕组之间的电磁关系。 (3)单相异步电动机脉动磁场的产生及分解。单相异步电动机只能产生脉动磁场，该脉动磁场可以分解为2个转速一样，但方向相反的旋转磁场。