第四章 电动机的结构与运行课件.ppt

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1、第四章 电动机的结构与运行4.2 三相异步电动机的运行特性三相异步电动机的运行特性4.1 三相异步电动机的结构与工作原理三相异步电动机的结构与工作原理4.3 单相异步电动机单相异步电动机鼠笼式异步交流电动机授课内容：鼠笼式异步交流电动机授课内容： 基本结构、工作原理、基本结构、工作原理、 机械特性、控制方法机械特性、控制方法 电动机电动机交流电动机交流电动机直流电动机直流电动机鼠笼式鼠笼式绕线式绕线式异步机异步机同步机同步机（用于功率较大，不需要调（用于功率较大，不需要调 速，长期工作的机械）速，长期工作的机械）（应用广泛）（应用广泛）一、三相异步电动机的构造一、三相异步电动机的构造 转子转子

2、 转子铁心：和定子铁心相似，由硅钢片叠成。：和定子铁心相似，由硅钢片叠成。 (由由0.35mm-0.5mm的硅钢片叠成的硅钢片叠成) 转子绕组：分为笼型和绕线型两种。：分为笼型和绕线型两种。 (笼型转子绕组由铸铝导条或铜条组成，端部用短路环短接。笼型转子绕组由铸铝导条或铜条组成，端部用短路环短接。 绕线型转子绕组和定子绕组相似绕线型转子绕组和定子绕组相似 ) 转轴：由中碳钢制成，两端由轴承支撑，用来输出转矩。：由中碳钢制成，两端由轴承支撑，用来输出转矩。 4.1 三相异步电动机的结构与工作原理三相异步电动机的结构与工作原理定子定子 定子铁心：由硅钢片叠成，构成电动机的磁路。由硅钢片叠成，构成电

3、动机的磁路。 (由由0.35mm-0.5mm的硅钢片叠成的硅钢片叠成) 定子绕组：由铜线绕制而成，构成电动机的电路。由铜线绕制而成，构成电动机的电路。 机座：一般由铸铁或铸钢制成，是电动机的支架。：一般由铸铁或铸钢制成，是电动机的支架。三相鼠笼异步电动机的构造三相鼠笼异步电动机的构造绕线式异步电动机的构造绕线式异步电动机的构造二、三相异步电动机的选择与使用二、三相异步电动机的选择与使用1、 三相异步电动机的铭牌三相异步电动机的铭牌机座中心高度（132mm）Y 132 M4磁极数（4 极）机座长度代号（中机座）三相异步电动机Y132M1- 4 （机座后有数字1-6，表示铁芯长度的代号）绝缘等级绝

4、缘等级B，表示允许的极限温度，表示允许的极限温度 130 0C Y 900C；A1050C；E1200C ； F 1550C； H1800C ；C1800C。三相异步电动机 型 号 Y132M-4 功 率 7.5kW 频 率 50Hz 电 压 380V 电 流 15.4A 接 法 转 速 1440r/min 绝缘等级 B 工作方式 连续 年 月 日 编号 电机厂：电动机在铭牌规定条件下正常工作时转轴 上输出的机械功率，称为额定功率或容量。：电动机的额定线电压。：电动机在额定状态下运行时的线电流。：电动机所接交流电源的频率。：额定转速。：U1 V1 W1W2 U2 V2U1 V1 W1W2 U2

5、 V2U1 V1 W1U2 V2 W2U1 V1 W1(a) 星型连接 (b) 三角形连接U2 V2 W22、 三相异步电动机的选择三相异步电动机的选择 合理选择电动机关系到生产机械的安全运行和投资效益。可根据生产机械所需功率选择电动机的容量，根据工作环境选择电动机的结构形式，根据生产机械对调速、起动的要求选择电动机的类型，根据生产机械的转速选择电动机的转速。3、 三相异步电动机的安装与接地三相异步电动机的安装与接地电动机的安装应遵循如下原则：电动机的安装应遵循如下原则：（1）有大量尘埃、爆炸性或腐蚀性气体、环境温度）有大量尘埃、爆炸性或腐蚀性气体、环境温度40以以上以及水中作业等场所，应该选

6、择具有合适防护型式的电动上以及水中作业等场所，应该选择具有合适防护型式的电动机。机。（2）一般场所安装电动机，要注意防止潮气。不得已的情）一般场所安装电动机，要注意防止潮气。不得已的情况下要抬高基础，安装换气扇排潮。况下要抬高基础，安装换气扇排潮。（3）通风条件要良好。环境温度过高会降低电动机的效率，）通风条件要良好。环境温度过高会降低电动机的效率，甚至使电动机过热烧毁。甚至使电动机过热烧毁。（4）灰尘少。灰尘会附在电动机的线圈上，使电动机绝缘）灰尘少。灰尘会附在电动机的线圈上，使电动机绝缘电阻降低、冷却效果恶化。电阻降低、冷却效果恶化。（5）安装地点要便于对电动机的维护、检查。）安装地点要便

7、于对电动机的维护、检查。 电动机的绝缘如果损坏，运行中机壳就电动机的绝缘如果损坏，运行中机壳就会带电。一旦机壳带电而电动机又没有良好会带电。一旦机壳带电而电动机又没有良好的接地装置，当操作人员接触到机壳时，就的接地装置，当操作人员接触到机壳时，就会发生触电事故。因此，电动机的安装、使会发生触电事故。因此，电动机的安装、使用一定要有接地保护。在电源中性点直接接用一定要有接地保护。在电源中性点直接接地系统，采用保护接中性线，在电动机密集地系统，采用保护接中性线，在电动机密集地区应将中性线重复接地。在电源中性点不地区应将中性线重复接地。在电源中性点不接地系统，应采用保护接地。接地系统，应采用保护接地

8、。三、三相异步电动机的工作原理三、三相异步电动机的工作原理转动原理：转动原理： n0neiNSf磁铁磁铁闭合闭合线圈线圈NSn0neif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导线长导线长磁感应强度磁感应强度切割速度切割速度vlBe（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ilBf1. 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 结论：结论：异步异步2. 线圈比磁场转得慢线圈比磁场转得慢0nnn0neiNSf 实际的异步电动机中，实际的异步电动机中，转子之所以转动

9、，是由于转子之所以转动，是由于旋转磁场的作用。旋转磁场的作用。旋转磁场的产生旋转磁场的产生U1V2W1V1W2异步机中异步机中,旋转磁场代替了旋转磁极旋转磁场代替了旋转磁极AiBiCimIt0n()电流出电流出( )电流入电流入U2240sin120sinsintIitIitIimCmBmA 三相对称绕组通入三相对称电流就三相对称绕组通入三相对称电流就形成形成。180tXBZ0nAYC 60tAXYCBZSN0n60A120tXYCBZ0n同理分析，可得同理分析，可得其它电流角度下其它电流角度下的磁场方向：的磁场方向：AiBiCitmI旋转磁场的旋转磁场的转速大小转速大小分）转 /( 600f

10、n 一个电流周期，旋转磁场在空间转过一个电流周期，旋转磁场在空间转过360。则。则 同步转速（旋转磁场的速度）为：同步转速（旋转磁场的速度）为：AXYCBZNSAXYCBZSN0n60AXYCBZNSAiBiCimIt极对数（极对数（P）的概念）的概念BiAXBYCZAiCi1p此种接法下，合成磁场只有一对磁极，则极对数为此种接法下，合成磁场只有一对磁极，则极对数为1。即：即：AXYCBZNS极对数（极对数（P）的改变）的改变CYABCXYZAXBZAiBiCi 将每相绕组分成两段，按右下图放入定子槽内。形将每相绕组分成两段，按右下图放入定子槽内。形成的磁场则是两对磁极。成的磁场则是两对磁极。

11、X AAXBYBYCZCZ极对数极对数2pAXX ANSSNZCZCBYBYCYABCXYZAXBZAiCiBiAiBiCimItXNSASNZBX AYCZBCY0t分）转/( 600pfn 60t A0nAZXXCZCSNSN30极对数和转速的关系极对数和转速的关系AiBiCimIt三相异步电动机的同步转速三相异步电动机的同步转速分）转/( 600pfn 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)50(Hzf 0n3p120分）转/( 0001电动机转速和旋转磁场同步转速的关系电动机

12、转速和旋转磁场同步转速的关系电动机转速电动机转速:n电机转子转动方向与磁场旋转的方向一致，电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 转差率转差率 （s）的概念：）的概念：%10000nnns异步电机运行中异步电机运行中:%91s转差率为旋转磁场的同步转速和电动机转速之差。即：转差率为旋转磁场的同步转速和电动机转速之差。即：电动机起动瞬间电动机起动瞬间:1 , 0sn（转差率最大）（

13、转差率最大）旋转方向旋转方向：取决于三相电流的相序。：取决于三相电流的相序。0n0n改变电机的旋转方向：换接其中两相改变电机的旋转方向：换接其中两相AiBiCimItAiCiBimIt旋转磁场的旋转方向旋转磁场的旋转方向 方法：和电源相接的任意两相互换，就可实现反转。方法：和电源相接的任意两相互换，就可实现反转。 正转正转反转反转U V WM3电电 源源UVWM3电电 源源4.2 三相异步电动机的运行特征一、机械特性一、机械特性 三相异步电动机的机械特性是指电动机的转速n随电磁转矩T变化的特性，其关系曲线n= f（T），如右图三个重要转矩三个重要转矩n0Tn)/()(9550602分转千瓦NN

14、NNNnPnPT（牛顿（牛顿米）米）NTnNNT额定转矩额定转矩 ：电机在额定电压下，以额电机在额定电压下，以额定转速定转速 运行，输出额运行，输出额定功率定功率 时，电机转轴时，电机转轴上输出的转矩。上输出的转矩。NPNn( 1 )（电动机在额定负载时的转矩。）（电动机在额定负载时的转矩。） 如果如果 电机将会电机将会因带不动负载而停转。因带不动负载而停转。maxTTL最大转矩最大转矩 ：( 2 )maxT电机带动最大负载的能力。电机带动最大负载的能力。Tn0nmaxT三相异步机三相异步机2 .28 .1过载系数：过载系数：NTTmax也叫最大转矩倍数也叫最大转矩倍数 工作时，一定令负载转矩

15、工作时，一定令负载转矩 ，否则，否则电机将停转。致使电机将停转。致使电机严重过热。电机严重过热。注意：注意： （1）三相异步机的）三相异步机的 和电压的平方成正比，所和电压的平方成正比，所以对电压的波动很敏感，使用时要注意电压的变化。以对电压的波动很敏感，使用时要注意电压的变化。maxTmaxTTL （2）stT起动转矩起动转矩 ：( 3 )电机起动时的转矩。电机起动时的转矩。Tn0nstTLstTT stT体现了电动机带载起动的能力。若体现了电动机带载起动的能力。若 电机能电机能起动，否则将起动不了。起动，否则将起动不了。Tst=KstTNKst为启动转矩倍数启动转矩倍数一般为一般为二、空载

16、运行二、空载运行 电动机轴上不带负载，输出机械功率电动机轴上不带负载，输出机械功率为零，这种运行状态称为空载运行。为零，这种运行状态称为空载运行。 由于空载时转子转速由于空载时转子转速n2接近同步转速接近同步转速n1，故转子感应电流近似为零，电磁转，故转子感应电流近似为零，电磁转矩也近似为零。矩也近似为零。 定子绕组中的线电流称为空载电流，定子绕组中的线电流称为空载电流，它用于建立旋转磁场。它用于建立旋转磁场。三、有载运行三、有载运行 电动机轴上带负载时，输出机械功率，电动机轴上带负载时，输出机械功率，这种运行状态称为电动机的有载运行。这种运行状态称为电动机的有载运行。 当轴上带负载时，随着负

17、载阻力矩的当轴上带负载时，随着负载阻力矩的增加，电动机的转速增加，电动机的转速n2逐渐降低，转子绕逐渐降低，转子绕组中的感应电流增加，从而产生较大的电组中的感应电流增加，从而产生较大的电磁转矩，拖动负载工作。磁转矩，拖动负载工作。 当定子绕组中当定子绕组中I1=IN时，称满载运行；时，称满载运行；I1IN，称为过载运行；当，称为过载运行；当I1IN时时,称轻载。称轻载。4.3 单相异步电动机 单相异步电动机是利用单相交流电源供电的单相异步电动机是利用单相交流电源供电的一种小容量交流电动机，功率约在一种小容量交流电动机，功率约在8W8W750W750W之间。单相异步电动机具有结构简单之间。单相异

18、步电动机具有结构简单, ,成本低廉成本低廉, ,维修方便等特点，被广泛应用于如冰箱、电扇、维修方便等特点，被广泛应用于如冰箱、电扇、洗衣机等家用电器及医疗器械中。但与同容量的洗衣机等家用电器及医疗器械中。但与同容量的三相异步电动机相比，单相异步电动机的体积较三相异步电动机相比，单相异步电动机的体积较大、运行性能较差、效率较低。大、运行性能较差、效率较低。 单相异步电动机有多种类型，目前应用最多单相异步电动机有多种类型，目前应用最多的是电容分相的单相异步电动机，这实际上是一的是电容分相的单相异步电动机，这实际上是一种两相运行的电动机，下面先就这种电动机进行种两相运行的电动机，下面先就这种电动机进

19、行介绍。介绍。 一一电容分相式三相异步电动机电容分相式三相异步电动机 1、结构、结构 单相异步电动机在结构上与三相笼形异步电动机类单相异步电动机在结构上与三相笼形异步电动机类似，转子绕组也为一笼形转子。定子上有一个单相工作似，转子绕组也为一笼形转子。定子上有一个单相工作绕组和一个启动绕组，为了能产生旋转磁场，在启动绕绕组和一个启动绕组，为了能产生旋转磁场，在启动绕组中还串联了一个电容器，其结构如图所示。组中还串联了一个电容器，其结构如图所示。 2工作原理工作原理 为了能产生旋转磁场，利用启动绕组中串联电容实现分相为了能产生旋转磁场，利用启动绕组中串联电容实现分相，其接线原理如左下图所示。只要合

20、理选择参数便能使工作绕，其接线原理如左下图所示。只要合理选择参数便能使工作绕组中的电流组中的电流 与启动绕组中的电流与启动绕组中的电流 相位相差相位相差90，分相后两，分相后两相波形如右下图所示。相波形如右下图所示。 设设 则则UiZitiiUmUsin)90sin(tiiZmZiUiZ 如同分析三相绕组旋转磁场一样，将正交的两相交流电流通如同分析三相绕组旋转磁场一样，将正交的两相交流电流通入在空间位置上互差入在空间位置上互差90的两相绕组中，同样能产生旋转磁场，的两相绕组中，同样能产生旋转磁场，如图所示。如图所示。 与三相异步电动机相似，只要交换启动绕组或工作绕组两与三相异步电动机相似，只要

21、交换启动绕组或工作绕组两端与电源的连接便可改变旋转磁场的方向。端与电源的连接便可改变旋转磁场的方向。 二、罩极式单相异步电动机 定子铁心由硅钢片叠压而成，而磁极的定子铁心由硅钢片叠压而成，而磁极的形式可分为：突极式和隐极式两种，突极式形式可分为：突极式和隐极式两种，突极式最为常见。最为常见。 在定子磁极上开一个小槽，将磁极分成在定子磁极上开一个小槽，将磁极分成两组，在较小的磁极上套上一个短路环，称两组，在较小的磁极上套上一个短路环，称为罩极。为罩极。罩极式单相异步电动机的结构原理图罩极式单相异步电动机的结构原理图 当通入单相交流电时，在励磁绕组和短当通入单相交流电时，在励磁绕组和短路环共同作用下，磁极间形成一个连续运路环共同作用下，磁极间形成一个连续运动的磁场，就好象旋转磁场，从而使笼型动的磁场，就好象旋转磁场，从而使笼型转子受力转动。转子受力转动。 罩极上的铜环是固定的，而磁场从未罩罩极上的铜环是固定的，而磁场从未罩部分向罩极移动，故磁场的转动方向是不部分向罩极移动，故磁场的转动方向是不变的。所以变的。所以 罩极式罩极式 的单相异步电动机是不的单相异步电动机是不能改变方向的。另外，它的启动性能和运能改变方向的。另外，它的启动性能和运行性能也较差。行性能也较差。