交流电动机及其控制.ppt
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1、第四章第四章 交流电动机及其控制交流电动机及其控制4.1 4.1 交流电动机概述交流电动机概述4.2 4.2 三相异步电动机的机械特性分析三相异步电动机的机械特性分析4.3 4.3 三相异步电动机的运行三相异步电动机的运行4.4 4.4 三相异步电动机的控制三相异步电动机的控制4.5 4.5 车用交流发电机车用交流发电机4.1.1 电动机概述电动机概述4.1.2 三相异步电动机的结构三相异步电动机的结构4.1.3 三相异步电动机的铭牌三相异步电动机的铭牌4.1.4 三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理4.1 4.1 交流电动机概述交流电动机概述 一种是按照功能用途分类,可分为发电一
2、种是按照功能用途分类,可分为发电机、电动机、变压器和控制电动机机、电动机、变压器和控制电动机4 4大类。大类。另一种是按照用电性质分类,可分为直另一种是按照用电性质分类,可分为直流电动机和交流电动机两大类。流电动机和交流电动机两大类。所有电动机都是由电路和磁路两个基本所有电动机都是由电路和磁路两个基本部分组成。部分组成。它们的工作原理都是建立在电与磁的相它们的工作原理都是建立在电与磁的相互转化与相互作用的基础上,所依据的电磁互转化与相互作用的基础上,所依据的电磁定律都是电磁力定律和电磁感应定律。定律都是电磁力定律和电磁感应定律。4.1.1 电动机概述电动机概述图图图图4-14-1三相异步三相异
3、步三相异步三相异步电动电动电动电动机的构造机的构造机的构造机的构造11接接接接线线线线盒盒盒盒22定子定子定子定子铁铁铁铁芯芯芯芯33定子定子定子定子绕组绕组绕组绕组44转轴转轴转轴转轴55转转转转子子子子66风风风风扇扇扇扇77罩壳罩壳罩壳罩壳88轴轴轴轴承承承承99机座机座机座机座1010端盖端盖端盖端盖1111轴轴轴轴承盖承盖承盖承盖4.1.2 三相异步电动机的结构三相异步电动机的结构(1 1)外壳)外壳 外壳包括机座、端盖、轴承盖及接线盒等外壳包括机座、端盖、轴承盖及接线盒等部件。部件。(2 2)定子铁芯)定子铁芯 定子铁芯是电动机磁路的一部分。定子铁芯是电动机磁路的一部分。(3 3)
4、定子绕组)定子绕组 定子绕组是三相电动机的电路部分,三相定子绕组是三相电动机的电路部分,三相电动机有三相绕组,通入三相对称电流时,就电动机有三相绕组,通入三相对称电流时,就会产生旋转磁场。会产生旋转磁场。1 1定子部分定子部分 图图图图4-24-2定子定子定子定子铁铁铁铁芯及冲片示意芯及冲片示意芯及冲片示意芯及冲片示意图图图图图图图图4-34-3定子定子定子定子绕组绕组绕组绕组的的的的连连连连接接接接(1 1)笼型转子)笼型转子2 2转子部分转子部分图图图图4-44-4转转转转子子子子铁铁铁铁芯冲片芯冲片芯冲片芯冲片图图图图4-54-5笼笼笼笼型型型型转转转转子示意子示意子示意子示意图图图图1
5、1转转转转子子子子铁铁铁铁芯芯芯芯22风风风风叶叶叶叶33铸铝铸铝铸铝铸铝条条条条(2 2)绕线式转子)绕线式转子图图图图4-64-6绕线绕线绕线绕线式式式式转转转转子示意子示意子示意子示意图图图图11转轴转轴转轴转轴22集集集集电环电环电环电环33转转转转子子子子绕组绕组绕组绕组44变变变变阻器阻器阻器阻器55电电电电刷刷刷刷 其他部分包括端盖、风扇等。其他部分包括端盖、风扇等。端端盖盖除除了了起起防防护护作作用用外外,在在端端盖盖上上还还装装有轴承,用来支撑转轴。有轴承,用来支撑转轴。风扇则用来通风冷却电动机风扇则用来通风冷却电动机 3 3其他部分其他部分4.1.3 三相异步电动机的铭牌三
6、相异步电动机的铭牌(1 1)型号)型号 三三相相异异步步电电动动机机的的型型号号主主要要包包括括产产品品系系列号、规格代号等。列号、规格代号等。现现以以Y Y系系列列异异步步电电动动机机为为例例,说说明明型型号号中中各字母及数字代表的含义。各字母及数字代表的含义。(2 2)额定电压)额定电压 额定电压(额定电压(U UN N)是指接到电动机绕组上的)是指接到电动机绕组上的线电压。线电压。三相异步电动机要求所接的电源电压值上三相异步电动机要求所接的电源电压值上下波动一般不应超过额定电压的下波动一般不应超过额定电压的5%5%。(3 3)额定电流)额定电流 额定电流(额定电流(I IN N)是指三相
7、异步电动机在额)是指三相异步电动机在额定电源电压下,输出额定功率时,流入定子绕定电源电压下,输出额定功率时,流入定子绕组的线电流。组的线电流。若超过额定电流过载运行,三相异步电动若超过额定电流过载运行,三相异步电动机就会过热乃至烧毁。机就会过热乃至烧毁。(4 4)额定功率)额定功率 额额定功率(定功率(P PN N)是指)是指电动电动机在机在额额定工作状定工作状态态下运行下运行时时,转轴转轴上上输输出的出的额额定机械功率,定机械功率,单单位是千瓦(位是千瓦(kWkW)或瓦()或瓦(W W)。)。三相异步三相异步电动电动机的机的额额定功率定功率为为(4-14-1)(5 5)额定频率)额定频率 额
8、定频率(额定频率(f fN N)是指电动机所接的交流)是指电动机所接的交流电源每秒钟内周期变化的次数。电源每秒钟内周期变化的次数。我国规定标准电源频率为我国规定标准电源频率为50Hz50Hz。(6 6)额定转速)额定转速 额定转速(额定转速(n nN N)是指三相异步电动机在额)是指三相异步电动机在额定工作情况下运行时每分钟的转速,一般是略定工作情况下运行时每分钟的转速,一般是略小于对应的同步转速(小于对应的同步转速(n n1 1)。)。(7 7)绝缘等级)绝缘等级 缘等级是指三相电动机所采用的绝缘材料缘等级是指三相电动机所采用的绝缘材料的耐热能力,它表明三相电动机允许的最高工的耐热能力,它表
9、明三相电动机允许的最高工作温度。作温度。(8 8)接法)接法 三相电动机定子绕组的连接方法有星形三相电动机定子绕组的连接方法有星形(Y Y)和三角形()和三角形()两种。)两种。定子绕组的连接只能按规定方法连接,不定子绕组的连接只能按规定方法连接,不能任意改变接法,否则会损坏三相电动机。能任意改变接法,否则会损坏三相电动机。4.1.4 三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理1 1旋转磁场旋转磁场图图图图4-74-7三相异步三相异步三相异步三相异步电动电动电动电动机的三相机的三相机的三相机的三相绕组绕组绕组绕组图图图图4-84-8三相三相三相三相绕组绕组绕组绕组的星形的星形的星形的星形
10、联结联结联结联结 电流变化一个周期,合成磁场在空间也电流变化一个周期,合成磁场在空间也旋转了一周。旋转了一周。图图图图4-94-9对对对对称三相称三相称三相称三相电电电电流波形流波形流波形流波形图图图图4-104-10旋旋旋旋转转转转磁磁磁磁场场场场的分布情况的分布情况的分布情况的分布情况从上述分析可知如下几点。从上述分析可知如下几点。三相电流通过定子绕组所产生的合成三相电流通过定子绕组所产生的合成磁场,是随电流的交变而在空间旋转的磁场,磁场,是随电流的交变而在空间旋转的磁场,即为旋转磁场。即为旋转磁场。旋转磁场的转速旋转磁场的转速同步转速。同步转速。旋转磁场的转速(旋转磁场的转速(n n1
11、1)为)为(4-24-2)式中,式中,n n1 1单位为转单位为转/分(分(r/minr/min)。)。表表表表4-14-1同步同步同步同步转转转转速与极速与极速与极速与极对对对对数数数数对应对应对应对应表(表(表(表(f f1 1=50Hz=50Hz)极对数(极对数(p p)1 12 23 34 45 56 6同步转速同步转速(n n1 1)/(r/minr/min)300030001500150010001000750750600600500500 旋转磁场的旋转方向。旋转磁场的旋转方向。旋旋转转磁磁场场的的旋旋转转方方向向是是由由通通入入三三相相绕绕组组的三相电流的相序决定的。的三相电流
12、的相序决定的。当三相异步电动机定子的三相绕组通当三相异步电动机定子的三相绕组通入三相对称电流后,产生了旋转磁场。入三相对称电流后,产生了旋转磁场。设旋转磁场在气隙中以同步转速设旋转磁场在气隙中以同步转速(n n1 1)沿顺时针方向旋转,这时静止的转子与)沿顺时针方向旋转,这时静止的转子与旋转的磁场之间有了相对运动,根据电磁感应旋转的磁场之间有了相对运动,根据电磁感应定律,转子导体受到旋转磁场的磁力线切割,定律,转子导体受到旋转磁场的磁力线切割,就会在导体中产生感应电动势,根据右手螺旋就会在导体中产生感应电动势,根据右手螺旋定则,可判断出转子导体感应电动势的方向。定则,可判断出转子导体感应电动势
13、的方向。2 2转子转动原理转子转动原理 由于转子绕组是闭合回路,因此在感由于转子绕组是闭合回路,因此在感应电动势的作用下,形成感应电流。应电动势的作用下,形成感应电流。感应电流又在旋转磁场的作用下而产感应电流又在旋转磁场的作用下而产生电磁力(生电磁力(F F)。)。根据左手定则,可以确定电磁力(根据左手定则,可以确定电磁力(F F)的)的方向,如图方向,如图4-114-11转子转动原理图所示。转子转动原理图所示。图图图图4-114-11转转转转子子子子转动转动转动转动原理原理原理原理图图图图(4-34-3)根据式(根据式(4-34-3)可以得到电动机的转速常用公)可以得到电动机的转速常用公式为
14、式为(4-44-4)3 3转差率转差率 【例例4-14-1】一一台台三三相相异异步步电电动动机机,额额定定功功率率P PN N=11kW=11kW,额额定定频频率率f fN N=50Hz=50Hz,额额定定电电压压U UN N=380V=380V,额额定定效效率率N N,额额定定功功率率因因数数,额额定定转转速速n nN N=975r/min=975r/min。试试求求:(1 1)同同步步转转速速(n n1 1);(2 2)极极对对数数(p p);(3 3)额额定定电电流流(I IN N);(4 4)额额定定转转差差率率(s sN N)。)。4.2 4.2 三相异步电动机的机械特性分析三相异步
15、电动机的机械特性分析4.2.1 电磁转矩电磁转矩4.2.2 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性电磁转矩(电磁转矩(T T)表达式为)表达式为(4-54-5)式中,式中,K KT T与电动机本身结构有关与电动机本身结构有关的常数。的常数。式(式(4-54-5)是分析异步电动机转矩特性的)是分析异步电动机转矩特性的重要依据。重要依据。4.2.1 电磁转矩电磁转矩 电磁转矩与转差率之间的关系电磁转矩与转差率之间的关系T T=f(=f(s s),称为电动机的转矩特性。称为电动机的转矩特性。通过分析可以推得通过分析可以推得或写成或写成(4-64-6)当当电电源源电电压压(U U1 1)和和
16、转转子子电电路路参参数数为为定定值值时时,转转速速(n n)和和电电磁磁转转矩矩(T T)的的关关系系n n=f f(T T)称)称为为三相异步三相异步电动电动机的机械特性。机的机械特性。4.2.2 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性1 1额定工作点(额定工作点(C C)(4-74-7)最大转矩时的临界转差率(最大转矩时的临界转差率(s sm m)为)为(4-84-8)将将s sm m值代入式(值代入式(4-64-6),即可求得最大转矩为),即可求得最大转矩为(4-94-9)2 2临界工作点(临界工作点(B B)图图图图4-124-12三相异步三相异步三相异步三相异步电动电动电动
17、电动机的机械特性机的机械特性机的机械特性机的机械特性图图图图4-134-13改改改改变变变变定子定子定子定子电压电压电压电压的人的人的人的人为为为为机械特性曲机械特性曲机械特性曲机械特性曲线线线线图图图图4-144-14转转转转子回路外串子回路外串子回路外串子回路外串电电电电阻的人阻的人阻的人阻的人为为为为机械特性曲机械特性曲机械特性曲机械特性曲线线线线 电动机刚接通电源的瞬间,转速电动机刚接通电源的瞬间,转速n n=0=0(s s=1=1),这时的电磁转矩称为启),这时的电磁转矩称为启动转矩(动转矩(T Tstst),对应启动工作点(),对应启动工作点(A A)。)。3 3工作点(工作点(A
18、 A)4.3 4.3 三相异步电动机的运行三相异步电动机的运行4.3.1 三相异步电动机的启动三相异步电动机的启动4.3.2 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速4.3.3 三相异步电动机的反接制动三相异步电动机的反接制动4.3.4 三相异步电动机的反转三相异步电动机的反转4.3.1 三相异步电动机的启动三相异步电动机的启动1 1笼型异步电动机直接启动笼型异步电动机直接启动 启动时,电动机定子绕组直接接入额定电启动时,电动机定子绕组直接接入额定电压的电网上的启动方法,称为直接启动或者压的电网上的启动方法,称为直接启动或者全压启动。全压启动。启启动动开开始始时时,旋旋转转磁磁场场与与静静止止
19、的的转转子子之之间间有有很很大大的的相相对对转转速速,转转子子电电路路的的感感应应电电动动势很大。势很大。因因此此转转子子电电流流也也很很大大,为为额额定定情情况况时时的的5 58 8倍。倍。转转子子电电流流很很大大时时,定定子子电电流流也也相相应应增增大大,即即启启动动电电流流(I Istst)也也很很大大,一一般般约约为为额额定定电电流(流(I IN N)的)的4 47 7倍。倍。一般规定,三相异步电动机的功率低于一般规定,三相异步电动机的功率低于时允许直接启动。时允许直接启动。如果功率大于,而供电变压器容量较大,如果功率大于,而供电变压器容量较大,能符合下列经验公式要求的异步电动机也可能
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- 交流电动机 及其 控制
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