电工学第六章.ppt

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1、第第 6 6 章章 电动机电动机 6.3 三相异步电动机的基本结构三相异步电动机的基本结构6.2 三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理6.5 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性 6.4 三相异步电动机的铭牌数据三相异步电动机的铭牌数据 6.6 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 6.7 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 6.8 单相异步电动机单相异步电动机 第第 6 6 章章 电电 动动 机机6.1 电机概述电机概述电机：实现能量转换或信号转换的电磁装置。电机：实现能量转换或信号转换的电磁装置。发电机发电机：将机械能转换为电能；：将机械能转换为电能；6.

2、1 6.1 电机概述电机概述 电动机电动机：将电能转换为机械能。：将电能转换为机械能。直流电机直流电机 交流电机交流电机 同步电机同步电机 异步电机异步电机 理论上电机是一种双向的能量转换装置。理论上电机是一种双向的能量转换装置。电机的可逆原理电机的可逆原理6.2 6.2 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.旋转磁场的产生旋转磁场的产生 一、旋转磁场一、旋转磁场 U1 V1 U2 V2 W1 W2 i1i2i3i tO W1 U1 U2 V1 V2 W2 L1 L2 L3 i1i2i3i tO U1 V1 U2 V2 W1 W2 t=0o N S U1 V1 U2 V2 W1

3、W2 U1 V1 U2 V2 W1 W2 t=60o N S t=120o N S W1 U1 U2 V1 V2 W2 L1 L2 L3 U1 U3 U2 U4 V4 V2 V1 V3 W4 W2 W1 W3 iUiViWi tO N S S N 当每相都改用两个线圈串联组成时：当每相都改用两个线圈串联组成时：均匀分布均匀分布 t=0o t=180o U1 U3 N V4 V2 W1 W3 V1 V3 W4 W2 U2 U4 N S S W1 U1 U3 V1 V3 W3 W2 U2 U4 V2 V4 W4 L1 L2 L3 2.旋转磁场的转速旋转磁场的转速旋转磁场转速旋转磁场转速 同步转速同

4、步转速 n0 60f p p对磁极：对磁极：n0 (r/min)一对磁极：一对磁极：n060f(r/min)二对磁极：二对磁极：n0 (r/min)60f 2 极对数极对数 p12 3456n0/(r/min)300015001000750600500 f=50 Hz 时时,不同极对数时的同步转速如下不同极对数时的同步转速如下:转速略小于同步转速。可以判断转速略小于同步转速。可以判断 p。旋转方向取决于三相电流的相序。旋转方向取决于三相电流的相序。3.旋转磁场的转向旋转磁场的转向i1i2i3i tO U1 V1 U2 V2 W1 W2 N S 思考题：如何改变旋转磁场的转向？思考题：如何改变旋

5、转磁场的转向？W1 U1 U2 V1 V2 W2 L1 L2 L3 i1i2i3i tO U1 V1 U2 V2 W1 W2 t=0o N S V1 U1 U2 V2 W1 W2 N S t=60o U1 V1 U2 V2 W1 W2 N S t=120o 总结：总结：1.三相电流通过三相绕组所产生的合成磁场是个空间旋三相电流通过三相绕组所产生的合成磁场是个空间旋 转磁场；转磁场；2.其他多相电流通过多相绕组均会产生旋转磁场；其他多相电流通过多相绕组均会产生旋转磁场；3.p对磁极同步转速为对磁极同步转速为60f/p(r/min);4.将三相绕组接到电源去的三根导线中的任意两根对调将三相绕组接到

6、电源去的三根导线中的任意两根对调 位置，可改变旋转磁场转向。位置，可改变旋转磁场转向。NS二、工作原理二、工作原理1.电磁转矩的产生电磁转矩的产生 用右手定则判断转子绕用右手定则判断转子绕组中感应电动势的方向组中感应电动势的方向 用左手定则判断转子绕用左手定则判断转子绕组受到的电磁力的方向组受到的电磁力的方向电磁力电磁力电磁转矩电磁转矩 TT 与与 n0 同方向。同方向。n0NS 感应电流无功分量滞后感应电流无功分量滞后于感应电动势于感应电动势90。用左手定则判断转子绕用左手定则判断转子绕组受到的电磁力的方向组受到的电磁力的方向无功分量电磁力相互抵消无功分量电磁力相互抵消n0n？nn0电动机转

7、速电动机转速 n 和旋转磁场同步转速和旋转磁场同步转速 n0 的关系：的关系：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：n n0转差率转差率:起动时起动时:n=0，s=1；运行时；运行时:0 s TL)电机加速，电机加速，n I2 s I1 T 平衡平衡 TL (T2 TL)电机减速，电机减速，n I2 s I1 T 平衡平衡 施加在转子上的转矩为施加在转子上的转矩为:T 四、功率关系四、功率关系 输出的机械功率输出的机械功率:P2=T2 2n 60=T2T2=9.55P n空载损耗空载损耗:P0=PCu+PFe+PMe 电动机的效率电动机的效率:P2P1=1

8、00%P0=P1P2 P1=3 U1I1cos 1 输入的电功率：输入的电功率：【例例】某三相异步电动机某三相异步电动机，极对数极对数 p=2，定子绕组三角形定子绕组三角形联结，接于联结，接于 50 Hz、380 V 的三相电源上工作，当负载转矩的三相电源上工作，当负载转矩 TL=91 Nm 时，时，测得测得 I0=30 A，P1=16 kW，n=1470 r/min，求该电动机带此负载运行时的求该电动机带此负载运行时的 s、P2、和和。60 f1 2n0=1500 r/min=0.0215001470 1500 =P1 3 U1l I1l=0.81解：解：P2 P1=100%=87.5%P2

9、=T2 =2n 60 23.14 60 1470 W=14 kW 91 对称三相绕组对称三相绕组 通入对称三相电流通入对称三相电流 旋转磁场旋转磁场 (磁场能量磁场能量)磁场切割转子绕组磁场切割转子绕组 转子绕组中转子绕组中 产生产生 e 和和 i 转子绕组在磁场中转子绕组在磁场中 受到电磁力的作用转动受到电磁力的作用转动 机械负载机械负载 旋转起来旋转起来 三相交流电能三相交流电能 转子转子定子定子壳体壳体6.3 6.3 三相异步电动机的基本结构三相异步电动机的基本结构 一、定子：一、定子：二、转子：二、转子：1、定子铁心：、定子铁心：2、定子绕组：、定子绕组：3、机座：、机座：4、端盖：、

10、端盖：1、转子铁心：、转子铁心：2、转子绕组：、转子绕组：一、定子一、定子三相异步电动机的定子是由机座、定子铁心和定子三相异步电动机的定子是由机座、定子铁心和定子 绕组组成。绕组组成。基座基座 铁心铁心 定子绕组定子绕组 端盖端盖 W2U2V2U1V1W1W2U2V2U1V1W1W2U2V2U1V1W1 接线柱的联结接线柱的联结 星形联结星形联结三角形联结三角形联结二、转子二、转子根据转子绕组结构的不同又分为笼型转子和绕线型根据转子绕组结构的不同又分为笼型转子和绕线型 转子。转子。鼠笼式：鼠笼式：绕线式：绕线式：6.4 6.4 三相异步电动机的铭牌数据三相异步电动机的铭牌数据 三相异步电动机三

11、相异步电动机型型 号号 Y132S6功功 率率 3 kW 频频 率率 50Hz电电 压压 380 V 电电 流流 7.2 A 联联 结结 Y转转 速速 960r/min 功率因数功率因数 0.76 绝缘等级绝缘等级 B1.1.型号型号 Y132S6Y系列异步机系列异步机机座中心高度机座中心高度机座长度代号机座长度代号2.额定功率额定功率 PN PN=3 kW轴上输出机械功率的额定值轴上输出机械功率的额定值3.额定电压额定电压 UN UN=380 V定子三相绕组应施加的线电压定子三相绕组应施加的线电压磁极数磁极数4.额定电流额定电流 IN IN=7.2A额定状态下定子三相绕组上的线电流额定状态下

12、定子三相绕组上的线电流 5.额定功率因数额定功率因数N=cos NP1N=3 UNIN cos NPN=NP1N=3 UNIN cos NN6.额定转速额定转速 nN额定状态下运行时的转子转速额定状态下运行时的转子转速 7.绝缘等级绝缘等级 三相异步电动机三相异步电动机型型 号号 Y132S6功功 率率 3 kW 频频 率率 50Hz电电 压压 380 V 电电 流流 7.2 A 联联 结结 Y转转 速速 960r/min 功率因数功率因数 0.76 绝缘等级绝缘等级 B固有特性：固有特性：在额定电压、额定频率下，定子和转子电路不在额定电压、额定频率下，定子和转子电路不 外串参数时的外串参数时

13、的 T=f(s)和和 n=f(T)人为特性：人为特性：在改变电压、频率及定子电路、转子电路参数在改变电压、频率及定子电路、转子电路参数 时的时的 T=f(s)和和 n=f(T)转矩特性：转矩特性：异步机异步机 T 与与 s 之间的关系之间的关系 T=f(s)机械特性：机械特性：异步机异步机 n 与与T 之间的关系之间的关系 n=f(T)6.5 6.5 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性 转矩特性转矩特性 TO s n0 TnO机械特性机械特性 一一、固有特性、固有特性 TNsN1TsTMsMTsTMnMM M S S N N TNnN（1）额定状态）额定状态 说明了电动机长期运行

14、能力。说明了电动机长期运行能力。n0 T n O TN nN N （2）临界状态）临界状态 TMnM说明了电动机短时过载能力。说明了电动机短时过载能力。R2 X2 sM=TM TN KM=过载能力过载能力 （3）起动状态）起动状态 说明了电动机直接起动的能力。说明了电动机直接起动的能力。Ts TS TN KS=起动能力起动能力 IS IN KC=U1P2 2f1X2 TM=KT TN=9.55PN nN二、人为特性二、人为特性（1）降低定子电压时的人为特性）降低定子电压时的人为特性U2 U1 nM U1 n0nOTU2 U1 sM U1 TO s（2）增加转子电阻时的人为特性）增加转子电阻时的

15、人为特性R2+R TS TM R2 n0nOT 转子串联合适的电阻转子串联合适的电阻:TS TM R2+R TS TM s 1 R2 TOs?TS TM sM 1 TOssM1 R2X2 转子电阻增加，起动转矩会随之发生变化，且该变化与转子电阻增加，起动转矩会随之发生变化，且该变化与 R2、X2的相对大小有关。的相对大小有关。当当R2X2时：时：R2增加时增加时TS减小。减小。三、机械特性的软硬三、机械特性的软硬 硬特性硬特性：负载变化时，转速变化不大负载变化时，转速变化不大。软特性软特性：负载增加时，转速下降较快。负载增加时，转速下降较快。硬特性硬特性 软特性软特性 不同场合选用不同的电机。

16、不同场合选用不同的电机。如：金属切削，选硬特性电机；重载起动则选软特性电机。如：金属切削，选硬特性电机；重载起动则选软特性电机。n0nTO异步机的起动特性：异步机的起动特性：起动电流大起动电流大:IS=KI IN=（57）IN 起动转矩小起动转矩小:TS=KSTN=（1.62.2）TN影响：影响：频繁起动时造成热量积累频繁起动时造成热量积累,易使电动机过热。易使电动机过热。大电流使输电线电压降增加，从而电网电压降低，影大电流使输电线电压降增加，从而电网电压降低，影 响其他负载工作。响其他负载工作。6.6 6.6 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 良好的起动性能：良好的起动性能：起动电流

17、小、起动转矩大起动电流小、起动转矩大 不好不好!一、笼式异步电动机的起动一、笼式异步电动机的起动1.直接起动（全压起动）直接起动（全压起动）(1)小容量的电动机（小容量的电动机（7.5kW以下）；以下）；(2)电源容量足够大时。电源容量足够大时。2.减压起动减压起动 (1)Y 减压减压起动（起动（用于正常运行为用于正常运行为联结联结的电动机）的电动机）(2)自耦变压器自耦变压器减压减压起动起动设定子每相阻抗为设定子每相阻抗为 Z3U1p I1l=Z Z UN3 Z I1lY=U1pY Z UN 3 TUp2 Y型型起动的起动转矩：起动的起动转矩：Y型型起动的起动电流：起动的起动电流：1 3Up

18、 U1pY=ISY=IS 13 13TSY=TSY 起动起动与与全压起动全压起动比较：比较：Y 起动：起动：起动：起动：U V W UNI1lYU V W UNI1l 3 Y 减压减压起动的特点：起动的特点：(1)电源电压不变，定子绕组接法改变；电源电压不变，定子绕组接法改变；(2)降压比为定值：降压比为定值：1 (1)ISYImax（线路中允许的最大电流）；（线路中允许的最大电流）；(2)TSYTL 否则不能采用此法。否则不能采用此法。Y 减压减压起动的使用条件：起动的使用条件：Y型型起动的起动转矩为：起动的起动转矩为：Y型型起动的起动电流为：起动的起动电流为：13TSTSY=ISISY=1

19、3(2)自耦变压器自耦变压器减压减压起动起动M3Ul 降压比为降压比为:KA=Ul UNUl=KAUNKAIS定子电压：定子电压：定子电流：定子电流：KA ISKAIS KA线路电流：线路电流：KA2ISISa=KA2IS自耦变压器自耦变压器降压降压起动的起动电流为：起动的起动电流为：TSa=KA2TS自耦变压器自耦变压器降压降压起动的起动转矩为：起动的起动转矩为：UN自耦变压器自耦变压器降压降压起动的特点：起动的特点：定子绕组接法不变，改变定子绕组的电压；定子绕组接法不变，改变定子绕组的电压；降压比降压比 KA可调。可调。自耦变压器自耦变压器降压降压起动起动的使用条件：的使用条件：(1)IS

20、aImax（线路中允许的最大电流）；（线路中允许的最大电流）；(2)TSaTL KA的选择必须满足：的选择必须满足：KA2IS Imax KA2TS TL二、绕线式异步机的起动方法：二、绕线式异步机的起动方法：(1)转子电路串电阻起动转子电路串电阻起动 增大起动转矩增大起动转矩 减小起动电流减小起动电流(2)转子电路串频敏变阻器起动转子电路串频敏变阻器起动 频敏变阻器频敏变阻器：频率高，损耗大，电阻大；：频率高，损耗大，电阻大；频率低则反之。频率低则反之。R2 R2 n0 T n O TS TSR2R2 转子电路起动时：转子电路起动时：f2 高，电阻大，高，电阻大，TS大，大，IS小。小。转子

21、电路运行时：转子电路运行时：f2 低，电阻小，自动切除变阻器。低，电阻小，自动切除变阻器。1.改变改变n0（变频调速，变极调速）（变频调速，变极调速）2.改变转差率改变转差率 s（改变电动机机械特性）（改变电动机机械特性）调速方法：调速方法：6.7 6.7 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 n=(1 s)n0=(1 s)p60 f1一、变频调速一、变频调速 M 33 整流电路整流电路 逆变电路逆变电路 50 Hz 控制控制 电路电路 n0 T n OfN f1 fN 直直 流流f2 f1 实现实现 f 可变可变 n=(1 s)n0=(1 s)p60 f1二、变极调速二、变极调速 U1

22、U2U3U4U1U2U3U4(a)p=2(b)p=1SSNNSN n=(1 s)n0=(1 s)p60 f1三、变压调速三、变压调速 n0 T n OsM TL 四、转子电路串联电阻调速四、转子电路串联电阻调速 R2 R2+RC n0 T n OTM M3 3 RCTL【例例】有一台有一台Y225M4型三相异步电动机，其额定数据如下：型三相异步电动机，其额定数据如下：(1)如果负载转矩为如果负载转矩为510.2N M，试问在，试问在UUN和和U0.9UN两种两种情况下电动机能否起动？情况下电动机能否起动？(2)采用采用Y起动时，求电流和起动转矩；起动时，求电流和起动转矩；(3)采用自耦降压起动

23、时，设起动时电动机端电压降到电源电压采用自耦降压起动时，设起动时电动机端电压降到电源电压 的的64，求线路起动电流和电动机的起动转矩。，求线路起动电流和电动机的起动转矩。功率功率转速转速电压电压效率效率功率因数功率因数KIKSKM45kW1480r/min 380V92.3%0.887.01.92.2解：起动判定的依据是：解：起动判定的依据是：TS TL，IS Imax(1)TS=551.95N m ,TS=447.1N m (2)ISY=196.5A ,TSY=184N m(3)ISa=241.4A ,TSa=226.1N m 一、脉振磁场一、脉振磁场 定子：单相绕组定子：单相绕组；转子：鼠

24、笼型。转子：鼠笼型。6.8 6.8*单相异步电动机单相异步电动机 定子绕组定子绕组 定子定子 定子单相绕组产生的脉振磁场的分析定子单相绕组产生的脉振磁场的分析:mt 0脉振磁场的分解：脉振磁场的分解：1m=2m=m/2 1m 2m 1m 2m m 1m 2m m tOt1t2t3t4t5t6t7t8 2m 1m（1）静止时：）静止时：sR=sF，TR=TF 自身没有起动转矩自身没有起动转矩（2）转动时（顺时针）：）转动时（顺时针）：二、工作原理二、工作原理?怎样产生起动转矩怎样产生起动转矩 外力去除后仍按原方向继续转动。外力去除后仍按原方向继续转动。TF TR n0n n0 sR=1 n0n n0 sF =1 m/2 m/2 n0 n0 T O s TF sF1 TR sR（1）两相起动两相起动工作绕组工作绕组 起动绕组起动绕组 原理：两相电流原理：两相电流 旋转磁场旋转磁场 Q转子转子 CWSiwis起动转矩起动转矩 转子转子 （2）罩极起动罩极起动短路环短路环 定子磁极定子磁极 定子定子 线圈线圈 齿轮减速三相异步电动机防爆式绕线式异步机定子绕组旋转方向旋转方向线圈中电流流动方向线圈中电流流动方向换换 相相 器器线圈线圈磁极磁极步进电机步进电机步进电机步进电机步进电机交流伺服电机交流伺服电机交流伺服电机交流伺服电机同步发电机 三相同步电机同步电机返返 回回单相电容起动电动机