交流电动机图解说明精.ppt

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1、交流电动机图解说明第1页，本讲稿共68页第八章 交流电动机8.1 三相异步电动机的结构8.2 三相异步电动机的转动原理8.3 三相异步电动机的电路分析8.4 三相异步电动机的转矩与机械特性8.5 三相异步电动机的起动8.6 三相异步电动机的调速8.7 三相异步电动机的制动8.8 三相异步电动机的铭牌数据8.9 三相异步电动机的选择（自学）8.11 单相异步电动机第2页，本讲稿共68页交流电动机交流电动机电动机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他励、异励、串励、复励他励、异励、串励、复励鼠笼式交流异步电动机授课内容：鼠笼式交流异步电动机授课内容：基本结构、

2、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 电动机的分类：电动机的分类：第3页，本讲稿共68页YBZXAC转子转子定子定子定子绕组定子绕组（三相）（三相）机机 座座转子：在旋转磁场作用下，转子：在旋转磁场作用下，产生感应电动势或产生感应电动势或 电流。电流。三相定子绕组：产生旋转三相定子绕组：产生旋转 磁场。磁场。绕线式绕线式鼠笼式鼠笼式鼠笼转子鼠笼转子 8.1 三相异步电动机的构造第4页，本讲稿共68页三相感应电动机的定子三相感应电动机的定子 定子定子定子定子由机座、定子铁心、定子绕组组成：由机座、定子铁心、定子绕组组成：1、机座机座：起固定和支撑定子铁心的作用，：起

3、固定和支撑定子铁心的作用，一般用铸铁制造。一般用铸铁制造。2、定子铁心：定子铁心：由厚由厚0.5mm的硅钢片冲叠而的硅钢片冲叠而成，铁心内开有均匀的槽，嵌放定子绕组。成，铁心内开有均匀的槽，嵌放定子绕组。3、定子绕组：定子绕组：由完全相同的三个绕组组成，由完全相同的三个绕组组成，空间互差空间互差120度，可接成度，可接成Y或或。第5页，本讲稿共68页三相感应电动机的转子三相感应电动机的转子 转子转子转子转子由转子铁心和转子绕组组成：由转子铁心和转子绕组组成：1、转子铁心：转子铁心：和定子铁心一样，既是电动机磁和定子铁心一样，既是电动机磁路的一部分，又能安放转子绕组。路的一部分，又能安放转子绕组

4、。2、转子绕组：转子绕组：有笼型和绕线型两种。有笼型和绕线型两种。（1）笼型绕组：笼型绕组：导体用铜条或铝条，两头用导体用铜条或铝条，两头用端环联接。结构可靠简单，但是转子电阻固定。端环联接。结构可靠简单，但是转子电阻固定。（2）绕线型转子：绕线型转子：接成接成星型星型的三相绕组通过的三相绕组通过滑环与外电路联接，便于串入电阻改善电动机滑环与外电路联接，便于串入电阻改善电动机的运行性能。的运行性能。第6页，本讲稿共68页8.2三相异步电动机的转动原理磁铁磁铁闭合闭合线圈线圈第7页，本讲稿共68页磁极旋转磁极旋转导线切割磁力线产生导线切割磁力线产生感应电动势感应电动势导线长度导线长度磁感应强度磁

5、感应强度切割速度切割速度（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第8页，本讲稿共68页1.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第9页，本讲稿共68页 由于转子转动的方向与磁场旋转的方由于转子转动的方向与磁场旋转的方向是一致的，所以如果向是一致的，所以如果n=n1，则磁场与转，则磁场与转子之间就没有相对运动，它们之间就不存子之间就没有相对运动，它们之间就不存在电磁感应关系，也就不能在转子导体中在电磁感应关系，也就不能在转子导体中感应

6、电动势、产生电流，也就不能产生电感应电动势、产生电流，也就不能产生电磁转矩。所以，感应电动机的转子速度不磁转矩。所以，感应电动机的转子速度不可能等于磁场速度。因此，这种电动机一可能等于磁场速度。因此，这种电动机一般也叫做般也叫做异步电动机异步电动机。三相感应电动机的转速小于磁场速度三相感应电动机的转速小于磁场速度第10页，本讲稿共68页1 1、旋转磁场的产生、旋转磁场的产生AYCBZ在异步机中在异步机中,旋转磁场代替了旋转磁极旋转磁场代替了旋转磁极()电流出电流出()电流入电流入X第11页，本讲稿共68页AXYCBZAXBYCZ合成磁场方向：合成磁场方向：向下向下第12页，本讲稿共68页XBZ

7、AYCAXYCBZAXYCBZ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：第13页，本讲稿共68页三相感应电动机的工作原理（图解）三相感应电动机的工作原理（图解）nNSTfn1f第14页，本讲稿共68页U1V1W1U2V2W2WVUit分析规定：分析规定：电流电流 I 为正时，从首端流入、末端流出；为正时，从首端流入、末端流出；电流电流 I 为负时，从首端流出、末端流入。为负时，从首端流出、末端流入。1旋转磁场的定性分析图解旋转磁场的定性分析图解旋转磁场的定性分析图解旋转磁场的定性分析图解NS1 2 32NS3NS4 4NS5 5NS6NS6第15页，本讲稿

8、共68页U1V1W1U2V2W2旋转磁场的连续观察旋转磁场的连续观察NSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNS第16页，本讲稿共68页旋转方向旋转方向：取决于三相电流的相序。：取决于三相电流的相序。改变电机的旋转方向的方法：改变电机的旋转方向的方法：改变相序改变相序（换接其中两相）（换接其中两相）2 2、旋转磁场的旋转方向、旋转磁场的旋转方向第17页，本讲稿共68页 方法：方法：将与电源相接的将与电源相接的任意两相互换任意两相互换(改变相序改变相序)，就可实现反转。就可实现反转。三相异步电动机的正、反转正转反转A B CM3电电 源源ABC

9、M3电电 源源第18页，本讲稿共68页3 3、极对数（、极对数（P P）的概念）的概念AXBYCZ此种接法（此种接法（每相绕组只有一组线圈每相绕组只有一组线圈）下，合成磁场）下，合成磁场只有只有一对磁极一对磁极，则极对数为，则极对数为1。即：即：AXYCBZ第19页，本讲稿共68页CYABCXYZAXBZ 将每相绕组分成两段，按右下图放入定子槽内。将每相绕组分成两段，按右下图放入定子槽内。形成的磁场则是形成的磁场则是两对磁极两对磁极。AXBYCZ第20页，本讲稿共68页极对数极对数CYABCXYZAXBZ第21页，本讲稿共68页3 3、旋转磁场的、旋转磁场的转速大小转速大小 一个电流周期，旋转

10、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：AXYCBZAXYCBZAXYCBZ第22页，本讲稿共68页极对数和转速的关系：极对数和转速的关系：第23页，本讲稿共68页三相异步电动机的同步（旋转磁场）转速：三相异步电动机的同步（旋转磁场）转速：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第24页，本讲稿共68页电动机转速和旋转磁场同步转速的关系：电动机转速和旋转磁场同步转速的关系：电动机转速电动机转速: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

11、致，但但 异步异步电动机电动机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：如果如果第25页，本讲稿共68页 5 5、转差率、转差率 的概念：的概念：异步电机运行中异步电机运行中: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:（转差率最大）（转差率最大）第26页，本讲稿共68页三相异步电动机的三相异步电动机的“电磁电磁”关系：关系：i2转、定子电路转、定子电路R1R2i1u1e1e 1e2e

12、2 ：漏磁通：漏磁通产生的漏感应电动产生的漏感应电动势。势。：主磁通产：主磁通产生的感应电动势。生的感应电动势。e1e2、e 1e 2、设：设：则：则：定子边：定子边：8.3 8.3 三相异步电动机的电路分析三相异步电动机的电路分析第27页，本讲稿共68页R1R2i1u1e1e 1e2e 2同理得转子边：同理得转子边：i2第28页，本讲稿共68页：转子感应电动势的频率：转子感应电动势的频率：转子线圈匝数：转子线圈匝数取决于转子和旋转磁场的相对速度取决于转子和旋转磁场的相对速度第29页，本讲稿共68页电磁转矩电磁转矩 T：转子中各载流导体在旋转磁场的作用下转子中各载流导体在旋转磁场的作用下,受到

13、电磁力所形成的转距之总和。受到电磁力所形成的转距之总和。常数常数每极磁通每极磁通转子电流转子电流转子电路的转子电路的8.4.1 转矩公式转矩公式8.4 8.4 三相异步电动机的转矩与机械特性三相异步电动机的转矩与机械特性第30页，本讲稿共68页R1R2i1u1e1e 1e2e 2其中其中转子功率因数：转子功率因数：i2第31页，本讲稿共68页COS2I2I2,COS21S0结论：结论：转子电路的电动势、电流、频率、感抗、功转子电路的电动势、电流、频率、感抗、功率因数等都与转差率率因数等都与转差率S有关，有关，与转差率与转差率 S 的关的关系如右图所示。系如右图所示。I2、COS2第32页，本讲

14、稿共68页将其中参数代入：将其中参数代入：得到得到转矩公式转矩公式第33页，本讲稿共68页8.4.2 三相电动机的机械特性三相电动机的机械特性根据转矩公式根据转矩公式10n0Tn得特性曲线：得特性曲线：第34页，本讲稿共68页电动机的自适应负载能力：电动机的自适应负载能力：电动机的电磁转矩可以随负载的变化而自动调整，电动机的电磁转矩可以随负载的变化而自动调整，这种能力称为自适应负载能力。这种能力称为自适应负载能力。常用特常用特性段性段n0nT 自适应负载能力是电动机区别于其它动力机械的重要自适应负载能力是电动机区别于其它动力机械的重要特点。（如：柴油机当负载增加时，必须由操作者加大特点。（如：

15、柴油机当负载增加时，必须由操作者加大油门，才能带动新的负载。）油门，才能带动新的负载。）直至新的平衡。此过程中，直至新的平衡。此过程中，时，时，电源提供的功率自动电源提供的功率自动增加。增加。第35页，本讲稿共68页三个重要转矩：三个重要转矩：n0Tn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。(1)（牛顿（牛顿米）米）nN第36页，本讲稿共68页 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。最大转矩最大转矩 ：(2)电机带动最大负载的能力。电机带动

16、最大负载的能力。n0Tn求解求解第37页，本讲稿共68页过载系数：过载系数：三相异步机三相异步机 工作时，一定令负载转矩工作时，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。（2）电机严重过热电机严重过热第38页，本讲稿共68页起动转矩起动转矩 ：(3)电机起动时的转矩。电机起动时的转矩。n0Tn其中其中则则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

17、。起动，否则将起动不了。第39页，本讲稿共68页 机械特性和电路参数的关系机械特性和电路参数的关系和电压的关系和电压的关系结论：结论：第40页，本讲稿共68页和转子电阻的关系和转子电阻的关系R2的的 改变改变：鼠笼式电机转子导条的金属材料不同，线绕式电鼠笼式电机转子导条的金属材料不同，线绕式电机外接电阻不同。机外接电阻不同。令：令：得：得：结论：结论：第41页，本讲稿共68页机械特性的软硬机械特性的软硬 硬特性：负载变化时，转速变化不大，运行特性好。硬特性：负载变化时，转速变化不大，运行特性好。软特性：负载增加转速下降较快，但起动转矩大，起软特性：负载增加转速下降较快，但起动转矩大，起 动特性

18、好。动特性好。硬特性硬特性 （R2小）小）软特性软特性（R2大）大）不同场合应选用不同的电机。如金属切削，选硬特性不同场合应选用不同的电机。如金属切削，选硬特性电机；重载起动则选软特性电机。电机；重载起动则选软特性电机。第42页，本讲稿共68页 8.5 8.5 三相异步机的起动三相异步机的起动起动电流起动电流 ：中小型鼠笼式电机起动电流为额定电流的中小型鼠笼式电机起动电流为额定电流的5 7 倍。倍。定子电流定子电流 原因：起动时原因：起动时 ，转子导条切割磁力线速度很大。，转子导条切割磁力线速度很大。转子感应电势转子感应电势转子电流转子电流大电流使电网电压降低大电流使电网电压降低 影响其他负载

19、工作影响其他负载工作频繁起动时造成热量积累频繁起动时造成热量积累 电机过热电机过热影响：影响：第43页，本讲稿共68页三相异步机的起动方法：三相异步机的起动方法：（1）直接起动。二三十千瓦以下的异步电动机一般直接起动。二三十千瓦以下的异步电动机一般 采用直接起动。采用直接起动。（2）降压起动。降压起动。Y 起动起动自耦降压起动自耦降压起动（3）转子串电阻起动。）转子串电阻起动。以下介绍以下介绍Y 起动和转子串电阻起动。起动和转子串电阻起动。第44页，本讲稿共68页Y 起动：起动：正常正常运行运行AZBYXC 起动起动ABCXYZ设：电机每相阻抗为设：电机每相阻抗为第45页，本讲稿共68页AZB

20、YXC正常正常运行运行UPABCXYZ起动起动UP（2）Y 起动应注意的问题：起动应注意的问题：（1）仅）仅适用于正常接法为三角形接法适用于正常接法为三角形接法的电机。的电机。所以所以降压起动适合于空载或轻载起动降压起动适合于空载或轻载起动的场合的场合Y 起动起动。第46页，本讲稿共68页转子串电阻起动转子串电阻起动定子定子RRR线绕式转子线绕式转子起动时将适当的起动时将适当的R串入转子绕组中，起动后将串入转子绕组中，起动后将R短路。短路。第47页，本讲稿共68页转子串电阻起动的特点：转子串电阻起动的特点：适于转子为线绕式的电动机起动。适于转子为线绕式的电动机起动。（1）（2）R2选的选的适当

21、适当，转子串电阻既可以降低起动电流，转子串电阻既可以降低起动电流，又可以增加起动力矩。又可以增加起动力矩。第48页，本讲稿共68页 8.6 8.6 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速1.改变极对数改变极对数 有级调速。有级调速。2.改变转差率改变转差率 无级调速无级调速调速方法：调速方法：ST第49页，本讲稿共68页3.改变电源频率改变电源频率(变频调速变频调速)无级调速无级调速变频电源变频电源 可变可变 此种调速方法发展很快，且调速性能较好。其主要环此种调速方法发展很快，且调速性能较好。其主要环节是研制变频电源（常由整流器、逆变器等组成）。节是研制变频电源（常由整流器、逆变器等组成）。

22、第50页，本讲稿共68页制动方法：制动方法：1.抱闸抱闸：加机械抱闸；：加机械抱闸；2.反接制动反接制动：停车时，将电动机接电源的意：停车时，将电动机接电源的意两相反接，使电动机由原来的旋转方向反过来，以达两相反接，使电动机由原来的旋转方向反过来，以达制动的目的；制动的目的；8.7 8.7 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动反接制动时，定子旋转磁场与转子的相对转速很大。反接制动时，定子旋转磁场与转子的相对转速很大。为限制电流，在制动时要在定子或转子中串电阻。为限制电流，在制动时要在定子或转子中串电阻。即切割磁力线的速度很大，造成即切割磁力线的速度很大，造成 ，引起，引起 。注意：注意：第

23、51页，本讲稿共68页 4.发电反馈制动：发电反馈制动：令电机转子的转速超过令电机转子的转速超过 旋转磁场的同步转速，便旋转磁场的同步转速，便 会产生制动转矩。会产生制动转矩。M3+-运行运行制动制动n F转子转子3.能耗制动能耗制动：停车时，断开交流电源，接至直流：停车时，断开交流电源，接至直流 电源上，产生制动转矩；电源上，产生制动转矩；n Fno第52页，本讲稿共68页1.型号型号 Y 132M4 磁极数(极对数 p=2)同步转速1500转/分转差率转差率8.8 8.8 三相异步电动机的三相异步电动机的铭牌数据铭牌数据2.转速:电机轴上的转速（n)。如：如：n=1440 转转/分分第53

24、页，本讲稿共68页3.联接方式：Y/接法：Y 接法：接法：接法：接法：AB CZX YA B CZX YABCXYZAZBYXCABCXYZ接线盒：接线盒：第54页，本讲稿共68页三相异步电动机的接线方法三相异步电动机的接线方法三相异步电动机的接线方法三相异步电动机的接线方法V2U1U2V1W1W2定子绕组在接线盒中布置定子绕组的Y型连接定子绕组的定子绕组的型连接型连接第55页，本讲稿共68页4.额定电压：定子绕组在指定接法下应加的线电压.说明：一般规定电动机的运行电压不能高于或低于额定说明：一般规定电动机的运行电压不能高于或低于额定值的值的 5。线线电电压压AZBYXC线线电电压压ABCXY

25、Z例：例：380/220 Y/是指：线电压为是指：线电压为380V时采用时采用Y接法；接法；当线电压为当线电压为220V时采用时采用 接法。接法。第56页，本讲稿共68页电压波动对电动机的影响电压波动对电动机的影响第57页，本讲稿共68页5.额定电流：定子绕组在指定接法下的线电流。如：如：表示：表示：三角形接法时三角形接法时，电机的，电机的线电流为线电流为11.2A，相电流相电流为为6.48A；星形接法时线、相电流均为星形接法时线、相电流均为6.48A。6.额定功率额定功率P2：额定功率指电机在额定运行时轴上输出的额定功率指电机在额定运行时轴上输出的功率功率（），不等于从电源吸收的功率（），不

26、等于从电源吸收的功率（）。两者的）。两者的 关系为：关系为：其中其中鼠笼电机=7293第58页，本讲稿共68页 额定负载时额定负载时cos 1一般为一般为0.7 0.9 ，空载时功率因数很空载时功率因数很低约为低约为0.2 0.3。额定负载时，功率因数最大。额定负载时，功率因数最大。注意：实用中应选择合适容量的电机，注意：实用中应选择合适容量的电机，防止防止“大马大马”拉拉“小车小车”的现象。的现象。7.功率因数功率因数(cos 1)：P2PN此外还有绝缘等级等参数，不一 一介绍。cos 1第59页，本讲稿共68页8.11 8.11 单相异步电动机单相异步电动机8.4.1 8.4.1 单相异步

27、电动机的工作原理单相异步电动机的工作原理结构结构：定子放单相绕组（其中通单相交流电）；：定子放单相绕组（其中通单相交流电）；转子一般用鼠笼式。转子一般用鼠笼式。定子定子转子转子 定子定子绕组绕组定子中通入单相交定子中通入单相交流电后，形成流电后，形成脉动脉动磁场磁场。其磁感应强。其磁感应强度按正弦分布，且度按正弦分布，且随时间按正弦变化。随时间按正弦变化。第60页，本讲稿共68页 定子绕组产生的脉动磁场（定子绕组产生的脉动磁场（），可用），可用正、反两正、反两个旋转磁场合成而等效。即：个旋转磁场合成而等效。即：+-=+-=mt m 第61页，本讲稿共68页脉动磁场的分解脉动磁场的分解 -+-第

28、62页，本讲稿共68页单相异步电动机的特点：单相异步电动机的特点：自身没有起动转矩自身没有起动转矩.F转子导条转子导条及电流及电流 当定子绕组产生的合成磁场增加时，根据右手螺旋定则当定子绕组产生的合成磁场增加时，根据右手螺旋定则和左手定则，可知转子导条左、右受力大小相等方向相反，和左手定则，可知转子导条左、右受力大小相等方向相反，所以没有起动转矩。所以没有起动转矩。第63页，本讲稿共68页正反向旋转磁场的合成转矩特性正反向旋转磁场的合成转矩特性合成转矩合成转矩起动转矩起动转矩为零。为零。（正向）（正向）（反向）（反向）正正转转转转反反第64页，本讲稿共68页1、电容分相式起动、电容分相式起动8

29、.11.2 8.11.2 单相异步电动机的起动单相异步电动机的起动KDCWSTW:主绕组主绕组ST：起动绕组：起动绕组K：离心开关：离心开关起动时开关起动时开关K闭合，闭合，使两使两绕组电流绕组电流 相位差约相位差约为为90，从而从而产生旋转磁产生旋转磁场场，电机转起来；转动正，电机转起来；转动正常以后离心开关被甩开，起常以后离心开关被甩开，起动绕组被切断。动绕组被切断。工作原理工作原理第65页，本讲稿共68页2、罩极式单相电机、罩极式单相电机定子定子磁极磁极转子转子短路短路环环 定子通入电流以后，部分磁通穿定子通入电流以后，部分磁通穿过短路环，并在其中产生感应电流。过短路环，并在其中产生感应

30、电流。短路环中的电流阻碍磁通的变化，短路环中的电流阻碍磁通的变化，致使有短路环部分和没有短路环致使有短路环部分和没有短路环部分产生的磁通有了相位差，部分产生的磁通有了相位差，从从而而形成旋转磁场形成旋转磁场，使转子转起来。，使转子转起来。图中电机的转动方向：瞬时针图中电机的转动方向：瞬时针旋转。因为没有短路环部分的磁通比有短路环部分的旋转。因为没有短路环部分的磁通比有短路环部分的磁通领先。磁通领先。第66页，本讲稿共68页 单相异步电动机的功率小，主要制成小型电机。它的应单相异步电动机的功率小，主要制成小型电机。它的应用非常广泛，如家用电器（洗衣机、电冰箱、电风扇）、电用非常广泛，如家用电器（

31、洗衣机、电冰箱、电风扇）、电动工具（如手电钻）、医用器械、自动化仪表等。动工具（如手电钻）、医用器械、自动化仪表等。单相电机的使用：单相电机的使用：三相异步电动机的单相（三相异步电动机的单相（缺相缺相）运行：）运行：三相异步电动机在运行过程中，若其中一相和三相异步电动机在运行过程中，若其中一相和电源断开，则变成单相运行。此时和单相电机一样，电源断开，则变成单相运行。此时和单相电机一样，电机仍会按原来方向运转。但若负载不变，三相供电机仍会按原来方向运转。但若负载不变，三相供电变为单相供电，电变为单相供电，电流将变大，导致电机过热。电流将变大，导致电机过热。使使用中要特别注意这种现象；三相异步电动机若在启用中要特别注意这种现象；三相异步电动机若在启动前有一相断电，和单相电机一样将不能启动。此动前有一相断电，和单相电机一样将不能启动。此时只能听到嗡嗡声，长时间启动不了，也会过热，时只能听到嗡嗡声，长时间启动不了，也会过热，必须赶快排除故障。必须赶快排除故障。第67页，本讲稿共68页第八章结 束第68页，本讲稿共68页