电动机交流工作原理精选课件.ppt

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1、关于电动机交流工作原理第一页，本课件共有46页一一一一.结构结构4.1 三相异步电动机三相异步电动机三相异步电动机三相异步电动机的结构和工作原理的结构和工作原理1.定子定子A-XB-Y C-Z三相绕组三相绕组2.转子转子鼠笼转子鼠笼转子鼠笼式：如鼠笼式：如铸铝形成转子绕组铸铝形成转子绕组绕线式绕线式第二页，本课件共有46页定子三相绕组通入三定子三相绕组通入三相交流电相交流电AXBYCZ1 1.旋转磁场的产生（旋转磁场的产生（1对磁极）对磁极）二二二二.工作原理工作原理AYCBZX第三页，本课件共有46页AXYCBZAXYCBZAXYCBZ合成磁场方向向下合成磁场方向向下合成磁场旋转合成磁场旋转

2、合成磁场旋转合成磁场旋转60合成磁场旋转合成磁场旋转90 t600o第四页，本课件共有46页AAXZBCYAAXZBCY可见：可见：1 1对磁极时对磁极时对磁极时对磁极时三相电流产生的合成磁场为旋转磁场，三相电流产生的合成磁场为旋转磁场，交流电交流电交流电交流电一个一个一个一个周周周周期（即电角度期（即电角度期（即电角度期（即电角度t=t=360360），磁场，磁场，磁场，磁场旋转旋转3603602.旋转磁场的旋转方向旋转磁场的旋转方向任意调换两根电源进任意调换两根电源进线就使磁场反转。线就使磁场反转。0 toAXBYCZ第五页，本课件共有46页CYABCXYZAXBZ0若定子每相绕组由两个线

3、圈串联若定子每相绕组由两个线圈串联，绕组的始端之间互差，绕组的始端之间互差60，将形成，将形成两对磁极（两对磁极（P=2，即，即4 4极）旋转磁场。极）旋转磁场。3.磁极对数磁极对数P P与磁场转速与磁场转速n0第六页，本课件共有46页磁极对数磁极对数磁极对数磁极对数p=1时，时，交流电一个周期（即电角度交流电一个周期（即电角度交流电一个周期（即电角度交流电一个周期（即电角度t=360），磁场），磁场旋转旋转360磁场转速磁场转速第七页，本课件共有46页p=2时时0所以所以第八页，本课件共有46页4.4.三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理三相三相定子绕组通入三相交流电产生定子绕组

4、通入三相交流电产生旋转磁场，转子导旋转磁场，转子导旋转磁场，转子导旋转磁场，转子导体切割磁力线产生感应电动势与感应电流，进而产生电体切割磁力线产生感应电动势与感应电流，进而产生电体切割磁力线产生感应电动势与感应电流，进而产生电体切割磁力线产生感应电动势与感应电流，进而产生电磁转矩使转子旋转，因磁场转速磁转矩使转子旋转，因磁场转速磁转矩使转子旋转，因磁场转速磁转矩使转子旋转，因磁场转速n0需比转子转速需比转子转速n n快才快才能正常切割磁力线，故称为能正常切割磁力线，故称为异步电动机，又称为感应异步电动机，又称为感应电动机。电动机。5.转差率转差率S（很重要）（很重要）磁场磁场转速转速n n0（

5、又称（又称同步转速）和转子转速同步转速）和转子转速n n之差与之差与之差与之差与n0的的比比值称为转差率值称为转差率S。异步电动机启动时异步电动机启动时n=0n=0，S=1；n=n0时，时，时，时，S=0S=0；额；额定工况下一般定工况下一般第九页，本课件共有46页例例1 1：一台三相异步电动机，其额定转速：一台三相异步电动机，其额定转速 n=975 r/min，电源频率，电源频率 f1 1=50 Hz。试求电动机的极对数。试求电动机的极对数和额定负载下的转差率。和额定负载下的转差率。解：解：根据异步电动机转子转速与旋转磁场同步转根据异步电动机转子转速与旋转磁场同步转速的关系可知：速的关系可知

6、：n0=1000 r/min,即即p p=3额定转差率为额定转差率为额定转差率为额定转差率为第十页，本课件共有46页三三三三.定子绕组线端连接方式定子绕组线端连接方式定子三相绕组的六个出线头可根据需要灵活地接成定子三相绕组的六个出线头可根据需要灵活地接成星形（星形（Y形）或三角形（形）或三角形（形）。形）。联结联结Y联结联结第十一页，本课件共有46页4.24.2 三相异步电动机的三相异步电动机的定子定子电路电路和转子和转子电路电路三相异步电动机的电磁关系与变压器类似。三相异步电动机的电磁关系与变压器类似。三相异步电动机的电磁关系与变压器类似。三相异步电动机的电磁关系与变压器类似。1)异步电动机

7、中定子和转子绕组相当于异步电动机中定子和转子绕组相当于变压器的原、变压器的原、副绕组。副绕组。2）变压器：）变压器：变化变化 e U1 E1=4.44 f N1 异步电动机：异步电动机：旋转旋转 e U1 E1=4.44 f N1 3）变压器：）变压器：I2 增大增大 I1增大，增大，以保持以保持 基本不变，以达基本不变，以达到传递能量的目的。到传递能量的目的。异步电动机：当负载增加时，转子电流异步电动机：当负载增加时，转子电流I2 增大增大 I1增增大，大，以保持以保持 基本不变，以达到传递能量的目的。基本不变，以达到传递能量的目的。第十二页，本课件共有46页三相异步电动机与变压器的不同之处

8、。三相异步电动机与变压器的不同之处。1）变压器的）变压器的副绕组副绕组是静止的、不能短路；而是静止的、不能短路；而异步电异步电动机的动机的副绕组副绕组是旋转的且短路。是旋转的且短路。3）变压器的磁路是无气隙的。而）变压器的磁路是无气隙的。而异步异步电动电动机中的定机中的定子和转子之间是有不大的气隙。子和转子之间是有不大的气隙。2）变压器中原、副绕组的感应电动势是同频率的。而）变压器中原、副绕组的感应电动势是同频率的。而异步电动机中转子感应电动势的频率是随转子转速改变的。异步电动机中转子感应电动势的频率是随转子转速改变的。第十三页，本课件共有46页一一.定子电路（取一定子电路（取一相分析）相分析

9、）漏磁电动势漏磁电动势漏磁电动势漏磁电动势i1u1e1eL1i2R1e2eL2R2定子电路定子电路定子电路定子电路转子电路转子电路转子电路转子电路感应电动势感应电动势R1为为定子绕组内阻定子绕组内阻定子绕组内阻定子绕组内阻第十四页，本课件共有46页i1e1eL1i2R1e2eL2R2u1因因R1、X1小小,可近似认为可近似认为U1=E1第十五页，本课件共有46页二二.转子电路转子电路1.1.转子感应电动势转子感应电动势转子感应电动势转子感应电动势e e2 2频率频率频率频率 f 2因因转子在旋转转子在旋转,故转故转子感应电势频率子感应电势频率 f 2 定定子感应电势频率子感应电势频率 f 1i

10、1e1eL1i2R1e2eL2R2n=0 即转差率即转差率S=1时转子切割磁力线最剧烈时转子切割磁力线最剧烈时转子切割磁力线最剧烈时转子切割磁力线最剧烈 f 2 2=f f 1 1，n=nn=n0 即即即即S=0时转子不切割磁力线时转子不切割磁力线f f 2=0，额定工况下额定工况下S=1.56%S=1.56%，f f1 1=50Hz时，时，f2 2=0.753Hz第十六页，本课件共有46页2.2.转子感应电动势转子感应电动势e2 2有效值有效值E2=4.44 f 2N2 =4.44S f 1N2 当转速当转速 n=0(S S=1)时，时，f 2最高，最高，最高，最高，E2 2 最大，记为最大

11、，记为E20=4.44 f 1N2 转子静止时转子静止时转子静止时转子静止时的感应电势的感应电势的感应电势的感应电势故故E2=S E20 转子转动时转子转动时转子转动时转子转动时的感应电势的感应电势的感应电势的感应电势第十七页，本课件共有46页当转速当转速 n=0(=0(S=1)时，时，f f 2最高，最高，X X2 最大，记为最大，记为X20=2 f1LL2故故X2=SX20 3.漏磁电动势漏磁电动势漏磁电动势漏磁电动势转子静止时的转子静止时的转子静止时的转子静止时的漏磁感抗漏磁感抗漏磁感抗漏磁感抗转子转动时的漏磁感抗转子转动时的漏磁感抗转子转动时的漏磁感抗转子转动时的漏磁感抗R2与与X2对

12、电机影响均大对电机影响均大 第十八页，本课件共有46页4.4.转子电流转子电流 I25.转子电路的功率因数转子电路的功率因数 202XRSf11f12f11f12f1减小，减小，Tmax基本不变，基本不变，Tst增大增大三三.变频调速变频调速第三十二页，本课件共有46页2.在额定频率以上变频在额定频率以上变频交流电频率增大时，转速将增交流电频率增大时，转速将增大，但因大，但因电压不能超过额定电压，电压不能超过额定电压，故只能保持故只能保持U不变，不变，将将将将变小，变小，所以转矩所以转矩T也变小，属恒功率调也变小，属恒功率调速。速。特点：机械特性特点：机械特性硬硬，效率高，拖动能力下降，效率高

13、，拖动能力下降，属恒属恒功率调速。功率调速。OTfNf第三十三页，本课件共有46页4.44.4 三相异步电动机的三相异步电动机的启动特性启动特性异步电动机启动性能差：异步电动机启动性能差：一般启动转矩一般启动转矩Tst=0.81.5TN，而启，而启动电流动电流Ist=5 7IN常用于常用于10kw以下的电动机，也可按教材以下的电动机，也可按教材P67处理处理一一.直接启动（全压启动直接启动（全压启动）二二.定子电路串电阻或电抗器降压启动定子电路串电阻或电抗器降压启动定子电路串电阻或电抗器降压启动定子电路串电阻或电抗器降压启动定子绕组接成星形（定子绕组接成星形（Y）时的电压是）时的电压是接成三角

14、形接成三角形（）时的）时的 ，电磁转矩为，电磁转矩为 。三三.Y-降压启动降压启动第三十四页，本课件共有46页六六.利用控制电路限制启动电流并保持恒值启动利用控制电路限制启动电流并保持恒值启动（软启动）（软启动）四四.自耦变压器降压启动自耦变压器降压启动自耦变压器降压启动自耦变压器降压启动五五.利用变频调速装置低利用变频调速装置低利用变频调速装置低利用变频调速装置低频频启动启动七七.线绕式异步电动机的线绕式异步电动机的启动（转子串电阻）启动（转子串电阻）1.逐级切除启动电阻逐级切除启动电阻OTS1R2 R2 2.转子串频敏变阻器启动转子串频敏变阻器启动频敏变阻器实质上是铁芯损耗频敏变阻器实质上

15、是铁芯损耗很大的电抗器，转子感应电流很大的电抗器，转子感应电流频率低时阻抗小，适合正常转频率低时阻抗小，适合正常转速；感应电流频率高时阻抗大，速；感应电流频率高时阻抗大，适合启动；适合启动；第三十五页，本课件共有46页2.2.深槽式电动机深槽式电动机八八.特殊特殊特殊特殊鼠笼式电动机鼠笼式电动机1.双双鼠笼式电动机鼠笼式电动机3.高转差率高转差率鼠笼式电动机鼠笼式电动机外笼外笼电阻大，启动性能好，称为启动笼。电阻大，启动性能好，称为启动笼。利用电流集肤效应，等效使转子启动时电阻增利用电流集肤效应，等效使转子启动时电阻增大，减小大，减小启动电流，启动电流，提高提高启动转矩。启动转矩。启动转矩。启

16、动转矩。增大增大增大增大转子电阻转子电阻，提高提高启动性能，但机械特性变软。启动性能，但机械特性变软。启动性能，但机械特性变软。启动性能，但机械特性变软。第三十六页，本课件共有46页4.54.5 三相异步电动机的三相异步电动机的三相异步电动机的三相异步电动机的制动特性制动特性一一.反馈制动反馈制动 当当当当异步电动机异步电动机异步电动机异步电动机nn0时，自动进入时，自动进入反馈制动反馈制动反馈制动反馈制动状态，常状态，常见于电车下坡，变频降速等。见于电车下坡，变频降速等。OT将制动能量转为电能回馈将制动能量转为电能回馈电网，节能。电网，节能。特点：制动转矩大特点：制动转矩大,效效率高率高,能

17、量回馈电网能量回馈电网。第三十七页，本课件共有46页二二二二.反接制动反接制动反接制动反接制动 1.1.电源反接制动电源反接制动电源反接制动电源反接制动将三相电源线中的任意两相对调，旋转磁场反向旋转，从而制动，将三相电源线中的任意两相对调，旋转磁场反向旋转，从而制动，将三相电源线中的任意两相对调，旋转磁场反向旋转，从而制动，将三相电源线中的任意两相对调，旋转磁场反向旋转，从而制动，因电流很大，对于线绕式电机需转子电路串电阻，机械特性如下图因电流很大，对于线绕式电机需转子电路串电阻，机械特性如下图因电流很大，对于线绕式电机需转子电路串电阻，机械特性如下图因电流很大，对于线绕式电机需转子电路串电阻

18、，机械特性如下图所示；对于鼠笼式电机则在定子电路串电阻，但制动转矩大大下降。所示；对于鼠笼式电机则在定子电路串电阻，但制动转矩大大下降。所示；对于鼠笼式电机则在定子电路串电阻，但制动转矩大大下降。所示；对于鼠笼式电机则在定子电路串电阻，但制动转矩大大下降。OT特点：制动转矩较大特点：制动转矩较大,能量损耗大能量损耗大。第三十八页，本课件共有46页 2.2.倒拉制动倒拉制动(线绕式电机转子电路串电阻线绕式电机转子电路串电阻)OT串大电阻使机械特性很软，串大电阻使机械特性很软，进入倒拉制动状态。进入倒拉制动状态。特点：串入不同的电阻可灵特点：串入不同的电阻可灵特点：串入不同的电阻可灵特点：串入不同

19、的电阻可灵活调整反转速度，能量损耗活调整反转速度，能量损耗活调整反转速度，能量损耗活调整反转速度，能量损耗较大较大较大较大第三十九页，本课件共有46页三三.能耗制动能耗制动 断开三相电源，向定子绕组通入直流电，形成固定断开三相电源，向定子绕组通入直流电，形成固定磁场，转子电磁感应产生制动转距，与直流电动机磁场，转子电磁感应产生制动转距，与直流电动机能耗制动原理相同。能耗制动原理相同。OT教材教材P87图图5.53b不正确不正确特点：较简单，制动效特点：较简单，制动效果较好，不节能。果较好，不节能。第四十页，本课件共有46页4.64.6 单相异步电动机单相异步电动机单相异步电动机结构更简单，广泛

20、用于电风扇、单相异步电动机结构更简单，广泛用于电风扇、洗衣机、电冰箱等，其定子绕组为单相。洗衣机、电冰箱等，其定子绕组为单相。单相定子绕组接单相定子绕组接220V220V单相交流电产生交变磁场单相交流电产生交变磁场（=msint），又称脉动磁场，但不旋转，若转子，又称脉动磁场，但不旋转，若转子静止则无法启动；此静止则无法启动；此脉动磁场脉动磁场可用可用正、反两个方向的正、反两个方向的旋转磁场来等效，故旋转磁场来等效，故若转子是转动的则能一直转下去若转子是转动的则能一直转下去若转子是转动的则能一直转下去若转子是转动的则能一直转下去。第四十一页，本课件共有46页脉动磁场分解为脉动磁场分解为脉动磁场

21、分解为脉动磁场分解为正、反两个方向的旋转磁场（正、反两个方向的旋转磁场（P89）B1B2BB2B1BB B2B1BB1B2B2B1B1B2BBB1B2BB2B1第四十二页，本课件共有46页一一.电容分相式异步电动机电容分相式异步电动机电容分相式异步电动机电容分相式异步电动机在定子中放置有两个绕组，一个是工作绕组在定子中放置有两个绕组，一个是工作绕组 A AX，另一个是启动绕组另一个是启动绕组 BY,两个绕组在空间互相垂直。两个绕组在空间互相垂直。其中其中启动绕组启动绕组 B经电容接单相电，使经电容接单相电，使B绕组电流超绕组电流超前前A绕组近绕组近绕组近绕组近90，即可获得旋转磁场。，即可获得

22、旋转磁场。iAABYXSiBiBiAO启动绕组启动绕组启动绕组启动绕组工作绕组工作绕组工作绕组工作绕组第四十三页，本课件共有46页S SABYiAiBX12实现正反转的电路实现正反转的电路实现正反转的电路实现正反转的电路改变电容改变电容C C的串联位置，磁场反向旋转，的串联位置，磁场反向旋转，使单相异步电动机反转。使单相异步电动机反转。将开关将开关S合在位置合在位置1，电容，电容C与与B绕组串联，电流绕组串联，电流 iB较较iA超前近超前近90；当；当将将S切换到位置切换到位置2，电容，电容C与与A绕组串联，电流绕组串联，电流iA 较较iB 超超前近前近90。这样就改变了旋转磁。这样就改变了旋

23、转磁场的转向，从而实现电动机的场的转向，从而实现电动机的反转。反转。MM 第四十四页，本课件共有46页二二二二.罩极式单相异步电机罩极式单相异步电机i 1 2定子绕组定子绕组鼠笼式转子鼠笼式转子短路环短路环极掌极掌(极靴极靴)当电流流过定子绕组时，产生了一部分磁通当电流流过定子绕组时，产生了一部分磁通 1，同，同时产生的另一部分磁通与短路环作用生成了磁通时产生的另一部分磁通与短路环作用生成了磁通 2。由于短路环中感应电流的阻碍作用，使得。由于短路环中感应电流的阻碍作用，使得 2在相位上在相位上滞后滞后 1，从而使合成磁场旋转。，从而使合成磁场旋转。第四十五页，本课件共有46页 罩极式单相异步电动机更简单，但起动转矩较小，转罩极式单相异步电动机更简单，但起动转矩较小，转向不能改变，常用于电风扇、吹风机中；电容分相式单相向不能改变，常用于电风扇、吹风机中；电容分相式单相异步电动机的起动转矩大，转向可改变，故常用于洗衣机异步电动机的起动转矩大，转向可改变，故常用于洗衣机等。等。第四十六页，本课件共有46页