交流电动机１

null第7章 交流电动机第7章 交流电动机本章内容本章内容7.1 三相异步电动机的构造7.2 三相异步电动机的转动原理7.4 三相异步电动机机械特性7.5 三相异步电动机的起动7.6 三相异步电动机的调速7.8 三相异步电动机铭牌数据7.11 单相异步电动机7.0 电机概述7.7 三相异步电动机的制动本章本章要求了解三相交流异步电动机的基本构造 和转动原理。2.理解三相交流异步电动机的机械特性， 掌握异步电动机的起动、反转、调速和 制动的方法。3.理解三相异步电动机铭牌数据的意义。§7.0 电动机概述§7.0 电动机概述电动机的分类：电机动力电机(能量转换)控制电机 (信号转换)伺服电动机(电压→位移)测速发电机(转速→电压)旋转变压器(转角→函数关系电压) 感应同步器(转角位移→电压)步进电动机(脉冲→转角)自整角机(角度的接收、变换、传输)§7.0 电动机概述§7.0 电动机概述电动机的分类：电 动 机交流电动机直流电动机同步电动机他励电动机 并励电动机 串励电动机 复励电动机异步电动机§7.1 三相异步电动机的结构§7.1 三相异步电动机的结构接线盒转轴机座§7.1 三相异步电动机的结构§7.1 三相异步电动机的结构端盖转子机壳风扇罩壳定子铁芯及绕组§7.1 三相异步电动机的结构§7.1 三相异步电动机的结构1、定子●定子铁心：由内周有槽的硅钢片叠成。A ----X、B ----Y 、C---- Z●三相绕组：2、转子2、转子●转子铁心：由外周有槽的硅钢片叠成。 ●转子绕组：鼠笼式、绕线式。 §7.1 三相异步电动机的结构2、转子鼠笼转子(1) 鼠笼式转子 转子铁芯槽内放铜条， 端部用短路环形成一体。 或铸铝形成转子绕组。(2) 绕线式转子同定子绕组一样，也分为三相，并且接成星形。2、转子鼠笼式：结构简单、价格低廉、工作可靠； 不能人为改变电动机的机械特性。绕线式：结构复杂、价格较贵、维护工作量大； 可人为改变电动机的机械特性。§7.1 三相异步电动机的结构一、三相异步电动机的转动原理一、三相异步电动机的转动原理§7.2 三相异步电动机的工作原理§7.2 三相异步电动机的工作原理二、旋转磁场三相定子绕组通入三 相交流电(星形联接)(1)旋转磁场的产生§7.2 三相异步电动机的工作原理§7.2 三相异步电动机的工作原理 i >0 首端流入，尾端流出。 i <0 尾端流入，首端流出。 §7.2 三相异步电动机的工作原理(•)电流出()电流入 三相电流合成磁 场 的分布情况 三相电流合成磁 场 的分布情况合成磁场方向向下合成磁场旋转60°合成磁场旋转90°动画§7.2 三相异步电动机的工作原理§7.2 三相异步电动机的工作原理(2)旋转磁场的旋转方向结论：任意调换两 根电源进线，则旋 转磁场反转。动画任意调换两根电源进线 (如图)结论：三相电流产生的合成磁场是一个旋转的磁场。 即：一个电流周期，旋转磁场在空间转过360°§7.2 三相异步电动机的工作原理(3)旋转磁场的极对数P(3)旋转磁场的极对数P 当三相定子绕组按图示排列时，产生一对磁极的旋转磁场，即：§7.2 三相异步电动机的工作原理(3)旋转磁场的极对数P 若定子每相绕组由两个线圈串联 ，绕组的始端 之间互差60°，将形成两对磁极的旋转磁场。(3)旋转磁场的极对数P§7.2 三相异步电动机的工作原理§7.2 三相异步电动机的工作原理动画旋转磁场的磁极对数 与三相绕组的排列有关§7.2 三相异步电动机的工作原理(4)旋转磁场的转速(4)旋转磁场的转速 旋转磁场的转速取决于磁场的极对数p=1时§7.2 三相异步电动机的工作原理§7.2 三相异步电动机的工作原理p=2时§7.2 三相异步电动机的工作原理§7.2 三相异步电动机的工作原理旋转磁场转速n0与极对数 p 的关系§7.2 三相异步电动机的工作原理三、电动机的转动原理三、电动机的转动原理1、转动原理AXYCBZ定子三相绕组通入三相交流电感应电动势 E20电磁力F§7.2 三相异步电动机的工作原理§7.2 三相异步电动机的工作原理 2、转差率 旋转磁场的同步转速和电动机转子转速之差与 旋转磁场的同步转速之比称为转差率。 由前面分析可知，电动机转子转动方向与磁场 旋转的方向一致，但转子转速 n 不可能达到与旋转磁场的转速相等，即因此，转子转速与旋转磁场转速间必须要有差别。§7.2 三相异步电动机的工作原理三、电动机的转动原理§7.2 三相异步电动机的工作原理转子转速亦可由转差率求得转差率S例1：一台三相异步电动机，其额定转速 n=975 r/min， 电源频率 f1=50 Hz。试求电动机的极对数和额定负 载下的转差率。解：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：n0=1000 r/min , 即p=3额定转差率为§7.2 三相异步电动机的工作原理§7.4 三相异步电动机的机械特性 转子中各载流导体在旋转磁场的作用下,受到电磁力所形成的转矩之总和。常数，与电 机结构有关旋转磁场 每极磁通转子电流转子电路的 功率因数一、电磁转矩§7.4 三相异步电动机的机械特性§7.4 三相异步电动机的机械特性一、电磁转矩§7.4 三相异步电动机的机械特性1.旋转磁场的磁通三相异步电动机的电磁关系类似变压器。变压器： 变化 e U1 E1= 4.44 f N1 E2= 4.44 f N2E1 、E2 频率相同，都等于电源频率。§7.4 三相异步电动机的机械特性一、电磁转矩§7.4 三相异步电动机的机械特性1.旋转磁场的磁通旋转磁场切割导体  e e的大小与导体切割磁场的速度有关。每极 磁通E1= 4.44 f 1 N1 E1= 4.44 f 2 N1 §7.4 三相异步电动机的机械特性一、电磁转矩§7.4 三相异步电动机的机械特性f 1= 电源频率 f定子导体切割磁场的相对速度为 n0 ,e1频率为：2.感应电势的频率 f1 、 f2感应电势的频率与导体切割磁场的速度有关。转子导体切割磁场的速度为△n0 ,e2频率为：§7.4 三相异步电动机的机械特性一、电磁转矩§7.4 三相异步电动机的机械特性3.转子感应电动势E2E2= 4.44 f2N2当转速 n = 0(s=1)时， f 2最高，且 E2 最大，有E20= 4.44 f1 N2 转子静止时 的感应电势即：E2= s E20 转子转动时 的感应电势=4.44s f1N2 =s4.44f1N2 4.转子感抗X 2= s X20 §7.4 三相异步电动机的机械特性一、电磁转矩§7.4 三相异步电动机的机械特性5. 转子电流 I2§7.4 三相异步电动机的机械特性一、电磁转矩§7.4 三相异步电动机的机械特性6. 转子电路的功率因数 cos2§7.4 三相异步电动机的机械特性一、电磁转矩§7.4 三相异步电动机的机械特性§7.4 三相异步电动机的机械特性2、机械特性曲线机械特性是n=f (T) 的函数关系T=f (s) 的函数关系§7.4 三相异步电动机的机械特性§7.4 三相异步电动机的机械特性2、机械特性曲线§7.4 三相异步电动机的机械特性§7.4 三相异步电动机的机械特性2、机械特性曲线§7.4 三相异步电动机的机械特性电动机在额定负载时的转矩。⑴额定转矩TN三个重要转矩(N • m) 如某机床的主轴电机(Y132M-4型) 的额定功率为7.5kw, 额定转速为1440r/min, 则额定转矩是:⑵最大转矩 Tmax⑵最大转矩 Tmax 转子轴上机械负载转矩T2 不能大于Tmax ，否则 将造成堵转(停车)。电机带动负载的最大能力。临界转差率将sm代入得2、机械特性曲线§7.4 三相异步电动机的机械特性O⑵最大转矩 Tmax⑵最大转矩 Tmax过载系数(能力)一般三相异步电动机2、机械特性曲线§7.4 三相异步电动机的机械特性 ⑶起动转矩 Tst起动转矩是n= 0 或s =1时的TTst体现了电机带负载的起动能力。 若 Tst > T2(负载转矩)能起动，否则不能。1.6~2.2⑷电动机的运行分析⑷电动机的运行分析 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。 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 操作者加大油门，才能带动新的负载） 。过程: n △nE2 I2 I1电源提供的P自动增加。T2T2 >TT =T2n T →达到新的平衡§7.4 三相异步电动机的机械特性⑸U1和R2变化对机械特性的影响⑸U1和R2变化对机械特性的影响①U1 变化对机械特性的影响T22、机械特性曲线§7.4 三相异步电动机的机械特性②R2 变化对机械特性的影响②R2 变化对机械特性的影响R2Tst n硬特性：负载变化时,转速变化不大,运行特性好。软特性：负载增加时转速下降较快,但起动转矩大, 起动特性好。2、机械特性曲线§7.4 三相异步电动机的机械特性 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。§7.5 三相异步电动机的起动一、起动性能问题：起动电流大，起动转矩小。②大电流使电网电压降低,影响邻近负载工作。①频繁起动时造成热量积累,使电机过热。后果：原因：起动时： n = 0，s =1, 接通电源。§7.5 三相异步电动机的起动§7.5 三相异步电动机的起动二、起动方法②有厂内变压器且S≥4PN（电机功率）可直接启动。①15KW以下的电机可采用直接启动⑴直接起动§7.5 三相异步电动机的起动⑵降压起动⑶转子串电阻起动②自耦变压器降压启动。①星形—三角形(Y-△)降压启动适用鼠笼式电动机。适用线饶式电动机。§7.5 三相异步电动机的起动1、降压起动⑴Y－ 换接起动 起动正常运行§7.5 三相异步电动机的起动● Y－ 起动器接线简图● Y－ 起动器接线简图静触点§7.5 电动机的起动●Y－起动器Y启动接线图●Y－起动器Y启动接线图Y起动§7.5 电动机的起动§7.5 电动机的起动  工作§7.5 电动机的起动●Y－起动器运行接线图●Y-换接起动应注意的问题①仅适用于正常运行为三角形联结的电机。Y－ 换接起动适合于空载或轻载起动的场合●Y-换接起动应注意的问题§7.5 三相异步电动机的起动⑵自耦降压起动⑵自耦降压起动 Q2下合： 接入自耦变 压器，降压 起动。 Q2上合： 切除自耦变 压器，全压 工作。合刀闸开关Q自耦降压起动适合于容量较大或Y形接法异步电动机。§7.5 三相异步电动机的起动Q22、绕线式电动机转子电路串电阻起动定子转子起动时将R串入电路，起动后将R 短路。起动电阻2、绕线式电动机转子电路串电阻起动§7.5 三相异步电动机的起动滑环转轴3、绕线式电动机转子电路串电阻起动的特点 3、绕线式电动机转子电路串电阻起动的特点§7.5 三相异步电动机的起动 若R2选得适当，转子电路串电阻起动既可以降 低起动电流，又可以增加起动转矩。→R2→TstR2→Tst常用于要求起动转矩较大的生产机械上。三、三相异步电动机的正、反转方法：任意调换电源的两根进线，电动机反转。电动机正转电动机反转三、三相异步电动机的正、反转§7.5 三相异步电动机的起动§7.6 三相异步电动机的调速1. 变频调速 (无级调速)频率调节范围：0.5~几百赫兹变频调速可实现无级平滑调速,调速性能优异。§7.6 三相异步电动机的调速§7.6 三相异步电动机的调速2. 变极调速 (有级调速)P=2P=1采用变极调速方法的电动机称作双速电机，转速跳跃变化。§7.6 三相异步电动机的调速§7.6 三相异步电动机的调速3. 变转差率调速 (无级调速) 变转差率调速是绕线式电动机特有的一种调 速方法。其优点是调速平滑、设备简单投资少， 缺点是能耗较大。这种调速方式广泛应用于各种 提升、起重设备中。§7.6 三相异步电动机的调速§7.7 三相异步电动机制动1、制动方法概述制动方法机械制动电气制动能耗制动§7.7 三相异步电动机制动反接制动发电反馈制动§7.7 三相异步电动机制动2、能耗制动 在断开电源的同时，给电动机通直流电流，形成固定磁场旋转的转子产生了与转子旋转方向相反的转距，使转子迅速停动。§7.7 三相异步电动机制动§7.7 三相异步电动机制动2、反接制动 停车时，将接入电动机的三相电源线中的任意两相对调，使电动机定子产生一个与转子转动方向相反的旋转磁场，从而获得所需的制动转矩，使转子迅速停止转动。 §7.7 三相异步电动机制动§7.7 三相异步电动机制动3、发电反馈制动 当电动机转子的转速大于旋转磁场的转速 时，旋转磁场产生的电磁转距作用方向发生变 化，由驱动转距变为制动转距。电动机进入制 动状态，同时将外力作用于转子的能量转换成 电能回送给电网。n > n0§7.7 三相异步电动机制动§7.8 三相异步电动机的铭牌数据1.型号 例如： Y 132 M－4 用以明电动机的系列、几何尺寸和极数。教材表P224中列出了各种电动机的系列代号。§7.8 三相异步电动机的铭牌数据§7.8 三相异步电动机的铭牌数据表7.8.1异步电动机产品名称代号§7.8 三相异步电动机的铭牌数据1.型号 2.接法2.接法接线盒定子三相绕组的联接方法。通常Y 联结 联结§7.8 三相异步电动机的铭牌数据§7.8 三相异步电动机的铭牌数据3.电压例如：380/220V、Y/ 是指线电压为 380V 时 采用 Y联结；线电压为 220V 时采用  联结。说明：一般，电动机的运行电压不能高于或低 于额定值的 5% 。因为在电动机满载或接近 满载情况下运行时，电压过高 或过低都会使 电机的电流大于额定值, 从而使电动机过热。电机在额定运行时定子绕组上应加的线电压。三相异步电动机的额定电压: 有380V，3000V, 及6000V等多种。§7.8 三相异步电动机的铭牌数据4. 电流4. 电流例如： Y /  6.73 / 11.64 A 表示星形联结下电机的线电流为 6.73A；三角形联结下线电流为 11.64A。两种接法下相电流均为 6.73A。 5. 功率与效率 电动机在额定运行时定子绕组的线电流值。额定功率是指电机在额定运行时轴上输出的机 械功率 P2，它不等于从电源吸取的电功率 P1。§7.8 三相异步电动机的铭牌数据§7.8 三相异步电动机的铭牌数据注意：实用中应选 择容量合适的电机，防止出现 “大马拉 小车” 的现象。6. 功率因数 三相异步电动机的功率因数较低，在额定负载时约为 0.7 ~ 0.9。空载时功率因数很低，只有 0.2 ~ 0.3。额定负载时，功率因数最高。 §7.8 三相异步电动机的铭牌数据§7.8 三相异步电动机的铭牌数据如： n N =1440 转/分 sN = 0.048. 绝缘等级 指电机绝缘材料能够承受的极限温度等级，分为七级。§7.8 三相异步电动机的铭牌数据7. 额定转速电机在额定电压、额定负载下运行时的转速。§7.9 电动机的选择§7.9 电动机的选择一、功率的选择 功率选得过大不经济，功率选得过小电动机容易因过载而损坏。1. 对于连续运行的电动机，所选功率应等于或略大于生产机械的功率。2. 对于短时工作的电动机，允许在运行中有短暂的过载，故所选功率可等于或略小于生产机械的功率。§7.9 电动机的选择§7.9 电动机的选择二、种类和型式的选择1. 种类的选择 一般应用场合应尽可能选用鼠笼式电动机。 只有在需要调速、不能采用鼠笼式电动机的场 合才选用绕线式电动机。2. 结构型式的选择 根据工作环境的条件选择不同的结构型式， 如开启式、防护式、封闭式电动机。§7.9 电动机的选择§7.9 电动机的选择三、电压和转速的选择 根据电动机的类型、功率以及使用地点的电源电压来决定。 Y系列鼠笼电动机的额定电压只有380V一个 等级。大功率电动机才采用3000V和6000V。§7.10 同步电动机自学§7.10 同步电动机§7.11 单相异步电动机 ●三相异步电动机在运行过程中，若其中一相与电 源断开，就成为单相电动机运行。此时电动机仍 将继续转动。若此时还带动额定负载，则势必超 过额定电流，时间一长，会使电动机烧坏。0、三相异步电动机的单相运行§7.11 单相异步电动机 ●如果三相异步电动机在起动前就断了一线，则不 能起动，此时只能听到嗡嗡声，这时电流很大， 时间长了，也会使电动机烧坏。 ●为什么三相异步电动机单相不能起动，且有嗡 嗡声，时间长了，也会烧坏电动机。§7.11 单相异步电动机●单相异步电动机主要应用于电动工具、洗衣机、 电冰箱、空调、电风扇等小功率电器中。定子定子 绕组转子一、单相异步电动机的概述●定子绕组通单相交 流电后, 形成脉动 磁场，若不采取措 施，将无法获得所 需的起动转矩。●定子是单相绕组,转子一般用鼠笼式。§7.11 单相异步电动机§7.11 单相异步电动机 定子绕组产生的脉动磁场，分解为两个大小相等，转向相反，转速相同的旋转磁场。 即：§7.11 单相异步电动机一、单相异步电动机的概述●脉动磁场的等效§7.11 单相异步电动机●脉动磁场的分解⑥⑧⑦⑨⑨⑤①①②③④⑤§7.11 单相异步电动机结论：定子绕组产生的脉动磁场，可用两个 大小相等，转向相反，转速相同的旋转 磁场的合成来等效代替。§7.11 单相异步电动机●正反向旋转磁场的合成转矩特性合成转矩起动转矩为零§7.11 单相异步电动机一、单相异步电动机的概述§7.11 单相异步电动机 单相异步电动机为了获得起动转矩，对定子进行了特殊。常用的有电容裂相式异步电动机和罩极式异步电动机。1.电容裂相式异步电动机●电容裂相式的定子有有两个绕组§7.11 单相异步电动机二、单相异步电动机的工作原理●起动绕组串接起动电容。●电容的大小使两个绕组的 电流相位相差近 90º工作绕组起动绕组⑴电容裂相式的结构起动电容§7.11 单相异步电动机1.电容裂相式异步电动机§7.11 单相异步电动机二、单相异步电动机的工作原理●两个绕组在空间上相隔90º。§7.11 单相异步电动机动画§7.11 单相异步电动机二、单相异步电动机的工作原理⑵电容裂相式的两相旋转磁场§7.11 单相异步电动机§7.11 单相异步电动机1.电容裂相式异步电动机二、单相异步电动机的工作原理⑵电容裂相式的两相旋转磁场§7.11 单相异步电动机实现正反转的电路 改变电容C的串联位置，可使 单相异步电动机反转。 将开关S合在位置1，电容C与 B绕组串联，电流 iB较iA超前近 90；当将S切换到位置2，电容 C与A绕组串联，电流iA 较iB 超 前近90。这样就改变了旋转磁 场的转向，从而实现电动机的 反转。 电动机转子转动起来后，利用 离心力将开关S断开(S是离心开 关)，使起动绕组B–B´断电。§7.11 单相异步电动机§7.11 单相异步电动机2.罩极式单相异步电机定子绕组鼠笼式转子短路环极掌(极靴)§7.11 单相异步电动机二、单相异步电动机的工作原理§7.11 单相异步电动机 当电流i 流过定子绕组时，产生了一部分磁 通1 ，同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2在相位上滞后1 ，从而在电动机 定子极掌上形成一个向短路环方向移动的磁场，使转子获得所需的起动转矩。 罩极式单相异步电动机起动转矩较小，转向 不能改变，常用于电风扇、吹风机中；电容分相 式单相异步电动机的起动转矩大，转向可改变， 故常用于洗衣机等电器中。§7.11 单相异步电动机§7.12 直线异步电动机自学§7.12 直线异步电动机null作 业P238： 7.4.3 7.4.4 7.4.6 7.5.1