《电工电子学》课件第七章电动机

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1、第七章 电动机,交流电动机,电动机,直流电动机,他励、异励、串励、复励 、永磁,电动机的分类：,转子：在旋转磁场作用下， 产生感应电动势或 电流。,三相定子绕组：产生旋转 磁场。,7-1 三相异步电动机,1. 三相异步电动机的结构,三相异步电动机的结构,三相异步电动机的结构,三相异步电动机的定子,定子由机座、定子铁心、定子绕组组成： 1、机座：起固定和支撑定子铁心的作用，一般用铸铁制造。 2、定子铁心：由厚0.5mm的硅钢片冲叠而成，铁心内开有均匀的槽，嵌放定子绕组。 3、定子绕组：由完全相同的三个绕组组成，空间互差120度，可接成Y或。,定子铁心,定子冲片,定子线圈,铁心和机座,三相异步电动

2、机的转子,转子由转子铁心和转子绕组组成： 1、转子铁心：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。 2、转子绕组：有笼型和绕线型两种。 （1）笼型绕组：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。 （2）绕线型转子：接成星型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的运行性能。,鼠笼转子,鼠笼转子照片,绕线转子照片,2.三相异步电动机的转动原理,磁极旋转,导线切割磁力线产生感应电动势,导线长度,切割速度,（右手定则）,（左手定则）,通电导线在磁场中受力,异步,2. 线圈比磁场转得慢,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n=n1，

3、则磁场与转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可能等于磁场速度。因此，这种电动机一般也叫做异步电动机。,三相异步电动机的转速小于磁场速度,1）旋转磁场的产生,A,Y,C,B,Z,在异步机中,旋转磁场代替了旋转磁极,()电流出,()电流入,X,基本工作原理,三相对称绕组建立的磁场,合成磁场方向： 向下,同理分析，可得 其它电流角度下 的磁场方向：,三相异步电动机的工作原理（图解）,分析规定： 电流 I 为正时，从首端流入、末端流出； 电流 I 为负时，从首端流出、末端流入。,旋转磁场的定性

4、分析图解,旋转磁场的连续观察,旋转方向：取决于三相电流的相序。,改变电机的旋转方向的方法：改变相序（换接其中两相）,2）旋转磁场的旋转方向,方法：将与电源相接的任意两相互换(改变相序)，就可实现反转。,三相异步电动机的正、反转,3）极对数（P）的概念,此种接法（每相绕组只有一组线圈）下，合成磁场 只有一对磁极，则极对数为1。,即：,将每相绕组分成两段，按右下图放入定子槽内。 形成的磁场则是两对磁极。,极对数,4）旋转磁场的转速大小,极对数和转速的关系：,三相异步电动机的同步（旋转磁场）转速：,极对数,每个电流周期 磁场转过的空间角度,同步转速,电动机转速和旋转磁场同步转速的关系：,电动机转速:

5、,5）转差率 的概念：,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：,三相异步电动机的“电磁”关系：,3.三相异步电动机的等效电路,i2,取决于转子和旋转磁场的相对速度,电磁转矩 T：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距之总和。,常数,每极磁通,转子电流,转子电路的,转矩公式,4 . 三相异步电动机的电磁矩与机械特性,转子功率因数：,i2,结论：,转子电路的电动势、电流、频率、感抗、功率因数等都与转差率S有关，,与转差率 S 的关系如右图所示。,I2、,COS2,得到转矩公式,三相电动机的机械特性,根据转矩公式,电动机的自适应负载能力：,电动机的电

6、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。,直至新的平衡。此过程中， 时， 电源提供的功率自动 增加。,三个重要转矩：,n0,T,n,（牛顿米）,如果 电机将会 因带不动负载而停转。,n0,T,n,求解,过载系数：,三相异步机,n0,T,n,机械特性和电路参数的关系,和电压的关系,结论：,和转子电阻的关系,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。 软特性：负载增加转速下降较快，但起动转矩大，起 动特性好。 ,1. 型号 Y 132M4,转差率,4.三相异步电动机的铭牌数据及应用,3. 联接方式：Y/ 接法：,三相异步电动机的接线方法,4. 额定电压：

7、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值的 5 。,例：380/220 Y/是指：线电压为380V时采用Y接法； 当线电压为220V时采用接法。,电压波动对电动机的影响,5. 额定电流：定子绕组在指定接法下的线电流。,如：,表示：三角形接法时，电机的线电流为11.2A，相电流为6.48A；星形接法时线、相电流均为6.48A。,6. 额定功率P2： 额定功率指电机在额定运行时轴上输出的功率 （ ），不等于从电源吸收的功率（ ）。两者的 关系为：,其中,额定负载时cos1一般为0.7 0.9 ， 空载时功率因数很低约为0.2 0.3。额定负载时，功率因

8、数最大。,注意：实用中应选择合适容量的电机，防止“大马” 拉“小车”的现象。,7. 功率因数(cos1)：,P2,PN,cos1,三相异步机的使用 1.启动,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 采用直接起动。,（3）转子串电阻起动。,Y 起动：,转子串电阻起动,起动时将适当的R串入转子绕组中，起动后将R短路。,转子串电阻起动的特点：,（2）R2选的适当，转子串电阻既可以降低起动电流， 又可以增加起动力矩。,2. 三相异步电动机的调速,3. 改变电源频率 (变频调速) 无级调速,变频电源,可变,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（

9、常由整流器、逆变器等组成）。,制动方法： 1. 抱闸：加机械抱闸； 2. 反接制动：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，以达制动的目的；,3. 三相异步电动机的制动,4.发电反馈制动： 令电机转子的转速超过 旋转磁场的同步转速，便 会产生制动转矩。,3. 能耗制动：停车时，断开交流电源，接至直流 电源上，产生制动转矩；,7-2单相异步电动机,1.单相异步电动机的结构和工作原理,结构：定子放单相绕组（其中通单相交流电）； 转子一般用鼠笼式。,定子中通入单相交 流电后，形成脉动 磁场。其磁感应强 度按正弦分布，且 随时间按正弦变化。,定子绕组产生的脉动磁场（），可

10、用正、反两个旋转磁场合成而等效。即：,脉动磁场的分解,单相异步电动机的特点：,自身没有起动转矩,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，所以没有起动转矩。,正反向旋转磁场的合成转矩特性,合成转矩,（正向）,（反向）,1、电容分相式起动,2. 单相异步电动机的启动,2、罩极式单相异步电动机,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。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部分产生的磁通有了相位差，从而形成旋转磁场，使转子转起来。,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

11、的 磁通领先。,7-3 直流电动机,与异步电动机相比，直流电动机的结构复杂，使用和维护不如异步机方便，而且要使用直流电源。,直流电机的用途,励磁机,测速,伺服,1. 直流电动机的主要结构,直流电机由定子、转子和机座等部分构成。,机座,磁极,励磁 绕组,转子,励磁式直流电动机结构,直流电机的特点,直流发电机的电势波形较好，对电磁干扰的影响小。 直流电动机的调速范围宽广，调速特性平滑。 直流电动机过载能力较强，热动和制动转矩较大。 由于存在换向器，其制造复杂，价格较高,直流电机的基本结构总结,主要由定子、转子两部分组成,直流电机,1. 转子（又称电枢） 由铁芯、绕组（线圈）、换向器组成。,2. 定

12、子,定子的分类：,励磁的定义：磁极上的线圈通以直流电 产生磁通，称为励磁。,直流电机的原理和结构,定子和转子,直流电机电枢绕组结构,直流电机电刷和换向器结构,直流电机电刷结构,根据励磁线圈和转子绕组的联接关系，励磁式的 直流电机又可细分为：,他励电动机：励磁线圈与转子电枢的电源分开。,并励电动机：励磁线圈与转子电枢并联到同一电源上。,串励电动机：励磁线圈与转子电枢串联接到同一电源上。,复励电动机：励磁线圈与转子电枢的联接有串有并，接在 同一电源上。,励磁方式,IIa,IIaIf,I=Ia+If,I=Ia,Ifc=Ia,I=Ia+Ifb; I=Ifc=Ia+Ifb,2.直流电动机的工作原理,电刷

13、,换向片,注意：换向片和电源固定联接，线圈无论怎样转动，总是上半边的电流向里，下半边的电流向外。电刷压在换向片上。,由左手定则，通电线圈在磁场的作用下， 使线圈逆时针旋转。,由右手定则，线圈在磁场中旋转，将在线圈中产生感应电动势，感应电动势的方向与电流的方向相反。,直流发电机,用右手定则判 感应电动势Ea的方向,电枢绕组 电阻Ra,感应电动势,输出电压,电势正方向：abcd B+,A-,1 直流发电机的工作原理,（1）、换流过程,电势正方向：,电势正方向：dcba B+,A-,（2）直流发电机运行时的几点结论,电枢线圈内电势、电流方向是交流电； 电刷间为直流电势。线圈中感应电势与电流方向一致；

14、 从空间看， 电枢电流产生的磁场在空间上是恒定不变的磁场； 产生的电磁转矩M与转子转向相反， 是制动性质；,2 直流电动机的工作原理,（1）、换流过程,电流正方向：dcba 转矩方向：顺时针 电势方向：abcd,电流正方向：dcba 转矩方向： 电势方向：,电流正方向：abcd 转矩方向：顺时针 电势方向：dcba,（2）直流电动机运行时的几点结论,外施电压、电流是直流， 电枢线圈内电流是交流； 线圈中感应电势与电流方向相反； 线圈是旋转的，电枢电流是交变的。 电枢电流产生的磁场在空间上是恒定不变的； 产生的电磁转矩M与转子转向相同， 是驱动性质；,1）电枢电动势及电压平衡关系,电枢通入电流后

15、，产生电磁转矩，使电机在磁场中转动起来。通电线圈在磁场中转动，又会在线圈中产生感应电动势（用E表示）。,1. 电枢中的感应电动势,根据右手定则知，E和原通入的电流方向相反，其大小为：,单位： （韦伯），n（转/每分），E（伏）,2. 电枢绕组中电压的平衡关系,因为E与通入的电流方向相反，所以叫反电势。,U：外加电压 Ra:绕组电阻,2）电磁转矩和转矩的平衡公式,1.电磁转矩,单位： （韦伯），Ia（安培），T（牛顿米）,由转矩公式可知： (1)产生转矩的条件：必须有励磁磁通和电枢电流。 (2)改变电机旋转的方向：改变电枢电流的方向或者 改变磁通的方向。,2. 转矩平衡关系,电磁转矩T为驱动转矩

16、，在电机运行时，必须和外 加负载和空载损耗的阻转矩相平衡，即,转矩平衡过程：当负载转矩（TL）发生变化时， 通过电机转速、电动势、电枢电流的变化，电磁 转矩自动调整，以实现新的平衡。,例：,设外加电枢电压 U 一定，T=TL+ T0(平衡)，这时， 若TL突然增加，则调整过程为：,与原平衡点相比，新的平衡点：Ia 、 P入,机械特性指的是电机的电磁转矩和转速间的关系，下边以他励和串励电机为例说明。,他励电动机和并励电动机的特性一样。,3.机械特性,1. 他励电动机的机械特性,n0： 理想空载转速,即T=0时的转速。（实际工作时,由于有空载损耗，电机的T不会为0。）,当 T时n ，但由于他励电动机的电枢