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1、三.基本内容 一.基本要求 二.重点与难点 四.例题分析 第四章:交流电动机的工作原理及特性 1 2 3 4 5 6 7 一.基本内容 一、要求： 1.掌握异步电动机的基本结构和旋转磁场的产生； 2.掌握异步电动机的工作原理，机械特性，以及启动、 调速 及制动的各种方法、特点与应用； 3.学会用机械特性的四个象限来分析异步电动机的运行 状态； 4.掌握单相异步电动机的工作原理和启动方法。 二、交流电动机分为三相异步电动机（或称感应电动机）和同步 电机。 三、异步电动机的优点：结构简单、维护容易、运行可靠、价格 便宜、具有较好的稳态和动态特性。 8 二.重点与难点 1.重点 (1).掌握异步电动
2、机的机械特性,该特性是基于异步电动机的工 作原理而推导出来的,特别要掌握异步电动机的人为机械特性,因 为它是分析异步电动机启动、调速、制动工作状态的依据； (2).对异步电动机铭牌数据、额定值的含义要非常熟悉； (3).掌握异步电动机直接启动和 降压启动的条件和优缺点 ，线绕式异步电动机转子串电阻的启动、调速和制动，以及各种 启动方法的应用场合； (4).掌握异步电动机变频调速和变极对数调速的特性与优缺点 。 2.难点 本章在分析问题时较难理解的是定子旋转磁场与转子运动的 相对性和电动机的制动过程。 9 电动机的分类：电动机的分类： 电动机电动机 交流电动机交流电动机 直流电动机直流电动机 三
3、相电动机三相电动机 单相电动机单相电动机 同步电动机同步电动机 异步电动机异步电动机 他励、并励电动机他励、并励电动机 串励、复励电动机串励、复励电动机 第四章 三相异步电动机的工作原理及特性 10 一、三相异步电动机的结构 返 回 图 4.1 三相笼式异步电动机的部件图 4.1 三相异步电动机的工作原理 鼠笼转子 11 二、三相异步电动机的工作原理 1、 三相异步电动机的工作原理简图 对称三相绕组 通入对称三相电流 旋转磁场 (磁场能量) 旋转磁场切 割转子绕组 转子绕组中 产生 e 和 i 转子绕组在磁场中 受到电磁力的作用 转子旋转起来 机械负载 旋转起来 三相交流电能 输出机械能量 1
4、2 4.1三相异步电动机的工作原理（感应） 转差率： （S=0.0150.060） 13 2 2 旋转磁场旋转磁场 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( (星形联接星形联接) ) A X B Y C Z . .旋转磁场的产生旋转磁场的产生 o 4.1 三相异步电动机的工作原理 14 o 规定 i : “+” 首端流入，尾端流出 。 i : “” 尾端流入，首端流出 。 A Y C B Z X ()电流出 ()电流入 15 t A X Y C B Z A X Y C B Z A X Y C B Z 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方向向下合成磁场旋转合成
5、磁场旋转6060合成磁场旋转合成磁场旋转9090 600 o 16 4.1 三相异步电动机的工作原理 U-红线 V-黄线 W-蓝线 由上分析可知：三相电流产生的合成磁场是一旋转的磁 场，即：一个电流周期，旋转磁场在空间转过一个电流周期，旋转磁场在空间转过360360 17 A A X Y C B Z A A X Y C B Z 取决于三相电流的相序取决于三相电流的相序旋转磁场的旋转方向旋转磁场的旋转方向 结论：结论： 任任意调换意调换两根两根 电源进线，电源进线， 则旋转磁则旋转磁 场反转。场反转。 任意调换两根电源进线 (电路如图) A X B Y C Z 0 t o 4.1 三相异步电动机
6、的工作原理 600 18 旋转磁场的极对数P 当三相定子绕组按当三相定子绕组按 图示排列时，产生一对图示排列时，产生一对 磁极的旋转磁场，磁极的旋转磁场，即： o t A X B Y C Z A X Y C B Z 19 若定子每相绕组由两个线圈串联若定子每相绕组由两个线圈串联 ，绕组的始端，绕组的始端 之间互差之间互差6060 ，将形成，将形成两对磁极的旋转磁场。两对磁极的旋转磁场。 C Y A B C X Y Z A X B Z A X B Y C 20 极对数 旋转磁场的磁极对数 与三相绕组的排列有关 C Y A B C X Y Z A X B Z 0 21 旋转磁场的转速 工频： p=
7、1时 0 t o A X Y C B Z A X Y C B Z A X Y C B Z 4.1 三相异步电动机的工作原理 22 p=2时 0 旋转磁场的转速取决于磁场的极对数旋转磁场的转速取决于磁场的极对数 600 23 4.1 三相异步电动机的工作原理 24 电流变化一周 旋转磁场转一圈 电流每秒钟变化 50 周 旋转磁场转 50 圈 旋转磁场转 3000 圈 电流每分钟变化 (5060) 周 p = 1 时： 电流变化一周 旋转磁场转半圈 电流每秒钟变化 50 周 旋转磁场转 25 圈 旋转磁场转 1500 圈 电流每分钟变化 (2560) 周 p = 2 时： 4.1 三相异步电动机的
8、工作原理 结论： 25 三相异步电动机的同步转速 60 0 p f n = min）r/( p12 3456 n0/(r/min)300015001000750600500 f = 50 Hz 时,不同极对数时的同步转速如下: 表 4.1.1 同步转速 p 为任意值时(p为整数）： 4.1 三相异步电动机的工作原理 26 4.1.4 定子绕组线端连接方式 27 28 4.1 三相异步电动机的工作原理 小结 1、三相异步电动机的用途 3、三相异步电动机的工作原理 4、三相异步电动机的旋转磁场 2、三相异步电动机的绕组连接方式 29 4.2 三相异步电动机的定子电路和转子电路 一、定子电路的分析
9、磁通 则定子每相绕组中产生的感应电动势 e1 转子每相绕组中产生的感应电动势e2 为 30 定子产生漏磁电动势 复数表示： 简化： 二、转子电路分析 31 在n=0时，S=1， 对于转子每相电路： 复数表示： 若n=0，S=1，则 32 4.2.3 三相异步电动机的额定值 1）型号 2）额定功率PN 3）额定电压UN 4）额定频率 5）额定电流IN 6）额定转速nN 7）工作方式 8）温升 9）电机质量 33 4.2.3三相异步电动机的铭牌数据 三相异步电动机 型 号 Y132S6 功 率 3 kW 频 率 50Hz 电 压 380 V 电 流 7.2 A 联 结 Y 转 速 960r/min
10、 功率因数 0.76 绝缘等级 B 1.型号 Y132S6 Y系列异步机 机座中心高度 机座长度代号 2p = 6 n0 = 1 000 r/min 2. 额定功率 PN PN = 3 kW轴上输出机械功率的额定值 3. 额定电压 UN UN = 380 V定子三相绕组应施加的线电压 磁极数 上一页下一页返 回上一节下一节 34 4. 额定电流 IN IN = 7.2A 三相异步电动机 型 号 Y132S6 功 率 3 kW 频 率 50Hz 电 压 380 V 电 流 7.2 A 联 结 Y 转 速 960r/min 功率因数 0.76 绝缘等级 B 定子三相绕组的额定线电流 5. 额定功率
11、因数N = cosN P1N = 3 UNIN cosN PN =NP1N = 3 UNIN cosNN 6. 额定转速 nN 上一页下一页返 回上一节下一节 35 上一页下一页返 回上一节下一节 4.3三相异步电动机的转矩和机械特性 4.3.1 三相异步电动机的转矩 36 直流电机中： 交流电机中： 又 ， 则 37 4.3.2 三相异步电动机的机械特性 38 一、固有机械特性：异步电动机在额定电压和额定 频率下，用规定的接线方式，定子和转子电路中不串联任何电阻 或电抗时的机械特性。 四个特殊运行点： （1）T=0，n=n0(S=0)，电动机处于理想空载工作点，此时 电动机的转速为理想空载转
12、速n=n0。 （2）T=TN，n=nN(S=SN)，为电动机额定工作点。此时额定 转矩和额定转差率为 （3） （4） ， ， 因此 39 二. 人为机械特性： 1、降低电动机电源电压时的人为特性 2、定子电路中串接电阻或电流时的人为特性 40 3、改变定子电源频率时的人为特性 4、转子电路串电阻时的人为特性 41 4.4 三相异步电动机的启动特性 一、启动的主要要求： 1）有足够大的启动转矩，保证生产机械能正常工作。 2）在满足启动转矩要求的前提下，启动电流越小越好。 3）要求启动平滑。 4）启动过程中功率损耗越小越好。 5）启动设备安全可靠，力求结构简单，操作方便。 二、启动转矩为何不大 ，
13、 启动时， 但很小 ， 导致T2st并不太大。 42 4.4.1鼠笼式异步电动机的启动方法 一、直接启动：又称全压启动： (a) 小容量的电动机（十千瓦以下）； (b) 电源容量足够大时。 二、电阻或电抗器降压启动 43 三、Y-降压启动 连接 四、自耦变压器降压启动 44 Y 减压起动： 适用于：正常运行为联结的电动机。 起 动 时 运 行 时 上一页下一页返 回上一节下一节 U V W UN I1lY U V W UN I1l 45 设：定子每相阻抗为 Z 3 U1p I 1l = Z Z I1lY = U1pY Z UN3 = Z UN 3 = TUp2 Y型起动的起动转矩： Y型起动的
14、起动电流： 1 3 UpU1pY= 上一页下一页返 回上一节下一节 IS IsY = 1 3 1 3 TS TsY = Y 起 动 起 动 Y 起 动与全压起动时起动电流和起动转矩比较 U V W UN I1lY U V W UN I1l 46 3 Y 减压起动的特点： (1) 电源电压不变，定子绕组接法改变； (2) 降压比为 1 (1) IsYImax （线路中允许的最大电流）； (2) TsYTL 否则不能采用此法。 Y 减压起动的使用条件： Y型起动的起动转矩为： Y型起动的起动电流为： 1 3 TS TsY = 上一页下一页返 回上一节下一节 IS IsY = 1 3 47 五、延边
15、三角形启动 六、 软启动器 48 4.4.2 绕线式异步电机的启动方法 一、逐级切除启动电阻法 二、频敏变阻器启动法 49 4.4.3 特殊鼠笼式电动机 一、双鼠笼式电动机 特性：R2exR2i，X2exX2i （f相同时） 启动时：n=0，S=1，f2=f1，电抗大大 超过电阻，起主要作用的是电抗。 ，又 ， ，因此，外笼 称启动笼; 电机正常工作时，S很小，f2也小，电抗 值小，起主要作用的是电阻。 R2eXR2i,I2exI2i,又 , TexTi 即外笼产生的转矩小于内笼，故内笼又称为工作笼。 50 二、深槽式电动机 原理：电流的集肤效应 启动时：S=1，2=，电流分 布主要决定于电抗，集
