第8章 交流电动机

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1、第8章交流电动机 返回 第8章交流电动机 8 4三相异步电动机的转矩和机械特性 8 3三相异步电动机的电路分析 8 5三相异步电动机的起动 8 8三相交流异步电动机的铭牌数据 8 6三相异步电动机的调速 8 1三相异步电动机的构造 8 2三相异步电动机的转动原理 8 7三相异步电动机的制动 前一页 后一页 返回 1 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 掌握起动和反转的基本方法 了解调速和制动方法 3 理解三相交流异步电动机铭牌数据的意义 本章要求 返回 前一页 后一页 电动机的分类 他励 并励 串励 复励 鼠笼式异步交流电动机授课内容 基本结构 工

2、作原理 机械特性 控制方法 返回 前一页 后一页 1 异步电动机的基本结构 鼠笼式和绕线式异步电动机在结构上有何不同 2 异步电动机的转动原理 定子绕组Y 接法 3 旋转磁场的转向与通入定子绕组的电流相序之间的关系 改变旋转磁场转向的方法 4 旋转磁场的转速n0与磁极对数p的关系 5 转子的转向与旋转磁场转向的关系 6 转子的转速n与旋转磁场的转速n0的关系 7 什么是转差率 表达式如何写 看录象时思考以下问题 返回 前一页 后一页 问题解答 1 异步电动机的基本构造 鼠笼式和绕线式异步电动机在结构上有何不同 转子构造不同 2 异步电动机的转动原理 定子绕组Y 接法 3 旋转磁场的转向与通入定

3、子绕组的电流相序之间的关系 改变转子转向的方法 动磁生电 磁电生力 调换两根电源进线 返回 前一页 后一页 4 旋转磁场的转速n0与磁极对数p的关系 5 转子的转向与旋转磁场转向的关系 6 转子的转速n与旋转磁场的转速n0的关系 相同 n n0称异步电动机 异步电动机运行 7 什么是转差率 表达式如何写 返回 前一页 后一页 8 1三相异步电动机的构造 一 定子 转子 定子绕组 三相 机座 三相定子绕组 产生旋转磁场 返回 前一页 后一页 定子三相绕组接线方式 首尾端不能接反 接法 Y接法 返回 前一页 后一页 铁芯 由外周有槽的硅钢片迭成 二 转子 转子 返回 前一页 后一页 鼠笼电机与绕线

4、式电机的的比较 转子 在旋转磁场作用下 产生感应电动势或电流 鼠笼式 结构简单 价格低廉 但不能人为改变电机的机械特性 绕线式 结构较复杂 价格贵 转子外加电阻后 可人为改变电动机的机械特性 返回 前一页 后一页 一 旋转磁场 定子三相绕组通入三相交流电 星形联接 1 旋转磁场的产生 返回 前一页 后一页 8 2异步电动机的转动原理 电流入 电流出 1 旋转磁场的产生 规定 返回 前一页 后一页 三相电流合成磁场的分布情况 合成磁场方向向下 合成磁场旋转了60 返回 前一页 后一页 同理分析可得其它电流角度下的磁场方向 合成磁场旋转了240 合成磁场旋转了120 返回 前一页 后一页 分析可知

5、 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360 取决于三相电流的相序 2 旋转磁场的旋转方向 任意调换两根电源进线 则旋转磁场反转 返回 前一页 后一页 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 返回 前一页 后一页 将定子每相绕组有两个线圈串联 如图 绕组的始端之间互差60 将形成两对磁极的旋转磁场 返回 前一页 后一页 极对数 旋转磁场的磁极对数与三相绕组的排列有关 返回 前一页 后一页 4 旋转磁场的转速 同步转速 工频 旋转磁场的转速取决于磁场的极对数 P 1时 返回 前一页 后一页 P 2时 返回 前一页 后一

6、页 5 旋转磁场转速n0与极对数p的关系 极对数 每个电流周期磁场转过的空间角度 同步转速 旋转磁场转速n0与频率f1和极对数p有关 可见 返回 前一页 后一页 二 三相异步电动机的转动原理 1 转动原理 A X Y C B Z 定子三相绕组通入三相交流电 方向 顺时针 返回 前一页 后一页 电动机转速和旋转磁场转速的关系 电动机转速 如果 返回 前一页 后一页 2 转差率 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 返回 前一页 后一页 8 3三相异步电动机的电路分析 异步电动机每相电路 三相异步电动机的电磁关系与变压器类似 变压器 变化 e U1 E1 4 44fN1

7、mE2 4 44fN2 m E1 E2频率相同 均等于电源频率 返回 前一页 后一页 一 定子电路 1 旋转磁场的磁通 异步机 旋转磁场切割导体 e U1 E1 4 44f1N1 每极磁通 旋转磁场与定子导体间的相对速度为n0 所以 2 定子感应电势的频率f1 感应电势的频率与磁场和导体间的相对速度有关 f1 电源频率f 返回 前一页 后一页 二 转子电路 1 转子感应电势频率f2 定子导体与旋转磁场间的相对速度固定 而转子导体与旋转磁场间的相对速度随转子的转速不同而变化 旋转磁场切割定子导体和转子导体的速度不同 定子感应电势频率f1 转子感应电势频率f2 转子感应电势频率f2 返回 前一页

8、后一页 2 转子感应电动势E2 E2 4 44f2N2 4 44sf1N2 当转速n 0 S 1 时 f2最高 且E2最大 有 E20 4 44f1N2 转子静止时的感应电势 即E2 sE20 转子转动时的感应电势 3 转子感抗X2 当转速n 0 S 1 时 f2最高 且X2最大 有 X20 2 f1L 2 即X2 sX20 返回 前一页 后一页 4 转子电流I2 5 转子电路的功率因数cos 2 转子绕组的感应电流 返回 前一页 后一页 转子绕组的感应电流 转子电路的功率因数 结论 转子转动时 转子电路中的各量均与转差率S有关 即与转速n有关 返回 前一页 后一页 8 4三相异步电动机转矩与

9、机械特性 一 转矩公式 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 返回 前一页 后一页 转矩公式 电磁转矩公式 由前分析知 返回 前一页 后一页 由公式可知 电磁转矩公式 1 T与定子每相绕组电压成正比 U T 2 当电源电压U1一定时 T是S的函数 3 R2的大小对T有影响 而绕线式异步机可外接转子电阻 返回 前一页 后一页 二 机械特性曲线 根据转矩公式 得特性曲线 动画 返回 前一页 后一页 电机在额定电压下 以额定转速运行 输出额定功率时 电机转轴上输出的转矩 三个重要转矩 0 返回 前一页

10、后一页 2 最大转矩Tmax 如果T2 Tmax电机将会因带不动负载而停转 电机带动最大负载的能力 临界转差率 返回 前一页 后一页 2 最大转矩Tmax 2 Sm与R2有关 R2 Sm 绕线式电机改变外接电阻R 可使Tm在不同S下出现 当U1一定时 Tmax为定值 由公式可知 过载系数 能力 一般 工作时必须TL Tmax 否则电机将停转 电机严重过热 返回 前一页 后一页 3 起动转矩Tst 电动机电机起动时的转矩 n 0时 s 1 2 Tst与R2有关 适当使R2 Tst 对绕线式电机改变外接电阻R 可使Tst Tmax 若Tst T2电机能起动 否则不能起动 返回 前一页 后一页 三

11、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 此过程中 n s I2 时 I1 电源提供的功率自动增加 T2 s T 2 T T T 2 n T 达到新的平衡 返回 返回 前一页 后一页 四 U1和R2变化对机械特性的影响 1 U1变化对机械特性的影响 动画 返回 前一页 后一页 2 R2变化对机械特性的影响 R2 Tst n 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 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 返回 前一页 后一页 1 为什么三相异步电动机

12、的起动电流Ist较大 2 异步电动机的Ist大对电网有何影响 3 降压起动的目的 4 Y 起动法适用的场合 为什么电压降低到原来的 而起动电流和起动转矩却降到原来的1 3 5 自耦变压器降压起动适用的场合 若副边电压为原边电压的55 则起动电流和起动转矩为原来的多少倍 6 转子串电阻起动的特点 适用场合 7 调速有几种途径 各种调速方法的特点 返回 前一页 后一页 起动瞬间旋转磁场切割转子导体的速度最大 E2 I2最大 起动电流Ist较大 使电网电压下降 影响其他设备的正常工作 降低起动电流 IYst IYp I p I st I p Tst U 正常工作采用 接法的电机 空载或轻载起动 返回

13、 前一页 后一页 5 自耦变压器降压起动适用的场合 若副边电压为原边电压的55 则起动电流和起动转矩为原来的多少倍 6 转子串电阻起动的特点 适用场合 容量较大或正常工作采用Y接法的电动机 起动电流和起动转矩为原来的0 55 倍 R2选的适当 转子串电阻既可以降低起动电流 又可以增加起动转矩 适用于转子为线绕式的电动机起动 7 三相异步电动机在满载和空载下起动时 起动电流和起动转矩是否一样 一样 返回 前一页 后一页 8 调速有几种途径 各种调速方法的特点 调速方法 1 改变磁极对数p 有级调速 速度成倍变化 2 改变电源频率f 无级调速 需要专用的变频设备 3 改变转差率s 无级调速 用于绕

14、线式电机 1 2 适用于鼠笼式电机 返回 前一页 后一页 8 5三相异步电动机的起动 一 起动性能 起动电流 中小型鼠笼式电机起动电流为额定电流的5 7倍 起动时 转子导条切割磁力线速度很大 影响 原因 返回 前一页 后一页 二 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 适用于鼠笼式电动机 1 Y 换接起动 返回 前一页 后一页 1 Y 换接起动 设 电机每相阻抗为 返回 前一页 后一页 Y 起动器接线简图 返回 前一页 后一页 Y 换接起动应注意的问题 1 仅适用于正常运行为三角形接法的电机 Y 换接起动适合于空载或轻载起动的场合 返回 前一页 后一页 2 自耦降

15、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 Q2 自耦降压起动适合于容量较大的或正常运行时联成Y形不能采用Y 起动的鼠笼式异步电动机 返回 前一页 后一页 R 3 绕线式电动机转子电路串电阻起动 R R 起动时将适当的R串入转子电路中 起动后将R短路 返回 前一页 后一页 转子电路串电阻起动的特点 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 常用于要求起动转矩较大的生产机械上 R2 Tst 返回 前一页 后一页 方法 任意调换两根电源的进线 可实现电动机反转 三相异步电动机的正 反转 正转 反转 返回 前一页 后一

16、页 例7 3 返回 前一页 后一页 有一个型号为Y225M 4型的三相异步电动机 三相定子绕组 型连接 其额定数据为 功率P2N 45kw 转速nN 1480r min UN 380V N 92 3 Cos N 0 88 Ist IN 7 0 Tst TN 1 9 Tm TN 2 2 求 1 额定电流IN 2 额定转差率SN 3 额定转矩TN最大转矩Tm和起动转矩TN 例7 3 2 由nN 1480r min 可知p 2 四极电机 3 返回 前一页 后一页 例7 4 解 上例中 1 如果负载转矩为510 2N m 试问在U UN和U 0 9UN的两种情况下 电动机能否起动 2 采用Y 换接起动时 求起动电流和起动转矩 又当负载转矩为起动转矩的80 和50 时 电动机能否起动 1 在U UN时 Tst 551 8Nm 510 2N m 不能起动 2 Ist 7IN 7 84 2 589 4A 在U 0 9UN时 能起动 返回 前一页 后一页 例7 4 在80 额定负载时 不能起动 在50 额定负载时 可以起动 3 返回 前一页 后一页 8 6三相异步电动机的调速 1 改变极对数有级调速