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1、第6章电动机,6.1电机概述,6.2三相异步电动机的工作原理,6.5三相异步电动机的机械特性,6.4三相异步电动机的铭牌数据,6.6三相异步电动机的起动,6.7三相异步电动机的调速,*6.8单相异步电动机,6.3三相异步电动机的基本结构,*6.9交流伺服电动机,*6.10步进电动机,*6.11三相同步电动机,*6.12直流电动机,*6.13电动机的选择,下一章,上一章,返回主页,大连理工大学电气工程系,2,电机是实现能量转换或信号转换的电磁装置。电能机械能,种类：(1)动力电机：直流电机和交流电机,他励电机并励电机串励电机复励电机,6.1电机概述,异步电机同步电机,大连理工大学电气工程系,3,
2、(2)控制电机伺服电动机：电压信号转化为角位移或角速度；测速发电机：将转速转化为电压信号；自整角机：实现角度的传输、变换和接受；步进电动机：电脉冲信号转化为转角或转速；旋转变压器：转角信号变换成电压信号；感应同步器：转角位移或直线位移转换成电压信号。,大连理工大学电气工程系,4,1.旋转磁场的产生,一、旋转磁场,三相(多相)绕组中流过三相(多相)电流。,U1U2通入iUV1V2通入iVW1W2通入iW,6.2三相异步电动机的工作原理,大连理工大学电气工程系,6,每相绕组都用两个线圈串联组成：,形成的磁场则是两对磁极，即p=2,N,S,N,S,N,S,N,S,t=0,t=90,大连理工大学电气工
3、程系,7,2.旋转磁场的转速,旋转磁场转速n0同步转速,电流变化一周,旋转磁场转一圈,电流每秒变化50周,旋转磁场转50圈,旋转磁场转3000圈,电流每分变化(5060)周,p=1时：,电流变化一周,旋转磁场转半圈,电流每秒变化50周,旋转磁场转25圈,旋转磁场转1500圈,电流每分变化(2560)周,p=2时：,大连理工大学电气工程系,8,f=50Hz时，不同磁极对数时的同步转速如下：,磁极对数为p时,大连理工大学电气工程系,9,3.旋转磁场的转向,旋转磁场的转向为：,U1,V1,W1,与三相绕组中的三相电流的相序L1L2L3一致,大连理工大学电气工程系,10,二、工作原理,1.电磁转矩的产
4、生,右手定则,左手定则,大连理工大学电气工程系,11,用右手定则判断转子绕组中感应电流的方向。,用左手定则判断转子绕组受到的电磁力的方向。,电磁力F电磁转矩T。T与n0同方向。,n0,F,n,大连理工大学电气工程系,12,电动机转速和旋转磁场同步转速的关系：,n与n0方向一致。nn0，,转差率:,起动(堵转)时:n=0，s=1理想空载时:n=n0，s=0正常工作时:0s1,故称异步电动机或感应电动机,=sf1(转差频率),转子电流的频率f2,大连理工大学电气工程系,13,2.电磁转矩的方向,电磁转矩的方向与旋转磁场的转向一致。,3.电磁转矩的大小,T，I2cos2T=CTmI2cos2,转子轴
5、上输出的转矩为:T2=TT0T,大连理工大学电气工程系,14,三、转矩平衡,空载转矩：T0,输出转矩：T2=TT0T,负载转矩：TL,当T2=TL稳定运行当T2TL加速运行当T2TL减速运行,大连理工大学电气工程系,15,四、功率传递,输出的机械功率:P2=T2,功率损耗:P=PCuPFePMe,电动机的效率:,输入的有功功率:,P2=P1P,大连理工大学电气工程系,16,例6.2.1某三相异步电动机，磁极对数p=2，定子绕组为三角形联结，接于50Hz、380V的三相电源上工作，当负载转矩TL=91Nm时，测得I1L=30A，P1=16kW，n=1470r/min，求该电动机带此负载运行时的s
6、、P2、和。,解,大连理工大学电气工程系,17,6.3三相异步电动机的基本结构,三相异步电动机主要部件是由定子和转子两大部分组成。此外，还有端盖、机座、轴承、风扇等部件。,电动机的外形,大连理工大学电气工程系,18,一、定子三相异步电动机的定子是由机座、定子铁心和定子绕组组成。,基座,铁心,定子绕组,端盖,大连理工大学电气工程系,19,接线柱的连接,星形联结,三角形联结,大连理工大学电气工程系,20,二、转子根据转子绕组结构的不同又分为笼型转子和绕线型转子。,笼型转子,绕线型转子,转子铁心,转轴,大连理工大学电气工程系,21,6.4三相异步电动机的铭牌数据,三相异步电动机型号Y132S6功率3
7、kW频率50Hz电压380V电流7.2A联结Y转速960r/min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=1000r/min,2.额定功率PNPN=3kW,轴上输出机械功率的额定值,3.额定电压UNUN=380V,定子三相绕组应施加的线电压,磁极数,大连理工大学电气工程系,22,4.额定电流ININ=7.2A,三相异步电动机型号Y132S6功率3kW频率50Hz电压380V电流7.2A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,6.额定转速nN,5.额定功率因数N=cosN,大连理工大学电气
8、工程系,23,例6.4.1Y180M-2型三相异步电动机，PN=22kW，UN=380V，三角形联结，IN=42.2A，N=0.89,fN=50Hz、nN=2940r/min。求额定状态下运行时的：(1)转差率;(2)定子绕组的相电流;(3)输入有功功率;(4)效率。,解(1)由型号知该电动机的2p2，即p1，,(2)定子三相绕组为三角形联结,(4)效率,(3)输入有功功率,大连理工大学电气工程系,24,固有特性:,人为特性:,在额定电压、额定频率，定子和转子电路不外串参数时的T=f(s)和n=f(T),在改变电压、频率及定子电路、转子电路参数时的T=f(s)和n=f(T),n=f(T),T=
9、f(s),转矩特性:异步机的T与s之间的关系,机械特性:异步机n与T之间的关系,6.5三相异步电动机的机械特性,大连理工大学电气工程系,25,一、固有特性,转矩特性机械特性,大连理工大学电气工程系,26,1.额定状态,在UN下，以nN运行、输出额定功率PN时，电动机转轴上输出的转矩为,说明电动机长期运行能力。,临界转差率,(Y系列:KM=22.2),2.临界状态,过载倍数,大连理工大学电气工程系,27,3.起动状态,TS体现了电动机直接起动的能力。若TSTL电动机能起动，否则将起动不了。起动转矩倍数:,Y系列：KS=1.62.2KC=5.57.0,起动电流:,大连理工大学电气工程系,28,例6
10、.5.1某三相异步电动机，额定功率PN=45kW，额定转速nN=2970r/min，KM=2.2，KS=2.0。若TL=200Nm，试问能否带此负载：(1)长期运行;(2)短期运行;(3)直接起动。,解(1)电动机的额定转矩,由于TNTL，故不能带此负载长期运行。,(2)电动机的最大转矩,TM=KMTN=2.2145Nm=319Nm,由于TMTL，故可以带此负载短时运行。,(3)电动机的起动转矩,由于TSTL，故可以带此负载直接运行。,TS=KSTN=2.0145Nm=290Nm,大连理工大学电气工程系,29,二、人为特性,1.定子电压降低时的人为特性,UN,0.9UN,R2,R2+R,TM,
11、2.转子电阻增加时的人为特性,转子串联合适的电阻:TSTM,大连理工大学电气工程系,30,异步机的起动特性：起动电流大:IS=KIIN=(57)IN起动转矩小:TS=KSTN=(1.62.2)TN,影响：频繁起动时造成热量积累,易使电动机过热。大电流使电网电压降低，影响其他负载工作。,6.6三相异步电动机的起动,良好的起动性能:起动电流小起动转矩大,大连理工大学电气工程系,31,一、笼型异步电动机的起动,1.直接起动(全压起动)(a)小容量的电动机；(b)电源容量足够大时。,规定：7.5kW以下直接起动7.5kW以上，且电源容量能满足起动电流倍数,大连理工大学电气工程系,32,星形三角形减压起
12、动适用于：正常运行为形联结的电动机。,2.减压起动,起动时,运行时,大连理工大学电气工程系,33,定子线电压比,定子相电压比,起动电流比,起动转矩比,电源电流比,Y形起动与形起动时起动电流和起动转矩比较,定子相电流比,大连理工大学电气工程系,34,(2)自耦变压器减压起动,降压比,定子线电压比,定子相电压比,定子相电流比,起动电流比,电源电流比,起动转矩比,大连理工大学电气工程系,35,(3)软起动器起动,限压起动模式,限流起动模式,大连理工大学电气工程系,36,例6.6.1一台Y250M-6型三相笼型异步电动机，UN380V，三角形联结，PN=37kW，nN=985r/min，IN=72A，
13、KS=1.8，KC=6.5。已知电动机起动时的负载转矩TL=250Nm，从电源取用的电流不得超过360A，试问：(1)能否直接起动？(2)能否采用星形三角形起动？(3)能否采用KA=0.8的自耦变压器起动？,解(1)电动机的额定转矩,直接起动时的起动转矩和起动电流,由于I=IS360A，所以不能直接起动。,TS=KSTN=1.8359Nm=646Nm,IS=KCIN=6.572A=468A,大连理工大学电气工程系,37,(2)星形三角形起动时的起动转矩和起动电流,由于TSYTL，所以不能采用星形三角形起动。,(3)采用自耦变压器起动转矩和从电源取用的电流,由于TSaTL，IS360A，所以可以
14、采用自耦变压器起动。,大连理工大学电气工程系,38,二、绕线转子异步电动机的起动方法,1.转子电路串联电阻起动,减小起动电流增大起动转矩,2.转子电路串频敏变阻器起动,频敏变阻器：频率高，损耗大，电阻大；频率低，则反之。转子电路起动时:,转子电路运行时:,f2高，电阻大，,f2低，电阻小，,自动切除变阻器。,大连理工大学电气工程系,39,(1)改变同步转速n0改变频率f1和磁极对数p(2)改变转差率s,调速方法：,6.7三相异步电动机的调速,调速：在一定的负载下，根据生产的需要人为地改变电动机的转速。,一、变频调速,大连理工大学电气工程系,40,二、变极调速,(a)p=2,(b)p=1,大连理
15、工大学电气工程系,41,三、变压调速,四、转子电路串联电阻调速,UN,0.9UN,R2,R2+R,TM,大连理工大学电气工程系,42,五、串级调速,I2,n,s,I2,T,若相位相同,T,若相位相反,I2,n,s,I2,T,T,大连理工大学电气工程系,43,例6.7.1一台绕线转子异步电动机，转子绕组每相的电阻R2=0.022，漏电抗X2=0.275，额定转速nN=1440r/min。(1)要使起动转矩等于最大转矩，在转子绕组的每相电路中应串联多大的起动电阻？(2)在额定负载转矩情况下，在转子绕组的每相电路中应串联多大的调速电阻才能将转速降至1200r/min？,OsNsMNssMs,TTMTN,解,MM,(2)将转子电路串联电阻前后的转矩特性OM段都近似用直线代替。,(1)RstX2R2(0.2750.022)0.253,大连理工大学电气工程系,44,未串联调速电阻前的转差率sN和临界转差率sMN,串联调速电阻后的转差率,串联调速电阻后的临界转差率,转子每相绕组的总电阻,应串联的调速电阻Rst=R2SR2=(0.110.022)=0.088,R2S=sMX2=0.40.275=0.11,大连理工大学电气工程系,45,一、脉振磁场,*6.8单相异步电动机,t1,t2,t3,t4,t5,t6,t7,t8,大连理工大学电气工程系,46,二、工作原理,无
