《四川大学《电工学》(非电类专业)课件――第九章 电机原理》由会员分享，可在线阅读，更多相关《四川大学《电工学》(非电类专业)课件――第九章 电机原理（160页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、电工技术基础四川大学电气信息学院 电工电子基础教学实验中心2008年秋（48学时）,第九章电机原理,9.1 直流电机 9.2 交流电机 9.2.1 异步电动机 9.2.2 同步发电机 9.3 控制电机 9.4 电动机的选型与应用 9.5应用实例：电动汽车,Electrical Machinery电机,学习目的,了解三相异步电动机的基本结构 理解其工作原理; 掌握三相异步电动机的机械特性及其使用方法；,电机概述,感应（异步）电动机,电机,感应电机（异步电机）,感应（异步）发电机,同步电机,同步发电机,同步电动机,同步补偿机,9.2 交流电机,9.2.1 异步电动机,异步电动机根据定子相数分为三相
2、异步电动机和单相异步电动机。,9.2.1.1三相异步电动机的构造,1.定子,2.转子,笼型转子,铁心：由外周有槽的硅钢片叠成。,(2) 绕线型转子,同定子绕组一样，也分为三相。,(1)鼠笼式转子,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。,绕线式转子的特点是可以通过滑环电刷在转子回路中接入附加电阻，以改善电动机的起动性能、调节其转速 。,鼠笼式电动机与绕线式电动机的的比较：,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；转子外加电阻可人为改变电动
3、机的机械特性。,9.2.1.2三相异步电动机的转动原理,结论,1. 转子跟着磁场转两者转动方向一致。 2. 转子比磁场转得慢 nn1,(1) 旋转磁场的产生,定子三相绕组通入三 相交流电(星形联接),o,合成磁场方向向下,合成磁场旋转60,合成磁场旋转90,动画,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360,o,三相电流合成磁场的分布情况,（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 (电路如图),结论：,旋转磁场的旋转方向取决于三相电流的相序 任意调换两根电源进线，则旋转磁场反转。,（
4、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：,o,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。,动画,极对数,旋转磁场的磁极对数 与三相绕组的排列有关,（4）.旋转磁场的转速,工频：,旋转磁场的转速取决于磁场的极对数,p=1时,Synchronous (同步转速),p=2时,旋转磁场转速n0与极对数 p 的关系,（5）电动机的转动原理,转动原理,A,X,Y,C,B,Z,定子三相绕组通入三相交流电,感应电动势 E20,电磁力F,（3） 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
5、可能达到与旋转磁场的转速相等，即,如果:,因此，转子转速与旋转磁场转速间必须要有差别。,异步电动机运行中:,转子转速亦可由转差率求得,转差率s,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。,例1：一台三相异步电动机，其额定转速 n=720r/min，电源频率 f1=50 Hz。试问该电机是几极的？额定转差率为多少？,解：,由于电动机的额定转速应接近于其同步转速，所以可知：n0=750 r/min , 即,p=4,额定转差率为,9.2.1.3 三相异步电动机的电路分析,三相异步电动机的电磁关系与变压器类似。,变压器： 变化 e V1 E1= 4.44 f N1 E
6、2= 4.44 f N2,E1 、E2 频率相同，都等于电源频率。,(1) 定子电路,1.旋转磁场的磁通,异步电动机：旋转磁场切割导体 e， V1 E1= 4.44 f 1N1,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,f 1= 电源频率 f,(2) 转子电路,A. 转子感应电势频率 f 2, 定子感应电势频率 f 1 转子感应电势频率 f 2,转子感应电势频率 f 2,旋转磁场切割定子导体和转子导体的速度不同,B. 转子感应电动势E 2,E2= 4.44 f 2N2 = 4.44s f 1N2,当转速
7、n = 0(s=1)时， f 2最高，且 E2 最大，有,E20= 4.44 f 1N2,转子静止时 的感应电势,即E2= s E20,转子转动时 的感应电势,C. 转子感抗X 2,当转速 n = 0(s =1)时， f 2最高，且 X2 最大，有,X20= 2 f1L2,即X2= sX20,D. 转子电流 I2,E. 转子电路的功率因数 cos2,转子绕组的感应电流,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。,9.2.1.4 三相异步电动机转矩与机械特性,1 电磁转矩,转子中各载流导体在旋转磁场的作用下,受到电磁力所形
8、成的转矩之总和。,转子电流,常数，与电 机结构有关,由此得电磁转矩公式,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。V 1 T ,2. 当电源电压 V1 一定时，T 是 s 的函数。,3. R2 的大小对 T 有影响。绕线式异步电动机可外 接电阻来改变转子电阻R2 ，从而改变转距。,2 机械特性曲线,根据转矩公式,得特性曲线：,动画,动画,电动机在额定负载时的转矩。,(1).额定转矩TN,三个重要转矩,额定转矩,(N m),如某普通机床的主轴电机(Y132M-4型) 的额定功率为7.5kw, 额定转速为1440r/min, 则额定转矩为,(2).最大转矩 Tmax,转子轴上
9、机械负载转矩T2 不能大于Tmax ，否则将 造成堵转(停车)。,电机带动最大负载的能力。,临界转差率,将sm代入转矩公式，可得,当 U1 一定时，Tmax为定值,一般三相异步电动机的过载系数为,工作时必须使T2 Tmax ，否则电机将停转。,电机严重过热而烧坏。,(3). 起动转矩 Tst,电动机起动时的转矩。,起动时n= 0 时，s =1,(2) Tst与 R2 有关， 适当使 R2 Tst 。对绕线式 电机改变转子附加电阻 R2 , 可使Tst =Tmax 。,Tst体现了电动机带载起动的能力。 若 Tst T2电机能起动，否则不能起动。,起动能力,(4). 电动机的运行分析,电动机的电
10、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 、sE2 , I2 I1 电源提供的功率自动增加。,T2,s,T2 T,T =T2,n ,T ,达到新的平衡,(5). V1 和 R2变化对机械特性的影响,(1) V1 变化对机械特性的影响,T2,(2) R2 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) R2 变化对机械特性的影响,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。,9.2.1.5 三相异步电动机铭牌数据,1
11、. 铭牌,三相异步电动机,电机厂,例如： Y 132 M4,用以表明电动机的系列、几何尺寸和极数。,(1). 型号,异步电动机产品名称代号,（2）额定电压VN与接法,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。,电动机在额定运行时定子绕组上应加的线电压值。,三相异步电动机的额定电压有380V，3000V, 及6000V等多种。,（3）额定电流,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。,(4).额定功率与效率,电动机在额
12、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 PN，它不等于从电源吸取的电功率 P1。,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。,(5). 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。,额定功率,（6）工作特性,异步电动机的工作特性是指在额定电压、额定频率下异步电动机的转速n、效率、功率因数 、输出转矩T2、定子电流I1与输出功率P2的关系曲线。,如： n N =1440 转/分 sN = 0.04,电机在额定电压、额定负载下运行
13、时的转速。,(7). 额定转速,(8). 接法,接线盒,定子三相绕组的联接方法。通常,Y 联结, 联结,(9). 绝缘等级,指电机绝缘材料能够承受的极限温度等级，分 为A、E、B、F、H五级，A级最低(105C)，H级最高(180C)。,它是按电机外壳防护型式的不同来分级的。,（10）工作方式,这一项是指是电动机工作在连续工作制，还是短时或断续工作制，分别用代号S1、S2、S3表示。若标为连续表示电动机可在额定功率下连续运行，绕组不会过热；若标为短时表示电动机不能连续运行，而只能在规定的时间内依照额定功率短时运行，这样不会过热；若标为断续表示电动机的工作是短时的，但能多次重复运行。,（11）防
14、护等级,小结:三相异步电动机,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。V 1 T ,2. 当电源电压 V1 一定时，T 是 s 的函数。,3. R2 的大小对 T 有影响。绕线式异步电动机可外 接电阻来改变转子电阻R2 ，从而改变转距。,2 机械特性曲线,起动能力,例9.2.4已知Y225M-2型三相异步电动机的有关技术数据如下：,起动能力为2.0， 过载系数=2.2，求该电动机的额定转差率、额定转矩、起动转矩、最大转矩和额定输入电功率。,解：由型号知该电动机是两极的（参见表9.2.1），其同步转速为n 0=3000r/min，所以额定转差率为,起动能力为2.0， 过载
15、系数=2.2，求该电动机的额定转差率、额定转矩、起动转矩、最大转矩和额定输入电功率。,例9.2.5 由图9.2.2所示电动机铭牌数据，求该电动机的输入电功率和额定效率。,三相异步电动机,电机厂,解：,9.2.1.6 三相异步电动机的起动,1 起动性能,起动问题：起动电流大，起动转矩小。 一般中小型鼠笼式电机起动电流为额定电流的5 7 倍; 电动机的起动转矩为额定转矩的(1.02.2)倍。,后果：,起动： n = 0，s =1, 接通电源。,2 起动方法,(1) 直接起动 二、三十千瓦以下的异步电动机一般都采用直接起动。,（适用于鼠笼式电动机）,(3) 转子串电阻起动,（适用于绕线式电动机）,以
16、下介绍降压起动和转子串电阻起动。,在定子绕组中串联电抗或电阻都能降低起动电流，但串电阻起动能耗较大，只用于小容量电机中。一般都采用定子串电抗降压起动。,A. 定子串电阻或电抗器起动,(1). 降压起动,B. Y 换接起动,降压起动时的电流 为直接起动时的,设：电机每相阻抗为,三角形联结时,星形联结时,Y 起动器接线简图,静触点,Y 起动器接线简图,Y起动,Y 起动器接线简图, 工作,(a) 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,C 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,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。,3.采用起动性能改善的笼型异步电动机,笼型异步电动机降压起动虽能减小起动电流，但
