交流电动机的工原理及特性ppt培训课件

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1、,第五章 交流电动机的 工原理及特性,主讲:姚新改,第五章 交流电动机的工原理及特性,5.1 三相异步电动机的结构和工作原理 5.2 三相异步电动机的定子和转子电路 5.3 三相异步电动机的转矩与机械特性 5.4 三相异步电动机的启动 5.5 三相异步电动机的调速 5.6 三相异步电动机的制动 5.7 单相异步电动机 5.8 同步电动机的工作原理、特点及应用,5.1 三相异步电动机的结构和工作原理,定子和励磁线圈一,转子和转子线圈,5.1.1 三相异步电动机的基本结构,三相对称绕组AX，BY，CZ,定子和转子硅钢冲片,三相异步电动机的结构和工作原理,鼠笼转子结构,三相异步电动机的基本结构,A,

2、B,C,外接变阻器（启动和速度调节）,滑环和电刷,绕线转子结构,三相异步电动机的基本结构,5.1. 三相异步电动机工作原理,三相交流电,定子三相绕组,N-S主磁场以n0顺时针旋转,顺时针,TM产生条件是: n0和n相对运动,转差率分析异步电动机运行情况的主要参数,n0同步转速 n转子转速(电机转速) 在TN时， n接近n0，S很小 （0.0150.060）,5.1.3 三相异步电动机的旋转磁场,1.旋转磁场的产生,1.旋转磁场的产生,主磁场N-S顺时针旋转180度 （旋转磁场n0在一对极p=1时）,2. 旋转磁场的旋转方向,三相交流电流最大值到达的顺序（相序）决定电动机转向。 ABC 电流 A

3、BC 定子绕组（顺时旋转）,ABC 电流 ACB 定子绕组（逆时旋转）,3. 旋转磁场的极对数与旋转速度,3. 四极旋转磁场与旋转速度(p=2),磁场转了90度,旋转磁场速度(同步速度) n0r/min 电源供电频率fHZ p极对数（p=1、2、3）,结论：,开始,结束,3. 四极旋转磁场与旋转速度（电机转速）,5.1.4 定子绕组线端连接方式,出线端排列,短路片,线电压,相电压,铭牌：Y/接线方式380/220不同接线 应加的线电压,例5.1 电源线电压为380V，现有两台电动机，其铭牌数据如下，试选择定子绕组的连接方式。 （1）Y90S-4，功率1.1KW，电压220/380v，连接 方式

4、，电流4 .67/2.7A，转速1400r/min,功率因数0.79（2）Y112M-4，功率4.0KW，电压 380/660v，连接 方式，电流8.8/5.1A，转速 1440r/min，功率因数0.82 380/220不同接线应加的线电压 解：（1）（2）,5.2 三相异步电动机的定子电路和转子电路,5.2.1定子电路分析,定子每相绕组的感应电势为（根据法拉第电磁感应律）,有效值为,忽略漏磁等,5.2 三相异步电动机的定子电路和转子电路,5.2.2转子电路分析(n),转子感应电势有效值为,E20转子未转动感应电势,5.2.2转子电路分析,转子感应电流有效值为,E20转子未转动感应电势 X2

5、0 转子未转动漏磁感抗,转子电路功率因数为(I2迟后E2一个 角),5.2.2 转子电路的分析,5.2.3 三相异步电动机的额定值,电动机铭牌上的额定数据 型号 （例Y112M-4） 额定功率PN (输出的机械功率) 额定电压 UN (220/380V /Y) 额定频率f (50HZ) 额定电流IN (10.35/5.9A /Y) 额定转速nN (额定转差率SN) 工作方式 (定额) 温升(或绝缘等级) 105150 电动机重量,5.2.3 三相异步电动机的额定值,电动机铭牌上不标的额定数据 额定功率因数cos N 额定效率N,额定转矩TN 绕线式异步电动机转子静止时滑环电压和转 子额定电流通

6、常手册上给出的数据就是额定值,5.2.3 三相异步电动机的额定值,例5-1有一台三相四极的异步电动机， Y连接，其额定技术数据为PN=90kW，UN=380V，IN=229A，电源频率f=50Hz，额定转差率SN=285，定子每相绕组匝N1=320，转子每相绕线匝数N2=20，旋转磁场的每极磁通0.023Wb，试求：(l)定子每相绕组感应电动势E1：(2)转子每相绕组开路电压E20：(3)额定转速时转子每相绕组感应电动势E2N。 解 (1)E1=4.44f1N1 =4.445O3200.0231634V(2)转子绕组开路时，转子电路电流I2=0，转子转速n=0，转子绕组电动势频率f2=f1=5

7、0Hz，故转子每相绕组的感应电动势(即开路电压)E20=4.44f2N2 =4.44f1N2 =4.4450200.023=102V(3)求 E2N f2=SNf10.028550Hz=1.43HzE2N=4.44f2N2 =4.441.43200.023=2.9V,5.2.3 三相异步电动机的额定值,例5-2 有一台三相四极的异步电动机，其额定技术数据为 nN=1440r/min，R2=0.02，X20=0.08 ，电源频率f1=50Hz，E20=20V，试求：(l)电动机的同步转速n0 ：(2)电动机启动时的转子电流I2st ：(3)电动机在额定转速时转子电动势的频率f2N；(4)电动机在

8、额定转速时的转子电流 I2N 解 (1) n0=60f1/P=6050/2=1500r/min(2),(3)SN=(n0-nN) /n0=(1500-1440) /1500=0.04 f2N=SNf10.0450Hz=2Hz,(4),5.2.4 三相异步电动机的能流图,输入定子的电功率,定子电路中的铜损,转子电路中的铜损 Pcu2=sPcu,输入转子的电磁功率,铁损(磁滞和涡流损耗),机械损失功率,输出的机械功率,5.2.4 三相异步电动机的能流图,电动机的效率,电动机的输出功率,T-电动机的电磁转矩 T2-电动机的输出转矩,5.3 三相异步电动机的转距与机械特性,5.3.1三相异步电动机的转

9、距 直流电动机的转矩,三相异步电动机的转距,5.3.1三相异步电动机的转距,U,U1-定子绕组相电压，电源电压； R2-转子每相绕组的电阻； X20-n=0时转子每相绕组的感抗； K-三相异步电动机的转矩常数。 m1为定子相数,Kt-直流电动机的转矩常数,Kt-,5.3.2 三相异步电动机的机械特性,T=f(S) T-S曲线,n=n0,n=0,T,n=f(T) 机械特性曲线,5.3.2 三相异步电动机的机械特性,1. 固有机械特性 理想空载转速n0 额定工作点T=TNTN=9.55PN/nN SN=(n0-nN)/n0 (0.060.015) nN=(0.940.985)n0 启动工作点Tst

10、(n=0,s=1) 临界工作点(T=Tmax,s=sm) dT/ds=0 sm=R2/X20 Tmax=KU2/(2X0),5.3.2 三相异步电动机的机械特性,1. 固有机械特性 过载能力系数m=Tmax/TN m=2.02.2 启动能力系数st=Tst/TN st=1.01.2 转矩-转差率实用公式T用Tmax、S和 sm表示-化简得,Tmax=KU2/(2X0) Sm=R2/X20,5.3.2 三相异步电动机的机械特性,2. 人为机械特性 降低电源电压的人为特性,电压降低后特性变化的特点： n0、 Sm不变； Tmax大大减小，对U敏感； 机械特性变软； TL不变下，SI温度升高。,0.

11、25Tmax,0.64Tmax,5.3.2 三相异步电动机的机械特性,2. 人为机械特性 定子电路串入电阻或电抗,特性变化的特点 n0、 Sm不变； Tmax比较大（同降压引起Tmax下降相比)； 3. 机械特性变软；,2. 人为机械特性 改变电源频率时的特性,特性变化的特点： n0、 Sm改变，机械特性基本不变；,ff1f2,5.3.2 三相异步电动机的机械特性,2. 人为机械特性 转子电路串入电阻（绕线式电动机）,特性变化的特点：Sm增大，机械特性变软；,5.4 三相异步电动机的启动特性,三相异步电动机的启动要求 启动转矩要足够大； 满足启动转矩要求下，启动电流要小。,5.4 三相异步电动

12、机的启动特性,鼠笼式异步电动机的启动方法(主要取决于电动机的功率和供电变压器的容量) 1. 直接启动（全压启动）,例5.2有一台要求经常启动的鼠笼式异步电动机，其 如果供电变压器 （电 源）容量为560kVA，且有照明负载，问：（1）可否直接启动？（2） 不变，功率为多大的电动机则不允许直接启动？ 解：(1) 6.57.75 可以直接启动。(2) 时不允许直接启动。经验数据参看表5.1,5.4 三相异步电动机的启动特性,鼠笼式异步电动机的启动方法 2. 串电阻、电抗降压启动,缺点： 1）启动转矩小只适合空载或轻载 2）机械特性变软 3）消耗能量大，不适合经常启动的电动机,5.4 三相异步电动机

13、的启动特性,鼠笼式异步电动机的启动方法 3. Y-降压启动,IstY=Ist/ TstY=Tst/3,优点；简单、经济、电流小。 缺点；1）局限性(GB:4KW以上，额定电压为380V、用接线。)2）启动转矩小且不能按需调节，只适用于空载或轻载。,5.4 三相异步电动机的启动特性,鼠笼式异步电动机的启动方法 4. 自耦变压器降压启动,优点；电压可调、电流小。 缺点；变压器体积大、价格 高。不能应用于经常频繁启动电机。 例5.3 p71,原边电流,全压启动电流,5.4 三相异步电动机的启动特性,鼠笼式异步电动机的启动方法 5. 延边三角形启动,优点：电流、启动转矩大（同Y-相比）。 缺点：出线有

14、特殊要求的电机。,5.4 三相异步电动机的启动特性,绕线式异步电动机的启动方法 1. 逐级切除启动电阻法,优点；电流小、启动转矩大。 缺点；电阻上的损耗大。,5.4 三相异步电动机的启动特性,绕线式异步电动机的启动方法 2. 频敏变阻器启动法,优点；启动电流小、启动转矩较大结构简单、无需维修。 缺点；不能用作调速电阻。 适用于：对调速沒有要求、经常正反转、启动转矩要求不大冶金、化工设备上。,n=0，S=1 f2=Sf1RXIT n=nn f2 R=X0相当于转子短路，启动完毕,5.4.3 特殊鼠笼式电动机,1. 双鼠笼电动机 启动时：,正常工作：,黄铜(启动),紫铜 (工作),5.4.3 特殊

15、鼠笼式电动机,深槽电机,集肤效应 电流集中在导体上部（启动时）,100千瓦以上 鼠笼电机,5.5 三相异步电动机的调速特性,改变Tmax 、Sm、f、P即可攺变电机速度n,5.5 三相异步电动机的调速特性,5.5.1 调压调速(改变Tmax),离心风机,无级调速 不同负载下调速范围不同D恒 离,5.5 三相异步电动机的调速特性,5.5.2 转子串电阻调速(sm),特点 1）简单、可靠 2）有阶调速 3）仅适用于绕线式异步电动机 4）耗能大 （尤其在低速时）多用在起重设备上,5.5 三相异步电动机的调速特性,5.5.3 改变极对数调速,接线方式,单层交叉式,5.5.3 改变极对数调速,2P,P,2P,P,（改变接线必须同时改变定子绕组的相序，以保证转向不变。）,线端的连接方式,特点 ：体积大，价格略高，有级调速，结构简单，效率高，特性好，附加设备少。多用于机电调速中（如中、小型机床）。,