交流电动机工原理及特性

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1、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 三相异步电动机的转矩与机械特性 5.3 三相异步电动机的启动 5.4 三相异步电动机的调速 5.5 三相异步电动机的制动 5.6 单相异步电动机 5.7 同步电动机的工作原理、特点及应用,本章主要内容,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,5.1.1 三相异步电动机的基本结构,定子和励磁线圈一,转子和转子线圈,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,5.1.1 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,第五章

2、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,5.1.1 三相异步电动机的基本结构,鼠笼转子结构,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,5.1.1 三相异步电动机的基本结构,A,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,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,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,n0同步转速 n转子转速,第五章 交流电动机的工原理及特性 5.1.3 三相异步电动机的旋转磁场,1.旋转磁场的产生,第五章

3、 交流电动机的工原理及特性 5.1.3 三相异步电动机的旋转磁场,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）,第五章 交流电动机的工原理及特性 5.1.3 三相异步电动机的旋转磁场,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 ABC 定子绕组（顺时旋转）,ABC 电流 ACB 定子绕组（逆时旋转）,第五章 交流电动机的工原理及特性 5.1.3 三相异步电动机的旋转磁场,3. 旋转磁场的极对数与旋转速度,第五章 交流电动机的工原理及特性 5.1.3 三相异步电动机的旋转磁场,3. 四极旋转磁场与旋转速度,

4、旋转磁场转速（同步速）,磁场转了90度,n0r/min fHZ p极对数（p=1、2、3）,第五章 交流电动机的工原理及特性 5.1.3 三相异步电动机的旋转磁场,3. 四极旋转磁场与旋转速度,旋转磁场转速（同步速）,n0r/min fHZ p极对数（p=1、2、3）,第五章 交流电动机的工原理及特性 5.1.4 定子绕组线端连接方式,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,出线端排列,第五章 交流电动机的工原理及特性 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,有效值为,忽略漏磁,主目录,第五章 交流

5、电动机的工原理及特性 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,转子感应电势有效值为,E20转子未转动感应电势,第五章 交流电动机的工原理及特性 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,转子感应电流有效值为,E20转子未转动感应电势 X2-转子每相绕组漏磁感抗,转子电路功率因素为(I2迟后E2一个2角),第五章 交流电动机的工原理及特性 5.2.2 转子电路的分析,第五章 交流电动机的工原理及特性 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 额定功率PN (输出的机械功率) 额定电压 UN (220/380V /Y)

6、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) 电动机重量,第五章 交流电动机的工原理及特性 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cosN 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 通常手册上给出的数据就是额定值,第五章 交流电动机的工原理及特性 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

7、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=50Hz，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=1.43

8、Hz E2N=4.44f2N2 =4.441.43200.023=2.9V,第五章 交流电动机的工原理及特性 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-

9、1440) /1500=0.04 f2N=SNf10.0450Hz=2Hz,(4),第五章 交流电动机的工原理及特性 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,第五章 交流电动机的工原理及特性 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,5.2 三相异步电动机的转距与机械特性,5.2.1三相异步电动机的转矩特性方程 直流电动机的转矩,三相异步电动机的转矩,第五章 交流电动机的工原理及特

10、性,转矩特性方程,5.2.1三相异步电动机的转距特性方程,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。,第五章 交流电动机的工原理及特性,5.2.2 三相异步电动机的机械特性,n=f(T) 机械特性曲线,T-s 曲线,n-T 曲线,90,第五章 交流电动机的工原理及特性,5.2.2 三相异步电动机的机械特性,1. 固有机械特性 四个特征点： （1）理想空载点 T=0 n=n0 (S=0) （2）额定工作点 SN=(n0-nN)/n0 (0.060.015) nN=(0.940.985)n0 T=TN TN

11、=9.55PN/nN,第五章 交流电动机的工原理及特性,5.2.2 三相异步电动机的机械特性,1. 固有机械特性 四个特征点： (3)启动工作点 T=Tst n=0 (s=1) (4)临界工作点 T=Tmax s=sm 令： dT/ds=0 得：sm=R2/X20 Tmax=KU2/(2X20),第五章 交流电动机的工原理及特性,5.2.2 三相异步电动机的机械特性,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/Tmax，将 sm=R2/X20代入化简得,Tmax=KU2/(2X20) sm=R2/X20,第

12、五章 交流电动机的工原理及特性,5.2.2 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。,0.25Tmax,0.64Tmax,第五章 交流电动机的工原理及特性,5.2.2 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比较大的减小（同降压引起Tmax下降相比； 机械特性变软；,第五章 交流电动机的工原理及特性,5.2.2 三相异步电动机的机械特性,2. 人为机械特性 改变电源频率时

13、的特性,特性变化的特点： n0、 Sm改变，机械特性基本不变；,ff1f2,第五章 交流电动机的工原理及特性,5.2.2 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；,第五章 交流电动机的工原理及特性,主目录,5.3 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。,第五章 交流电动机的工原理及特性,5.3 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 1. 直接启动（全压启动）,第五章 交流电动机的工原理及特性,第五章 交流电动机的工原理及特性 5.

14、3 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： 机械特性变软 消耗能量大，不适合经常启动的电动机,第五章 交流电动机的工原理及特性 5.3 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 3. Y-降压启动,IstY=Ist/3 TstY=Tst/3,优点；简单、经济、电流小。 缺点；只能应用正常工作方式为三角形接线电机(4KW以上，额定电压380v、接线。),第五章 交流电动机的工原理及特性 5.3 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

15、于经平繁启动电机。,第五章 交流电动机的工原理及特性 5.3 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；特殊要求的电机。,第五章 交流电动机的工原理及特性 5.3 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。,第五章 交流电动机的工原理及特性 5.3 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；电流小、结构简单、无需维修。启动转矩较大。 适用于：对调速沒有要求、经常正反转、启动转矩要求不大冶

16、金、化工设备上。 缺点；不能用作调速电阻。,n=0，S=1 f2=Sf1RXIT n=nn f2 R=X0相当于转子短路，启动完毕,第五章 交流电动机的工原理及特性 5.3 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),第五章 交流电动机的工原理及特性 5.3 特殊鼠笼式电动机,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,主目录,第五章 交流电动机的工原理及特性 5.4 三相异步电动机的调速特性,只要改变Tmax 、Sm、f、P就可改变速度,第五章 交流电动机的工原理及特性 5.4 三相异步电动机的调速特性,5.4.1 调压调速,离心风机,不同负载下可不同的