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1、1,三.基本内容,一.基本要求,二.重点与难点,四.例题分析,第四章:交流电动机的工作原理及特性,2,3,4,5,6,7,8,一.基本内容,一、要求： 1.掌握异步电动机的基本结构和旋转磁场的产生； 2.掌握异步电动机的工作原理，机械特性，以及启动、调速 及制动的各种方法、特点与应用； 3.学会用机械特性的四个象限来分析异步电动机的运行状态； 4.掌握单相异步电动机的工作原理和启动方法。 二、交流电动机分为三相异步电动机（或称感应电动机）和同步电机。 三、异步电动机的优点：结构简单、维护容易、运行可靠、价格便宜、具有较好的稳态和动态特性。,9,二.重点与难点,1.重点 (1).掌握异步电动机的
2、机械特性,该特性是基于异步电动机的工作原理而推导出来的,特别要掌握异步电动机的人为机械特性,因为它是分析异步电动机启动、调速、制动工作状态的依据； (2).对异步电动机铭牌数据、额定值的含义要非常熟悉； (3).掌握异步电动机直接启动和 降压启动的条件和优缺点，线绕式异步电动机转子串电阻的启动、调速和制动，以及各种启动方法的应用场合； (4).掌握异步电动机变频调速和变极对数调速的特性与优缺点。 2.难点 本章在分析问题时较难理解的是定子旋转磁场与转子运动的相对性和电动机的制动过程。,10,电动机的分类：,第四章 三相异步电动机的工作原理及特性,11,一、三相异步电动机的结构,返 回,图 4.
3、1 三相笼式异步电动机的部件图,4.1 三相异步电动机的工作原理,鼠笼转子,12,二、三相异步电动机的工作原理 1、 三相异步电动机的工作原理简图,对称三相绕组 通入对称三相电流,旋转磁场 (磁场能量),旋转磁场切 割转子绕组,转子绕组中 产生 e 和 i,转子绕组在磁场中 受到电磁力的作用,转子旋转起来,机械负载 旋转起来,三相交流电能,输出机械能量,13,4.1三相异步电动机的工作原理（感应）,转差率：,（S=0.0150.060）,14,2 旋转磁场,定子三相绕组通入三 相交流电(星形联接),.旋转磁场的产生,4.1 三相异步电动机的工作原理,15,规定,()电流出,()电流入,16,三
4、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60,合成磁场旋转90,o,17,4.1 三相异步电动机的工作原理,U-红线,V-黄线,W-蓝线,由上分析可知：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360,18,取决于三相电流的相序,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。,任意调换两根电源进线 (电路如图),4.1 三相异步电动机的工作原理,19, 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：,20,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。
5、,21,极对数,旋转磁场的磁极对数 与三相绕组的排列有关,22,旋转磁场的转速,工频：,p=1时,4.1 三相异步电动机的工作原理,23,p=2时,旋转磁场的转速取决于磁场的极对数,24,4.1 三相异步电动机的工作原理,25,4.1 三相异步电动机的工作原理,结论：,26,三相异步电动机的同步转速,f = 50 Hz 时,不同极对数时的同步转速如下:,表 4.1.1 同步转速,p 为任意值时(p为整数）：,4.1 三相异步电动机的工作原理,27,4.1.4 定子绕组线端连接方式,28,29,4.1 三相异步电动机的工作原理,小结,1、三相异步电动机的用途,3、三相异步电动机的工作原理,4、三
6、相异步电动机的旋转磁场,2、三相异步电动机的绕组连接方式,30,4.2 三相异步电动机的定子电路和转子电路,一、定子电路的分析,磁通 则定子每相绕组中产生的感应电动势e1 转子每相绕组中产生的感应电动势e2 为,31,定子产生漏磁电动势 复数表示： 简化：,二、转子电路分析,32,在n=0时，S=1，,对于转子每相电路： 复数表示： 若n=0，S=1，则,33,4.2.3 三相异步电动机的额定值 1）型号 2）额定功率PN 3）额定电压UN 4）额定频率 5）额定电流IN 6）额定转速nN 7）工作方式 8）温升 9）电机质量,34,4.2.3三相异步电动机的铭牌数据,三相异步电动机 型 号
7、Y132S6 功 率 3 kW 频 率 50Hz 电 压 380 V 电 流 7.2 A 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 = 1 000 r/min,2. 额定功率 PN PN = 3 kW,轴上输出机械功率的额定值,3. 额定电压 UN UN = 380 V,定子三相绕组应施加的线电压,磁极数,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,35,4. 额定电流 IN IN = 7.2A,三相异步电动机 型 号 Y132S6 功 率 3 kW 频 率 50Hz 电 压 380
8、 V 电 流 7.2 A 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,5. 额定功率因数N = cosN,6. 额定转速 nN,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,36,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,4.3三相异步电动机的转矩和机械特性 4.3.1 三相异步电动机的转矩,37,直流电机中： 交流电机中：,又 ， 则,38,4.3.2 三相异步电动机的机械特性,39,一、固有机械特性：异步电动机在额定电压和额定 频率下，用规定的接线方式，定子和转子电路中不串联任何电阻或电抗时的机械特性。 四个特殊运行点： （1）T=0，n=n0
9、(S=0)，电动机处于理想空载工作点，此时电动机的转速为理想空载转速n=n0。 （2）T=TN，n=nN(S=SN)，为电动机额定工作点。此时额定转矩和额定转差率为 （3） （4） ， ， 因此,40,二. 人为机械特性： 1、降低电动机电源电压时的人为特性 2、定子电路中串接电阻或电流时的人为特性,41,3、改变定子电源频率时的人为特性 4、转子电路串电阻时的人为特性,42,4.4 三相异步电动机的启动特性 一、启动的主要要求： 1）有足够大的启动转矩，保证生产机械能正常工作。 2）在满足启动转矩要求的前提下，启动电流越小越好。 3）要求启动平滑。 4）启动过程中功率损耗越小越好。 5）启动
10、设备安全可靠，力求结构简单，操作方便。 二、启动转矩为何不大 ， 启动时， 但很小 ， 导致T2st并不太大。,43,4.4.1鼠笼式异步电动机的启动方法 一、直接启动：又称全压启动： (a) 小容量的电动机（十千瓦以下）； (b) 电源容量足够大时。,二、电阻或电抗器降压启动,44,三、Y-降压启动,连接,四、自耦变压器降压启动,45,Y 减压起动： 适用于：正常运行为联结的电动机。,起 动 时,运 行 时,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,46,TUp2, Y型起动的起动转矩：, Y型起动的起动电流：,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,47, Y型起动的起动转矩为：, Y型起动
11、的起动电流为：,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,48,五、延边三角形启动,六、 软启动器,49,4.4.2 绕线式异步电机的启动方法 一、逐级切除启动电阻法 二、频敏变阻器启动法,50,4.4.3 特殊鼠笼式电动机 一、双鼠笼式电动机,特性：R2exR2i，X2exX2i （f相同时） 启动时：n=0，S=1，f2=f1，电抗大大超过电阻，起主要作用的是电抗。 ，又 ， ，因此，外笼称启动笼; 电机正常工作时，S很小，f2也小，电抗值小，起主要作用的是电阻。,R2eXR2i,I2exI2i,又 , TexTi 即外笼产生的转矩小于内笼，故内笼又称为工作笼。,51,二、深槽式电动机,原理
12、：电流的集肤效应 启动时：S=1，2=，电流分布主要决定于电抗，集肤效应使电流集中于导体的上部，相当于导体的有效面积减小。转子有效电阻增加，使启动电流减小，启动转矩增大。 正常运行时：S很小，2很小，电抗变为很小，集肤效应不显著。,三、高转差率鼠笼式电动机 转子导体电阻增加，既限制了启动电流，又增大启动转矩。,52,1. 改变磁极对数 p 2. 改变转差率 s 3. 改变电源频率 f1 (变频调速),调速方法：,4.5 三相异步电动机的调速,有级调速,无级或有级调速,无级调速,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,53,（一）变频调速,U、f 可 变,整流电路,逆变电路,50 Hz,fN,f
13、1, fN,动画演示,f2, f1,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,图 4.6.1 变频调速,54,（二）变极调速,(a) p = 2,(b) p = 1,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,55,56,57,（1）、调压调速,高速运行区（带恒转矩负载）：调速范围不大,低速运行区：适合带离心式通风机型负载,（三）变转差率调速,58,（2）转子串电阻调速,R2,R2+RC,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,59,4.6三相异步电动机的制动特性 和直流电机一样，亦有三种制动方法：反馈、反接和能耗制动; 4.6.1反馈制动 前提：nn0 由于某种原因，异步电机的运行速度高于它的同步
14、速度，nn0转子反方向磁力线产生的电流I2改变了方向。T随之改变方向。T与n方向相反，T起制动作用。 反馈制动：电机轴上吸取功率有一部分转换成铜损，再通过气隙磁场传给定子，定子上消耗铜损和铁损后，反馈给电网的能量。所以称这种状况为异步发电机。 异步电机反馈制动运行状态有两种情况： 1）负载转矩为位能性转矩的起重机机械在下放重物时的反馈状态。 2）电动机在变极调速或变频调速过程中，极对数突然增多或供电频率突然降低，使同步转速n0突然降低时的反馈制动运行状态。,60,61,62,4.6.2 反接制动 一、电源反接 串接电阻的原因：防止过大的电流，另一方面，使制动转矩增大。 二、倒拉反接制动 场能：
15、倒拉反接制动出现在位能负载转矩超过电磁转矩的时候。 制动缺点：电阻上消耗的能量大、准确停车困难、若要下降重物，如果电阻值选得不当，将仍保持以前的上升趋势。 4.6.3 能耗制动 优点：能够准确停车. 注意点：停车后及时切断直流电源，否则将会烧坏定子绕组。,63,64,65,66,47 单相异步电动机的基本结构和工作原理,特点：,1. 为小容量的电动机，从几瓦到几百瓦；,2. 由单相交流电源供电的旋转电机；,3. 具有结构简单、成本低廉、运行可靠等一系列优点。,所以单相异步电动机被广泛用于电风扇、洗衣机、电唱机、吸尘器、医疗器械及自动控制装置中。,67,一、 单相异步电动机的磁场,单相异步电动机的定子绕组为单相，转子一般为鼠笼式 。,当接入单相交流电源时，它在定、转子气隙中产生一个怎样的磁场？,68,（一）单相电机的脉振磁场 定子：单相绕组；,定子绕组,定子,转子：鼠笼型。,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,69, 定子单相绕组产生的脉振磁场的分析:,1m= 2m = m / 2, 脉振磁场的分解:,上一页,下一页,返 回,上一节
