电工学-电动机

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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

2、机 概 述,异步电机 同步电机,大连理工大学电气工程系,3,(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。,U1 U2 通入 iU V1 V2 通入 iV W1 W2 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,5,t = 0,N,S

3、,t = 90,N,S,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

4、系,8,f = 50 Hz 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 L1 L2 L3 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。

5、n n0，,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: 0 s 1,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 ，I2cos2 T = CTmI2cos2,转子轴上输出的转矩为: T2 = T T0 T,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 = TT0 T,负载转矩：TL,当 T2 = TL 稳定运行 当 T2 TL 加速运行 当 T2 TL

6、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 50 Hz、380 V 的三相电源上工作，当负载转矩 TL= 91 Nm 时，测得 I1L = 30 A，P1= 16 kW，n = 1 470 r/min，求该电动机带此负载运行时的 s 、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

7、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 kW 频 率 50 Hz 电 压 380 V 电 流 7.2 A 联 结 Y 转

8、 速 960 r/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,大连理工大学电气工程系,22,4. 额定电流 IN IN = 7.2 A,三相异步电动机 型 号 Y132S6 功 率 3 kW 频 率 50 Hz 电 压 380 V 电 流 7.2 A 联 结 Y 转 速 960 r/min 功率因数 0.76 绝缘等级 B,定子三相绕组

9、的额定线电流,6. 额定转速 nN,5. 额定功率因数 N = cosN,大连理工大学电气工程系,23,例 6.4.1 Y180M-2 型三相异步电动机， PN = 22 kW，UN = 380 V，三角形联结，IN = 42.2 A， N = 0.89, fN = 50 Hz、 nN = 2 940 r/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:,

10、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 = 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:

11、 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 TS TL 电动机能起动， 否则将起动不了。 起动转矩倍数:,Y系列：KS = 1.62.2 KC = 5.57.0,起动电流:,大连理工大学电气工程系,28,例6.5.1 某三相异步电动机，额定功率 PN = 45 kW，额定转速 nN = 2 970 r/min， KM = 2.2 ，KS = 2.0。 若 TL = 200 Nm，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TN TL

12、，故不能带此负载长期运行。,(2) 电动机的最大转矩,TM = KMTN = 2.2145 Nm = 319 Nm,由于TM TL，故可以带此负载短时运行。,(3) 电动机的起动转矩,由于TS TL，故可以带此负载直接运行。,TS = KSTN = 2.0145 Nm = 290 Nm,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,2. 转子电阻增加时的人为特性,转子串联合适的电阻: TS TM,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 = KI IN = (57)IN 起动转矩小: TS =

13、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： 7.5 kW 以下直接起动 7.5 kW 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

14、,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，UN380 V，三角形联结，PN = 37 kW，nN = 985 r/min，IN = 72 A，KS = 1.8，KC = 6.5。已知电动机起动时的负载转矩TL = 250 Nm，从电源取

15、用的电流不得超过360 A，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= IS 360 A，所以不能直接起动。,TS = KSTN = 1.8359 Nm = 646 Nm,IS = KCIN = 6.572 A = 468 A,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 TSY TL，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 TSa TL， IS 360 A，所以可以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