《电工技术 教学课件 ppt 作者 牛百齐 第7章 电动机》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电工技术 教学课件 ppt 作者 牛百齐 第7章 电动机（59页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第7章 电动机,学习目标 掌握三相异步电动机的基本结构、工作原理。 理解电动机的电磁转矩特性、机械特性 理解三相异步电动机的起动、调速和制动方法。 理解单相异步电动机的结构、工作原理。 理解直流电动机的结构、原理、特性及调速方法。,7.1 三相异步电动机的结构和工作原理,将电能转换为机械能的电机称为电动机。按耗能种类的不同，电动机可分为交流电动机和直流电动机两大类，其中交流电动机又分为同步电动机和异步电动机。 异步电动机具有结构简单、坚固耐用、运行可靠、维护方便、价格便宜等优点。在工农业生产中获得了广泛的应用，,7.1.1 三相异步电动机的结构,三相异步电动机由定子和转子两个基本部分构成，它们
2、之间由气隙分开。 1定子 三相异步电动机的定子包括机座、定子铁心和定子绕组等固定部分。 机座是电动机的外壳，由铸铁或铸钢制成； 定子铁心是用内圆表面冲有槽口的硅钢片叠成的圆筒，压装在机座内；定子绕组按照一定规律嵌放在定子铁心的槽内，根据电源电压和绕组电压的额定值，三相定子绕组可接成星形或三角形。,2转子 转子是三相异步电动机的旋转部件，是由转子铁心、转子绕组和转轴组成的。转子铁心是用外表面冲有槽口的硅钢片叠成，压装在转轴上。 根据转子绕组结构的不同，转子可分为笼型和绕线型两种：,绕线型转子的绕组和定子绕组相似，绕组的三个末端接在一起(Y联结)，三个首端分别接到转轴上的三个彼此绝缘的滑环上，再通
3、过与滑环滑动连接的电刷将变阻器串入转子绕组，用以改善电动机的起动性能和调速性能，如图7-4所示。,7.1.2 三相异步电动机的工作原理,1旋转磁场 三相异步电动机转子之所以会旋转、实现能量转换，是因为转子气隙内有一个旋转磁场下面来讨论旋转磁场的产生。 (1) 旋转磁场的产生,(2)旋转磁场的转向 旋转磁场的转向与三相电流的相序一致。如要使旋转磁场按逆时针方向旋转(即反转)，只要改变通入三相绕组中电流的相序，即将定子绕组接至电源的三根导线中的任意两根线对调，就可实现。,2三相异步电动机的转动原理,三相对称交流电通入定子绕组后，便形成了一个旋转磁场，把旋转磁场假设为一对N极在上、S极在下的磁极，按
4、顺时针方向旋转。这时转子绕组与旋转磁场之间存在相对运动，切割磁感应线，如图7-7所示。,思考与练习,7-1-1 三相异步电动机的定子绕组和转子绕组在电动机的转动过程中各起什么作用？ 7-1-2 三相异步电动机的定子铁心和转子铁心为什么要用硅钢片叠成？定子与转子之间的间隙为什么要做的很小？ 7-1-3 试说明三相异步电动机在什么情况下，它的转差率分别是下列数值： （1）s=0 （2）0s1 （3）s=1,7.2 三相异步电动机的特性 7.2.1三相异步电动机的转矩特性,电磁转矩是三相异步电动机最重要的物理量，电磁转矩的存在是异步电动机工作的先决条件，分析异步电动机的机械特性离不开它。 异步电动机
5、的电磁转矩T是由转子电流I2与旋转磁场相互作用而产生的。根据理论分析，电磁转矩T可用下式确定： (7-3) 式中，CT为与电动机结构有关的转矩常数， 为旋转磁场的每极磁通， 为转子电流的有功分量。,从理论分析还知，转子电流I2和 都与转差率s有关，故电磁转矩T与s也有关，其关系曲线如图7-8所示。曲线通常称为异步电动机的转矩特性。,7.2.2三相异步电动机的机械特性,为界，分为两个区，上部为稳定区，下部为不稳定区。 当电动机工作在稳定区内某一点时 在机械特性曲线上的两个区和三个转矩： 以最大转矩Tm，电磁转矩与负载转矩相平衡而保持匀速转动。如负载转矩变化，电磁转矩将自动随之变化。从而达到新的平
6、衡并稳定运行。 当电动机工作在不稳定区时，则电磁转矩将不能自动适应负载转矩的变化，因而不能稳定运行。,(1)额定转矩TN 异步电动机在额定负载时轴上的输出转矩称为额定转矩。额定负载转矩可从铭牌数据中求得，即 (7-4) 式中，PN为异步电动机的额定功率，单位为kW；nN为异步电动机的额定转速，单位为r/min；TN为异步电动机的额定转矩，单位为Nm。,(2)最大转矩Tm 在机械特性曲线上，转矩的最大值称为最大转矩，它是稳定区与不稳定区的分界点。 通常用最大转矩Tm与额定转矩TN的比值来表示过载能力。 一般三相异步电动机的过载能力 在1.82.2之间。 电动机正常运行时，最大负载转矩不可超过最大
7、转矩，否则电动机将带不动负载，转速越来越低，发生所谓的“闷车”现象，此时电动机电流会升高到电动机额定电流的4.7倍，使电动机过热，甚至烧坏。,思考与练习,7-2-1 三相异步电动机既然有最大转矩Tm，为什么不在Tm或接近Tm处运行？ 7-2-2电源电压低于额定电压或高于额定电压时，对异步电动机的运行会产生什么不良后果？ 7-2-3某三相异步电动机的额定转速为960r/min，当负载转矩为额定转矩的一半时电动机的转速为多少？ 7-2-4 额定功率相等的两台三相异步电动机，是否额定转速低者额定转矩一定大，额定转速高者额定转矩一定小？,7.3 三相异步电动机的使用 7.3.1 三相异步电动机的铭牌数
8、据,（1）型号 型号是电动机类型、规格的代号。国产异步电动机的型号由汉语拼音字母、国际通用符号和阿拉伯数字组成。 (2)接法 接法是指电动机在额定电压下三相定子绕组的连接方式，一般功率在3kW及以下的电动机为星形接法，4kW及以上的电动机为三角形接法。,（3)额定频率f(Hz) 额定频率是指电动机定子绕组所加交流电源的频率，我国工业用交流电源的标准频率为50Hz。 （4)额定电压UN(V) 额定电压是指电动机在正常运行时加到定子绕组上的线电压。Y系列三相异步电动机的额定电压为380V。 (5)额定电流IN(A) 额定电流是指电动机在正常运行时，定子绕组线电流的有效值。,(6)额定功率PN (k
9、w)和额定效率 额定功率也称额定容量，是指在额定电压、额定频率、额定负载运行时，电动机轴上输出的机械功率。它的额定输入功率 (7-5) 额定效率是指输出机械功率与输入电功率的比值。即 (7-6) 额定功率与额定电压、额定电流之间关系为 (7-7),(7)额定转速nN (rmin) 额定转速是指在额定频率、额定电压和额定输出功率时电动机每分钟的转数。 (8)额定功率因数 三相异步电动机的功率因数较低，在额定运行时约为0.70.9，空载时只有0.20.3，因此，必须正确选择电动机的容量，防止“大马拉小车”，并力求缩短空载运行时间。,7.3.2 三相异步电动机的起动,1起动要求 1)起动电流 异步电
10、动机在起动的最初瞬间，其转速n0，转差率s1，在此瞬间旋转磁场对转子的相对转速最大，转子电流I2最大，这时定子电流I1(即起动电流)也达到最大值，约为额定电流的47倍。 由于电动机起动电流大，对电动机本身和电网都会带来一些影响：会使电动机严重发热，在输电线路上产生过大的电压降，可能会影响同一电网中其他负载的正常工作。,2)起动转矩 由转矩 的关系可知，尽管起动时转子电流I2大，但起动时转子电路的功率因数 很低，故起动转矩并不大，一般 ，电动机起动转矩小，则起动时间较长，或不能在满载情况下起动。 所以，既要限制过大的起动电流，又要有足够大的起动转矩可以采用不同的起动方法。,2起动方法 1)直接起
11、动 用开关将额定电压直接加到定子绕组上使电动机起动，就是直接起动，又称全压起动。 直接起动的优点是设备简单，操作方便，起动时间短。只要电网的容量允许，应尽量采用直接起动。容量在10kW以下的三相异步电动机一般都采用直接起动。,2)笼型异步电动机降压起动 如果笼型异步电动机的额定功率超出了允许直接起动的范围，则应采用降压起动。 所谓降压起动，是借助起动设备将电源电压适当降低后加到定子绕组上进行起动，待电动机转速升高到接近稳定时，再使电压恢复到额定值，转入正常运行。 降压起动时，由于电压降低，电动机每极磁通量减小，故转子电动势、电流以及定子电流均减小，避免了电网电压的显著下降。,目前常用的降压起动
12、方法有三种： (1)定子串电阻或电抗器起动 起动时电抗器串接于定子电路中，这样可以降低定子电压，限制起动电流。在转速接近额定值时，将电抗器短接，此时电动机就在额定电压下开始正常运行。 定子电路串电阻起动，也属于降压起动，但由于外接的电阻上有较大的有功功率损耗。 所以对中、大型异步电动机是不经济的。,(2)Y起动 如果电动机正常工作时其定子绕组是三角形联结的，那么起动时为了减小起动电流，可将其接成星形联结，等电动机转速上升后，再恢复三角形联结。,(3)自耦变压器降压起动 自耦变压器降压起动的电路如图7-11所示。三相自耦变压器接成星形，用一个六刀双掷转换开关Q来控制变压器接入或脱离电路。起动时把
13、Q扳在起动位置，使三相交流电源接入自耦变压器的一次侧，而电动机的定子绕组则接到自耦变压器的二次侧，这时电动机得到的电压低于电源电压，因而减小了起动电流，待电动机转速升高后把Q从起动位置迅速扳到运行位置，让定子绕组直接与电源相接，而自耦变压器则与电路脱开。,思考与练习,7-2-1 三相异步电动机在满载和空载起动时，起动电流和起动转矩是否相等？起动时电动机轴上的负载大小对起动过程有什么影响？ 7-4-2 额定电压为380V/220V，接法为Y- 的三相笼型电动机，当电源电压为380V时，能否采用Y- 换接起动方法？为什么？ 7-4-3异步电动机采用Y- 换接起动时，每相定子绕组承受的电压、起动电流
14、以及起动转矩分别降多少？ 7-4-4 三相异步电动机的调速有哪几种方法？各适用哪种类型的电动机？,7.3.3 三相异步电动机的调速,调速是指在电动机负载不变的情况下，人为地改变电动机的转速。 异步电动机可以通过改变磁极对数p、电源频率f1和转差率s三种方法来实现调速。 1变极调速 改变异步电动机定子绕组的接线，可以改变磁极对数，从而得到不同的转速。 由于磁极对数p只能成倍地变化，所以这种调速方法不能实现无级调速。,2变频调速,由于三相异步电动机的同步转速nl与电源频率f成正比，因此，改变三相异步电动机的电源频率，可以实现平滑的调速。 在进行变频调速时，为了保证电动机的电磁转矩不变，就要保证电动
15、机内旋转磁场的磁通量不变。 异步电动机与变压器类似， ，因此，在调节频率f1的同时，为保持磁通不变，必须同时改变电源电压U1，使比值 保持不变。,3变转差率调速,变转差率调速是在不改变同步转速nl的条件下进行的调速。 1)绕线型异步电动机转子串电阻调速 绕线型异步电动机工作时，如果在转子回路中串入电阻，改变电阻的大小，即可调速。 转子串电阻调速的优点是设备简单，成本低；缺点是低速时机械特性软，转速不稳定。调速范围有限，电能损耗多，电动机的效率低，轻载时调速效果差。它主要用于恒转矩负载，如起重运输设备中。,7.3.4 三相异步电动机的制动,电动机的制动分机械制动和电气制动两种。 所谓电气制动，就
16、是指使电动机产生一个与转速方向相反的电磁转矩Tem，起到阻碍运动的作用。 三相异步电动机的电气制动方法有：能耗制动、反接制动和回馈制动。,1能耗制动 这种制动方式是在切断定子绕组三相交流电源的同时，立即接通直流电源，电路如图7-16所示。 这种制动方法是把转子的动能转换为电能，消耗在转子电阻上，故称为能耗制动。 其优点是制动能且消耗小，制动平稳，虽需要直流电源，但随着电子技术的迅速发展，很容易从交流电整流获得直流电，这种制动一般用于要求迅速平稳停车的场合。,2反接制动,反接制动有电源反接制动和倒拉反接制动两种形式。 1)电源反接制动 电源反接制动的方法是将接到电源的三相导线中的任意两相对调。此时旋转磁场反转，而转子由于惯性仍按原方向转动，电动机因制动转矩的作用而迅速停转，当转速接近于零时，需及时切断三相电源，否则电动机会自动反向起动。 电源反接制动的优点是制动电路比较简单，制动转矩较大，停机迅速。但制动瞬间电流较大，消耗也较大，机械
