电工学少学时第六章

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1、第第 6 6 章章电动机电动机 第 6 章 电 动 机 6.1 6.1 电机概述电机概述电机概述电机概述 6.2 6.2 三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理 6.5 6.5 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性 6.4 6.4 三相异步电动机的铭牌数据三相异步电动机的铭牌数据三相异步电动机的铭牌数据三相异步电动机的铭牌数据 6.6 6.6 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 6.7 6.7 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调

2、速三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 * *6.8 6.8 单相异步电动机单相异步电动机单相异步电动机单相异步电动机 6.3 6.3 三相异步电动机的基本结构三相异步电动机的基本结构三相异步电动机的基本结构三相异步电动机的基本结构 * *6.9 6.9 交流伺服电动机交流伺服电动机交流伺服电动机交流伺服电动机* *6.10 6.10 步进电动机步进电动机步进电动机步进电动机 * *6.11 6.11 三相同步电动机三相同步电动机三相同步电动机三相同步电动机 * *6.12 6.12 直流电动机直流电动机直流电动机直流电动机 * *6.13 6.13 电动机的选择电动机的选择电动机的选择电

3、动机的选择 电动机的分类：电动机的分类：电动机的分类：电动机的分类：电动机电动机电动机电动机交流电动机交流电动机交流电动机交流电动机直流电动机直流电动机直流电动机直流电动机三相电动机三相电动机三相电动机三相电动机单相电动机单相电动机单相电动机单相电动机同步电动机同步电动机同步电动机同步电动机异步电动机异步电动机异步电动机异步电动机他励、并励电动机他励、并励电动机他励、并励电动机他励、并励电动机串励、复励电动机串励、复励电动机串励、复励电动机串励、复励电动机6.1 6.1 电机概述电机概述电电动动机机是是将将电电能能转转换换成成机机械械能能的的装装置置。广广泛应用于现代各种机械中作为驱动。泛应用

4、于现代各种机械中作为驱动。由电动机驱动的优点：减轻繁重的体力劳动；由电动机驱动的优点：减轻繁重的体力劳动；提高生产率；可实现自动控制和远距离操纵。提高生产率；可实现自动控制和远距离操纵。6.3 三相异步电动机的基本构造三相异步电动机的基本构造1. .定子定子铁心：由内周有槽铁心：由内周有槽铁心：由内周有槽铁心：由内周有槽的硅钢片叠成。的硅钢片叠成。的硅钢片叠成。的硅钢片叠成。A -XA -XB -Y B -Y C- ZC- Z三相绕组三相绕组三相绕组三相绕组机座：铸钢或铸铁机座：铸钢或铸铁 转子转子: 在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电流。流。2. .转子

5、转子鼠笼转子鼠笼转子铁心：铁心：铁心：铁心：由外周有槽的硅钢片叠成。由外周有槽的硅钢片叠成。由外周有槽的硅钢片叠成。由外周有槽的硅钢片叠成。 (1) 鼠笼式转子鼠笼式转子 铁芯槽内放铜条，端铁芯槽内放铜条，端 部用端路环形成一体。部用端路环形成一体。 或铸铝形成转子绕组。或铸铝形成转子绕组。(2) 绕线式转子绕线式转子 同定子绕组一样，也分为三相，并且接成星形。同定子绕组一样，也分为三相，并且接成星形。同定子绕组一样，也分为三相，并且接成星形。同定子绕组一样，也分为三相，并且接成星形。鼠笼式鼠笼式鼠笼式鼠笼式绕线式绕线式绕线式绕线式鼠笼式电动机与绕线式电动机的的比较鼠笼式电动机与绕线式电动机的

6、的比较鼠笼式电动机与绕线式电动机的的比较鼠笼式电动机与绕线式电动机的的比较：鼠笼式：鼠笼式：鼠笼式：鼠笼式： 结构简单、价格低廉、工作可靠；不能人为改结构简单、价格低廉、工作可靠；不能人为改变电动机的机械特性。变电动机的机械特性。绕线式：绕线式：绕线式：绕线式： 结构复杂、价格较贵、维护工作量大；转子结构复杂、价格较贵、维护工作量大；转子外加电阻可人为改变电动机的机械特性。外加电阻可人为改变电动机的机械特性。6.2 三相异步电动机的转动原理三相异步电动机的转动原理一、旋转磁场一、旋转磁场AXBYCZ1 1. . . .旋转磁场的产生旋转磁场的产生旋转磁场的产生旋转磁场的产生o 定子对称三相绕组

7、中通定子对称三相绕组中通定子对称三相绕组中通定子对称三相绕组中通入对称三相电流入对称三相电流入对称三相电流入对称三相电流( (星形联接星形联接星形联接星形联接) )o规定规定 i : “+” 首端流入，尾端流首端流入，尾端流出。出。 i : “” 尾端流入，首端流尾端流入，首端流出。出。 AYCBZX()电流出电流出( )电流入电流入iA旋转磁场的产生旋转磁场的产生旋转磁场的产生旋转磁场的产生 t = 0 tiAZBXCYiA= 0iB为为负负值值iC为为正正值值NS0iBiC t t = 60iAZBXCYNS60iC = 0iB为为负负值值iA为为正正值值iAiBiC0 t = 90AZB

8、XCYNS90iA为为正正值值iB为为负负值值iC为为负负值值 tiiAiBiC0 t = 180AZBXCYiA= 0iB为为正正值值iC为为负负值值180NS tiiAiBiC0 t=60 AZBXCYNS60 t=90AZBXCYNS t=0AZBXCYNS90 t=180 AZBXCYNS1800合合合合成成成成磁磁磁磁场场场场方方方方向向向向向向向向下下下下合合合合成成成成磁磁磁磁场场场场旋旋旋旋转转转转6060合合合合成成成成磁磁磁磁场场场场旋旋旋旋转转转转9090 空间相差空间相差120120 角的三相绕组，通角的三相绕组，通入对称三相电流时，产生的是一对磁极入对称三相电流时，产

9、生的是一对磁极的旋转磁场的旋转磁场, ,当电流经过一个周期变化当电流经过一个周期变化时，磁场也沿着顺时针方向旋转了一周时，磁场也沿着顺时针方向旋转了一周 ( (在空间旋转的角度为在空间旋转的角度为360360 ) )。综上分析可以得出：综上分析可以得出： tiiAiBiC0ABCXYZiAiC90 600 AZBXCYNS0AZBXCYNS60相序相序A-C-B-AAZBXCYNS90iB2. .旋转磁场的旋转方向旋转磁场的旋转方向旋转磁场的旋转方向旋转磁场的旋转方向 改变流入三相绕组的电流相改变流入三相绕组的电流相序序, ,就能改变旋转磁场的转向就能改变旋转磁场的转向; ;改改变了旋转磁场的

10、转向变了旋转磁场的转向, , 也就改变也就改变了三相异步电动机的旋转方向。了三相异步电动机的旋转方向。综上分析可以得出：综上分析可以得出：3 3. . . .旋转磁场的极对数旋转磁场的极对数旋转磁场的极对数旋转磁场的极对数P P 当三相定子绕组按当三相定子绕组按当三相定子绕组按当三相定子绕组按图示排列时，产生一对图示排列时，产生一对图示排列时，产生一对图示排列时，产生一对磁极的旋转磁场，磁极的旋转磁场，磁极的旋转磁场，磁极的旋转磁场，即：即：o tAXBYCZAXYCBZ 若定子每相绕组由两个线圈串联若定子每相绕组由两个线圈串联若定子每相绕组由两个线圈串联若定子每相绕组由两个线圈串联 ，绕组的

11、始端，绕组的始端，绕组的始端，绕组的始端之间互差之间互差之间互差之间互差6060 ，将形成，将形成，将形成，将形成两对磁极的旋转磁场。两对磁极的旋转磁场。两对磁极的旋转磁场。两对磁极的旋转磁场。CYABCXYZAXBZAXBYCiAiBiCABCXYZABCXYZ600 t = 0AZBXCNSXCYAZBY0SN t =6 0NSAZBXCXCYAZBY30SN0 tiiAiBiC0 tiiAiBiC090180 t = 90AZBXCNSXCYAZBY45SN t =180AZBXCNSXCYAZBY90SN90ABCXYZABCXYZiAiBiC 当定子每相中有两个绕组串联当定子每相中有

12、两个绕组串联, 且每相绕组在且每相绕组在空间相差空间相差60时时, 通入对称三相交流电后通入对称三相交流电后, 也产生一也产生一个旋转磁场个旋转磁场, 但它是一个四极旋转磁场。当电流变但它是一个四极旋转磁场。当电流变化一周化一周, 旋转磁场在空间只转了半周旋转磁场在空间只转了半周(180 空间角空间角), 旋转速度较两极磁场慢了一半。旋转速度较两极磁场慢了一半。综上分析可以得出：综上分析可以得出：4 4. . . .旋转磁场的转速旋转磁场的转速旋转磁场的转速旋转磁场的转速工频：工频： 旋转磁场的转速取决于磁场的极对数旋转磁场的转速取决于磁场的极对数旋转磁场的转速取决于磁场的极对数旋转磁场的转速

13、取决于磁场的极对数p=1时时0 toAXYCBZAXYCBZAXYCBZp=2时时0旋转磁场转速旋转磁场转速旋转磁场转速旋转磁场转速n n0 0与极对数与极对数与极对数与极对数 p p 的关系的关系的关系的关系极对数极对数每个电流周期每个电流周期磁场转过的空间角度磁场转过的空间角度同步转速同步转速旋转磁场转速旋转磁场转速n0与频率与频率f1和极对数和极对数p有关。有关。可见可见可见可见: :二、电动机的转动原理二、电动机的转动原理1. 1. 转动原理转动原理转动原理转动原理AXYCBZ定子三相绕组通入三相交流电定子三相绕组通入三相交流电定子三相绕组通入三相交流电定子三相绕组通入三相交流电方向方

14、向方向方向: :顺时针顺时针顺时针顺时针 切割转子导体切割转子导体切割转子导体切割转子导体右手定则右手定则右手定则右手定则感应电动势感应电动势感应电动势感应电动势 E E2020旋转磁场旋转磁场旋转磁场旋转磁场感应电流感应电流感应电流感应电流 I I2 2旋转磁场旋转磁场旋转磁场旋转磁场左手定则左手定则左手定则左手定则电磁力电磁力电磁力电磁力F FF电磁转矩电磁转矩电磁转矩电磁转矩T TnF三、转差率三、转差率 旋转磁场的同步转速和电动机转子转速之差与旋转磁场的同步转速和电动机转子转速之差与旋转磁场的同步转速和电动机转子转速之差与旋转磁场的同步转速和电动机转子转速之差与旋转磁场的同步转速之比称

15、为旋转磁场的同步转速之比称为旋转磁场的同步转速之比称为旋转磁场的同步转速之比称为转差率。转差率。转差率。转差率。 由前面分析可知，电动机转子转动方向与磁场由前面分析可知，电动机转子转动方向与磁场由前面分析可知，电动机转子转动方向与磁场由前面分析可知，电动机转子转动方向与磁场旋转的方向一致，但转子转速旋转的方向一致，但转子转速旋转的方向一致，但转子转速旋转的方向一致，但转子转速 n n 不可能达到与旋转不可能达到与旋转不可能达到与旋转不可能达到与旋转磁场的转速相等，即磁场的转速相等，即磁场的转速相等，即磁场的转速相等，即异步电动机异步电动机异步电动机异步电动机如果如果:无转子电动势和转子电流无转

16、子电动势和转子电流无转子电动势和转子电流无转子电动势和转子电流 转子与旋转磁场间没有相对运动，磁通不切转子与旋转磁场间没有相对运动，磁通不切转子与旋转磁场间没有相对运动，磁通不切转子与旋转磁场间没有相对运动，磁通不切 割转子导条割转子导条割转子导条割转子导条无转矩无转矩无转矩无转矩因此，转子转速与旋转磁场转速间必须要有差别。因此，转子转速与旋转磁场转速间必须要有差别。因此，转子转速与旋转磁场转速间必须要有差别。因此，转子转速与旋转磁场转速间必须要有差别。异步电动机运行中异步电动机运行中异步电动机运行中异步电动机运行中: :转子转速亦可由转差率求得转子转速亦可由转差率求得转差率转差率转差率转差率

17、s例例1 1：一台三相异步电动机，其额定转速一台三相异步电动机，其额定转速 n= =975r/min，电源频率电源频率 f1 1= =50 Hz。试求电动机的极对数和额定负载试求电动机的极对数和额定负载下的转差率。下的转差率。解：解： 根据异步电动机转子转速与旋转磁场同步转根据异步电动机转子转速与旋转磁场同步转速的关系可知：速的关系可知：n0=1000 r/min , 即即即即p p=3=3额定转差率为额定转差率为额定转差率为额定转差率为三相异步电动机的电路分析三相异步电动机的电路分析 三相异步电动机的电三相异步电动机的电三相异步电动机的电三相异步电动机的电磁关系与变压器类似。磁关系与变压器类

18、似。磁关系与变压器类似。磁关系与变压器类似。变压器：变压器： 变化变化 eU1 E1= 4.44 f N1 E2= 4.44 f N2 E E1 1 、E E2 2 频率相同，都等频率相同，都等频率相同，都等频率相同，都等于电源频率。于电源频率。于电源频率。于电源频率。异步电动机每相电路异步电动机每相电路异步电动机每相电路异步电动机每相电路i1u1e1e 1e2e 2i2+f1f2一、定子电路一、定子电路1 1. . . .旋转磁场的磁通旋转磁场的磁通旋转磁场的磁通旋转磁场的磁通 异步电动机：异步电动机：旋转磁场切割导体旋转磁场切割导体 e， U1 E1= 4.44 f 1N1 每极磁通每极磁

19、通旋转磁场与定子导体间的相对速度为旋转磁场与定子导体间的相对速度为 n0 ，所以所以2 2. . . .定子感应电势的频率定子感应电势的频率定子感应电势的频率定子感应电势的频率 f f1感应电势的频率与磁场和导体间的相对速度有关感应电势的频率与磁场和导体间的相对速度有关f 1= 电源频率电源频率 f二、转子电路二、转子电路1. 1. 转子感应电势频率转子感应电势频率转子感应电势频率转子感应电势频率 f f 2 2定子导体与旋转磁场间的相对速度固定，而转子定子导体与旋转磁场间的相对速度固定，而转子导体与旋转磁场间的相对速度随转子的转速不同而导体与旋转磁场间的相对速度随转子的转速不同而变化变化 定

20、子感应电势频率定子感应电势频率 f 1 转子感应电势频率转子感应电势频率 f 2 转子感应电势频率转子感应电势频率转子感应电势频率转子感应电势频率 f f 2 2旋转磁场切割定子导体和转子导体的速度不同旋转磁场切割定子导体和转子导体的速度不同 方法：任意调换电源的两根进线，电动机反转。方法：任意调换电源的两根进线，电动机反转。方法：任意调换电源的两根进线，电动机反转。方法：任意调换电源的两根进线，电动机反转。 电动机电动机电动机电动机正转正转正转正转电动机电动机电动机电动机反转反转反转反转电电电电 源源源源U UV V WWM3U UV V WW电电电电 源源源源M32.2.电磁转矩的方向电磁

21、转矩的方向电磁转矩的方向与旋转磁场的转向一致电磁转矩的方向与旋转磁场的转向一致 转子旋转的方向转子旋转的方向与旋转磁场的转向相同。与旋转磁场的转向相同。3. 3. 电磁转矩的大小电磁转矩的大小电磁转矩的大小电磁转矩的大小 T ，I2cos 2 T = CT mI2cos 2T = KTsR2U1f1R2(sX2) 2 22常数，与电常数，与电机结构有关机结构有关旋转磁场旋转磁场每极磁通每极磁通转子电流转子电流转子电路的转子电路的功率因数功率因数由公式可知由公式可知由公式可知由公式可知电磁转矩公式电磁转矩公式电磁转矩公式电磁转矩公式1. 1. T T 与定子每相绕组电压与定子每相绕组电压与定子每

22、相绕组电压与定子每相绕组电压 成正比。成正比。成正比。成正比。U U 1 1 T T 2. 2. 当电源电压当电源电压当电源电压当电源电压 U U1 1 一定时，一定时，一定时，一定时，T T 是是是是 s s 的函数。的函数。的函数。的函数。3. 3. R R2 2 的大小对的大小对的大小对的大小对 T T 有影响。绕线式异步电动机可外有影响。绕线式异步电动机可外有影响。绕线式异步电动机可外有影响。绕线式异步电动机可外 接电阻来改变转子电阻接电阻来改变转子电阻接电阻来改变转子电阻接电阻来改变转子电阻R R2 2 ，从而改变转距。从而改变转距。从而改变转距。从而改变转距。三、转矩平衡三、转矩平

23、衡 空载转矩：空载转矩：T0输出转矩：输出转矩：T2 = TT0 T负载转矩：负载转矩：TL当当 T2 = TL 稳定运行稳定运行当当 T2 TL 加速运行加速运行当当 T2 TL 减速运行减速运行电磁转矩电磁转矩空载转矩空载转矩电动机在满载运行或半载运电动机在满载运行或半载运行时，空载转矩可忽略不计行时，空载转矩可忽略不计 电动机的电磁转矩可以随负载的变化而自动调电动机的电磁转矩可以随负载的变化而自动调电动机的电磁转矩可以随负载的变化而自动调电动机的电磁转矩可以随负载的变化而自动调整，这种能力称为自适应负载能力。整，这种能力称为自适应负载能力。整，这种能力称为自适应负载能力。整，这种能力称为

24、自适应负载能力。此过程中，此过程中，此过程中，此过程中， n n 、s sE E2 2 , , I I2 2 I I1 1 电源提供的功率自动增加。电源提供的功率自动增加。电源提供的功率自动增加。电源提供的功率自动增加。TL sT2 TLTL =T2n T 达到新的平衡达到新的平衡电动机只有电动机只有 T2 = TL ，才能稳定运行才能稳定运行 T =T2 = TL 三三 功率关系功率关系 P2 = P1P 输入的电功率输入的电功率:P1 = 3 U1I1cos 1 输出的机械功率输出的机械功率: P2 = T2 2n60= T2功率损耗功率损耗: P = PCu+PFe + PMe 电动机的

25、效率电动机的效率: = P2 / P1 100%例例6.2.1 某三相异步电动机某三相异步电动机，极对数极对数 p = 2，定子绕组三角定子绕组三角形联结，接于形联结，接于50HZ、380V的三相电源上工作，当负载转的三相电源上工作，当负载转矩矩TL=91N.m时，时，测得测得I1L=30A, P1=16KW,n=1470 r/min,求求该电动机带此负载运行时的该电动机带此负载运行时的s 、P2 、 和和 60 f1= P2 / P1 =14/16=87.5%n0 =2= 1500 r/min=1500-1470 1500=0.022n60= T2 P2 23.1460=91 1470W=1

26、4KW=P13U1LI1L=0.81解解6.4 三相异步电动机铭牌数据三相异步电动机铭牌数据1. 1. 型号型号型号型号 磁极数磁极数( 极对数极对数 p = 2 )例如：例如： Y 132 M4 用以表明电动机的系列、几何尺寸和极数。用以表明电动机的系列、几何尺寸和极数。机座长度代号机座长度代号机座中心高（机座中心高（mm）三相异步电动机三相异步电动机异步电动机产品名称代号异步电动机产品名称代号产品名称产品名称产品名称产品名称异步电动机异步电动机异步电动机异步电动机绕线式异步电动机绕线式异步电动机绕线式异步电动机绕线式异步电动机防爆型异步电动机防爆型异步电动机防爆型异步电动机防爆型异步电动机

27、高起动转矩异步电动机高起动转矩异步电动机高起动转矩异步电动机高起动转矩异步电动机新代号新代号新代号新代号汉字意义汉字意义汉字意义汉字意义老代号老代号老代号老代号Y Y异异异异异绕异绕异绕异绕异爆异爆异爆异爆异起异起异起异起YRYRYBYBYQYQYQYQJ J、JOJOJRJR、JROJROJBJB、JBOJBOJQJQ、JQOJQO2. 2. 接法接法接法接法接线盒接线盒定子三相绕组的联接方法定子三相绕组的联接方法定子三相绕组的联接方法定子三相绕组的联接方法。通常。通常V V1 1WW2 2U U1 1WW1 1U U2 2V V2 2U2U1W2V1V2W1U1V V1 1WW1 1WW2

28、 2U2V V2 2W2U2V2V1W1U1Y Y 联结联结联结联结W1U U1 1V1W2U U2 2V2 联结联结联结联结3. 3. 电压电压电压电压例如：例如：380/220V、Y/ 是指线电压为是指线电压为 380V 时时 采用采用 Y联结联结；线电压为；线电压为 220V 时采用时采用 联结联结。说明：一般规定，电动机的运行电压不能高于或说明：一般规定，电动机的运行电压不能高于或说明：一般规定，电动机的运行电压不能高于或说明：一般规定，电动机的运行电压不能高于或低低低低 于额定值的于额定值的于额定值的于额定值的 5% 5% 。因为在电动机满载或接近。因为在电动机满载或接近。因为在电动

29、机满载或接近。因为在电动机满载或接近 满载情况下运行时，电压过高或过低都会使满载情况下运行时，电压过高或过低都会使满载情况下运行时，电压过高或过低都会使满载情况下运行时，电压过高或过低都会使 电动机的电流大于额定值电动机的电流大于额定值电动机的电流大于额定值电动机的电流大于额定值, , 从而使电动机过热。从而使电动机过热。从而使电动机过热。从而使电动机过热。电动机在额定运行时定子绕组上应加的线电电动机在额定运行时定子绕组上应加的线电电动机在额定运行时定子绕组上应加的线电电动机在额定运行时定子绕组上应加的线电压压压压值。值。值。值。 三相异步电动机的额定电压有三相异步电动机的额定电压有三相异步电

30、动机的额定电压有三相异步电动机的额定电压有380V380V，3000V,3000V, 及及及及6000V6000V等多种。等多种。等多种。等多种。4. 4. 电流电流电流电流例如：例如：例如：例如： Y / Y / 6.73 / 11.64 A6.73 / 11.64 A 表示星形表示星形联结联结下下电机的线电流为电机的线电流为 6.73A；三角形三角形联结联结下线电流为下线电流为 11.64A。两种接法下相电流均为两种接法下相电流均为 6.73A。 5. 5. 功率与效率功率与效率功率与效率功率与效率 鼠笼电机鼠笼电机 =7293电动机在额定运行时定子绕组的电动机在额定运行时定子绕组的线电流

31、值。线电流值。线电流值。线电流值。额定功率是指电机在额定运行时轴上输出的机额定功率是指电机在额定运行时轴上输出的机械功率械功率 P2，它不等于从电源吸取的电功率它不等于从电源吸取的电功率 P1。注意：实用中应选注意：实用中应选注意：实用中应选注意：实用中应选择容量合适的电机，择容量合适的电机，择容量合适的电机，择容量合适的电机，防止出现防止出现防止出现防止出现 “ “大马拉大马拉大马拉大马拉小车小车小车小车” ” 的现象。的现象。的现象。的现象。6. 6. 功率因数功率因数功率因数功率因数PN 三相异步电动机的功率因数较低，在额定负载三相异步电动机的功率因数较低，在额定负载时约为时约为 0.7

32、 0.9。空载时功率因数很低，只有。空载时功率因数很低，只有 0.2 0.3。额定负载时，功率因数最高。额定负载时，功率因数最高。 7. 7. 额定转速额定转速额定转速额定转速电机在额定电压、额定负载下运行时的转速。电机在额定电压、额定负载下运行时的转速。P2cos O如如如如： n N =1440 1440 转转转转/ /分分分分 sN = 0.040.048. 8. 绝缘等级绝缘等级绝缘等级绝缘等级指电机绝缘材料能够承受的极限温度等级，分指电机绝缘材料能够承受的极限温度等级，分为为A、E、B、F、H五级，五级，A级最低级最低(105C)，H级最高级最高(180C)。例例例例1 1：电动机的

33、额定功率是指输出功率，还是输入功电动机的额定功率是指输出功率，还是输入功电动机的额定功率是指输出功率，还是输入功电动机的额定功率是指输出功率，还是输入功率？额定电压是指线电压，还是相电压？额定电流是率？额定电压是指线电压，还是相电压？额定电流是率？额定电压是指线电压，还是相电压？额定电流是率？额定电压是指线电压，还是相电压？额定电流是指定子绕组的线电流，还是相电流？功率因数指定子绕组的线电流，还是相电流？功率因数指定子绕组的线电流，还是相电流？功率因数指定子绕组的线电流，还是相电流？功率因数 的的的的 角是定子相电流与相电压间的相位差，还是线电角是定子相电流与相电压间的相位差，还是线电角是定子

34、相电流与相电压间的相位差，还是线电角是定子相电流与相电压间的相位差，还是线电压与线电流间的相位差？压与线电流间的相位差？压与线电流间的相位差？压与线电流间的相位差？ 例例 6.4.1 Y180M-2 型三相异步电动机型三相异步电动机， PN = 22 kW，UN = 380 V，三角形联结，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。求额定状态下运行时的：时的：(1) 转差率转差率; (2) 定子绕组的相电流定子绕组的相电流; (3) 输入有输入有功功率功功率; (4) 效率。效率。解解 (1) 由型号知

35、该电动机的由型号知该电动机的 2p2，即，即 p1，(2) 定子三相绕组为三角形联结定子三相绕组为三角形联结= = 0.023 0002 940 3 000n0nNn0sN=IN3= A = 24.36 A 42.2 3I1P = (4) 效率效率(3) 输入有功功率输入有功功率P1N= 3 UN IN N = 338042.20.89 W = 24.8 kWPNP1N N = 100% = 100% = 89% 2224.8固有特性固有特性人为特性人为特性 在额定电压、额定频率，在额定电压、额定频率，转子电路不外串参数时转子电路不外串参数时在改变电压、频率及在改变电压、频率及转子电路参数时转

36、子电路参数时 n = f (T)T = f (s) 转矩特性转矩特性 三相异步机的三相异步机的T与与s之间的关系之间的关系机械特性机械特性 三相异步机三相异步机 n 与与T之间的关系之间的关系T = f (s)n = f (T)T = f (s)n = f (T)6.5 6.5 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性一、固有特性一、固有特性OTOTS1O转矩特性转矩特性 机械特性机械特性 M M S S N N 电动机在额定负载时的转矩。电动机在额定负载时的转矩。电动机在额定负载时的转矩。电动机在额定负载时的转矩。1 1. . . .额定转矩额定转矩额定转矩额定转矩TN N三个重要转

37、矩三个重要转矩三个重要转矩三个重要转矩OT额定转矩额定转矩额定转矩额定转矩(N m) 例：例：如某普通机床的主轴电机如某普通机床的主轴电机(Y132M-4型型) 的额的额定功率为定功率为7.5kw, 额定转速为额定转速为1440r/min, 则额定转则额定转矩为矩为N 2 2. . . .最大转矩最大转矩最大转矩最大转矩 T Tmaxmax电机带动最大负载的能力。电机带动最大负载的能力。电机带动最大负载的能力。电机带动最大负载的能力。令：令：求得求得临界转差率临界转差率OT TTmax将将sm代入转矩公式，可得代入转矩公式，可得 转子轴上机械负载转矩转子轴上机械负载转矩转子轴上机械负载转矩转子

38、轴上机械负载转矩T TL L 不能大于不能大于不能大于不能大于T Tmaxmax ，否则将否则将否则将否则将造成堵转造成堵转造成堵转造成堵转( (停车停车停车停车) )。过载系数过载系数过载系数过载系数( (能力能力能力能力) )一般三相异步电动机的过载系数为一般三相异步电动机的过载系数为工作时必须使工作时必须使工作时必须使工作时必须使T TL L TL 电动机能起动，电动机能起动，否则将起动不了。否则将起动不了。起动转矩倍数起动转矩倍数: : Y系列：系列：KS = 1.62.2 KC = 5.57.0起动电流起动电流: :MNSTNsN1TSTMsMTOsTS TN KS =IS INKC

39、 =4. 4. 电动机的运行分析电动机的运行分析电动机的运行分析电动机的运行分析 电动机的电磁转矩可以随负载的变化而自动调电动机的电磁转矩可以随负载的变化而自动调电动机的电磁转矩可以随负载的变化而自动调电动机的电磁转矩可以随负载的变化而自动调整，这种能力称为自适应负载能力。整，这种能力称为自适应负载能力。整，这种能力称为自适应负载能力。整，这种能力称为自适应负载能力。 自适应负载能力是电动机区别于其它动力机械自适应负载能力是电动机区别于其它动力机械自适应负载能力是电动机区别于其它动力机械自适应负载能力是电动机区别于其它动力机械的重要特点（如：柴油机当负载增加时，必须由的重要特点（如：柴油机当负

40、载增加时，必须由的重要特点（如：柴油机当负载增加时，必须由的重要特点（如：柴油机当负载增加时，必须由操作者加大油门，才能带动新的负载）操作者加大油门，才能带动新的负载）操作者加大油门，才能带动新的负载）操作者加大油门，才能带动新的负载） 。此过程中，此过程中，此过程中，此过程中， n n 、s sE E2 2 , , I I2 2 I I1 1 电源提供的功率自动增加。电源提供的功率自动增加。电源提供的功率自动增加。电源提供的功率自动增加。TL sTL T2TL =T2n T T2达到新的平衡达到新的平衡T2常用特常用特常用特常用特性段性段性段性段TO 例例6.5.1 某三相异步电动机，额定功

41、率某三相异步电动机，额定功率 PN = 45 kW，额定转速，额定转速 nN = 2 970 r/min， KM = 2.2 ，KS = 2.0。若若 TL = 200 Nm，试问能否带此负载：，试问能否带此负载：(1) 长期运行长期运行; (2) 短期运行短期运行; (3) 直接起动。直接起动。解解 (1) 电动机的额定转矩电动机的额定转矩由于由于TN TL，故可以带此负载短时运行，故可以带此负载短时运行。 (3) 电动机的起动转矩电动机的起动转矩由于由于TS TL，故可以带此负载直接运行，故可以带此负载直接运行。 TS = KSTN = 2.0145 Nm = 290 Nm 二二. 人为特

42、性人为特性(1(1) ) U U1 1 变化对机械特性的影响变化对机械特性的影响变化对机械特性的影响变化对机械特性的影响U Tm Tst T2TO(2(2) ) R R2 2 变化对机械特性的影响变化对机械特性的影响变化对机械特性的影响变化对机械特性的影响TOR2 Tst n 硬特性：硬特性：硬特性：硬特性：负载变化时，转速变化不大，运行特性好。负载变化时，转速变化不大，运行特性好。负载变化时，转速变化不大，运行特性好。负载变化时，转速变化不大，运行特性好。软特性：软特性：软特性：软特性：负载增加时转速下降较快，但起动转矩大，负载增加时转速下降较快，但起动转矩大，负载增加时转速下降较快，但起动

43、转矩大，负载增加时转速下降较快，但起动转矩大，起动特性好。起动特性好。起动特性好。起动特性好。(2(2) ) R R2 2 变化对机械特性的影响变化对机械特性的影响变化对机械特性的影响变化对机械特性的影响 不同场合应选用不不同场合应选用不同的电机。如金属切同的电机。如金属切削，选硬特性电机；削，选硬特性电机；重载起动则选软特性重载起动则选软特性电机。电机。TOR2 Tst n 硬特性：硬特性：硬特性：硬特性：负载变化时，转速变化不大，运行特性好。负载变化时，转速变化不大，运行特性好。负载变化时，转速变化不大，运行特性好。负载变化时，转速变化不大，运行特性好。软特性：软特性：软特性：软特性：负载

44、增加时转速下降较快，但起动转矩大，负载增加时转速下降较快，但起动转矩大，负载增加时转速下降较快，但起动转矩大，负载增加时转速下降较快，但起动转矩大，起动特性好。起动特性好。起动特性好。起动特性好。6.6 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动一、起动性能一、起动性能 起动起动起动起动问题：问题：起动电流大，起动转矩小起动电流大，起动转矩小起动电流大，起动转矩小起动电流大，起动转矩小。 一般中小型鼠笼式电机起动电流为额定电流的一般中小型鼠笼式电机起动电流为额定电流的5 7 倍倍; 电动机的起动电动机的起动转矩为额定转矩的转矩为额定转矩的转矩为额定转矩的转矩为额定转矩的(1.02.2)(1.02

45、.2)倍。倍。倍。倍。大电流使电网电压降低，影响邻近负载的工作大电流使电网电压降低，影响邻近负载的工作大电流使电网电压降低，影响邻近负载的工作大电流使电网电压降低，影响邻近负载的工作频繁起动时造成热量积累，使电机过热频繁起动时造成热量积累，使电机过热频繁起动时造成热量积累，使电机过热频繁起动时造成热量积累，使电机过热后果：后果：后果：后果：原因：原因：原因：原因：起动：起动：起动：起动： n n = = 0 0，s =1, =1, 接通电源。接通电源。接通电源。接通电源。起动时起动时起动时起动时 ，n n = = 0 0，转子导体切割磁力线速度很大，转子导体切割磁力线速度很大，转子导体切割磁力

46、线速度很大，转子导体切割磁力线速度很大，转子感应电势转子感应电势转子感应电势转子感应电势转子电流转子电流转子电流转子电流定子电流定子电流定子电流定子电流 二、笼型异步电动机的起动二、笼型异步电动机的起动1. 1.直接起动直接起动直接起动直接起动 (全压起动全压起动) (a) 小容量的电动机；小容量的电动机； (b) 电源容量足够大时。电源容量足够大时。规定：规定：规定：规定： 7.5 kW 以下直接起动以下直接起动 7.5 kW 以上，且电源容量能满足起动以上，且电源容量能满足起动电流倍数电流倍数 3 + 1 4IS INKC =电源容量电源容量 (kVA)电机功率电机功率 (kW)(2) (

47、2) 降压起动：降压起动：降压起动：降压起动：星形星形-三角形三角形(Y ) 换接起动换接起动自耦降压起动自耦降压起动（适用于鼠笼式电动机）（适用于鼠笼式电动机）（适用于鼠笼式电动机）（适用于鼠笼式电动机）(3) 转子串电阻起动转子串电阻起动（适用于绕线式电动机）（适用于绕线式电动机）（适用于绕线式电动机）（适用于绕线式电动机）以下介绍降压起动和转子串电阻起动。以下介绍降压起动和转子串电阻起动。1. 1. 降压起动降压起动降压起动降压起动(1) Y(1) Y 换接起动换接起动换接起动换接起动 降压起动时的电流降压起动时的电流降压起动时的电流降压起动时的电流为直接起动时的为直接起动时的为直接起动

48、时的为直接起动时的+ 起动起动起动起动U1U2V1V1W1W2+正常正常正常正常运行运行运行运行U1U2V1V2W1W2设：电机每相阻抗为设：电机每相阻抗为设：电机每相阻抗为设：电机每相阻抗为Y Y 起动器接线简图起动器接线简图起动器接线简图起动器接线简图L1L3L2FUS SU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1动触点动触点Y动触点动触点静触点静触点Y Y 起动器接线简图起动器接线简图起动器接线简图起动器接线简图Y Y起动起动起动起动L1L3L2FUS SU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1 起动起动起动起动UPU1+Ul+U2V1V2W1W2Y

49、 Y 起动器接线简图起动器接线简图起动器接线简图起动器接线简图 工作工作L1L3L2FUS SU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1U2正常正常正常正常运行运行运行运行Ul+U1V1V2W1W2(a) 仅适用于正常运行为三角形联结的电机。仅适用于正常运行为三角形联结的电机。 (b) Y 起动起动Y 换接起动适合于空载或轻载起动的场合换接起动适合于空载或轻载起动的场合Y- Y- 换接起动应注意的问题换接起动应注意的问题换接起动应注意的问题换接起动应注意的问题正常正常正常正常运行运行运行运行UlU1W2V2W1+U2V1UP 起动起动起动起动+Ul+U1W2V2W1U2V1例

50、例例例1 1: : : : 1)解解: 一台一台Y225M-4型的三相异步电型的三相异步电 动机，定子动机，定子绕组绕组型型联结联结，其额定数据为：其额定数据为：P2N=45kW,nN=1480r/min，UN=380V， N=92.3%，cos N=0.88， Ist/IN=7.0, Tst/TN=1.9，Tmax/TN=2.2，求：求： 1) 1) 额定电流额定电流额定电流额定电流I IN N? 2) ? 2) 额定转差率额定转差率额定转差率额定转差率sN N? ? 3) 3) 额定转矩额定转矩额定转矩额定转矩 T TN N 、最大转矩最大转矩最大转矩最大转矩T Tmaxmax 、和起动转

51、矩和起动转矩和起动转矩和起动转矩T TN N 。 2）由由nN=1480r/min，可知可知 p=2 （四极电动机）四极电动机） 3）解：解：解：解： 在在上例中上例中(1)如果负载转矩为如果负载转矩为 510.2Nm, 试试问在问在U=UN和和U=0.9UN两种情况下电动机能否起两种情况下电动机能否起动？（动？（2）采用）采用Y- 换接起动时，求起动电流和换接起动时，求起动电流和起动转矩。起动转矩。 又当负载转矩为额定转矩的又当负载转矩为额定转矩的80%和和50%时，电动机能否起动？时，电动机能否起动？ (1) 在在在在U U= =U UN N时时时时 Tst = 551.8Nm 510.2

52、 N. m 不能起动不能起动不能起动不能起动 (2) Ist =7IN=7 84.2=589.4 A 在在U= 0.9UN 时时能起动能起动能起动能起动例例例例2:2:在在在在80%80%额定负载时额定负载时额定负载时额定负载时不能起动不能起动不能起动不能起动在在在在50%50%额定负载时额定负载时额定负载时额定负载时可以可以可以可以起动起动(3)(2) (2) 自耦降压起动自耦降压起动自耦降压起动自耦降压起动L1L3L2FUQ QQ2 2下合：下合：下合：下合： 接入自耦变接入自耦变接入自耦变接入自耦变 压器，降压压器，降压压器，降压压器，降压 起动。起动。起动。起动。 QQ2 2上合：上合

53、：上合：上合： 切除自耦变切除自耦变切除自耦变切除自耦变 压器，全压压器，全压压器，全压压器，全压 工作。工作。工作。工作。合刀闸开关合刀闸开关合刀闸开关合刀闸开关QQQ2 自耦降压起动适合于容量较大的或正常运行时自耦降压起动适合于容量较大的或正常运行时自耦降压起动适合于容量较大的或正常运行时自耦降压起动适合于容量较大的或正常运行时联成联成联成联成 Y Y形不能采用形不能采用形不能采用形不能采用Y Y 起动的鼠笼式异步电动机。起动的鼠笼式异步电动机。起动的鼠笼式异步电动机。起动的鼠笼式异步电动机。例例例例3:3: 对对例例1中的电动机采用自耦变压器降压起中的电动机采用自耦变压器降压起动，设起动

54、时加到电动机上的电压为额定电压的动，设起动时加到电动机上的电压为额定电压的64%，求这时的线路起动电流，求这时的线路起动电流Ist和电动机的起和电动机的起动转矩动转矩Tst。解：解：解：解：设电动机的起动电压为设电动机的起动电压为U，电动机的起动电动机的起动电流为电流为Ist 依据变压器的一次依据变压器的一次、二次侧电压电流关系，二次侧电压电流关系，可求得可求得线路起动电流线路起动电流Ist。 采用自耦降压法起动时，若采用自耦降压法起动时，若采用自耦降压法起动时，若采用自耦降压法起动时，若加到电动机上的加到电动机上的加到电动机上的加到电动机上的 电压与额定电压之比为电压与额定电压之比为电压与额

55、定电压之比为电压与额定电压之比为 KA A ，则线路则线路则线路则线路 起动电起动电起动电起动电流流流流I Ist st 为为为为电动机的起动转距电动机的起动转距电动机的起动转距电动机的起动转距T Tst st为为为为结论：结论：结论：结论：RRR滑环滑环电刷电刷定子定子转子转子起动时将适当的起动时将适当的起动时将适当的起动时将适当的R R 串入转子电路中，起动后将串入转子电路中，起动后将串入转子电路中，起动后将串入转子电路中，起动后将R R 短路。短路。短路。短路。起动电阻起动电阻2. .绕线式电动机绕线式电动机转子电路串电阻起动转子电路串电阻起动 若若若若R R2 2选得选得选得选得适当适

56、当适当适当，转子电路串电阻起动既可以，转子电路串电阻起动既可以，转子电路串电阻起动既可以，转子电路串电阻起动既可以降低起动电流，又可以增加起动转矩。降低起动电流，又可以增加起动转矩。降低起动电流，又可以增加起动转矩。降低起动电流，又可以增加起动转矩。常用于要求起动转矩较大的生产机械上。常用于要求起动转矩较大的生产机械上。常用于要求起动转矩较大的生产机械上。常用于要求起动转矩较大的生产机械上。R2 Tst TO转子电路串电阻起动的特点转子电路串电阻起动的特点转子电路串电阻起动的特点转子电路串电阻起动的特点一、变频调速一、变频调速 (无级调速无级调速) f=50Hz逆变器逆变器逆变器逆变器M3 整

57、流器整流器整流器整流器f f1 1、U U1 1可调可调可调可调+频率调节范围：频率调节范围：频率调节范围：频率调节范围：0.50.5几几几几百赫兹百赫兹百赫兹百赫兹三种电气三种电气三种电气三种电气调速方法调速方法调速方法调速方法6.6 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 变频调速方法可实现无级平滑调速变频调速方法可实现无级平滑调速,调速性调速性能优异，因而正获得越来越广泛的应用。能优异，因而正获得越来越广泛的应用。二、变极调速二、变极调速 (有级调速有级调速)A1X1A2X2iiP=2A1A2X1X2NNSSA1X1A2X2iiP=1 采用变极调速方法的电动机称作双速电机，采用变极调速

58、方法的电动机称作双速电机，由于调速时其转速呈跳跃性变化，因而只用在对由于调速时其转速呈跳跃性变化，因而只用在对调速性能要求不高的场合，如铣床、镗床、磨床调速性能要求不高的场合，如铣床、镗床、磨床等机床上。等机床上。A1A2X1X2SN三、变转差率调速三、变转差率调速（1）变压调速）变压调速:UNn0Tn0sMTL电压越低，电压越低，转速越小。转速越小。 适用于调速范围不大，效率不高，只适用于调速范围不大，效率不高，只能用在功率不大的生产机械中。能用在功率不大的生产机械中。（2）转子串电阻调速）转子串电阻调速:R2R2+ RCn0Tn0TMM33RCTL 转子串电阻调速是绕线式电动机特有的一种转

59、子串电阻调速是绕线式电动机特有的一种调速方法。其优点是调速平滑、设备简单投资少，调速方法。其优点是调速平滑、设备简单投资少，缺点是能耗较大。这种调速方式广泛应用于各种缺点是能耗较大。这种调速方式广泛应用于各种提升、起重设备中。提升、起重设备中。1. 1. 了解三相交流异步电动机的基本构造和转动了解三相交流异步电动机的基本构造和转动了解三相交流异步电动机的基本构造和转动了解三相交流异步电动机的基本构造和转动 原理。原理。原理。原理。本章要求：本章要求：2. 2. 理解三相交流异步电动机的机械特性，掌握理解三相交流异步电动机的机械特性，掌握理解三相交流异步电动机的机械特性，掌握理解三相交流异步电动机的机械特性，掌握 起动和反转的基本方法起动和反转的基本方法起动和反转的基本方法起动和反转的基本方法, , 了解调速和起动的了解调速和起动的了解调速和起动的了解调速和起动的 方法。方法。方法。方法。3. 3. 理解三相交流异步电动机铭牌数据的意义。理解三相交流异步电动机铭牌数据的意义。理解三相交流异步电动机铭牌数据的意义。理解三相交流异步电动机铭牌数据的意义。