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1、第第6章章 电动机电动机电工与电子技术下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录电机概述电机概述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工作原理三相异步电动机的工作原理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机械特性三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录1了解三相异步电动机的构造与转动原理,理解了解三相异步电动机的构造与转动原理,理解旋转磁场旋转磁场的特性。的特性。2了解定子电路和转子电路中的电压、电流关系。了解定子电路和转子电路中的电压、电流关系。3重点掌握
2、电动机重点掌握电动机电磁转矩和机械特性电磁转矩和机械特性。4了解异步电动机的起动、调速、反转、制动原了解异步电动机的起动、调速、反转、制动原理和方法。理和方法。5理解异步电动机的理解异步电动机的铭牌数据铭牌数据。6了解单相异步电动机构造与工作原理。了解单相异步电动机构造与工作原理。下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录案例案例案例案例 异步电动机应用极为广泛。例如,在工业方面:异步电动机应用极为广泛。例如,在工业方面:中小型轧钢设备、各种金属切削机床、轻工机械、中小型轧钢设备、各种金属切削机床、轻工机械、矿山机械、通风机、压缩机等;在农业方面:水泵、矿山机械、通风机、压缩机等;在
3、农业方面:水泵、脱粒机、粉碎机及其他农副产品加工机械等都是用脱粒机、粉碎机及其他农副产品加工机械等都是用异步电动来拖动的。此外,与人民日常生活密切相异步电动来拖动的。此外,与人民日常生活密切相关的电扇、洗衣机等设备中都用到异步电动机。关的电扇、洗衣机等设备中都用到异步电动机。下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录 电机电机(electric machine) 是实现能量转换或信号转换的电磁装置。是实现能量转换或信号转换的电磁装置。 电能电能 机械能机械能 种类:种类:种类:种类: (1) (1) 动力电机:动力电机:动力电机:动
4、力电机: 直流电机和交流电机直流电机和交流电机 他他励励电电机机 并并励励电电机机 串串励励电电机机 复复励励电电机机 异异步步电电机机 同同步步电电机机 下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录 (2) (2) 控制电机控制电机控制电机控制电机 伺服电动机:伺服电动机:伺服电动机:伺服电动机:电压信号转化为角位移或角速度;电压信号转化为角位移或角速度; 测速发电机测速发电机测速发电机测速发电机(electirc generator)(electirc generator): 将转速转化为电压信号;将转速转化为电压信号; 自自自自 整整整整 角角角角 机:机:机:机: 实现角度的传
5、输、变换和接受;实现角度的传输、变换和接受; 步进电动机:步进电动机:步进电动机:步进电动机:电脉冲信号转化为转角或转速;电脉冲信号转化为转角或转速; 旋转变压器:旋转变压器:旋转变压器:旋转变压器:转角信号变换成电压信号;转角信号变换成电压信号; 感应同步器:感应同步器:感应同步器:感应同步器:转角位移或直线位移转换成电压信号。转角位移或直线位移转换成电压信号。 种类:种类:种类:种类:下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录三三相相异异步步电电动动机机(three-phase asynchronous motor)主主要要部部件件是是由由定定子子和和转转子子两两大大部部分分组组
6、成成。此此外外,还还有有端端盖盖、机机座座、轴承、风扇等部件。轴承、风扇等部件。 电动机的外形电动机的外形电动机的外形电动机的外形下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录三相异步电动机的定子是由机座、定子铁心和定子绕组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。组成。基座基座 铁心铁心 定子绕组定子绕组 端盖端盖 一一一一一一. . . 定子定子定子定子定子定子下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录W2U2V2U1V1W1W2U2V2U1V1W1W2U2V2U1V1W1 接线柱的连接接线柱的连接接线柱的连接接线柱的连接 星形联结星形联结三角形联结三角形联结一
7、一一一一一. . . 定子定子定子定子定子定子下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录根据转子绕组结构的不同又分为笼型转子和绕线型转子。根据转子绕组结构的不同又分为笼型转子和绕线型转子。笼型转子笼型转子绕线型转子绕线型转子 转子铁心转子铁心 转轴转轴 二二二二二二. . . 转子转子转子转子转子转子下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录1. 1. 二极旋转磁场二极旋转磁场二极旋转磁场二极旋转磁场旋转磁场由三相电流通过三相旋转磁场由三相电流通过三相对称对称绕组产生。绕组产生。对称:对称:三相对称负载三相对称负载空间对称分布空间对称分布旋转磁场是三相异步电动机工作的基础。
8、旋转磁场是三相异步电动机工作的基础。电机是利用电与磁的相互转化和相互作用制成的。电机是利用电与磁的相互转化和相互作用制成的。一一一一一一. . . 旋转磁场旋转磁场旋转磁场旋转磁场旋转磁场旋转磁场(revolving magnetic field)(revolving magnetic field)(revolving magnetic field)下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录iUiViW tiO三相三相 (多相多相) 绕组中流过三相绕组中流过三相 (多相多相) 电流。电流。U1U2V1V2W2W1U1 U2 通入通入 iU V1 V2 通通入入 iV W1 W2 通通
9、入入 iW 一一一一一一. . . 旋转磁场旋转磁场旋转磁场旋转磁场旋转磁场旋转磁场1. 1. 二极旋转磁场二极旋转磁场二极旋转磁场二极旋转磁场下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录 t = 0U1W2V1U2W1V2NSiUiViW tiOi1=0,U1,U2端端电流流为零零U1V1 W1V2U2W2 t = 0一一一一一一. . . 旋转磁场旋转磁场旋转磁场旋转磁场旋转磁场旋转磁场1. 1. 二极旋转磁场二极旋转磁场二极旋转磁场二极旋转磁场i3为正,正,W1端流入,端流入,W2端流出端流出i2为负,V1端流出,端流出,V2端流入端流入下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章
10、目录章目录W2U1V2W1U2V1 t = = 90NS t = 90i1为正,正,U1端流入端流入,U2端流出端流出i2为负,V1端流出,端流出,V2端流入端流入i3为负,W1端流出,端流出,W2端流入端流入一一一一一一. . . 旋转磁场旋转磁场旋转磁场旋转磁场旋转磁场旋转磁场iUiViW tiOU1V1 W1V2U2W21. 1. 二极旋转磁场二极旋转磁场二极旋转磁场二极旋转磁场下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录2. 2. 四极旋转磁场四极旋转磁场四极旋转磁场四极旋转磁场t=0i1=0,U1,U2,U3,U4端端电流流为零零i2为负,V1,V3端流出端流出,V2,V4端
11、流入端流入i3为正正,W1, W3端流入端流入,W2, W4端流出端流出一一一一一一. . . 旋转磁场旋转磁场旋转磁场旋转磁场旋转磁场旋转磁场下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录t=90i1为正正,U1, U3端流入端流入,U2, U3端流出端流出i2为负,V1,V3端流出端流出,V2,V4端流入端流入i3为负,W1, W3端流出端流出,W2, W4端流入端流入一一一一一一. . . 旋转磁场旋转磁场旋转磁场旋转磁场旋转磁场旋转磁场2. 2. 四极旋转磁场四极旋转磁场四极旋转磁场四极旋转磁场下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录电流变化一周电流变化一周 旋转磁场
12、转一圈旋转磁场转一圈电流每秒钟变化电流每秒钟变化 50 周周 旋转磁场转旋转磁场转 50 圈圈 旋转磁场转旋转磁场转 3000 圈圈电流每分钟变化电流每分钟变化 (5060) 周周p = 1 时:时:电流变化一周电流变化一周 旋转磁场转半圈旋转磁场转半圈电流每秒钟变化电流每秒钟变化 50 周周 旋转磁场转旋转磁场转 25 圈圈 旋转磁场转旋转磁场转 1500 圈圈电流每分钟变化电流每分钟变化 (2560) 周周p = 2 时:时:一一一一一一. . . 旋转磁场旋转磁场旋转磁场旋转磁场旋转磁场旋转磁场3. 3. 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下一页下一页返回返回上一页
13、上一页退出退出章目录章目录 在在t=0到到90期期间,两极旋,两极旋转磁磁场旋旋转了了90,而四极,而四极旋旋转磁磁场旋旋转了了45。磁。磁场的磁极数(极的磁极数(极对数数p)越多,旋)越多,旋转磁磁场的的转速速n0 (称(称为同步同步转速速:synchronous speed)越低。)越低。规律是:律是: f 1= 50 Hz 时时,不同极对数(不同极对数(p)时的同步转速)时的同步转速n0如下如下:其中,其中, f 1为定子电流的频率为定子电流的频率一一一一一一. . . 旋转磁场旋转磁场旋转磁场旋转磁场旋转磁场旋转磁场3. 3. 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下
14、一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录旋转方向:取决于三相电流的相序。旋转方向:取决于三相电流的相序。4. 4. 旋转磁场的转向旋转磁场的转向旋转磁场的转向旋转磁场的转向旋转磁场是沿着:旋转磁场是沿着:U1V1W1U1U2V1V2W2W1i1i2L1L3L2U1U2V1V2W1W2i3i1i2ImOti3i1U1, i2V1, i3W1一一一一一一. . . 旋转磁场旋转磁场旋转磁场旋转磁场旋转磁场旋转磁场下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录旋转磁场是沿着:旋转磁场是沿着:U1W1V1U1U2V1V2W2W1L1L3L2U1U2V1V2W1W2i2i1i3i1U1,
15、 i2W1, i3V1任意对调两根电源进线,磁场反转。任意对调两根电源进线,磁场反转。一一一一一一. . . 旋转磁场旋转磁场旋转磁场旋转磁场旋转磁场旋转磁场4. 4. 旋转磁场的转向旋转磁场的转向旋转磁场的转向旋转磁场的转向下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录对称三相绕组对称三相绕组通入对称三相电流通入对称三相电流旋转磁场旋转磁场(磁场能量磁场能量)磁场切割磁场切割转子绕组转子绕组转子绕组中转子绕组中产生产生 e 和和 i转子绕组在磁场中转子绕组在磁场中受到电磁力的作用受到电磁力的作用转子旋转起来转子旋转起来机械负载机械负载旋转起来旋转起来三相交流电能三相交流电能输出机械能量
16、输出机械能量二二二二二二. . . 工作原理工作原理工作原理工作原理工作原理工作原理下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录1. 1. 电磁转矩电磁转矩电磁转矩电磁转矩(electromagnetic torque)(electromagnetic torque)的产生的产生的产生的产生 右手定则右手定则 左手定则左手定则二二二二二二. . . 工作原理工作原理工作原理工作原理工作原理工作原理下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录转子绕组(铜条)切割旋转磁场转子绕组(铜条)切割旋转磁场产生感应电流产生感应电流 用右手定则判断电流的方向用右手定则判断电流的方向电流在磁场
17、中受力电流在磁场中受力 用左手定则判断力的方向用左手定则判断力的方向 工作原理示意图工作原理示意图2. 2. 转子转速转子转速转子转速转子转速n n 小于磁场同步转速小于磁场同步转速小于磁场同步转速小于磁场同步转速 n n0 0n n0称异步电动机称异步电动机二二二二二二. . . 工作原理工作原理工作原理工作原理工作原理工作原理1. 1. 电磁转矩的产生电磁转矩的产生电磁转矩的产生电磁转矩的产生下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录异步电动机起动时异步电动机起动时: n = 0, s = 1在接近同步转速在接近同步转速n0时时: n n0 , s0 3. 3.电动机转速和旋转磁
18、场同步转速的关系:电动机转速和旋转磁场同步转速的关系:电动机转速和旋转磁场同步转速的关系:电动机转速和旋转磁场同步转速的关系: n 与与 n0 方向一致。方向一致。 n n0,转差率转差率 (slip):起动起动 (堵转堵转) 时时: n = 0,s = 1理想空载时理想空载时: n = n0,s = 0正常工作时正常工作时: 0 s T,则转子转速,则转子转速降低,转子切割旋转磁场的速度增大,转子电流增大,转子转矩增大,降低,转子切割旋转磁场的速度增大,转子电流增大,转子转矩增大,达到与负载转矩的平衡。达到与负载转矩的平衡。NMNMSS一一一一一一. . . 固有特性固有特性固有特性固有特性
19、固有特性固有特性下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录T = kTsR2U1p2R22+(sX2) 2 转矩特性转矩特性 返返 回回转矩与转差率之间的关系:转矩与转差率之间的关系:机械特性机械特性2. 2.临界状态(最大转矩临界状态(最大转矩临界状态(最大转矩临界状态(最大转矩maximum torquemaximum torque状态)状态)状态)状态)临界转差率临界转差率(critical slip)sM可由转矩公式对转差可由转矩公式对转差率率s求导数得到求导数得到,导数导数=0。将将sM代入转矩公式就能求得最大转矩代入转矩公式就能求得最大转矩TM三相异步电动机可以短时过载运
20、行,三相异步电动机可以短时过载运行,过载时过载时TN TL TM ,这时转子不转动,转子电流很大,时间一这时转子不转动,转子电流很大,时间一长,会烧坏电机。长,会烧坏电机。过载系数过载系数KM,通常为。通常为。SSNMNM一一一一一一. . . 固有特性固有特性固有特性固有特性固有特性固有特性下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录返返 回回3. 3.起动状态起动状态起动状态起动状态起动转矩起动转矩(starting torque)必须必须大于负载转矩,大于负载转矩,TSTL起动转矩与额定转矩的比值起动转矩与额定转矩的比值Ks一般为一般为起动电流起动电流(starting curr
21、ent)与额定电流的比值与额定电流的比值Kc一般为一般为5.57在转矩公式中,当在转矩公式中,当s=1时,就能求得起动转矩的计算公式:时,就能求得起动转矩的计算公式:一一一一一一. . . 固有特性固有特性固有特性固有特性固有特性固有特性T = kTsR2U1p2R22+(sX2) 2 转矩与转差率之间的关系:转矩与转差率之间的关系:转矩特性转矩特性 机械特性机械特性SSNMNM下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录返返 回回解:解:解:解: (1)(1) (2)(2) (3)(3)例题例题例例6.5.1:某三相异步电动机,额定功率某三相异步电动机,额定功率PN=45kW,额定转
22、,额定转速速nN=2 970r/min,KM, KS。若。若TL。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)短时运行;短时运行;(3)直接起动。直接起动。由于由于TN TL ,故可以带负载短时运行。,故可以带负载短时运行。 由于由于TSTL ,故可以带负载直接起动。,故可以带负载直接起动。 下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录1. 1. 降低定子电压降低定子电压降低定子电压降低定子电压U U1 1时的人为特性时的人为特性时的人为特性时的人为特性转矩特性转矩特性 机械特性机械特性由最大转矩的计算公式和起动转矩的计算公式,降低定由最大转矩的计算公式和起动转
23、矩的计算公式,降低定子电压子电压U U1 1时,三相异步电动机的最大转矩时,三相异步电动机的最大转矩时,三相异步电动机的最大转矩时,三相异步电动机的最大转矩T TMM和起动转矩和起动转矩T TS S都要减小。都要减小。二二二二二二. . . 人为特性人为特性人为特性人为特性人为特性人为特性下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录2. 2. 增加转子电阻增加转子电阻增加转子电阻增加转子电阻R2时的人为特性时的人为特性时的人为特性时的人为特性机械特性机械特性转子电阻转子电阻R2增加时,最大转矩增加时,最大转矩TM不变不变转子电阻转子电阻R2增加时,临界增加时,临界sM增大增大转子电阻转
24、子电阻R2增加时,起动转矩增加时,起动转矩TS随之变化。随之变化。转矩特性转矩特性 二二二二二二. . . 人为特性人为特性人为特性人为特性人为特性人为特性下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录 异步机的起动特性:异步机的起动特性:异步机的起动特性:异步机的起动特性: 起动电流大起动电流大: IS = KC IN =(57)IN 起动转矩小起动转矩小: TS = KSTN =()TN 影响:影响:影响:影响: 频繁起动时造成热量积累频繁起动时造成热量积累,易使电动机过热。易使电动机过热。 大电流使电网电压降低,影响其它负载工作。大电流使电网电压降低,影响其它负载工作。 良好的起动
25、良好的起动良好的起动良好的起动(startion)(startion)性能性能性能性能: : 起动电流小起动电流小 起动转矩大起动转矩大下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录1. 1. 直接起动(全压起动)直接起动(全压起动)直接起动(全压起动)直接起动(全压起动) (a) 小容量的电动机(二三十千瓦以下);小容量的电动机(二三十千瓦以下); (b) 电源容量足够大时。电源容量足够大时。2. 2. 减压起动减压起动减压起动减压起动 (a) Y- 减压减压起动:起动: 适用于:正常运行为适用于:正常运行为联结联结的电动机。的电动机。起起动动时时运运行行时时UVWUNI1LYUVWU
26、NI1L鼠笼式异步电机的起动鼠笼式异步电机的起动鼠笼式异步电机的起动鼠笼式异步电机的起动鼠笼式异步电机的起动鼠笼式异步电机的起动下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录设:定子每相阻抗为设:定子每相阻抗为 Z, Y接起动的起动转矩:接起动的起动转矩: Y接起动的起动电流:接起动的起动电流: Y 起起动动起起动动Y 起起 动动与与全压起动全压起动时起动电流和起动转矩比较时起动电流和起动转矩比较UVWUNI1LYUVWUNI1L:电源电压:电源电压2. 2. 减压起动减压起动减压起动减压起动下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录定子线电压比定子线电压比定子相电压比定子相电
27、压比起动电流比起动电流比起动转矩比起动转矩比电源电流比电源电流比Y形起动与形起动与形起动时起动电流和起动转矩比较形起动时起动电流和起动转矩比较定子相电流比定子相电流比= = 1UNUNU1LYU1L= = U1PYU1PU1PU1PY/ 313= = I1PYI1PU1PU1PY13= = ISYISI1PI1PY133= = IYIISISY13=( ) = U1PYU1PTSYTS2132. 2. 减压起动减压起动减压起动减压起动下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录 Y- 减压减压起动的特点:起动的特点: (1) 电源电压不变,定子绕组接法改变;电源电压不变,定子绕组接法改
28、变; (2) 降压比为降压比为 。 TsYTL, 适用于轻载或空载起动适用于轻载或空载起动 否则不能采用此法。否则不能采用此法。 Y- 减压减压起动的使用条件:起动的使用条件:2. 2. 减压起动减压起动减压起动减压起动下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录(b) 自耦变压器自耦变压器减压减压起动起动降压比降压比KA=UUN定子线电压比定子线电压比定子相电压比定子相电压比M3U UN定子相电流比定子相电流比起动电流比起动电流比电源电流比电源电流比起动转矩比起动转矩比= = KAUUNU1LaU1Lb= = KAU1LaU1LbU1PaU1Pb= = KAU1PaU1PbI1PaI
29、1Pb= = KAI1PaI1PbISaISb= = KAKAISaISbIaIb2=( ) = KAU1PaU1PbTSaTSb222. 2. 减压起动减压起动减压起动减压起动下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录 1)解解: :例例6.6.1:一台一台Y225M-4型的三相异步电动机,定子绕组型的三相异步电动机,定子绕组型型联结,其额定数据为:联结,其额定数据为:PN=45kW,nN=1480r/min,UN=380V, N=92.3%,cos N, KC = 7.0, Ks ,KM 求:求:1) 1) 额定电流额定电流IN? 2) ? 2) 额定转差率额定转差率sN? ?
30、3) 3) 额定转矩额定转矩TN 、最大转矩最大转矩TM 和起动转矩和起动转矩TS 。例题例题下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录 2)由由nN=1480r/min,可知,可知 p=2 (四极电动机)(四极电动机) 3)例题例题下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录解解:例例6.6.2:在上例中在上例中( (1 1) )如果负载转矩为如果负载转矩为 510.2Nm , , 试问在试问在U=UN 和和N两种情况下电动机能否起动?(两种情况下电动机能否起动?(2 2)采用)采用Y- - 换接起换接起动时,求起动电流和起动转矩。动时,求起动电流和起动转矩。 (3 3)
31、当负载转矩为额定转当负载转矩为额定转矩的矩的80%和和50%时,电动机能否时,电动机能否Y- Y- 换接起动?换接起动? (1) 在在U=UN时时 TSm 510.2 N. m 不能起动不能起动 (2) IS =KCIN=7 84.2=589.4 A 在在UN 时时能起动能起动例题例题下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录在在80%额定负载时额定负载时在在50%额定负载时额定负载时可以起动可以起动(3)不能起动不能起动例题例题下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录例例6.6.2:一台一台 Y250M-6 型三相笼型异步电动机,型三相笼型异步电动机,UN380 V,三
32、角形联结,三角形联结,PN = 37 kW,nN = 985 r/min,IN = 72 A,KS ,KC 。已知电动机起动时的负载转矩。已知电动机起动时的负载转矩TL = 250 Nm,从电源取用,从电源取用的电流不得超过的电流不得超过360 A,试问:,试问:(1) 能否直接起动?能否直接起动?(2) 能否采能否采用星形三角形起动?用星形三角形起动?(3) 能否采用能否采用 KA = 0.8 的自耦变压器起的自耦变压器起动?动? 解解 (1) 电动机的额定转矩电动机的额定转矩直接起动时的起动转矩和起动电流直接起动时的起动转矩和起动电流由于由于I= IS 360 A,所以不能直接起动。,所以
33、不能直接起动。TN = = Nm =359 Nm60 2 PN nN60 23.1437103985TS = KSTN = 1.8359 Nm = 646 NmIS = KCIN = 6.572 A = 468 A 例题例题下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录(2) 星形三角形起动时的起动转矩和起动电流星形三角形起动时的起动转矩和起动电流由于由于 TSY TL, IS 360 A,所以可以采用自耦变,所以可以采用自耦变压器起动。压器起动。TSY = TS = 646 Nm = 215 Nm1313 ISY = IS = 468 A = 156 A1313TSa = KATS = 0.8 646 Nm = 413 Nm22IS = KAIb= KAI = 0.8 468 A = 300 A222例题例题下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录习题