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1、本章要点本章要点本章要点本章要点: : : : 了解异步电动机的根本构造和任务原理了解异步电动机的根本构造和任务原理 掌握异步电动机的机械特性掌握异步电动机的机械特性; ; 掌握异步电动机启动、调速、制动的方法；掌握异步电动机启动、调速、制动的方法； 学会用机械特性的四个象限分析电动机运转形状；学会用机械特性的四个象限分析电动机运转形状； 掌握各种异步和同步电动机的运用场所。掌握各种异步和同步电动机的运用场所。第五章第五章 交流电动机的任务原理及特性交流电动机的任务原理及特性5.1 三相异步电动机的构造和任务原理交流电机异步电机、 异步电动机同步电机三相异步电动机同步发电机同步电动机单相异步电
2、动机分类:根本构造 转子5.1 5.1 三相异步电动机的构造和任务原理三相异步电动机的构造和任务原理定子定子铁心定子绕组机座转子铁心转子绕组转轴鼠笼式线绕式根本构造根本构造 转子转子5.1 5.1 三相异步电动机的构造和任务原理三相异步电动机的构造和任务原理定子定子定子铁心定子铁心定子绕组定子绕组机座机座转子铁心转子铁心转子绕组转子绕组转轴转轴鼠笼式鼠笼式线绕式线绕式NSTCn转差率 所以这种电动机称为异步电动机，也叫感应电动机。 定子线圈通三相交流电 产生旋转磁场 相当于转子切割磁力线运动 在转子回路中产生感应电流(右手定那么) 带电导体在旋转磁场中遭到电磁力 (左手定那么) 产生电磁转矩
3、使转子转动(方向与旋转磁场同向)电动机转动.任务原理5.1 5.1 三相异步电动机的构造和任务原理三相异步电动机的构造和任务原理转子与定子的转速不同转子与定子的转速不同S通常为：0.0150.060电流正方向为：电流正方向为：从各相绕组的首端流到末从各相绕组的首端流到末端为正。端为正。 AX AX BY BY CZ CZ5.1 5.1 三相异步电动机的构造和任务原理三相异步电动机的构造和任务原理旋转磁场的构成过程分析过程分析5.1 5.1 三相异步电动机的构造和任务原理三相异步电动机的构造和任务原理旋转磁场的构成A XBYCZ+a b c dS SN N过程分析过程分析5.1 5.1 三相异步
4、电动机的构造和任务原理三相异步电动机的构造和任务原理旋转磁场的构成结论：恣意两根导线对调就可以改动磁场旋转方向；旋转磁场的方向与三相电流的相序一致。旋转磁场的方向旋转磁场的方向5.1 5.1 三相异步电动机的构造和任务原理三相异步电动机的构造和任务原理旋转磁场的构成假设将定子做如下改动：上述分析可以得出：电流经过一个周期变化，旋转磁场在空间上也转过一转，假设电流频率为f，旋转磁场每分钟旋转 60f 转，即n0=60f。旋转磁场的的极数与旋转速度5.1 5.1 三相异步电动机的构造和任务原理三相异步电动机的构造和任务原理旋转磁场的构成过程分析：绕组在空间对称分布，每相绕组由两部分串连而成。此时，
5、磁极对数p=2。电流变化了半个周期，磁场在空间转过1/4 转。旋转磁场的的极数与旋转速度5.1 5.1 三相异步电动机的构造和任务原理三相异步电动机的构造和任务原理旋转磁场的构成结论：因此假设有p对磁极，那么磁场的转速为：n0=60f/p例如：f为电源频率50HZ;p为电动机的磁极对数.p=1时,同步转速为3000r/min;p=2时,同步转速为1500r/min;p=3时,同步转速为1000r/min.当电动机接入电源的线电压等于电动机的额定相电压时，应接成三角形；假设是相电压的 倍，应接成星形。如：铭牌标有 和380/220时，电源线电压为380V时接成星形，为220V时接成三角形。5.1
6、 5.1 三相异步电动机的构造和任务原理三相异步电动机的构造和任务原理定子绕组线端衔接方式图5.15 星形衔接图5.15 三角形衔接图5.14 出线端陈列定子电路定子电路定子电路定子电路5.2 三相异步电动机的定子与转子电路定子电路定子电路定子电路定子电路5.2 三相异步电动机的定子与转子电路转子电路转子电路转子电路转子电路5.2 三相异步电动机的定子与转子电路转子电路转子电路转子电路转子电路5.2 三相异步电动机的定子与转子电路转子电路转子电路转子电路转子电路5.2 三相异步电动机的定子与转子电路三相异步电动机的转子电路的各个物理量如:转子感应电势E2、I2、X20、cos2等都与转差率 S
7、有关，也即与转速 n有关。转子电路转子电路转子电路转子电路5.2 三相异步电动机的定子与转子电路例:一台4极三相异步电动机,电源频率50Hz, 额定转速1440r/min,转子电阻0.02欧,转子电抗0.08欧,转子电动势E20=20V,求: 1)电动机的同步转速;2)电动机起动时的转子电流.解;1)电动机为4极,磁极对数p=2,有n0=60f/P=3000/2=1500r/min 2)电动机起动时的转子电流 举例三相异步电动机的额定值1)型号，如Y90S-4、Y112M-4；2)额定功率PN：在额定情况下，电动机轴上输出的 机械功率;3)额定电压UN：在额定情况下，定子绕组应加的线 电压值;
8、4)额定频率f：在额定情况下，定子外加电压的频率;5)额定电流IN：在额定情况下，定子的线电流值;6)额定转速nN(SN)：在额定情况下,电动机的转速;7)温升(或绝缘等级)。5.2 三相异步电动机的定子与转子电路绝缘的温度等级: A级 E级 B级 F级 H级 最高允许温度: 105 120 130 155 180 2) 额定效率：在额定频率、额定电压和电动机轴上输出额定功率时电动机输出机械功率与输入电功率之比，其表达式为3) 额定负载转矩TN：电动机在额定转速下输出额定功率时轴上的负载转矩。5.2 三相异步电动机的定子与转子电路根据以上数据求出其他额定值：1) 额定功率因数：在额定频率、额定
9、电压和电动机轴上输出额定功率时，定子相电流与相电压之间相位差的余弦 cosN。 5.2三相异步电动机的定子电路与转子电路三相异步电动机的能流图三相异步电动机的能流图直流电动机：交流电动机：讨论：1)当cos2 =1，纯电阻性负载，I2与E2同向；2)当cos2=0，纯感性负载, I2与E2相差90度；T=0。3)cos2 TL，且启动转矩越大越好；启动电流IST越小越好，太大对电机和电网都不好；启动平滑，以减小对机械的冲击；启动设备平安可靠，力求构造简单，操作方便；启动过程中的功率损耗越小越好；其中，前两条是衡量电动机启动性能的主要技术目的。5.4 三相异步电动机的启动特性鼠笼型异步电动机的启
10、动方式： (1)全压直接启动(2)降压启动启动电流大启动转矩小特点：直接启动电流大，由于功率因数低，启动转矩小。对电动机启动的主要要求5.4 三相异步电动机的启动特性ststtstIKT22cosjf=特点： 控制线路简单； 维修任务量小； 启动电流大；运用场所：通常对中、小容量的异步电动机均采用直 接启动方式。将电动机的定子绕组经过闸刀开关直接接入电源，在额定电压下进展启动。5.4 三相异步电动机的启动特性直接启动直接启动条件：独立变压器供电时：电动机启动频繁，电动机功率小于变压器容量的20；电动机不经常启动，电动机功率小于变压器30没有独立的变压器供电(即与照明共用电源)：电动机启动比较频
11、繁，满足以下关系那么可直接启动。5.4 三相异步电动机的启动特性直接启动电动机功率电源总容量额定电流启动电流+443NstII启动时降低加在电动机定子绕组上的电压，当转速接近额定值时，再将电压恢复到额定值，使之在全电压下运转。降压启动只适用于启动时负载转矩不大的情况，如轻载或空载。由于机床电动机普通都为空载启动，所以常采用降压启动方式。常用的降压启动方式有：定子串电阻或电抗器降压启动、Y 降压启动、自耦变压器降压启动等。5.4 三相异步电动机的启动特性降压启动特点：启动转矩随定子电压的平方关系下降，故它只适用于空载或轻载启动 1定子电路串电阻或电抗器降压启动不经济,在启动过程中，电阻器上消能量
12、大，不适用于经常启动的电动机，假设采用电抗器替代电阻器，那么所需设备费较贵，且体积大。5.4 三相异步电动机的启动特性降压启动启动时，定子绕组先连成 Y 形，转速接近额定转速时，将电动机定子绕组连成形,电动机进入正常运转2 Y-降压启动优点：设备简单、经济；启动电流小；缺陷：启动转矩小；启动电压不能按 实践需求调理适用场所：空载或轻载启动,且正常运转时,定子绕组为三角形衔接的异步电动机。5.4 三相异步电动机的启动特性降压启动利用自耦变压器来降低电动机启动时的电压，到达限制启动电流的目的。3自耦变压器降压启动启动原理：U 2 / U l = N 2 / N l = K，I1 / I 2 = K
13、， K0.2 电动机不宜直接起动电动机不宜直接起动. (2)(2)电动机的额定转矩和起动转矩分别为电动机的额定转矩和起动转矩分别为 TN=9550(PN/nN)= 9550(750/1480)=484Nm TN=9550(PN/nN)= 9550(750/1480)=484NmTst=1.9TN=1.9X484=920NmTst=1.9TN=1.9X484=920Nm假设采用假设采用Y- Y- 降压起动降压起动, ,那么起动转矩仅为起动转矩的三分之一那么起动转矩仅为起动转矩的三分之一, ,即即TstY=1/3X920=307200=TLTstY=1/3X920=307200=TL因此因此, ,
14、可以采用可以采用Y- Y- 降压起动降压起动. . 例1:一台Y280S-4三相鼠笼式异步电动机,PN=75kW,nN=1480r/min,Tst/TN=1.9,电动机由320kVA的变压器单独供电,电动机所带负载转矩TL=200Nm,问(1)电动机频繁启动时，能否直接起动?(2)电动机能否用Y- 降压起动?举例 电动机的调速 速度调理&速度变化5.5 三相异步电动机的调速特性可知，要改动转速n，那么可以经过改动S 、f 、p 几个参数来实现。 异步电动机的转矩、转速公式：调速方法 在实践中，存在大量的消费机械，只需求几种特定的转速，且对启动性能没有太高要求，在这种情况下，可用变极对数的调速方
15、法。 磁极对数 p 的改动，取决于电动机定子绕组的接线方式。经过改动定子绕组的接线，就可以改动电动机的磁极对数。5.5.1改动磁极对数调速 特点：多速电动机虽其体积稍大、价钱稍高、只能有级调速、但因构造简单、效率高、特性好，调速时所需附加设备少，因此，广泛用于机电结合调速的场所，特别是中、小型机床。改动极对数调速)1(60)1(0SpfSnn-=-=改动极对数调速单绕组双速电机5.5.1改动磁极对数调速NSA1A2X1X2A1X1A2X2每相绕组每相绕组中两个线中两个线圈并联时圈并联时( p=1) NNSSA1X1A2 X2每相绕组每相绕组中两个线中两个线圈串联时圈串联时( p=2) A1X1
16、A2X2改动极对数调速5.5.1改动磁极对数调速Y-YY属于恒转矩调速-YY属于恒功率调速在变极调速时，不仅使转速发生变化，且使电流相序也发生变化，因此在变极同时需求改动相序。调压调速在定子电路中串电阻(或电抗)和用晶闸管调压调速都是属于这种调速方法。 特点： n0=60f/p不变，Sm不变，TST 、Tmax 减小； 可以实现无级调速； 对于恒转矩负载，D较小，对于通风机负载，D较大； 低速时发热严重，稳定性差5.5.2 改动转差率调速调压特性调压调速5.5.2 改动转差率调速调压损耗及其容量限制电磁功率：机械功率：转差功率：转子电路串电阻调速特点： n0 ，Tmax不变，Sm随R2添加而添
17、加； 有级调速，调速范围小，相对稳定性差； 适用于线绕式异步电动机，其启动电阻可兼作调速电阻用运用场所：用在反复短期运转的消费机械中 例如，在起重、运输设备5.5.2 改动转差率调速串级调速思绪：转子电路串电阻实践是经过添加转子电路的铜耗来减低转速； 假设用一个频率和转子频率f2一样，相位和转子电势相反的附加电势来吸收转差功率，也可使实践输出功率减小，转速降低的目的；5.5.2 改动转差率调速 普通原理特点：优点是运转效率高；缺陷是体积随调速范围扩展而扩展，造价高。 调速原理：电磁转差离合器调速5.5.2 改动转差率调速改动整流电压励磁电流磁极的转速负载的转速 调速系统原理图：改改 动动电压电
18、压 滑差电机滑差电机电磁转差离合器调速5.5.2 改动转差率调速 调速系统机械特性：电磁转差离合器调速5.5.2 改动转差率调速引入速度负 反响后左图所示的机械特性不能直接运用于速度要求比较稳定的任务机械上。普通都要接入转速负反响4212/fIKTnn-= 调速特点： 经过改动电磁离合器的励滋电流来实现调速的，对异步电动机本身并不进展调速。 优点：构造简单、运转可靠、维护方便、加工容易、能平滑调速。用闭环系统可扩展笼型转子异步电动机的调速范围和调速精度。 缺陷：必需添加电磁转差离合器设备，低速运转时损耗较大而且调速效率比较低。 电磁转差离合器调速5.5.2 改动转差率调速变压变频调速改动电源频
19、率需求专门的变频安装，控制电路复杂、本钱较高，但可实现大范围的无级调速，是一种理想的调速方法。5.5.3 变频调速适宜于额定频率f1N以下调速 由：知：为了坚持Tm不变，调速时需求坚持磁通不变；因此需求坚持U1/f1=常数。恒压弱磁变频调速5.5.3 变频调速基频以下属于恒转矩调速，基频以上根本上属于恒功率调速。变频调速的特点5.5.3 变频调速调速范围广调速平滑性好静态特性和动态特性可以和直流调速相比国家报告:中国发电量的66%耗费在电动机上,全国电动机总装机容量超越4亿千瓦,有70%拖动的是风机,泵,紧缩机,这其中一半即7500万千瓦适宜调速.从目前变频器运用情况看,平均节电30%.200
20、5年国家“节能中长期专项规划的十大重点节能工程中,第5项就是电机系统节能工程,“十一.五期间,将构成200亿千瓦时的节电才干.经济效益高各种调速方法比较5.5 三相异步电动机的调速特性5.6 5.6 三相异步电动机的制动特性三相异步电动机的制动特性制动：从某一稳定转速开场减速到停顿或是限制 位能负载下降速度的一种运转形状。制动方式： 反响制动 反接制动 能耗制动22jfcosIKTt= 这时电流改动了方向，电磁转矩也随之改动方向，即T与n的方向相反，起制动作用。5.6 5.6 三相异步电动机的制动特性三相异步电动机的制动特性 因某种缘由异步电动机的运转速度高于它的同步速度，异步电动机就进入发电
21、形状。反响电能给电网所以，反响制动又称发电制动反响制动n nn0n0N NS S正转反转 改动转子电路串入的电阻，可以调理重物下降速度，为了不致因电机转速太高而呵斥运转事故，转子附加电阻的值不允许太大。 情况一：负载转矩为位能性转矩如：起重机械下放重物时5.6 5.6 三相异步电动机的制动特性三相异步电动机的制动特性反响制动n0=60f/p如：某消费机械采用双速电动机传动，由高速运转时为4极(2P4)，向低速8极(2P8)切换过程。情况二：在变极调速或变频调速过程中，使n0忽然降低时。5.6 5.6 三相异步电动机的制动特性三相异步电动机的制动特性反响制动由于反接制动时电流很大对鼠笼式电动机常
22、在定子电路中串接电阻；对线绕式电动机那么在转子电路中串接电阻，以减小电流。 假设正常运转时异步电动机三相电源的相序忽然改动，即电源反接，此时电动机出现制动形状。5.6 5.6 三相异步电动机的制动特性三相异步电动机的制动特性反接制动 电源反接制动n nn0n0N NS S转子电路转子电路内串入较内串入较大的附加大的附加电阻电阻5.6 5.6 三相异步电动机的制动特性三相异步电动机的制动特性反接制动 倒拉反接制动 位能负载转矩超越电磁转矩的时候，出现倒拉反接制动。 例如 起重机下放重物，为了使下降速度不致太快，就常用这种任务形状5.6 5.6 三相异步电动机的制动特性三相异步电动机的制动特性能耗
23、制动 先切断交流电源，再在定子两相绕组内通不断流电，产生制动力矩。n nn0n0N NS S优缺陷： 制动平稳,可以经过调理直流电流调理制动转矩 If =(2-3)IN； 不会反转； 需直流电源，当 n=0 时，要及时切断直流电源， 否那么会烧毁电机。5.6 5.6 三相异步电动机的制动特性三相异步电动机的制动特性能耗制动A X任务原理任务原理: :i i磁场不旋转，磁通或磁感应强度交变磁场不旋转，磁通或磁感应强度交变 5.7 单相异步电动机1. 1. 单相异步电动机的磁场单相异步电动机的磁场 脉动磁场可以分解成两个转速一样，方向相反的旋转磁场。 5.7 单相异步电动机任务原理任务原理: :1
24、)单相异步电动机没有自启动才干；2)单相异步电动机一旦启动，它能自行加速到稳定运转形状，其旋转方向不固定完全取决于启动时的旋转方向。 n=0，T=0，故不能启动 5.7 单相异步电动机结论:任务原理任务原理 5.7 单相异步电动机启动和换向启动和换向单向单向双向双向 5.7 单相异步电动机启动和换向启动和换向根本构造根本构造 励磁励磁绕组绕组隐隐极极式式凸凸极极式式 5.8 同步电动机任务原理任务原理 5.8 同步电动机同步电动机的运转特性同步电动机的运转特性 机械特性 5.8 同步电动机同步电动机的启动 结论：平均转矩为零,不能直接启动。启动方法：转子上装启动绕组，和异步电机类似；到达一定转速后，转子接入励磁电流，将转速拉到同步转速，启动绕组失去作用。 5.8 同步电动机第五章第五章 小小 结结 了解异步电动机的根本构造和任务原理；了解异步电动机的根本构造和任务原理； 掌握异步电动机的机械特性；掌握异步电动机的机械特性； 掌握异步电动机启动、调速、制动的方法；掌握异步电动机启动、调速、制动的方法； 学会用机械特性的四个象限分析异步电动机的运转学会用机械特性的四个象限分析异步电动机的运转 形状；形状； 掌握各种异步电动机的运用场所。掌握各种异步电动机的运用场所。作业作业51、2、5、7、11、15、24、27
