电工学第五章电动机.ppt

第 五 章 电 动 机,图片1,上一页,下一页,返 回,图片2 齿轮减速三相异步电动机,上一页,下一页,返 回,图片3 防爆式,上一页,下一页,返 回,图片4 绕线式异步机,上一页,下一页,返 回,图片5,上一页,返 回,图片6,上一页,下一页,返 回,图片7 转子,上一页,下一页,返 回,图片8 转子,上一页,下一页,返 回,图片9 定子绕组,上一页,下一页,返 回,图片10,上一页,下一页,返 回,图片11 直流电机,上一页,下一页,返 回,图片12 小直流电机,上一页,返 回,图片13 步进电机,下一页,返 回,图片14 步进电机,上一页,下一页,返 回,图片15 交流伺服电机,下一页,返 回,图片16 同步电动机,下一页,返 回,图片17 三相同步电机,上一页,下一页,返 回,上一页,下一页,返 回,图片18 单相电容起动电动机,图片19,图片20,图片21,图片22,第五章 电动机,5-1 三相异步电动机,三相异步电动机的结构,异步电动机转动原理,三相异步电动机的特性,三相异步电动机的启动与调速,三相异步电动机的额定值,作业：5-1，5-2,电动机,电动机的分类,三相异步电动机的组成,鼠笼式电动机的各部件,一、三相异步电动机的结构,定子,定子绕组 （三相）,机座,5.1 三相异步电动机,U、V、W分别代表三个线圈；角标1表示线圈的首端，角标2表示线圈的末端。,定子由定子铁心、定子绕组、机座三部分组成。,定子铁心:一般采用0.5mm厚并涂有绝缘漆的硅钢片叠压而成，形状为环行，沿内圆表面均匀轴向开槽。 作用：一是导磁，二是安放绕组。,1、定子,定子绕组：由漆包线绕制而成。连接方式有三角形或星形两种。 * 作用：形成旋转磁场。,机座：中小型电机采用铸铁机座；大型电机采用钢板焊接机座。 作用：支撑定子铁心。,定子硅钢片,装有三相绕组的定子,注意：机座外有一接线盒，选择不同的接线方式可以使定子绕组的接线形式选为星形或为三角形。,接线盒,注：定子绕组的连接方式分别为星形连接与三角形连接。,2、转子,转子主要由转子铁心和转子绕组组成。,转子铁心:它用0.5mm厚且外圆周冲有转子槽形的硅钢片叠压而成。 作用：一是导磁，二是安放绕组。,转子绕组,2 三相异步电动机的工作原理,一、三相异步电动机的工作原理,磁极旋转,导线切割磁力线产生感应电动势,导线长,切割速度,（右手定则）,（左手定则）,注意：受力方向与磁场旋转方向一致,异步,2. 线圈比磁场转得慢,电动机的几个问题,怎样产生磁场？（在定子上加怎样的电流？）,产生什么样的磁场？,转子上如何产生电流？（感生的还是外加？）,产生怎样的电磁转矩？,直流产生固定磁场，交流产生交变磁场。磁场的规律与外加电压的规律相同,转子线圈的磁通发生改变，产生转矩旋转。,定子使固定在铁心上的，如何产生旋转 磁场？,通以交流电,二、旋转磁场的产生,异步电动机中,旋转磁场代替了旋转磁极,约定:电流为正时，电流由线圈的首端流进，末端流出；电流为负时，电流由线圈的末端流进，首端流出。,条件：把三相定子绕组接成星形接到对称三相电源，定子绕组中便有对称三相电流流过。产生旋转磁场。,U1,U2,V2,w1,V1,w2,U1,U2,V1,V2,W1,W2,电动机内部 合成磁场方向： 向下,同理分析，可得其它电流角度下的磁场方向：,U1,U2,V2,w1,V1,w2,三、旋转磁场的转速大小,交流电变化 一个周期，旋转磁场在空间转过360。则 同步转速（旋转磁场的速度）为：,W1,U1,U2,V2,V1,W2,W1,W1,U1,U2,V2,V1,W2,W1,t,三相异步电动机的同步转速（旋转磁场转速）,旋转方向：取决于三相电流的相序。,注意：只要将接入定子绕组的三相交流电任意换接其中两相，旋转磁场的方向改变，电机的旋转方向也改变。,四、旋转磁场的旋转方向,结论：,(1)在对称的三相绕组中通入三相电流，可以产生在空间旋转的合成磁场。,(2)磁场旋转方向与电流相序一致。电流相序为A-B-C时磁场顺时针方向旋转；电流相序为A-C-B时磁场逆时针方向旋转。交换任意两相输入就可以使电机反转。,(3)磁场转速(同步转速)与电流频率有关，改变电流频率可以改变磁场转速。对两极(一对磁极)磁场，电流变化一周，则磁场旋转一周。同步转速no与磁场磁极对数p的关系为：,五 转子转动原理和转差率,旋转磁场 转子电流电磁转矩使转子沿着旋转磁场的方向旋转。,静止的转子与旋转磁场之间有相对运动，在转子导体中产生感应电动势，并在形成闭合回路的转子导体中产生感应电流，其方向用右手定则判定。转子电流在旋转磁场中受到磁场力F的作用，F的方向用左手定则判定。电磁力在转轴上形成电磁转矩。电磁转矩的方向与旋转磁场的方向一致。,电动机在正常运转时，其转速n总是稍低于同步转速no，因而称为异步电动机。 异步电动机同步转速和转子转速的差值与同步转速之比称为转差率，用s表示，即：,转差率是异步电动机的一个重要参数。异步电动机在额定负载下运行时的转差率约为1%9%。,例：有一台4极感应电动机，电压频率为50 Hz，转速为1440 rmin，试求这台感应 电动机的转差率。,解：因为磁极对数：,所以同步转速为：,转差率为：,空载运行是指电动机通电后已经转动但没有带机械负载的情况。 特点：空载电流小，功率因数和效率都很低。 注意：选则电动机时，不要用大容量的电动机去拖动小功率的机械负载（俗称“大马拉小车”）。,有载运行是指电动机拖动一个生产机械运转，电动机的转速和电流会随着负载的变化而变化。,一、空载运行,二、有载运行,三、三相异步电动机的特性,1转子电路分析,相对转速为 sn0，电流（大小和频率）决定于S。,相对转速为旋转磁场转速减转子转速，为sn0,为n=0，即s-1时的转子漏抗。,结论：转子电流随转差率减小而减小。在启动时最大。,电磁转矩 T：转子中各载流导体在旋转磁场的作用下, 受到电磁力所形成的转距之总和。跟转子电流的有功分 量 I2和cos2和磁通有关。,常数,每极磁通,转子电流,转子电路的,转矩公式的推导,得到转矩公式,2、三相电动机的特性,1,0,电动机的机械特性曲线：电动机产生的电磁转矩T与转子转速n的关系曲线。,转矩特性曲线,机械特性曲线,S=0,S=1,根据：,额定转矩,额定转速,T,3、三个重要转矩,当电动机的启动转矩TST大于负载阻转矩TL时，电动机转动起来。否则将起动不了。,n1,T,n2,式中PN是电动机的额定功率，单位为kW；nN是电动机的额定转速，单位是r/min。TN单位:（牛顿米）,nN,解：第一台：,第二台：,如果 电机将会 因带不动负载而停转。,n1,T,n2,电动机的启动能力,约为1.02.2。笼式异步电动机为1.01.2。,电动机的过载能力，约为1.62.5。 一般异步电动机约为2.,电动机的自适应负载能力,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。,4、电磁转矩与电源电压的关系,结论：,电动机的电磁转矩对电压很敏感，电磁转矩T与电动机定子绕组所加电压U的平方成正比。,TU2,例已知某三相异步电动机UN=380V，cosN=0.82效率=84%，额定功率PN=4KW，额定转速nN=1440r/min，试求：额定电流、额定转矩TN、启动转矩Tst、最大转矩Tm（过载能力为2.2，启动能力为1.8）。试问在电压降低30%（即电压为额定值的70%）、负载阻转矩为额定值的80%的重载情况下，能否启动？为什么？满载时能否启动？为什么？,解:,因为,所以求得,IN=8.8A,当电压降低30%时,根据TU2，对应的启动转矩,额定转矩,当负载满载时,不可以启动,四. 三相异步电动机的启动、调速、制动,1、三相异步电动机的启动,电动机从接通电源至加速到正常转速的过程，称为启动过程。 对于小型电机需几秒种，大型电机则需十几秒甚至几十秒。,起动电流 Ist ：,中小型鼠笼式电机起动电流为额定电流的5-7 倍。,大电流使电网电压降低,频繁起动时造成热量积累 电机过热,影响：,定子电流很大,原因：起动时n2=0 ，转子导条切割磁力线速度很大。,转子感应电动势很大,转子电流很大,影响其它负载正常工作,三相异步机的起动方法：,（1） 直接起动。十千瓦以下的异步电动机一般 采用直接起动。,（3）转子串电阻起动。,（2）,Y 起动应注意的问题：,（1）仅适用于正常接法为三角形接法的电机。,所以降压起动适合于空载或轻载起动的场合。,Y 起动,Y 起动,设：电机每相阻抗为Z,Il,自耦变压器上备有抽头，以便根据所要求的起动转矩来选择不同的电压。,自耦变压器降压启动,优点:不受电动机绕组接线方法的限制，常用于起动容量较大的电动机。,缺点:是设备费用高，不宜频繁起动。,转子串电阻起动,起动时将适当的R串入转子绕组中，起动后将R短路。,电动机启动时,达到限制启动电流的目的,2、三相异步电动机的调速,1. 变频调速 无级调速,此种调速方法发展很快，且调速性能较好。其主要环节是变频电源（常由整流器、逆变器等组成）。,随着电子器件的成本不断降低和可靠性不断提高，这种调速方法的应用将越来越广泛。,调速方法：,2. 变极调数 有级调速。,通过改变定子绕组的接法来改变磁极对数p，达到调速的目的。,注意：只能实现小范围调速。,调速性能差,电风扇调速电路,制动方法： 1. 抱闸：加机械抱闸； 2. 反接制动：停车时，将电动机接电源的任意 两相反接，使电动机产生的旋转磁场方向与原来的旋转方向相反，以达制动的目的；,3、三相异步电动机的制动,注意：,3. 能耗制动：停车时，断开交流电源，将任意两相 接到直流电源上，产生制动转矩；,五、三相异步电动机铭牌数据,图片15 电动机的铭牌,上一页,下一页,返 回,2. 额定功率P2N： 4.0KW指电机在额定运行时转轴上输出的机械功率。,3.额定频率fN（50Hz）电动机所接交流电的频率。,4. 额定电压UN：定子绕组在指定接法下应加的线电压。,说明：一般规定电动机的运行电压不能高于或低于额定值的 5 。,线 电 压,线 电 压,例：380/220 Y/是指：线电压为380V时采用Y接法； 当线电压为220V时采用接法。,W1,5. 额定电流IN：定子绕组在指定接法下的线电流。,如：,表示三角接法下，电机的线电流为11.2A，相电流为6.48A；星形接法时线、相电流均为6.48A。,6. 转速nN: 额定运行时电机轴上的转速。,如： n =1440 转/分,7.工作制 S1是指电动机可以在铭牌标出的额定状态 下连续运行，即连续工作制。S2表示短时工作制，S3表示断续周期工作制。,8.接法：表示在额定运行时，定子绕组应采用的联结方式。,9防护等级IP44：防护等级由字母IP和两个数字组成，IP是(International 国际)与(Protection防护)的首写字母，IP后面的第一个数