维修电工培训直流电机、交流电机

1、绪论绪论第一章第一章 直流电机直流电机的工作原理的工作原理第二章第二章 直流电动机的电力拖动直流电动机的电力拖动第三章第三章 三相异步电动机三相异步电动机第四章第四章 三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动电机及拖动 为什么要学电机？为什么要学电机？ 请同学们就电机的相关应用举例。请同学们就电机的相关应用举例。绪 论 电机是利用电机是利用电磁感应原理电磁感应原理工作的机械。工作的机械。 电机常用的分类是按功能分，有发电机、电动机、变压器和电机常用的分类是按功能分，有发电机、电动机、变压器和控制电机四大类；控制电机四大类；归纳如下归纳如下： 电机电机变压器变压器直流电机直流电机直流发电

2、机直流发电机直流电动机直流电动机交流电机交流电机控制电机控制电机同步电机同步电机同步发电机同步发电机同步电动机同步电动机异步电机异步电机异步发电机异步发电机异步电动机异步电动机电机功能发电机：发电机： 机机电电电动机：电动机： 电电机机控制电机：信号变换与传输控制电机：信号变换与传输绪 论 电机拖动系统电机拖动系统是用电动机来拖动机械运行的系统。包括：是用电动机来拖动机械运行的系统。包括：电动机、传动机构、生产机械、控制设备和电源五个部分。电动机、传动机构、生产机械、控制设备和电源五个部分。它们之间的关系如下它们之间的关系如下 电动机电动机传动机构传动机构生产负载生产负载控制设备控制设备电源电

3、源1.1 直流电机的基本工作原理和结构1.1.1 直流电机的主要结构主磁极主磁极：产生恒定的气隙磁通，由铁心和励磁绕组构成：产生恒定的气隙磁通，由铁心和励磁绕组构成换向磁极换向磁极：改善换向。：改善换向。电刷装置电刷装置：与换向片配合：与换向片配合, ,完成直流与交流的互换完成直流与交流的互换机座和端盖机座和端盖：起支撑和固定作用。：起支撑和固定作用。定子定子转子转子电枢铁心电枢铁心：主磁路的一部分，放置电枢绕组。：主磁路的一部分，放置电枢绕组。电枢绕组电枢绕组：由带绝缘的导线绕制而成，是电路部分。：由带绝缘的导线绕制而成，是电路部分。换向器换向器：与电刷装置配合：与电刷装置配合, ,完成直流

4、与交流的互换完成直流与交流的互换转轴转轴轴承轴承第一章 直流电机的工作原理直流电机的构造NSNS 直流电机由定直流电机由定子子(磁极磁极)、转子、转子(电枢电枢)和机座等和机座等部分构成。部分构成。直流电机工作原理1.1.2 直流电机的工作原理直流电机的工作原理1.1 直流电机的基本工作原理和结构一、直流发电机工作原理 右图为直流发电机的物理模型，右图为直流发电机的物理模型，N N、S S为定子磁极，为定子磁极，abcdabcd是固定在可是固定在可旋转导磁圆柱体上的线圈，线圈连旋转导磁圆柱体上的线圈，线圈连同导磁圆柱体称为电机的转子或电同导磁圆柱体称为电机的转子或电枢。线圈的首末端枢。线圈的首

5、末端a a、d d连接到两个连接到两个相互绝缘并可随线圈一同旋转的换相互绝缘并可随线圈一同旋转的换向片上。转子线圈与外电路的连接向片上。转子线圈与外电路的连接是通过放置在换向片上固定不动的是通过放置在换向片上固定不动的电刷进行的。电刷进行的。直流发电机直流发电机是将机械能转变成电能的旋转机械。是将机械能转变成电能的旋转机械。直流电动机的换向换向器的作用换向器的作用 直流电机的某一个元件经过电刷，从一条支路直流电机的某一个元件经过电刷，从一条支路换到另一条支路时换到另一条支路时, ,元件里的电流方向改变，即换元件里的电流方向改变，即换向。向。抢答: 一直导体放在磁场中，并与磁力线垂直，当导体运动

6、的方向与磁力线方向成()夹角时导体中产生的电动势最大。 A、90 B、30 C、45 D、0 答案: A 法拉第电磁感应定律回路中的一部分导体做切割磁感线的运动，产生的感应电动势计算公式为EBLvsin，式中为导体运动方向与磁感线方向的夹角 当原动机驱动当原动机驱动电机转子逆时针旋电机转子逆时针旋转时同，线圈转时同，线圈abcdabcd将感应电动势。如将感应电动势。如右图，导体右图，导体abab在在N N极极下，下，a a点高电位，点高电位，b b点低电位；导体点低电位；导体cdcd在在S S极下，极下，c c点高电点高电位，位，d d点低电位；电点低电位；电刷刷A A极性为正，电刷极性为正，

7、电刷B B极性为负。极性为负。 当原动机驱动电机转子逆时针当原动机驱动电机转子逆时针旋转旋转 后，如右图后，如右图。0180 与电刷与电刷A A接触的导体总是位于接触的导体总是位于N N极下，与电刷极下，与电刷B B接触的导体总是位接触的导体总是位于于S S极下极下, ,电刷电刷A A的极性总是正的，的极性总是正的，电刷电刷B B的极性总是负的，在电刷的极性总是负的，在电刷A A、B B两端可获得直流电动势。两端可获得直流电动势。 导体导体abab在在S S极下，极下，a a点低电位，点低电位，b b点高电位；导体点高电位；导体cdcd在在N N极下，极下，c c点点低电位，低电位，d d点高

8、电位；电刷点高电位；电刷A A极性极性仍为正，电刷仍为正，电刷B B极性仍为负。极性仍为负。 实际直流发电机的电枢是根据实际需要有多个线圈。线圈分实际直流发电机的电枢是根据实际需要有多个线圈。线圈分布在电枢铁心表面的不同位置，按照一定的规律连接起来，构成布在电枢铁心表面的不同位置，按照一定的规律连接起来，构成电机的电枢绕组。磁极也是根据需要电机的电枢绕组。磁极也是根据需要N N、S S极交替旋转多对。极交替旋转多对。二、直流电动机工作原理 把电刷把电刷A A、B B接到直流电源上，接到直流电源上，电刷电刷A A接正极，电刷接正极，电刷B B接负极。此接负极。此时电枢线圈中将电流流过。时电枢线圈

9、中将电流流过。 直流电动机直流电动机是将电能转变是将电能转变成机械能的旋转机械。成机械能的旋转机械。 在磁场作用下，在磁场作用下，N N极性下导体极性下导体abab受力方向从右向左，受力方向从右向左，S S 极下导极下导体体cdcd受力方向从左向右。该电磁受力方向从左向右。该电磁力形成逆时针方向的电磁转矩。力形成逆时针方向的电磁转矩。当电磁转矩大于阻转矩时，电机当电磁转矩大于阻转矩时，电机转子逆时针方向旋转。转子逆时针方向旋转。 原原N N极性下导体极性下导体abab转到转到S S极极下，受力方向从左向右，原下，受力方向从左向右，原S S 极下导体极下导体cdcd转到转到N N极下，受力方极下

10、，受力方向从右向左。该电磁力形成逆向从右向左。该电磁力形成逆时针方向的电磁转矩。线圈在时针方向的电磁转矩。线圈在该电磁力形成的电磁转矩作用该电磁力形成的电磁转矩作用下继续逆时针方向旋转。下继续逆时针方向旋转。 与直流发电机相同，实际的与直流发电机相同，实际的直流电动机的电枢并非单一线圈，直流电动机的电枢并非单一线圈，磁极也并非一对。磁极也并非一对。 当电枢旋转到右图所示位置时当电枢旋转到右图所示位置时1.2.1 直流电机的电枢电动势1.2 直流电机的电枢电动势和电磁转矩产生产生:电枢旋转时电枢旋转时, ,主磁场在电枢绕组中感应的电动势简称为电主磁场在电枢绕组中感应的电动势简称为电枢电动势。枢电

11、动势。大小大小: :60aepNE nC na)(电动势常数电动势常数为电机的结构常数为电机的结构常数其中其中apNCe601.2.2 直流电机的电磁转矩产生产生:电枢绕组中有电枢电流流过时电枢绕组中有电枢电流流过时, ,在磁场内受电磁力的作用在磁场内受电磁力的作用, ,该力与电枢铁心半径之积称为电磁转矩。该力与电枢铁心半径之积称为电磁转矩。大小大小: :2emaTapNT IC Ia为电机的转矩常数，有为电机的转矩常数，有其中其中apNCT2eTCC9.551.3.1 1.3.1 直流发电机的励磁方式直流发电机的励磁方式1.3 直流发电机 供给励磁绕组电流的方式称为供给励磁绕组电流的方式称为

12、励磁方式励磁方式。分为。分为他励他励和和自励自励两大类，自励方式又分两大类，自励方式又分并励并励、串励串励和和复励复励三种方式。三种方式。1 1、他励、他励：直流电机的励磁电流：直流电机的励磁电流由其它直流电源单独供给。由其它直流电源单独供给。aIIGUfUfIaII 他励直流发电机的电枢电流他励直流发电机的电枢电流和负载电流相同，即：和负载电流相同，即：2 2、并励、并励：发电机的励磁绕组与电发电机的励磁绕组与电枢绕组并联。且满足枢绕组并联。且满足afI =I+IfIUIaEaI3 3、串励、串励：励磁绕组与电枢绕组串联。励磁绕组与电枢绕组串联。满足满足afI = I= IUIaIfIaE4

13、 4、复励、复励 并励和串励两种励磁方式的结合。电机有两个励磁绕并励和串励两种励磁方式的结合。电机有两个励磁绕组，一个与电枢绕组串联，一个与电枢绕组并联。组，一个与电枢绕组串联，一个与电枢绕组并联。2fIUaEIaI1fIIaEUaI1fI2fI1.3.2 1.3.2 直流发电机的基本方程直流发电机的基本方程如图规定各物理量的参考方向如图规定各物理量的参考方向一一. .电动势平衡方程电动势平衡方程2aaabaaEUI RUUI R从方程式可见，直流发电机满足从方程式可见，直流发电机满足aEU二二. . 转矩平衡方程转矩平衡方程10emTTTfIfU UaI1T0TemTnaEemT发电机轴上有

14、三个转矩：原动机输入给的驱动转矩发电机轴上有三个转矩：原动机输入给的驱动转矩 、电磁转、电磁转矩矩 和机械摩擦及铁损引起的空载转矩和机械摩擦及铁损引起的空载转矩 。转矩平衡方程为：。转矩平衡方程为：1T0T1.4 直流电动机1.4.1 1.4.1 直流电机的可逆原理直流电机的可逆原理 一台电机既可作为发电机运行，又可作为电一台电机既可作为发电机运行，又可作为电动机运行，这就是直流电机的可逆原理。动机运行，这就是直流电机的可逆原理。 1.4.2 直流电动机的基本方程aEMUaIemT0T2Tn规定各物理量的参考方向如图规定各物理量的参考方向如图,电动机的基本方程如下：电动机的基本方程如下：nCE

15、eaaaabaaaRIEURIEU2UEafIfU1.4.3 1.4.3 直流电动机的工作特性直流电动机的工作特性1 1、转速特性、转速特性他励（并励）直流电动机的工作特性NUU 定义：当定义：当 、 时，时，fNfII)f(Ina由方程式可得由方程式可得aeaeNICRCUnaIn0n2T0TemTT2.1 他励直流电动机的机械特性机械特性 第二章直流电动机的电力拖动第二章直流电动机的电力拖动2.3 他励直流电动机的制动制动2.4 他励直流电动机的调速调速2.2 他励直流电动机的启动启动2.5 他励直流电动机的反转反转2.6 直流电动机的常见故障2.1 他励直流电动机的机械特性机械特性2.1

16、.1 2.1.1 机械特性的表达式机械特性的表达式 直流电动机的机械特性是指电动机在电枢电压、励磁电流、直流电动机的机械特性是指电动机在电枢电压、励磁电流、电枢回路电阻为恒值的条件下，即电动机处于稳态运行时，电动电枢回路电阻为恒值的条件下，即电动机处于稳态运行时，电动机的转速与电磁转矩之间的关系：机的转速与电磁转矩之间的关系：)f(Tnemem2eeT0emURn =TC C C n T-=-由电机的电路原理图可得机械特性的表达式：由电机的电路原理图可得机械特性的表达式：0 n0nNnnemTNT0T0n称为理想空载转速。称为理想空载转速。实际空载转速实际空载转速020TCCRCUnTee 抢

17、答： 直流电动机的机械特性是()之间的关系。 A、电源电压与转速 B、电枢电流与转速 C、励磁电流与电磁转矩 D、电机转速与电磁转矩 答案： D 2.2 2.2 他励直流电动机的他励直流电动机的起动起动 电动机的电动机的起动起动是指电动机接通电源后，由静止状态加速到稳是指电动机接通电源后，由静止状态加速到稳定运行状态的过程。定运行状态的过程。stTstNstaTC IUIR起动瞬间，起动转矩和起动电流分别为起动瞬间，起动转矩和起动电流分别为 为了限制起动电流，他励直流电动机通常采用为了限制起动电流，他励直流电动机通常采用电枢回路串电枢回路串电阻电阻或或降低电枢电压降低电枢电压起动。起动。 起动

18、时由于转速为零，电枢电动势为零，而且电枢电阻很起动时由于转速为零，电枢电动势为零，而且电枢电阻很小，所以起动电流将达很大值。小，所以起动电流将达很大值。 过大的起动电流将引起电网电压下降、影响电网上其它用户过大的起动电流将引起电网电压下降、影响电网上其它用户的正常用电、使电动机的换向恶化；同时过大的冲击转矩会损的正常用电、使电动机的换向恶化；同时过大的冲击转矩会损坏电枢绕组和传动机构。一般直流电动机不允许直接起动。坏电枢绕组和传动机构。一般直流电动机不允许直接起动。一、起动过程电枢回路串电阻起动电枢回路串电阻起动以三级电阻起动时电动机为例以三级电阻起动时电动机为例331RRRRRst2stst

19、aLLIT2IT21IT1ITem0nabn1122aststRRRR1ncd211astRRRITemef3aRNngh3nMaRS1SU1stR2stR3stR2S3S二、分组起动电阻的计算 设对应转速设对应转速n n1 1、n n2 2、n n3 3时电势分别为时电势分别为E Ea1a1、E Ea2a2、E Ea3a3，则有，则有：b b点点123aNEUIRc c点点1aNEUIR12d d点点222aNEUIRe e点点211aNEUIRf f点点321aNEUIRg g点点31aNaEUIR比较以上各式得：比较以上各式得：IIRRRRRRa2111223 在已知起动电流比在已知起动

20、电流比和电枢电和电枢电阻前提下，经推导可得各级串联电阻前提下，经推导可得各级串联电阻为阻为: :12231211111 stma1mstmstaststastastRR)(RRR)(RRR)(RR)(R（6 6）计算各级起动电阻。）计算各级起动电阻。（1 1）估算或查出电枢电阻）估算或查出电枢电阻 ；aR1T1I（2 2）根据过载倍数选取最大转矩）根据过载倍数选取最大转矩 对应的最大电流对应的最大电流 ；m（3 3）选取起动级数）选取起动级数 ；（4 4）计算起动电流比：）计算起动电流比：maNRIU1 取整数取整数m（5 5）计算转矩）计算转矩: :TT12，校验校验：LT).(T31112

21、如果不满足，应另选如果不满足，应另选 或或 值并重新计算，直到满足该条件为止值并重新计算，直到满足该条件为止. .1Tm计算各级起动电阻的步骤：计算各级起动电阻的步骤：2.3 他励直流电动机的制动制动 当电磁转矩的方向与转速方向相同时当电磁转矩的方向与转速方向相同时, ,电机运行于电动机状电机运行于电动机状态态; ;当电磁转矩方向与转速方向相反时当电磁转矩方向与转速方向相反时, ,电机运行于制动状态。电机运行于制动状态。 2.2.1 能耗制动能耗制动 U电动电动MaEaInemTfIS制动制动BRaBIemBT电动状态，如图所示。电动状态，如图所示。将开关将开关S S投向制动电阻投向制动电阻

22、上即实现制动上即实现制动. .BR 由于惯性，电枢保持原来方向继续旋由于惯性，电枢保持原来方向继续旋转，电动势转，电动势 方向不变。由方向不变。由 产生的电枢产生的电枢电流电流 的方向与电动状态时的的方向与电动状态时的 方向相方向相反反, ,对应的电磁转矩对应的电磁转矩 与与 方向相反方向相反, ,为为制动性质制动性质, ,电机处于制动状态。电机处于制动状态。aEaEaBIaIemBTemT 制动运行时，电机靠生产机械的惯性力的制动运行时，电机靠生产机械的惯性力的拖动而发电，将生产机械储存的动能转换成电拖动而发电，将生产机械储存的动能转换成电能，消耗在电阻上，直到电机停止转动。能，消耗在电阻上

23、，直到电机停止转动。 . 直流并励电动机采用能耗制动时，切断电枢电源，同时电枢与电阻接通，并()，产生的电磁转矩方向与电枢转动方向相反，使电动机迅速制动。 A、增大励磁电流 B、减小励磁电流 C、保持励磁电流不变 D、使励磁电流为零 答案： C2.2.2 2.2.2 反接制动反接制动电压反接制动时接线如图所示。电压反接制动时接线如图所示。*电压反接制动 U电动电动MaEaInemTfIS制动制动BRaBIemBT 开关开关S S投向投向“电动电动”侧时，电枢接正极侧时，电枢接正极电压，电机处于电动状态。进行制动时，开电压，电机处于电动状态。进行制动时，开关投向关投向“制动制动”侧，电枢回路串入

24、制动电阻侧，电枢回路串入制动电阻 后，接上极性相反的电源电压，电枢回路内后，接上极性相反的电源电压，电枢回路内产生反向电流：产生反向电流：BRaaaBaBaBUEUEIRRRR 反向的电枢电流产生反向的电磁转矩，从反向的电枢电流产生反向的电磁转矩，从而产生很强的制动作用而产生很强的制动作用电压反接制动电压反接制动。注意：注意：当电动机转速降低至接近零时应立即断开电源当电动机转速降低至接近零时应立即断开电源 ( )直流电动机反接制动，当电动机转速降低至接近零时应立即断开电源。 2.4 他励直流电动机的调速 电力拖动系统的调速可以采用机械调、电气调速或二者配合电力拖动系统的调速可以采用机械调、电气

25、调速或二者配合调速。通过改变传动机构速比进行调速的方法称为调速。通过改变传动机构速比进行调速的方法称为机械调速机械调速；通；通过改变电动机参数进行调速的方法称为过改变电动机参数进行调速的方法称为电气调速电气调速。他励直流电动机的转速为他励直流电动机的转速为aaseUI (RR )n=C -+电气调速方法电气调速方法: :1.1.调压调速调压调速; ;2.2.电枢串电阻调速电枢串电阻调速; ;3.3.调磁调速调磁调速。 改变电动机的参数就是人为地改变电动机的机械特性，使改变电动机的参数就是人为地改变电动机的机械特性，使工作点发生变化，转速发生变化。调速前后，电动机工作在不工作点发生变化，转速发生

26、变化。调速前后，电动机工作在不同的机械特性上。同的机械特性上。调速方法调速方法一、电枢回路串电阻调速一、电枢回路串电阻调速未串电阻时未串电阻时的工作点的工作点串电阻后串电阻后, ,工作点由工作点由AAAABB0aRn0nNnLTemTA1SaRR 1nAB调速过程电流变调速过程电流变化曲线化曲线:调速前、调速前、后电流不变后电流不变调速过程转速调速过程转速变化曲线变化曲线结论：带恒转矩结论：带恒转矩负载时负载时, ,串电阻越串电阻越大大, ,转速越低。转速越低。调速过程中电流和转速的变化情况调速过程中电流和转速的变化情况ainaNINn1n0tt0ain优点：电枢串电阻调速设备简单，操作方便。

27、优点：电枢串电阻调速设备简单，操作方便。2 2）低速时特性曲线斜率大）低速时特性曲线斜率大, ,静差率大静差率大, ,所以转速的相对稳定性差所以转速的相对稳定性差3 3）轻载时调速范围小，额定负载时调速范围一般为）轻载时调速范围小，额定负载时调速范围一般为D D2 2；4 4）损耗大，效率低，不经济。对恒转矩负载，调速前、后因）损耗大，效率低，不经济。对恒转矩负载，调速前、后因增通不变而使电磁转矩和电枢电流不变，输入功率不变，输出增通不变而使电磁转矩和电枢电流不变，输入功率不变，输出功率却随转速的下降而下降，减少的部分被串联电阻消耗了。功率却随转速的下降而下降，减少的部分被串联电阻消耗了。缺点

28、：缺点：1 1）由于电阻只能分段调节，所以调速的平滑性差；）由于电阻只能分段调节，所以调速的平滑性差；二、降低电源电压调速二、降低电源电压调速Tem0nnNUTLNnA1U01nAB1n调速压前调速压前工作点工作点A A降压瞬间降压瞬间工作点工作点稳定后工稳定后工作点作点 降压调速降压调速过程与电枢串过程与电枢串电阻调速过程电阻调速过程相似，调速过相似，调速过程中转速和电程中转速和电枢电流（或转枢电流（或转矩）随时间变矩）随时间变化的曲线也相化的曲线也相似似。优点：优点：1 1）电源电压能够平滑调节，可实现无级调速。）电源电压能够平滑调节，可实现无级调速。 2 2）调速前后的机械特性的斜率不变

29、，硬度较高，负载变化时）调速前后的机械特性的斜率不变，硬度较高，负载变化时稳定性好。稳定性好。3 3）无论轻载还是负载，调速范围相同，一般可达）无论轻载还是负载，调速范围相同，一般可达 D=2.5D=2.51212。 4 4）电能损耗较小。）电能损耗较小。缺点缺点： 需要一套电压可连续调节的直流电源。需要一套电压可连续调节的直流电源。三、减弱磁通调速三、减弱磁通调速调节磁场前调节磁场前工作点工作点弱磁瞬间工作弱磁瞬间工作点点AAAA弱磁稳定后的弱磁稳定后的工作点工作点Nn0nANnemTLT01n11nBA减弱磁通后，减弱磁通后，理想空载转速理想空载转速上升上升, 曲线的曲线的斜率值增大。斜率

30、值增大。 弱磁调速前、后的电枢电流和转速的变化情况弱磁调速前、后的电枢电流和转速的变化情况减弱磁通调速减弱磁通调速前、后转速变前、后转速变化曲线化曲线减弱磁通前、减弱磁通前、后的电枢电流后的电枢电流变化曲线变化曲线结论结论：磁场越弱，：磁场越弱，转速越高。因此电转速越高。因此电机运行时励磁回路机运行时励磁回路不能开路。不能开路。aNInNn1n1aIaiait0tn优点：优点：由于在电流较小的励磁回路中进行调节，因而控制方便，由于在电流较小的励磁回路中进行调节，因而控制方便，能量损耗小，设备简单，调速平滑性好。能量损耗小，设备简单，调速平滑性好。弱磁升速弱磁升速后电枢电流后电枢电流增大，电动机

31、的输入功率增大，但由于转速升高，输出功率也增大，电动机的输入功率增大，但由于转速升高，输出功率也增大，电动机的效率基本不变，因此经济性是比较好。增大，电动机的效率基本不变，因此经济性是比较好。2 2）转速的升高受到电动机换向能力和机械强度的限制，升速范）转速的升高受到电动机换向能力和机械强度的限制，升速范围不可能很大，一般围不可能很大，一般 D2D2； 为了扩大调速范围，为了扩大调速范围，通常把降压和弱磁两种调速方法通常把降压和弱磁两种调速方法结合起结合起来，来，在额定转速以上，采用弱磁调速，在额定转速以下采用降压在额定转速以上，采用弱磁调速，在额定转速以下采用降压 调速。调速。缺点：缺点：1

32、 1）机械特性的斜率变大，特性变软；）机械特性的斜率变大，特性变软；调速方式与负载类型的配合调速方式与负载类型的配合容许输出容许输出：指电动机在某一转速下长期可靠工作时所能输出的：指电动机在某一转速下长期可靠工作时所能输出的最大转矩和功率。最大转矩和功率。充分利用充分利用：指在一定的转速下电动机的实际输出转矩和功率达：指在一定的转速下电动机的实际输出转矩和功率达到它的容许值，即电枢到它的容许值，即电枢 电流达到额定值。电流达到额定值。 当电动机调速时，在不同的转速下，电枢电流能否总保持当电动机调速时，在不同的转速下，电枢电流能否总保持为额定值，即电动机能否在不同转速下都得到充分利用，这个为额定

33、值，即电动机能否在不同转速下都得到充分利用，这个问题与问题与调速方式调速方式和和负载类型负载类型的配合有关的配合有关。 以电机在不同转速都能得到充分利用为条件，他励直流电以电机在不同转速都能得到充分利用为条件，他励直流电动机的调速可分为动机的调速可分为恒转矩调速恒转矩调速和和恒功率调速恒功率调速。nCTnPCICTTNNTem19550 电动机的容许输出功率与转速成正比，而容许输出转矩为电动机的容许输出功率与转速成正比，而容许输出转矩为恒值恒值-恒转矩调速恒转矩调速。 电枢串电阻调速电枢串电阻调速和和降压调速降压调速时，磁通时，磁通 保持不变，若保持不变，若在不同转速下保持电流在不同转速下保持

34、电流 不变，即电机得到充分利用，容不变，即电机得到充分利用，容许输出转矩和功率分别为：许输出转矩和功率分别为： N NaII 减弱磁通调速减弱磁通调速时，磁通时，磁通 是变化的，在不同转速下若保持是变化的，在不同转速下若保持电流电流 不变，即电机得到充分利用，容许输出转矩和功不变，即电机得到充分利用，容许输出转矩和功率别为：率别为： NaII955095509550222eaNNTNTemCnnCTnPnCnCRIUCICTT 电动机的容许输出转矩与转速成反比，而容许输出功率为恒电动机的容许输出转矩与转速成反比，而容许输出功率为恒值值-恒功率调速恒功率调速。2.4.1 2.4.1 评价调速的指

35、标评价调速的指标一、调速范围一、调速范围:minmaxnnD 二、静差率（相对稳定性）二、静差率（相对稳定性）%越小，相对稳定性越好；越小，相对稳定性越好；%与机械特性硬度和与机械特性硬度和n n0 0有关有关。%nn%nnn%NN100100000指负载变化时，转速变化的程度，转速变化小，稳定性好。指负载变化时，转速变化的程度，转速变化小，稳定性好。)(1nnnnnnnnnnDNmaxNNmaxNminmaxminmax0 D D与与%相互制约相互制约: :越小越小,D,D越小越小, ,相对稳定性越好相对稳定性越好; ;在保证一定在保证一定的的指标的前提下指标的前提下, ,要扩大要扩大D,D

36、,须减少须减少n,n,即提高机械特性的硬度。即提高机械特性的硬度。三、调速的平滑性三、调速的平滑性1iinn 越接近越接近1 1，平滑性越好，当，平滑性越好，当 时，称为无级调速，即转时，称为无级调速，即转速可以连续调节。调速不连续时，级数有限，称为有级调速。速可以连续调节。调速不连续时，级数有限，称为有级调速。1四、调速的经济性 在一定的调速范围内，调速的级数越多，调速越平滑。相在一定的调速范围内，调速的级数越多，调速越平滑。相邻两级转速之比，为平滑系数邻两级转速之比，为平滑系数主要指调速设备的投资、运行效率及维修费用等主要指调速设备的投资、运行效率及维修费用等。 . 调速系统的调速范围和静

37、差率这两个指标( )。 A、互不相关 B、相互制约 C、相互补充 D、相互平等 答案： B2.5 他励直流电动机的反转电枢线反接励磁绕组线反接2.6 直流电机常见故障 一、电刷火花故障 更换全套同型号、规格、尺寸的新电刷 二、发热故障 绕组过热、电刷与换向器间过热等 三、机械故障 振动故障、电枢与定子间的磨擦故障等 四、电枢绕组故障 接地（机壳带电）、短路、断路、接错等直流电机的耐压试验 目的是考核导电部分的对地绝缘强度,以确保电机正常地安全运行. 直流电机耐压试验一般在工频耐压试验机上进行. 作直流电机 耐压试验时,加在被试部件上的电压由零上升至额定试验电压值后,应维持1分钟.三相异步电动机

38、的基本工作原理和结构三相异步电动机的基本工作原理和结构 第三章第三章 三相异步电动机三相异步电动机3.1三相异步电动机的基本工作原理与结构3.1.13.1.1三相异步电动机的基本结构三相异步电动机的基本结构一、定子部分1.1.定子铁心：由导磁性能很好的硅钢片叠成定子铁心：由导磁性能很好的硅钢片叠成导磁部分。导磁部分。2 2、定子绕组：放在定子铁心内圆槽内、定子绕组：放在定子铁心内圆槽内导电部分。导电部分。3 3、机座：固定定子铁心及端盖，具有较强的机械强度和刚度。、机座：固定定子铁心及端盖，具有较强的机械强度和刚度。二、转子部分1 1、转子铁心：由硅钢片叠成，也是磁路的一部分。、转子铁心：由硅

39、钢片叠成，也是磁路的一部分。2 2、转子绕组：、转子绕组： 1 1）鼠笼式转子：转子铁心的每个槽内插入一）鼠笼式转子：转子铁心的每个槽内插入一根裸导条，形成一个多相对称短路绕组。根裸导条，形成一个多相对称短路绕组。2 2）绕线式转子：转）绕线式转子：转子绕组为三相对称绕组，嵌放在转子铁心槽内。子绕组为三相对称绕组，嵌放在转子铁心槽内。 异步电动机的气隙是均匀的。大小为机械条件所能允许达异步电动机的气隙是均匀的。大小为机械条件所能允许达到的最小值。到的最小值。三、气隙按转子结构分按转子结构分：绕线型异步电动机绕线型异步电动机鼠笼型异步电动机鼠笼型异步电动机继续继续下面是它主要部件的拆分图。下面是

40、它主要部件的拆分图。 右图是一台三相鼠笼型异步电右图是一台三相鼠笼型异步电动机的外形图。动机的外形图。鼠笼型转子鼠笼型转子铁心和绕组铁心和绕组结构示意图结构示意图三相绕线型三相绕线型转子结构图转子结构图返回4.1.2 4.1.2 三相异步电动机的基本工作原理三相异步电动机的基本工作原理U2U1W2V1W1V21nn一、转动原理1 1、电生磁、电生磁：三相对称绕组通三相对称绕组通往三相对称电流产生圆形旋转往三相对称电流产生圆形旋转磁场。磁场。2 2、磁生电、磁生电：旋转磁场切割旋转磁场切割转子导体感应电动势和电流。转子导体感应电动势和电流。3 3、电磁力、电磁力：转子载流（有功转子载流（有功分量

41、电流）体在磁场作用下受分量电流）体在磁场作用下受电磁力作用，形成电磁转矩，电磁力作用，形成电磁转矩，驱动电动机旋转，将电能转化驱动电动机旋转，将电能转化为机械能。为机械能。 为了分析旋转磁动势的旋转方向，设三相对称电流按余弦规为了分析旋转磁动势的旋转方向，设三相对称电流按余弦规律变化，律变化，U U 相电流最大时为计时点，电流取首进尾出为正，电相电流最大时为计时点，电流取首进尾出为正，电流波形和各时刻旋转磁动势的位置如图所示：流波形和各时刻旋转磁动势的位置如图所示：U2U1W2V1W1V21n用图解法分析用图解法分析不同时刻三相合成磁动势不同时刻三相合成磁动势 合成磁动势的转向是从载有超前电流

42、的相转到载有滞后电合成磁动势的转向是从载有超前电流的相转到载有滞后电流的相。流的相。 产生圆形旋转磁动势的条件：产生圆形旋转磁动势的条件：一是三相或多相对称绕组；二一是三相或多相对称绕组；二是三相或多相对称电流。两个条件有一个不满足，即产生椭圆形是三相或多相对称电流。两个条件有一个不满足，即产生椭圆形旋转磁动势。旋转磁动势。 三相对称绕组通入三相对称电流，产生的基波合成磁动势是一个幅值恒定不变的圆形旋转磁动势，它有以下主要性质(1)(1)幅值是单相脉动磁动势最大幅值的幅值是单相脉动磁动势最大幅值的3/23/2倍。倍。(2)(2)转向由电流相序决定转向由电流相序决定, ,从载有超前电流相转到载有

43、滞后电从载有超前电流相转到载有滞后电流相流相. .(3)(3)转速决定于电流的频率和电机的磁极对数转速决定于电流的频率和电机的磁极对数pfn601(4)(4)当某相电流达最大值时当某相电流达最大值时, ,旋转磁动势的波幅位置刚好转到该旋转磁动势的波幅位置刚好转到该相绕组的轴线位置上相绕组的轴线位置上 33. 三相异步电动机是利用( )的原理工作的。 A、导体切割磁力线 B、电流的线圈产生的磁场 C、载流导体受力在磁场中运动 D、电磁感应和载流导体在磁场中受力 答案： D 二、转差率11nnsn 转差率转差率是异步电机的一个基本物理量，它反映电机的各种是异步电机的一个基本物理量，它反映电机的各种

44、运行情况。运行情况。转子未转动时转子未转动时，;s,n10 电机理想空载时电机理想空载时，.s,nn01 作为电动机，转速在作为电动机，转速在10n范围内变化，转差率在范围内变化，转差率在0 0 1 1范围内变。范围内变。 负载越大，转速越低，转差率越大；反之，转差率越小。负载越大，转速越低，转差率越大；反之，转差率越小。转差率的大小能够反映电机的转速大小或负载大小。电机的转转差率的大小能够反映电机的转速大小或负载大小。电机的转速为：速为：11n = (- s)n 额定运行时，转差率一般在额定运行时，转差率一般在0.010.060.010.06之间，即电机转速接之间，即电机转速接近同步速。近同

45、步速。 同步转速与转子转速之差与同步转速的比值称为转差率，用同步转速与转子转速之差与同步转速的比值称为转差率，用s s表示，表示，即：即：三、异步电机的三种运行状态根据转差率的大小和正负根据转差率的大小和正负, ,异步电机有三种运行状态异步电机有三种运行状态机械能转变为电机械能转变为电能能电能和机械能变电能和机械能变成内能成内能电能转变为机电能转变为机械能械能能量关系制动制动制动制动驱动驱动电磁转矩转差率转速外力使电机快速外力使电机快速旋转旋转外力使电机沿磁外力使电机沿磁场反方向旋转场反方向旋转定子绕组接对定子绕组接对称电源称电源实现发电机发电机电磁制动电磁制动电动机电动机状态状态10 n n

46、0n n10 s1s0s4.1.3 4.1.3 型号和额定值型号和额定值一、型号例例: :额定值关系有：额定值关系有：3NNNNNPU I cos)VkV(UN或或额额定定电电压压额定运行状态时加在额定运行状态时加在定子绕组上的线电压定子绕组上的线电压. .)kW(PN额额定定功功率率额定条件下转轴上额定条件下转轴上输出的机械功率。输出的机械功率。)A(IN额额定定电电流流在额定运行状态下流在额定运行状态下流入定子绕组的线电流入定子绕组的线电流.min)/r(nN额额定定转转速速额定运行时电额定运行时电动机的转速动机的转速.NNf额额定定效效率率额额定定频频率率额额定定功功率率因因数数Ncos

47、二、额定值二、额定值 三相异步电动机的定子部分在结构上和同步电动机三相异步电动机的定子部分在结构上和同步电动机的定子部分完全相同。的定子部分完全相同。 对中、小容量的低压异步电动机，通常定子三相绕对中、小容量的低压异步电动机，通常定子三相绕组的六个出线头都引出，这样可根据需要灵活组的六个出线头都引出，这样可根据需要灵活地接成地接成“Y”Y”形或形或“D”D”形。形。U1 V1 W1U1 V1 W1W2 U 2 V2W2 U2 V2D联结联结Y联结联结三、接线三、接线三相异步电动机的三相异步电动机的拖动拖动 第五章第五章 三相异步电动机三相异步电动机5.1 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机

48、的机械特性5.2 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动5.3 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动5.4三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速思考题与习题本节首先讨论三相异步电动机的机械特性，然后以机械本节首先讨论三相异步电动机的机械特性，然后以机械特性为理论基础，分析研究三相异步电动机的特性为理论基础，分析研究三相异步电动机的起动、制动和起动、制动和调速调速等问题。等问题。三相异步电动机的拖动5.1三相异步电动机的机械特性一、物理表达式5.1.1 三相异步电动机机械特性的三种表达式二、参数表达式 三相异步电动机的机械特性是指电动机的转速与电磁转矩三相异步电动机的机械特性是指电动机的

49、转速与电磁转矩之间的关系，由于电机的转速与转差率之间存在一定的关系，之间的关系，由于电机的转速与转差率之间存在一定的关系，所以异步电动机的所以异步电动机的机械特性通常用机械特性通常用 表示。表示。)s( fTem 022emTTCI cos 表明：三相异步电动机的电磁转矩是由主磁通表明：三相异步电动机的电磁转矩是由主磁通 与转子电流的与转子电流的有功分量有功分量 相互作用产生的。相互作用产生的。022cosI221122211122emRm pUsTRf(R)( XX )s 说明：电磁转矩与电源参数（说明：电磁转矩与电源参数（1 1、f f1 1）、结构参数（）、结构参数（R R、X X、m

50、m、p p）和运行参数（）和运行参数（s s）有关。）有关。 三相异步电动机的三相异步电动机的机械特性机械特性 曲线曲线)(emTfn在特性曲线上有两个最大转矩，最大转矩对应的转差率称为临界在特性曲线上有两个最大转矩，最大转矩对应的转差率称为临界转差率，可令转差率，可令 求得求得: : 0 dsdTem222212112mRRsXXR( XX ) 221111221121111244mm pUm pUTf ( XX )fRR( XX ) 在特性曲线上还有一个在特性曲线上还有一个起动转矩起动转矩，即，即 时的转矩时的转矩: : ) 1( 0sn211222112122stm pU RTf( RR

51、 )( XX ) 结论：当其它参数一定时结论：当其它参数一定时1 1、起动转矩与电源电压平方成正比；、起动转矩与电源电压平方成正比；2 2、频率越高，起动转矩越小；漏抗越大，起动转矩越小；、频率越高，起动转矩越小；漏抗越大，起动转矩越小；3 3、绕线式电动机，转子回路电阻越大，起动转矩先增后减。、绕线式电动机，转子回路电阻越大，起动转矩先增后减。ststNTKT 4 4、起动转矩倍数、起动转矩倍数三、实用表达式2memmmTTssss 工程上常根据电机的额定功率、额定转速、过载能力来工程上常根据电机的额定功率、额定转速、过载能力来求出实用表达式。方法是：求出实用表达式。方法是：9550NNNP

52、Tn mTNTT 11NNnnsn 21mNTTss () 将将T Tm m和和s sm m代入即可得到机械特性方程式代入即可得到机械特性方程式。利用电磁转矩除以最大电磁转矩可得电磁转矩的实用表达式利用电磁转矩除以最大电磁转矩可得电磁转矩的实用表达式：5.1.25.1.2 三相异步电动机的固有机械特性和人为机械特性三相异步电动机的固有机械特性和人为机械特性一、固有机械特性固有机械特性固有机械特性是指电动机在额定电压和额定频率下，按规定的接是指电动机在额定电压和额定频率下，按规定的接线，定、转子电路不外接阻抗时的机械特性。线，定、转子电路不外接阻抗时的机械特性。sn0nNsNnmsm10TNTs

53、tTmTem几个特殊点：几个特殊点：A AB BC CD1.起动点A:01emstn,s,TT 2.最大转矩点B:mmemmnn ,ss ,TT 3.额定运行点CNmemNnn ,ss ,TT 4.同步运行点D100emnn ,s,T 二、人为机械特性人为机械特性人为机械特性是指人为改变电源参数或电动机参数而得到的机是指人为改变电源参数或电动机参数而得到的机械特性。械特性。1. 1. 降压时的人为机械特性降压时的人为机械特性snsm10TLUN0TstTmTemn10.8UN0.64Tst0.64Tm 下降后下降后, 和和 均下降均下降, 但但 不变不变, 和和 减少。减少。1UmTstTms

54、stkT 如果电机在定额负载下运如果电机在定额负载下运行行, 下降后下降后, 下降下降, 增大增大, 转子电流因转子电流因 增大而增增大而增大大,导致电机过载。长期欠压导致电机过载。长期欠压过载运行将使电机过热，减过载运行将使电机过热，减少使用寿命。少使用寿命。1Uns22sEsE 2. 2. 转子回路串对称电阻时的人为机械特性转子回路串对称电阻时的人为机械特性串电阻后串电阻后, , 、 不变，不变， 增大。增大。nmTms在一定范围内增加电阻，可以在一定范围内增加电阻，可以增加增加 。当。当 时时 ，若，若再增加电阻，再增加电阻， 减小。减小。stT1ms stmTT stT 串电阻后，机械

55、特性线性段斜率变大，特性变软。串电阻后，机械特性线性段斜率变大，特性变软。 除了上述特性外，还有除了上述特性外，还有改变电源频率、极对数等人改变电源频率、极对数等人为机械特性。为机械特性。1 0TstTmTems n0n1smR2TstsmR2+Rs5.2三相异步电动机的起动 起动指电动机接通电源后由静止状态加速到稳定运行状态的起动指电动机接通电源后由静止状态加速到稳定运行状态的过程过程. .对电动机的起动性能要求二：起动电流小对电动机的起动性能要求二：起动电流小, ,起动转矩不大。起动转矩不大。1. 1.起动电流大的原因起动电流大的原因 起动时起动时, , ,转子感应电动势大转子感应电动势大

56、, ,使转子电流大使转子电流大, ,根据磁根据磁动势平衡关系动势平衡关系, ,定子电流必然增大定子电流必然增大. .1, 0sn2. 2.起动转矩不大的原因起动转矩不大的原因从下述公式分析从下述公式分析022stemTTTCI cos 起动时起动时, , ,远大于运行时的远大于运行时的 , ,转子漏抗转子漏抗 很大很大, , 很低很低, ,尽管尽管 很大很大, ,但但 并不大并不大. .1ss22sXXs2cos2I22cosI 由于起动电流大由于起动电流大, ,定子漏阻抗压降大定子漏阻抗压降大, ,使定子感应电动势减小使定子感应电动势减小, ,对应的气隙磁通减小对应的气隙磁通减小. .由上述

57、两个原因使得起动转矩不大由上述两个原因使得起动转矩不大. .5.2.15.2.1 三相笼型异步电动机的起动三相笼型异步电动机的起动一、直接起动可以直接起动的条件：起动电流倍数可以直接起动的条件：起动电流倍数 )kW()kVAkI电电动动机机容容量量电电源源容容量量（341二、降压起动13stYstTT 适用于正常运行时定子绕组为三角形接线适用于正常运行时定子绕组为三角形接线的电动机。的电动机。起动时起动时 Y Y接；运行时接；运行时接。接。起动电流关系:Y- Y- 降压起动多用于空载或轻载起动降压起动多用于空载或轻载起动1.Y-1.Y- 降压起动降压起动13stYstII 起动转矩关系:2.2

58、.自耦变压器降压起动自耦变压器降压起动NstSUIZ 直接起动时的起动电流：直接起动时的起动电流：11NstSsUUIZkZ 降压后二次侧起动电流：降压后二次侧起动电流：1211NststsUIIkk Z 变压器一次侧电流：变压器一次侧电流：21ststIIk 电网提供的起动电流减小倍数：电网提供的起动电流减小倍数：21ststTTk 起动转矩减小的倍数：起动转矩减小的倍数：自耦变压器一般有三个分接头可供选用。自耦变压器一般有三个分接头可供选用。5.2.2 三相绕线型异步电动机的起动一、转子回路串电阻起动 在转子回路中串联适当的电阻在转子回路中串联适当的电阻, ,既能既能限制起动电流，又能增大

59、起动转矩。限制起动电流，又能增大起动转矩。 为了有较大的起动转矩、使起动为了有较大的起动转矩、使起动过程平滑，应在转子回路中串入多级过程平滑，应在转子回路中串入多级对称电阻，并随着转速的升高，逐渐对称电阻，并随着转速的升高，逐渐切除起动电阻。切除起动电阻。 电动机由电动机由a a点点开始起动，经开始起动，经bcdebcdef ghf gh，完，完成起动过程。成起动过程。起动过程起动过程二、转子串频敏变阻器起动频敏变阻器是一铁损很大的三相电抗器。频敏变阻器是一铁损很大的三相电抗器。 起动时，起动时，S2S2断开，转子串入频敏断开，转子串入频敏变阻器变阻器,S1,S1闭合，电机通电开始起动。闭合，

60、电机通电开始起动。起动时起动时, , ,频敏变阻器铁损大频敏变阻器铁损大, ,反反映铁损耗的等效电阻映铁损耗的等效电阻 大大, ,相当于转相当于转子回路串入一个较大电阻。随着子回路串入一个较大电阻。随着 上升上升, , 减小减小, ,铁损减少铁损减少, ,等效电阻等效电阻 减小减小, ,相当于逐渐切除相当于逐渐切除 , ,起动结起动结束束,S2,S2闭合，切除频敏变阻器，转子闭合，切除频敏变阻器，转子电路直接短路。电路直接短路。 21ff n2fmRmR5.3三相异步电动机的制动5.3.1 能耗制动实现实现：制动时，：制动时，S1S1断开断开, ,电机脱离电网，电机脱离电网，同时同时S2S2闭