《ch电动机》PPT课件.ppt

第 5 章 电动机,5.1 三相异步电动机的基本结构与旋转磁场 5.2 三相异步电动机的转动原理及转差率 5.3 三相异步电动机的运行特性 5.4 三相异步电动机的铭牌 5.5 三相异步电动机的起动 5.6 三相异步电动机的调速 5.7 单相异步电动机 5.8 同步电动机 5.9 直流电动机 *5.10 控制电机,5.1.1 三相异步电动机的基本结构,主要有两部分：定子和转子,1.定子,定子是电动机的固定部分。它包括：,5.1.1 三相异步电动机的基本结构,a. 机壳,b. 定子铁心,定子铁心由表面涂有绝缘漆的硅钢片叠压而成内圆均匀分布槽孔；,硅钢片内嵌置三相定子绕组。,定子绕组可以接成星形或三角形。,当电动机每相绕组额定电压等于电源的相电压时，绕组接成星形联结；等于电源的线电压时，绕组接成三角形联结。,1.定子,2. 转子,铁心是由厚的硅钢片叠压而成的圆柱体，其外圆周冲有槽孔，以嵌置转子绕组。,是电动机的旋转部分。由转子铁心和转子绕组组成。,笼型转子,铁心与笼型相同，但铁心槽内嵌置对称三相绕组并作星形联结。各相绕组首端通过滑环和电刷引到相应的接线盒里，在起动和调速时可在转子电路中串入附加电阻。,绕线型异步电动机能获得较好的起动与调速性能。,绕线转子,2. 转子,接线示意图,iU= Imsin t,iV= Imsin( t 120 ),iW= Imsin( t + 120 ),iU,iV,iW,相序 U1-V1-W1-U1,5.1.2 三相异步电动机的旋转磁场,定子绕组分布,定子绕组,定子绕组作星形联接,绕组中三相对称电流,对称三相电流,对称三相绕组,iU, t = 0, t,i,U1,V2,V1,U2,W1,W2,iU= 0 iV 为负值 iW为正值,iV,iW,1. 旋转磁场的产生,5.1.2 三相异步电动机的旋转磁场, t, t = 60,i,U1,V2,V1,U2,W1,W2,60,iW = 0 iV 为负值 iU为正值,iU,iV,iW,0,1. 旋转磁场的产生,5.1.2 三相异步电动机的旋转磁场, t = 90,U1,V2,V1,U2,W1,W2,90,iU 为正值 iV 为负值 iW 为负值, t,i,iU,iV,iW,0,1. 旋转磁场的产生,5.1.2 三相异步电动机的旋转磁场, t = 180,U1,V2,V1,U2,W1,W2,iU = 0 iV 为正值 iW 为负值, t,i,iU,iV,iW,0,1. 旋转磁场的产生,5.1.2 三相异步电动机的旋转磁场,旋转磁场,空间相差 120 角的三相绕组，通入对称三相电流时，产生的是一对磁极的旋转磁场,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(在空间旋转的角度为360)。,综上分析可以得出：, t,i,iU,iV,iW,0,90,60,0,相序 U1-W1-V1-U1,2. 改变旋转磁场的转向,改变流入三相绕组的电流相序，就能改变旋转磁场的转向；改变了旋转磁场的转向, 也就改变了三相异步电动机的旋转方向。,综上分析可以得出：,前面讨论的旋转磁场是一对极磁场，当改变定子绕组在空间的排列，可以制成两对、三对或更多对磁极的旋转磁场，而磁极对数影响旋转磁场的转速。,电源的频率, 磁极对数,若 f1 = 50 Hz,3. 旋转磁场的磁极对数 p,4. 旋转磁场的转速 n0,n0 的单位：r/min,1. 转动原理,旋转磁场以同步转速 n0 顺时针方向旋转；,转子导线逆时针方向切割磁力线，产生感应电动势、感应电流；,转子电流再旋转磁场中受到电磁力的作用形成转矩，转子沿旋转磁场的方向异步转动 n n0。,2. 异步电动机的转差率 s,n0 旋转磁场转速,n2 转子转速,电动机起动瞬间： n2 = 0，s = 1；,电动机空载运行： n2 接近 n0 ，转差率 s 最小 ；,电动机额定转差率： sN = 0.02 0.06。,例：某四极异步电动机接在频率为 50 Hz 的电源上，额定转速 nN = 1440 r/min ，求转差率 s。,解：由已知条件知 n0 = 1500 r/min,5.3 三相异步电动机的运行特性,5.3.1 电磁转矩 T 与转子转速 n2 的关系曲线,T 与 n2 的关系曲线称为电动机的机械特性曲线。,Tst,B,Tst：起动时电磁转矩；,TN：电动机带额定负载 时的输出电磁转矩；,Tm：电动机具有的最 大电磁转矩。,运行特性,(1) T T2 (负载转矩)通电电动机逐渐加速，转矩 T 沿,DC 段增大,Tm,沿 CA 段减小,T = T2 n2 不变,运行特性,(2)电动机工作在特性曲线 CA 段时，当负载变化电磁转矩会自动变化并与负载平衡，重新平衡时转速 n2改变；若负载大于最大转矩 Tm , T 会沿,CD 线减小致零堵转。堵转电机电流 I = 4 7 IN ，时间稍长将损坏电动机。,(4)电动机的过载系数,电动机起动能力,一般为 2 2.2,一般为 1.7 2.2,(3)AC 段为稳定运行区，转速下降很少 n0/nN 约为 2% 6%,5.3 三相异步电动机的运行特性,5.3.2 转矩和功率的关系,同理, 电动机在额定状态下运行则有,式中: TN 为电动机输出额定转矩，单位牛顿米(Nm)； PN 为电动机输出的额定功率，单位千瓦(kW)； nN 为电动机额定转速，单位是转每分(r/min)。,电动机带载运行的转矩为 T2，轴上输出的机械功率为 P2，转子的转速 n2，则,5.3.3 电磁转矩和电源电压的关系,可以证明，电磁转矩 T 与电动机定子绕组上所加电压 U 的平方成正比。即,不同电源电压的转矩特性,n0,a,Tst,Tmax,nN,TN,d,电压降低时，电磁转矩迅速下降;,带载能力降低，若负载转矩大于最大转矩，电机会被迫停转，时间稍长，电机会因电流过大而烧毁。,例某三相异步电动机额定功率 PN = 4 kW，额定转数 nN = 1440 r/min，过载能力为 2.2，起动能力为1.8。试求额定转矩 TN、起动转矩 Tst、最大转矩 Tm。 若电动机满载运行，定子电压下降 20% 时，电动机能否继续旋转？能否在此状态下满载起动？,起动转矩为,最大转矩为,解 额定转矩,当电压降低 20% 时，由于,满载运行时，因为负载转矩等于电磁转矩， TN = 26.5 Nm，小于 ，降压后能在新的平衡点以新的转速稳定运行。,满载起动时，因为负载转矩等于电磁转矩， TN = 26.5 Nm，小于 ，降压后可满载直接起动。,例某三相异步电动机额定功率 PN = 4 kW，额定转数 nN = 1440 r/min，过载能力为 2.2，起动能力为1.8。试求额定转矩 TN、起动转矩 Tst、最大转矩 Tm。 若电动机满载运行，定子电压下降 20% 时，电动机能否继续旋转？能否在此状态下满载起动？,*5.4 三相异步电动机的铭牌,电动机的外壳上都有一块铭牌，标出了电动机的型号以及主要技术数据，以便能正确使用电动机。图示为一台三相异步电动机的铭牌。,电动机型号Y 112 M - 4,额定转速 nN(1440 r/min)：表示电动机在额 定运行时转子的转速。,额定功率 PN(4.0 kW)：表示电动机在额定工作状态下运行时输出的机械功率。,额定电压 UN(380 V)：表示定子绕组上应施加的 线电压。,额定电流 IN(8.8 A)：表示电动机额定运行时定子绕组的线电流。,Y 系列异步电动机,机座中心高度112 mm,中机座 L长机座S 短机座,旋转磁场为 4 个极(p = 2)。,防护方式(IP44)：表示电动机外壳防护在方式 为封闭式电动机。,频率 f(50 Hz)：表示电动机定子绕组输入交流电源的频率。,工作制(工作制 S1)：表示电动机可以在铭牌标出的额定状态下连续运行。S2 为短时运行，S3 为短时重复运行。,绝缘等级(B级绝缘)：表示电动机各绕组及其它绝缘部件所用绝缘材料的等级。绝缘材料按耐热性能可分为 Y、A、E、B、F、H、C 七个等级。 目前，国产 Y 系列电动机一般采用 B 级绝缘。,绝缘材料耐热性能等级,LW 82 dB： 电动机的噪声等级。,其它一些技术数据,温升：额定负载时绕组的工作温度与环境温度的差值。,功率因数：额定负载下定子电路的功率因数。,效率：电动机在额定负载时的效率，它等于额定状态下输出功率与输入功率之比，即,例 某异步电动机，若 UN = 380 V，cosj = 0.82，Ist/IN = 7.0，PN=4kW,效率 h = 0.84，求额定电流、起动电流。,可得,解 根据效率公式,三相异步电动机结构简单，成本较低，运行可靠，使用和维护方便。可以用来拖动机床、水泵、鼓风机、压缩机、起重卷扬设备。据统计，90% 电力拖动电动机是异步电动机，异步电动机用电量占电网总负荷的 50% 以上。,5.5 三相异步电动机的起动,起动：电动机从接通电源至正常运转的过程,起动特性：,2. 起动转矩不是很大。,大型电动机起动过程中由于起动电流很大，将导致供电线路电压在电动机起动瞬间突然降低，以致影响同一线路上的其它电气设备正常工作。如果多次频繁起动，还会使电动机由于热量堆积，导致损坏，因而必须设法限制起动电流。,1. 起动电流较大。一般为额定电流的 4 7 倍。,1.直接起动(全压起动),直接起动受供电变压器容量的限制，一般要求起动时线路压降不应超过线路额定电压的 5%。 一般 10 kW 以下的异步电动机可以直接起动。,特点： 起动转矩小；起动电流大，比额定值大 4 7 倍；影响同一电网上其它负载的正常工作。,优点： 简单、方便、经济、起动过程快，适用于中小型笼型异步电动机。,起动时把电动机的定子绕组直接接入电网中。,5.5 三相异步电动机的起动,2.降压起动,起动时降低电动机的电源电压，待电动机转速接近稳定转速时，再把电压恢复正常。,5.5 三相异步电动机的起动,起动方法有,自耦变压器降压起动；,星三角形降压起动。,定子绕组串电阻降压起动；,定子绕组串联电阻降压起动,起动时，将 SA1 闭合，三相电源电压经电阻 R 接到电动机定子绕组上，电动机降压起动。,待起动完毕后，将SA2闭合，短接掉电阻 R，定子绕组直接与电源相连，全压运行。,自耦变压器降压起动,起动时，将 SA1 闭合，SA2置降压起动位置。电动机定子绕组加变压器的副边电压。由于 k 1，电动机降压起动。,待电动机起动完毕后，将SA2切换到全压运行位置上，电动机正常运行。,星三角降压起动,适合工作时三角形联结的电动机。,起动时，将开关SA1 闭合，SA2置于星形联结的位置上，电动机定子绕组星形联结降压起动。,起动完毕将开关SA2 切换到三角形联结的位置上，电动机正常运行。,5.6 三相异步电动机的调速,调速是指人为地改变电动机的转速。,根据 可知，调速方法有,1. 变极调速,将定子绕组的接线端引出，通过转换开关改变定子绕组接法以改变磁极对数，构成多速电动机。,变极调速,变频调速,变压调速等,有 4/2 极、6/4 极、8/4 极、8/6 极、12/6 极，也有 6/4/2 极、8/4/2 极、8/6/4 极，还有 12/8/6/4 极等多种产品。这种调速是步进式的调速方法。,常用的是双速、三速或四速电动机。,2. 变频调速,通过改变异步电动机供电电源的频率来实现。,用电抗器或自耦变压器来降低定子绕组上的电压，进而改变转矩，获得一定的调速范围。常用于拖动风机、泵类等负载，家用电器中电风扇也有用这种方法调速的。,3. 变压调速,5.7 单相异步电动机,日常生活中的电风扇、电冰箱、洗衣机、搅拌机 等均采用单相异步电动机作动力。,5.7.1 电容分相式单相异步电动机,U1U2：工作绕组，流过的电流为 i2；,它们在空间互差 90。,V1V2：起动绕组，串有电容器，流过的电流为 i1；,转子为笼型,定子两个绕组：,旋转磁场,5.7.1 电容分相式单相异步电动机,选择适当电容可使两个绕组中的电流相位差为 90。,采用在起动绕组中串入电阻的方法也可使两相绕 组中的电流在相位上存在一定的角度产生旋转磁场。,5.7.2 罩极式单相异步电动机,5.7.1 电容分相式单相异步电动机,转动原理,与三相异步电动机相同。,定子磁极上开一个槽，将磁极分成两部分，较小部分套一个短路环 罩极。,罩极式单相异步电动机定子铁心做成凸极式，转子仍为笼型。,罩极式单相异步电动机不能改变转向，它的起动转矩较小，一般用在空载或轻载起动的台扇、排风机等设备中。,5.7.2 罩极式单相异步电动机,原理：,当在定子绕组中通入单相交流电流时，铁,心中的磁通会从未罩部分向罩极移动，好像磁场在旋转，从而获得起动转矩。,*5.8 同步电动机,电动机转子的转速始终与定子旋转磁场转速相 同，这类电动机称为同步电动机。同步电动机主要 分三相同步电动机和微型同步电动机两类。,5.8.1 三相同步电动机的结构及运转原理,与三相异步电动机的定子结构完全相同，也是 由机座、定子铁心、定子三相绕组等组成。三相绕 组可以接成星形或三角形联结，通入三相交流电后， 产生旋转磁场。,1. 结构：分为定子和转子两大部分。,定子,做成凸出的磁极并装有直流励磁绕组。,3. 三相同步电动机的起动,转子,2. 运转原理,转子励磁绕组中通入直流电时，在转子上产生恒定的磁极，该磁极被定子旋转磁场吸引并拖动转子同步转动。,在转子边沿安装许多类似笼型异步电动机转子的导体。,起动时，转子直流励磁绕组不通电，电机异步起动；,当转子转速接近同步转速时，转子绕组再通入直流电流，旋转磁场就会立即吸住转子同步运转。,(1)恒速性,三相同步电动机与三相异步电动机相比较，结构复杂，价格较贵，需交、直流电源供电，且不能调速，作为动力机械使用受到一定限制。但可以作为同步补偿机使用，使其空载运行，向电网输送 无功电流，提高功率因数。,4. 同步电动机在运行中特点,(2)功率因数可调性,常用于拖动要求恒速的生产机械，如压缩机、水泵、碎石机等。,通过调节励磁电流可改变电动机本身的功率因数。,5.8.2 微型同步电动机,1. 反应式同步电动机,反应式同步电动机转子是用软磁材料做成凸极式，边沿安装笼型导条。,应用于自动化装置、记录仪器、录音机、电影机设备中。,微型同步电动机的定子与单相异步电动机基本相同，有电容分相式和罩极式；,转子,反应式,磁滞式,永磁式,1. 反应式同步电动机,当定子绕组通入单相交流电产生旋转磁场时，转子异步起动，同时转子被磁化。,应用于自动记录装置、电钟、电唱机等设备中。,磁力线被扭曲,2. 磁滞式同步电动机,转子：用硬磁性材料制成圆柱形，中间开槽使转子沿不同方向的磁阻不同。,磁滞式同步电机结构,开始时定子产生旋转磁场磁化转子铁心， 如图所示。,5.8.2 微型同步电动机,2. 磁滞式同步电动机,当定子磁极旋转一角度 q 后，转子上已被磁化的磁 性并未消失，表现为旋转磁场与转子磁极轴线之间将出现空间位置的夹角 q，即磁滞角。磁滞角q 的存在，使气隙中旋转磁场对转子磁极的作用力 F 分解为径向作用,力 Fn 和切向作用力 Ft 。切向作用力 Ft 可形成磁滞转矩，使转子沿旋转磁场方向旋转。,磁滞式同步电动机运行功率因数低,3. 永磁式同步电动机,原理：,结构：,转子是由永久磁铁制成凸极式转子。定子与前两种电机相同。,起动：仍采用异步起动。,应用：自动化仪表内的计时机构中。,当定子绕组通过单相交流电产生旋转磁场后，转子永久磁场将产生与旋转磁场相同的磁极数，因而被定子旋转磁场拖入同步运转。,*5.9 直流电动机,5.9.1 直流电动机的结构及转动原理,直流电动机主要由定子和转子两部分组成。,1. 结构,2. 转动原理,电流方向 Aa b c d B,电流方向 Ad c b a B,5.9.2 直流电动机的励磁方式,直流电动机定子磁极,永久磁铁,励磁绕组通入直流电产生,励磁绕组励磁方式：他励、并励、串励、复励。,直流电动机的机械特性曲线与励磁方式有关。,他励和并励直流电动机,具有硬机械特性。适用于需要调速的轧机、金属 切削机床、纺织印染、造纸和印刷机械,5.9.2 直流电动机的励磁方式,串励电动机,具有软机械特性。用于起重及交通运输机械上，如起重吊车、电瓶车、城市电车、电传动机车等。,复励电动机,复励电动机的机械特性曲线介于并