电动机交流工作原理PPT课件.ppt

一 结构 4 1三相异步电动机的结构和工作原理 1 定子 2 转子 鼠笼转子 鼠笼式 如铸铝形成转子绕组 绕线式 1 定子三相绕组通入三相交流电 1 旋转磁场的产生 1对磁极 二 工作原理 2 合成磁场方向向下 合成磁场旋转60 合成磁场旋转90 600 o 3 可见 1对磁极时三相电流产生的合成磁场为旋转磁场 交流电一个周期 即电角度 t 360 磁场旋转360 2 旋转磁场的旋转方向 任意调换两根电源进线就使磁场反转 4 若定子每相绕组由两个线圈串联 绕组的始端之间互差60 将形成两对磁极 P 2 即4极 旋转磁场 3 磁极对数P与磁场转速n0 5 磁极对数p 1时 交流电一个周期 即电角度 t 360 磁场旋转360 磁场转速 6 p 2时 所以 7 4 三相异步电动机的工作原理 三相定子绕组通入三相交流电产生旋转磁场 转子导体切割磁力线产生感应电动势与感应电流 进而产生电磁转矩使转子旋转 因磁场转速n0需比转子转速n快才能正常切割磁力线 故称为异步电动机 又称为感应电动机 5 转差率S 很重要 磁场转速n0 又称同步转速 和转子转速n之差与n0的比值称为转差率S 异步电动机启动时n 0 S 1 n n0时 S 0 额定工况下一般 8 例1 一台三相异步电动机 其额定转速n 975r min 电源频率f1 50Hz 试求电动机的极对数和额定负载下的转差率 解 根据异步电动机转子转速与旋转磁场同步转速的关系可知 n0 1000r min 即 p 3 额定转差率为 9 三 定子绕组线端连接方式 定子三相绕组的六个出线头可根据需要灵活地接成星形 Y形 或三角形 形 联结 Y联结 10 4 2三相异步电动机的定子电路和转子电路 三相异步电动机的电磁关系与变压器类似 1 异步电动机中定子和转子绕组相当于变压器的原 副绕组 2 变压器 变化 eU1 E1 4 44fN1 异步电动机 旋转 eU1 E1 4 44fN1 3 变压器 I2增大 I1增大 以保持 基本不变 以达到传递能量的目的 异步电动机 当负载增加时 转子电流I2增大 I1增大 以保持 基本不变 以达到传递能量的目的 11 三相异步电动机与变压器的不同之处 1 变压器的副绕组是静止的 不能短路 而异步电动机的副绕组是旋转的且短路 3 变压器的磁路是无气隙的 而异步电动机中的定子和转子之间是有不大的气隙 2 变压器中原 副绕组的感应电动势是同频率的 而异步电动机中转子感应电动势的频率是随转子转速改变的 12 一 定子电路 取一相分析 漏磁电动势 i1 u1 e1 eL1 i2 R1 e2 eL2 R2 定子电路 转子电路 感应电动势 R1为定子绕组内阻 13 u1 因R1 X1小 可近似认为U1 E1 14 二 转子电路 1 转子感应电动势e2频率f2 因转子在旋转 故转子感应电势频率f2 定子感应电势频率f1 n 0即转差率S 1时转子切割磁力线最剧烈f2 f1 n n0即S 0时转子不切割磁力线f2 0 额定工况下S 1 5 6 f1 50Hz时 f2 0 75 3Hz 15 2 转子感应电动势e2 有效值E2 4 44f2N2 4 44Sf1N2 当转速n 0 S 1 时 f2最高 E2最大 记为 E20 4 44f1N2 转子静止时的感应电势 故E2 SE20 转子转动时的感应电势 16 当转速n 0 S 1 时 f2最高 X2最大 记为 X20 2 f1LL2 故X2 SX20 3 漏磁电动势 转子静止时的漏磁感抗 转子转动时的漏磁感抗 R2与X2对电机影响均大 17 4 转子电流I2 5 转子电路的功率因数 20 2 X R S S大时 低速 18 n00n 19 6 电磁转矩 由前面分析知 K为与电机结构有关且正比于1 f1的常数 U为供电电压 R2为转子内阻 X20为转子不转时的漏磁感抗 20 7 机械特性曲线 交流异步电动机 直流电动机 21 8 固有机械特性曲线与4个特殊工作点 1 理想空载工作点T 0 n n0 S 0 2 额定工作点 重要 TN nN SN 一般1 5 6 3 启动工作点 重要 Tst n 0 S 1一般Tst 0 8 1 5TN P66页 而启动电流Ist 5 7IN 适当增大R2 线绕式电机 能明显增大Tst且Ist减小 22 2020 1 27 23 一般Tmax 2 2 2TN 增大R2 线绕式电机 使Sm增大 而Tmax不变 机械特性曲线变为绿色 再代入转矩公式 可得 4 临界工作点 重要 最大转矩Tmax nm Sm O T S 1 Sm 24 4 3三相异步电动机的人为机械特性与调速特性 一 变磁极对数调速 改变磁极对数P能改变磁场转速 特点 简单 机械特性硬 效率高 有级调速 启动时先接低速再接高速可明显提高启动性能 S O T 1 25 二 改变转差率调速 1 降压调速 由机械特性公式可知减小U会使T大大下降 特点 机械特性变软 拖动能力 Tst Tmax 大大下降 无级调速 低速时效率低 发热大 26 降压调速时的能量损失 旋转磁场传到转子上的电磁功率Pe为 可见交流异步电动机低速时效率低 发热大 转子上产生的机械功率Pm为 功率差 又称转差功率 Ps为 单位 P kw T N m n r min 2 定子电路串电阻或电抗器调速 串电阻或电抗器使定子绕组电压下降 故特性与降压调速类似 27 特点 简单 机械特性软 有级调速 低速时效率低 启动性能明显提高 3 转子电路串电阻调速 线绕式电机 O T S 1 R2 R2 28 特点 能量可回馈电网 效率较高 调速范围不大 复杂 4 串级调速 线绕式电机 O T S 1 转子电路串与转子感应电动势频率相同 相位相反的附加电动势 减小转子电流实现降速 书P80图5 43c不合理 转子电流 29 特点 结构简单 无级调速 机械特性软 效率不高 5 电磁转差离合器调速 O T 电动机通过电磁转差离合器产生的电磁转矩带动负载转动 离合器无励磁电流时不能产生电磁转矩 相当于负载被 离开 电磁转差离合器工作原理与异步电动机类似 电磁转差离合器机械特性经验公式 If为离合器励磁电流 30 吊扇调速 通过定子绕组串电容来降压调速 吊扇等风机 水泵类负载机械特性如绿线所示 M 220V 通过改变电容值即可调速 恒转矩负载 指负载转矩随转速变化不大 如起重机 机床的一次切削过程等 恒功率负载 如机床粗加工时切削深度大 切削力大 开低速 精加工时切削深度小 切削力小 开高速 需用变速箱来与电动机匹配 风机类负载 如泵 电动机多工作在恒转矩方式 额定转矩 31 1 在额定频率以下变频 为保持磁通 额定 需使不变 即交流电压随频率成比例下降 特点 机械特性硬 效率高 属恒转矩调速 启动性能大大提高 适合准确自动调速 机械特性曲线如下 教材P65图5 26 而P83图5 48不大好 O T f1N f11 f12 f11 f12 f1减小 Tmax基本不变 Tst增大 三 变频调速 32 2 在额定频率以上变频 交流电频率增大时 转速将增大 但因电压不能超过额定电压 故只能保持U不变 将变小 所以转矩T也变小 属恒功率调速 特点 机械特性硬 效率高 拖动能力下降 属恒功率调速 33 4 4三相异步电动机的启动特性 异步电动机启动性能差 一般启动转矩Tst 0 8 1 5TN 而启动电流Ist 5 7IN 常用于10kw以下的电动机 也可按教材P67处理 一 直接启动 全压启动 二 定子电路串电阻或电抗器降压启动 定子绕组接成星形 Y 时的电压是接成三角形 时的 电磁转矩为 三 Y 降压启动 34 六 利用控制电路限制启动电流并保持恒值启动 软启动 四 自耦变压器降压启动 五 利用变频调速装置低频启动 七 线绕式异步电动机的启动 转子串电阻 1 逐级切除启动电阻 2 转子串频敏变阻器启动 频敏变阻器实质上是铁芯损耗很大的电抗器 转子感应电流频率低时阻抗小 适合正常转速 感应电流频率高时阻抗大 适合启动 35 2 深槽式电动机 八 特殊鼠笼式电动机 1 双鼠笼式电动机 3 高转差率鼠笼式电动机 外笼电阻大 启动性能好 称为启动笼 利用电流集肤效应 等效使转子启动时电阻增大 减小启动电流 提高启动转矩 增大转子电阻 提高启动性能 但机械特性变软 36 4 5三相异步电动机的制动特性 一 反馈制动 当异步电动机n n0时 自动进入反馈制动状态 常见于电车下坡 变频降速等 将制动能量转为电能回馈电网 节能 特点 制动转矩大 效率高 能量回馈电网 37 二 反接制动 1 电源反接制动 将三相电源线中的任意两相对调 旋转磁场反向旋转 从而制动 因电流很大 对于线绕式电机需转子电路串电阻 机械特性如下图所示 对于鼠笼式电机则在定子电路串电阻 但制动转矩大大下降 O T 特点 制动转矩较大 能量损耗大 38 2 倒拉制动 线绕式电机转子电路串电阻 O T 串大电阻使机械特性很软 进入倒拉制动状态 特点 串入不同的电阻可灵活调整反转速度 能量损耗较大 39 三 能耗制动 断开三相电源 向定子绕组通入直流电 形成固定磁场 转子电磁感应产生制动转距 与直流电动机能耗制动原理相同 O T 教材P87图5 53b不正确 特点 较简单 制动效果较好 不节能 40 4 6单相异步电动机 单相异步电动机结构更简单 广泛用于电风扇 洗衣机 电冰箱等 其定子绕组为单相 单相定子绕组接220V单相交流电产生交变磁场 msin t 又称脉动磁场 但不旋转 若转子静止则无法启动 此脉动磁场可用正 反两个方向的旋转磁场来等效 故若转子是转动的则能一直转下去 41 脉动磁场分解为正 反两个方向的旋转磁场 P89 B B 42 一 电容分相式异步电动机 在定子中放置有两个绕组 一个是工作绕组A X 另一个是启动绕组B Y 两个绕组