电机与拖动指导书_2.doc

四、本课程的任务及学习方法v 电机与拖动基础是电气工程与自动化或电气工程及其自动化、自动化专业的一门重要的技术基础课。从应用的角度出发，分析变压器、直流电机、异步电机和同步电机四类主要电机的基本结构、工作原理、电磁关系和运行特性，为掌握本专业和学习后续课程打下理论基础。1. 电机学及性质：专业基础课2. 基本要求：了解电机、变压器的基本结构掌握正常稳态运行时的分析方法了解空载运行和负载运行时电机内部的物理情况掌握电机的运行特性掌握电机的基本实验方法和操作技能3.本门课学习方法：抓住主要矛盾； 理论联系实际； 善于运用对比的方法。第一章直流电机直流电机具有良好的调速性能、较大的起动转矩和过载能力，比较容易控制。因此广泛地应用于对起动和调速性能要求较高的生产机械。第一节 直流电机的工作原理一、 直流电机的工作原理1 直流发电机的工作原理2 直流电动机的工作原理二、 直流电机的结构1 定子 1） 主磁极主磁极的作用是产生气隙磁场。2） 换向极两相邻主磁极之间的小磁极称为换向极，又称为附加极或间极，其作用是改善直流电机的换向，减小电机运行时电刷与换向器之间可能产生的火花。3） 机座机座一般为铸钢件或由钢板焊接而成，具有足够的机械强度和良好的导磁性能。4） 电刷装置主要用于引入或引出直流电压和直流电流，通过该装置把电机电枢中的电流与外部电相连或把外部电源与电面电枢相连。2 转子1） 电枢铁心电枢铁心是直流电机主磁路的一部分，对放置在其上的电枢绕组起支撑作用。2） 电枢绕组电枢绕组是电机产生电磁转矩和感应电动势，进行能量变换的关键部件。3） 换向器换向器是由许多换向片组成的圆柱体，换向片之间用去母隔开，彼此绝缘。4） 转轴转轴一般用圆钢加工而成，有一定的机械强度和刚度，起转子旋转的支撑作用。3 铭牌直流电机机座的外表面上钉有铭牌，用于标明电机主要额定数据及电机产品数据，供使用者参考。 课后作业：见书1-11-2第二节 直流电机的磁场一、 直流电机的励磁方式1 他励直流电机他励直流电机的励磁绕组与电枢绕组无连接关系。2 并励直流电机并励直流电机的励磁绕组与电枢绕组并联，励磁绕组的供电电压与电枢绕组端电压相同。3 串励直流电机串励直流电机的励磁绕组与电枢绕组串联，励磁电流与电枢电流相同，励磁绕组的导线粗而匝数较少。4 复励直流电机复励直流电机的主磁极上套有两套励磁绕组，一套与电枢绕组并联，称为并励绕组；一套与电枢绕组串联，称为串联绕组。若串励和并励4组产生的磁动势方向相同称为积复励；若两个方向相反则称为差复励。二、 直流电机的电枢反应1 空载磁场 直流电机不带负载时，电枢绕组电流为零或近似等于零，电机几乎无功率输出，这种运行状态称为空载运行。1） 主磁通和漏磁通2） 气隙磁密分布曲线3） 磁化特性曲线2 电枢反应直流电机通过励磁电流在主磁极建立主磁场，当电枢绕组中通过电流时，产生电枢磁动势，也在气隙中建立起电枢磁场。这时电机的气隙中形成由主磁极磁场和电枢磁场共同作用的合成磁场，电枢磁场使得主磁场发生畸变，这种现象称为电枢反应。1） 电枢磁场2） 合成磁场三、 直流电机的换向1 换向过程2 影响换向的电磁原因3 改善换向的方法1） 选用合适的电刷，增加接触电阻2） 装设换向极3） 装设补偿绕组 课后作业：见书1-3 1-4 第三节 直流电机的感应电动势和电磁转矩一、 感应电动势电枢绕组中的感应电动势，也称为电枢电动势，是指正负电刷之间的感应电动势，即每条支路的感应电动势。 二、 电磁转矩 当电枢绕组中有电枢电流流过时，在磁场内交受到电磁力的作用，该力与电机电枢铁心半径之积称为电磁转矩。 对于同一台直流电机，电动势常数和转矩数之间的关系为 课后作业：见书1-7 1-9 第四节 直流电动机的工作特性一、 基本方程直流电动机的基本方程式包括电压平衡方程式、转矩平衡方程式和功率平衡方程式，反映了电机内部的电磁过程和机电能量转换关系。1 电压方程 2 转矩方程 3 功率方程电动机在机电能量转换过程过中，总有一小部分能量不能被利用而损耗掉，即输入的电功率不可能全部转换成机械功率。1） 机械损耗机械损耗是指当电机转动时，由于摩擦阻力而产生的损耗。2） 铁心损耗铁心损耗是指当直流电机旋转时，电枢铁习中因磁场反复变化而产生的磁滞损耗和涡流损耗。3） 铜耗铜耗是指当直流电动机运行时，在电枢回路和励磁回路中有电流流过，在绕组电阻上产生的损耗。4） 附加损耗电动机总损耗 直流电动机的效率为 二、 工作特性1 转速特性在额定电压、额定励磁电流时，转速与电枢电流之间的关系称为转速特性。 机械特性方程式 2 转矩特性在额定电压、额定励磁电流时，电磁转矩与电枢电流之间的关系称为转矩特性。 3 效率特性 课后作业：见书1-131-15第二章 直流电动机的电力拖动在现代工业生产过程中，采用电动机作为原动机来拖动生产机械运行的系统，称为电力拖动系统。电力拖动系统通常由电动机、传动机构、生产机械、控制设备和电源等五部分组成，按照电动机种类的不同，分为直流拖动与交流拖动两大类。第一节 电力拖动系统的运动方程一、 电力拖动系统运动方程 分析：（1）当时，0，拖动系统处于加速状态； （2）当时，0，拖动系统处于减速状态； （3）当=时，=0，拖动系统处于静止或稳速运行状态。拖动系统处于加减速状态，称为动态；拖动系统处于静止或稳速运行状态，称为静态或稳态。三、 运动方程式中各转矩正负号确定的规则在运动方程式中的力、转矩、速度、角速度都可能有两种方向，故必须用正负号来表示它们的方向关系。正方向的选区取是任意的，但工程上有些习惯的规定方法。如转速习惯以顺时针为正，而对于起重机，则习惯以提升装置上升的转速方向为正。1、 电磁转矩与转速正方向相同时为正，相反时为负；2、 负载转矩与转速正方向相反时为正，相同时为负。动态转矩的大小及正负号由与的代数和来确定 课后作业：见书2-1 2-3 2-5 第二节 生产机械的负载转矩特性一、 恒转矩负载特性1 反抗性负载2 位能性负载二、恒功率负载特性三、风机泵类负载特性第三节 他励直流电动机的机械特性一、 固有机械特性1 机械特性的一般表达式 2 固有机械特性 3 固有机械特性的计算四、 人为机械特性1 电枢串电阻的人为特性 2 降低电压的人为特性 3 减弱磁通的人为特性 4 人为特性的计算与绘制五、 电力拖动系统稳定运行条件电力拖动系统稳定运行的充分必要条件是：（1）电动机的机械特性与生产机械的负载特性有交点。（2）当系统在运行中受到某种扰动时，具有在新的工作点稳定运行或在扰动消除后能自动恢复到原来工作点运行的能力。 课后作业：见书2-9 2-12 2-16 第四节 他励直流电动机的起动一、直接起动 把他励直流电动机的电枢绕组直接接到额定电压的电源上，这种起动方法称为直接起动。 二、降低电压起动 直流电动机的电枢由可调直流电源供电，起动时，先将励磁绕组通电，调节励磁电流为额定值，再将电枢电压由低向高调节。三、 电枢回路串电阻起动起动时在电枢回路中串入电阻 课后作业：见书2-14 2-152-20 第五节 他励直流电动机的调速一、 调速的基本概念生产机械的转速调节有两种方法：一种是机械调速，通过改变传动机构的传动比来改变生产机械的转速；另一种是电气调速，通过对拖动生产机械的电动机进行转速调节，来改变生产机械的转速。 二、调速指标1 静差率2 调速范围D3 调速的平滑性4 调速的经济性5 调速的方式电动机的调速方式有恒转矩调速和恒功率调速两种。1） 恒转矩调速方式恒转矩调速方式是指在调速过程中，保持电枢电流为额定电流的条件下，电动机允许输出的转矩不变，与转速无关。 2） 恒功率调速方式恒功率调速方式是指在调速过程中，保持电枢电流为额定电流的条件下，电动机允许输出的功率基本保持不变，与转速无关。 三、他励直流电动机的调速方法 1 电枢串电阻调速2 降低电压调速3磁通调速课后作业：见书2-122-20 第六节 他励直流电动机的制动一、 能耗制动1 能耗制动的实现方法2 能耗制动的机械特性3 能耗制动的特点三、 反接制动1 电源反接制动2 倒拉反接制动四、 回馈制动1 回馈制动的实现方法2 回馈制动的机械特性3 回馈制动的特点课后作业：见书2-16 2-20 2-23第三章 变压器第一节 变压器的工作原理和基本结构一、变压器的定义及其分类变压器的定义：利用电磁感应原理，把一种电压的交流电能转变成频率相同的另一种电压的交流电能。（用来升高或降低电压的一种静止的电能转换装置）结构原则：两个相互绝缘的绕组套在一个共同的铁心上，它们之间只有磁的耦合，没有电的联系。一次侧：通入交流电流侧，即吸收电能侧。一次侧通入电流产生交变磁通，进而感应电势 。二次侧：接负载侧，即输出电能侧。与一次侧产生的磁通交链，进而产生感应电势 。变压器的分类1按用途分类：电力变压器、特种变压器、仪用互感器、调压器、试验用高压变压器2按绕组数分：双绕组、三绕组、多绕组变压器以及自耦变压器3按铁心结构分：心式、壳式变压器4按相数分：单相变压器、三相变压器5按冷却方式和冷却介质分：空气冷却的干式变压器和用油冷却的油浸式变压器。6.容量大小：小型变压器、中型变压器、大型变压器和特大型变压器。二、变压器的基本结构主要结构有：铁心、绕组、油箱、绝缘套管等。1.铁心：构成主磁路，机械骨架，由硅钢片迭成材料：0.35mm厚涂有绝缘漆膜的硅钢片，导磁性能好，可减少铁损；铁心结构：心式和壳式；迭片方式：交迭式迭装2.线圈：导电部分，铜线或铝线*为便于线圈和铁心绝缘，低压靠近铁心柱在里面，高压在外面；线圈在铁心上排列方式： 同心式交迭式3.油箱和冷却装置：变压器油的作用：绝缘和冷却4.绝缘套管：用于引线5.保护装置和其他部件名称作用材料结构铁心形成磁路0.27 ,0.3, 0.35mm厚度冷轧硅钢片心式：线圈包围铁心，简单壳式：铁心包围线圈，方线圈绕组变压器电路部分铜或铝导线圆筒式、饼式、连续式和螺旋式线圈。装配时低压绕组靠铁心油箱绝缘、散热套管变压器引出线的绝缘部件瓷质多级伞形。级数与电压等级有关三、变压器的型号和额定值1. 型号：表示一台变压器的结构、额定容量、电压等级、冷却方式等内容。例如：SL-500/10：表示三相油浸自冷双线圈铝线，额定容量为500kVA，高压侧额定电压为10kV级的电力变压器。2. 额定值：铭牌规定在额定使用条件下所输出的视在功率。：指变压器长时间运行所承受的工作电压。（三相为线电压）：规定加在一次侧的电压；：一次侧加额定电压，二次侧空载时的端电压。：变压器额定容量下允许长期通过的电流有和（三相为线电流）。：我国工频：50Hz；还有额定效率、温升等额定值。3.单相变压器：SN=I1NU1N = I2NU2N 三相变压器： 注意：额定线电压、额定线电流绕组Y接法：绕组接法：四、基本工作原理以单相变压器为例介绍变压器的基本工作原理AXu1 i1 0e1axe2i2u2基本原理：其中： ； 若 可见，只要改变线圈的匝数，就能达到改变电压的目的。课后作业：见书3-1 3- 6 3-4 第二节 变压器的运行原理（空载、负载运行）一、空载运行变压器的空载运行是指原边加额定电压，副边开路时的运行状态。图中各物理量的方向均是按照“电工惯例”所规定的参考方向。（1）在原绕组内，电流的方向与电压的方向一致； （2）磁通的方向与电流的方向之间遵从右手螺旋规则； （3）感应电动势的方向与磁通的方向之间遵从右手螺旋规则； （4）在副绕组内，将E2看作是负载的电源，则 I2与E2方向一致， U2与I2的方向一致。1空载运行时的电磁关系当变压器的原边加上交流电压 U1时，在原绕组中便有交变的电流 I。从而在原绕组中建立空载磁势 F。=N1I。在该磁势的作用下，产生交变磁通，其中绝大部分磁通通过铁心构成闭合回路，与原、副绕组相交链，这部分磁通称为变压器的主磁通，用表示。另有一小部分磁通经过原绕组周围的空间只与原绕组交链，这部分磁通称为原边漏磁通，用L1 表示。2空载运行时的电压平衡方程式e1和e2的有效值为变压器变比k3空载电流变压器分析中，磁势和磁通要满足磁路定律；电压、电流、感应电动势要满足电路定律；磁通和感应电动势要满足电磁感应定律。1 空载电流的波形 变压器空载运行时，由空载电流建立主磁通，所以空载电流就是励磁电流。由于导磁材料的非线性磁化特性，用来建立磁场的励磁电流的大小和波形与铁心的饱和程度有直接关系。（1） 磁路不饱和时，。若u正弦波，则正弦波，i0也是正弦波（2） 磁路饱和时，与i0非线性。电源电压u仍然是正弦波，正弦波，i0畸变为尖顶波。（3） 况且铁心磁路愈饱和，励磁电流波形畸变愈严重。（4） 因为磁路都是饱和的，为能够获得正弦波电势，需要正弦波的磁通，因此励磁电流必须势尖顶波。2 空载电流与主磁通的相量关系实际上，励磁电流包括建立磁场的磁化电流（无功）im和供给损耗（铁耗）的一小部分有功电流iFe, imiFe。磁化电流与磁通同时变化，它们相位相同, 就是说超前E成90度或者说滞后端电压90度（因为E-u1）。铁耗电流与u1同相位，合成励磁电流超前磁通角，称为铁耗角。（笔记图）3 空载时的等效电路根据前面推导的电压平衡方程，在正弦稳态下有：仿造漏电势的处理方法，引入励磁阻抗Zm=Rm+jXm, 表示，则，根据此方程，就可以画出等效电路图。参数R1,X1与漏磁路有关，是常数；Rm，Xm都不是常数，随着铁心饱和程度提高而减小。只有当电网电压保持在额定值附近变化不大时，可以认为Zm不变。变压器就是一个大电感。二、负载运行变压器的负载运行是指原边加额定电压，副边接上负载时的运行状态。负载运行时的电磁关系变压器负载运行时，二次侧电压U2电流I2以及负载阻抗ZL=RL+jXL，磁势F2=N2I2；一次侧电流变成了I1，磁势F1=N1I1。负载时仍然有关系式，（忽略一次侧绕组漏阻抗压降I1Z1时），进一步用标量表示有：，故负载时的主磁通（由F1，F2共同作用产生）近似等于空载主磁通（由F0产生）。即：因为一次侧漏阻抗很小，从空载到额定负载时，感应电势变化很小，认为主磁通基本不变，负载时认为Im=I0， 今后记为 整理得： 一次侧电流负载分量 ，此公式说明它用于抵消二次侧的磁势。课后作业：见书3-2 3- 10 3-2第三节 变压器的运行性能一、电压调整率和外特性1. 电压调整率uU1=U1N，cos2等于常数时，从空载到负载，二次侧电压变化的百分值。定义式： 2. 参数表达式：由简化相量图，可得：（推导过程略） 式中： 称为负载系数，直接反应负载的大小，如，表示空载； ，表示满载；*影响u的因素：负载大小；短路阻抗标么值；负载性质一、 效率和效率特性1变压器的损耗：损耗*铁损-不变损耗；铜损-可变损耗。2.效率：*变压器的效率比较高，一般在（9598）%之间，大型可达99%以上。 令： *结论：效率大小与负载大小、性质及空载损耗和短路损耗有关。 效率特性： 最大效率：令： 得 即 （或铜损=铁损）时，有*说明：变压器的铁损总是存在，而负载是变化的，为了提高变压器的经济效益，提高全年效益，设计时，铁损应设计得小些，一般取，对应的PKN与P0之比为34。课后作业：见书3-16 3- 22 3-25第四节 三相变压器一、三相变压器的磁路系统1.组式变压器：将三台相同的单相变压器一次、二次侧绕组，按对称式做三相联结，可组成三相变压器组，各相磁路彼此无关，即三相磁路是独立的； 原边外施三相对称电压三相对称磁通由于磁路对称，产生三相对称的空载电流2.心式变压器：各相磁路彼此相关，有电和磁的联系； 原边外施三相对称电压三相对称磁通但由于磁路不对称，产生的三相空载电流不对称，且中间电流小。*组式和心式变压器的比较： 组式变压器：受运输条件或备用容量限制采用 心式变压器：省材料，效率高，占地少，成本低，运行维护简单，广泛应用。二、 三相变压器的联结（一）、高、低压绕组相电压的相位关系1.变压器线圈的首、末端标志线圈名称单相变压器三 相 变 压 器首端末端首端末端中点高压线圈AXA B CX Y ZO低压线圈axa b cx y zo中压线圈AmXmAm Bm CmXm Ym ZmOm极性：指瞬时极性同名端 由线圈的绕向和首末端标志决定2.单相变压器的连接组别：I,I0；I,I63.三相变压器线圈的连接组别1.)连接方式：Y或D；（y,d）2.)定义：反映三相变压器对称运行时，高、低压侧对应线电动势（或线电压）之间的相位关系，它与线圈的绕向和首、末端标记及高、低压线圈的连接方式有关。3.)时钟表示法：（相量图）举例： B CbcA,a位形图 Y,y0 作图步骤：先画出高压线圈的相量图； 便于比较，将A,a连成等电位点； 画出低压侧的相量图； 将AB,ab连线，得出结论。4.国标规定了五种标准连接组：Y,yn0；Y，d11；YN，d11；YN，y0；Y，y0。*凡Y,y或D,d连接均为偶数；凡Y,d或D,y连接均为奇数。*本节课将原理讲完后，主要让学生自己练习。三、变压器并联运行1.定义：几台变压器的原、副线圈分别连接到原、副边的公共母线上，共同向负载供电。2.优点：可靠性；经济性。（一）理想并联运行的条件 1.理想条件：空载时副边无环流； 负载后负载系数相等；各变压器的电流与总电流同相位。2.应满足的要求：各变压器的原、副边的额定电压分别相等，即变比相等； 各变压器的连接组号相同；各变压器的短路阻抗（短路电压）标么值相等，且短路阻抗角也相等。（二）变比不等时变压器的并联运行，设空载运行时的环流（原边向副边折算）空载时有环流：负载运行：*结论：变比大的变压器承担的电流小，变比小的变压器承担的电流大。（三）、组别不同时变压器的并联运行组别不同时，副边线电动势最少差300，由于短路阻抗很小，产生的环流很大。*结论：组别不同，绝对不允许并联。（四）、短路阻抗标么值不等时的并联运行 结论：各变压器所分担的负载大小与其短路阻抗标么值成反比，短路阻抗标么值大的变压器分担的负载小，短路阻抗标么值小的变压器分担的负载大。总结：变比不同和短路阻抗标么值不等的变压器，在任何一台变压器都不会过载的情况下，可以并联运行。 短路阻抗标么值不等的变压器并联运行时，应适当提高短路阻抗标么值大的变压器的二次电压（即适当减小其电压变比），以使并联运行的变压器的容量均能得以充分利用。课后作业：见书3-19 3- 25 3-26第五节 特殊变压器一、自耦变压器 自耦变压器：把普通双绕组变压器 的高压绕组和低压绕组串联连接， 便构成一台自耦变压器，如图所示。正方向规定与双绕组变压器相同。二、电流关系和电压关系： 如图C所示，在分析时我们可忽略自耦变压器的漏磁通和绕组电阻，这样我们可以得到以下等式 kA： 自耦变压器的变比。负载时磁动势平衡关系为： 三、主要优缺点： 优点：由于自耦变压器的绕组容量小于额定容量，当额定容量相同时，自耦变压器与双绕组变压器相比，其单位容量所消耗的材料少、变压器的体积小、造价低，而且铜耗和铁耗也小，因而效率高。这就是自耦变压器的主要优点。缺点：由于自耦变压器原、副绕组之间有直接电的联系，为了防止因高压边单相接地故障而引起低压边的过电压，用在电力系统中的三相自耦变压器中性点必须可靠接地。同样，由于原、副绕组之间有直接电的联系，当高压边遭受过电压时，会引起低压边严重过电压，为避免这种危险需要在原、副边都装设避雷器。二、电压互感器和电流互感器电压互感器和电流互感器又称仪用互感器，是电力系统中使用的测量设备，其工作原理与变压器基本相同。使用互感器的目的是：1与小量程的标准化电压表和电流表配合测量高电压、大电流；2使测量回路与被测回路隔离，以保障工作人员和测试设备的安全；3为各类继电保护和控制系统提供控制信号。1、 电压互感器电压互感器存在着误差，这个误差包括变比误差和相位误差。在使用电压互感器时应注意：1副方不允许短路，否则会产生很大的短路电流，烧坏互感器的绕组；2副方应可靠接地；3副方接入的阻抗不得小于规定值，以减小误差。2、电流互感器：电流互感器在使用时应注意：1在运行过程中绝对不允许副方开路。这是因为电流互感器的原方电流是由被测试的电路决定的，在正常运行时，电流互感器的副方相当于短路，副方电流有强烈的去磁作用，即副方的磁动势近似与原方的磁动势大小相等、方向相反，因而产生铁心中的磁通所需的合成磁动势和相应的励磁电流很小。若副方开路，则原方电流全部成为励磁电流，使铁心中的磁通增大，铁心过分饱和，铁耗急剧增大，引起互感器发热。同时因副绕组匝数很多，将会感应出危险的高电压，危及操作人员和测量设备的安全；2副方应可靠接地；3副方回路阻抗不应超过规定值，以免增大误差。课后作业：见书3-11 3- 203-2第四章 异步电机异步电动机优点：结构简单、运行可靠、效率高、制造容易、成本低。异步电动机缺点：不能平滑调速、调速范围窄、降低电网功率因数（对电网来讲是感性负载）。第一节 三相异步电动机结构和工作原理基本类型：单相鼠笼式异步电机；三相鼠笼异步电机；三相绕线异步电机异步电机主要结构包括：静止的定子，旋转的转子，气隙。基本类型中就是指转子的结构形式。1 定子-定子铁心、定子三相或单相绕组、机座2 转子-转子铁心、转子绕线或鼠笼绕组、轴3 气隙-0.2mm1.5mm因为磁势大部分都消耗在气隙上，气隙小则电机的空载磁化电流就小，功率因数高。考虑到机械的原因，气隙又不能太小。部件名称作用材料结构定子铁心形成磁路0.5mm硅钢片叠制。直径大于1米的铁心用扇形片拼成半闭口槽（小型电机）、半开口槽（低压中型）、开口槽（大型）定子绕组电路部分，感应电势圆铜线或扁铜线导线线径小于1.53mm，散下线；成形线圈（大电机）机座机械支撑中小型电机铸铁；大型用钢板焊接转子铁心磁路的一部分0.5mm硅钢片叠制。中小型电机转子铁心直接叠装在轴上；大电机则用转子支架转子绕组感应电势、流过电流产生转矩中小型电机用铸铝转子鼠笼结构；绕线电机用铜导线绕线转子要利用滑环和电刷气隙磁场耦合三相异步电动机的铭牌上标明电机的型号、额定数据等。一、异步电动机的型号： 电机产品的型号一般采用大写印刷体的汉语拼音字母和阿拉伯数字组成。其中汉语拼音字母是根据电机的全名称选择有代表意义的汉字，再用该汉字的第一个拼音字母组成。例如Y系列三相异步电动机表示如下：我国生产的异步电动机种类很多，下面列出一些常见的产品系列。Y系列为小型鼠笼全封闭自冷式三相异步电动机。用于金属切削机床、通用机械、矿山机械、农业机械等。也可用于拖动静止负载或惯性负载较大的机械，如压缩机、传送带、磨床、锤击机、粉碎机、小型起重机、运输机械等。JQ2 和JQO2系列是高起动转矩异步电动机，用在起动静止负载或惯性负载较大的机械上。JQ2 是防护式和JQO2是封闭式的。JS系列是中型防护式三相鼠笼异步电动机。JR系列是防护式三相绕线式异步电动机。用在电源容量小、不能用同容量鼠笼式电动机起动的生产机械上。JSL2 和JRL2系列是中型立式水泵用的三相异步电动机，其中JSL2 是鼠笼式，JRL2是绕线式。二、异步电动机的额定值额定功率PN: 电动机在额定情况下运行，由轴端输出的机械功率，单位为W或kW。额定电压UN: 电动机在额定情况下运行,施加在定子绕组上的线电压，单位为V。额定频率fN：50Hz。额定电流IN：电动机在额定电压、额定频率下轴端输出额定功率时，定子绕组的线电流，单位为A。额定转速nN：电动机在额定电压、额定频率、轴端输出额定功率时，转子的转速，单位为r/min。其他额定值 N N (或N)其他数据:绝缘等级:A,E,B,H,F(极限工作温度:105,120,130,155,180) 防护等级:IP23-防护式,IP44-封闭式(分别表示防尘,防水) 工作制:S1-连续工作制;S2-段是工作制;S3-断续周期工作制 接法:(Y或).对于三相异步电动机，额定功率：三、如何根据电机的铭牌进行定子的接线？ 如果电动机定子绕组有六根引出线，并已知其首、末端，分几种情况讨论。（1）当电动机铭牌上标明“电压380/220V，接法Y/”时，这种情况下，究竟是接成Y或，要看电源电压（线电压）的大小。如果电源电压为380V，则接成Y接；电源电压为220V时，则接成接。（2）当电动机铭牌上标明“电压380V，接法时”时，则只有这一种接法。但是在电动机起动过程中，可以接成Y接，接在380V电源上，起动完毕，恢复接法。对有些高压电动机，往往定子绕组有三根引出线，只在电源电压符合电动机铭牌电压值，便可使用。二、工作原理：三相异步电动机定子接三相电源后，电机内便形成圆形旋转磁动势，圆形旋转磁密，设其方向为逆时针转，如图所示。若转子不转，转子鼠笼导条与旋转磁密有相对运动，导条中有感应电动势e，方向由右手定则确定。由于转子导条彼此在端部短路，于是导条中有电流，不考虑电动势与电流的相位差时，电流方向同电动势方向。这样，导条就在磁场中受力f，用左手定则确定受力方向，如图所示。转子受力，产生转矩T，为电磁转矩，方向与旋转磁动势同方向，转子便在该方向上旋转起来。转子旋转后，转速为n，只要nn1（n1为旋转磁动势同步转速），转子导条与磁场仍有相对运动，产生与转子不转时相同方向的电动势、电流及受力，电磁转矩T仍旧为逆时针方向，转子继续旋转，稳定运行在T=TL情况下。三相异步电动机工作原理可以归纳如下：（1） 对称三相绕组通入对称三相交流电产生旋转磁场；（2） 转子导体切割旋转磁场产生感应电动势和感应电流（3） 转子导体在磁场中受到电磁力的作用，形成电磁转矩促使转子转动。异步电动机转差率：1 电动机状态 （ 0 n n1, 0 s n1 , sn1)转速旋转。（1）转子导体运动（相对磁场，磁场转速慢）切割磁力线，产生感应电动（2）势，进而产生电流。电流与气隙磁场的相互作用产生与转子转向相反的制动转矩。（3）电机从轴上吸收机械功率，经过气隙耦合再向电网输出电功率。3 电磁制动状态 ( n1)转子逆着磁场方向旋转，此时电机既从电网吸收电功率又从轴上吸收机械功率，它们都消耗在电机内部变成损耗。注意：在正常情况下，异步电动机的转子转速总是略低与旋转磁场的转速（同步转速）。转差率是一个表征异步电动机运行状态的一个基本参数。感应电动机的转速随负载的变化而变化。 课后作业：见书4-1 4- 3 4-7第二节 异步电动机定子绕组一交流绕组的分类按相数分为：单相、三相、多相按槽内层数分为：单层（同心式、链式、交叉式）、双层（叠绕组、波绕组）、单双层每极每相槽数q：整数槽、分数槽2基本概念1）极距：2）线圈节距y： 整距y=； 短距y。3）槽距角（电角度）： 4）每极每相槽数q: 5）电角度=p360=p机械角度（电角度-是磁场所经历的角度）计量电磁关系的角度称为电角度（电气角度）。电机圆周在几何上占有角度为，称为机械角度。而从电磁方面看，一对磁极占有空间电角度为。一般而言，对于p对极电机，电角度=p机械角度。6）并联支路数a7）相带：60度相带将一个磁极分成m份，每份所占电角度 120度相带将一对磁极分成m份，每份所占电角度8）极相组将一个磁极下属于同一相（即一个相带）的q个线圈，按照一定方式串联成一组，称为极相组（又称为线圈组）。9）线圈组数 = Z/ q二、单层绕组（一）特点：每个槽内只有一个线圈边线圈个数等于Q1/2线圈组个数= Q1/2q每相线圈组的个数= p （60相带时）每个线圈匝数Nc=每槽导体数每个线圈组的匝数qNc每相串联匝数N=每相总的串联匝数/a = pqNc / a = 定子总导体数/2ma（即每条支路的匝数）（二）优点： 嵌线方便槽的利用率高不能做成短距（电气性能）波形差（三）分类同心式绕组由不同节距的同心线圈组成链式绕组由相同节距的同心线圈组成采用不等距的线圈组成，节省铜线例题：一台交流电机定子槽数z=36, 极数2p=4,并联支路数a=1，绘制三相单层绕组展开图。解：步骤1 绘制槽电势星形图 槽距电角=200, 槽电势星形图如上图（注意：不是槽星形图，而是槽电势星形图）步骤2 分相、构成线圈 每极每相槽数=36/4/3=3；每相在每个极下所占有的槽数。步骤3 极距=36/4=9 ；一个极在定子圆周上所跨的距离，用槽数计。 节距y1=，整距;一个线圈的两边在定子圆周上所跨的距离，用槽数计。 y1,长距 根据极距画磁极（笔记），根据节距画线圈；绘制绕组展开图。步骤4 由于相同极相组的绕组串联连接，与端部无关，可以把单层叠绕变成单层同心绕制。 各线圈边连接的先后次序不影响每相电势的大小，适当改变每相线圈边的连接顺序，除了同心式外，还可以得到交叉式、链式绕组的展开图。步骤5 确定并联支路数。（一般单层绕组每相最大并联支路数等于极对数）.本例a=1步骤6 把属于A相的所有极相组串联起来，形成A相。同理可得B、C相。A 1,102,113,12-19,2820,2921,30X三、双层绕组一、 特点：每个槽内放置上下两个线圈边线圈个数等于槽数（定子）线圈组个数 = 每相线圈组数每个线圈匝数为=每槽导体数/2每个线圈组的匝数为*q每相串联匝数N=（即每极每条支路的匝数）二、优点： 可采用短距，改善电动势、磁动势的波形线圈尺寸相同，便于绕制端部排列整齐，利于散热机械强度高三、分类叠绕组相邻两个串联绕组中，后一个绕组叠加在前一个线圈上波绕组两个相连接的线圈成波浪式前进三相双层绕组(适合10kW以上交流电机)步骤1 绘制槽电势星形图 槽距电角=200, 槽电势星形图如上图（注意：不是槽星形图，而是槽电势星形图）步骤2 分相、构成线圈 每极每相槽数=36/4/3=3；每相在每个极下所占有的槽数。步骤3 极距=36/4=9 ；一个极在定子圆周上所跨的距离，用槽数计。 节距y1=7,短距;一个线圈的两边在定子圆周上所跨的距离，用槽数计。 交流绕组中，通常5次和7次谐波对电势、磁势波形影响比较大，为此选择双层短距绕组，节距。这里y1=7说明线圈的一个边放在m槽上层，另一边放在m+y1槽的下层。步骤4 极相组划分（按上层边划分）步骤5 确定并联支路数。（一般双层绕组每相最大并联支路数等于极数）.步骤6 展开图 课后作业：见书4-8 4- 11 4-16第三节 三相异步电机运行原理一、 三相异步电动机的空载运行异步电动机定子绕组接在对称三相交流电源上，转子轴上不带任何机械负载时的运行，称为空载运行。 1空载电流和空载磁动势2空载运行时的电磁关系3感应电动势 4电压平衡方程式及等效电路 二、三相异步电动机的负载运行1转子各量与转差率的关系 1）转子电动势的频率；2）转子感应电动势3）转子绕组的电阻和漏抗：忽略集肤效应，认为不变； ；4）转子绕组的电流：正常运行时，转子端电压U2=0， ；有效值：；*结论：转子电流I2随S的增加而增加。5）转子绕组的功率因数：2 磁动势平衡方程式 该合成磁势产生气隙旋转磁场Bm。与变压器中的分析结论相类似，如果不考虑铁心中的磁滞和涡流损耗，F0与Bm在空间上同相位。而实际上，在交流磁场中，铁心中总存在磁滞和涡流损耗，Bm总是在空间上滞后F0一个铁耗角。 电流变比 上式说明，定子电流产生的磁势一部分用于建立磁场F0一部分用来平衡转子磁势（对应负载磁势）。 用电流表示的磁势平衡方程式有： 3异步电动机的等效电路 课后作业：见书4-18 4- 17 4-22第四节 异步电动机的功率和转矩一、功率平衡和转矩平衡1.功率平衡：能量转换：电能机械能 P1 Pem Pmec P2 pCu1 pFe pCu2 pmec+pad 电源输入功率：定子铜损： 定子铁损： 电磁功率： 转子铜损： 总机械功率： 输出功率： 可见： 2.转矩平衡： ，即 -机械角速度rad/s；式中：Tem电磁转矩（驱动）；T2负载转矩（制动）；T0空载转矩（制动）；式中： 二、电磁转矩1.物理表达式： = (CT为转矩常数)说明：上式描述了电磁转矩与主磁通、转子有功电流的关系。2.参数表达式：由简化等效电路可得 ：可得：*结论：与电源参数、电机参数和运行参数的关系。 课后作业：见书4-25 4- 31 4-41第五节 异步电机的工作特性和参数测定工作特性定义：是指在额定电压和频率下，电动机的转速n(s)、输出转矩T2 、定子电流I1、功率因数cos1、效率与输出功率P2之间的关系。一、转速特性 或 由Pcu2= s Pem得 s=是一条稍向下倾斜的曲线。二、输出转矩特性 异步电动机的输出转矩：是一条过原点稍向上翘的曲线。三、定子电流特性 由知，空载时：，很小；负载时，P2增加，也增加，I1也增加。四、定子功率因数特性空载：很小；负载时，随，。五、效率特性 根据=空载时，P2=0，=0；负载时，随着P2的增加，也增加，当负载增大到可变损耗与不变损耗相等时，最大；负载继续增大，铜损增加很快，反而下降。*说明：电机在额定负载附近的和较高，希望在PN附近运行。 I1 T2 S P2 异步电动机工作特性图二、参数测定1空载试验空载试验时，外施电压，测量空载电流、损耗及转速。计算励磁电阻、励磁电抗；分离铁耗和机械耗。原理： 其中，机械损耗与电压无关，仅决定于电动机转速，而。画出曲线，延长交纵轴（U1=0），便将机械损耗和铁耗分离开了。参数求法：设电压（为额定相值）、电流为相值，功率为三相和值。 2短路试验短路试验时，让转子静止不动，定子外加三相低电压，测量电流、损耗。计算短路阻抗、转子电阻、定转子漏抗。参数求法：设电流（为额定相值）、电压为相值，功率为三相和值。 根据短路时的等效电路图，假设，忽略整理：将代入上式得：对于大中型感应电动机，可以简化为： 式中，R1可以用电桥测量；Rk , Xk 短路试验测量；X0空载试验测量。 课后作业：见书4-45 4- 46 4-48第五章 三相异步电动机的机械特性第一节 三相异步电动的机械特性电力拖动系统中，通常将曲线改画成曲线，后者称为电动机的机械特性曲线，电动机的机械特性就是指电动机的转速和电磁转矩之间的关系。它分为固有机械特性和人为机械特性。一、三相异步电动机机械特性的三种表达式1物理表达式 2，参数表达式 3实用表达式 二、三相异步电动机的固有机械特性和人为机械特性1. 固有机械特性曲线异步电动机在额定状态下,用规定的接线方式，在定子和转子电路中不串联任何电阻或电抗，这时所得到的机械特性