哈尔滨工业大学交流电动机课程.ppt

哈尔滨工业大学电工学教研室,第8章交流电动机,返回,8.1三相异步电动机的构造8.2工作原理8.3三相异步电动机的电路分析8.4转矩与机械特性8.5三相异步电动机的使用8.6铭牌数据8.7单相异步电动机,目录,交流电动机,直流电动机,他励、并励、串励、复励,电动机的分类,电动机：电能转换成机械能,发电机：其他形式的能量转换成电能,电动机的作用,返回,优点,使用电动机驱动生产机械可：（1）简化生产机械的结构（2）提高生产效率和产品质量（3）能实现自动控制（4）实现远距离操纵,（1）基本结构（2）工作原理（3）机械特性（4）起动、制动、反转、调速的基本原理（5）应用场合和正确使用,主要内容,返回,8.1三相异步电动机的构造,转子,返回,构成：由机座、铁心和定子绕组组成,定子,机座是用铸铁或铸刚制成，铁心由互相绝缘的硅钢片叠成，内圆周表面冲有槽，用以放置对称三相绕组；对称三相绕组有的联接成星形、有的联接成三角形,作用：产生旋转磁场,返回,机座,定子绕组,铭牌数据,出线端子,返回,定子铁心,定子绕组,返回,鼠笼式电动机构造简单、价格低廉、工作可靠、使用方便,转子,构成：由铁心和绕组两部分构成,铁心也用硅钢片叠成，表面冲有槽，装在转轴上，轴上加机械负载；因绕组不同，可分为鼠笼式和绕线式两种。,作用：在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电流。,返回,鼠笼式转子,转轴,轴承,转子,返回,返回,返回,绕线式转子,铁心,绕组,转轴,返回,演示实验,返回,（右手定则）,（左手定则）,磁极旋转,导线切割磁力线产生感应电动势,闭合导线产生电流,通电导线在磁场中受力,返回,1.线圈跟着磁铁转两者转动方向一致,异步,2.线圈比磁场转得慢,结论,返回,8.2.1旋转磁场,1.旋转磁场的产生,在三相异步电动机的定子铁心中放有三相对称绕组，在该三相对称绕组中通入三相对称交流电流，就可产生一“旋转磁场”代替演示实验中的磁铁,返回,合成磁场方向：向下,返回,同理分析，可得其它电流角度下的磁场方向,返回,可见，当定子绕组中通入三相电流后，它们共同产生的合成磁场是随着电流的交变而在空间不断地旋转着，这就是旋转磁场。,2.旋转磁场的转向,当通入定子绕组的三相电流的相序为A-B-C时，旋转磁场的转向与这个顺序是一致的，可见磁场的转向与定子绕组中的电流相序有关。,旋转方向,取决于三相电流的相序。,返回,改变电机旋转方向的方法：换接其中两相,返回,3.旋转磁场的极数,此种接法下，绕组的始端之间相差120度空间角，合成磁场只有一对磁极，则极对数为1。,旋转磁场的极数和三相绕组的安排有关,即：P=1,返回,将每相绕组分成两段，按右下图放入定子槽内，绕组的始端之间相差60度空间角，形成的磁场则是两对磁极。,即：P=2,返回,4.旋转磁场的转速,旋转磁场的转速决定于磁场的极数，在一对极的情况下，当电流交变一次时，磁场恰好在空间旋转了一周。,返回,旋转磁场具有两对极时，当电流从t=0到t=60经历了60时，磁场在空间仅旋转了30。比P=1时转速慢了一半，即：,返回,所以，旋转磁场的转速n0决定于电流频率f1和磁场的极对数P，可推出：,极对数,每个电流周期磁场转过的空间角度,同步转速,返回,5.电动机转速和旋转磁场同步转速的关系,电动机转速:,无转距,转子与旋转磁场间没有相对运动,无转子电动势（转子导体不切割磁力线）,无转子电流,提示：如果,返回,8.2.2电动机的转动原理,在电动机定子绕组中通入三相对称交流电流后，产生旋转磁场。,旋转磁场的磁力线切割转子导条，导条中就感应出电动势。,在电动势的作用下，闭合的导条中就有电流，该电流与旋转磁场相互作用，使转子导条受到电磁力作用。由电磁力产生电磁转矩，转子就转动起来。,返回,异步电机运行中:,转差率：,8.2.3转差率,同步转速：旋转磁场的转速,返回,1.三相异步电动机的“电磁”关系,8.3三相异步电动机的电路分析,2.定子电路,定子绕组相当于变压器原边绕组，转子绕组相当于副绕组。,返回,设：,设：,返回,取决于转子和旋转磁场的相对速度,（1）转子频率,（2）转子电动势,3.转子电路,返回,（4）转子功率因数,（3）转子电流,返回,8.4.1电磁转矩：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。,8.4转矩与机械特性,即,返回,其中：,代入可得,返回,8.4.2机械特性曲线,由转矩公式得特性曲线：,一定的电源电压和转子电阻之下，转矩与转差率的关系曲线或转速与转矩的关系曲线,返回,（1）额定转矩：,电动机在额定电压下，以额定转速运行，输出额定功率时，电动机转轴上输出的转矩。,（牛顿米）,返回,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。,自适应负载能力是电动机区别于其它动力机械的重要特点。（如：柴油机当负载增加时，必须由操作者加大油门，才能带动新的负载。）,电动机的自适应负载能力,直至新的平衡。此过程中，时，电源提供的功率自动增加。,返回,硬特性：负载变化时，转速变化不大，运行特性好。软特性：负载增加转速下降较快，但起动转矩大，起动特性好。,不同场合应选用不同的电动机。如金属切削，选硬特性电机；重载起动则选软特性电动机。,机械特性的软硬,返回,如果电机将会因带不动负载而停转。,（2）最大转矩：,电机带动最大负载的能力。,求解,返回,过载系数：,三相异步机,（1）三相异步机的和电压的平方成正比，所以对电压的波动很敏感，使用时要注意电压的变化。,注意,电机严重过热,原因,返回,（3）起动转矩,电动机起动时的转矩。,其中,返回,结论：,和电压的关系,返回,R2的改变：鼠笼式电动机转子导条的金属材料不同绕线式电动机外接电阻不同,和转子电阻关系,返回,8.5三相异步机的使用,（1）起动电流：,中小型鼠笼式电机起动电流为额定电流的5-7倍。,原因：起动时，转子导条切割磁力线速度很大。,定子电流,转子感应电势,转子电流,8.5.1三相异步电动机的起动,1.起动性能,返回,B大电流使电网电压降低,A频繁起动时造成热量积累,影响：,（2）起动转矩,起动时，虽然转子电流较大，但因转子的功率因数很低，因此起动转矩并不是很大的，与额定转矩之比为1.0-2.2。,如果起动转矩过小，就不能满载起动，应设法提高；如果起动转矩过大，会使传动机构受到冲击而损坏，应设法减小。,电机过热,影响其他负载工作,返回,2.三相异步机的起动方法：,（1）直接起动20-30千瓦以下的异步电动机一般采用直接起动。,（2）降压起动,在起动时降低加在电动机定子绕组上的电压，以减小起动电流，鼠笼式电动机常用的降压起动方法有Y换接起动和自耦降压起动。,方法简单，但起动电流较大，影响电网上其他负载正常工作。,返回,Y起动,返回,（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动机。,Y起动时，起动电流减小的同时，起动转矩也减小了。,所以降压起动适合于空载或轻载起动的场合,返回,R,R,R,绕线式转子,（3）转子串电阻起动（绕线式电动机）。,起动时将适当的R串入转子绕组中，起动后将R短路。,返回,转子串电阻起动的特点：,（2）R2选的适当，转子串电阻既可以降低起动电流，又可以增加起动转矩。常用于要求起动转矩较大的生产机械上，如卷扬机、锻压机、起重机等。,返回,方法：和电源相接的任意两相互换，就可实现反转。,8.5.2三相异步电动机的正、反转,正转,反转,返回,1.反接制动停车时，将电动机接到电源的三根线中的任意两根的一端对调位置，使旋转磁场反向旋转，电动机的转矩方向与电动机原来的旋转方向相反，起制动的作用。,8.5.3三相异步电动机的制动,为限制电流，在制动时要在定子或转子中串电阻,注意,措施,简单、效果好但能量消耗大,返回,2.能耗制动：停车时，断开交流电源，接至直流电源上，产生制动转矩。,制动转矩的大小与直流电流的大小有关,直流电流的大小一般为电动机额定电流的0.5-1倍,返回,3.发电反馈制动：当电动机转子的转速超过旋转磁场的同步转速时，这时的转矩也是制动转矩。,当起重机快速下放重物时,当多速电动机从高速调到低速的过程中,返回,8.5.4三相异步电动机的调速,适用于绕线式电动机,方法：在绕线式电动机的转子电路中接入调速电阻，改变电阻的大小，就可得到平滑调速。,返回,3.变频调速,此种调速方法发展很快，且调速性能较好。其主要环节是研制变频电源（常由整流器、逆变器等组成）。,恒转矩调速：低于额定转速时，保持U1/f1的比值近似不变，这时磁通和转矩也都近似不变。,恒功率调速：高于额定转速时，应保持U1=U1N，这时磁通和转矩都减小。转速增大，转矩减小，使功率近似不变。,无级调速,返回,1.型号Y132M4,转差率,8.6铭牌数据,M：机座长度代号，M-中机座；S-短机座，L-长机座。,返回,3.接法：Y/接法,指定子三相绕组的接法,接线盒,返回,4.电压：,一般规定电动机的运行电压不能高于或低于额定值的5。,例：380/220Y/是指：线电压为380V时采用Y接法；当线电压为220V时采用接法。,指电动机在额定运行状态时定子绕组上的线电压值.,当电压高于额定值时，磁通将增大。,即：,返回,电压波动对电动机的影响,当电压低于额定值时，引起转速下降，电流增加。,返回,5.额定电流：,如：,表示三角接形法下，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.功率与效率：指电动机在额定运行时轴上输出的机械功率值（），不等于从电源吸收的功率（）。两者的关系为：,其中,=7293,指电动机在额定运行状态时定子绕组的线电流。,为电动机的效率,返回,额定负载时一般为0.7-0.9，空载时功率因数很低约为0.2-0.3。额定负载时，功率因数最大。,使用中应选择合适容量的电动机，防止“大马”拉“小车”的现象。,7.功率因数(cos1)：,返回,8.绝缘等级,绝缘等级是按电动机绕组所用的绝缘材料在使用时容许的极限温度来分级的。,极限温度，是指电动机绝缘结构中最热点的最高容许温度。,返回,单相异步电动机常用于功率不大的电动工具（如手电钻、搅拌器等）和众多的家用电器（洗衣机、电冰箱、电风扇等）。,一、单相异步电动机的工作原理,结构：定子放单相绕组（也称工作绕组，其中通入单相交流电）；转子一般用鼠笼式。,返回,定子中通入单相交流电后，形成脉动磁场。其磁感应强度按正弦分布，且随时间按正弦变化。,返回,当定子绕组产生的合成磁场增加时，根据右手螺旋定则和左手定则，可知转子导条左、右受力大小相等方向相反，所以没有起动转矩。,返回,二、电容分相式异步电动机,1、分相在电动机定子中放置一个起动绕组B，与工作绕组在空间相隔90，起动绕组B与电容器串联，使两个绕组中的电流在相位上近于相差90，这就是分相。由这两相电流也能产生旋转磁场。,返回,2、电容分相式起动,S,C,A,B,启动时开关S闭合，使两绕组电流相位差约为90，从而产生旋转磁场，电动机转起来；转动正常以后离心开关被甩开，启动绕组被切断。,也有在电动机运行时不断开起动绕组，以提高功率因数和增大转矩。,返回,三、罩极式单相电机,定子通入电流以后，部分磁通穿过短路环，并在其中产生感应电流。短路环中的电流阻碍磁通的变化，致使有短路环部分和没有短路环部分产生的磁通有了相位差，