电动机(交流)工作原理.ppt

优点：结构简单，价格便宜，不需维护。,第四章交流电动机工作原理及特性,缺点：调速、启动、制动性能差，若要性能好则控制器（如变频调速、矢量调速）复杂。,缺点：结构较复杂，价格较高，换向器与电刷处有火花放电，需定期维护（无刷直流电动机不必）。,优点：调速、启动、制动性能好，控制器（如降压调速）简单，短时过载能力强。,直流电动机,交流电动机,三相电动机单相电动机,异步电动机同步电动机,交流电动机,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,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,合成磁场方向向下,合成磁场旋转60,合成磁场旋转90,600,o,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。,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,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,p=2时,所以,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,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,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,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eU1E1=4.44fN1,异步电动机：旋转eU1E1=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。,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。,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,u1,因R1、X1小,可近似认为U1=E1,二.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=1.56%，f1=50Hz时，f2=0.753Hz,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,当转速n=0(S=1)时，f2最高，X2最大，记为,X20=2f1LL2,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,4.转子电流I2,5.转子电路的功率因数,20,2,X,R,S,f12,f11,f12,f1减小，Tmax基本不变，Tst增大,三.变频调速,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。,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=0.81.5TN，而启动电流Ist=57IN,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,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；,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。,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nn0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。,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。,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,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。,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（=msint），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。,脉动磁场分解为正、反两个方向的旋转磁场（P89）,B,B,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AX，另一个是启动绕组BY,两个绕组在空间互相垂直。其中启动绕组B经电容接单相电，使B绕组电流超前A绕组近90，即可获得旋转磁场。,A,B,Y,X,启动绕组,工作绕组,实现正反转的电路,改变电容C的串联位置，磁场反向旋转，使单相异步电动机反转。,将开关S合在位置1，电容C与B绕组串联，电流iB较iA超前近90；当将S切换到位置2，电容C与A绕组串联，电流iA较iB超前近90。这样就改变了旋转磁场的转向，从而实现电动机的反转。,M,二.罩极式单相异步电机,定子绕组,鼠笼式转子,短路环,极掌(极靴),当电流流过定子绕组时，产生了一部分磁通1，同时产生的另一部分磁通与短路环作用生成了磁通2。由于短路环中感应电流的阻碍作用，使得2在相位上滞后1，从而使合成磁场旋转。,罩极式单相异步电动机更简单，但起动转矩较小，转向不能改变，常用于电风扇、吹风机中；电容分相式单相异步电动机的起动转矩大，转向可改变，故常用于洗衣机等。,