电工电子学交流电动机.ppt

4-1,异步电动机的应用非常广泛：在家用电器方面：电风扇、空调机、洗衣机、电冰箱等。在农业方面：脱粒机、碾米机、揉草机、离心泵等。在工业方面：水泵、破碎机、轧钢机、切削机床等。,异步电动机的分类：,1.按电机定子相数分：三相异步电动机、两相异步电动机、单相异步电动机。,2.按电机转子结构分：笼型异步电动机、绕线型异步电动机.,第4章交流电动机,交流电动机的作用是将交流电能转换成机械能,交流电动机分异步电动机和同步电动机两大类。,4-2,4.1三相异步电动机的构造,*4.2三相异步电动机的转动原理,*4.3三相异步电动机的电路分析,*4.4三相异步电动机的转矩与机械特性,4.6三相异步电动机的起动,4.7三相异步电动机的调速,*4.5三相异步电动机的铭牌数据,4-3,4.1三相异步电动机的结构,A、B、C三相绕组,A、B、C三相绕组,本节基本要求：了解异步电动机的基本结构,4-4,这是三相异步电动机的基本结构示意图,三相异步电动机主要部件是由定子和转子两大部分组成。此外，还有端盖、机座、轴承、风扇等部件。,4-5,这是三相异步电动机的基本结构示意图,三相异步电动机主要部件是由定子和转子两大部分组成。此外，还有端盖、机座、轴承、风扇等部件。,端盖,机座,4-6,这是三相异步电动机的基本结构示意图,三相异步电动机主要部件是由定子和转子两大部分组成。此外，还有端盖、机座、轴承、风扇等部件。,定子,4-7,这是三相异步电动机的基本结构示意图,三相异步电动机主要部件是由定子和转子两大部分组成。此外，还有端盖、机座、轴承、风扇等部件。,定子,转子,轴承,端盖,机座,4-8,1.定子三相异步电动机的定子是由定子铁心和定子绕组组成。,这是机座定子铁心和定子绕组示意图,定子绕组,铁心,定子铁心是由冲有槽孔的硅钢片叠压而成,4-9,定子铁心是由冲有槽孔的硅钢片叠压而成，为内圆开槽的圆筒形,这是定子硅钢片,4-10,在定子槽孔中放置三相彼此独立的绕组,定子绕组,4-11,U1,V1,W1,W2,U2,V2,接线盒,4-12,这是绕线型转子铁心与绕组,2.转子,外接电阻,电刷,滑环,转子铁心,转子绕组,转子铁心是由相互绝缘的硅钢片叠压而成。,有线圈：绕线型转子无线圈：笼型转子,4-13,笼型转子是由嵌放在转子铁心槽内的导电条组成，在转子铁心的两端各用一个导电端环把所有的导电条连接起来。,这是笼型转子,4-14,定子绕组与转子绕组,定子绕组,转子绕组,4-15,三相异步电动机的基本结构示意图,4-16,转子,7.2三相异步电动机的转动原理,异步电动机的工作原理：基于电磁感应定律和电磁力定律,4-17,一.定子旋转磁场,iA=Imsint,iB=Imsin(t-120),iC=Imsin(t+120),相序A-B-C-A,A,X,B,Y,C,Z,iA,iB,iC,i正方向：首端末端,如：iA0AXiA0XA,4-18,iA,（1）两极旋转磁场,t=0,t,i,A,Z,B,X,C,Y,iA=0iB为负值iC为正值,iB,iC,iA,iB,iC,A,B,C,X,Y,Z,4-19,t,t=60,i,A,Z,B,X,C,Y,60,iC=0iB为负值iA为正值,iA,iB,iC,0,iA,iB,iC,A,B,C,X,Y,Z,4-20,t=90,A,Z,B,X,C,Y,90,iA为正值iB为负值iC为负值,t,i,iA,iB,iC,0,iA,iB,iC,A,B,C,X,Y,Z,4-21,t=180,A,Z,B,X,C,Y,iA=0iB为正值iC为负值,180,t,i,iA,iB,iC,0,iA,iB,iC,A,B,C,X,Y,Z,4-22,t=60,A,Z,B,X,C,Y,N,S,60,t=90,A,Z,B,X,C,Y,N,S,t=0,A,Z,B,X,C,Y,N,S,90,t=180,A,Z,B,X,C,Y,N,S,180,0,4-23,iA,i,iB,iC,t,4-24,旋转磁场的方向：由电流超前的线圈转向电流滞后的线圈,结论：空间相差120角的三相绕组，通入对称三相电流，当电流随时间交变时，产生的两极磁场在空间旋转。定子旋转磁场,4-25,t,i,iA,iB,iC,0,（2）改变旋转磁场的转向,90,60,0,相序A-C-B-A,旋转磁场的反转：改变流入三相绕组的电流相序（即对调定子绕组接至电源的三根导线中任意两根）,4-26,(3)、旋转磁场的极对数P,t=0,A,Z,B,X,C,X,C,Y,A,Z,B,Y,S,N,（P=2）,N,0,S,iA=0iB0iC0,4-27,四极旋转磁场,60,0,t=60,N,S,30,S,N,0,t,i,iA,iB,iC,0,结论：当定子每相中有n个线圈串联,且每相绕组始端在空间相差120/n时,通入对称三相交流电后,产生一个2n极旋转磁场。（P=n）,4-28,(4)、旋转磁场的速度n0,电源的频率（50Hz）,磁极对数,P=1n0=3000r/min,P=2n0=1500r/min,P=3n0=1000r/min,同步转速,P=4n0=750r/min,4-29,1.旋转磁极对导体的作用,n0,n,e(i),转子导体,旋转磁极形成旋转磁场，旋转磁场的转速也称为同步转速。笼型转子在旋转磁场的作用下也转动起来，其转向与旋转磁场的转向相同。,二.三相异步电动机的转动原理,-基于电磁感应定律和电磁力定律,4-30,是定子旋转磁场和转子电流的相互作用的结果,-基于电磁感应定律和电磁力定律,三相异步电动机的工作原理,4-31,2、转子转速n和转差率S,n=(1S)n0,转差率,0STst,不能起动,可空载或轻载起动,负载转矩TLTL时,电机起动,在cb段nSTba段,在ab段nSTT=TL,TL=TN(在d点),4-49,S,直到T=T2,电机稳定运行在新的转速下,工作于d点,则:n,n=(1S)n1,T,n,0,n1,T,a,b,c,Tst,转矩平衡方程式T=TL+T0=负载转矩+空载转矩,（2）分析转速平衡过程,ab段为稳定运行区,电动机工作在稳定运行区时,具有自适应能力。例如,原来在额定负载下稳,4-50,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,4-51,4.5.1起动性能,4.5三相异步电动机的起动,起动初始瞬间，n=0，S=1,起动电流IST大，57IN。频繁起动会使电动机过热。,过大的起动电流在短时间内会在线路上造成较大的电压降落，影响邻近负载的正常工作。,起动转矩TST不大，虽然刚起动时转子电流较大，但转子的功率因数很低。如果起动转矩小，就不能满载起动。,I2,cos2,1,4-52,1.直接起动,直接起动是在起动时把电动机的定子绕组直接接入电网。,特点：起动转矩小；起动电流大，比额定值大47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,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。,4.5.2起动方法,4-53,（1）Y-降压起动法,FU,W2,U1,U2,V1,V2,W1,Q1,转子,定子绕组,只适用于正常运行时为接法的电动机,起动电流和起动转矩都降低到直接起动时的三分之一,4-54,（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,4-55,U1,U2,V1,V2,W1,W2,Q1,Q2,运转,起动,三相自耦变压器,M3,（2）自耦变压器降压起动,自耦变压器抽头有0.55,0.64,0.73等,Ist,如:变压器变比,则变压器副方电流,而变压器原方电流(启动电流）,电动机起动转矩,结论:电动机起动,电流Ist和起动转矩Tst均为直接起动的1/n2。,4-56,（3）串电抗降压起动,Q1,FU,M3,Q2,电动机起动时先合开关Q1,当电动机的转速接近稳定值时,再将开关Q2合上,切除电抗器。,绕线式电动机起动可在转子绕组中串电阻，减小起动电流。,（4）转子串电阻起动,4-57,1.改变极对数p调速,n=(1S)n0,调速方法,2.改变转差率S调速,p=2:1,2,3接电源；4,5,6悬空,p=1:4,5,6接电源；1,2,3短接,：n0=15003000r/m,绕线式电动机在转子绕组中串入电阻R2,可改变转差率S和转速n。,有级调速,A.小范围无级调速,特点,B.R2大特性变软,4.6三相异步电动机的调速,4-58,3.改变电源频率f1调速,变频调速,由U1=4.44f1N1K1,为保证不变，在调整电源频率f1时,应同时调整电源电压U1。,A.大范围无级平滑调速；,B.调速后机械特性平行，带负载能力(硬度)不变；,特点,C.需要专门的变频调速设备，且成本较高。,4-59,1.型号Y132M4,转差率,4.6铭牌数据,M：机座长度代号，M-中机座；S-短机座，L-长机座。,4-60,额定电压UN-电动机在额定运行情况下的定子绕组所加线电压。,额定电流IN-电动机在额定情况下运行时定子绕组的线电流。,额定功率因数cosN-电动机在额定运行情况下的定子电路功率因数。,输入功率,4-61,额定转速nN-电动机在额定运行情况下的转速,额定效率N-是指额定运行情况下输出功率与输入功率的比值,额定转矩TN-在额定运行情况下，电动机轴上负载转矩。,额定功率PN-在额定运行情况下电动机轴上所输出的机械功率。,4-62,例：有一Y225M-4型三相异步电动机，额定数据如下,PN=45KW,UN=380V,cos=0.88,=92.3%,Ist/IN=7.0,nN=1480r/min,Tst/TN=1.9,Tm/TN=2.2求(1)IN、SN、TN、Tm、Tst(2)若负载转矩为510.2N.m,问U=UN和U=0.9UN两种情况下电机能否起动？(3)采用Y-起动时的起动电流和起动转矩(4)采用自耦降压起动,设起动时电动机的端电压降到电源电压的0.64,求线路起动电流和电动机的起动转矩,4-63,单相异步电动机常用于功率不大的电动工具（如电钻、搅拌器等）以及众多的家用电器,4.8单相异步电动机,作为驱动，其功率一般为几几百瓦。,单相异步电动机:定子只有一相主绕组的异步电动机。,（如电风扇、电冰箱、洗衣机、抽油烟机等）,概述,单相异步电动机均采用鼠笼式转子，但定子有所不同。,4-64,4.8.1单相异步电动机的结构和工作原理,4鼠笼式转子绕组,隐极式,凸极式,1.单相异步电动机的结构,1定子,2定子绕组,3转子,4-65,工作绕组,(1)电容分相起动电路,Z1,Z2,I1,I,Q,1.分相起动法,4.8.2单相异步电动机的起动方法,电容分相在定子上放置一个起动绕组F1F2,与主绕组在空间相隔90,并串联电容器C，使二绕组中的电流相差约90,即可产生旋转磁场。,在电机起动后，有的电动机利用离心开关S切断起动绕组F1F2。,起动绕组,4-66,F2,F1,Z1,Z2,设i1=Imsint,i2=Imsin(t+90),C,u,i2,i1,t,i,i2,0,t=0,i1=0，i2为正值,两相绕组形成的旋转磁场,S,i1,1,2,磁场从F1F2的轴线位置转向Z1Z2的轴线位置,4-67,F2,F1,Z1,Z2,i1=Imsin(t+90),i2=Imsint,S,C,u,i2,i1,i1,t,i,i2,0,t=0,如何改变旋转磁场的转向？,i1为正值，i2=0,1,2,磁场从Z1Z2的轴线位置转向F1F2的轴线位置,4-68,A,c,在电动机的极靴