电工技术之电动机介绍

1、1 电动机电动机 2 电机是实现能量转换或信号转换的电磁装置。电机是实现能量转换或信号转换的电磁装置。 电能电能 机械能机械能 直流电机和交流电机直流电机和交流电机 他励电机他励电机 并励电机并励电机 串励电机串励电机 复励电机复励电机 异步电机异步电机 同步电机同步电机 3 伺服电动机：电压信号转化为角位移或角速度；伺服电动机：电压信号转化为角位移或角速度； 测速发电机：将转速转化为电压信号；测速发电机：将转速转化为电压信号； 自自 整整 角角 机机 ：实现角度的传输、变换和接受；：实现角度的传输、变换和接受； 步进电动机：电脉冲信号转化为转角或转速；步进电动机：电脉冲信号转化为转角或转速；

2、 旋转变压器：转角信号变换成电压信号；旋转变压器：转角信号变换成电压信号； 感应同步器：转角位移或直线位移转换成电压信号。感应同步器：转角位移或直线位移转换成电压信号。 4 U1 U2 V1 V2 W2 W1 U1 U2 通入通入 iU V1 V2 通通入入 iV W1 W2 通通入入 iW iUiViw t i O 5 t = 0 W2 U1 V2 W1 U2 V1 U1 W2 V1 U2 W1 V2 N S t = = 90 NS iUiViW t i O 6 U1 U2 U3 U4 V1 V4 V2 V3 W4 W1 W2 W3 每相绕组都用两个线圈串联组成：每相绕组都用两个线圈串联组成

3、： 形成的磁场则是两对磁极，形成的磁场则是两对磁极， 即即 p = 2 U1 U2 U3 U4 V1 V2 V3 V4 W1 W2 W3 W4 N S N S N S N S U1 U2 U3 U4 V1 V4 V2 V3 W4 W1 W2 W3 t = 0 t = 90 7 旋转磁场转速旋转磁场转速 n0 电流变化一周电流变化一周 旋转磁场转一圈旋转磁场转一圈 电流每秒钟变化电流每秒钟变化 50 周周 旋转磁场转旋转磁场转 50 圈圈 旋转磁场转旋转磁场转 3000 圈圈电流每分钟变化电流每分钟变化 (5060) 周周 电流变化一周电流变化一周 旋转磁场转半圈旋转磁场转半圈 电流每秒钟变化电

4、流每秒钟变化 50 周周 旋转磁场转旋转磁场转 25 圈圈 旋转磁场转旋转磁场转 1500 圈圈电流每分钟变化电流每分钟变化 (2560) 周周 8 p12 3456 n0/(r/min) 3000 1500 1000750600500 f = 50 Hz 时，不同极对数时的同步转速如下：时，不同极对数时的同步转速如下： 60 f1 p n0 = 磁极对数为磁极对数为 p 时时 9 旋转磁场是沿着：旋转磁场是沿着：U1V1W1 与三相绕组中的三相电流的相序与三相绕组中的三相电流的相序 L1 L2 L3 一致一致 L1 L2 L3L1 L2 L3 n0n0 10 N S 用右手定则判断用右手定则

5、判断 转子绕组中感应转子绕组中感应 电流的方向。电流的方向。 用左手定则判断用左手定则判断 转子绕组受到的转子绕组受到的 电磁力的方向。电磁力的方向。 电磁力电磁力 F 电磁转矩电磁转矩 T 。 T 与与 n0 同方向。同方向。 n0 F n 11 电动机转速和旋转磁场同步转速的关系：电动机转速和旋转磁场同步转速的关系： n 与与 n0 方向一致。方向一致。 n n0， 转差率转差率 : 起动起动 (堵转堵转) 时时: n = 0，s = 1 理想空载时理想空载时: n = n0，s = 0 正常工作时正常工作时: 0 s TL 加速运行加速运行 当当 T2 TL 减速运行减速运行 14 输出

6、的机械功率输出的机械功率: P2 = T2 2 60 = nT2 功率损耗功率损耗: P = PCuPFePMe 电动机的效率电动机的效率: P2 P1 = 100% 输入的有功功率输入的有功功率: P2 = P1P P1 = 3 U1LI1L = 3 U1PI1P 15 三相异步电动机主要部件是由定子和转子两大部分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。组成。此外，还有端盖、机座、轴承、风扇等部件。 16 三相异步电动机的定子是由机座、定子铁心三相异步电动机的定子是由机座、定子铁心 和定子绕组组成。和定子绕组组成。 基座基座 铁心铁心 定子

7、绕组定子绕组 端盖端盖 17 W2U2 V2 U1V1W1 W2U2V2 U1V1W1 W2U2 V2 U1V1W1 接线盒的联结接线盒的联结 星形联结星形联结三角形联结三角形联结 18 根据转子绕组结构的不同又分为笼型转子和根据转子绕组结构的不同又分为笼型转子和 绕线型转子。绕线型转子。 笼型转子笼型转子 绕线型转子绕线型转子 转子铁心转子铁心 转轴转轴 19 三相异步电动机三相异步电动机 型型 号号 Y132S6功功 率率 3 kW 频频 率率 50 Hz 电电 压压 380 V 电电 流流 7.2 A 联联 结结 Y 转转 速速 960 r/min 功率因数功率因数 0.76 绝缘等级绝

8、缘等级 B Y132S6 2p = 6n0 = 1 000 r/min PN PN = 3 kW轴上输出机械功率的额定值轴上输出机械功率的额定值 UN UN = 380 V定子三相绕组应施加的线电压定子三相绕组应施加的线电压 20 IN IN = 7.2 A 三相异步电动机三相异步电动机 型型 号号 Y132S6功功 率率 3 kW 频频 率率 50 Hz 电电 压压 380 V 电电 流流 7.2 A 联联 结结 Y 转转 速速 960 r/min 功率因数功率因数 0.76 绝缘等级绝缘等级 B 定子三相绕组的额定线电流定子三相绕组的额定线电流 nN N = cos N P1N = 3 U

9、NIN cos N PN = NP1N = 3 UNIN cos N N 21 异步机的起动特性：异步机的起动特性： 起动电流大起动电流大: IS = KI IN = (57)IN 起动转矩小起动转矩小: TS = KSTN = (1.62.2)TN 影响：影响： 频繁起动时造成热量积累频繁起动时造成热量积累, ,易使电动机过热。易使电动机过热。 大电流使电网电压降低，影响其他负载工作。大电流使电网电压降低，影响其他负载工作。 良好的起动性能良好的起动性能: 起动电流小起动电流小 起动转矩大起动转矩大 22 (全压起动全压起动) (a) 小容量的电动机；小容量的电动机； (b) 电源容量足够大

10、时。电源容量足够大时。 7.5 kW 以下直接起动以下直接起动 7.5 kW 以上，且电源容量能满足起动以上，且电源容量能满足起动 23 适用于：正常运行为联结的电动机。适用于：正常运行为联结的电动机。 起动时起动时运行时运行时 U V W UN I1LY U V W UN I1L 24 定子线电压比定子线电压比 定子相电压比定子相电压比 起动电流比起动电流比 起动转矩比起动转矩比 电源电流比电源电流比 定子相电流比定子相电流比 = = 1 UN UN U1LY U1L = = U1PY U1PU1P U1PY/ 3 1 3 = = I1PY I1PU1P U1PY 1 3 = = ISY I

11、SI1P I1PY 1 33 = = IY IIS ISY 1 3 =( ) = U1PY U1P TSY TS 21 3 25 降压比降压比 KA= U UN 定子线电压比定子线电压比 定子相电压比定子相电压比 M 3 U UN 定子相电流比定子相电流比 起动电流比起动电流比 电源电流比电源电流比 起动转矩比起动转矩比 = = KA U UN U1La U1Lb = = KA U1La U1Lb U1Pa U1Pb = = KA U1Pa U1Pb I1Pa I1Pb = = KA I1Pa I1Pb ISa ISb = = KA KAISa ISb Ia Ib 2 =( ) = KA U1

12、Pa U1Pb TSa TSb 2 2 26 (1) 改变同步转速改变同步转速 n0 改变频率 改变频率 f1 和极对数和极对数 p (2) 改变转差率改变转差率 s n = (1s) n0 = (1s) p 60 f1 调速：在一定的负载下，根据生产的需要调速：在一定的负载下，根据生产的需要 人为地改变电动机的转速。人为地改变电动机的转速。 3 变频器变频器 M 3 27 一、脉振磁场一、脉振磁场 Fm Rm m Fm Rm m Rm Fm t Ot1t2t3 t4t5t6t7t8 28 原理：两相电流原理：两相电流 旋转磁场旋转磁场 起动转矩起动转矩 三、起动方法三、起动方法 转子转子 C

13、 W1 S1 iw is W2 S2 n 转子转子 励磁绕组励磁绕组 短路环短路环 29 U1 U2 V1 V2 W1 W2 N S If 特点：通过改变转子特点：通过改变转子 If，可以调节电动机的，可以调节电动机的 。 原理图原理图机械特性机械特性 n T n0 O 30 在两电刷之间加入在两电刷之间加入 直流电压，则在绕组中直流电压，则在绕组中 产生电流，通电导体又产生电流，通电导体又 受到力的作用，产生电受到力的作用，产生电 磁力矩。由于换向器的磁力矩。由于换向器的 作用，在作用，在 N (S) 极下受极下受 力方向不变，使电枢旋力方向不变，使电枢旋 转起来。转起来。 F S N ia

14、 e F e 31 T = CT Ia 式中：式中： 每极磁通；每极磁通； Ia 电枢电流；电枢电流； CT 电机结构决定的常数。电机结构决定的常数。 E = CE n E 与与 Ia 反向反向E 为反电动势，为反电动势， 直流电动机分类：直流电动机分类： 他励、并励、串励、复励电动机。他励、并励、串励、复励电动机。 32 Ia If M + Ua + Uf + E 励磁电流励磁电流 电枢电流电枢电流 电动机转速电动机转速 转速与转矩的关系转速与转矩的关系 Ia = UaE Ra Uf Rf If = E CE n = = UaRa Ia CE Ua CE n = T Ra CECT 2 33

15、 U = Ua = Uf I = IaIf U = UaUf I = Ia = If M + U I IaIf I M + U + E 34 复励电动机既可以复励电动机既可以 具有串励电动机的某些具有串励电动机的某些 优点，适用于负载转矩优点，适用于负载转矩 变化较大，需要机械特变化较大，需要机械特 性比较软的设备中，又性比较软的设备中，又 可以像并励电动机那样可以像并励电动机那样 在空载和轻载下运行。在空载和轻载下运行。 M + U I 35 10 电动机保护电动机保护 过电流保护过电流保护( (热保护热保护):):电机实际工作电流超过额定电机实际工作电流超过额定 工作电流工作电流. .电机缺相电机缺相, ,短路短路, ,过载过载, ,欠载欠载, ,堵转等都会堵转等都会 使电机工作电流急剧升高使电机工作电流急剧升高. . 过电流