《机电传动》第04章 交流电动机工作原理及特性(江苏大学)

1、缺点：结构较复杂，价格较高，换向器与电刷处缺点：结构较复杂，价格较高，换向器与电刷处 有火花放电，需定期维护有火花放电，需定期维护 （无刷直流电（无刷直流电 动机不必）。动机不必）。 三相电动机三相电动机 单相电动机单相电动机 异步电动机异步电动机 同步电动机同步电动机 4.1 的结构和工作原理的结构和工作原理 鼠笼转子鼠笼转子 铸铝形成转子绕组铸铝形成转子绕组 240tsinIi 120tsinIi tsinIi mC mB mA B i A X B Y C Z A i C i A Y C B Z X A X Y C B Z A X Y C B Z A X Y C B Z N S 0 t 6

2、0t 0 n 60 90t S N SN 240tsinIi 120tsinIi tsinIi mC mB mA C i B i A i t 600 m I o 360 可见：可见：三相电流产生的合成磁场为旋转磁场，三相电流产生的合成磁场为旋转磁场， 旋转旋转 A A X Z B C Y A A X Z B C Y 2. . 0t 60t 任意调换两根电源进任意调换两根电源进 线就使磁场反转。线就使磁场反转。 0 m I C i B i A i t i o m I N S N S C i A X B Y C Z A i B i 240tsinIi 120tsinIi tsinIi mC mB

3、mA C Y A B C X Y Z A X B Z A i B i C i A X X N S Z C Z B Y B Y A C S N B i C i A i i m I t 0 分分）转转 /( f60n 10 时时频频率率Hz50f1 分分）转转 /( 3000 0 n p=1时，时， 旋转旋转 磁场转速磁场转速 60 (/ f n p 转 分） X N S A X A B Z C Y Z C Y B S N 0t 60t p=2时时 B i C i A i i t m I 0 分分）转转/( 1500 2 60 1 0 f n 0 n 30 A X X Z C Z B Y B Y

4、A C N S N S )/( 60 1 0 分分转转 p f n 所以所以 %100 n nn s 0 0 %65 . 1S 例例1 1：一台三相异步电动机，其额定转速：一台三相异步电动机，其额定转速 n= =975 r/min，电源频率，电源频率 f1 1= =50 Hz。试求电动机的极对。试求电动机的极对 数和额定负载下的转差率。数和额定负载下的转差率。 解：解： 根据异步电动机转子转速与旋转磁场同步转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：速的关系可知：n0=1000 r/min , 2.5%100% 1000 9751000 %100 0 0 n nn s )/( 60

5、 1 0 分分转转 p f n 定子三相绕组的六个出线头可根据需要灵活地接定子三相绕组的六个出线头可根据需要灵活地接 成星形（成星形（Y形）或三角形（形）或三角形（形）。形）。 联结联结Y联结联结 定子绕组的连接方式 定子绕组连线方法的选用定子绕组连线方法的选用 定子绕组连线方法的选用定子绕组连线方法的选用 三相异步电动机的额定值 1 2() 3/ 4 5/ 6 7 8() N N N NN N N P UY f IY nS Cos T 、型号 、额定功率额定情况下电机轴上的输出功率 、额定电压， 、额定频率 、额定电流， 、额定转速和额定转差率 、额定功率因数 、额定转矩额定功率和额定转速下

6、轴上的负载转矩 额定功率 额定电压 额定频率、电流和速度 其它额定值 三相异步电动机的能流图 11 11 1 2 11 22 22 2 /min 3cos 9.55 e ww Nm rad sr PU I PP P PP PTPT PP T wn 1 2 1 1 1 : : : cos P P U I 异步电机输入功率 ：铭牌上的额定功率 定子绕组的线电压 定子绕组的线电流 ：电动机的功率因数 4.24.2定子定子和转子和转子 1) 异步电动机中定子和转子绕组相当于异步电动机中定子和转子绕组相当于变压器的变压器的 原、副绕组。原、副绕组。 2）变压器：）变压器： 变化变化 e U1 E1=4.

7、44 f N1 异步电动机：异步电动机： 旋转旋转 e U1 E1=4.44 f N1 3）变压器：）变压器：I2 增大增大 I1增大，增大，以保持以保持 基本不变，基本不变， 以达到传递能量的目的。以达到传递能量的目的。 异步电动机：当负载增加时，转子电流异步电动机：当负载增加时，转子电流I2 增大增大 I1 增大，增大，以保持以保持 基本不变，以达到传递能量的目的。基本不变，以达到传递能量的目的。 副绕组副绕组异步异步 电动机的电动机的副绕组副绕组是旋转的且短路。是旋转的且短路。 异步异步电动电动机中的定机中的定 子和转子之间是有不大的气隙。子和转子之间是有不大的气隙。 异步电动机中转子感

8、应电动势的频率是随转子转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。速改变的。 i1 u1 e1 eL1 i2 R1 e2 eL2 R2 11L111 eeRiu 为漏磁电感为漏磁电感 1L 1 1L1L L dt di Le 为为定定子子一一相相绕绕组组的的匝匝数数 1 1 11 N dt d Ne 2L222 eRie 其其有有效效值值记记为为为为磁磁通通，tsin 1m1 111111 Nf44. 4NKf44. 4Ee 有有效效值值为为 R1为为 1 1 1L1111L111 e dt di LRieeRiu 1L11 Lf2X 漏磁感抗漏磁感抗 60 pn f p f60

9、n,ef 0 1 1 011 可可写写出出由由磁磁场场转转速速即即交交流流电电源源频频率率的的频频率率为为 11111 Nf44. 4NKf44. 4E 1 1 1 1 111L 1 11EXIjRIEERIU 表表示示为为有有效效值值可可用用复复数数)( i1 e1 eL1 i2 R1 e2 eL2 R2 u1 因因R1、X1小小,可近似认为可近似认为U1=E1 因因转子在旋转转子在旋转,故转故转子感应电势频率子感应电势频率 f 2 定定子感应电势频率子感应电势频率 f 1 1 0 0 00 2 0 1 Sf 60 pn n nn p 60 nn f 60 n pf 可可得得类类比比 i1

10、e1 eL1 i2 R1 e2 eL2 R2 2L222 eRie E20= 4.44 f 1N2 故故E2= S E20 有有错错书书转转子子定定子子58P, dt d Ne, dt d Ne 2 22 1 11 X20= 2 f1LL2故故X2= SX20 为为转转子子漏漏磁磁电电感感 2L 2 2L2L L dt di Le dt di LRieRie 2 2L222L222 2 2 2 22L 2 22XIjRIERIE 2L12L22 LSf2Lf2X 转转子子漏漏磁磁感感抗抗 2 2 2 2 2 2 XR E I 2 20 2 2 20 )SX(R SE 0I)nn( 0 20 s

11、 2 20 2 2 20 max2 XR E I) 0n( 1s 2 20 2 2 2 2 2 2 2 2 2 )SX(R R XR R cos 202 SXR)(s 高高速速很很小小时时1cos 2 2 ISn 2 cos 202 XRSf11f12 f11 f12 f1减小，减小，Tmax基本不变，基本不变，Tst增大增大 2. 在额定频率以上变频在额定频率以上变频 交流电频率增大时，转速将增交流电频率增大时，转速将增 大，但因大，但因电压不能超过额定电电压不能超过额定电 压，故只能保持压，故只能保持U不变，不变， 变小，所以转矩变小，所以转矩T也变小，属也变小，属 恒功率调速。恒功率调速

12、。 特点：机械特性特点：机械特性硬硬，效率高，拖动能力下降，效率高，拖动能力下降， 属恒功率调速。属恒功率调速。 O n T fN f 4.44.4启动特性启动特性 一般启动转矩一般启动转矩Tst=0.8 1.5TN， 而启动电流而启动电流Ist=5 7IN 常用于常用于10kW以下的电动机，也可按教材以下的电动机，也可按教材P67处理处理 3 1 3 1 线绕式异步电动机的线绕式异步电动机的 逐级切除启动电阻逐级切除启动电阻 max T st T O n T 0 n S 1 R2 R2 转子串转子串频敏变阻器频敏变阻器启动启动 频敏变阻器实质上是铁芯损频敏变阻器实质上是铁芯损 耗很大的电抗器

13、，转子感应耗很大的电抗器，转子感应 电流频率低时阻抗小，适合电流频率低时阻抗小，适合 正常转速；感应电流频率高正常转速；感应电流频率高 时阻抗大，适合启动；时阻抗大，适合启动； 高转差率高转差率 电阻大，启动性能好，称为启动笼。电阻大，启动性能好，称为启动笼。 注：集肤效应注：集肤效应又叫趋肤效应又叫趋肤效应,当当交变电流交变电流通过导体时通过导体时,电流将集中在电流将集中在 导体表面流过导体表面流过,这种现象叫这种现象叫集肤效应集肤效应。是电流或电压以频率较高的。是电流或电压以频率较高的 电子在导体中传导时电子在导体中传导时,会聚集于总导体表层会聚集于总导体表层,而非平均分布于整个导而非平均

14、分布于整个导 体的截面积中。体的截面积中。 4.54.5制动特性制动特性 O n TM T 0 n M T O n TM T 0 n M T O n T 0 n 断开三相电源，向定子绕组通入直流电，形成固定断开三相电源，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。能耗制动原理相同。 O n TM T 0 n M T 4.64.6 脉动磁场脉动磁场可用可用正、反两正、反两 个方向的旋转磁场来等效，故个方向的旋转磁场来等效，故 正、反两个方向的旋转磁场（正、反两个方向的旋转磁场（P84） B1 B2 B

15、 B2 B1 B B B2B1 B B1B2 B2 B1 B1 B2 B B B1B2 B B2B1 iA A BY X iB iB iA m I i t O A BY iAiB X 12 将开关将开关S合在位置合在位置1，电容，电容C与与 B绕组串联，电流绕组串联，电流 iB较较iA超前近超前近 90 ；当；当将将S切换到位置切换到位置2，电容，电容 C与与A绕组串联，电流绕组串联，电流iA 较较iB 超超 前近前近90 。这样就改变了旋转磁。这样就改变了旋转磁 场的转向，从而实现电动机的场的转向，从而实现电动机的 反转。反转。 i 1 2 定子绕组定子绕组 鼠笼式转子鼠笼式转子 短路环短路环 极掌极掌(极靴极靴) 当电流流过定子绕组时，产生了一部分磁通当电流流过定子绕组时，产生了一部分磁通 1 ，同，同 时产生的另一部分磁通与短路环作用生成了磁通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，使得由于短路环中感应电流的阻碍作用