电工学课件第6章电动机

1、第第 6 章章 电电 动动 机机6.3 三相异步电动机的基本结构三相异步电动机的基本结构6.2 三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理6.5 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性6.4 三相异步电动机的铭牌数据三相异步电动机的铭牌数据6.6 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 6.7 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 6.8 单相异步电动机单相异步电动机 教学基本要求教学基本要求第第 6 章章 电电 动动 机机分析与思考分析与思考练习题练习题返回主页返回主页6.1 电机概述电机概述第第 6 章章 电电 动动 机机 1. 了解三相异步电动机的结构，分清笼式和绕

2、线式两种了解三相异步电动机的结构，分清笼式和绕线式两种转子的结构特点；转子的结构特点； 2. 理解旋转磁场和三相异步电动机的工作原理；理解旋转磁场和三相异步电动机的工作原理； 3. 掌握三相异步电动机掌握三相异步电动机改变转子转向的方法；改变转子转向的方法； 4. 理解三相异步电动机的理解三相异步电动机的转矩平衡关系转矩平衡关系和和功率平衡关系功率平衡关系； 5. 理解三相异步电动机的理解三相异步电动机的固有机械特性固有机械特性以及以及额定状态、额定状态、临界状态临界状态和和起动状态起动状态的意义；的意义； 6. 了解定子电压和转子电阻改变时的人为机械特性；了解定子电压和转子电阻改变时的人为机

3、械特性； 7. 理解三相异步电动机的理解三相异步电动机的铭牌数据的意义；铭牌数据的意义； 9. 掌握三相异步电动机的掌握三相异步电动机的起动方法；起动方法；上一页上一页下一页下一页返返 回回教学基本要求教学基本要求10. 掌握三相异步电动机的掌握三相异步电动机的调速方法调速方法；11. 了解单相异步电动机的工作原理和起动方法；了解单相异步电动机的工作原理和起动方法；12. 了解三相异步电动机一相或一线断路后的后果。了解三相异步电动机一相或一线断路后的后果。第第 6 章章 电电 动动 机机上一页上一页下一页下一页返返 回回6.1 电机概述电机概述发电机发电机直流电动机直流电动机同步电动机同步电动

4、机鼠笼型鼠笼型将机械能转换为电能；将机械能转换为电能；将电能转换为机械能。将电能转换为机械能。绕线型绕线型电动机电动机交流电动机交流电动机异步电动异步电动机机电机：实现能量转换或信号转换的电磁装置电机：实现能量转换或信号转换的电磁装置（动力电机）（动力电机）（控制电机）（控制电机）单相单相三相三相单相单相三相三相第第 6 章章 电电 动动 机机6.2 三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理上一页上一页下一页下一页返返 回回上一节上一节下一节下一节（1）旋转磁场的产生旋转磁场的产生（一）旋转磁场（一）旋转磁场旋转磁场是三相异步电动机工作的基础。旋转磁场是三相异步电动机工作的基础。电机是

5、利用电与磁的相互转化和相互作用制成的电机是利用电与磁的相互转化和相互作用制成的。旋转磁场由三相电流通过三相旋转磁场由三相电流通过三相对称对称绕组产生。绕组产生。对称：对称： 三相对称负载三相对称负载空间对称分布空间对称分布第第 6 章章 电电 动动 机机上一页上一页下一页下一页返回返回上一节上一节下一节下一节 二极旋转磁场二极旋转磁场第第 6 章章 电电 动动 机机 极对数极对数（p）的概念：的概念：（2）旋转磁场的转速）旋转磁场的转速旋转磁场转速旋转磁场转速 n0 同步转速同步转速如何改变旋转磁场的转速？如何改变旋转磁场的转速？ 以以 Y 型接法为例，当每相型接法为例，当每相绕组只有一个线圈

6、时，按右图绕组只有一个线圈时，按右图放入定子槽内，合成的旋转磁放入定子槽内，合成的旋转磁场只有一对磁极，则极对数为场只有一对磁极，则极对数为 1。 即即 p = 1U1U2V1V2W2W1上一页上一页下一页下一页返回返回上一节上一节下一节下一节U1U2V1V2W1W2i3i1i2第第 6 章章 电电 动动 机机 以以 Y 型接法为例，将型接法为例，将每相绕组都改用两个线圈每相绕组都改用两个线圈串联组成。串联组成。 按下图放入定子按下图放入定子槽内。槽内。 形成的磁场则是形成的磁场则是两对磁极。两对磁极。即即 p = 2 U1U2U3U4V1V4V2V3W4W1W2W3上一页上一页下一页下一页返

7、回返回上一节上一节下一节下一节i2W2V4U1V1W1U2V2W3U3U4V3W4i1i3 三相绕组三相绕组 四极旋转磁场四极旋转磁场第第 6 章章 电电 动动 机机上一页上一页下一页下一页返回返回上一节上一节下一节下一节第第 6 章章 电电 动动 机机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p = 1 时：时：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流每秒钟变化 50 周周 旋转磁场转旋转磁

8、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p = 2 时：时：上一页上一页下一页下一页返回返回上一节上一节下一节下一节第第 6 章章 电电 动动 机机三相异步电动机的同步转速三相异步电动机的同步转速600pf1n =min）r/ ( p12 3456n0/(r/min)300015001000750600500 f 1= 50 Hz 时时,不同极对数时的同步转速如下不同极对数时的同步转速如下:同步转速同步转速p 为任意值时：为任意值时：上一页上一页下一页下一页返回返回上一节上一节下一节下一节第第 6 章章 电电 动动 机机旋转方向：取

9、决于三相电流的相序。旋转方向：取决于三相电流的相序。（3）旋转磁场的转向）旋转磁场的转向旋转磁场是沿着：旋转磁场是沿着：U1V1W1U1U2V1V2W2W1i1i2上一页上一页下一页下一页返返 回回上一节上一节下一节下一节L1L2L3U1U2V1V2W1W2i3i1i2ImOti3i1U1， i2V1， i3W1第第 6 章章 电电 动动 机机 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，通入导前电流的绕组一致，通入导前电流的绕组通入滞后电流的绕组。通入滞后电流的绕组。旋转磁场是沿着：旋转磁场是沿着：U1W1V1U1U2V1V2W2W1L1L2L3U1U

10、2V1V2W1W2i2i1i3i1U1， i2W1， i3V1任意对调两根电源进线，磁场反转。任意对调两根电源进线，磁场反转。上一页上一页下一页下一页返返 回回上一节上一节下一节下一节第第 6 章章 电电 动动 机机（二）工作原理（二）工作原理对称三相绕组对称三相绕组通入对称三相电流通入对称三相电流旋转磁场旋转磁场(磁场能量磁场能量)磁场切割磁场切割转子绕组转子绕组转子绕组中转子绕组中产生产生 e 和和 i转子绕组在磁场中转子绕组在磁场中受到电磁力的作用受到电磁力的作用转子旋转起来转子旋转起来机械负载机械负载旋转起来旋转起来三相交流电能三相交流电能输出机械能量输出机械能量上一页上一页下一页下一

11、页返返 回回上一节上一节下一节下一节第第 6 章章 电电 动动 机机NS（1）电磁转矩的产生）电磁转矩的产生 用右手定则判断转用右手定则判断转子绕组中感应电流的子绕组中感应电流的方向方向 用左手定则判断转用左手定则判断转子绕组受到的电磁力子绕组受到的电磁力的方向的方向电磁力电磁力电磁转矩电磁转矩 TT 与与 n0 同方向。同方向。上一页上一页下一页下一页返返 回回上一节上一节下一节下一节 工作原理示意图工作原理示意图第第 6 章章 电电 动动 机机电动机转速电动机转速 n 和旋转磁场同步转速和旋转磁场同步转速 n0的关系：的关系：电机转子转动方向与磁场旋转的方向一致，电机转子转动方向与磁场旋转

12、的方向一致， 但但 n TL 电机能电机能起动起动，否则将起动不了。否则将起动不了。TS TNKS =Y系列系列: KS = 1.62.2 KC = 5.57.0上一页上一页下一页下一页返返 回回上一节上一节下一节下一节机械特性机械特性 Mn0TnOTSTNnNTMnMNS起动电流倍数：起动电流倍数：起动转矩倍数：起动转矩倍数：IS INKC =第第 6 章章 电电 动动 机机（二）人为特性（二）人为特性（1）降低定子电压时的人为特性）降低定子电压时的人为特性UN0.9UN0.81TM0.81TS上一页上一页下一页下一页返返 回回上一节上一节下一节下一节n0nMnOT定子电压降低时的人为机械特

13、性定子电压降低时的人为机械特性 T U1p2第第 6 章章 电电 动动 机机（2）增加转子电阻时的人为特性）增加转子电阻时的人为特性R2R2 +RTS +T n0nOT 转子电阻增加时的人为机械特性转子电阻增加时的人为机械特性 转子串联合适的电阻，可使转子串联合适的电阻，可使 TS = TM上一页上一页下一页下一页返返 回回上一节上一节下一节下一节第第 6 章章 电电 动动 机机（三）机械特性的软硬（三）机械特性的软硬 硬特性硬特性：负载变化时，转速变化不大，负载变化时，转速变化不大，运行特性好运行特性好。软特性软特性：负载增加时，转速下降较快，负载增加时，转速下降较快，起动特性好起动特性好。

14、硬特性硬特性软特性软特性 不同场合应选用不不同场合应选用不同的电机。同的电机。 如金属切削，选硬特如金属切削，选硬特 性电机；性电机； 重载起动则选软特性重载起动则选软特性 电机。电机。上一页上一页下一页下一页返返 回回上一节上一节下一节下一节n0nTO第第 6 章章 电电 动动 机机 电动机的电磁转矩可以随负载的变化而自动调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。整，这种能力称为自适应负载能力。（四）电动机的自适应负载能力（四）电动机的自适应负载能力 电动机工作在特性曲线的电动机工作在特性曲线的哪一点上？哪一点上？ 应当运行于与负载机械特性应当运行于与负载机械

15、特性的交点上。的交点上。上一页上一页下一页下一页返回返回上一节上一节下一节下一节n0nTOTLTL第第 6 章章 电电 动动 机机n0nTOn0nTO工作段工作段 自适应负载能力自适应负载能力是是电动机区别于其它动力机械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）操作者加大油门，才能带动新的负载） 。 a 点点TLnI2T直至新的平衡直至新的平衡I1 P1TLaTL a点点a上一页上一页下一页下一页返回返回上一节上一节下一节下一节第第 6 章章 电电 动动 机机 异步机的起动特性：异步机的起动特性

16、： 起动电流大起动电流大: IS = KC 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。6.6 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 不好不好! 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上一页上一页下一页下一页返返 回回上一节上一节下一节下一节第第 6 章章 电电 动动 机机（一）鼠笼式异步电动机的起动（一）鼠笼式异步电动机的起动（1）

17、直接起动（全压起动）直接起动（全压起动） (a) 小容量的电动机（二三十千瓦以下）；小容量的电动机（二三十千瓦以下）； (b) 电源容量足够大时。电源容量足够大时。（2）减压起动）减压起动(a) Y 减压减压起动：起动： 适用于：正常运行为适用于：正常运行为联结联结的电动机。的电动机。起起动动时时运运行行时时上一页上一页下一页下一页返返 回回上一节上一节下一节下一节UVWUNI1lYUVWUNI1l 第第 6 章章 电电 动动 机机设：定子每相阻抗为设：定子每相阻抗为 Z3U1pI 1l =ZZUN3 =ZI1lY =U1pYZUN 3 =TUp2 Y接起动的起动转矩：接起动的起动转矩： Y接

18、起动的起动电流：接起动的起动电流：13U1p U1pY=上一页上一页下一页下一页返返 回回上一节上一节下一节下一节IS IsY =1313TS TsY = Y 起起动动起起动动Y 起起 动动与与全压起动全压起动时起动电流和起动转矩比较时起动电流和起动转矩比较UVWUNI1lYUVWUNI1l 第第 6 章章 电电 动动 机机3 Y 减压减压起动的特点：起动的特点： (1) 电源电压不变，定子绕组接法改变；电源电压不变，定子绕组接法改变； (2) 降压比为降压比为 。1 (1) IsYImax （线路中允许的最大电流）；（线路中允许的最大电流）； (2) TsYTL， 适用于轻载或空载起动适用于

19、轻载或空载起动 否则不能采用此法。否则不能采用此法。 Y 减压减压起动的使用条件：起动的使用条件： Y接接起动的起动转矩为：起动的起动转矩为： Y接接起动的起动电流为：起动的起动电流为：13TS TsY =上一页上一页下一页下一页返返 回回上一节上一节下一节下一节IS IsY =13第第 6 章章 电电 动动 机机(b) 自耦变压器自耦变压器减压减压起动起动M3Ul降压比为降压比为:KA=UlUNUl= KAUNKAIs定子电压：定子电压：定子电流：定子电流： KA IsKAIs KA线路电流：线路电流： KA2IsIsa = KA2Is 自耦变压器自耦变压器降压降压起动的起动电起动的起动电

20、流为：流为：Tsa = KA2Ts 自耦变压器自耦变压器降压降压起动的起动转起动的起动转 矩为：矩为：UN上一页上一页下一页下一页返返 回回上一节上一节下一节下一节第第 6 章章 电电 动动 机机自耦变压器自耦变压器降压降压起动的特点：起动的特点：定子绕组接法不变，改变定子绕组的电压；定子绕组接法不变，改变定子绕组的电压；降压比降压比 KA可调可调: 0.5、0.65、0.8； 0.55、0.64、0.73自耦变压器自耦变压器降压降压起动起动的使用条件：的使用条件： IsaImax （线路中允许的最大电流）；（线路中允许的最大电流）； TsaTL ，适用于轻载或空载起动，适用于轻载或空载起动

21、否则不能采用此法。否则不能采用此法。 选择选择 KA的方法：的方法： KA2Is Imax KA2Ts TL需要两者需要两者均满足均满足上一页上一页下一页下一页返返 回回上一节上一节下一节下一节第第 6 章章 电电 动动 机机( (二二) )绕线式异步机的起动：绕线式异步机的起动：RRR滑环滑环电刷电刷定子定子转子转子起动电阻起动电阻起动时将适当的起动时将适当的R 串入转子电路中，起动后将串入转子电路中，起动后将R 短路短路。上一页上一页下一页下一页返返 回回上一节上一节下一节下一节第第 6 章章 电电 动动 机机(1) 转子电路串电阻起动转子电路串电阻起动 减小起动电流减小起动电流 增大起动

22、转矩增大起动转矩(2) 转子电路串频敏变阻器转子电路串频敏变阻器起动起动 频敏变阻器：频敏变阻器： 频率高，损耗大，电阻大；频率高，损耗大，电阻大； 频率低，则反之。频率低，则反之。 转子电路起动时转子电路起动时: R2R2n0TnOTsTs 转子电路运行时转子电路运行时:f2 高，电阻大，高，电阻大， Ts 大，大， Is 小。小。f2 低，电阻小，低，电阻小， 自动切除变阻器。自动切除变阻器。R2R2上一页上一页下一页下一页返返 回回上一节上一节下一节下一节第第 6 章章 电电 动动 机机例例1: : A2849230880380310453.= = = = 1)NNN3NNcos310

23、UPI = =解解: : 一台一台Y225M-4型的三相异步电动机，定子型的三相异步电动机，定子绕组绕组型联结，其额定数据为：型联结，其额定数据为：PN=45kW,nN=1480r/min，UN=380V， N=92.3%，cos N=0.88， KC = 7.0, Ks = 1.9，KM = 2.2求：求：1) 1) 额定电流额定电流IN? 2) ? 2) 额定转差率额定转差率sN? ? 3) 3) 额定转矩额定转矩TN 、最大转矩最大转矩TM 和起动转矩和起动转矩TS 。上一页上一页下一页下一页返返 回回上一节上一节下一节下一节第第 6 章章 电电 动动 机机 2）由由nN=1480r/m

24、in，可知，可知 p=2 （四极电动机四极电动机）minr 15000/n= =013. 01500148015000N0N= = = = = =nnns 3）mN 4 .29014804595509550NNN = = = = =nPTmN 9 .6384 .2902 . 2NMM = = = = =TKTmN 8 .5514 .2909 . 1NSS = = = = =TKT上一页上一页下一页下一页返返 回回上一节上一节下一节下一节第第 6 章章 电电 动动 机机解解： 在上例中在上例中(1)(1)如果负载转矩为如果负载转矩为 510.2Nm , , 试问在试问在U=UN 和和U =0.9

25、UN两种情况下电动机能否两种情况下电动机能否起动？（起动？（2 2）采用）采用Y- - 换接起动时，求起动电流换接起动时，求起动电流和起动转矩。和起动转矩。 （3 3） 当负载转矩为额定转矩的当负载转矩为额定转矩的80%和和50%时，电动机能否时，电动机能否Y- Y- 换接起动？换接起动？ (1) 在在U=UN时时 TS = 551.8Nm 510.2 N. m mN2 .510mN 4478 .5519 . 02S = = = =T不能起动不能起动 (2) IS =KCIN=7 84.2=589.4 A 在在U = 0.9UN 时时能起动能起动例例2:A5 .1964 .5983131 sS

26、Y= = = = =II上一页上一页下一页下一页返返 回回上一节上一节下一节下一节第第 6 章章 电电 动动 机机在在80%额定负载时额定负载时13 .2329 .183%804 .2909 .183%80NsY = = = = TT在在50%额定负载时额定负载时12 .1459 .183%504 .2909 .183%50NsY = = = = TT可以起动可以起动mN9 .1838 .5513131ssY = = = = =TT(3)不能起动不能起动上一页上一页下一页下一页返返 回回上一节上一节下一节下一节第第 6 章章 电电 动动 机机1. 改变磁极对数改变磁极对数 p2. 改变转差率改

27、变转差率 s 3. 改变电源频率改变电源频率 f1 (变频调速变频调速)调速方法：调速方法：6.7 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 有级调速有级调速无级或有级调速无级或有级调速无级调速无级调速 n = (1 s) n0 = (1 s) p60 f1上一页上一页下一页下一页返返 回回上一节上一节下一节下一节在负载不变的前提下，人为改变电动机的转速在负载不变的前提下，人为改变电动机的转速第第 6 章章 电电 动动 机机（一）变频调速（一）变频调速 U、f 可可 变变M33整流电路整流电路逆变电路逆变电路50 Hz控制控制电路电路n0TnOfNf1 fN 直直 流流f2 f1上一页上一页下

28、一页下一页返返 回回上一节上一节下一节下一节 变频调速变频调速TL频率降低，转速下降频率降低，转速下降第第 6 章章 电电 动动 机机（二）变极调速（二）变极调速U1U2U3U4U1U2U3U4(a) p = 2(b) p = 1SSNNSN上一页上一页下一页下一页返返 回回上一节上一节下一节下一节每相绕组由两个线圈组成，可串联、并联每相绕组由两个线圈组成，可串联、并联第第 6 章章 电电 动动 机机（三）变转差率调速（三）变转差率调速（1）变压调速）变压调速UNn0TnOsMTL上一页上一页下一页下一页返返 回回上一节上一节下一节下一节电压降低，转速下降电压降低，转速下降第第 6 章章 电电

29、 动动 机机（2）转子串电阻调速）转子串电阻调速R2R2+RCn0TnOTMM33RCTL上一页上一页下一页下一页返返 回回上一节上一节下一节下一节电阻增大，转速下降电阻增大，转速下降第第 6 章章 电电 动动 机机（一）脉振磁场（一）脉振磁场 定子：单相绕组；定子：单相绕组；6.8 单相异步电动机单相异步电动机 定子绕组定子绕组定子定子转子：鼠笼型。转子：鼠笼型。 上一页上一页下一页下一页返返 回回上一节上一节下一节下一节第第 6 章章 电电 动动 机机 定子单相绕组产生的脉振磁场的分析定子单相绕组产生的脉振磁场的分析: : 1m 2m m 1m= 2m = m / 2t 0 脉振磁场的分解

30、脉振磁场的分解:上一页上一页下一页下一页返返 回回上一节上一节下一节下一节第第 6 章章 电电 动动 机机 1m 2m m 1m 2m m tOt1t2t3t4t5t6t7t8 2m 1m上一页上一页下一页下一页返返 回回上一节上一节下一节下一节 脉振磁场脉振磁场第第 6 章章 电电 动动 机机（1）自身没有起动转矩）自身没有起动转矩（2）转子借助其它力量）转子借助其它力量转动后，外力去除后仍按转动后，外力去除后仍按原方向继续转动。原方向继续转动。怎样产生起动转矩？怎样产生起动转矩？（二）工作原理（二）工作原理 上一页上一页下一页下一页返返 回回上一节上一节下一节下一节第第 6 章章 电电 动

31、动 机机（1） 两相起动两相起动工作绕组工作绕组起动绕组起动绕组 原理：两相电流原理：两相电流旋转磁场旋转磁场Q转子转子CWSiwis起动转矩起动转矩上一页上一页下一页下一页返返 回回上一节上一节下一节下一节 单相电容电动机单相电容电动机第第 6 章章 电电 动动 机机转子转子（2） 罩极起动罩极起动短路环短路环定子定子磁极磁极定子定子线圈线圈上一页上一页下一页下一页返返 回回上一节上一节下一节下一节单相罩极式异步电动机单相罩极式异步电动机第第 6 章章 电电 动动 机机图片0 柴油发电机返回返回第第 6 章章 电电 动动 机机图片1上一页上一页下一页下一页返返 回回第第 6 章章 电电 动动

32、 机机图片2上一页上一页下一页下一页返返 回回第第 6 章章 电电 动动 机机图片3A 齿轮减速三相异步电动机上一页上一页下一页下一页返返 回回第第 6 章章 电电 动动 机机图片3B 防爆式上一页上一页下一页下一页返返 回回第第 6 章章 电电 动动 机机图片4 绕线式异步机上一页上一页下一页下一页返返 回回第第 6 章章 电电 动动 机机鼠笼式绕线式图片5上一页上一页返返 回回第第 6 章章 电电 动动 机机转子定子壳体图片6上一页上一页下一页下一页返返 回回第第 6 章章 电电 动动 机机图片7 转子上一页上一页下一页下一页返返 回回第第 6 章章 电电 动动 机机图片8 转子上一页上一页下一页下一页返返 回回第第 6 章章 电电 动动 机机图片9 定子绕组上