电工学第5,6章电动机

1、变压器功能：变压器功能：变电压：变电压：电力系统电力系统 变阻抗：变阻抗：电子电路中的阻抗匹配电子电路中的阻抗匹配 （如喇叭的输出变压器）（如喇叭的输出变压器） 变电流：变电流：电流互感器电流互感器 5.2 变压器变压器 发电厂发电厂1.05万伏万伏输电线输电线22万伏万伏升压升压变电站变电站 1万伏万伏降压降压 变压器应用举例变压器应用举例降压降压实验室实验室380 / 220伏伏降压降压仪器仪器36伏伏降压降压单相变压器单相变压器1u2uLR1i2i铁芯铁芯原边原边绕组绕组副边副边绕组绕组5.2.1 变压器的结构变压器的结构铁心：变压器的磁路。铁心：变压器的磁路。高、低压绕组高、低压绕组.

2、原边（一次绕组）：原边（一次绕组）：接电源的绕组接电源的绕组副边（二次绕组）：副边（二次绕组）：接负载的绕组接负载的绕组1u1i2u2iLR变压器符号变压器符号：空载运行空载运行 ：原边接入电源，副边开路。：原边接入电源，副边开路。接上接上交流电源交流电源1u原边电流原边电流 i1等于等于励磁电流励磁电流 i10 产生感应电动势产生感应电动势1u1i2e1e1N2N i10 产生磁通产生磁通 （交变）（交变）e, 方向符合方向符合右螺旋法则右螺旋法则dtdNe 11 dtdNe 22 注意注意5.2.2 工作原理工作原理KNNUU 212110i1u20u2i1e2e1.电压变换电压变换1u2

3、e1i1e1N2NZ2i1221NNII2.电流变换电流变换1）原、副边电流的大小与匝数成反比；）原、副边电流的大小与匝数成反比；结论结论2）副边电流取决于负载，原边电流取决于副边电流。）副边电流取决于负载，原边电流取决于副边电流。1u2e1i1e1N2NZ2iRL i2 i1 KNNII11221 负载电阻增大时，原边电流如何变化？负载电阻增大时，原边电流如何变化？1i1u2u2iLZ1N2N3. 阻抗变换阻抗变换22IUZL=u1i1LZ LZ LZK2 22222211KZKIUKIKUIUZLL= 信号源电动势信号源电动势E= 80V ， 内阻内阻R0=400 ，负负载电阻载电阻RL=

4、4 。1）负载直接接在信号源上时，信号源的输出功率。）负载直接接在信号源上时，信号源的输出功率。1）将负载直接接到信号源上，得到的输出功率为：）将负载直接接到信号源上，得到的输出功率为： 例例2求求2）阻抗匹配时变压器的变比及输出功率。）阻抗匹配时变压器的变比及输出功率。W16. 04)400480()(220 LLRRREP解解2）阻抗匹配时应使）阻抗匹配时应使RL=R0将负载通过变压器接到信号源上变换阻抗将负载通过变压器接到信号源上变换阻抗。1iE2u2iLR1N2NR0输出功率为：输出功率为：21=10 NNK则变比：则变比： LLRKR2=400 W40400)40040080()(2

5、20 LLRRREP 第第6章章 异步电动机异步电动机6.1 三相异步电动机三相异步电动机6.2 三相异步电动机的使用三相异步电动机的使用6.3 单相异步电动机单相异步电动机电电动动机机的的应应用用交流电动机交流电动机电动机电动机直流电动机直流电动机鼠笼式鼠笼式绕线式绕线式异步机异步机同步机同步机他励、异励、串励、复励他励、异励、串励、复励本章重点学习鼠笼式异步交流电动机：本章重点学习鼠笼式异步交流电动机： 基本结构、工作原理、基本结构、工作原理、 机械特性、控制方法机械特性、控制方法 电动机的分类电动机的分类6.1 三相异步电动机三相异步电动机6.1.1 工作原理工作原理定子铁心定子铁心定子

6、绕组定子绕组转轴转轴转子转子风扇风扇罩壳罩壳轴承轴承机座机座接线盒接线盒端盖端盖轴承盖轴承盖1. 基本结构基本结构三相异步电动机的基本结构三相异步电动机的基本结构V2V1W2U2U1W12）三相对称的定子绕组：）三相对称的定子绕组：用于产生旋转磁场用于产生旋转磁场1、定子：铁心、线圈（绕组）、定子：铁心、线圈（绕组）U1U2V1V2W1W2可以连成星型或三角型可以连成星型或三角型，与三相电源相连，与三相电源相连1）铁心：硅钢片叠成）铁心：硅钢片叠成机座机座定子定子定子绕组定子绕组（三相）（三相）在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电流。在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电流。线绕式：接成星型线绕

7、式：接成星型的三相绕组的三相绕组鼠笼式：绕组短路鼠笼式：绕组短路鼠笼转子鼠笼转子V2V1W2U2U1W1转子转子2.转子：铁心、绕组、转轴转子：铁心、绕组、转轴转轴转轴1）铁心：硅钢片叠成）铁心：硅钢片叠成2）绕组：）绕组：2. 旋转磁场旋转磁场1.旋转磁场的产生旋转磁场的产生BiAXBYCZAiCiiAImiBiCCZAXYBNS t=0tIimA sin )120sin(o tIimB )120sin(o tIimC 60 CZAXYBNSn0 t=60 t=120 NSn0ZCAXBY t=180 NSn0ZCAXBY同理可得其他时刻同理可得其他时刻旋转磁场的方向。旋转磁场的方向。iAI

8、miBiC结论：结论：1）旋转磁场的转向）旋转磁场的转向旋转磁场的方向取决于三相电流的相序。旋转磁场的方向取决于三相电流的相序。（当电流的相序为（当电流的相序为A-B-C时，旋转磁场的方向沿绕时，旋转磁场的方向沿绕组的首端组的首端A-B-C的方向，与电流相序一致。）的方向，与电流相序一致。）任意调换电源线中的两相，旋转磁场与原方向相反。任意调换电源线中的两相，旋转磁场与原方向相反。2）旋转磁场的极数）旋转磁场的极数 (p)当每相绕组只有一个线圈，绕组的始端相差当每相绕组只有一个线圈，绕组的始端相差120 产生的旋转磁场具有一对极，即产生的旋转磁场具有一对极，即 p=1。CZAXYBNSBiAX

9、BYCZAiCiCYABCXYZAXBZAiBiCi当每相绕组只有两个线圈，绕组的始端相差当每相绕组只有两个线圈，绕组的始端相差60 产生的旋转磁场具有两对磁极，即产生的旋转磁场具有两对磁极，即 p=2。iAiBiCNSASNZBX AYCZBCY0tX 60t A0nAZXXCZCSNSN30电流变化电流变化60 ，旋转磁，旋转磁场顺时针转过场顺时针转过30 。电流变化一周，旋转磁场在空间上顺时针转过电流变化一周，旋转磁场在空间上顺时针转过180 旋转磁场的转速通常称为：旋转磁场的转速通常称为：电动机的同步转速电动机的同步转速min)/r(pf60n1=p 旋转磁场的极对数旋转磁场的极对数对

10、电动机来讲，对电动机来讲，f 和和 p 通常是一定的，此时通常是一定的，此时n1为常数为常数f 电源电流的频率电源电流的频率极对数极对数每电流周期，磁场转过角度每电流周期，磁场转过角度同步转速同步转速(f=50Hz)p=1360 3000r/minp=2180 1500r/minp=3120 1000r/min3. 三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理SN1nFn三相定子绕组接入三相电源，三相定子绕组接入三相电源，产生旋转磁场；产生旋转磁场；旋转磁场切割转子导体，在转旋转磁场切割转子导体，在转子导体中产生感应电动势，短子导体中产生感应电动势，短路的转子导体产生感应电流；路的转子导体

11、产生感应电流；载流导体（转子导体）在磁场载流导体（转子导体）在磁场中受力，转子旋转。中受力，转子旋转。1.电动机转动原理电动机转动原理2.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电动机转速电动机转速n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的方向一致， 但但 异步异步电动机电动机1nn 无转矩无转矩转子与旋转磁场间没有相对运动转子与旋转磁场间没有相对运动无转子电动势（转子导体不切割磁力线）无转子电动势（转子导体不切割磁力线）无转子电流无转子电流如果如果1nn 旋转磁场转速旋转磁场转速: n1 转差率的概念：转差率的概念：转差率为旋转磁场的同步

12、转速和电动机转速之差。转差率为旋转磁场的同步转速和电动机转速之差。电动机启动瞬间电动机启动瞬间:1 ,0=sn（转差率最大）（转差率最大）电动机额定负载运行时电动机额定负载运行时: S=0.010.0911nnnS一三相异步电动机的额定转速一三相异步电动机的额定转速 n=1470 r/min。求求：P=？SN=？解：解：从额定转速可知：从额定转速可知：n1=1500 r/min ， P=2例例102. 0150014701500 NS每相定、转子电路每相定、转子电路i2R1R2i1u1e1e 1e2e 2 ：主磁通产主磁通产 生的感应电动势生的感应电动势；e1e2、 ：漏磁通漏磁通产生的感应电

13、动势产生的感应电动势。e 1e 2、u1 ：电源电压电源电压；i1 ：定子电流定子电流；R1 ：定子电阻定子电阻；R2 ：转子电阻转子电阻；22cosICTmT=电磁转矩电磁转矩 转子中各载流导体在旋转磁场的作用下转子中各载流导体在旋转磁场的作用下,受受到电磁力所形成的转距之总和。到电磁力所形成的转距之总和。1 三相异步电动机的电磁转矩三相异步电动机的电磁转矩 6.1.2 三相异步电动机的特性三相异步电动机的特性转矩表达式：转矩表达式：2222212SXRUSRKTT U1 定子绕组的相电压定子绕组的相电压T U12 电源电压变化时，对转矩的影响很大；电源电压变化时，对转矩的影响很大；转矩转矩

14、T还受转子电阻的影响；还受转子电阻的影响； 当当R2 、 X20为常数，电源电压为常数，电源电压U1和和f1一定时，一定时，电磁转矩电磁转矩T只随转差率只随转差率S（转子转速（转子转速n）变化。）变化。)(Tfn=Ts10n1Tn转矩特性曲线转矩特性曲线n机械特性曲线机械特性曲线0n12 机械特性机械特性n0TnNTnN1. 电动机等速运行的条件电动机等速运行的条件T = TC电磁转矩电磁转矩 = 阻力转矩阻力转矩阻力转矩：主要是电动机轴上的机械负载转矩阻力转矩：主要是电动机轴上的机械负载转矩T2 和电动机的空载损耗转矩（主要是机和电动机的空载损耗转矩（主要是机 械损耗转矩）械损耗转矩）T0T

15、C=T2+ T0 T2忽略忽略T0 ，电动机等速运行的条件：，电动机等速运行的条件：T = T2T = T2 匀速运行匀速运行减速运行减速运行加速运行加速运行T T2 电动机的运行状态：电动机的运行状态：2. 三个重要转矩三个重要转矩1）额定转矩）额定转矩 TNn0TnP2 输出的机械功率输出的机械功率nPnPPTT23222955060/210 NNNnPT29550 Nm过载系数过载系数在短时间内，电动机的负载转矩可以超过额定转矩在短时间内，电动机的负载转矩可以超过额定转矩运行，这种运行，这种短时允许过载能力短时允许过载能力用过载系数表示。用过载系数表示。通常为通常为1.82.2NTTm=

16、m思考思考：降低电压：降低电压U1，使，使Tm减小，如果减小，如果TmT2，出现什么现象？，出现什么现象？Tn当当TmT2 TTSt体现了电动机带载启动的能力。若体现了电动机带载启动的能力。若 电机能启动，否则将启动不了。电机能启动，否则将启动不了。Tst越大，启动过程越快，时间越短。越大，启动过程越快，时间越短。Tnab1）稳定运行区（稳定运行区（a、b段）段）T2n假设：电动机稳定运行在假设：电动机稳定运行在e点。点。T=T2若负载变化使若负载变化使T2减小减小 T2T2 电机加速电机加速T2nee 转速沿机械特性曲线上升转速沿机械特性曲线上升 上升到上升到e点点 T=T2 电机达到新的稳

17、定状态，转速为电机达到新的稳定状态，转速为n nn若负载变化使若负载变化使T2增加增加T2T2T不能突变不能突变 TT2 电机减速电机减速 转速沿机械特性曲线下降转速沿机械特性曲线下降 下降到下降到e点点 T=T2 电机达到新的稳定状态，转速为电机达到新的稳定状态，转速为n nT2 电机加速电机加速 转速沿机械特性曲线上升转速沿机械特性曲线上升 上升到上升到e点点 T=T2 电机进入稳定区运行。电机进入稳定区运行。若负载变化使若负载变化使T2增加增加T2T2 T不能突变不能突变 TT2 电机减速电机减速 转速沿机械特性曲线下降转速沿机械特性曲线下降 很快达到很快达到n=0 发生闷车发生闷车T=

18、T2 电机在电机在e点运行点运行TnbcT2eeT2T2电动机的稳定运行区比较平坦，电动机的稳定运行区比较平坦，转速变化不大。转速变化不大。电动机只能在稳定区运行，不电动机只能在稳定区运行，不能稳定运行在不稳定区。能稳定运行在不稳定区。n0=1500r/min的电动机能否稳定运行在的电动机能否稳定运行在750r/min?不能！不能！ 电机在电机在750r/min进入不稳定区。进入不稳定区。三相异步电动机的铭牌数据三相异步电动机的铭牌数据1.型号型号Y 132 M 4三相异步三相异步电动机电动机机座中心高机座中心高（mm）机座长度代号：机座长度代号： S 短机座短机座 M 中机座中机座 L 长机

19、座长机座磁极数（个数）磁极数（个数）2. 额定电压额定电压额定运行时，定子绕组上应加的线电压。额定运行时，定子绕组上应加的线电压。一般规定电动机的电压不应高于或低于额定值的一般规定电动机的电压不应高于或低于额定值的5%。3. 额定电流额定电流额定运行时，定子绕组的线电流。额定运行时，定子绕组的线电流。4.功率和效率：功率和效率：额定功率额定功率：电动机在额定运行状态下，其转子轴电动机在额定运行状态下，其转子轴 上输出的机械功率。上输出的机械功率。额定运行状态：定子加额定电压，转子带额定负载。额定运行状态：定子加额定电压，转子带额定负载。效率效率：输入功率输入功率 P1N：%10012 NNPP

20、 cos31NNNIUP 5.功率因数功率因数电机的功率因数指定子的功率因数。电机的功率因数指定子的功率因数。电机的功率因数是变量，不同的工作状态电机的功率因数是变量，不同的工作状态cos 不同。不同。6.转速转速电源电压电源电压=UN，频率，频率=fN ，电机的输出功率，电机的输出功率=P2N时，电动机每分钟的转数。时，电动机每分钟的转数。 7.接法接法定子三相绕组的接法。定子三相绕组的接法。例：铭牌数据：例：铭牌数据：380/220、Y/ 指：指：UL=380v时，采用时，采用Y形连接形连接 UL=220v时，采用时，采用 形连接形连接U1 V1W1U2V2W2U1 V1W1U2V2W2联

21、接方式：联接方式： Y/ 接法接法U1V1W1U2V2W2接接线线盒盒U1U2V1V2W1W2U1 V1W1U2V2W2Y 形形 形形6.2.1 三相异步电动机的启动三相异步电动机的启动1.启动状态启动状态启动时启动时n=0 ，转子导条切割磁力线速度很大。，转子导条切割磁力线速度很大。大电流使电网电压降低大电流使电网电压降低 影响其他负载工作影响其他负载工作 频繁启动时造成热量积累频繁启动时造成热量积累 电机过热电机过热影响影响启动电流大。启动电流大。Ist =57 IN 原因原因启动转矩不大启动转矩不大。Tst =0.82 TN 6.2 三相异步电动机的使用三相异步电动机的使用2.启动方法启

22、动方法适用：二三十千瓦以下的异步电动机。适用：二三十千瓦以下的异步电动机。2） 降压启动。降压启动。Y 启动启动自耦降压启动自耦降压启动1） 直接启动直接启动特点：简单，启动电流大特点：简单，启动电流大Y 启动启动运行时，运行时， 接接lUAZBYXClI 启动时，启动时，Y接接ABCXYZlUlYIZUIllY3=3ZUIll= 设：电机每相阻抗为设：电机每相阻抗为z31= llYII适用适用特点特点因为因为31= ststYTT设备简单，启动电流下降大，启动转矩下降。设备简单，启动电流下降大，启动转矩下降。正常工作时定子绕组三角形连接的电动机；正常工作时定子绕组三角形连接的电动机；可以空载或轻载启动的电动机。可以空载或轻载启动的电动机。自耦降压启动自耦降压启动启动时利用自耦变压器降低定子电压，启动时利用自耦变压器降低定子电压，工作时将自耦变压器切除。工作时将自耦变压器切除。适用于正常工作时定子绕组星型连接的电动机。适用于正常工作时