交流电动机的工作原理及特性学习教案

1、会计学1交流交流(jioli)电动机的工作原理及特性电动机的工作原理及特性第一页，共80页。第五章第五章 交流电动机的工作原理及特性交流电动机的工作原理及特性 5.1 5.1 三相异步电动机的结构和工作原三相异步电动机的结构和工作原理理 5.2 5.2 三相异步电动机的定子电路和转三相异步电动机的定子电路和转子电路子电路 5.3 5.3 三相异步电动机的转矩与机械特三相异步电动机的转矩与机械特性性 5.4 5.4 三相异步电动机的启动特性三相异步电动机的启动特性 5.5 5.5 三相异步电动机的调速特性三相异步电动机的调速特性 5.6 5.6 三相异步电动机的制动特性三相异步电动机的制动特性

2、5.7 5.7 单相异步电动机单相异步电动机 5.8 5.8 同步电动机的工作原理、特点同步电动机的工作原理、特点(tdin)(tdin)及应用及应用第1页/共79页第二页，共80页。了解异步电动机的基本结构和旋转磁场的产生；掌握异步电动机的工作原理，机械特性， 以及启动(qdng)、调速及制动的各种方法、特点与应用；学会用机械特性 的四个象限来分析异步电动机的运行状态；掌握单相异步电动机的工作原理和启动(qdng)方法；了解同步电动机 的结构特点、工作原理、运行特性及启动(qdng)方法。第2页/共79页第三页，共80页。 异步电动机的机械特性，它是基于异步电动机的工作原理 而推导出来的；特

3、别是异步电动机的人为机械特性，因为 它是分析异步电动机启动、调速、制动工作状态(zhungti)的依据； 对异步电动机铭牌数据、额定值的含义要非常熟悉； 异步电动机直接启动和Y-降压启动的条件和优缺点， 线绕式异步电动机转子串电阻的启动、调速和制动， 以及各种启动方法的应用场合； 异步电动机变频调速和变极对数调速的特性与优缺点。 定子旋转磁场与转子运动的相对性。 电动机的制动(zh dn)过程。第3页/共79页第四页，共80页。三相(sn xin)鼠笼式异步电动机三相(sn xin)特殊鼠笼式异步电动机三相(sn xin)绕线式异步电动机概 述异步电动机单相(dn xin)异步电动机同步电动机

4、单相同步电动机三相同步电动机三相双鼠笼式异步电动机三相深槽式异步电动机三相高转差率鼠笼式异步电动机三相异步电动机第4页/共79页第五页，共80页。概 述第5页/共79页第六页，共80页。概 述NNNNNcosIUP3)(VkVUN或额定电压额定运行状态时加在定子绕组上的线电压.)(kWPN额定功率额定条件下转轴上输出的机械功率.)(AIN额定电流在额定运行状态下流入定子绕组的线电流.min)/(rnN额定转速额定运行时电动机的转速NNf额定效率额定频率额定功率因数Ncos第6页/共79页第七页，共80页。5.1 三相异步电动机的结构和工作(gngzu)原理第7页/共79页第八页，共80页。铁心

5、(ti xn):由硅钢片叠成，也是磁路的一部分。5.1 三相异步电动机的结构(jigu)和工作原理铁心:由导磁性能很好的硅钢片叠成(导磁部分)。绕组:放在定子铁心内圆槽内(导电部分)。机座:固定定子铁心及端盖。定子静止部分转子旋转部分三相异步电动机转子铁心的每个槽内插入一根裸导条，形成一个多相对称短路绕组。转子绕组为三相对称绕组，嵌放在转子铁心槽内。 绕线式：绕组:转轴、轴承、风扇 鼠笼式：第8页/共79页第九页，共80页。5.1 三相异步电动机的结构(jigu)和工作原理轴承定子绕组转子定子集电环出线盒转子绕组端盖定子绕组第9页/共79页第十页，共80页。5.1 三相(sn xin)异步电动

6、机的结构和工作原理三相对(xingdu)称交流绕组模型圆形定子冲片定子铁心第10页/共79页第十一页，共80页。5.1 三相异步电动机的结构(jigu)和工作原理 定子绕组用绝缘的铜 （或铝）导线绕成， 嵌在定子槽内。 通常(tngchng)把定子三相绕组 的六根出线头都引出， 根据实际使用的需要， 可接成Y形或形， 如图所示。形接法Y形接法第11页/共79页第十二页，共80页。5.1 三相异步电动机的结构和工作(gngzu)原理第12页/共79页第十三页，共80页。5.1 三相异步电动机的结构和工作(gngzu)原理 形式与定子绕组 基本相同； 3个绕组的末端 连接在一起构成 星形连接； 3

7、个始端连接在 3个铜滑环上； 电刷引出线连接 起动调速变阻器。第13页/共79页第十四页，共80页。5.1 三相(sn xin)异步电动机的结构和工作原理 在定子的三相对称绕组中通入三相对称交流电流， 可以产生在空间旋转的圆形合成磁场。 磁场旋转方向与电流相序一致。 电流相序为A-B-C时，磁场顺时针方向旋转； 电流相序为A-C-B时，磁场逆时针方向旋转。 旋转磁场的转速 n0称为同步转速： n0决定于 电流的频率 f 电机的磁极对数 ppfn600（r/min） 旋转磁场的产生第14页/共79页第十五页，共80页。5.1 三相异步电动机的结构和工作(gngzu)原理BiAXBYCZAiCi2

8、40sin120sinsintIitIitIimCmBmAAXYCBZNS 同步转速 no与磁场磁极对数 p 的关系：（ f50Hz时） 磁极对数 p分别为 1、 2、 3， 每个电流周期磁场转过空间角度360、180、120， 同步转速no分别为 3000、 1500 、 1000 r/min 如下定子绕组的接法，合成磁场只有一对磁极，即 p1。 旋转磁场的产生第15页/共79页第十六页，共80页。5.1 三相异步电动机的结构和工作(gngzu)原理 磁极对数 p 的改变 定子每相绕组由两个相等圈数 的“半绕组”组成。 若如右图示将每相两个 “半绕组”串联，形成的磁场则 是两对磁极，即 p2

9、或2p4。 若改变接法将每相两个 “半绕组”并联，形成的磁场则 是一对磁极，即 p1或2p2。 （详见变极调速） 旋转磁场的产生CYABCXYZAXBZAiCiBiAXX ANSSNZCZCBYBY第16页/共79页第十七页，共80页。AXYCBZAXYCBZ5.1 三相异步电动机的结构和工作(gngzu)原理AXYCBZNS两极旋转磁场示意图AXYCBZNS 旋转磁场的产生以iA0为起动点第17页/共79页第十八页，共80页。5.1 三相异步电动机的结构和工作(gngzu)原理 旋转磁场的产生以iAIM为起动点两极旋转磁场示意图0120240360第18页/共79页第十九页，共80页。5.1

10、 三相异步电动机的结构(jigu)和工作原理 旋转磁场的产生以iAIM为起动点四极旋转磁场示意图060120180第19页/共79页第二十页，共80页。5.1 三相异步电动机的结构(jigu)和工作原理 旋转磁场的产生两极与四极旋转磁场的比较01202403600601201800120240360第20页/共79页第二十一页，共80页。01202403605.1 三相异步电动机的结构和工作(gngzu)原理 旋转磁场的产生 01202403600120240360第21页/共79页第二十二页，共80页。 电流(dinli) 相序A-C-B左手定则5.1 三相异步电动机的结构和工作原理 转动原

11、理XAZBC Yn逆时针 方向 旋转第22页/共79页第二十三页，共80页。5.1 三相异步电动机的结构(jigu)和工作原理 转动原理第23页/共79页第二十四页，共80页。 电动机在正常运转时，其转速n总是稍低于同步转速n0， 故称为异步电动机； 又因为产生电磁(dinc)转矩的电流是电磁(dinc)感应所产生的， 也称为感应电动机。5.1 三相(sn xin)异步电动机的结构和工作原理 转差率 转差率是异步电动机一个非常重要的参数， 它反映了电动机的各种运行情况。00nnnS 第24页/共79页第二十五页，共80页。5.2 三相异步电动机的额定( dng)参数 一、 三相(sn xin)

12、异步电动机定子绕组的接法 1两种接法 定子绕组的首端和末端通常都接在电动机接线盒的接线柱上，一般(ybn)按图所示的方法排列。 按照我国电工专业标准规定：定子绕组出线端的首端为D1、D2、D3，末端为D4、D5、D6。第25页/共79页第二十六页，共80页。 三相电动机的定子(dngz)绕组有星形（Y型）和三角形（形）两种不同的接法，如图所示。第26页/共79页第二十七页，共80页。2线电压与相电压 线电压：两相绕组(roz)首端之间的电压，用U1表示； 相电压(diny)：每相绕组首、尾之间的电压(diny)，用U相表示。 对于(duy)星形接法：相相UU31 对于三角形接法： 相相UU 1

13、3线电流与相电流 线电流：电网的供电电流，用I1 表示； 相电流：每相绕组的电流，用I相表示。 对于星形接法 ：相相II 1对于三角形接法 ：相相II31 cosUIP1113 4. 电动机的输入功率第27页/共79页第二十八页，共80页。二、额定( dng)参数 电动机在制造工厂所拟定的情况下工作时，称为电动机的额定运行，通常用额定值来表示(biosh)其运行条件，这些数据大部分都标明在电动机的铭牌上。 1. 额定功率( dn n l)PN： 在额定运行情况下，电动机轴上输出的机械功率。 NNNPP1 输出功率的一般表达式为： 12PP 其中： 效率 P1 输入功率P2输出功率 输出功率和输

14、出转矩的关系为： cosIKnP.TM222559 I2为转子电流 第28页/共79页第二十九页，共80页。 2.额定电压UN：在额定运行(ynxng)情况下，定子绕组端应加的线电压值。 如标有两种电压(diny)值（例如220/380V），这表明定子绕组采用/Y连接时应加的线电压(diny)值。即： 三角形接法时，定子绕组(roz)应接220V的电源电压；星形接法时，定子绕组应接380的电源电压。 3.额定频率f ：在额定运行情况下，定子外加电压的频率（ Hz）。 50 f第29页/共79页第三十页，共80页。 如标有两种电流值（例如10.35/5.9A），则对应于定子绕组(roz)为/Y连

15、接的线电流值。 4.额定电流IN ：在额定频率、额定电压和轴上输出额定功率( dn n l)时，定子的线电流值。即： 三角形接法时，定子(dngz)电流为10.35A；星形接法时，定子电流为5.9A。 5.额定转速nN ：在额定频率、额定电压和电动机轴上输出额定功率时，电动机的转速。 与额定转速相对应的转差率称为额定转差率SN。 第30页/共79页第三十一页，共80页。 一般(ybn)不标在电动机铭牌上的几个额定值如下 ： 1.额定功率因数 ：在额定频率(pnl)、额定电压和电动机轴上输出额定功率时，定子相电流与相电压之间相位差的余弦。Ncos 2.额定效率 ：在额定频率、额定电压(diny)

16、和电动机轴上输出额定功率时，电动机输出机械功率与输入电功率之比，其表达式为N %100cos3NNNN IUPN 3.额定负载转矩TN ：电动机在额定转速下输出额定功率时轴上的负载载矩。 4.线绕式异步电动机转子静止时的滑环电压和转子的额定电流。 通常手册上给出的数据就是电动机的额定值。 第31页/共79页第三十二页，共80页。三、定子(dngz)绕组连线方法的选用 定子三相绕组(roz)的连接方式（Y形或形）的选择，和普通三相负载一样，须视电源的线电压而定。 如果电源的线电压等于电动机的额定( dng)相电压，那么，电动机的绕组应该接成三角形； 如果电源的线电压是电动机额定相电压的 倍，那么

17、，电动机的绕组就应该接成星形。 通常电动机的铭牌上标有符号 /Y和数字220 /380 ，前者表示定子绕组的接法，后者表示对应于不同接法应加的线电压值。3第32页/共79页第三十三页，共80页。 例 电源线电压(diny)为380V，现有两台电动机，其铭牌数据如下，试选择定子绕组的连接方式。 1. J32-4，功率1.0kW，连接(linji)方法/Y，电压220/380V，电流4.25/2.45A，转速1420 r/min，功率因数0.79。 2. J02-21-4，功率1.1 kW，连接方法(fngf) ，电压380V，电流6.27A，转速1410 r/min，功率因数0.79。 解： J

18、32-4 电动机应接星形（Y），如图(a) 所示。 J02-21-4 电动机应接成三角形（ ），如图 (b)所示。第33页/共79页第三十四页，共80页。第34页/共79页第三十五页，共80页。5.3 三相(sn xin)异步电动机的转矩与机械特性 异步电动机所产生(chnshng)的电磁转矩为 2202222SXRUSRKT 转矩特性指电动机的电源电 压和频率一定时，电磁转矩 与转差率(转速)之间的关系。机械特性n = f（T）转矩特性T = f（s） 实际生产中把电磁转矩与转速的 关系称异步电动机的机械特性。第35页/共79页第三十六页，共80页。5.3 三相异步电动机的转矩与机械(jxi

19、)特性 2202222SXRUSRKT 机械特性n = f（T）转矩特性T = f（s） 异步电动机所产生的电磁转矩为 第36页/共79页第三十七页，共80页。电源为负相序时电源为正相序时1、固有机械特性 四个重要特殊点： 理想空载(kn zi)点A T = 0，n = n0（S =0） 额定工作点B T = TN，n = nN（S=SN） 启动工作点D T = Tst，n = 0（S =1） 临界工作点C T = Tmax，n = nm（S = Sm）机械(jxi)特性 n = f（T）5.3 三相(sn xin)异步电动机的转矩与机械特性第37页/共79页第三十八页，共80页。5.3 三相

20、异步电动机的转矩与机械(jxi)特性2、人为机械特性 可以作出改变U、f 以及 在定子、转子电路串接电阻或电抗 的人为机械特性。 异步电动机定子降压的人为机械特性 异步电动机定子串接电阻(电抗)的人为机械特性 异步电动机定子变频的人为机械特性 绕线式异步电动机转子串接电阻(电抗)的人为机械特性 2202222SXRUSRKT 根据电磁转矩关系式第38页/共79页第三十九页，共80页。5.3 三相(sn xin)异步电动机的转矩与机械特性2、人为机械特性 的人为机械特性 异步电动机定子降压的人为机械特性 异步电动机定子串接电阻(电抗)的人为机械特性 异步电动机定子变频的人为机械特性 绕线式异步电

21、动机转子串接电阻(电抗)的人为机械特性的人为机械特性 电枢串电阻的人为机械特性 降低电枢电压的人为机械特性 减弱励磁磁通的人为机械特性第39页/共79页第四十页，共80页。5.3 三相(sn xin)异步电动机的转矩与机械特性2.人为机械特性 第40页/共79页第四十一页，共80页。5.3 三相异步电动机的转矩与机械(jxi)特性2.人为机械特性 第41页/共79页第四十二页，共80页。5.3 三相(sn xin)异步电动机的转矩与机械特性三相异步电动机稳定运行分析 1异步电动机的特性 2恒转矩型负载特性 3恒功率型负载特性4, 5通风机型负载特性第42页/共79页第四十三页，共80页。三相异

22、步电动机的调速特性改变磁极对数 p调速（变极调速）改变频(bin pn)率 f 调速（变频(bin pn)调速）改变转差率S调速 改变电压调速 转子串电阻调速三相异步电动机的制动特性反馈制动 正向反馈制动 反向反馈制动反接制动 电源反接制动 倒拉反接制动能耗制动 反抗性恒转矩负载 位能性恒转矩负载5.45.6 三相异步电动机的启动调速制动(zh dn)特性三相异步电动机的启动特性1.直接启动2.非直接启动鼠笼式电动机降压启动法线绕式电动机启动法定子串电阻定子串电抗 自耦变压器Y- 延边三角形转子串电阻转子串频敏变阻器第43页/共79页第四十四页，共80页。5.4 三相(sn xin)异步电动机

23、的启动特性v三相异步电动机的启动特性v 鼠笼式电动机降压启动法v 定子串电阻v 定子串电抗(dinkng)v Y-转换v 自耦变压器转换v 延边三角形转换v 线绕式电动机启动法v 转子串电阻v 转子串频敏变阻器v直流他励电动机的启动特性 降压启动 电枢电路串电阻启动第44页/共79页第四十五页，共80页。5.4 三相(sn xin)异步电动机的启动特性定子串电阻启动(qdng) 定子串电抗启动(qdng)鼠笼式电动机降压启动法第45页/共79页第四十六页，共80页。5.4 三相(sn xin)异步电动机的启动特性Y-降压(jin y)启动鼠笼式电动机降压启动法l起动电流l起动转矩l绕组电压Y形

24、和形接法时的电压和电流(a) Y接法(降压起动)(b) 接法(全压运行)第46页/共79页第四十七页，共80页。5.4 三相异步电动机的启动(qdng)特性Y-降压(jin y)启动鼠笼式电动机降压启动法Y形和形接法时的电压和电流(a) Y接法(降压起动)(b) 接法(全压运行)异步电动机星-三角起动原理图第47页/共79页第四十八页，共80页。5.4 三相异步电动机的启动(qdng)特性异步电动机用自耦变压器降压(jin y)起动原理图自耦变压器的一相绕组自耦变压器降压启动鼠笼式电动机降压启动法接至电动机一相绕组来自一相电源l起动时接入l运行时断开第48页/共79页第四十九页，共80页。5.

25、4 三相(sn xin)异步电动机的启动特性延边三角形起动(q dn)的接线图 (a)延边三角形(起动(q dn)； (b)三角形(运行)延边三角形 降压启动鼠笼式电动机降压启动法第49页/共79页第五十页，共80页。5.4 三相异步电动机的启动(qdng)特性延边三角形 降压(jin y)启动鼠笼式电动机降压启动法延边三角形起动的接线图 (a)延边三角形(起动)； (b)三角形(运行)异步电动机延边三角形起动原理图 第50页/共79页第五十一页，共80页。5.4 三相异步电动机的启动(qdng)特性异步电动机的转子电路(dinl)及起动特性图线绕式电动机启动法转子串电阻启动第51页/共79页

26、第五十二页，共80页。5.4 三相(sn xin)异步电动机的启动特性转子串频敏变阻器时的机械特性1固有(gyu)机械特性；2串频敏变阻器的人为机械特性转子串频敏变阻器启动线绕式电动机启动法（三相）频敏变阻器转子电路第52页/共79页第五十三页，共80页。5.5 三相(sn xin)异步电动机的调速特性v三相异步电动机的调速特性v 改变磁极对数 p 调速（变极调速）v 改变频率(pnl) f 调速（变频调速）v 改变转差率 S 调速 改变电压调速v 转子串电阻调速v直流他励电动机的调速特性 改变电枢电压调速改变电枢电压调速 改变励磁磁通调速改变励磁磁通调速 电枢电路串电阻调速第53页/共79页

27、第五十四页，共80页。5.5 三相(sn xin)异步电动机的调速特性改变磁极(cj)对数调速（变极调速）将每相两个“半绕组”串联，形成的磁场是两对磁极，即 p2或2p4。v将每相两个“半绕组”并联，形成的磁场是一对磁极，即 p1或2p2。低速高速第54页/共79页第五十五页，共80页。5.5 三相(sn xin)异步电动机的调速特性双速电动机的极对数变换（a）Y/YY （b）/YY改变(gibin)磁极对数调速（变极调速）Y型接法半绕组串联p2，低速vYY型接法半绕组并联p1，高速型接法半绕组串联p2，低速vYY型接法半绕组并联 p1，高速第55页/共79页第五十六页，共80页。5.5 三相

28、(sn xin)异步电动机的调速特性改变磁极(cj)对数调速（变极调速）Y型接法半绕组串联p2，低速型接法半绕组串联p2，低速YY型接法半绕组并联p1 高速高速：KM1断KM2通KM3通低速：KM1通KM2断KM3断第56页/共79页第五十七页，共80页。5.5 三相(sn xin)异步电动机的调速特性Y-YY变极调速的机械(jxi)特性-YY变极调速的机械特性改变磁极对数调速（变极调速）第57页/共79页第五十八页，共80页。转子串电阻(dinz)调速改变(gibin)频率f 调速(变频调速)5.5 三相异步电动机的调速特性改变转差率S调速变压调速第58页/共79页第五十九页，共80页。5.

29、6 三相异步电动机的制动(zh dn)特性v三相异步电动机的制动特性v 反馈(fnku)制动 正向反馈(fnku)制动 反向反馈(fnku)制动v 反接制动 电源反接制动 倒拉反接制动v 能耗制动 反抗性恒转矩负载 位能性恒转矩负载v直流他励电动机的制动特性 反馈制动 正向反馈制动 反向反馈制动 反接制动 电源反接制动 倒拉反接制动 能耗制动 反抗性恒转矩负载 位能性恒转矩负载第59页/共79页第六十页，共80页。5.6 三相(sn xin)异步电动机的制动特性 反馈(fnku)制动正向电动运行反向电动运行反向反馈制动运行正向反馈制动过程正向反馈制动重物下放降压调速反向反馈制动反接制动过程重物

30、下放重物提升正向电动运行第60页/共79页第六十一页，共80页。5.6 三相(sn xin)异步电动机的制动特性 反馈(fnku)制动正向电动运行反向电动运行反向反馈制动运行正向反馈制动过程反接制动过程重物下放重物提升正向反馈制动反向反馈制动第61页/共79页第六十二页，共80页。FE重物下放电车下坡U1UN降压调速5.6 三相异步电动机的制动(zh dn)特性 反馈(fnku)制动正向反馈制动反向反馈制动参考：直流他励电动机的制动特性第62页/共79页第六十三页，共80页。 反接(fn ji)制动5.6 三相异步电动机的制动(zh dn)特性电源 反接制动倒拉 反接制动正向电动运行反接制动过

31、程倒拉反接制动运行第63页/共79页第六十四页，共80页。5.6 三相异步电动机的制动(zh dn)特性 反接(fn ji)制动第64页/共79页第六十五页，共80页。 能耗(nn ho)制动5.6 三相(sn xin)异步电动机的制动特性正向电动运行位能性 恒转矩负载 反抗性 恒转矩负载 能耗制动运行能耗制动过程第65页/共79页第六十六页，共80页。5.6 三相(sn xin)异步电动机的制动特性反抗性恒转矩负载(fzi)位能性恒转矩负载(fzi) 能耗制动参考：直流他励电动机的制动特性第66页/共79页第六十七页，共80页。 能耗(nn ho)制动5.6 三相异步电动机的制动(zh dn

32、)特性反抗性恒转矩负载位能性恒转矩负载 电源反接制动倒拉反接制动 反接制动 反馈制动正向反馈制动反向反馈制动第67页/共79页第六十八页，共80页。正向电动(din dn)运行反向(fn xin)电动运行反向反馈制动运行反接制动过程倒拉反接制动运行能耗制动运行能耗制动过程正向反馈制动过程三相异步电动机的各种运行状态5.6 三相异步电动机的制动特性 A B C D H J E F I K第68页/共79页第六十九页，共80页。5.7 单相(dn xin)异步电动机 单相异步电动机是一种采用单相电源供电(n din)的异步电动机， 工作原理与三相异步电动机单相运行相同， 主要运行特点是电动机没有启

33、动转矩。 启动原理：将单相脉动磁场变为旋转磁场； 启动方法：电容分相式启动（另设启动绕组） 罩极式启动（在极靴上加短路铜环） 突出优点是只需单相交流电源供电(n din)， 可以广泛应用于家用电器、医疗器械和自动控制装置中。 第69页/共79页第七十页，共80页。一、 单相(dn xin)异步电动机的磁场 单相(dn xin)异步电动机的定子绕组为单相(dn xin)，转子一般为鼠笼式 。 当接入单相交流电源时，它在定、转子(zhun z)气隙中产生一个如图所示的脉动磁场。 由上可见： 此磁场在空间并不旋转，只是磁通或磁感应强度的大小随时间作正弦变化， 即 tsinBBm 第70页/共79页第七十一页，共80页。 在电机系统中，常把磁通大小随时间做正弦(zhngxin)变化的磁场称脉动磁场，其磁场曲线如图(a)所示 可以证明，一个空间轴线固定(gdng)而大小按正弦规律变化的脉动磁场（用磁感应强度B表示），可以分解成两个转速相等而方向相反的旋转磁场 和 ，如图（b）所示，磁感应强度的大小为：1mB2mB221/BBBmmm 两个旋转磁场的同步(tngb)转速为： pfn600 第71页/共79页第七十二页，共80页。 1) 1)单相异步电动机起动单相异步电动机起动转矩为零转矩为零. . 2) 2)单相电动