电工电子技术教学PPT

1、 第四章第四章 电动机与变压器电动机与变压器 目目 录录4.1 4.1 三相异步电动机控制电路的设计三相异步电动机控制电路的设计 4.2 4.2 电动机的分类电动机的分类4.34.3 三相异步电动机三相异步电动机4.4 4.4 直流电动机与控制电机直流电动机与控制电机 4.5 4.5 变压器变压器4.64.6 三相异步电动机正反转控制线路的设三相异步电动机正反转控制线路的设计过程计过程4.7 4.7 拓展实训拓展实训 本章要点本章要点熟悉三相异步电动机的结构、工作原理。熟悉三相异步电动机的结构、工作原理。掌握电动机的机械特性及应用。掌握电动机的机械特性及应用。熟悉变压器的结构、工作原理。熟悉变

2、压器的结构、工作原理。掌握变压器的阻抗变换特性。掌握变压器的阻抗变换特性。 技能目标技能目标掌握电动机的启动、调速、反转、制动等方法。掌握电动机的启动、调速、反转、制动等方法。了解电动机的选用及控制方法。了解电动机的选用及控制方法。掌握变压器的选用、极性判别及简单变压器的掌握变压器的选用、极性判别及简单变压器的制作。制作。4.1 4.1 三相异步电动机控制电路的设计三相异步电动机控制电路的设计(1)(1) 掌握三相异步电动机控制电路的设计原则和掌握三相异步电动机控制电路的设计原则和要求。要求。(2)(2) 熟悉实现控制的元器件，了解其工作原理。熟悉实现控制的元器件，了解其工作原理。(3)(3)

3、 能够绘制三相异步电动机电动加自锁或正反能够绘制三相异步电动机电动加自锁或正反转控制电路转控制电路 1. 1. 设计目的设计目的2. 2. 设计内容设计内容设计一个电动机正反转控制电路，绘制控制线设计一个电动机正反转控制电路，绘制控制线路图。设备有电动机、交流接触器、常开路图。设备有电动机、交流接触器、常开( (常闭常闭) )按钮、热继电器、熔断器、闸刀开关等。按钮、热继电器、熔断器、闸刀开关等。交流电动机交流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、并励、串励、复励他励、并励、串励、复励电动机类型：电动机类型：4.2 4.2 电动机分类电动机分类电动机

4、：电能转换成机械能电动机：电能转换成机械能发电机：其他形式的能量转换成电能发电机：其他形式的能量转换成电能电机作用：电机作用：使用电动机驱动生产机械：使用电动机驱动生产机械： （1 1）简化简化生产机械的生产机械的结构结构 （2 2）提高提高生产生产效率效率和产品和产品质量质量 （3 3）能实现自动）能实现自动控制控制 （4 4）实现）实现远远距离距离操纵操纵优点：优点：动车机车用动车机车用JSJS、JRJR系列系列风机系列风机系列柴柴油油发发电电机机齿轮减速三相异步电动机齿轮减速三相异步电动机4.3 4.3 三相异步电动机三相异步电动机一、三相异步电动机的铭牌一、三相异步电动机的铭牌 1.1

5、.型号：例如型号：例如Y132M-4Y132M-4 Y 132M4 分）转/( 600pfn 磁极数磁极数( (极对数极对数 p=2) )同步转速同步转速15001500转转/ /分分Y：三相异步电动机三相异步电动机132132：机座中心高机座中心高（132mm）机座长度代号机座长度代号：M- -中机座；中机座；S- -短机座，短机座，L- -长机座。长机座。2.2.额定功率：额定功率：P PN N电机额定运行时，轴上输出的机械功率。电机额定运行时，轴上输出的机械功率。 3.3.额定电压额定电压U UN N和电动机接法和电动机接法电机额定运行时，定子绕组应加的线电压。电机额定运行时，定子绕组应

6、加的线电压。 3kW3kW及以下及以下采用采用Y Y接法，接法，4kW4kW及以上采用及以上采用接法。接法。例例：380/220 Y/380/220 Y/ 指：线电压为指：线电压为380V380V时采用时采用Y Y接接法；线电压法；线电压220V220V时采用时采用 接法接法。规定电机运行电压不能高于或低于额定值的规定电机运行电压不能高于或低于额定值的5 5电动机接法电动机接法: 指定子三相绕组的接法。指定子三相绕组的接法。Y/ 接法接法 Y 接法接法： W2U2V2U1V1W1V1W1U1U2V2W2 接法接法：U2U1W2V1V2U1W2U2V1V2W1W1W2U2V2V1W1U14.4.

7、额定电流：额定电流：I IN N5.5.额定频率：额定频率：fN 加在电动机定子绕组上的允许频率。我加在电动机定子绕组上的允许频率。我国电网的频率规定为国电网的频率规定为50Hz50Hz。 6.6.额定转速：额定转速：n nN N 是指电动机在额定电压、额定频率和额是指电动机在额定电压、额定频率和额定输出功率情况下的转速。定输出功率情况下的转速。 A48. 6/A2 .11/表示表示: :接法时电机线电流为接法时电机线电流为11.2A11.2A，相电流，相电流为为6.48A6.48A；Y Y接法时线、相电流均为接法时线、相电流均为6.48A6.48A。电机额定运行时，定子绕组的线电流。电机额定

8、运行时，定子绕组的线电流。7.7.绝缘等级绝缘等级 绝缘等级，绝缘等级，是按电动机绕组所用的绝缘材是按电动机绕组所用的绝缘材料使用时容许的极限温度来分级的。料使用时容许的极限温度来分级的。 极限温度，极限温度，是指电动机绝缘结构中最热点是指电动机绝缘结构中最热点的最高容许温度。的最高容许温度。绝缘等级绝缘等级极限温度极限温度AEBFHC105C120C130C155C1808.8.工作方式工作方式连续运行、短时工作和断续运行方式。连续运行、短时工作和断续运行方式。 二、三相异步电动机的选择二、三相异步电动机的选择 1.1.功率选择功率选择 电动机功率电动机功率( (容量容量) )是由生产机械所

9、需功率决定。是由生产机械所需功率决定。 如额定功率选得过大，电机在轻载下工作，其如额定功率选得过大，电机在轻载下工作，其运行效率和功率因数都较低，不经济；运行效率和功率因数都较低，不经济； 额定功率选择得太小，将引起电动机过载，会额定功率选择得太小，将引起电动机过载，会使电动机温升超过允许值而过早损坏使电动机温升超过允许值而过早损坏 。 为保证生产顺利进行，并获得良好经济、为保证生产顺利进行，并获得良好经济、技术指标，应根据生产机械的需要和工作条技术指标，应根据生产机械的需要和工作条件合理地选用电动机的功率、类型和转速。件合理地选用电动机的功率、类型和转速。1 1）连续工作方式）连续工作方式

10、对于连续工作水泵、风机等生产机械，电机对于连续工作水泵、风机等生产机械，电机额定功率等于或稍大于生产机械的功率即可额定功率等于或稍大于生产机械的功率即可。 例如，车床的切削功率为例如，车床的切削功率为1(kW)100060FP 电动机的功率为电动机的功率为111(kW)100060PFvP产品目录上选择一台合适的电动产品目录上选择一台合适的电动机，其额定功率应为机，其额定功率应为 NPP即可即可 在产品目录上选择在产品目录上选择 Y160M-4Y160M-4 型电动机，型电动机，其额定功率其额定功率 P PN N=11kW=11kW，满足，满足 P PN NP P，额定转速，额定转速n nN

11、N=1460r/min=1460r/min。 【例例4-14-1】有一离心式水泵，其数据如下：有一离心式水泵，其数据如下：Q=0.03mQ=0.03m3 3/s/s，H=20mH=20m，n=1460r/minn=1460r/min，55. 02今用一笼型电动机拖动作长期运行，电动机与今用一笼型电动机拖动作长期运行，电动机与水泵直接连接水泵直接连接( )( )。试选择电动机功率。试选择电动机功率。11【解解】1210000.032010.7(kW)102102 1 0.55QHP 2) 2) 短时工作方式短时工作方式 短时工作：闸门启闭、机床尾座、横梁短时工作：闸门启闭、机床尾座、横梁移动和夹

12、紧、刀架快速移动等。移动和夹紧、刀架快速移动等。 我国规定，短时工作方式的标准持续时我国规定，短时工作方式的标准持续时间有间有 10min10min、30min30min、60min60min、90min90min 四种。四种。 例如，刀架快速移动对电动机所要求的功率为例如，刀架快速移动对电动机所要求的功率为11(kW)10260GP11(kW)10260GP 实际选用电机功率实际选用电机功率 为过载系数为过载系数 【解解】【例例4-24-2】已知刀架重量已知刀架重量G=500kgG=500kg，移动速度，移动速度，导轨摩擦系数，导轨摩擦系数min/15m1 . 0传动机构的效率传动机构的效率

13、 ，要求电动机的转速要求电动机的转速约为约为14001400r/minr/min。求刀架快速移动电动机的功率。求刀架快速移动电动机的功率。2 . 01Y Y系列四极笼型电动机的过载系数系列四极笼型电动机的过载系数2 . 2于是于是115000.1 150.28(kW)10260102600.22.2GvP选用选用Y80-1-4Y80-1-4型电动机，型电动机，P PN N=0.55kW=0.55kWP P1 1，n nN N=1390r/min=1390r/min。 3) 3) 断续工作方式断续工作方式 周期性重复短时运行的工作方式周期性重复短时运行的工作方式 。 每周期包括恒定运行时间每周期

14、包括恒定运行时间t t1 1和停歇时间和停歇时间t t2 2。 标准周期时间为标准周期时间为10min10min。t t1 1与与T(T=tT(T=t1 1+t+t2 2) )的比的比值称负载持续率，用百分数来表示。值称负载持续率，用百分数来表示。 我国规定标准持续率：我国规定标准持续率：15%15%、25%25%、40%40%和和60%60%四种，如不加以说明，则以四种，如不加以说明，则以25%25%为准。为准。2.2.种类和形式的选择种类和形式的选择 由于生产常用三相交流电，没有特殊要求由于生产常用三相交流电，没有特殊要求时，一般应选鼠笼式交流电机。鼠笼式异步电时，一般应选鼠笼式交流电机。

15、鼠笼式异步电机结构简单、机械特性较硬、价格便宜、运行机结构简单、机械特性较硬、价格便宜、运行可靠、使用维护方便；可靠、使用维护方便； 起重机、卷扬机、轧钢机、锻压机起重机、卷扬机、轧钢机、锻压机等不能等不能采用笼型电动机的场合，可选用采用笼型电动机的场合，可选用绕线式绕线式异步电异步电动机。动机。 常见的有常见的有开启式、防护式、封闭式和防爆开启式、防护式、封闭式和防爆式式等不同结构形式电动机。以保证在不同的环等不同结构形式电动机。以保证在不同的环境中能安全可靠地运行。境中能安全可靠地运行。3.3.电压和转速选择电压和转速选择 我国我国Y Y系列三相异步电动机的额定电压系列三相异步电动机的额定

16、电压380V380V。100kW100kW以上的大功率电机，常用以上的大功率电机，常用3000V3000V或或6000V6000V额额定电压。定电压。采用较多的电机同步转速是：采用较多的电机同步转速是：1500r/min1500r/min 鼠笼式鼠笼式绕线式绕线式转子转子定子定子（固定部分）（固定部分） 转子转子（旋转部分）（旋转部分）分为两个基本部分分为两个基本部分：三、三相异步电动机的结构三、三相异步电动机的结构 构成：构成：由由机座机座、铁心铁心和和定子绕组定子绕组组成组成 。 机座是用机座是用铸铁或铸刚铸铁或铸刚制成。制成。 铁心由互相绝缘的铁心由互相绝缘的硅钢片硅钢片叠成，内圆叠成，

17、内圆周表面冲有周表面冲有槽槽，用以放置对称三相绕组。，用以放置对称三相绕组。 绕组联接成绕组联接成星形或三角形星形或三角形。 作用：作用： 产生旋转磁场。产生旋转磁场。 1 1、定子。、定子。 异步电动机异步电动机接线接线的结构示意的结构示意返返 回回下一页下一页机座机座定子绕组定子绕组铭牌数据铭牌数据出线端子出线端子 鼠笼式电机构造简单、价格低鼠笼式电机构造简单、价格低廉、工作可靠、使用方便。廉、工作可靠、使用方便。 构成：构成：由由铁心铁心和和绕组绕组两部分构成。两部分构成。 铁心也用铁心也用硅钢片硅钢片叠成，表面冲有叠成，表面冲有槽槽，装在转装在转轴上轴上，轴上加机械负载；，轴上加机械负

18、载； 绕组分为绕组分为鼠笼式鼠笼式和和绕线式绕线式两种。两种。作用：作用：在旋转磁场作用下，产生感应在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电流。电动势或电流。2 2、转子、转子鼠笼式转子鼠笼式转子转轴转轴轴承轴承转子转子绕线式转子绕线式转子 铁心铁心绕组绕组转轴转轴直流电机直流电机小直流电机小直流电机上一页上一页返返 回回步进电机步进电机交流伺服电机交流伺服电机同步电机同步电机4 4、三相异步电动机的工作原理、三相异步电动机的工作原理vlBe（右手定则右手定则）（左手定则左手定则）ilBfn0neiNSf磁极旋转磁极旋转导线切割磁力线产生感应电动势。导线切割磁力线产生感应电动势。闭合导线产生电流。

19、闭合导线产生电流。通电导线在磁场中受力。通电导线在磁场中受力。 1. 线圈跟着磁铁转线圈跟着磁铁转 两者转动方向一致两者转动方向一致异步异步 2. 线圈比磁场转得慢线圈比磁场转得慢0nn240sin120sinsintIitIitIimCmBmA1）旋转磁场的产生旋转磁场的产生 在定子铁心的三相对称绕组中，通入三相在定子铁心的三相对称绕组中，通入三相对称交流电流，就产生对称交流电流，就产生“旋转磁场旋转磁场”，代替演，代替演示实验中的磁铁。示实验中的磁铁。0tAXYCBZNSAiBiCimItBiAXBYCZAiCi合成磁场合成磁场方向：方向：向下向下参考方向参考方向：绕组始端到绕组始端到末端

20、的方向末端的方向 60tAXYCBZSN0n60A120tXYCBZ0nAiBiCitmI同理可得：同理可得：其它电流角度其它电流角度下的磁场方向。下的磁场方向。二极旋转磁场二极旋转磁场 可见，定子绕组中通入三相电流，共可见，定子绕组中通入三相电流，共同产生的同产生的合成磁场合成磁场是是随着电流的交变随着电流的交变而在而在空间空间不断地不断地旋转旋转着，这就是旋转磁场。着，这就是旋转磁场。2 2）旋转磁场的转向）旋转磁场的转向 当通入定子绕组的三相电流的当通入定子绕组的三相电流的相序相序为为A-B-CA-B-C时，旋转时，旋转磁场转向磁场转向与与相序相序一致。一致。取决于三相电流的取决于三相电

21、流的相序相序！0n0n改变电机旋转方向的方法：改变电机旋转方向的方法：换接其中两相换接其中两相AiBiCimItAiCiBimIt3 3）旋转磁场的极数和转速）旋转磁场的极数和转速BiAXBYCZAiCi 此种接法下，绕组始端间相差此种接法下，绕组始端间相差1201200 0空间角，空间角，合成磁场只一对磁极，则合成磁场只一对磁极，则极对数极对数为为1 1。AXYCBZNS旋转磁场的极数和三相绕组的安排有关旋转磁场的极数和三相绕组的安排有关即即：P =1CYABCXYZAXBZAiBiCi 将每相绕组分成两段，按右下图放入定子将每相绕组分成两段，按右下图放入定子槽内，槽内，绕组始端间相差绕组始

22、端间相差60600 0空间角，空间角，磁场是磁场是两对两对磁极磁极。AXX ANSSNZCZCBY BY即即：P =2AXYCBZNSAXYCBZNS0nAXYCBZSN60AiBiCimIt 旋转磁场的转速决定于磁场的极数，在旋转磁场的转速决定于磁场的极数，在一对一对极极的情况下，当电流交变的情况下，当电流交变一次一次时，磁场恰好在空时，磁场恰好在空间旋转了间旋转了一周一周。N0=60f（转转/ /分分）XNSASNZBX AYCZ BCY0t 60t A0nAZXXC ZCSNSN30 旋转磁场具有旋转磁场具有两对两对极极时，当电流从时，当电流从tt=0=0到到tt=60=60经历了经历了

23、6060时，时，磁场在空间仅旋转了磁场在空间仅旋转了3030。比比P P=1=1时转速慢了一半，时转速慢了一半，即：即：n0=60f/2（转转/ /分分） 故故: :旋转磁场的转速旋转磁场的转速n0 0决定于电流频率决定于电流频率f1 1和磁场的极对数和磁场的极对数P，可推出：，可推出：2p180分）转/( 50011p360分）转/( 0003极对数极对数每个电流周期每个电流周期磁场转过的空间角度磁场转过的空间角度同步转速同步转速)Hz50(f0n3p120分）转/( 0001n分）转/( 600pfn 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

24、的方向一致， 但但 异步电动机异步电动机0nn无转距无转距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提示提示：如果如果0nn 在电动机定子绕组中通入三相对称在电动机定子绕组中通入三相对称交流电流后，产生旋转磁场交流电流后，产生旋转磁场。 旋转磁场的磁力线切割转子导条，导旋转磁场的磁力线切割转子导条，导条中就感应出电动势。条中就感应出电动势。 在电动势的作用下，闭合的导条中就在电动势的作用下，闭合的导条中就有电流，该电流与旋转磁场相互作用，使有电流，该电流与旋转磁场相互作用，使转子导条受到电

25、磁力作用。由电磁力产生转子导条受到电磁力作用。由电磁力产生电磁转矩，转子就转动起来。电磁转矩，转子就转动起来。4 4）电动机的转动原理）电动机的转动原理电动机的转动原理电动机的转动原理电生磁，电生磁， 磁生电，磁生电， 电磁力作用，电磁力作用， 转子转。转子转。异步电机运行中异步电机运行中:%91s转差率：转差率：电机起动瞬间电机起动瞬间:1 , 0sn（转差率最大转差率最大）5 5）转子转速和转差率）转子转速和转差率%10000nnns同步转速：同步转速：旋转磁场的转速。旋转磁场的转速。 由于由于 n=975r/minn=975r/min，接近于同步转速接近于同步转速n n0 0=1000r

26、/min=1000r/min【例例4-34-3】有一台三相异步电动机，其额有一台三相异步电动机，其额定转速定转速n=975r/minn=975r/min。求电动机的极数和额。求电动机的极数和额定负载时的转差率。电源频率定负载时的转差率。电源频率f f1 1=50Hz=50Hz。故：极对数为故：极对数为p=3p=3。额定负载时转差率为：。额定负载时转差率为：%5 . 2%1001000975100000nnns【解解】答：答：【思考题思考题】 什么是三相电源的相序？就什么是三相电源的相序？就三相异步电动机本身而言，有无相序？三相异步电动机本身而言，有无相序？22022221)(sXRsRCUT5

27、 5、三相异步电动机的电磁转矩和机械特性、三相异步电动机的电磁转矩和机械特性 1 1）转矩公式）转矩公式 由异步电动机转动原理知，电磁转矩由异步电动机转动原理知，电磁转矩T T是由转子电流是由转子电流I I2 2与旋转磁场相互作用而产生与旋转磁场相互作用而产生的。经推导得：的。经推导得： Ts10n0Tn 电源电压一定时，电源电压一定时，T、s 的关系曲线的关系曲线称称电动电动机的转矩特性曲线，如图所示。机的转矩特性曲线，如图所示。2 2）三个重要转矩）三个重要转矩 在等速转动时，电动机的电磁转矩在等速转动时，电动机的电磁转矩T T必必须与阻转矩须与阻转矩T TC C相平衡，阻转矩主要是机械负

28、相平衡，阻转矩主要是机械负载转矩载转矩T T2 2，还包括空载损耗转矩，还包括空载损耗转矩( (轴承摩擦和轴承摩擦和风阻转矩风阻转矩) )T T0 0。由于。由于T T0 0很小，可略去，有：很小，可略去，有： （1 1）额定转矩）额定转矩NTC202TTTTTNNN2NN9550260PPTTnn可得可得 在额定电压下，电机以在额定电压下，电机以额定转速额定转速n nN N运行，输出额运行，输出额定功率定功率P P2 2时，电动机转轴时，电动机转轴上输出的转矩为上输出的转矩为: :n0TnNTnN（牛顿（牛顿米）米）)/()(955060222分转千瓦NNNnPnPT例如：例如：某普通车床的

29、主轴电动机某普通车床的主轴电动机( (Y132M-4Y132M-4型型) )的额定功率为的额定功率为7.5kW7.5kW，额定转速为，额定转速为1440r/min1440r/min，则额定转矩为则额定转矩为NNN7.59550955049.7(N m)1440PTn（2 2）最大转矩）最大转矩T Tmaxmax 电机带动最大负载的能力。电机带动最大负载的能力。最大转矩最大转矩T Tmaxmax称临界转矩。对应的转差率称临界转矩。对应的转差率s sm m称临界转差率。称临界转差率。 如果如果 电机将带不电机将带不动负载而停转动负载而停转。俗称俗称“闷车闷车” maxTTLn0TnmaxT求解求解

30、0ST2021max21XKUT21220222)(UsXRsRKT三相异步机三相异步机2 .28 .1 （1）T Tmaxmax和电压的平方成正比，故对电压波动和电压的平方成正比，故对电压波动敏感，用时要注意电压的变化敏感，用时要注意电压的变化。（2）工作时，一定令负载转矩工作时，一定令负载转矩 ，否，否则电机将停转。致使则电机将停转。致使电机严重过热。因为：电机严重过热。因为：maxTTL过载系数过载系数：NTTmax120 IIn（3 3）起动转矩）起动转矩 T Tstst: : n0TnstT22022221)(sXRsRCUT0n1)(s 其中其中LstTT T Tst st 电机带

31、载起动的能力。电机带载起动的能力。 电机能起动，否电机能起动，否则起动不了则起动不了。则则22022221)(XRRCUTst【例例4-44-4】有一台三相异步电动机，其额定数据如有一台三相异步电动机，其额定数据如下：下：P PN N=40kW=40kW，n nN N=1470r/min=1470r/min，U UN N=380V=380V， ，试求：额定电流；额定转差，试求：额定电流；额定转差率；额定转矩、最大转矩和启动转矩。率；额定转矩、最大转矩和启动转矩。2 . 1, 2st, 9 . 0【解解】4kW4kW以上电机常是以上电机常是连接，所以连接，所以3NNN40 1075(A)3cos

32、33800.90.9PIU由由n nN N=1470r/min=1470r/min可知，可知，P=2P=2，n n0 0=1500r/min=1500r/min， 0N0150014700.021500nnsn NNN4095509550259.9(N m)1470PTnmaxN2259.9519.8(N m)TTststN1.2259.9311.9(N m)TT3 3）机械特性）机械特性 在实际应用中，电压一定时，转速与电在实际应用中，电压一定时，转速与电磁转矩的关系。磁转矩的关系。称为电动机的机械特性曲线。称为电动机的机械特性曲线。 ( )nf T 电机电磁转矩可随负载的变化而自动调电机电

33、磁转矩可随负载的变化而自动调整的能力整的能力-自适应负载能力自适应负载能力常用特常用特性段性段n0nT 自适应负载能力自适应负载能力是电机区别于其它机械的是电机区别于其它机械的重重要特点要特点！（如：柴油机负载增加，须人为加大！（如：柴油机负载增加，须人为加大油门带动新的负载。）油门带动新的负载。）TISnTL2 直至新的平衡。此过程中，直至新的平衡。此过程中， 时，时， 电源提供的功率自动电源提供的功率自动增加。增加。2 I1 I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：负载增加转速下降较快，但起动转矩大，负载增加转速下降较快，

34、但起动转矩大，起起 动特性好动特性好。 硬特性硬特性 （R2小）小）软特性软特性（R2大）大）0Tn 不同场合应选不同的电机。不同场合应选不同的电机。金属切削选硬特性电机；金属切削选硬特性电机；重载起动则选软特性电动机重载起动则选软特性电动机。STTTUmax1 结论结论：22022221)(sXRsRCUT1U0Tn0) 0(nnsR2 的的 改变改变 ： 鼠笼式电动机转子导条的金属材料不同鼠笼式电动机转子导条的金属材料不同; ; 绕线式电动机外接电阻不同绕线式电动机外接电阻不同。 21220222)(UsXRsRKT0ST令：令：得：得：202XRSm2 R0Tn2RmsmsstTstT

35、【例例4-54-5】已知已知Y160L-4Y160L-4 型异步电动机铭牌数据型异步电动机铭牌数据如下：如下：P PN N=15kW=15kW，连接，连接，n nN N=1460r/min=1460r/min， ,T,Tmaxmax/T/TN N=2=2，T Tstst/T/TN N=1.4=1.4，I Istst/I/IN N=7.0=7.0，f f1N1N=50Hz=50Hz。试求：极对数。试求：极对数 p p；额定转差率；额定转矩额定转差率；额定转矩 T TN N；最大转矩；最大转矩 T Tmaxmax；直接启动转矩直接启动转矩T Tstst；额定电流；额定电流I IN N；直接启；直接

36、启动电流动电流I Istst。【解解】85. 0cos%,85NN由由“型号型号”知知p=2p=2 ，从而，从而，n n0 0=1500r/min=1500r/min。 0NN0150014600.02672.67%1500nnsn NNN159550955098.1(N m)1460PTnmaxN2298.1196.2(N m)TTstN1.41.498.1137.3(N m)TTN1NNNNN3cosPPU I3NNNNN15 101.73 3800.850.853cosPIU31.58(A)stN7.07.031.58221(A)II 因为因为所以所以 。 【思考题思考题】某三相异步电动

37、机的额定转速某三相异步电动机的额定转速为为1460r/min1460r/min，当负载转矩为额定转矩的，当负载转矩为额定转矩的一半时，电动机的转速约为多少？一半时，电动机的转速约为多少？【答答】 要点如下：要点如下：额定转矩下运行时，机械特性近似为直线。额定转矩下运行时，机械特性近似为直线。n n0 0=1500r/min, =1500r/min, n=1500-1460=40r/minn=1500-1460=40r/min额定转矩下运行时，额定转矩一半时，转差额定转矩下运行时，额定转矩一半时，转差也近似一半：也近似一半：n=20r/minn=20r/min故：故：n=1500-20=1480

38、r/minn=1500-20=1480r/min中小型鼠笼式电机起动电流为额定电流的中小型鼠笼式电机起动电流为额定电流的4-7 4-7 倍。倍。1s , 0n原因：原因：起动时起动时 ，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。定子电流定子电流转子感应电势转子感应电势转子电流转子电流1 1）启动）启动6 6、三相异步电动机的运行、三相异步电动机的运行B 大电流使电网电压降低大电流使电网电压降低 A 频繁频繁起动时造成热量积累起动时造成热量积累 影响：影响： 起动时，虽然转子电流较大，但因转子起动时，虽然转子电流较大，但因转子的功率因数很低，因此起动转矩并不是很的功率因数很低，因此

39、起动转矩并不是很大，与额定转矩之比为大，与额定转矩之比为1.0-2.21.0-2.2。 如果起动转矩如果起动转矩过小过小，就不能满载起动，就不能满载起动，应设法提高；如果起动转矩应设法提高；如果起动转矩过大过大，会使传，会使传动机构受到冲击而损坏，应设法减小。动机构受到冲击而损坏，应设法减小。电机过热电机过热影响其他负载工作影响其他负载工作三相异步机的起动方法：三相异步机的起动方法：（a） 直接起动直接起动 （b） 降压起动降压起动 起动时降低定子绕组上的电压，以减小起动时降低定子绕组上的电压，以减小起动电流，鼠笼式电机常用起动电流，鼠笼式电机常用, ,降压起动方法有降压起动方法有Y Y 换接

40、换接起动起动和和自耦降压起动自耦降压起动。 方法简单，但起动电流大，影响电网上其方法简单，但起动电流大，影响电网上其他负载正常工作他负载正常工作。20-3020-30千瓦以下的电机一般千瓦以下的电机一般采用直接起动。能否直接启动经验公式：采用直接起动。能否直接启动经验公式：stNNN344ISIPY 起动起动正常正常运行运行lUAZBYXClI 起动起动ABCXYZlUlYI设：电机每相阻抗为设：电机每相阻抗为 Z ZZUIllY33ZUIll31llYIIStstYTT31PPUU31（b）Y 起动应注意的问题：起动应注意的问题：（a）仅适用于正常接法为仅适用于正常接法为 的电动机的电动机。

41、 Y 起动时，起动电流减小起动时，起动电流减小,同时起动转同时起动转矩也减小了。矩也减小了。所以降压起动适合于所以降压起动适合于空载或轻载空载或轻载起动的场合起动的场合【例例4-64-6】已知已知Y280S-4Y280S-4型鼠笼式异步电动机额型鼠笼式异步电动机额定数据为：定数据为：P PN N=75kW=75kW，n nN N=1480r/min=1480r/min，启动能，启动能力力T Tstst/T/TN N=1.9=1.9，负载转矩为，负载转矩为200N200Nm m，电动机由，电动机由额定容量为额定容量为320kV320kVA A，输出电压为，输出电压为380V380V的三相的三相电

42、力变压器供电，试问：电力变压器供电，试问： 电动机能否直接启动？电动机能否直接启动？ 电动机能否用电动机能否用Y-Y-降压启动？降压启动？【解解】由式由式(4-5)得得NN33200.751.8244475SP4 所以不能直接启动。所以不能直接启动。 电动机的额定转矩电动机的额定转矩TN和启动转矩和启动转矩Tst分别为分别为:NNN7595509550484(N m)1480PTnst1.9484920(N m)T 如果用如果用Y-Y-换接启动，则启动转矩为换接启动，则启动转矩为: :stst11920307(N m)33TT(N m)200故故, ,可以采用此种启动方式。可以采用此种启动方式

43、。 【例例题题】 Y112M-4Y112M-4型三相异步电动机的技术数型三相异步电动机的技术数据如下：据如下：4kw,380V,f=50Hz4kw,380V,f=50Hz , ,接法，接法，1440r/min, cos=0.82,=84.5%,1440r/min, cos=0.82,=84.5%,T Tstst/T/TN N=2.2,I=2.2,Istst/I/IN N=7.0, T=7.0, Tmaxmax/T/TN N=2.2=2.2，试求（，试求（1 1）额定转差率额定转差率s sN N（2 2）额定电流）额定电流I IN N（3 3）起动电流）起动电流I Istst（4 4）额定转矩）

44、额定转矩T TN N（5 5）起动转矩）起动转矩T Tstst（6 6）最）最大转矩大转矩T Tmaxmax（7 7）额定输入功率）额定输入功率P P1 1【解解】(1)(1)由题意知由题意知：p=2 p=2 ，n n0 0=1500r/min, =1500r/min, s sN N =(1500-1440)/1500=0.04=(1500-1440)/1500=0.04AUPINN77. 882. 038034734cos3)2(1mNnPTNNN5 .261440495509550)4(AIINst4 .6177. 877)3(mNTTNst4 .585 .262 . 22 . 2)5(W

45、PPN4734845. 0104)7(31mNTTN4 .585 .262 . 22 . 2)6(maxa.a.改变电源频率改变电源频率 f f1 1 ( (变频调速变频调速) )b.b.改变磁极对数改变磁极对数 p pc.c.改变转差率改变转差率 s s 调速方法：调速方法：2） 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(a)(a)变频调速变频调速 此种调速发展很快，调速性能较好。关键是研此种调速发展很快，调速性能较好

46、。关键是研制变频电源（常由整流器、逆变器等组成）。制变频电源（常由整流器、逆变器等组成）。恒转矩调速：恒转矩调速：低于额定转速时，保持低于额定转速时，保持U1/f1近近似不变，这时磁通似不变，这时磁通和和转矩转矩也近似不变。也近似不变。恒功率调速恒功率调速：高于额定转速时，保持高于额定转速时，保持U1=U1N，这时磁通这时磁通和转矩都减小。转速增大，转矩减和转矩都减小。转速增大，转矩减小，功率近似不变。小，功率近似不变。无级调速无级调速（b b）变极调速）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

47、下一节改变异步电动机绕组极数实现调速。改变异步电动机绕组极数实现调速。（c c）变转差率调速）变转差率调速变压调速变压调速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 通过改变通过改变绕线绕线转子电路的电阻值来改变转子电路的电阻值来改变转差率转差率s s，实现无级调速。，实现无级调速。 方法：方法：电源任意两相互换电源任意两相互换正转正转反转反转A B CM3电源电源ABCM3电源电源3 3）三相异步电动机的反转）三相异步电动机的反

48、转(a)(a)能耗制动能耗制动：停车时，断开交流电源，接至停车时，断开交流电源，接至直流电源上，产生制动转矩。直流电源上，产生制动转矩。制动转矩的大小与直流电流的大小有关制动转矩的大小与直流电流的大小有关直流电流大小一般为额定电流的直流电流大小一般为额定电流的0.5-10.5-1倍倍制动能量消耗小制动能量消耗小制动平稳，但需制动平稳，但需要直流电源要直流电源M3+-运行运行制动制动n F转子转子4)4)三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动 (b) (b) 反接制动反接制动 停车时，将电机电源的三根线中任意两根对停车时，将电机电源的三根线中任意两根对调，使旋转磁场反向旋转，电机转矩方向与电机

49、调，使旋转磁场反向旋转，电机转矩方向与电机原来旋转方向相反，从而起制动作用原来旋转方向相反，从而起制动作用。 反接制动时，定子旋转磁场与转子的相对转速很大。反接制动时，定子旋转磁场与转子的相对转速很大。即切割磁力线的速度很大，造成转子电流增大，引起定即切割磁力线的速度很大，造成转子电流增大，引起定子电流增大。子电流增大。为限制电流，制动时在定子或转子中串电阻为限制电流，制动时在定子或转子中串电阻简单、效果好但能量消耗大简单、效果好但能量消耗大! 直流电动机是将直流电能转换为机械能的直流电动机是将直流电能转换为机械能的电气设备。电气设备。4.44.4 直流电动机与控制电机直流电动机与控制电机 直

50、流电动机的直流电动机的启动和调速性能优越启动和调速性能优越。所以。所以在需要较大启动转矩和要求调速性能高的生产在需要较大启动转矩和要求调速性能高的生产机械上仍然获得广泛应用，如机械上仍然获得广泛应用，如电车、电气机车、电车、电气机车、龙门刨床、轧钢机龙门刨床、轧钢机等。等。 1 1、直流电动机的结构及分类、直流电动机的结构及分类 直流电动机由磁极、电枢和换向器等主要直流电动机由磁极、电枢和换向器等主要部件构成，如图示。部件构成，如图示。 1 1）直流电动机的结构）直流电动机的结构定定 子子（磁（磁 极）极） 转转 子子（电（电 枢）枢）换向器换向器（整流子）（整流子）分为三部分分为三部分： 直

51、流电动机起动直流电动机起动转矩大，调速性能好。转矩大，调速性能好。 但，结构复杂，但，结构复杂，维护不便。维护不便。定子定子（磁极）：（磁极）：极心和极掌。极心和极掌。极心上置励磁绕组极心上置励磁绕组磁极为硅钢片固定磁极为硅钢片固定于机座上。于机座上。转子转子（电枢）：（电枢）：硅钢片表面冲槽放硅钢片表面冲槽放绕组。绕组。 换向器换向器换向器换向器（整流子）：直流电机特有。结构如（整流子）：直流电机特有。结构如图示。铜片间有云母片绝缘。图示。铜片间有云母片绝缘。 直流电动机按励磁方式可分为他励、并励、直流电动机按励磁方式可分为他励、并励、串励和复励四种，其接线原理如图所示。串励和复励四种，其接

52、线原理如图所示。 2 2）直流电动机的分类）直流电动机的分类2 2、直流电动机的工作原理和机械特性、直流电动机的工作原理和机械特性 直流电动机工作原理如图示。直流电动机工作原理如图示。 1 1）直流电动机的工作原理）直流电动机的工作原理 电枢绕组只有一个电枢绕组只有一个线圈，线圈两端分别连线圈，线圈两端分别连在两个在两个换向片换向片上，换向上，换向片上压着片上压着电刷电刷 A和和B。 本质：本质：电磁感应。电磁感应。电枢电路的电压方程为：电枢电路的电压方程为： 电枢电路的等效电路模型如图示电枢电路的等效电路模型如图示 aaaUEI R发电运行：发电运行：原动机原动机电枢电枢电枢两有效边有电枢两

53、有效边有感应电动势，方向相反感应电动势，方向相反换向器变直流。换向器变直流。2)2)直流电动机的机械特性直流电动机的机械特性励磁方式有：励磁方式有：他励、并励、串励和复励。他励、并励、串励和复励。常用他励和并励。常用他励和并励。 他励：励磁绕组和电枢分离；他励：励磁绕组和电枢分离； 并励：励磁绕组和电枢并联。并励：励磁绕组和电枢并联。分析并励电动机的特性：分析并励电动机的特性：起动、反转、调起动、反转、调速、机械特性。速、机械特性。aaaaREUI ,IREUU U、R Rf f 不变时，不变时，I If f 及其产生的及其产生的也不变。也不变。故：故：afafRUIIII ,IfaaKIIK

54、TT即：即：并励电机的磁通等于常数，其转矩与电并励电机的磁通等于常数，其转矩与电枢电流成正比。枢电流成正比。EaKIaER-UKEnTn2TEaKKREKU0n式中：式中：nnTKKRTEa02EKEnn0nNnTNTno为转速降。负载增加，转速下降。由为转速降。负载增加，转速下降。由R Ra a 引引起。起。 Ra Ra 小，小，n n 不大，硬的机械特性。不大，硬的机械特性。 并励、串励、复励电动机的机械特性并励、串励、复励电动机的机械特性曲线如图所示。其中，并励电动机曲线如图所示。其中，并励电动机机械特机械特性较硬性较硬。 【例例 4-74-7】有一并励电动机，其额定数据如下：有一并励电

55、动机，其额定数据如下：P P2 2=22kW=22kW，U=110V,n=1000r/min,=0.84U=110V,n=1000r/min,=0.84；并已知并已知R Ra a=0.04=0.04，R Rf f=27.5=27.5。试求：。试求：（1 1）额定电枢电流）额定电枢电流I Ia a及额定励磁电流及额定励磁电流I If f; ;（2 2）损耗功率）损耗功率P PaCuaCu及及P P0 0；（3 3）额定转矩）额定转矩T T；（4 4）反电动势）反电动势E E。【解解】P P2 2是输出是输出( (机械机械) )功率，故额定输入功率：功率，故额定输入功率： 212226.19(kW

56、)0.84PP额定电流为：额定电流为： 3126.19 10238(A)110PIU【解解】额定励磁电流为：额定励磁电流为： ff1104(A)27.5UIR额定电枢电流为：额定电枢电流为： af2384234(A)III电枢电路铜损为：电枢电路铜损为：22aCuaa0.042342190(W)PR I励磁电路铜损为：励磁电路铜损为：22fCuff27.54440(W)PR I总损失功率为：总损失功率为：1226190220004190(W)PPP空载损耗功率为：空载损耗功率为： 0aCu419021902000(W)PPP额定转矩为：额定转矩为：22295509550210(N m)1000

57、PTn反电动势为：反电动势为：aa1100.04234100.6(V)EUR I3 3、直流电动机的运行、直流电动机的运行并励电动机的启动电路如图示。并励电动机的启动电路如图示。 1 1）直流电动机的启动）直流电动机的启动 为了限制启动电为了限制启动电流，启动时在电枢流，启动时在电枢电路中串联启动电电路中串联启动电阻阻R Rstst 。 stNast(22.5)UIIRR 电机启动时，若断开，磁通约为零，电磁电机启动时，若断开，磁通约为零，电磁转矩转矩T T太小，电动机将太小，电动机将无法启动无法启动。由于电枢电。由于电枢电流过大，时间一长，将导致电枢绕组烧毁。流过大，时间一长，将导致电枢绕组

58、烧毁。 若电机运行中突然失磁，电动机带有负载若电机运行中突然失磁，电动机带有负载时，将会导致电机时，将会导致电机停转停转，电枢，电枢电流剧增电流剧增； 电机空载时失磁，则会使其转速上升到很电机空载时失磁，则会使其转速上升到很高，出现高，出现“飞车飞车”现象。现象。 特别应该指出：特别应该指出：直流电动机启动或工作时，励直流电动机启动或工作时，励磁电路不能断开！磁电路不能断开！【解解】直接启动时启动电流近似为直接启动时启动电流近似为 ： 额定电流为：额定电流为： 。试求；。试求；直直接启动电流接启动电流I Istst与额定电流与额定电流I IN N的比值；若启动的比值；若启动电流不超过额定电流的

59、电流不超过额定电流的2 2倍，此时电枢电路中应倍，此时电枢电路中应串联多大的启动电阻串联多大的启动电阻R Rstst？ ，额定电压，额定电压U UN N=110V=110V，额定转速，额定转速n nN N=1500r/min=1500r/min，电枢电阻，电枢电阻R Ra a=0.2=0.2【例例4-84-8】一台并励电动机额定功率一台并励电动机额定功率P PN N=5.5kW=5.5kW，效率效率85. 0sta110550(A)0.2UIR3NNN5.5 1058.82(A)0.85 110PIU【解解】stN5509.35()58.82II倍允许启动电流为：允许启动电流为：stN2258

60、.82117.64(A)II启动电阻为：启动电阻为： stast1100.20.74()117.64URRI2 2）直流电动机的反转）直流电动机的反转 改变励磁电流或电枢电流的方向，都可改改变励磁电流或电枢电流的方向，都可改变直流电动机的转向。变直流电动机的转向。一般采用后者一般采用后者。 前者优点是控制功率较小，缺点是反向时间前者优点是控制功率较小，缺点是反向时间长，多用于不频繁正反转的机械。长，多用于不频繁正反转的机械。 后者优点是反向时间短，缺点是控制功率较后者优点是反向时间短，缺点是控制功率较大，多用于频繁正反转的机械。大，多用于频繁正反转的机械。3 3）直流电动机的调速）直流电动机的