电工学讲义5-电动机

1、异步电动机的结构异步电动机的结构定子：定子：转子：转子：铁芯、定子绕组和机座铁芯、定子绕组和机座转子铁心、转子绕组、风扇及转子轴转子铁心、转子绕组、风扇及转子轴笼型转子笼型转子绕线式转子绕线式转子三相异步电动机的定子绕组共六个出线端，引至机座的出三相异步电动机的定子绕组共六个出线端，引至机座的出线盒内。线盒内。Y绕组首端：绕组首端：U1，V1，W1绕组末端：绕组末端：U2，V2，W2根据电源电压和电动机绕组根据电源电压和电动机绕组的额定值三相绕组接为星形的额定值三相绕组接为星形或三角形或三角形三部曲三部曲旋转磁场的产生旋转磁场的产生转子电流的产生转子电流的产生电磁转矩的产生电磁转矩的产生电动机

2、三相绕组做电动机三相绕组做“Y”形连接，形连接，三相对称电流通入相应的定子绕组三相对称电流通入相应的定子绕组240sin120sinsin321tIitIitIimmm2iU1U2V1V2W1W21i3i规定规定 i : “+” 首端流入，尾端流出。首端流入，尾端流出。 i : “” 尾端流入，首端流出。尾端流入，首端流出。 U1V2W1V1W2U2()电流出电流出( )电流入电流入i3i1i2iomIti3i1i2iomItAXYCBZAXYCBZU1U2V2W1V1W2NS0 t 60t 60 90t 600SNSNi1=0i20 (W1入，入，W2出出 ）产生一对磁极产生一对磁极i10i

3、20i20i30磁场旋转磁场旋转90 t =0i1=0i20 (W1入，入，W2出出 ）产生一对磁极产生一对磁极 t =120 i10i2=0i30磁场旋转磁场旋转120 t =240 i10i3=0磁场旋转磁场旋转120 t =360 i1=0i20磁场旋转磁场旋转120i1i2i3旋转磁场的产生旋转磁场的产生磁场磁场旋转旋转一周一周当电动机三相绕组做当电动机三相绕组做“Y”形连接，形连接，三相对称电流通入相应的定子绕组三相对称电流通入相应的定子绕组在三相绕组中在三相绕组中分别产生磁场分别产生磁场合成两个磁极合成两个磁极（磁极对数为（磁极对数为1）磁场旋转产生磁场旋转产生磁极旋转磁极旋转电流

4、交变电流交变小小结结240sin120sinsin321tIitIitIimmm2iU1U2V1V2W1W21i3i极对数（极对数（P P）的概念）的概念1p此种接法下，合成磁场只有一对磁极，则极对数为此种接法下，合成磁场只有一对磁极，则极对数为1 1。即：即：U1U2V2W1V1W2NS2iU1U2V1V2W1W21i3i补充补充极对数（极对数（P P）的改变）的改变W1V2U1V1W1U2V2W2U1U2V1W21i3i2i将每相绕组分成两段，按右下图放入定子槽内。将每相绕组分成两段，按右下图放入定子槽内。U1U2V1V2W1W2U1U2V1V2W1W2极对数极对数2pNSSNW1V2U1

5、V1W1U2V2W2U1U2V1W21i3i2i如图，此时形成的磁极是两对。如图，此时形成的磁极是两对。 旋转磁场的转速旋转磁场的转速n0= 60f / p (r/min)n0称为同步转速称为同步转速3p120分）转/( 00011p360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)50(Hzf 0n2p180分）转/( 5001旋转磁场的方向旋转磁场的方向当三相电流的当三相电流的 相序为：相序为：123，旋转磁场方向为：旋转磁场方向为：U1V1W1与相序一致与相序一致磁场以磁场以n0 顺时针旋转顺时针旋转磁场与转子相对运动磁场

6、与转子相对运动转子以转子以n0逆时针切割磁力线逆时针切割磁力线转子导体中产生感生电动势转子导体中产生感生电动势转子电路闭合转子电路闭合转子电路中产生电流转子电路中产生电流(方向同电动势方向同电动势)磁场磁场转子转子大拇指为转子旋转方向大拇指为转子旋转方向,四指为电动势方向四指为电动势方向NS右手螺旋定则右手螺旋定则电磁转矩的产生电磁转矩的产生转子旋转转子旋转转子电流产生后转子电流产生后导体在磁场中产生电磁力导体在磁场中产生电磁力形成电磁转矩形成电磁转矩转子沿磁场旋转方向以转速转子沿磁场旋转方向以转速n旋转旋转磁场磁场n0四指为电流方向四指为电流方向,大拇指为电磁力方向大拇指为电磁力方向转子转子

7、nSN左手螺旋定则左手螺旋定则F转子沿旋转磁场方向旋转转子沿旋转磁场方向旋转, 若转子转速若转子转速n上升为同步转速上升为同步转速n0，则转子与旋转磁场之间没有相对转速，则转子与旋转磁场之间没有相对转速，转子中没有感生电动势和转子电流，转子中没有感生电动势和转子电流，没有电磁转矩的产生没有电磁转矩的产生磁场磁场n0转子转子n又因为转子导体的电流是由旋转磁场感应而来的又因为转子导体的电流是由旋转磁场感应而来的（转子并不接电源）所以又称（转子并不接电源）所以又称感应电动机感应电动机转子转速只能小于同步转速，故称为异步电动机转子转速只能小于同步转速，故称为异步电动机转差率是描述异步电动机运行情况的一

8、个重要的概念：转差率是描述异步电动机运行情况的一个重要的概念：电动机启动瞬时：电动机启动瞬时： n =0， S = 1, 转差率最大转差率最大空载运行时：空载运行时： n空空 最大，最大，S空空 最小最小额定负载运行时额定负载运行时: n S空空一般一般 SN=1-6转转 差差 率率:S=(n0-n) / n0 或或 S=(n0-n) / n0100 n与与n0的关系的关系例例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。试求电动机的极对数。试求电动机的极对数和额定负载下的转差率。和额定负载下的转

9、差率。解：解：根据根据异步电动机转子转速与旋转磁场同步转异步电动机转子转速与旋转磁场同步转速的关系速的关系可知：可知：n0=1000 r/min , 2.5%100%10009751000%10000 nnns与旋转磁场的方向一致与旋转磁场的方向一致,即，与相序方向一致。即，与相序方向一致。如何让电动机反转？如何让电动机反转？转子转子n磁场磁场n0M3M3三部曲三部曲旋转磁场的产生旋转磁场的产生转子电流的产生转子电流的产生电磁转矩的产生电磁转矩的产生21220222)(UsXRsRKT 常数，与电常数，与电机结构有关机结构有关21U转子静止时，转子导体漏感抗转子静止时，转子导体漏感抗maxTm

10、SNSOTS转 矩 特 性 曲 线机 械 特 性 曲 线根据转矩公式根据转矩公式22022212)(sXRUsRKT 得转矩特性曲线：得转矩特性曲线：NnmaxTstTOnTNT0nstT1NT临界转差率临界转差率NnNT)/()(9550NNN分分转转千千瓦瓦nPT OnT0n(N m) 如某普通机床的主轴电机如某普通机床的主轴电机(Y132M-4型型) 的额定功的额定功率为率为7.5kw, 额定转速为额定转速为1440r/min, 则额定转矩为则额定转矩为m.N7 .4914405 .795509550NNN nPT2021max2 XUKT On0nTmax max121max, )1(

11、TUUT一般三相异步电动机的过载系数为一般三相异步电动机的过载系数为2 .28 .1 NmaxTT (2)22022212stXRURKT 电动机起动时的转矩。电动机起动时的转矩。起动时起动时n= 0 时时，s =1 st121st, ) 1 (TUUT(2) Tst与与 R2 有关，有关， 适当使适当使 R2 Tst 。对绕线式。对绕线式 电机改变转子附加电阻电机改变转子附加电阻 R 2 , 可使可使Tst =Tmax 。体现了电动机带体现了电动机带载起动的能力。载起动的能力。 0nOnTNststTTK 起动能力起动能力U U U0nUnTOTm Tst TOn0nR2 maxTn Tst

12、 T2 sn T2 T 2稳定运行区稳定运行区T20nnTOn 不同场合应选用不不同场合应选用不同的电机。如金属切同的电机。如金属切削，选硬特性电机；削，选硬特性电机；重载起动则选软特性重载起动则选软特性电机。电机。stTTOn0nR2 Tst n maxT2T电动机从接通电源到正常工作的过程叫电动机从接通电源到正常工作的过程叫起动过程起动过程。对频繁起动停车的电动机，其起动性能对生产影响很大。对频繁起动停车的电动机，其起动性能对生产影响很大。起动转矩：起动转矩：起动电流：起动电流：为额定转矩的为额定转矩的11.2倍倍为额定电流的为额定电流的47倍倍（因为转差率（因为转差率S 很高）很高）大的

13、起落电流将引起电路中其他用电设备上电压不稳，大的起落电流将引起电路中其他用电设备上电压不稳，必须选用合适的起动方法限制起动电流。必须选用合适的起动方法限制起动电流。定子电流定子电流起动方法起动方法全压直接起动：全压直接起动：降压起动降压起动Y 起动起动补偿器（自耦变压器）起动法补偿器（自耦变压器）起动法适用于小容量电机，二三十千瓦以下适用于小容量电机，二三十千瓦以下的异步电动机一般采用直接起动。的异步电动机一般采用直接起动。绕线式电动机的起动绕线式电动机的起动（1）Y 起动：起动：ZUIlY33ZUIl31llYII设：电机每相阻抗为设：电机每相阻抗为z 起动起动UlYI+_ 正常正常运行运行

14、UlI+_L1L3L2FUU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1动触点动触点Y动触点动触点静触点静触点L1L3L2FUU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1UPU1+Ul+U2V1V2W1W2 工作工作L1L3L2FUU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1U2Ul+U1V1V2W1W2lUU31P (a) 仅适用于正常运行为三角形联结的电机。仅适用于正常运行为三角形联结的电机。 )(2StUT (b) Y 起动起动 ststTIY 换接起动适合于空载或轻载起动的场合换接起动适合于空载或轻载起动的场合SYtst31TT UlU1W

15、2V2W1+U2V1UP+Ul+U1W2V2W1U2V1L1L3L2FUQQ2RRR滑环滑环电刷电刷定子定子转子转子起动电阻起动电阻 12IIR三相异步电动机的三相异步电动机的调速方法调速方法调速：指负载不变的情况下，人为改变电动机的转速调速：指负载不变的情况下，人为改变电动机的转速n=(1-S)n0= 60 (1-S) f1 / p变频调速变频调速变极调速变极调速无级调速无级调速有级调速有级调速调速：指负载不变的情况下，人为改变电动机的转速调速：指负载不变的情况下，人为改变电动机的转速n=(1-S)n0= 60 (1-S) f1 / p变频调速变频调速变极调速变极调速无级调速无级调速有级调速

16、有级调速 f=50HzM3 +三相异步电动机三相异步电动机型号：型号：Y132M-4 功率：功率：7.5KW 频率：频率：50HZ电压：电压： 380V 电流：电流：15.4A 接法：接法：转速：转速：1440r/min 绝缘等级：绝缘等级：B 工作方式：连续工作方式：连续 年年月月 编号：编号： 电机厂电机厂Y：三相异步电动机：三相异步电动机132：机座中心高度：机座中心高度M：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长机座）长机座）4：磁极数：磁极数异步电动机异步电动机 Y 异异绕线式异步电动机绕线式异步电动机 YR 异绕异绕防爆型异步电动机防爆型异步电动机

17、YB 异爆异爆高起动转矩异步电动机高起动转矩异步电动机 YQ 异起异起指定子绕组的接法，通常有指定子绕组的接法，通常有Y/两种两种铭牌上电压指电动机额定运行时，铭牌上电压指电动机额定运行时，定子定子绕组上所加绕组上所加线线电压电压通常有通常有380V/220V两种。两种。电流：电流：15.4A指电动机额定运行时，指电动机额定运行时，定子定子绕组上的绕组上的线线电流值电流值电动机额定运行时的转速，单位：电动机额定运行时的转速，单位：r/min按电动机绕组所用的绝缘材料在使用时允许的极限温度按电动机绕组所用的绝缘材料在使用时允许的极限温度来分级。来分级。 绝缘等级绝缘等级 极限温度极限温度( C)

18、 A 105 E 120 B 130 指电动机额定运行时，轴上输出的机械功率指电动机额定运行时，轴上输出的机械功率电动机额定运行时的转矩。电动机额定运行时的转矩。 TN=9550PN / nN PN : 额定功率，额定功率， nN : 额定转速额定转速指额定运行时，定子绕组每相电路的功率因数指额定运行时，定子绕组每相电路的功率因数异步电动机空载时的电流主要用于产生磁场，异步电动机空载时的电流主要用于产生磁场，功率因数很低，约功率因数很低，约0.2, 0.2, 满载时为满载时为0.7-0.90.7-0.9 指满载时的效率。等于输出机械功率与输入机械功指满载时的效率。等于输出机械功率与输入机械功 率之比率之比效率效率: =P2 / P1 *100%=P2/ 3UICOS 线电压、线电流线电压、线电流END电磁转矩特性和电磁转矩特性和TS曲线曲线最大转矩最大转矩Tm启动转矩启动转矩TS转差率转差率v最大转矩与过载能力最大转矩与过载能力v启动转