项目五 牵引电动机

1、5.1 三相异步电动机的基本结构与旋转磁场三相异步电动机的基本结构与旋转磁场15.2 三相异步电动机的转动原理及转差率三相异步电动机的转动原理及转差率25.3 三相异步电动机的运行特性三相异步电动机的运行特性3* 5.4 三相异步电动机的铭牌三相异步电动机的铭牌4* 5.5直流电动机直流电动机5* * 5.6控制电机控制电机6知识要点知识要点学会三相异步电动机的基本内连接方式学会三相异步电动机的基本内连接方式 1学会动车牵引电动机的简单检测及维修方法学会动车牵引电动机的简单检测及维修方法2任务目标任务目标5.1 三相异步电动机的基本结构与旋转磁场三相异步电动机的基本结构与旋转磁场5.1.1三相

2、异步电动机的基本结构三相异步电动机的基本结构5.1.2三相异步电动机的旋转磁场三相异步电动机的旋转磁场主要有两部分：主要有两部分：定子和转子定子和转子5.1.1三相异步电动机的基本结构三相异步电动机的基本结构1定子定子定子是电动机的固定子是电动机的固定部分。它包括：定部分。它包括：机壳机壳定子铁心定子铁心定子铁心定子铁心的硅钢片的硅钢片三相对称绕组三相对称绕组a机壳机壳b定子铁心定子铁心定子铁心由表面涂有绝缘漆的定子铁心由表面涂有绝缘漆的硅钢片叠压而成内圆均匀分布槽孔；硅钢片叠压而成内圆均匀分布槽孔； c硅钢片内嵌置三相定子绕组。硅钢片内嵌置三相定子绕组。所以，定子绕组可以接成星形或三角形。所

3、以，定子绕组可以接成星形或三角形。当电动机每相绕组额定电压等于电源的相电压时，绕组接当电动机每相绕组额定电压等于电源的相电压时，绕组接成星形联结；等于电源的线电压时，绕组接成三角形联结。成星形联结；等于电源的线电压时，绕组接成三角形联结。接电源接线盒接线盒三相异步电动机定子绕组属于三相对称负载三相异步电动机定子绕组属于三相对称负载2 转子转子是电动机的旋转部分。是电动机的旋转部分。由转子铁心和转子绕组组成。由转子铁心和转子绕组组成。笼型转子笼型转子转子绕组又分笼型转子和绕线型转子。转子绕组又分笼型转子和绕线型转子。转子绕组是在铁心槽内压进铜条，两端分别焊在两个铜环转子绕组是在铁心槽内压进铜条，

4、两端分别焊在两个铜环上。中小型电动机一般用熔化的铝浇铸成转子绕组。上。中小型电动机一般用熔化的铝浇铸成转子绕组。铁心是由厚的硅钢片叠压而成的圆柱体，其外圆周冲有槽铁心是由厚的硅钢片叠压而成的圆柱体，其外圆周冲有槽孔，以嵌置转子绕组。孔，以嵌置转子绕组。铁心与笼型相同，但铁心槽内嵌置对称三相绕组并作星形铁心与笼型相同，但铁心槽内嵌置对称三相绕组并作星形联结。各相绕组首端通过滑环和电刷引到相应的接线盒里，在联结。各相绕组首端通过滑环和电刷引到相应的接线盒里，在起动和调速时可在转子电路中串入附加电阻。起动和调速时可在转子电路中串入附加电阻。绕线型异步电动机能获得较好的起动与调速性能。绕线型异步电动机

5、能获得较好的起动与调速性能。绕线转子绕线转子接线示意图接线示意图iU = Imsin tiV = Imsin( t 120 )iW = Imsin( t + 120 )iUiViW相序相序 U1-V1-W1-U1 ti0iUiViWU1V1W1U2V2W2定子绕组分布定子绕组分布定子绕组定子绕组U1W2V1U2W1V2+绕组中形成三相对称电流。绕组中形成三相对称电流。定子绕组作星形联结通入定子绕组作星形联结通入 三相对称电源。三相对称电源。5.1.2三相异步电动机的旋转磁场三相异步电动机的旋转磁场iU t = 0时时 tiU1V2V1U2W1W2iU = 0iV 为为负负值值iW为为正正值值N

6、S0设：设：电流的流入端用电流的流入端用 表示表示 iViW电流的流出端用电流的流出端用 表示表示1旋转磁场的产生旋转磁场的产生 t t = 60时时iU1V2V1U2W1W2NS60iW = 0iV 为为负负值值iU为为正正值值iUiViW01 旋转磁场的产生旋转磁场的产生 t = 90时时U1V2V1U2W1W2NS90iU 为为正正值值iV 为为负负值值iW 为为负负值值 tiiUiViW01旋转磁场的产生旋转磁场的产生 t = 180时时U1V2V1U2W1W2iU = 0iV 为为正正值值iW 为为负负值值180NS tiiUiViW01 旋转磁场的产生旋转磁场的产生 t = 0U1

7、W2V1U2W1V2NS0N t =180 U1W2V1U2W1V2S180 t = 90U1W2V1U2W1V2NS90 t =60 U1W2V1U2W1V2NS60旋转磁场旋转磁场空间相差空间相差 120 角的三相绕组，通入对称角的三相绕组，通入对称三相电流时，产生的是一对磁极的旋转磁场三相电流时，产生的是一对磁极的旋转磁场,当电流经过一个周期变化时，磁场也沿着顺当电流经过一个周期变化时，磁场也沿着顺时针方向旋转了一周时针方向旋转了一周( (在空间旋转的角度为在空间旋转的角度为360) )。综上分析可以得出： tiiUiViW0U1V1W1U2W2V2iUiW90 600 U1W2V1U2

8、W1V2NS0U1W2V1U2W1V2NS60相序相序 U1 - - W1 - - V1 - - U1U1W2V1U2W1V2NS90iV2改变旋转磁场的转向改变旋转磁场的转向改变流入三相绕组的电流相序，就能改变流入三相绕组的电流相序，就能改变旋转磁场的转向；改变了旋转磁场的改变旋转磁场的转向；改变了旋转磁场的转向转向, , 三相异步电动机的转子旋转方向会三相异步电动机的转子旋转方向会改变。改变。综上分析可以得出：前面讨论的旋转磁场是一对极磁场，当改变定子绕前面讨论的旋转磁场是一对极磁场，当改变定子绕组在空间的排列，可以制成两对、三对或更多对磁极的组在空间的排列，可以制成两对、三对或更多对磁极

9、的旋转磁场，而磁极对数影响旋转磁场的转速。旋转磁场，而磁极对数影响旋转磁场的转速。电源的频率电源的频率 磁极对数磁极对数若若 f1 = 50 Hz 3旋转磁场的磁极对数旋转磁场的磁极对数 p 旋转磁场的转速旋转磁场的转速 n0旋转磁场的转速旋转磁场的转速 n0pfn1060 n0 的单位：的单位：r/min磁极对数 p12345旋转磁场转速n0/(r.min-1)3 0001 5001 0007506001转动原理转动原理旋转磁场以同步转速旋转磁场以同步转速 n0 顺时针方向旋转；顺时针方向旋转；转子导线逆时针方向切割转子导线逆时针方向切割磁力线，产生感应电动势、感磁力线，产生感应电动势、感应

10、电流；应电流；转子电流在旋转磁场中受转子电流在旋转磁场中受到电磁力的作用形成转矩，转到电磁力的作用形成转矩，转子沿旋转磁场的方向异步转动子沿旋转磁场的方向异步转动 n T2 ( (负载转矩负载转矩) )通通电电动机逐渐加速，转矩电电动机逐渐加速，转矩 T 沿沿DC 段增大段增大Tm沿沿 CA 段减小段减小T = T2 n2 不变不变5.3.1电磁转矩电磁转矩 T 与转子转速与转子转速 n2 的关系曲线的关系曲线运行特性运行特性n20n0TACDTstTmnNTNB( (2) )电动机工作在特性电动机工作在特性曲线曲线 CA 段时，当负载变化电磁转段时，当负载变化电磁转矩会自动变化并与负载平衡，

11、矩会自动变化并与负载平衡，重新平衡时转速重新平衡时转速 n2 改变；若负改变；若负载大于最大转矩载大于最大转矩 Tm , T 会沿会沿 CD 线线减小至零堵转。减小至零堵转。堵转电动机堵转电动机电流电流 I = (4 7) IN ，时间稍长将，时间稍长将损坏电动机。损坏电动机。( (4) )电动机的电动机的过载系数过载系数NmTT 电动机电动机起动能力起动能力NStStTT 一般为一般为 2 2.2，一般为，一般为 1.7 2.2( (3) )AC 段为稳定运行区段为稳定运行区，转速，转速下降很少下降很少 ，n0/nN 约为约为 2% 6%2225509nPT 同理同理, 电动机在额定状态下运

12、行则有电动机在额定状态下运行则有NNN5509nPT 式中式中: : TN 为电动机输出额定转矩，单位牛为电动机输出额定转矩，单位牛 顿顿 米米( (Nm) )； PN 为电动机输出的额定功率，单位千瓦为电动机输出的额定功率，单位千瓦( (kW) )； nN 为电动机额定转速，单位是转每分为电动机额定转速，单位是转每分( (r/min) )。电动机带载运行的转矩为电动机带载运行的转矩为 T2，轴上输出的机械功率为，轴上输出的机械功率为 P2，转子的转速，转子的转速 n2，则，则5.3.2转矩和功率的关系转矩和功率的关系可以证明，电磁转矩可以证明，电磁转矩 T 与电动机定子绕组上所加电压与电动机

13、定子绕组上所加电压 U 的平方成正比。即的平方成正比。即2UT 不同电源电压的转矩特性不同电源电压的转矩特性n2n0OTaTstTmaxnNTNd1U11UU U1电压降低时，电磁转电压降低时，电磁转矩迅速下降矩迅速下降;带载能力降低，若带载能力降低，若负载转矩大于最大转矩，负载转矩大于最大转矩，电机会被迫停转，时间电机会被迫停转，时间稍长，电机会因电流过稍长，电机会因电流过大而损坏。大而损坏。5.3.3电磁转矩和电源电压的关系电磁转矩和电源电压的关系 例例 某三相异步电动机额定功率某三相异步电动机额定功率 PN = 4 kW，额定转数，额定转数 nN = 1440 r/min，过载能力为，过

14、载能力为 2.2，起动能力为，起动能力为 1.8。试求额定。试求额定转矩转矩 TN、起动转矩、起动转矩 Tst、最大转矩、最大转矩 Tm。若电动机满载运行，定子电压下降若电动机满载运行，定子电压下降 20% 时，电动机能否时，电动机能否继续旋转？能否在此状态下满载起动？继续旋转？能否在此状态下满载起动？mN 5 .26mN1440495509550NNN nPT起动转矩为起动转矩为mN 7 .47mN5 .268 . 18 . 1Nst TT 解解 额定转矩额定转矩mN 3 .58mN5 .262 . 22 . 2Nm TT当电压当电压降低降低 20% 时时，由于，由于 2UT mN 3 .3

15、7mN 3 .5864. 08 . 0mN 30mN 7 .4764. 08 . 0m2mst2st TTTT满载运行时，因为负载转矩等于电磁转矩，满载运行时，因为负载转矩等于电磁转矩，TN = 26.5 Nm，小于小于 T ，降压后能在新的平衡点以新的转速稳定运行。，降压后能在新的平衡点以新的转速稳定运行。满载起动时，因为负载转矩等于电磁转矩，满载起动时，因为负载转矩等于电磁转矩，TN = 26.5 Nm，小于小于 Tst，降压后可满载直接起动。，降压后可满载直接起动。最大转矩最大转矩电动机的外壳上都有一块铭牌，标出了电动机的型号以及电动机的外壳上都有一块铭牌，标出了电动机的型号以及主要技术

16、数据，以便能正确使用电动机。图示为一台三相异步主要技术数据，以便能正确使用电动机。图示为一台三相异步电动机的铭牌。电动机的铭牌。*5.4三相异步电动机的铭牌三相异步电动机的铭牌电动机型号电动机型号 Y 112 M - 4额定转速额定转速 nN( (1440 r/min) )：表示电动机在额定运行时转：表示电动机在额定运行时转子的转速。子的转速。额定功率额定功率 PN( (4.0 kW) )：表示电动机在额定工作状态下运：表示电动机在额定工作状态下运行时输出的机械功率。行时输出的机械功率。额定电压额定电压 UN( (380 V) )：表示定子绕组上应施加的线电压。：表示定子绕组上应施加的线电压。

17、额定电流额定电流 IN( (8.8 A) )：表示电动机额定运行时定子绕组的：表示电动机额定运行时定子绕组的线电流。线电流。Y 系列异系列异步电动机步电动机机座中心高度机座中心高度112 mm中机座中机座 L长机长机座座 S 短机座短机座旋转磁场为旋转磁场为 4 个个极极( (p = 2) )。防护方式防护方式( (IP44) )：表示电动机外壳防护在方式为封闭式电：表示电动机外壳防护在方式为封闭式电动机。动机。频率频率 f( (50 Hz) )：表示电动机定子绕组输入交流电源的频率。：表示电动机定子绕组输入交流电源的频率。工作制工作制( (工作制工作制 S1) )：表示电动机可以在铭牌标出的

18、额定状：表示电动机可以在铭牌标出的额定状态下连续运行。态下连续运行。S2 为短时运行，为短时运行，S3 为短时重复运行。为短时重复运行。绝缘等级绝缘等级( (B级绝缘级绝缘) )：表示电动机各绕组及其他绝缘部件：表示电动机各绕组及其他绝缘部件所用绝缘材料的等级。绝缘材料按耐热性能可分为所用绝缘材料的等级。绝缘材料按耐热性能可分为 Y、A、E、B、F、H、C 七个等级。七个等级。目前，国产目前，国产 Y 系列电动机一般采用系列电动机一般采用 B 级绝缘。级绝缘。 绝缘材料耐热性能等级绝缘材料耐热性能等级绝缘等级YAEBFHC最高允许温度/90105120130155180大于 180LW 82

19、dB： 电动机的噪声等级。电动机的噪声等级。其他一些技术数据其他一些技术数据%100cos3%100NNN2N1N2N IUPPP温升：温升：额定负载时绕组的工作温度与环境温度的差值。额定负载时绕组的工作温度与环境温度的差值。功率因数：功率因数：额定负载下定子电路的功率因数。额定负载下定子电路的功率因数。效率：效率：电动机在额定负载时的效率，它等于额定状态下输电动机在额定负载时的效率，它等于额定状态下输出功率与输入功率之比，即出功率与输入功率之比，即 例例 某异步电动机，若某异步电动机，若 UN = 380 V，cos = 0.82，Ist/IN = 7.0，PN = 4kW,效率效率 = 0

20、.84，求额定电流、起动电流。，求额定电流、起动电流。84. 082. 03803104cos3N3NNN IIUP 可得可得 A8 . 8 A82. 084. 038031043N I A6 .61 A8 . 877Nst II 解解 根据效率公式根据效率公式三相三相异步电动机结构简单，成本较低，运行可靠，使用和异步电动机结构简单，成本较低，运行可靠，使用和维护方便。可以用来拖动机床、水泵、鼓风机、压缩机、起重维护方便。可以用来拖动机床、水泵、鼓风机、压缩机、起重卷扬设备。据统计，卷扬设备。据统计，90% 电力拖动电动机是异步电动机，异步电力拖动电动机是异步电动机，异步电动机用电量占电网总负

21、荷的电动机用电量占电网总负荷的 50% 以上。以上。*5.5直流电动机直流电动机 直流电动机主要由定子和转子两部分组成。直流电动机主要由定子和转子两部分组成。 结构结构转动原理转动原理 电流方向电流方向 Aa b c d B电流方向电流方向 Ad c b a B直流电动机定子磁极直流电动机定子磁极永久磁铁永久磁铁励磁绕组通入直流电产生励磁绕组通入直流电产生励磁绕组励磁方式：励磁绕组励磁方式：他励、并励、串励、复励。他励、并励、串励、复励。直流电动机的机械特性曲线直流电动机的机械特性曲线与励磁方式有关。与励磁方式有关。他励和并励直流电动机他励和并励直流电动机具有硬机械特性。具有硬机械特性。适用于

22、需要调速的轧机、金属切削机适用于需要调速的轧机、金属切削机床、纺织印染、造纸和印刷机械。床、纺织印染、造纸和印刷机械。串励电动机串励电动机具有软机械特性。具有软机械特性。用于用于起重及交通运输机械上，如起重及交通运输机械上，如起重吊车、电瓶车、城市电起重吊车、电瓶车、城市电车、电传动机车等。车、电传动机车等。复励电动机复励电动机复励电动机的机复励电动机的机械特性曲线介于械特性曲线介于并励并励( (他励他励) )、串励、串励两种电两种电动机机械特性曲线之动机机械特性曲线之间。间。适用于起动转矩较大转速变化不大的负载，如冶金辅助适用于起动转矩较大转速变化不大的负载，如冶金辅助机械、空气压缩机等。机

23、械、空气压缩机等。* *5.6控制电机控制电机5.6.1伺服电动机伺服电动机5.6.2 步进电动机步进电动机特殊性能的小功率电机。特殊性能的小功率电机。应用在信号的检测、转换、传应用在信号的检测、转换、传递、控制及驱动执行机构等方面。递、控制及驱动执行机构等方面。是将是将输入信号转换成输入信号转换成轴轴上的上的角位移或角速度输出的角位移或角速度输出的电动机。电动机。伺服电动机又分伺服电动机又分直流伺服电动机直流伺服电动机交流伺服电动机交流伺服电动机交流伺服电动机电路图交流伺服电动机电路图伺服电动机又称执行电动机伺服电动机又称执行电动机5.6.1伺服电动机伺服电动机交流伺服电动机的结构与单相电容异步电动机相似。一交流伺服电动机的结构与单相电容异步电动机相似。一相为励磁绕组相为励磁绕组 U1 U2，始终接交流电源，始终接交流电源 uf ；另一相为控制绕组另一相为控制绕组 V1 V2，接输入信号，接输入信号 uC ，励磁绕励磁绕组上串接有电容组上串接有电容 C。工作原理：工作原理：1V1 V2 绕组输入电压绕组输入电压 uC，电机旋转，电机旋转，uC 改变转速改变转速改变；改变；2uC = 0，电机迅速停转；，电机迅速停转；3uC 反向时，转子反转。反向时，转子反转。转子是一步一步转动的电动机。每给它输入一个电脉冲转子是一步一步转动的电动机。每给它输入一个电脉冲信号，就对