第12讲 电动机简介

1、 * *5.2 5.2 单相异步电动机单相异步电动机* *5.3 5.3 直流电动机直流电动机* *5.4 5.4 交直流通用电动机交直流通用电动机5.1 5.1 三相异步电动机三相异步电动机* *5.5 5.5 步进电动机步进电动机本章教学要求本章教学要求重点重点难点难点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、复励控制电机：控制电机：步进电机，伺服电机，自整角机步进电机，伺服电机，自整角机用途：用途： 1、动力；、动力； 2、控制。、控制。5.1 5.1 三相异步电动机三相异步电动机5.1 5

2、.1 三相异步电动机三相异步电动机机座：铸钢或铸铁机座：铸钢或铸铁 转子转子: 在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电流。流。鼠笼转子鼠笼转子(1) 鼠笼式转子鼠笼式转子 铁芯槽内放铜条，端铁芯槽内放铜条，端 部用短路环形成一体。部用短路环形成一体。 或铸铝形成转子绕组。或铸铝形成转子绕组。(2) 绕线式转子绕线式转子 结构简单、价格低廉、工作可靠；不能人为改结构简单、价格低廉、工作可靠；不能人为改变电动机的机械特性。变电动机的机械特性。 结构复杂、价格较贵、维护工作量大；转子结构复杂、价格较贵、维护工作量大；转子外加电阻可人为改变电动机的机械特性。外加电阻可

3、人为改变电动机的机械特性。0nNS磁铁磁铁小磁针小磁针0nSNn0neiNS磁铁磁铁闭合导闭合导电线框电线框Nff 120sin120sinsinmCmBmAtIitIitIi BiAXBYCZAiCiCiAiBiitmIo定子电流及转子电流示意图iCiAiBitmIo0n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。 AYCBZX()电流出电流出( )电流入电流入CiBiAii tAXYCBZAXYCBZAXYCBZNS0 t 60t 0n60 90t 600mIoSNSN分析可知：三相电流产生的合成磁场是一旋转的磁

4、场分析可知：三相电流产生的合成磁场是一旋转的磁场 即：即：（2 2）反转动画反转动画0t 60t 任意调换两根电源进线任意调换两根电源进线(电路如图电路如图)CiAXBYCZAiBi0mICiBiAi tiomIAAXYCBZNSAAXYCBZNS正转动画正转动画0t 即：即：1pCiBiAioimI tBiAXBYCZAiCiAXYCBZNSCYABCXYZAXBZAiBiCiX A AXBYB Y CC ZZ 极对数极对数2p动画动画旋转磁场的磁极对数旋转磁场的磁极对数与三相绕组的排列有关与三相绕组的排列有关CYABCXYZAXBZAiBiCiAX XNSZ CZBYB Y A C SNB

5、iCiAiimIt 0分分）转转 /( 6010fn 工频：工频：Hz501 f分分）转转 /( 30000 np=1时时0mICiBiAi tiomIAXYCBZNSAXYCBZNSAXYCBZNSX NSA X ABZCYZ C Y B SN0t 60tp=2时时BiCiAiit mI0分分）转转/( 150026010 fn0n30AX XZ CZBYB Y A C NSNS)/( 6010分分转转pfn 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nO(同步转速同步转速)f(Hz501 3p120分

6、）转/( 00014p分分）转转/( 75090旋转磁场转速旋转磁场转速n0与频率与频率f1和极对数和极对数p有关。有关。AXYCBZ分分）转转/( 6010pfn FvF0nNS（3） 0nn 如果如果:0nn %s)91( 转子转速亦可由转差率求得转子转速亦可由转差率求得0)(1nns %10000 nnns 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。试求电动机的极对数和额定负载下的转差率。极对数和额定负载下的转差率。解：解：根据异步电动机转子转速与旋转磁场同步转根据异步

7、电动机转子转速与旋转磁场同步转速的关系可知：速的关系可知：n0=1000 r/min , 2.5%100%10009751000%10000 nnns（1）定子绕组接通三相电源后，定子电流产生旋转磁）定子绕组接通三相电源后，定子电流产生旋转磁场，同时定子绕组产生感应电动势场，同时定子绕组产生感应电动势E1。（2）转子切割磁力线而产生感应电动势，静止时最大，）转子切割磁力线而产生感应电动势，静止时最大，记作记作E20，转子电流最大，相当于变压器短路；转动后，转子电流最大，相当于变压器短路；转动后，转子感应电动势变小，转子电流也变小。转子感应电动势变小，转子电流也变小。（3）电磁转矩大小与转子电流

8、成正比。电动机带负载）电磁转矩大小与转子电流成正比。电动机带负载匀速转动时，电磁转矩与阻力转矩平衡。负载加重，转匀速转动时，电磁转矩与阻力转矩平衡。负载加重，转速变慢，转子电流增大，电磁转矩增大，在新的转速下速变慢，转子电流增大，电磁转矩增大，在新的转速下实现转矩平衡。反之，负载减轻，转速变快，转子电流实现转矩平衡。反之，负载减轻，转速变快，转子电流减小，电磁转矩减小，电动机在实现转矩平衡时，进入减小，电磁转矩减小，电动机在实现转矩平衡时，进入匀速转动状态。匀速转动状态。电动机具有电动机具有变变化化曲曲线线随随、SI cos22 )cos(2 sn 结论：结论：转子转动时，转转子转动时，转 子

9、电路中的各量均与转子电路中的各量均与转 差率差率 s有关，即与转速有关，即与转速 n有关，启动瞬间，功有关，启动瞬间，功率因数最低，电流最大。率因数最低，电流最大。I2cos 2s1I2,2cos OmaxTmSNSOTS曲曲线线f(s)T stT1NTTmax：最大转矩。：最大转矩。Tst：启动转矩。：启动转矩。TN：额定转矩。：额定转矩。maxTmSNSOTS曲曲线线)(sfT 曲曲线线)(Tfn NnmaxTstTOnTNT0nstT1NT、三个重要转矩、三个重要转矩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

10、(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nPnPT9550602 m.N7 .4914405 .795509550NNNnPTOn0nTmaxmax121maxTU,UT (a)NmaxTT 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 (b) sm与与 R2 有关，有关， R2 sm n 。绕线式电。绕线式电机改变转子附加电阻机改变转子附加电阻R 2 可实现调速。可实现调速。 st121stTU,UT )(a(b) Tst与与 R2 有关，有关， 适当使适当使 R2 Tst

11、 。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 。体现了电动机带载起动的能力。体现了电动机带载起动的能力。 0nOnTNststTTK 起动能力起动能力 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。stTTOn0nTst n maxT 二、三十千瓦以下的异步电动机一般都采用二、三十千瓦以下的异步电动机一般都采用直接起动。直接起动。星形星形-三角形三角形(Y ) 换接起动换接起动自耦降压起动自耦降压起动(3) 转子串电阻起动转子串电

12、阻起动ZUIll3:Y 星形联结时星形联结时ZUIll3三角形联结时：31YllII31YlIZlU+U1U2V1V1W1W2 lIlU+ZU1U2V1V2W1W2L1L3L2FUU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1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。

13、 )(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 UlU1W2V2W1+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 R2 Tst 22RR stTTOn0nmaxT2R2R stT M3M3 pfsnsn106011 f=50HzM3 +变频调速方法变频调速方法恒转距调速（恒转距调速（f1f1N）变频调速方法可实现无级平滑调速变频调速方法可实现无级平滑调速,调速性能优异，因而调速性能优异，因而正获得越来越广泛的应用。正获得越

14、来越广泛的应用。A1X1A2X2iiP=2A1A2X1X2NNSSA1X1A2X2iiP=1 采用变极调速方法的电动机称作双速电机，采用变极调速方法的电动机称作双速电机，由于调速时其转速呈跳跃性变化，因而只用在对由于调速时其转速呈跳跃性变化，因而只用在对调速性能要求不高的场合，如铣床、镗床、磨床调速性能要求不高的场合，如铣床、镗床、磨床等机床上。等机床上。A1A2X1X2SN(Tn0no22RR2R2R 变转差率调速是绕线式电动机特有的一种调变转差率调速是绕线式电动机特有的一种调速方法，通过改变转子串联电阻实现调速。其优速方法，通过改变转子串联电阻实现调速。其优点是调速平滑、设备简单投资少，缺

15、点是能耗较点是调速平滑、设备简单投资少，缺点是能耗较大。这种调速方式广泛应用于各种提升、起重设大。这种调速方式广泛应用于各种提升、起重设备中。备中。nnTLTLs sTs2R2Ro制动方法制动方法机械制动机械制动电气制动电气制动能耗制动能耗制动反接制动反接制动发电反馈制动发电反馈制动1、 在断开三相电源的同时，给电动机其中两相在断开三相电源的同时，给电动机其中两相绕组通入直流电流，直流电流形成的固定磁场与绕组通入直流电流，直流电流形成的固定磁场与旋转的转子作用，产生了与转子旋转方向相反的旋转的转子作用，产生了与转子旋转方向相反的转距（制动转距），使转子迅速停止转动。转距（制动转距），使转子迅速

16、停止转动。nF转子转子T n0=0+-运转运转制动制动RP2、 运转运转nFT n01、 磁极数磁极数( 极对数极对数 p = 2 )例如：例如： Y 132 M4 用以表明电动机的系列、几何尺寸和极数。用以表明电动机的系列、几何尺寸和极数。机座长度代号机座长度代号机座中心高（机座中心高（mm）三相异步电动机三相异步电动机教材表教材表8.8.1中列出了各种电动机的系列代号。中列出了各种电动机的系列代号。异步电动机产品名称新老代号对照异步电动机产品名称新老代号对照接线盒接线盒。通常。通常联结联结电机容量电机容量Y3kW 联联结结电电机机容容量量 kW4U2U1W2V1V2W1U1U2W2U2V2

17、V1W1U1W1V1W2V2例如：例如：380/220V、Y/ 是指线电压为是指线电压为 380V 时时 采用采用 Y联结联结；线电压为；线电压为 220V 时采用时采用 联结联结。4 4、额定电流、额定电流5 5、额定、额定 表示星形表示星形联结联结下下电机的线电流为电机的线电流为 6.73A；三角形；三角形联结联结下线电流为下线电流为 11.64A。两种接法下相电流均为。两种接法下相电流均为 6.73A。12PP cos3NN1IUP 鼠笼电机鼠笼电机 =7293电动机在额定运行时定子绕组的电动机在额定运行时定子绕组的额定功率是指电机在额定运行时轴上输出的机额定功率是指电机在额定运行时轴上输出的机械功率械功率 P2，它不等于从电源吸取的电功率，它不等于从电源吸取的电功率 P1。6 6、功率因数、功率因数 三相异步电动机的功率因数较低，在额定负载三相异步电动机的功率因数较低，在额定负载时约为时约为 0.7 0.9。空载时功