电工学少学时第六章

1、第第 6 6 章章电动机电动机 第 6 章 电 动 机 电动机电动机是将电能转换成机械能的装置。广是将电能转换成机械能的装置。广泛应用于现代各种机械中作为驱动。泛应用于现代各种机械中作为驱动。由电动机驱动的优点：减轻繁重的体力劳动；由电动机驱动的优点：减轻繁重的体力劳动；提高生产率；可实现自动控制和远距离操纵。提高生产率；可实现自动控制和远距离操纵。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 部用端路环形成一体。部用端路环形成一体

2、。 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。外加电阻可人为改变电动机的机械特性。 120sin120sinsinmCmBmAtIitIitIi BiAXBYCZAiCiCiAiBiitmIoiCiAiBitmIo0n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

3、。 AYCBZX()电流出电流出( )电流入电流入iA t = 0 tiAZBXCYiA= 0iB为为负负值值iC为为正正值值NS0iBiC t t = 60iAZBXCYNS60iC = 0iB为为负负值值iA为为正正值值iAiBiC0 t = 90AZBXCYNS90iA为为正正值值iB为为负负值值iC为为负负值值 tiiAiBiC0 t = 180AZBXCYiA= 0iB为为正正值值iC为为负负值值180NS tiiAiBiC0 t=60 AZBXCYNS60 t=90AZBXCYNS t=0AZBXCYNS90 t=180 AZBXCYNS1800 空间相差空间相差120120 角的

4、三相绕组，通角的三相绕组，通入对称三相电流时，产生的是一对磁极入对称三相电流时，产生的是一对磁极的旋转磁场的旋转磁场, ,当电流经过一个周期变化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，磁场也沿着顺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360360 ) )。 tiiAiBiC0ABCXYZiAiC90 600 AZBXCYNS0AZBXCYNS60相序相序A-C-B-AAZBXCYNS90iB2. . 改变流入三相绕组的电流相改变流入三相绕组的电流相序序, ,就能改变旋转磁场的转向就能改变旋转磁场的转向; ;改改变了旋转磁场的转向变了旋转磁场的转向,

5、, 也就改变也就改变了三相异步电动机的旋转方向。了三相异步电动机的旋转方向。0t 即：即：1pCiBiAioimI tBiAXBYCZAiCiAXYCBZNSCYABCXYZAXBZAiBiCiX A AXBYB Y CC ZZ iAiBiCABCXYZABCXYZ600 t = 0AZBXCNSXCYAZBY0SN t =6 0NSAZBXCXCYAZBY30SN0 tiiAiBiC0 tiiAiBiC090180 t = 90AZBXCNSXCYAZBY45SN t =180AZBXCNSXCYAZBY90SN90ABCXYZABCXYZiAiBiC 当定子每相中有两个绕组串联当定子每相中

6、有两个绕组串联, 且每相绕组在且每相绕组在空间相差空间相差60时时, 通入对称三相交流电后通入对称三相交流电后, 也产生一也产生一个旋转磁场个旋转磁场, 但它是一个四极旋转磁场。当电流变但它是一个四极旋转磁场。当电流变化一周化一周, 旋转磁场在空间只转了半周旋转磁场在空间只转了半周(180 空间角空间角), 旋转速度较两极磁场慢了一半。旋转速度较两极磁场慢了一半。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 60

7、tp=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同步转速同步转速)f(Hz501 3p120分）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 BlvBliFvF0nNS0nn 如果如果:0nn %s)91( 转子转速亦可由转差率求得转子转

8、速亦可由转差率求得0)(1nns 00nnns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= =975r/min，电源频率电源频率 f1 1= =50 Hz。试求电动机的极对数和额定负载。试求电动机的极对数和额定负载下的转差率。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三相异步电动机的电路分析三相异步电动机的电路分析变压器：变压器： 变化变化 eU1 E1= 4.44 f N1 E2= 4.

9、44 f N2 11 444Nf.U i1u1e1e 1e2e 2i2+f1f2异步电动机：异步电动机：旋转磁场切割导体旋转磁场切割导体 e， U1 E1= 4.44 f 1N1 每极磁通每极磁通111444Nf.U 1U 旋转磁场与定子导体间的相对速度为旋转磁场与定子导体间的相对速度为 n0 ，所以，所以16001pnf 感应电势的频率与磁场和导体间的相对速度有关感应电势的频率与磁场和导体间的相对速度有关f 1= 电源频率电源频率 f定子导体与旋转磁场间的相对速度固定，而转子定子导体与旋转磁场间的相对速度固定，而转子导体与旋转磁场间的相对速度随转子的转速不同而导体与旋转磁场间的相对速度随转子

10、的转速不同而变化变化 定子感应电势频率定子感应电势频率 f 1 转子感应电势频率转子感应电势频率 f 2 1000026060fspnnnnpnnf 旋转磁场切割定子导体和转子导体的速度不同旋转磁场切割定子导体和转子导体的速度不同M3M32.2.电磁转矩的方向电磁转矩的方向电磁转矩的方向与旋转磁场的转向一致电磁转矩的方向与旋转磁场的转向一致 转子旋转的方向转子旋转的方向与旋转磁场的转向相同。与旋转磁场的转向相同。 T ，I2cos 2 T = CT mI2cos 2T = KTsR2U1f1R2(sX2) 2 22常数，与电常数，与电机结构有关机结构有关旋转磁场旋转磁场每极磁通每极磁通转子电流

11、转子电流转子电路的转子电路的功率因数功率因数21222212)(UsXRfsRKTT21U 空载转矩：空载转矩：T0输出转矩：输出转矩：T2 = TT0 T负载转矩：负载转矩：TL当当 T2 = TL 稳定运行稳定运行当当 T2 TL 加速运行加速运行当当 T2 TL 电动机能起动，电动机能起动，否则将起动不了。否则将起动不了。起动转矩倍数起动转矩倍数: : Y系列：系列：KS = 1.62.2 KC = 5.57.0起动电流起动电流: :MNSTNsN1TSTMsMTOsTS TN KS =IS INKC =TL sTL T2TL =T2n T T 2达到新的平衡达到新的平衡T20nnTOn

12、 例例6.5.1 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 = 45 kW，额定转速额定转速 nN = 2 970 r/min， KM = 2.2 ，KS = 2.0。若若 TL = 200 Nm，试问能否带此负载：，试问能否带此负载：(1) 长期运行长期运行; (2) 短期运行短期运行; (3) 直接起动。直接起动。解解 (1) 电动机的额定转矩电动机的额定转矩由于由于TN TL，故可以带此负载短时运行，故可以带此负载短时运行。 (3) 电动机的起动转矩电动机的起动转矩由于由于TS TL，故可以带此负载直接运行，故可以带此负载直接运行。 TS = KSTN = 2.0145

13、 Nm = 290 Nm U Tm U UTst 22221212stXRfURKT2121m2XfUKT 22mXRs0nNUT2nTOstTTOn0nR2 Tst n maxT2T22221212stXRfURKT2121m2XfUKT 22mXRs 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问题：问题：。 一般中小型鼠笼式电机起动电流为额定电流的一般中小型鼠笼式电机起动电流为额定电流的5 7 倍倍; 电动机的起动电动机的起动 (全压起

14、动全压起动) (a) 小容量的电动机；小容量的电动机； (b) 电源容量足够大时。电源容量足够大时。 7.5 kW 以下直接起动以下直接起动 7.5 kW 以上，且电源容量能满足起动以上，且电源容量能满足起动电流倍数电流倍数 3 + 1 4IS INKC =电源容量电源容量 (kVA)电机功率电机功率 (kW)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阻起动以下介绍降压起动和转子串电阻起动。以下介绍降压起动和转子串电阻起动。ZUIll3:Y 星形联结时星形联结时ZUIll3 三三角角形形联联结结时时：31Y llII31YlIZlU+

15、U1U2V1V1W1W2 lIlU+ZU1U2V1V2W1W2ZL1L3L2FUU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1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

16、合于空载或轻载起动的场合SYtst31TT UlU1W2V2W1+U2V1UP+Ul+U1W2V2W1U2V1A2849230880380310453. 1)NNN3N2Ncos310 UPI 一台一台Y225M-4型的三相异步电型的三相异步电 动机，定子动机，定子绕组绕组型联结，其额定数据为：型联结，其额定数据为：P2N=45kW,nN=1480r/min，UN=380V， N=92.3%，cos N=0.88， Ist/IN=7.0, Tst/TN=1.9，Tmax/TN=2.2，求：，求： 2）由由nN=1480r/min，可知，可知 p=2 （四极电动机）（四极电动机）minr 150

17、00/n 013. 015001480150000N nnns 3）mN 429014804595509550NN2N .nPTmN 9 .6384 .2902 . 22 . 2NmaxTTmN 8 .5514 .2909 . 19 . 1NstTT 在在上例中上例中(1)如果负载转矩为如果负载转矩为 510.2Nm, 试试问在问在U=UN和和U =0.9UN两种情况下电动机能否起两种情况下电动机能否起动？（动？（2）采用）采用Y- 换接起动时，求起动电流和换接起动时，求起动电流和起动转矩。起动转矩。 又当负载转矩为额定转矩的又当负载转矩为额定转矩的80%和和50%时，电动机能否起动？时，电动

18、机能否起动？ (1) Tst = 551.8Nm 510.2 N. m mN2510mN 4478551902st .T (2) Ist =7IN=7 84.2=589.4 AA519645983131st stY.II 在在U = 0.9UN 时时132329183%8042909183%80NstY .TT121459183%5042909183%50NstY .TT起动起动mN918385513131ststY .TT(3)L1L3L2FUQQ2 对对例例1中的电动机采用自耦变压器降压起中的电动机采用自耦变压器降压起动，设起动时加到电动机上的电压为额定电压的动，设起动时加到电动机上的电压

19、为额定电压的64%，求这时的线路起动电流，求这时的线路起动电流Ist和电动机的起和电动机的起动转矩动转矩Tst 。设电动机的起动电压为设电动机的起动电压为U，电动机的起动，电动机的起动电流为电流为Ist stNst640640I.ZU.ZUI 依据变压器的一次、二次侧电压电流关系，依据变压器的一次、二次侧电压电流关系，可求得线路起动电流可求得线路起动电流Ist。NUUstIstI 64. 0Nstst UUIIA424145890.64 6406406406402st2ststst.I.I.I.I 2 UT 又又22Nstst640 .UUTT mN 226 8551640640 2st2st .T.Tst2stIKIA st2stTKTAR 12220220)(st2IIRXREIRR滑环滑环电刷电刷定子定子转子转子