第六章电动机

1、1第六章第六章电电 动动 机机26.1 6.1 三相异步电动机的基本结构三相异步电动机的基本结构6.26.2 三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理6.3 6.3 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性6.4 6.4 三相异步电动机的铭牌数据三相异步电动机的铭牌数据6.7 6.7 单相异步电动机单相异步电动机6.5 6.5 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动6.6 6.6 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速目目 录录3交交流流电动机电动机直流直流电动机电动机电机的分类：电机的分类：电机电机 动力电机动力电机（能量转换）（能量转换） 控制电机控制电机（信号转换）（

2、信号转换）发电机发电机:(机械能机械能 电能电能)三相同步发电机三相同步发电机4.1电动机电动机(电能电能 机械能机械能)三相异步电动机三相异步电动机6鼠笼式鼠笼式绕线式绕线式单相单相三三相相异步异步机机同步机同步机单相单相三相三相46.1 6.1 三相异步电动机的基本结构三相异步电动机的基本结构5（一）主要部件：（一）主要部件：定子（固定部分）定子（固定部分） 转子（旋转部分）转子（旋转部分）鼠笼式鼠笼式绕线式绕线式6 构成：构成：由机座、定子铁心、定子绕组和端盖组成由机座、定子铁心、定子绕组和端盖组成 作用：作用： 产生旋转磁场产生旋转磁场 (1)定子：定子：定子铁心定子铁心转子转子轴承轴

3、承端盖端盖机座机座定子绕组定子绕组定子铁心定子铁心7在定子槽孔中放置三相彼此独立的绕组。在定子槽孔中放置三相彼此独立的绕组。U1U2V1V2W1W2U1V1W1U2V2W2U1U2V1V2W1W2U1U2V1V2W1W2U1V1W1W2U2V2定子绕组定子绕组星接星接定子绕组定子绕组角接角接端子端子U1V1W1U2V2W28 构成：构成：由铁心和绕组两部分构成由铁心和绕组两部分构成作用：作用：在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电流。在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电流。（2）转子：）转子：外接电阻外接电阻电刷电刷滑环滑环转子铁心转子铁心转子绕组转子绕组转子硅钢片转子硅钢片9 鼠笼型转子是由嵌

4、放在转子铁心槽内的导电鼠笼型转子是由嵌放在转子铁心槽内的导电条组成，在转子铁心的两端各用一个导电端环条组成，在转子铁心的两端各用一个导电端环把所有的导电条连接起来。把所有的导电条连接起来。鼠鼠笼笼型型转转子子 鼠笼式电动机构造鼠笼式电动机构造简单、价格低廉、工简单、价格低廉、工作可靠、使用方便。作可靠、使用方便。鼠笼转子鼠笼转子10（1）防护型：遮盖装置，能防止水滴、铁屑或其他杂物在与垂直方向成45度以内的角度落入电动机内部。水泵、鼓风机。（2）封闭型：完全封闭，防灰、水土飞溅等。磨床、铣床和球磨机等。（3）防爆型：严密的封闭结构，外壳机械强度较强，需能承受爆炸压力。矿山、化工车间等等。（二）

5、外形结构（三）安装结构 在安装结构上对电动机也有不同要求。11（一）旋转磁场 旋转磁场的产生、转速、转向（二）工作原理 电磁转矩的产生、方向及大小 6.2 6.2 三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理12演示实验演示实验131m2m3msinsin120sin120iItiItiIt3i1i2iitmIoU1U2V1V2W1W22i1i3i14U1U2W2V1W1V20n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。 ()电流出电流出( )电流入电流入3i1i2iitmIo15U1U2V2W1V1W2U

6、1U2V2W1V1W2U1U2V2W1V1W23i2i1ii tNS0 t 60t 60 90t SNSNmIo600分析可知：三相电流产生的合成磁场是一旋转的磁场分析可知：三相电流产生的合成磁场是一旋转的磁场 即：即： 16AU1U2V2W1V1W2AU1U2V2W1V1W22. .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)U1U2W1W2V1V22i1i3iNSNS0mI3i2i1i tiomI123iii17U1U2V2W1V1W20t 即：即：1pNS0mI3i2i1i tiomI2iU1U2V1V2W1W21i3i181U2U1U2U1V2V1W2W2

7、W1V1W2V1i2i3i极对数极对数2p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0mI3i2i1i tiomI1U2U1U2U1V2V1V2V1W2W1W2WNSSN19分分）转转 /( 6010fn 工频：工频：Hz501 f分）分）转转/( 30000 np=1时时0mI3i2i1i tiomI01 50 r/snfNSo0tU1U2V2W1V1W2NSo180tU1U2V2W1V1W2NSo360tU1U2V2W1V1W2200t 60tp=2时时2i3i1iit mI0分）分）转转/( 150026010 fn0nNSNS1U2U1U2U1V2V1

8、W2W2W1V1W2VNSSN1U2U1U2U1V2V1W2W2W1V1W2V3021)/( 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成正比和极对数成正比和极对数p成反比。成反比。电源的频率电源的频率22（二）电动机的工作原理（二）电动机的工作原理 在电动机定子绕组中通入三相对称交流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。电流后

9、，产生旋转磁场。 旋转磁场的磁力线切割转子绕组，绕组中旋转磁场的磁力线切割转子绕组，绕组中就感应出电动势。就感应出电动势。 在电动势的作用下，闭合的绕组中就有电在电动势的作用下，闭合的绕组中就有电流，该电流与旋转磁场相互作用，使转子绕组流，该电流与旋转磁场相互作用，使转子绕组受到电磁力作用。由电磁力产生电磁转矩，转受到电磁力作用。由电磁力产生电磁转矩，转子就转动起来。子就转动起来。23分）分）转转/( 6010pfn Blve BliF FvF0nNSU1U2V2W1V1W2n24FF0nU1U2V2W1V1n250nn 如果如果:0nn 26%s)91( 转子转速亦可由转差率求得转子转速亦可

10、由转差率求得0)(1nns %10000 nnns= f1 s f2 = p n60= 60p (n0n)= 60 n0p n0(n0n)电动机起动瞬间电动机起动瞬间:01, ns（转差率最大）（转差率最大）电动机理想空载电动机理想空载:00, nns（转差率最小）（转差率最小）0160pnf 27 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电动机转子转速与旋转磁场同

11、步转速的关系可知：速的关系可知： n0=1000 r/min , 2.5%100%10009751000%10000 nnns例例6.2.128电磁转矩电磁转矩 T：转子中各载流导体在旋转磁场的作用下转子中各载流导体在旋转磁场的作用下,受到电磁力所形成的转矩之总和。受到电磁力所形成的转矩之总和。22cosIKTmT常数常数每极磁通每极磁通转子电流转子电流转子电路的转子电路的2cos2922cosIKTmT22022202)(sXRsEI2202222)(cossXRRmNfU11144.4将其中参数代入：将其中参数代入：21220222)(UsXRsRKT得到得到转矩公式转矩公式30电磁转矩电

12、磁转矩空载转矩空载转矩负载转矩负载转矩nTnTTP2222602602ppllIUIUP1111133cos31铜损耗铜损耗铁损耗铁损耗机械损耗机械损耗%10012PP32nOn0T6.3 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性sTOMS1sMsNNTNTSTMn0n0TNMSTsTMnNTNnM33NnNT分转瓦/260602NNNNNNNnPnPPTOnT0n(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 . 7955

13、09550NNN nPT)/()(9550NNN分分转转千瓦千瓦nPT N3421220222)(UsXRsRKT2021M2XUKT0ddsT令：令：求得求得202XRssM临界转差率临界转差率On0nTM将将sM代入转矩公式，可得代入转矩公式，可得MS35 MMT,UUT 121120212XUKTMNMMTTK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2281.KM12 II(2) 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。 1s0n202XRssM3622022212)(sXR

14、UsRKT 22022212sXRURKT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 s121s 1TU,UT(2) Ts与与 R2 有关，有关， 适当使适当使 R2 Ts 。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Ts =TM。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。 0nOnTNssTTK 起动能力起动能力SsINIKI起动电流起动电流37TL sTL T2T2 =TLn T2 T L达到新的平衡达到新的平衡TL0nnTOn38人为特性人为特性U TM U UTs 22022212sXRURKT20

15、21M2XUKT 202MXRs0nNUTLnTO39(2) 转子电阻转子电阻R2 变化对机械特性的影响变化对机械特性的影响STTOn0nR2 n maxTLT22022212sXRURKT2021M2XUKT 202MXRs40 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 maxTLT 硬特性硬特性 （R2小）小）软特性软特性（R2大）大）41 右手定则右手定则：伸开右手，使大拇指跟其余四个手指垂直，：伸开右手，使大拇指跟其余四个手指垂直，并跟手掌在一

16、个平面内，把右手放入磁场中，让磁感线并跟手掌在一个平面内，把右手放入磁场中，让磁感线垂直穿入手心，大拇指指向导体运动方向，那么其余四垂直穿入手心，大拇指指向导体运动方向，那么其余四个手指所指的方向就是感应电流的方向。个手指所指的方向就是感应电流的方向。 右手定则右手定则右手定则是用来判断闭合右手定则是用来判断闭合电路的一部分导体在磁场电路的一部分导体在磁场中作切割磁力线运动而产中作切割磁力线运动而产生感生电流的方向。生感生电流的方向。 返回返回42左手定则左手定则左手定则是用来判左手定则是用来判断通电导体在磁场断通电导体在磁场中的受力方向，中的受力方向， 左手定则左手定则：伸开左手：伸开左手,

17、让磁感线穿入手心让磁感线穿入手心(手心对准手心对准N极，手背对准极，手背对准S极极)， 四指指向电流方向四指指向电流方向 ，那么大拇，那么大拇指的方向就是导体受力方向。指的方向就是导体受力方向。返回返回43三相异步电动机三相异步电动机型型 号号 Y132S-6 Y132S-6 功功 率率 3 kW 3 kW 频频 率率 50 Hz50 Hz电电 压压 380 V 380 V 电电 流流 7.2 A 7.2 A 联联 结结 Y Y转转 速速 960 r/min 960 r/min 功率因数功率因数 0.76 0.76 绝缘等级绝缘等级 B B1. 型号型号 Y 132S6 r/min 1000p

18、fn6002. 额定转速额定转速 nN nN =960 r/min，则查表，则查表6.2.1，可知：，可知：r/min 100003np，6.4 6.4 三相异步电动机的铭牌数据三相异步电动机的铭牌数据磁极数磁极数(极对数极对数 p=3)同步转速同步转速1000转转/分分04. 010009601000Ns 额定转差率额定转差率 ：443. 联结方式联结方式 ：Y 接法：接法： 接法：接法：接线盒接线盒。NP3kWYNP4kW U1U2V1V2W1W2U1U2V1V2W1W2U1U2V1V2W1W2U1U2V1V2W1W2U1U2V1V2W1W245 4. 额定电压额定电压 UN： UN=38

19、0 V 定子绕组在定子绕组在指定接法指定接法下应加的下应加的线电压线电压. 说明：一般规定电动机的运行电压不能高于或低说明：一般规定电动机的运行电压不能高于或低于额定值的于额定值的 5 。 例：例：380/220 Y/ 是指：线电压为是指：线电压为380V时采用时采用Y接接法；当线电压为法；当线电压为220V时采用时采用 接法。接法。U1U2V1V2W1W2线线电电压压U2V1V2W1W2线线电电压压U146 5. 额定电流额定电流 IN： IN=7.2 A 表示星形表示星形联结联结下电机下电机的线电流为的线电流为 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

20、下相电流均为两种接法下相电流均为 6.73A。 6. 额定频率额定频率 fN：fN =50 Hz 电动机正常工作时，定子绕组所接交流电压的频率。电动机正常工作时，定子绕组所接交流电压的频率。定子绕组在定子绕组在指定接法指定接法下的下的线电流。线电流。47 7. 额定功率额定功率 PN：PN =3 kW NNNPP1NNNNIUP31 其中其中P1N为电动机从电源吸收的额定有功功率，为电动机从电源吸收的额定有功功率， N为电为电动机的效率动机的效率 。 额定负载时一般为额定负载时一般为0.7 0.9，空载时功率因数很低约，空载时功率因数很低约为为0.2 0.3，不经济。额定负载时，功率因数最大。

21、，不经济。额定负载时，功率因数最大。 注意：实用中应选择合适容量的电动机，应使它略注意：实用中应选择合适容量的电动机，应使它略大于或等于负载所需功率值，尽量避免用大容量的电动大于或等于负载所需功率值，尽量避免用大容量的电动机带小的负载，即机带小的负载，即防止防止“大马大马”拉拉“小车小车”的现象。的现象。 8. 额定功率因数额定功率因数 N=cos N： N =0.76额定功率指电机在额定运行时额定功率指电机在额定运行时转轴上输出的转轴上输出的功率。功率。48 9. 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料绝缘等级是按电动机绕组所用的绝缘材料在使用时允许的在使用时允许的极限温度极

22、限温度来分级的。来分级的。 极限温度，是指电动机绝缘结构中最热点极限温度，是指电动机绝缘结构中最热点的最高允许温度。的最高允许温度。 绝缘等级绝缘等级绝缘等级绝缘等级极限温度极限温度AEBFHC105C120C130C155C180例例6.4.16.4.1（P153P153）49 起动初始瞬间，起动初始瞬间，n=0，s=16.5 6.5 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动问题：问题：足够的足够的50 直接起动是在起动时把电动机的直接起动是在起动时把电动机的定子定子绕组直接绕组直接接入电网，所加电源电压等于电动机的额定电压。接入电网，所加电源电压等于电动机的额定电压。 特点：特点：起动电流

23、大起动电流大，比额定值大，比额定值大47倍，但起倍，但起动时间短；动时间短；起动转矩小起动转矩小。 优点：优点：简单、方便、经济、起动过程快，多用于简单、方便、经济、起动过程快，多用于小型笼式异步电动机起动。小型笼式异步电动机起动。51lU+U1U2V1V2W1W2lU+U1U2V1V2W1W2 起动时降低定子绕组上的电压起动时降低定子绕组上的电压, 待电动机转速接近稳定待电动机转速接近稳定转速时，再把电压恢复正常。转速时，再把电压恢复正常。设电源电压为设电源电压为NUNYUUUll则则lUU31PYlUUPPPY31UU52YYplII31Y llII31ZplII3YlIZlU+U1U2V

24、1V2W1W2 lIlU+ZU1U2V1V2W1W2ZUIppPPY31UUPPY31II5322022212sXRURKT(a) 仅适用于正常运行为仅适用于正常运行为三角形三角形联结的电动机。联结的电动机。 Y 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SY31sTTUlU1W2V2W1+U2V1UP+Ul+U1W2V2W1U2V1(b) Y 起动起动sI sT SSY31IIPPY31UU54U1U2V1V2W1W2Q1Q2M3 起动时通过起动时通过自耦变压器自耦变压器降低定子绕组上的电压降低定子绕组上的电压, 定子绕定子绕组联接方式不变。组联接方式不变。55设自

25、耦变压器抽头降压比为设自耦变压器抽头降压比为NAUUK 以下标以下标a表示自耦变压器起动，表示自耦变压器起动，b代表直接起动代表直接起动定子线电压定子线电压ANlblaKUUUU电动机起电动机起动相电流动相电流ApbpapbpaKUUII电动机起电动机起动线电流动线电流AlblasbsaKIIII电源供给电源供给 线电流线电流2AKIIKIIsbsaAbaaIsaIAasaKII1起动转矩起动转矩22AKUUTTpbpasbsaAlblapbpaKUUUU定子相电压定子相电压56sT0TsTMsMR2Rs起动时将适当的起动时将适当的RS串入转子绕组中，起动后将串入转子绕组中，起动后将RS短路短

26、路2202s2s1s2220()EIRIIRX1R2 sTMs57 （b）R2选的选的适当适当，转子串电阻既可以降低起动电，转子串电阻既可以降低起动电流，又可以增加起动转矩。流，又可以增加起动转矩。（2）转子串联频敏变阻器起动）转子串联频敏变阻器起动 适用于既要求适用于既要求限制限制起动起动电流电流又要求有又要求有较高较高起动起动转矩转矩的生产场合。的生产场合。转子串电阻起动的特点：转子串电阻起动的特点：适于转子为绕线式的电动机起动。适于转子为绕线式的电动机起动。（a）586.6 6.6 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速电动机调速前提电动机调速前提：负载一定：负载一定 即在同一负载下改

27、变电动机的转动速度，以满即在同一负载下改变电动机的转动速度，以满足生产过程的需要。足生产过程的需要。电动机调速范围电动机调速范围：电动机在额定电流时所能得到：电动机在额定电流时所能得到的最的最高高转速和最转速和最低低转速之比。如：转速之比。如：4:1 如果电动机只能如果电动机只能跳跃跳跃式调节式调节有级调速有级调速 如果电动机可以如果电动机可以连续连续式调节式调节无级调速无级调速59p= (1s) 60 f1n = (1s) n0调速方法调速方法 f=50HzM3 +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,调速性调速性能优异。其主要环节是研制变频电源（常由整能优异。其主要

28、环节是研制变频电源（常由整流器、逆变器等组成）。流器、逆变器等组成）。控制控制电路电路602、变极调速、变极调速 (有级调速有级调速)U1U2U3U4iiP=2U1U3U2U4NNSSpfn1060n = (1s) n0U1U2U3U4iiP=1U1U3U2U4SN61 采用变极调速方法的电动机称作采用变极调速方法的电动机称作多速电动机多速电动机，由于调速时其转速呈跳跃性变化，即调速是有级的，由于调速时其转速呈跳跃性变化，即调速是有级的，因而只用在对调速性能要求不高的场合，如铣床、因而只用在对调速性能要求不高的场合，如铣床、镗床、磨床等机床上。镗床、磨床等机床上。62( 变转差率调速是绕线式电

29、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。速方法。 绕线式电动机在绕线式电动机在转子绕组中串入电阻转子绕组中串入电阻R2 , 可改变转差率可改变转差率 s 和转速和转速 n。其优点是调速平滑、设。其优点是调速平滑、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、起重设备中。广泛应用于各种提升、起重设备中。转子电阻转子电阻R2 变化对机械特性的影响变化对机械特性的影响STTO0nR2 n maxTLT63U UTs 0nUTLnTOnn646.7 6.7 单相异步电动机单相异步电动机( (一一) ) 脉振磁场脉振磁场结

30、构结构：定子放单相绕组（其中通单相交流电）；：定子放单相绕组（其中通单相交流电）； 转子一般用鼠笼式。转子一般用鼠笼式。定子定子转子转子定子定子绕组绕组 定子中通入单相交流电定子中通入单相交流电后，形成后，形成脉振磁场脉振磁场单相单相电流通过单相绕组产生方位电流通过单相绕组产生方位不变（与绕组轴线一致）而不变（与绕组轴线一致）而大小和方向随时间做正弦规大小和方向随时间做正弦规律变化的交变磁场。律变化的交变磁场。ti65 定子绕组产生的脉振磁场（定子绕组产生的脉振磁场（ ），可用大小一样、），可用大小一样、转速相等、转向相转速相等、转向相反两个旋转磁场合成而等效。即：反两个旋转磁场合成而等效。即

31、：- + -= + -t m 脉振磁场的分解脉振磁场的分解66 - + + - + -67单相异步电动机的特点：单相异步电动机的特点：（1）自身没有起动转矩）自身没有起动转矩.转子导条转子导条及电流及电流 当定子绕组产生的合成磁场增加时，根据右手螺当定子绕组产生的合成磁场增加时，根据右手螺旋定则和左手定则，可知转子导条左、右受力大小旋定则和左手定则，可知转子导条左、右受力大小相等方向相反，所以没有起动转矩。相等方向相反，所以没有起动转矩。F( (二二) ) 单相异步电动机的工作原理单相异步电动机的工作原理68起动转矩起动转矩为零。为零。T02s121ss1T2T 转向相反的两个旋转磁场分别对转

32、子产生方向相反的转向相反的两个旋转磁场分别对转子产生方向相反的电磁转矩电磁转矩T1和和T2合成转矩为合成转矩为T。合成转矩合成转矩s01s22s21s（正向）（正向）（反向）（反向）正正转转转转反反（2）转子借助其它力量转动后，外力去除后仍按原方）转子借助其它力量转动后，外力去除后仍按原方 向继续转动。向继续转动。69（1）两相电容分相式起动）两相电容分相式起动(二二) 单相异步电动机的起动单相异步电动机的起动K转转子子UWiSiCWSTW: 工作绕组工作绕组ST：起动绕组：起动绕组K：离心开关：离心开关启动时开关启动时开关K闭合，使两闭合，使两绕组电流绕组电流 相位差约相位差约为为90，从而

33、产生旋转磁，从而产生旋转磁场，电机转起来；场，电机转起来；SWii、工作原理工作原理W1W2S1S270 t0mISiWiioo0to45to90tWWmSSmsinsin90iItiIt （1）两相起动单相运行：转动正常以后离心开关）两相起动单相运行：转动正常以后离心开关K被自动断开，只被自动断开，只有工作绕组有工作绕组W单相运行。单相运行。转动正常后运行方式：转动正常后运行方式： （2）两相起动两相运行：起动绕组）两相起动两相运行：起动绕组ST不接离心开关不接离心开关K，起动和运，起动和运行一样工作绕组行一样工作绕组W和起动绕组和起动绕组ST两相运行。改变两相相序则可改变转两相运行。改变两相相序则可改变转向。向。71（2）罩极式单相起动）罩极式单相起动定子定子磁极磁极转子转子短路短路环环 定子通入电流以后，部分磁定子通入电流以后，部分磁通穿过短路环，并在其中产生通穿过短路环，并在其中产生感应电流。短路环中的电流阻感应电流。短路环中的电流阻碍磁通的变化，致使有