电工学电动机

1、第第6章章 电动机电动机电工与电子技术电机概述电机概述6.16.2三相异步电动机的基本结构三相异步电动机的基本结构6.3三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理6.4三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6.5三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动6.61了解三相异步电动机的构造与转动原理，理解了解三相异步电动机的构造与转动原理，理解旋转磁场旋转磁场的特性。的特性。2了解定子电路和转子电路中的电压、电流关系。了解定子电路和转子电路中的电压、电流关系。3重点掌握电动机重点掌握电动机电磁转矩和机械特性电磁转矩和机械特性。4了解异步

2、电动机的起动、调速、反转、制动原了解异步电动机的起动、调速、反转、制动原理和方法。理和方法。5理解异步电动机的理解异步电动机的铭牌数据铭牌数据。6了解单相异步电动机构造与工作原理。了解单相异步电动机构造与工作原理。 异步电动机应用极为广泛。例如，在工业方面：异步电动机应用极为广泛。例如，在工业方面：中小型轧钢设备、各种金属切削机床、轻工机械、中小型轧钢设备、各种金属切削机床、轻工机械、矿山机械、通风机、压缩机等；在农业方面：水泵、矿山机械、通风机、压缩机等；在农业方面：水泵、脱粒机、粉碎机及其他农副产品加工机械等都是用脱粒机、粉碎机及其他农副产品加工机械等都是用异步电动来拖动的。此外，与人民日

3、常生活密切相异步电动来拖动的。此外，与人民日常生活密切相关的电扇、洗衣机等设备中都用到异步电动机。关的电扇、洗衣机等设备中都用到异步电动机。 电机电机(electric machine) 是实现能量转换或信号转换的电磁装置。是实现能量转换或信号转换的电磁装置。 电能电能 机械能机械能 直流电机和交流电机直流电机和交流电机 他励电机他励电机 并励电机并励电机 串励电机串励电机 复励电机复励电机 异步电机异步电机 同步电机同步电机 电压信号转化为角位移或角速度；电压信号转化为角位移或角速度； 将转速转化为电压信号；将转速转化为电压信号； 实现角度的传输、变换和接受；实现角度的传输、变换和接受； 电

4、脉冲信号转化为转角或转速；电脉冲信号转化为转角或转速； 转角信号变换成电压信号；转角信号变换成电压信号； 转角位移或直线位移转换成电压信号。转角位移或直线位移转换成电压信号。 三相异步电动机三相异步电动机(three-phase asynchronous motor)主要部主要部件是由定子和转子两大部分组成。此外，还有端盖、机座、件是由定子和转子两大部分组成。此外，还有端盖、机座、轴承、风扇等部件。轴承、风扇等部件。三相异步电动机的定子是由机座、定子铁心和定子绕组三相异步电动机的定子是由机座、定子铁心和定子绕组组成。组成。基座基座 铁心铁心 定子绕组定子绕组 端盖端盖 W2U2V2U1V1W1

5、W2U2V2U1V1W1W2U2V2U1V1W1 星形联结星形联结三角形联结三角形联结根据转子绕组结构的不同又分为笼型转子和绕线型转子。根据转子绕组结构的不同又分为笼型转子和绕线型转子。笼型转子笼型转子绕线型转子绕线型转子 转子铁心转子铁心 转轴转轴 旋转磁场由三相电流通过三相旋转磁场由三相电流通过三相对称对称绕组产生。绕组产生。对称：对称：三相对称负载三相对称负载空间对称分布空间对称分布旋转磁场是三相异步电动机工作的基础。旋转磁场是三相异步电动机工作的基础。电机是利用电与磁的相互转化和相互作用制成的。电机是利用电与磁的相互转化和相互作用制成的。iUiViW tiO三相三相 (多相多相) 绕组

6、中流过三相绕组中流过三相 (多相多相) 电流。电流。U1U2V1V2W2W1U1 U2 通入通入 iU V1 V2 通通入入 iV W1 W2 通通入入 iW t = 0U1W2V1U2W1V2NSiUiViW tiOi1=0，U1，U2端电流为零端电流为零U1V1 W1V2U2W2 t = 0i3为正，为正，W1端流入，端流入，W2端流出端流出i2为负，为负，V1端流出，端流出，V2端流入端流入W2U1V2W1U2V1 t = = 90NS t = 90i1为正，为正，U1端流入端流入，U2端流出端流出i2为负，为负，V1端流出，端流出，V2端流入端流入i3为负，为负，W1端流出，端流出，W

7、2端流入端流入iUiViW tiOU1V1 W1V2U2W2t=0i1=0，U1,U2,U3,U4端电流为零端电流为零i2为负为负,V1,V3端流出端流出,V2,V4端流入端流入i3为正为正,W1, W3端流入端流入,W2, W4端流出端流出t=90i1为正为正,U1, U3端流入端流入,U2, U3端流出端流出i2为负为负,V1,V3端流出端流出,V2,V4端流入端流入i3为负为负,W1, W3端流出端流出,W2, W4端流入端流入电流变化一周电流变化一周 旋转磁场转一圈旋转磁场转一圈电流每秒钟变化电流每秒钟变化 50 周周 旋转磁场转旋转磁场转 50 圈圈 旋转磁场转旋转磁场转 3000

8、圈圈电流每分钟变化电流每分钟变化 (5060) 周周p = 1 时：时：电流变化一周电流变化一周 旋转磁场转半圈旋转磁场转半圈电流每秒钟变化电流每秒钟变化 50 周周 旋转磁场转旋转磁场转 25 圈圈 旋转磁场转旋转磁场转 1500 圈圈电流每分钟变化电流每分钟变化 (2560) 周周p = 2 时：时： 在在t=0到到90期间，两极旋转磁场旋转了期间，两极旋转磁场旋转了90，而，而四极旋转磁场旋转了四极旋转磁场旋转了45。磁场的磁极数（极对数。磁场的磁极数（极对数p）越多）越多，旋转磁场的转速，旋转磁场的转速n0 （称为（称为同步转速同步转速:synchronous speed）越低。规律是

9、：越低。规律是： f 1= 50 Hz 时时,不同极对数（不同极对数（p）时的同步转速）时的同步转速n0如下如下:其中，其中， f 1为定子电流的频率为定子电流的频率1060=( /min)fnrp旋转方向：取决于三相电流的相序。旋转方向：取决于三相电流的相序。旋转磁场是沿着：旋转磁场是沿着：U1V1W1U1U2V1V2W2W1i1i2L1L3L2U1U2V1V2W1W2i3i1i2ImOti3i1U1， i2V1， i3W1旋转磁场是沿着：旋转磁场是沿着：U1W1V1U1U2V1V2W2W1L1L3L2U1U2V1V2W1W2i2i1i3i1U1， i2W1， i3V1任意对调两根电源进线，

10、磁场反转。任意对调两根电源进线，磁场反转。对称三相绕组对称三相绕组通入对称三相电流通入对称三相电流旋转磁场旋转磁场(磁场能量磁场能量)磁场切割磁场切割转子绕组转子绕组转子绕组中转子绕组中产生产生 e 和和 i转子绕组在磁场中转子绕组在磁场中受到电磁力的作用受到电磁力的作用转子旋转起来转子旋转起来机械负载机械负载旋转起来旋转起来三相交流电能三相交流电能输出机械能量输出机械能量 右手定则右手定则 左手定则左手定则转子绕组（铜条）切割旋转磁场转子绕组（铜条）切割旋转磁场产生感应电流产生感应电流 用右手定则判断电流的方向用右手定则判断电流的方向电流在磁场中受力电流在磁场中受力 用左手定则判断力的方向用

11、左手定则判断力的方向 工作原理示意图工作原理示意图n n0称异步电动机称异步电动机00nnsn异步电动机起动时异步电动机起动时: n = 0， s = 1在接近同步转速在接近同步转速n0时时: n n0 ， s0 n 与与 n0 方向一致。方向一致。 n n0，转差率转差率 (slip):起动起动 (堵转堵转) 时时: n = 0，s = 1理想空载时理想空载时: n = n0，s = 0正常工作时正常工作时: 0 s T，则转子转速，则转子转速降低，转子切割旋转磁场的速度增大，转子电流增大，转子转矩增大，降低，转子切割旋转磁场的速度增大，转子电流增大，转子转矩增大，达到与负载转矩的平衡。达到

12、与负载转矩的平衡。NMNMSST = kTsR2U1p2R22+(sX2) 2 转矩特性转矩特性 返返 回回转矩与转差率之间的关系：转矩与转差率之间的关系：机械特性机械特性临界转差率临界转差率(critical slip)sM可由转矩公式对转差可由转矩公式对转差率率s求导数得到求导数得到,导数导数=0。将将sM代入转矩公式就能求得最大转矩代入转矩公式就能求得最大转矩TM2M2s=XR三相异步电动机可以短时过载运行，三相异步电动机可以短时过载运行，过载时过载时TN TL TM ,这时转子不转动，转子电流很大，时间这时转子不转动，转子电流很大，时间一长，会烧坏电机。一长，会烧坏电机。过载系数过载系

13、数KM,通常为通常为22.2。21M12T = K2f XPTUSSNMNMMMNK=TT返返 回回起动转矩起动转矩(starting torque)必须必须大于负载转矩，大于负载转矩，TSTL起动转矩与额定转矩的比值起动转矩与额定转矩的比值Ks一般为一般为1.62.2起动电流起动电流(starting current)与额定电流的比值与额定电流的比值Kc一般为一般为5.57在转矩公式中，当在转矩公式中，当s=1时，就能求得起动转矩的计算公式：时，就能求得起动转矩的计算公式：SSNK =TT221S22122)T = Kf (R + XPTR USCNK =IIT = kTsR2U1p2R22

14、+(sX2) 2 转矩与转差率之间的关系：转矩与转差率之间的关系：转矩特性转矩特性 机械特性机械特性SSNMNM返返 回回例题例题例：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=45kW，额定转速，额定转速nN=2 970r/min，KM=2.2， KS=2.0。若。若TL=200N.m。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)短时运行；短时运行；(3)直接起动。直接起动。NNN606045 000N m=145N m22 3.14 2 970PT =n由于由于TN TL ，故可以带负载短时运行。，故可以带负载短时运行。 SSN2.0 145N m

15、=290N mT = K T 由于由于TSTL ，故可以带负载直接起动。，故可以带负载直接起动。 221S22122)PTR UT = Kf (R + X21M12PTUT = K2f X转矩特性转矩特性 机械特性机械特性由最大转矩的计算公式和起动转矩的计算公式，降低定由最大转矩的计算公式和起动转矩的计算公式，降低定子电压子电压和起动转矩和起动转矩都要减小。都要减小。R2机械特性机械特性转子电阻转子电阻R2增加时，最大转矩增加时，最大转矩TM不变不变转子电阻转子电阻R2增加时，临界增加时，临界sM增大增大转子电阻转子电阻R2增加时，起动转矩增加时，起动转矩TS随之变化。随之变化。转矩特性转矩特

16、性 21M12T = K2f XPTU2M2s=XR221S22122)T = Kf (R + XPTR U 起动电流大起动电流大: IS = KC IN =（57）IN 起动转矩小起动转矩小: TS = KSTN =（1.62.2）TN 频繁起动时造成热量积累频繁起动时造成热量积累,易使电动机过热。易使电动机过热。 大电流使电网电压降低，影响其它负载工作。大电流使电网电压降低，影响其它负载工作。 起动电流小起动电流小 起动转矩大起动转矩大 (a) 小容量的电动机（二三十千瓦以下）；小容量的电动机（二三十千瓦以下）； (b) 电源容量足够大时。电源容量足够大时。 (a) Y- 减压减压起动：起

17、动： 适用于：正常运行为适用于：正常运行为联结联结的电动机。的电动机。起起动动时时运运行行时时UVWUNI1LYUVWUNI1L设：定子每相阻抗为设：定子每相阻抗为 Z， Y接起动的起动转矩：接起动的起动转矩： Y接起动的起动电流：接起动的起动电流： Y 起起动动起起动动Y 起起 动动与与全压起动全压起动时起动电流和起动转矩比较时起动电流和起动转矩比较UVWUNI1LYUVWUNI1LN1PY1LY/3UUIZZN1P1L33UUIZZ21PY1PP13UUTUSYS13IISYS13TTNU：电源电压：电源电压定子线电压比定子线电压比定子相电压比定子相电压比起动电流比起动电流比起动转矩比起动

18、转矩比电源电流比电源电流比Y形起动与形起动与形起动时起动电流和起动转矩比较形起动时起动电流和起动转矩比较定子相电流比定子相电流比= = 1UNUNU1LYU1L= = U1PYU1PU1PU1PY/ 313= = I1PYI1PU1PU1PY13= = ISYISI1PI1PY133= = IYIISISY13=( ) = U1PYU1PTSYTS213 Y- 减压减压起动的特点：起动的特点： (1) 电源电压不变，定子绕组接法改变；电源电压不变，定子绕组接法改变； (2) 降压比为降压比为 。 TsYTL， 适用于轻载或空载起动适用于轻载或空载起动 否则不能采用此法。否则不能采用此法。 Y-

19、 减压减压起动的使用条件：起动的使用条件：13(b) 自耦变压器自耦变压器减压减压起动起动降压比降压比KA=UUN定子线电压比定子线电压比定子相电压比定子相电压比M3U UN定子相电流比定子相电流比起动电流比起动电流比电源电流比电源电流比起动转矩比起动转矩比= = KAUUNU1LaU1Lb= = KAU1LaU1LbU1PaU1Pb= = KAU1PaU1PbI1PaI1Pb= = KAI1PaI1PbISaISb= = KAKAISaISbIaIb2=( ) = KAU1PaU1PbTSaTSb22A2849230880380310453. 1)NNN3NNcos310 UPI 解解: :

20、例：例：一台一台Y225M-4型的三相异步电动机，定子绕组型的三相异步电动机，定子绕组型联结型联结，其额定数据为：，其额定数据为：PN=45kW,nN=1480r/min，UN=380V， N=92.3%，cos N=0.88， KC = 7.0, Ks = 1.9，KM = 2.2求：求：1) 1) 额定电流额定电流IN? 2) ? 2) 额定转差率额定转差率sN? ? 3) 3) 额定转矩额定转矩TN 、最大转矩最大转矩TM 和起动转矩和起动转矩TS 。例题例题 2）由由nN=1480r/min，可知，可知 p=2 （四极电动机）（四极电动机）minr 15000/n 013. 01500148015000N0N nnns 3）NNN606045290.4 N m221480PTnmN 9 .6384 .2902 . 2NMM TKTmN 8 .5514 .2909 . 1NSS TKT例题例题解解：例：例：在上例中在上例中( (1 1) )如果负载转矩为如果负载转矩为 510.2Nm , , 试问在试问在U=UN 和和U =0.9UN两种情况下电动机能否起动？（两种情况下电动机能否起动？（2 2）采用）采