第一模块常用低压电器-电动机

1、模块一 常用低压电器曹楚君机车车辆教研室高铁学院上一页上一页下一页下一页返返 回回发电机发电机直流电动机直流电动机同步电动机同步电动机鼠笼型鼠笼型将机械能转换为电能；将机械能转换为电能；将电能转换为机械能。将电能转换为机械能。绕线型绕线型电动机电动机交流电动机交流电动机异步电动机异步电动机电机：实现能量转换或信号转换的电磁装置电机：实现能量转换或信号转换的电磁装置（动力电机）（动力电机）（控制电机）（控制电机）单相单相三相三相单相单相三相三相电动机高铁学院一、直流电动机高铁学院1 直流电机的基本工作原理IU+SbNacd 直流电从两电刷之间通入电枢绕组，电枢电流方向如图所直流电从两电刷之间通入

2、电枢绕组，电枢电流方向如图所示。由于换向片和电源固定联接，无论线圈怎样转动，总是示。由于换向片和电源固定联接，无论线圈怎样转动，总是S S极有效边的电流方向向里极有效边的电流方向向里, N, N极有效边的电流方向向外。电极有效边的电流方向向外。电动机电枢绕组通电后中受力动机电枢绕组通电后中受力( (左手定则左手定则) )按顺时针方向旋转。按顺时针方向旋转。U+U+电刷电刷换向片换向片U+IFFTn换向器作用：换向器作用：将外部直流电将外部直流电转换成内部的转换成内部的直流电，以保直流电，以保持转矩方向不持转矩方向不变。变。高铁学院2 直流电动机的构造 直流电机由直流电机由定子定子( (磁极磁极

3、) )、转子转子( (电枢电枢) )、电刷电刷、换向片换向片和和机座机座等等部分构成。部分构成。高铁学院由永久磁铁做成。由永久磁铁做成。磁极上绕线圈，线圈中通过直流电，磁极上绕线圈，线圈中通过直流电， 形成电磁铁。形成电磁铁。2 直流电动机的构造磁极上的线圈通以直流电产磁极上的线圈通以直流电产生磁通生磁通励磁励磁绕组绕组励磁励磁铁心铁心换向极换向极绕组绕组换向极换向极铁心铁心高铁学院2 直流电动机的构造高铁学院定子机座定子机座换向极铁心换向极铁心换向极绕组换向极绕组主磁极铁主磁极铁心心主磁极绕组主磁极绕组（励磁绕组）（励磁绕组）直流电机定子直流电机定子 2 直流电动机的构造高铁学院 由铁心、绕

4、组（线圈）、换向器组成。由铁心、绕组（线圈）、换向器组成。2 直流电动机的构造高铁学院 直流电机按照励磁方式可分为直流电机按照励磁方式可分为他励电动机他励电动机、并并励电动机励电动机、串励电动机串励电动机和和复励电动机复励电动机U UU Uf fI Ia aMM+ +_+ +_I If ffR stRI Ia aU UMM+ +_I If ffR stR+ +_I IE E3 直流电机的分类高铁学院UUIa+ +_IfM复励复励U+_IMIa3 直流电机的分类高铁学院4 并励电动机的起动与反转太大会使换向器产生严重的火花太大会使换向器产生严重的火花, ,烧坏换向器；烧坏换向器；1. 1. 启启

5、动问题：动问题：(1) (1) 启动电流启动电流大大(2) (2) 启动转矩大启动转矩大 起动时，起动转矩为起动时，起动转矩为(1020)(1020)T TN N , , 造成机械冲击，造成机械冲击，使传动机构遭受损坏。使传动机构遭受损坏。高铁学院2.2.起动方法起动方法4 并励电动机的起动与反转电磁转矩：电磁转矩：高铁学院常见直流电机调速方常见直流电机调速方法有三种。法有三种。n=(U-Ia(Ra+Rad)/(Ke)n=(U-Ia(Ra+Rad)/(Ke)式中： n转速， U电机端电压， Rad串入电驱回路的电阻， Ia 电枢电流， Ra 电机电枢绕组电阻Ke 电机常数， 电机气隙磁通。4

6、并励电动机的起动与反转高铁学院二、三相异步电动机高铁学院三相异步电动机主要部件是由三相异步电动机主要部件是由定子和转子定子和转子两大部分两大部分组成。此外，还有端盖、机座、轴承、风扇等部件。组成。此外，还有端盖、机座、轴承、风扇等部件。二、三相异步电动机高铁学院三相异步电动机的定子是由三相异步电动机的定子是由机座、定子铁心机座、定子铁心和定子绕组和定子绕组组成。组成。二、三相异步电动机高铁学院根据转子绕组结构的不同又分为根据转子绕组结构的不同又分为笼型转子笼型转子和和绕线型转子绕线型转子。笼型转子笼型转子二、三相异步电动机高铁学院根据转子绕组结构的不同又分为根据转子绕组结构的不同又分为笼型转子

7、笼型转子和和绕线型转子绕线型转子。绕线型转子绕线型转子二、三相异步电动机高铁学院2.1 工作原理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二、三相异步电动机高铁学院2.2 转动原理1、电生磁：三相对称绕组通往三相对称电流产生圆形旋转磁场。2、磁生电：旋转磁场切割转子绕组感应电动势和电流。3、电磁力：转子绕组

8、在磁场作用下受电磁力作用，形成电磁转矩， 驱动电动机旋转，将电能转化为机械能。U2U1W2V1W1V21nn二、三相异步电动机高铁学院0n规定：规定： i : “+” 首端流入，尾端流出。首端流入，尾端流出。 i : “” 首端流出，尾端流入。首端流出，尾端流入。 三相对称交流绕组通入三相对称交流电流时，将在电机气隙空间产生旋转磁场。CiAXCZBYAiBiAiBiCimItAYCBZX()电流出电流出( )电流入电流入二、三相异步电动机高铁学院CiBiAii t600mIo60=t90=t分析可知：三相电流产生的合成磁场是一旋转的磁场。 即：一个电流周期，旋转磁场在空间转过360。0=tAX

9、YCBZAXYCBZAXYCBZNS0n60SNSN高铁学院旋转磁场的转向旋转磁场的转向旋转磁场是沿着：旋转磁场是沿着：U1V1W1与三相绕组中的三相电流的相序与三相绕组中的三相电流的相序 L1 L2 L3 一致一致L1 L2 L3L1 L2 L3n0n0二、三相异步电动机高铁学院2.3. 2.3. 三相异步电动机的极数三相异步电动机的极数 三相异步电动机定子产生旋转磁场的磁极个数，称为极数。对于每相只有一个线圈的电动机，绕组始端之间相差120的空间角，则产生的旋转磁场只有一对磁极。磁极对数用p表示，则p=1。 若每相定子绕组由两个线圈串联组成(如图所示)，则绕组始端之间相差60空间角，因而旋

10、转磁场具有两对磁极，p=2.ABCXA X B Y YZZ C 磁场位置(t=0)AXX ANSSNZCZCBYBYCYABCXYZAXBZAiCiBi二、三相异步电动机高铁学院二、三相异步电动机 电动机的转速是与旋转磁场有关的。电动机的转速是与旋转磁场有关的。而磁场极数不同而磁场极数不同则磁场的转速就不同，在一对磁极的情况下，交流电经则磁场的转速就不同，在一对磁极的情况下，交流电经历一个周期磁场恰好在空间转过一圈，若定子电流的频历一个周期磁场恰好在空间转过一圈，若定子电流的频率为率为f1f1，旋转磁场在每分钟将转过，旋转磁场在每分钟将转过60f160f1 周。周。 磁极对数为磁极对数为 p

11、p时，磁场的转速为：时，磁场的转速为：）（min/60=11rpfn三相异步电动机的转速高铁学院2=p180分）转 /( 50011=p360分）转 /( 0003极对数每个电流周期磁场转过的空间角度同步转速)Hz50=(1f3=p120分）转 /( 00014=p分分）转转 /( 75090 可见：旋转磁场转速 与频率f1和极对数p有关。二、三相异步电动机高铁学院 三相异步电动机三相异步电动机型型 号号 Y132S6功功 率率 3 kW 频频 率率 50 Hz电电 压压 380 V 电电 流流 7.2 A 联联 结结 Y转转 速速 960 r/min 功率因数功率因数 0.76 绝缘等级绝缘

12、等级 B Y132S6Y系列异步机系列异步机机座中心高度机座中心高度机座长度代号机座长度代号 2p = 6n0 = 1 000 r/min PN PN = 3 kW轴上输出机械功率的额定值轴上输出机械功率的额定值 UN UN = 380 V定子三相绕组应施加的线电压定子三相绕组应施加的线电压磁极数磁极数二、三相异步电动机高铁学院 IN IN = 7.2 A 三相异步电动机三相异步电动机型型 号号 Y132S6功功 率率 3 kW 频频 率率 50 Hz电电 压压 380 V 电电 流流 7.2 A 联联 结结 Y转转 速速 960 r/min 功率因数功率因数 0.76 绝缘等级绝缘等级 B定

13、子三相绕组的额定线电流定子三相绕组的额定线电流 nN N = cos NP1N = 3 UNIN cos N二、三相异步电动机高铁学院Y形连接：形连接： 每相绕组上的电压每相绕组上的电压是电源线电压是电源线电压1/3 形连接：形连接：每相绕组上的电压每相绕组上的电压是电源线电压是电源线电压 UVWUNI1lYUVWUNI1l 二、三相异步电动机高铁学院W2U2V2U1V1W1W2U2V2U1V1W1W2U2V2U1V1W1 接线柱的联结接线柱的联结 星形联结星形联结三角形联结三角形联结二、三相异步电动机高铁学院 异步机的起动特性：异步机的起动特性： 起动电流大起动电流大: IS = KC IN

14、 =（57）IN 起动转矩小起动转矩小: TS = KSTN =（1.62.2）TN 影响：影响： 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，影响其他负载工作。大电流使电网电压降低，影响其他负载工作。五、五、 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 不好不好! 良好的起动性能良好的起动性能: 起动电流小起动电流小 起动转矩大起动转矩大上一页上一页下一页下一页返返 回回上一节上一节下一节下一节二、三相异步电动机高铁学院（一）鼠笼式异步电动机的起动（一）鼠笼式异步电动机的起动（1）直接起动（全压起动）直接起动（全压起动） (a) 小

15、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。（2）减压起动）减压起动(a) Y 减压减压起动：起动： 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 二、三相异步电动机高铁学院(b) 自耦变压器自耦变压器减压减压起动起动M3Ul降压比为降压比为:KA=UlUNUl= KAUNKAIs定子电压：定子电压：定子电流：定子电流： KA IsKAIs KA线路电流：线路电流： KA2IsIsa = KA2Is 自耦变压器自耦变压器降压降压起动的起动电起动的起动

16、电 流为：流为：Tsa = KA2Ts 自耦变压器自耦变压器降压降压起动的起动转起动的起动转 矩为：矩为：UN上一页上一页下一页下一页返返 回回上一节上一节下一节下一节二、三相异步电动机高铁学院( (二二) )绕线式异步机的起动：绕线式异步机的起动：RRR滑环滑环电刷电刷定子定子转子转子起动电阻起动电阻起动时将适当的起动时将适当的R 串入转子电路中，起动后将串入转子电路中，起动后将R 短路短路。上一页上一页下一页下一页返返 回回上一节上一节下一节下一节二、三相异步电动机高铁学院(1) 转子电路串电阻起动转子电路串电阻起动 减小起动电流减小起动电流 增大起动转矩增大起动转矩(2) 转子电路串频敏变阻器转子电路串频敏变阻器起动起动 频敏变阻器：频敏变阻器： 频率高，损耗大，电阻大；频率高，损耗大，电阻大； 频率低，则反之。频率低，则反之。 转子电路起动时转子电路起动时: R2R2n0TnOTsTs 转子电路运行时转子电路运行时:f2 高，电阻大，高，电阻大， Ts 大，大， Is 小。小。f2 低，电阻小，低，电阻小， 自动切除变阻器。自动切除变阻器。R2R2上一页上一页下一页下一页返返 回回