第4章交流电机(6学时)(1-30 2课时 第4-2周)(30-60 2课时)(共71)2010-03-25

1、东南大学机械工程学院15.1 5.1 三相异步电动机的结构和工作原理三相异步电动机的结构和工作原理5.2 5.2 三相异步电动机的定、转子电路分析三相异步电动机的定、转子电路分析5.3 5.3 三相异步电动机的转矩和机械特性三相异步电动机的转矩和机械特性5.4 5.4 三相异步电动机的启动三相异步电动机的启动5.5 5.5 三相异步电动机的的调速特性三相异步电动机的的调速特性5.6 5.6 三相异步电动机的的制动特性三相异步电动机的的制动特性5.7 5.7 单相异步电动机单相异步电动机5.8 5.8 同步电动机同步电动机东南大学机械工程学院2东南大学机械工程学院3东南大学机械工程学院45.1.

2、1 5.1.1 三相异步电动机的基本结构三相异步电动机的基本结构东南大学机械工程学院55.1.1 5.1.1 三相异步电动机的基本结构三相异步电动机的基本结构东南大学机械工程学院65.1.1 5.1.1 三相异步电动机的基本结构三相异步电动机的基本结构东南大学机械工程学院75.1.1 5.1.1 三相异步电动机的基本结构三相异步电动机的基本结构东南大学机械工程学院85.1.1 5.1.1 三相异步电动机的基本结构三相异步电动机的基本结构东南大学机械工程学院95.1.2 5.1.2 异步电机的工作原理异步电机的工作原理原理：原理：基于基于定子旋转磁定子旋转磁场和转子电场和转子电流的相互作流的相互

3、作用。用。东南大学机械工程学院10 5.1.3 5.1.3 三相异步电动机的旋转磁场三相异步电动机的旋转磁场定子绕组的接法：定子绕组的接法：东南大学机械工程学院11旋转磁场的产生旋转磁场的产生磁场幅值不变，也叫磁场幅值不变，也叫圆形旋转磁场圆形旋转磁场东南大学机械工程学院12相序对调后旋相序对调后旋转磁场反向转磁场反向东南大学机械工程学院13相序对调后旋转磁场反向BC对调前：对调前：ABCBC对调后：对调后：ACB极对数极对数 p=1 旋转磁场转速：旋转磁场转速：n0r/min=60fHz东南大学机械工程学院14多多极极对对数数定定子子绕绕组组极对数极对数 p=2 旋转磁场转速：旋转磁场转速：

4、n0r/min=60fHz /p东南大学机械工程学院15 5.1.4 5.1.4 绕组端子接线方法绕组端子接线方法实际电动机的每相的绕组比我们分析的例子要多。实际电动机的每相的绕组比我们分析的例子要多。具体绕制方法不详细叙述。具体绕制方法不详细叙述。东南大学机械工程学院16 定子三相绕组的连接方式定子三相绕组的连接方式(Y(Y形或形或形形) )的选择，的选择，和普通三相负载一样，须视电源的和普通三相负载一样，须视电源的线电压线电压而定。如而定。如果电动机所接入之果电动机所接入之电源的线电压电源的线电压等于电动机的等于电动机的额定额定相电压相电压( (即每相绕组的额定电压即每相绕组的额定电压)

5、)，那么、它的绕组，那么、它的绕组应该接成应该接成三角形三角形；如果电源的线电压是电动机额定；如果电源的线电压是电动机额定相电压的相电压的 倍，它的绕组就应该接成倍，它的绕组就应该接成Y Y形形。通常。通常电动机的铭牌上标有符号电动机的铭牌上标有符号Y Y和数字和数字380380220220，前，前者表示者表示定子绕组的接法定子绕组的接法后者表示后者表示对应于不同接法对应于不同接法应加的线电压值应加的线电压值。P56P56页例页例5.1 5.1 新书新书 p78p78 5.1.4 5.1.4 绕组端子接线方法绕组端子接线方法3东南大学机械工程学院175.2 5.2 三相异步电动机的定子电路和转

6、子电路三相异步电动机的定子电路和转子电路东南大学机械工程学院185.2.15.2.1、定子电路分析、定子电路分析与直流电动机对比与直流电动机对比东南大学机械工程学院195.2.15.2.1、定子电路分析、定子电路分析东南大学机械工程学院20定子每相绕组的磁通：定子每相绕组的磁通：tmsin每相绕组的磁每相绕组的磁通最大值通最大值定子每相绕组中产生的感应电动势：定子每相绕组中产生的感应电动势：dtdWe115.2.15.2.1、定子电路分析、定子电路分析东南大学机械工程学院21定子每相绕组中产生的感应电动势：定子每相绕组中产生的感应电动势：dtdWe11感应电动势的有效值：感应电动势的有效值：其

7、中绕组系数：其中绕组系数：)6 . 5(44. 4111WbmHZVWfKE1K故：故：WbmHZVWfE44. 4111其中：其中：)7 . 5(60)(min/01rHZnpf5.2.15.2.1、定子电路分析、定子电路分析东南大学机械工程学院22定子每相绕组中还产生漏定子每相绕组中还产生漏磁通磁通：dtdiLeLL111复数表示为：复数表示为：定子每相绕组的电压分量定子每相绕组的电压分量分为三个分量：分为三个分量：)()()(1111111111edtdiLRieeRiuLL)()()(1111111111EXIjRIEERIUL式中：式中： 和和11112LLfXR为定子的电阻和漏磁感

8、抗（很小）为定子的电阻和漏磁感抗（很小）一般认为：一般认为：)10. 5()(1111EUEUeL15.2.15.2.1、定子电路分析、定子电路分析东南大学机械工程学院23 5.2.2 5.2.2、转子电路分析、转子电路分析转子每相绕组中产生的感应电动势：转子每相绕组中产生的感应电动势：dtdWe22感应电动势的有效值：感应电动势的有效值：)11. 5(44. 4222WbmHZVWfEf2为转子电流的频率为转子电流的频率60)(min/01rHZnpf因为：因为：60)(60)(100min/0min/02fspnnnnnnpfrrHZ转差率转差率东南大学机械工程学院24感应电动势的有效值：

9、感应电动势的有效值：WbmHZVWfsE44. 4212如：如：n=0 s=1 时，转子电动势最大时，转子电动势最大(堵转电动势堵转电动势)WbmHZVWfE44. 42120VVEsE202 5.2.2 5.2.2、转子电路分析、转子电路分析东南大学机械工程学院25转子每相绕组中还产生漏转子每相绕组中还产生漏磁通：磁通：dtdiLeLL222复数表示为：复数表示为：转子每相绕组的电压分量转子每相绕组的电压分量分为：分为：dtdiLRieRieLL22222222)(22222222)(XIjRIERIEL式中：式中： 和和22222LLfXR为转子的电阻和漏磁感抗为转子的电阻和漏磁感抗eL1

10、eL2 5.2.2 5.2.2、转子电路分析、转子电路分析东南大学机械工程学院2621202LLfX2222LLfX当当n=0 S=1时：时：202SXX eL1eL2而：而：每相转子的电流：每相转子的电流：2202220222222)(SXRSEXREI由于转子有漏磁通，相应的感抗为由于转子有漏磁通，相应的感抗为X2，因此，因此I2比比E2 滞后滞后2转子电路的功率因数为：转子电路的功率因数为：220222222222)(cosSXRRXRR 5.2.2 5.2.2、转子电路分析、转子电路分析2222LLfX东南大学机械工程学院27转差率S与功率因数cos 的关系2202220222222)

11、(SXRSEXREI220222222222)(cosSXRRXRR2 5.2.2 5.2.2、转子电路分析、转子电路分析东南大学机械工程学院28 5.2.3 5.2.3 三相异步电动机的额定值三相异步电动机的额定值电动机在制造工厂所拟订的情况下工作时，电动机在制造工厂所拟订的情况下工作时，称为称为电动机的额定运行电动机的额定运行，通常用额定值来表示其运，通常用额定值来表示其运行条件，这些数据大部分都标明在电动机的行条件，这些数据大部分都标明在电动机的铭牌铭牌上，上，使用电动机时，必须看懂铭牌。使用电动机时，必须看懂铭牌。铭牌上主要有：铭牌上主要有：型号、额定功率、额定电压、额定型号、额定功率

12、、额定电压、额定频率、额定电流、额定转速、工作方式、温升（绝频率、额定电流、额定转速、工作方式、温升（绝缘等级）、电机重量。缘等级）、电机重量。铭牌上不表明的有：铭牌上不表明的有：额定功率因数：额定功率因数：coscosN N 、额定效率额定效率N N 、额定负载转矩、额定负载转矩T TN N 等。等。东南大学机械工程学院29 5.2.3 5.2.3 三相异步电动机的额定值三相异步电动机的额定值铭牌上不表明的有：铭牌上不表明的有：额定功率因数：额定功率因数：coscosN N 、额定效率额定效率N N 、额定负载转矩、额定负载转矩T TN N 等。等。东南大学机械工程学院30 5.2.4 5.

13、2.4 三相异步电动机的能流图三相异步电动机的能流图电动机定子的输入功率电动机定子的输入功率1111cos3IUP 定子绕组铜损定子绕组铜损1CuP定子铁心的铁损定子铁心的铁损1FeP电磁功率电磁功率eP转子绕组铜损转子绕组铜损2CuP机械磨损机械磨损mP输出功率输出功率2P电动机效率电动机效率1112PPPPP东南大学机械工程学院3122cosIKTt功率因素对转矩的影响功率因素对转矩的影响5.3 5.3 三相异步电动机的转矩和机械特性三相异步电动机的转矩和机械特性东南大学机械工程学院325.3 5.3 三相异步电动机的转矩和机械特性三相异步电动机的转矩和机械特性22cosIKTt功率因素对

14、转矩的影响功率因素对转矩的影响东南大学机械工程学院335.3 5.3 三相异步电动机的转矩和机械特性三相异步电动机的转矩和机械特性22cosIKTt功率因素对转矩的影响功率因素对转矩的影响东南大学机械工程学院345.3 5.3 三相异步电动机的转矩和机械特性三相异步电动机的转矩和机械特性22cosIKTt2202222)(SXRUSRKT功率因素对转矩的影响功率因素对转矩的影响22022212202220222222)()44. 4()(SXRNfSSXRSEXREI220222222222)(cosSXRRXRR常数11111144. 444. 4NfUNfE东南大学机械工程学院35四个特殊

15、点四个特殊点（0,0,）、（）、（T TN N,n,nN N）、（）、（ T Tstst,0 ,0 ）、）、( (T Tmaxmax,n,nm m ) )min/.55.9rNwNmNNnPT00nnnSNN2202222XRURKTst202max2 XUKT202XRSm2.10.1/NststTTNmTT/max过载能力系数：过载能力系数：SSSSTTmmmax2实验表达式：实验表达式： 5.3.2 5.3.2 三相异步电动机的机械特性固有机械特性三相异步电动机的机械特性固有机械特性2202222)(SXRUSRKT东南大学机械工程学院362202222)(SXRUSRKT1、降低电动机

16、电源电压时的人为特性、降低电动机电源电压时的人为特性202max2 XUKT202XRSmn0r/min=60fHz /p2202222XRURKTst 5.3.2 5.3.2 三相异步电动机的机械特性人为机械特性三相异步电动机的机械特性人为机械特性东南大学机械工程学院372、定子电路接入电阻或电抗时的人为特性、定子电路接入电阻或电抗时的人为特性202max2 XUKT202XRSmn0r/min=60fHz /p定子电路接入电阻或电抗时，与降低电压基本相同。定子电路接入电阻或电抗时，与降低电压基本相同。但其最大转矩比直接降低电源电压时的最大转矩要大。但其最大转矩比直接降低电源电压时的最大转矩

17、要大。 5.3.2 5.3.2 三相异步电动机的机械特性人为机械特性三相异步电动机的机械特性人为机械特性东南大学机械工程学院383、改变定子电路频率时的人为特性、改变定子电路频率时的人为特性202max2 XUKTfXRSm1202影响因数及过程比较复杂。影响因数及过程比较复杂。fXRURKTst122022222202LfLX常数fUfK1常数maxTfpfn 600要求： 5.3.2 5.3.2 三相异步电动机的机械特性人为机械特性三相异步电动机的机械特性人为机械特性东南大学机械工程学院394、转子电路串电阻时的人为特性、转子电路串电阻时的人为特性(线绕式电机线绕式电机)202max2 X

18、UKT2022XRRSrm22022222)(XRURRKTrstpfn600 5.3.2 5.3.2 三相异步电动机的机械特性人为机械特性三相异步电动机的机械特性人为机械特性东南大学机械工程学院405.4 5.4 三相异步电动机的启动特性三相异步电动机的启动特性对电动机启动的要求：对电动机启动的要求：1、启动转矩足够大。、启动转矩足够大。2、启动电流越小越好。、启动电流越小越好。3、启动、启动平滑。平滑。4、安全可靠，简单，方便。、安全可靠，简单，方便。5、功耗小。、功耗小。NstII)75(0n1S2202222)(cosSXRRsttstIKT22cos东南大学机械工程学院415.4.1

19、5.4.1鼠笼式异步交流电机的常用启动方法鼠笼式异步交流电机的常用启动方法1 1、直接启动、直接启动： 可以使用直接启动的情况：详可以使用直接启动的情况：详见（新见（新P96 老老P68）第一段。）第一段。东南大学机械工程学院422 2、定子串电阻或电抗器降压启动、定子串电阻或电抗器降压启动启动时，将启动电阻串入定子电路，以降低启动电启动时，将启动电阻串入定子电路，以降低启动电流。但启动转矩同时减小。只用于空载、轻载启动。流。但启动转矩同时减小。只用于空载、轻载启动。东南大学机械工程学院433 3、Y-Y- 降压启动降压启动启动时：启动时：1KM闭合，闭合，2KM断开，断开，Y连接连接启动后：

20、启动后： 1KM断开，断开，2KM闭合，闭合， 连接连接)3(1YZUIstZUIst133ststYII32Y1UTst21UTst3ststYTT只用于空载或轻载，正常运行时按只用于空载或轻载，正常运行时按 连接的连接的异步电动机。异步电动机。专用设备：专用设备： Y- 启动器启动器设：设：U1为电源线电压，为电源线电压，IstY为为Y连接时的启连接时的启动电流，动电流，Ist 为为 连接时的启动电流，连接时的启动电流，Z为为启动时的每相绕组的等效阻抗。则：启动时的每相绕组的等效阻抗。则： 东南大学机械工程学院444 4、自耦变压器降压启动、自耦变压器降压启动启动时：启动时：1KM，2KM

21、闭合，闭合，KM断开，断开，Y连接，连接，接入自耦变压器。接入自耦变压器。启动后：启动后： 1KM，2KM断开，断开，KM闭闭合，断开自耦变压器，全电压运行。合，断开自耦变压器，全电压运行。11212NNUUK12KUUstIKKII221ststTKT21注意：此时的注意：此时的I2 、U2接是副边的电流和电压，不是转子的电流和电压。接是副边的电流和电压，不是转子的电流和电压。Y- 降压启动时：降压启动时：31K自耦变压器降压启动时：自耦变压器降压启动时：K可调可调stKII2专用设备：启动补偿器专用设备：启动补偿器表表5.2 鼠笼式异步电动机几种常用启动方法的比较（老鼠笼式异步电动机几种常

22、用启动方法的比较（老P70）东南大学机械工程学院455 5、延边三角行接法、延边三角行接法启动的特性介于直接启动和启动的特性介于直接启动和Y- 降压启降压启动之间，对电动机绕组的出线有特殊的要求用动之间，对电动机绕组的出线有特殊的要求用的不多。的不多。东南大学机械工程学院465.4.25.4.2绕线式异步电动机的启动方法绕线式异步电动机的启动方法鼠笼式电动机的启动转矩小，启动鼠笼式电动机的启动转矩小，启动电流大，不能满足大启动转矩的生产机电流大，不能满足大启动转矩的生产机械的要求。必须选用绕线式异步电动机。械的要求。必须选用绕线式异步电动机。启动方法：逐级切除启动电阻法和频敏启动方法：逐级切除

23、启动电阻法和频敏变阻器法变阻器法东南大学机械工程学院475.4.25.4.2绕线式异步电动机的启动方法绕线式异步电动机的启动方法东南大学机械工程学院485.4.25.4.2绕线式异步电动机的启动方法绕线式异步电动机的启动方法2122)(sffX2202LfLX东南大学机械工程学院495.5 5.5 三相异步电动机的调速特性三相异步电动机的调速特性SSSSTTmmmax212maxmaxTTTTSSm00nnnSpfn600)1(6010SpfSnn可通过可通过Tmax、Sm、f、p四个参数调节速度四个参数调节速度n东南大学机械工程学院501、调压调速（变、调压调速（变Tmax ）202max2

24、 XUKT5.5 5.5 三相异步电动机的调速特性三相异步电动机的调速特性东南大学机械工程学院515.5 5.5 三相异步电动机的调速特性三相异步电动机的调速特性2、转子电路串电阻调速、转子电路串电阻调速(变变Sm)202XRSm东南大学机械工程学院523、改变极对数调速、改变极对数调速(p)5.5 5.5 三相异步电动机的调速特性三相异步电动机的调速特性由式 n0=60f/p 可知，如果磁极对数p减小一半，则旋转磁场的转速n0将提高一倍，转子转速n差不多也提高一倍。因此改变p可以得到不同的转速。 如何改变磁极对数，取决于定子绕组的布置和联接方式。原理原理：变换异步电动机绕组极数从而改变同步转

25、速进行调速，其转速是按阶跃方式变化，而非连续变化。东南大学机械工程学院533、改变极对数调速、改变极对数调速(p)5.5 5.5 三相异步电动机的调速特性三相异步电动机的调速特性东南大学机械工程学院543、改变极对数调速、改变极对数调速(p)5.5 5.5 三相异步电动机的调速特性三相异步电动机的调速特性东南大学机械工程学院553、改变极对数调速、改变极对数调速(p)a、YYY 串联改为并联极对数减少一倍，转矩不变，功率串联改为并联极对数减少一倍，转矩不变，功率增加一倍。增加一倍。b、 YY 极对数也减少一倍，功率不变，转矩减少一倍。极对数也减少一倍，功率不变，转矩减少一倍。注意：相序的同时改

26、变，使调速前后转向不变。注意：相序的同时改变，使调速前后转向不变。4、变频调速、变频调速(f)，以后介绍，以后介绍5.5 5.5 三相异步电动机的调速特性三相异步电动机的调速特性东南大学机械工程学院564、变频调速、变频调速(f)，5.5 5.5 三相异步电动机的调速特性三相异步电动机的调速特性原理：原理：利用电动机的同步转速随频率变化的特性，通过改变电利用电动机的同步转速随频率变化的特性，通过改变电动机的供电频率进行调速动机的供电频率进行调速间接变换方式（交-直-交变频）东南大学机械工程学院575.6 5.6 三相异步电动机的制动特性三相异步电动机的制动特性1、反馈制动：、反馈制动：A、负载

27、为位能转矩的起重机械在下放重物时的、负载为位能转矩的起重机械在下放重物时的反馈制动。反馈制动。B、变极调速或变频调速时，理想空载转速的下降、变极调速或变频调速时，理想空载转速的下降而产生的反馈制动。而产生的反馈制动。只在高速运行只在高速运行东南大学机械工程学院58 5.6.2 5.6.21 1、电源反接制动、电源反接制动难于用于准确停车难于用于准确停车东南大学机械工程学院59 5.6.2 5.6.22 2 、倒拉反接制动、倒拉反接制动难于用于准确停车难于用于准确停车东南大学机械工程学院60 5.6.3 5.6.3、能耗制动、能耗制动1KM打开，打开，2KM合上。可以准确停车。注：停车后断开电源

28、。合上。可以准确停车。注：停车后断开电源。5.7 5.7 单相异步电动机单相异步电动机特点与应用特点与应用5.7 5.7 单相异步电动机单相异步电动机类型类型结构结构5.7 5.7 单相异步电动机单相异步电动机结构结构5.7 5.7 单相异步电动机单相异步电动机1it1i5.7 5.7 单相异步电动机单相异步电动机工作原理工作原理东南大学机械工程学院665.7 5.7 单相异步电动机单相异步电动机单相异步电动机的磁场单相异步电动机的磁场脉动磁场：空间不旋转，而磁通或磁感应强度的大小随时间作正弦变化。脉动磁场：空间不旋转，而磁通或磁感应强度的大小随时间作正弦变化。tBBmsin一推就转，且能达到

29、稳定，但无启动能力一推就转，且能达到稳定，但无启动能力5.7 5.7 单相异步电动机单相异步电动机工作原理工作原理可以证明：可以证明：一个空间轴线固定而大小按正弦规律变化的脉冲磁场可以分解成两个转速相等而方向相反的旋转磁场。一推就转，且能达到稳定，但无启动能力一推就转，且能达到稳定，但无启动能力-5.7 5.7 单相异步电动机单相异步电动机工作原理工作原理2/| |-mm-02s121ss1T2Ts01s22s21sU1I2I5.7 5.7 单相异步电动机单相异步电动机UAIBIUAIBI12AitBitiiAmAsin)90sin(tiiBmBUAIBIAitBiUAIBIAitBiUAIB

30、I单相异步电动机的调速单相异步电动机的调速单相异步电动机的调速单相异步电动机的调速单相异步电动机的调速单相异步电动机的调速单相异步电动机的调速单相异步电动机的调速东南大学机械工程学院81电容分相式异步电动机的反转的实现电容分相式异步电动机的反转的实现东南大学机械工程学院822 2 、罩极式单相异步电动机、罩极式单相异步电动机用短路铜环罩住磁极的一部分，使通过铜环的磁通在相位上比主磁通滞后一定的相位角。使转子上产生一个启动转矩。东南大学机械工程学院832 2 、罩极式单相异步电动机、罩极式单相异步电动机东南大学机械工程学院845.8 5.8 同步电动机的工作原理、特点及应用同步电动机的工作原理、

31、特点及应用 同步电机同步电机既可以作发电机运行，亦可以既可以作发电机运行，亦可以作电动机运行。作电动机运行。同步电动机也是一种三相交流电机，它同步电动机也是一种三相交流电机，它除了用于除了用于电力传动电力传动外，还用于外，还用于补偿电网功率补偿电网功率因素因素。发电厂中的交流发电机，全部采用同步电发电厂中的交流发电机，全部采用同步电机。机。东南大学机械工程学院855.8.1 5.8.1 、同步电动机的基本结构、同步电动机的基本结构定子定子：铁心、定子绕组（电枢绕组）机座等；：铁心、定子绕组（电枢绕组）机座等；转子转子: :主磁极、直流励磁绕组、启动绕组，电刷等。主磁极、直流励磁绕组、启动绕组，

32、电刷等。注：同步电动机同时可作为同步发电机注：同步电动机同时可作为同步发电机东南大学机械工程学院86 5.8.2 5.8.2 、同步电动机的工作原理和运行特性、同步电动机的工作原理和运行特性pfnHZr/60min/0东南大学机械工程学院87如果If变化，则f就要变化, 如要保持 不变（磁饱和），则0就要变化，I也变化。又因为T、n不变，输出功率P2也不变，输入功率 也是不变的，而U不变， 就要变化。可通过改变If ，调节 的大小，当 时，U和I同相，此时励磁的电流称为正常励磁电流（全部磁电势都由直流产生）。不变输入：不变输出：不变、总磁通：产生磁通定子电流产生磁通由励磁电流cos39550/

33、PnI,120f0fUIPTnTIfcos31UIp coscos1cos 5.8.2 5.8.2 、同步电动机的工作原理和运行特性、同步电动机的工作原理和运行特性东南大学机械工程学院88同步电动机最突出的优点：同步电动机最突出的优点：调整同步电动机转子的直流调整同步电动机转子的直流励磁电流便能控制励磁电流便能控制coscos 的大小和性质的大小和性质（容性或感性（容性或感性) )。Cos =1时，励磁的电流称为正常励磁电流：时，励磁的电流称为正常励磁电流： I正常正常 。If I正常正常 过励过励 直流励磁磁电势过剩，向电网发送电感性电流直流励磁磁电势过剩，向电网发送电感性电流和电感性无功功率，和电感性无功功率，电容性负载电容性负载。（同步补偿机）详见。（同步补偿机）详见P105cos 5.8.2 5.8.2 、同步电动机的工作原理和运行特性、同步电动机的工作原理和运行特性东南大学机械工程学院89 5.8.3 5.8.3 、同步电动机的启