第8章 电动机

1、第第8 8章章 电动机电动机8.1 8.1 三相异步电动机的结构三相异步电动机的结构8.2 8.2 三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理8.3 8.3 三相异步电动机的电磁转矩和机械特性三相异步电动机的电磁转矩和机械特性8.4 8.4 三相异步电动机的运行特性和额定值三相异步电动机的运行特性和额定值8.5 8.5 三相异步电动机的启动、反转、制动和调三相异步电动机的启动、反转、制动和调速速8.6 8.6 单相电动机单相电动机8.1 8.1 三相异步电动机的结构三相异步电动机的结构0.5mm厚机座：铸铁或钢板焊接机座：铸铁或钢板焊接支撑铁心和固定电机支撑铁心和固定电机装有三相绕组的定

2、子定子绕组的接线定子绕组的接线。通常。通常联结联结电机容量电机容量Y3kW 联联结结电电机机容容量量 kW4X XA AZ ZB BY YC CA AX XC CB BZ ZY YZ ZX XY YB BC CA A笼型笼型 转子转子: : 在旋转磁场作用下在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电流，产生感应电动势或电流, ,产生旋转力矩转轴转轴转子铁心转子铁心转子绕组转子绕组0.5mm的硅钢片叠压笼型转子笼型转子(1)笼型转子笼型转子 铁芯槽内放铜条，端铁芯槽内放铜条，端部用短路环形成一体部用短路环形成一体 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 三相转子绕组通常连接

3、成星形，即三个末端连在一起，三相转子绕组通常连接成星形，即三个末端连在一起，三个首端分别与转轴上的三个滑环（滑环与轴绝缘且滑环间三个首端分别与转轴上的三个滑环（滑环与轴绝缘且滑环间相互绝缘）相连，通过滑环和电刷接到外部的变阻器上，以相互绝缘）相连，通过滑环和电刷接到外部的变阻器上，以便改善电机的起动和调速性能便改善电机的起动和调速性能。绕线式转绕线式转子绕组与子绕组与外接变阻外接变阻器的连接器的连接三相异步电机三相异步电机 Y 系列系列 8.2 三相电动机的原理三相电动机的原理 电动机是通过电磁转换将电能转换成机器能的电电动机是通过电磁转换将电能转换成机器能的电气设备气设备。一、一、 旋转磁场

4、的定性描述旋转磁场的定性描述 旋转磁场的产生旋转磁场的产生 把三相把三相定子绕组定子绕组接成接成星星形形接到对称三相电源，定子接到对称三相电源，定子绕组中便有对称三相电流流绕组中便有对称三相电流流过。过。 电流的电流的参考方向参考方向规定从规定从绕组的始端经绕组内部指向绕组的始端经绕组内部指向末端。末端。AiAiBiCXBYCZiCiAiBitmIo0nAYCBZX()电流电流出出( )电流电流入入ABC2sin22sin()342sin()3pppiItiItiIt三相对称交流绕组通三相对称交流绕组通入三相对称交流电流入三相对称交流电流时，将在电机气隙空时，将在电机气隙空间产生旋转磁场；间产

5、生旋转磁场；CiBiAii tAXYCBZAXYCBZAXYCBZNS0 t 60t 0n60 90t 600mIoSNSN900900结论：结论： 在对称的三相绕组中通在对称的三相绕组中通入三相电流，可以产生在入三相电流，可以产生在空空间旋转间旋转的合成磁场。的合成磁场。AAXZBCYAAXZBCY0t 60t 任意调换两根电源进线任意调换两根电源进线NSNSiCiAiBitmIo600900 旋转磁场的旋转方向旋转磁场的旋转方向n当当定子绕组定子绕组在定子铁心中在定子铁心中排列方向排列方向为为顺时针顺时针方向时，其电流合成方向时，其电流合成磁场磁场的空间的空间旋转方向旋转方向也也为为顺时针

6、顺时针方向。方向。 n反之亦然。反之亦然。 n磁场的旋转方向与三相绕组在定子铁心中排磁场的旋转方向与三相绕组在定子铁心中排列顺序的方向（即列顺序的方向（即相序相序）一致。电流相序为）一致。电流相序为A-B-CA-B-C时磁场时磁场顺时针顺时针方向旋转；电流相序为方向旋转；电流相序为A-A-C-BC-B时磁场时磁场逆时针逆时针方向旋转。方向旋转。1160 (/nf转 分 ）工频：工频：Hz501 f13000 (/n 转 分 ）p=1时时AXYCBZNSAXYCBZNSAXYCBZNS0mICiBiAi tiomI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

7、的排列有关CYABCXYZAXBZAiBiCiBiCiAiimIt 0XAAXBYB Y CC ZZ X NSA X ABZCYZ C Y B SN0t 60tp=2时时BiCiAiit mI011601500 (/2fn 转 分）30AX XZ CZBYB Y A C NSNS1160 (/)fnp转 分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 与频率与频率f1和极对数和极对数p有关。

8、有关。三、三、 转子的转动原理转子的转动原理t =0时时和和情况情况n1AXBYCZ用右手定则可判断出用右手定则可判断出转子导体中转子导体中感应电流感应电流的方向的方向如图示；如图示；再用左手定则判断再用左手定则判断出转子导体的受力出转子导体的受力方向为上右下左，方向为上右下左，因此因此转子顺着同步转子顺着同步磁场磁场n n1 1的方向转动的方向转动。 三相对称定子绕三相对称定子绕组中通入对称三相交组中通入对称三相交流电，即在气隙中形流电，即在气隙中形成一个在时间上、空成一个在时间上、空间上都随时间变化的间上都随时间变化的一个旋转磁场。固定一个旋转磁场。固定不动的转子导体与旋不动的转子导体与旋

9、转磁场相切割后感应转磁场相切割后感应电流成为载流导体。电流成为载流导体。载流导体又和旋转磁载流导体又和旋转磁场相互作用，对轴生场相互作用，对轴生成电磁转矩，于是电成电磁转矩，于是电动机就顺着同步转速动机就顺着同步转速的方向转动起来的方向转动起来。电动机的转速电动机的转速 能能等等于于同步转速同步转速吗？吗？转子与旋转磁场间没有相对运动转子与旋转磁场间没有相对运动提示提示：如果如果1nn转子不切割磁场不能生成感应电流转子不切割磁场不能生成感应电流转子不是载流导体则不能受力转动转子不是载流导体则不能受力转动1nn转差率转差率 S 的概念的概念转子感生电流的频率转子感生电流的频率%10011nnns

10、转差率转差率S 为：为：异步电机运行中异步电机运行中: :%91s电动机起动瞬间电动机起动瞬间: :1 ,0sn（转差率最大）（转差率最大）转差率最小），转子最大转速( 0 1snn10ss范围：转子转速亦可由转差率求得转子转速亦可由转差率求得1(1)nns分）转/( 6011pfn 由由pnf6011pnnf6012pnnnn601111sf转子感生转子感生电流频率电流频率12sff 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 n=975 r/min=975 r/min，电源频率，电源频率 f f1 1=50 Hz=50 Hz。试求电动机。试求电动机的极对数

11、和额定负载下的转差率。的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步转速的关系可知：速的关系可知：n n1 1=1000 r/min , =1000 r/min , 1110009750.0251000nnns8.5 8.5 三相异步电动机的起动、反转、三相异步电动机的起动、反转、制动和调速制动和调速一、起动 使电机转子从静止到转速达到稳定的过程。 起动电流 （起动时定子线电流） 直接起动（全压起动） 降压起动 目的是减小起动电流。（）星形三角形换接起动法stI0n1s stN57IIAZBYXC正常正常运行运行UPABCXYZ

12、起起动动UPStstYTT31PPUU31 电动机断电后由于机械惯性总要经过一段时间才电动机断电后由于机械惯性总要经过一段时间才能停下来。为了提高生产效率及安全，能停下来。为了提高生产效率及安全，就是所谓的就是所谓的n0=0RM3NSnF当电动机三相定子绕组与交流电源断开后，当电动机三相定子绕组与交流电源断开后，把直流电通入两相绕组，产生固定不动的把直流电通入两相绕组，产生固定不动的磁场磁场n n0 0。电动机由于惯性仍在运转电动机由于惯性仍在运转。 能耗制动常用于生产机械能耗制动常用于生产机械中的各种机床制动。中的各种机床制动。n n0 0N NS Sn nF F把与电源相连接的三根火线任意

13、两根的位置把与电源相连接的三根火线任意两根的位置对调，使旋转磁场反向旋转，产生制动转矩。对调，使旋转磁场反向旋转，产生制动转矩。电动机由于惯性仍在运转。电动机由于惯性仍在运转。反接制动适用于中型车床和铣反接制动适用于中型车床和铣床的主轴制动。床的主轴制动。A A B BM M33C Cn n0 0=0=0N NS Sn nF F起重机快速下放重物，使重物拖动转子出起重机快速下放重物，使重物拖动转子出现现n n n n0 0情况时，电动机处于情况时，电动机处于此此时在转子导体中时在转子导体中这种制动称为这种制动称为四、交流异步电动机的调速四、交流异步电动机的调速 调速调速用人为的方法，在同一负载

14、下，使电动用人为的方法，在同一负载下，使电动机的转速从某一数值改变为另一数值。机的转速从某一数值改变为另一数值。 转速：转速：（）变极对数调速（）变极对数调速（）变转差率调速（）变转差率调速（）变频率调速（）变频率调速1160(1)(1)fns nsp22122220()Ts RTC URsX11fnn8.6 8.6 单相电动机单相电动机 日常生活中使用的电风扇、洗衣机等电机仅需日常生活中使用的电风扇、洗衣机等电机仅需要单相电源就能转动要单相电源就能转动, ,单相绕组是如何产生旋转磁场单相绕组是如何产生旋转磁场?一、电容启动式电动机一、电容启动式电动机 电容启动式电动机的结构与三相电容启动式电

15、动机的结构与三相电动机类似电动机类似, ,采用鼠龙式转子采用鼠龙式转子, ,但定子但定子结构有差别结构有差别在定子绕组中放置了一个启动绕在定子绕组中放置了一个启动绕组组B,B,它与工作绕组它与工作绕组A A在空间上相隔在空间上相隔90900 0 绕组绕组B B与电容器串联与电容器串联, ,使两个绕组的电使两个绕组的电流在相位上相差近于流在相位上相差近于90900,0,当单相定子当单相定子绕组通入交流电后绕组通入交流电后, ,将在电机气隙空将在电机气隙空间也会产生旋转磁场间也会产生旋转磁场21BiAiAIAIBIBIUU设工作线圈的电流为设工作线圈的电流为: :则启动线圈的电流为则启动线圈的电流

16、为: :1mI sinit02mI sin(90 )itAXBYAXBYAXBYAXBYAXBYAXBYAXBYAXBYAXBY合合成成磁磁场场方方向向2t74t32t54tt34t2t4t0tBiAi 应当指出单相电容启动电应当指出单相电容启动电机启动时开关机启动时开关K K要闭合要闭合, ,但启动但启动后开关可以断开后开关可以断开, ,但但运行特性运行特性相对较差相对较差 K K断开后断开后, ,只有工作线圈通只有工作线圈通电流电流, ,原来的旋转磁场变为脉原来的旋转磁场变为脉动磁场动磁场, ,若将脉动磁场分解若将脉动磁场分解, ,是是一对转动方向相反的旋转磁场一对转动方向相反的旋转磁场

17、对于正向旋转的磁场而言对于正向旋转的磁场而言, ,其其转差率为转差率为: :AIBIU0101nnSn000021)00022(21nnnnnnnSSnnn32t对于反向旋转的磁场而言对于反向旋转的磁场而言, ,其转差率为其转差率为: :AXAX2t 由于刚断开由于刚断开K K后后, ,转子的惯性转动使两者转差率有差别转子的惯性转动使两者转差率有差别, ,转转子上感应出的电流和频率大小不一样子上感应出的电流和频率大小不一样, ,各自产生的电磁转矩各自产生的电磁转矩M+M+和和M-M-也不同也不同理论证明理论证明M+M-,M+M-,因此转子上的合成转矩因此转子上的合成转矩M M的方向的方向与转子原来转动的方向一致与转子原来转动的方向一致, ,所以电机在所以电机在K K断开后仍能维持原来断开后仍能维持原来正向的方向转动正向的方向转动二、电容运转式异步电动机二、电容运转式异步电动机 电容启动电机为了追求较好的启动特性电容启动电机为了追求较好的启动特性, ,需要需要容量较大的电容容量较大的电容(50220uF/400V),(50220uF/400V),一般为省成本一般为省成本, ,采用采用电解电容电解电容, ,它只能在短时间工作它只能在短时间工作电容断开后运行特性电