电器工程_04电动机

1、第第4 4章章 电动机电动机第第 4 章电动机章电动机4.1三相异步电动机的构造三相异步电动机的构造4.2三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理4.3三相异步电动机的电路分析三相异步电动机的电路分析4.4三相异步电动机的转矩与机械特性三相异步电动机的转矩与机械特性4.5三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动4.6三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速*4.7三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动4.8三相异步电动机的铭牌数据三相异步电动机的铭牌数据4.9单相异步电动机单相异步电动机*4.10直流电动机直流电动机*4.11控制电机控制电机第第4 4章章 电动机电动机4.1三相异步

2、电动机的构造三相异步电动机的构造异步电动机的应用非常广泛：异步电动机的应用非常广泛：在工业方面：中、小型轧钢设备，机床、轻工机械、起在工业方面：中、小型轧钢设备，机床、轻工机械、起重机械，矿山机械等。重机械，矿山机械等。在农业方面：脱粒机、粉碎机、排灌机械及加工机械。在农业方面：脱粒机、粉碎机、排灌机械及加工机械。在家用电器方面：电风扇、空调机、洗衣机、电冰箱等。在家用电器方面：电风扇、空调机、洗衣机、电冰箱等。电动机的作用是将交流电能转换成机械能，电动机分电动机的作用是将交流电能转换成机械能，电动机分交流电动机和直流电动机两大类，而交流电动机又分为异交流电动机和直流电动机两大类，而交流电动机

3、又分为异步电动机和同步电动机。步电动机和同步电动机。1异步电动机按电动机定子相数分：异步电动机按电动机定子相数分：三相异步电动机、单相异步电动机。三相异步电动机、单相异步电动机。2按电动机的转子结构分：按电动机的转子结构分：笼型异步电动机、笼型异步电动机、绕线型异步电动机绕线型异步电动机。第第4 4章章 电动机电动机电动机的外形电动机的外形4.1三相异步电动机的构造三相异步电动机的构造第第4 4章章 电动机电动机三三相相异异步步电电动动机机的的基基本本结结构构示示意意图图三相异步电动机主要部件是由定子和转三相异步电动机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、子两大部分组成。此

4、外，还有端盖、机座、轴承、风扇等部件。轴承、风扇等部件。第第4 4章章 电动机电动机端盖端盖机座机座三三相相异异步步电电动动机机的的基基本本结结构构示示意意图图三相异步电动机主要部件是由定子和三相异步电动机主要部件是由定子和转子两大部分组成。此外，还有端盖、机转子两大部分组成。此外，还有端盖、机座、轴承、风扇等部件。座、轴承、风扇等部件。第第4 4章章 电动机电动机三三相相异异步步电电动动机机的的基基本本结结构构示示意意图图定子定子三相异步电动机主要部件是由定子和三相异步电动机主要部件是由定子和转子两大部分组成。此外，还有端盖、机转子两大部分组成。此外，还有端盖、机座、轴承、风扇等部件。座、轴

5、承、风扇等部件。第第4 4章章 电动机电动机三三相相异异步步电电动动机机的的基基本本结结构构示示意意图图定子定子转子转子轴承轴承端盖端盖机座机座三相异步电动机主要部件是由定子和三相异步电动机主要部件是由定子和转子两大部分组成。此外，还有端盖、机转子两大部分组成。此外，还有端盖、机座、轴承、风扇等部件。座、轴承、风扇等部件。第第4 4章章 电动机电动机1定子定子三相异步电动机的定子是由机座、定子铁心和定子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。绕组组成。 定子绕组定子绕组机座机座铁心铁心第第4 4章章 电动机电动机定子铁心是由冲有槽孔的硅钢片叠压而成。定子铁心是由冲有槽孔的硅钢片叠

6、压而成。定子硅钢片定子硅钢片第第4 4章章 电动机电动机2转子转子绕绕线线型型转转子子铁铁心心与与绕绕组组根据转子绕组结构的不同又分为笼型转子和绕线型转根据转子绕组结构的不同又分为笼型转子和绕线型转子。子。绕线型转子的电动机称绕线型电动机。绕线型转子的电动机称绕线型电动机。 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第第4 4章章 电动机电动机转子铁心是由相互绝缘的硅钢片叠压而成。转子铁心是由相互绝缘的硅钢片叠压而成。转转子子硅硅钢钢片片2转子转子第第4 4章章 电动机电动机2转子转子笼笼型型转转子子笼型转子的电动机称笼型电动机。笼型转子的电动机称笼型电动机。笼型转子是由

7、嵌放在转子铁心槽内的导电条组成，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把所有的导电条连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。接起来。第第4 4章章 电动机电动机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。U1U2V1V2W1W2U1V1W1W2U2V2U1U2V1V2W1W2U1U2V1V2W1W2U1V1W1W2U2V2定子绕组定子绕组星形联结星形联结定子绕组定子绕组三角形联结三角形联结端子端子第第4 4章章 电动机电动机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。定子绕组定子绕组

8、U1U2V1V2W1W2iU1iV1iW1uU1uV1uW1i1i2i3U1V1W1U2V2W2U1W2V1U2W1V2+设：设：电流的流入端用电流的流入端用 + 表示表示 电流的流出端用电流的流出端用 表示表示第第4 4章章 电动机电动机定子绕组与转子绕组定子绕组与转子绕组转子绕组转子绕组定子绕组定子绕组U1W2V1U2W1V2+设：设：电流的流入端用电流的流入端用 + 表示表示 电流的流出端用电流的流出端用 表示表示第第4 4章章 电动机电动机4.2三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理4.2.1旋转磁场旋转磁场i1i2i3U1V1W1U2V2W2i1 = Imsin ti2 =

9、 Imsin( t 120 )i3 = Imsin( t + 120 )i1i2i3对称三相电流对称三相电流流入流入对称三相绕组。对称三相绕组。 tiO4.2.1旋转磁场旋转磁场第第4 4章章 电动机电动机i1 t = 0 tiU1W2V1U2W1V2i1 = 0i2 为为负负值值i3 为为正正值值NS0i2i34.2.1旋转磁场旋转磁场1旋转磁场的产生旋转磁场的产生O设：设：电流的流入端用电流的流入端用 + 表示表示 电流的流出端用电流的流出端用 表示表示第第4 4章章 电动机电动机 t t = 60iU1W2V1U2W1V2NS60 i1 = 0i2 为为负负值值i3 为为正正值值i1i2

10、i3O4.2.1旋转磁场旋转磁场1旋转磁场的产生旋转磁场的产生第第4 4章章 电动机电动机 t = 90 U1W2V1U2W1V2NS90 i1 为为正正值值i2 为为负负值值i3 为为负负值值 tii1i2i3O4.2.1旋转磁场旋转磁场1旋转磁场的产生旋转磁场的产生第第4 4章章 电动机电动机 t = 180U1W2V1U2W1V2i1 = 0i2 为为正正值值i3 为为负负值值180NS tii1i2i3O4.2.1旋转磁场旋转磁场1旋转磁场的产生旋转磁场的产生第第4 4章章 电动机电动机 t = 0 U1W2V1U2W1V2NS0 N t = 180 U1W2V1U2W1V2S180

11、t = 90 U1W2V1U2W1V2NS90 t = 60 U1W2V1U2W1V2NS60 1旋转磁场的产生旋转磁场的产生第第4 4章章 电动机电动机空间相差空间相差 120 角的三相绕组，通入对称三相电流角的三相绕组，通入对称三相电流时，产生的是一对磁极的旋转磁场时，产生的是一对磁极的旋转磁场，当电流经过一个当电流经过一个周期变化时，磁场也沿着顺时针方向旋转了一周周期变化时，磁场也沿着顺时针方向旋转了一周( (在空在空间旋转的角度为间旋转的角度为 360 ) )。综上分析可以得出：综上分析可以得出：第第4 4章章 电动机电动机 tiiU1iV1iW10U1V1W1U2V2W2i1i390

12、 600 U1W2V1U2W1V2NS0U1W2V1U2W1V2NS60U1W2V1U2W1V2NS90i22改变旋转磁场的转向改变旋转磁场的转向第第4 4章章 电动机电动机综上分析可以得出：综上分析可以得出：改变流入三相绕组的电流相序改变流入三相绕组的电流相序，就能改变旋转磁就能改变旋转磁场的转向场的转向；改变了旋转磁场的转向改变了旋转磁场的转向，也就改变了三相也就改变了三相异步电动机的旋转方向。异步电动机的旋转方向。第第4 4章章 电动机电动机3旋转磁场的磁极对数旋转磁场的磁极对数 p旋转磁场的磁极对数旋转磁场的磁极对数 p 与三相定子绕组的连接方式有与三相定子绕组的连接方式有关。关。4旋

13、转磁场的转速旋转磁场的转速 n0pfn1060 电源的频率电源的频率 磁极对数磁极对数n0 的单位：转的单位：转/分分若若 f1 = 50 Hz ，p = 1n0 = 3000 r/min p = 2n0 = 1500 r/min p = 3n0 = 1000 r/min 第第4 4章章 电动机电动机4.2.2电动机的转动原理电动机的转动原理SN n0ne( i )ff转子转子导体导体旋转磁极形成旋转磁旋转磁极形成旋转磁场，旋转磁场的转速也称场，旋转磁场的转速也称为同步转速。笼型转子在为同步转速。笼型转子在旋转磁场的作用下也转动旋转磁场的作用下也转动起来，其转向与旋转磁场起来，其转向与旋转磁场

14、的转向相同。的转向相同。第第4 4章章 电动机电动机4.2.3转差率转差率 s转差率转差率00nnns 0 s Tst ，不能起动。，不能起动。负载转矩负载转矩 T2 510.2 Nm，所所以能起动。以能起动。在在 U = 0.9UN 时，时，T st = 0.92 551.8Nm = 447 Nm 510.2Nm，所以不能起动。所以不能起动。第第4 4章章 电动机电动机( (2) )Ist = 7IN 84.2 A = 589.4 AstYst11589.4A=196.5A33IIstYst11551.8N m = 183.9N m33TT在在 80% 额定转矩时额定转矩时stYN183.9

15、183.91,80%290.4 80%232.3TT不能起动；在在 50% 额定转矩时额定转矩时stYN183.9183.91,50%290.4 50%145.2TT可以起动。第第4 4章章 电动机电动机4.6三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速调速方法调速方法pfsnsn1060)1()1( 变频调速变频调速( (笼型电动机笼型电动机) )变极调速变极调速( (笼型电动机笼型电动机) )变转差率调速变转差率调速( (绕线型电动机绕线型电动机) )第第4 4章章 电动机电动机4.6.1变频调速变频调速变频调速装置变频调速装置两种变频调速方式：两种变频调速方式：( (1) )f1 f1N 高

16、于额定转速调速高于额定转速调速应保持应保持 U1 U1N，由由 U1 = 4.44 f1N1 知，在减小知，在减小 f1 同时同时 减小，又减小，又电磁转矩电磁转矩 T = KT I2 cos 2，T 也减小，是恒功率调速。也减小，是恒功率调速。第第4 4章章 电动机电动机4.6.2变极调速变极调速改变极对数改变极对数 p 调速调速有级调速有级调速U11U21U12U22U11U12U21U22U2U1p = 2第第4 4章章 电动机电动机改变极对数改变极对数 p 调速调速有级调速有级调速4.6.2变极调速变极调速U11U1U2U12U21U22U11U21U12U22p = 1第第4 4章章

17、 电动机电动机4.6.3变转差率调速变转差率调速在绕线型电动机转子绕组中串入电阻在绕线型电动机转子绕组中串入电阻 R , 可改变转可改变转差率差率 s 和转速和转速 n。sTO1TstTmsmR2R2smR2 R2TN1小范围无级调速小范围无级调速特点特点2R2 大大 特性变软特性变软第第4 4章章 电动机电动机*4.7三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动4.7.1能耗制动能耗制动QS运转运转制动制动RP +M3 SNnff制动时定子接入直流电源产生固定磁场制动时定子接入直流电源产生固定磁场，i2 受到阻转矩；当受到阻转矩；当 n0，i20，T0。 制动制动：将动能将动能 电能电能 热能。

18、热能。优点：能耗小，制动准确、平稳，不会反转。优点：能耗小，制动准确、平稳，不会反转。缺点：需要另外加直流电源。缺点：需要另外加直流电源。e2(i2)4.7.1能耗制动能耗制动第第4 4章章 电动机电动机QS正转正转制动制动将三相中的任意两相对调，将三相中的任意两相对调，产生制动转矩，使产生制动转矩，使 M 停机。停机。优点：方法简单，制动效果好。优点：方法简单，制动效果好。缺点：能量消耗大。缺点：能量消耗大。旋转磁场与转子的相对转速旋转磁场与转子的相对转速为为 (n1+ n) I2 I1。必须在笼型电动机的定子或必须在笼型电动机的定子或绕线型电动机的转子中串入电阻绕线型电动机的转子中串入电阻

19、 R，以防止烧坏绕组。，以防止烧坏绕组。M3 R4.7.2反接制动反接制动第第4 4章章 电动机电动机4.8三相异步电动机的铭牌数据三相异步电动机的铭牌数据1功率功率 PN 额定运行时，轴上输出的机械功率。额定运行时，轴上输出的机械功率。 输入功率输入功率 P1= PN / =3 UN IN cos 2电压电压 UN 额定运行时，定子绕组上应加的线电压。额定运行时，定子绕组上应加的线电压。3电流电流 IN 在在 UN、 PN 时，时，流入定子绕组的线电流。流入定子绕组的线电流。4转速转速 nN 在在 UN、 PN、 IN 时，时，电动机转子的转速。电动机转子的转速。第第4 4章章 电动机电动机

20、4.9单相异步电动机单相异步电动机单相异步电动机的功率一般为几至几百瓦常用于功单相异步电动机的功率一般为几至几百瓦常用于功率不大的电动工具率不大的电动工具( (如电钻、搅拌器等如电钻、搅拌器等) )以及众多的家用以及众多的家用电器电器( (如电风扇、电冰箱、洗衣机、抽油烟机等如电风扇、电冰箱、洗衣机、抽油烟机等) )。单相异步电动机单相异步电动机：定子只有一相主绕组的异步电动机。定子只有一相主绕组的异步电动机。单相异步电动机均采用笼型转子，但定子有所不同。单相异步电动机均采用笼型转子，但定子有所不同。第第4 4章章 电动机电动机W1BSAiAiBA 为工作绕组，为工作绕组，B 为起动绕组，为起

21、动绕组，在空间相隔在空间相隔 90。S 为离心力开关。为离心力开关。iA tiiB0iA = IAm sin tiB = IBmsin( t + 90 )4.9.1电容分相式异步电动机电容分相式异步电动机第第4 4章章 电动机电动机 iA = Imsin tiB = Imsin( t + 90 )iA tiiB0两相绕组形成的旋转磁场两相绕组形成的旋转磁场n045 90 t = 0iA = 0，iB 为为正正值值BA+iA、iB 均为均为正正值值 t = 45+AB t = 90iA 为为正正值，值，iB = 0+AB形成旋转磁场形成旋转磁场第第4 4章章 电动机电动机4.9.1电容分相式异步

22、电动机电容分相式异步电动机CBSAiAiB12改变电容改变电容 C 的串联位置，可的串联位置，可使异步电动机反转。使异步电动机反转。将将 S 合向合向 1，iB 超前超前 iA将将 S 合向合向 2，iA 超前超前 iB第第4 4章章 电动机电动机4.9.2罩极式异步电动机罩极式异步电动机 定子定子定子绕组定子绕组笼型转子绕组笼型转子绕组转子转子 1 和和 2 之间产生相之间产生相位差，形成一个向罩极部位差，形成一个向罩极部分移动的旋转磁场。分移动的旋转磁场。i 1 2短路铜环短路铜环第第4 4章章 电动机电动机三相异步电动机的单相运行三相异步电动机的单相运行若三相异步电动机运行时断了一根线，

23、则相当于单若三相异步电动机运行时断了一根线，则相当于单相异步电动机，称为三相异步电动机的相异步电动机，称为三相异步电动机的单相单相运行，或运行，或缺缺相相运行。运行。若若 n = 0，则不能起动，此时电流很大，时间一长，则不能起动，此时电流很大，时间一长，电动机将会被烧坏；电动机将会被烧坏；若若 n 0，则能够继续转动，则能够继续转动，但仍带额定负载，电流但仍带额定负载，电流势必超过其额定值，时间一长，电动机也将被烧坏。势必超过其额定值，时间一长，电动机也将被烧坏。第第4 4章章 电动机电动机*4.10直流电动机直流电动机直流电动机直流电动机 将直流电能变为机械能。将直流电能变为机械能。1直流

24、电动机的构造直流电动机的构造定子定子机座机座主磁极主磁极换向极换向极电刷电刷转子转子电枢铁心电枢铁心电枢绕组电枢绕组换向器换向器 直流电动机的特征直流电动机的特征转轴转轴第第4 4章章 电动机电动机主磁极主磁极励磁励磁绕组绕组转子转子转轴转轴定子定子转子转子电枢铁心电枢铁心 其槽孔中放置电枢绕组其槽孔中放置电枢绕组电枢绕组电枢绕组 产生感应电动势产生感应电动势转轴转轴 输入或输出机械功率输入或输出机械功率机座机座 起支撑作用起支撑作用；作为部分磁路作为部分磁路主磁极主磁极 产生主磁通产生主磁通换向极换向极 产生附加磁场，产生附加磁场，改善换向改善换向电刷电刷 引入或引出直流电引入或引出直流电换

25、向器换向器 与电刷一起，共同完成与电刷一起，共同完成 直流电和交流电的转换直流电和交流电的转换换向极换向极换向绕组换向绕组第第4 4章章 电动机电动机2直流电动机的工作原理直流电动机的工作原理UI 在两电刷之间加入直流在两电刷之间加入直流电压电压 U，则在绕组中产生电则在绕组中产生电流流 i，通电导体又受到力的作通电导体又受到力的作用，产生电磁力矩。由于换用，产生电磁力矩。由于换向器的作用，在向器的作用，在 N ( (S) ) 极下极下受力方向不变，使电枢旋转受力方向不变，使电枢旋转起来。起来。 导体与磁场之间的相互作用，在电枢绕组中产生反导体与磁场之间的相互作用，在电枢绕组中产生反电动势电动

26、势 e , 与电源电压相平衡。与电源电压相平衡。f fSNii电刷电刷换向器换向器第第4 4章章 电动机电动机3转矩、电动势和电压平衡方程式转矩、电动势和电压平衡方程式电磁转矩电磁转矩T = KT Ia 电动势电动势E = KE n电压平衡方程式电压平衡方程式外加电源电压外加电源电压 U = E + IaRaE 与与 Ia 反向反向 ：每极磁通每极磁通Ia 电枢电流电枢电流E 为反电动势，为反电动势，并励电动机并励电动机MRfRfRaE IaIfI+Rst+UIa = U ERaRst：限制起动电流：限制起动电流Rf：改变励磁电流：改变励磁电流改变电枢电流或励磁电流方向实现电动机反转改变电枢电

27、流或励磁电流方向实现电动机反转 +URstUfMERfRf+他励电动机他励电动机IaIf第第4 4章章 电动机电动机4调速调速T = KT Ia改变电枢电流或励磁电流方向，实现电动机反转。改变电枢电流或励磁电流方向，实现电动机反转。 EKIRUnaa 改变磁通改变磁通 ( (电阻电阻 Rf) )或或改变改变电压电压 U 可可达到调速的目的。达到调速的目的。注意注意直流电动机在起动和工作时，励磁电路直流电动机在起动和工作时，励磁电路一定要接通。一定要接通。并励电动机并励电动机MRfRfRaE IaIfI+Rst+U第第4 4章章 电动机电动机*4.11控制电机控制电机4.11.1伺服电动机伺服电

28、动机1. 交流伺服电动机交流伺服电动机控制电机在自动控制系统中是必不可少的，其主要任控制电机在自动控制系统中是必不可少的，其主要任务是转换和传递控制信号。务是转换和传递控制信号。4.11.1伺服电动机伺服电动机转子转子笼型转子笼型转子杯型转子杯型转子定子定子定子绕组定子绕组定子铁心定子铁心机座机座内定子内定子外定子外定子励磁绕组励磁绕组控制绕组控制绕组结构结构第第4 4章章 电动机电动机C转子转子 两相定子绕组接线图两相定子绕组接线图1交流伺服电动机交流伺服电动机i ti1 i2O1I11 为励磁绕组，为励磁绕组，2 为控制绕组为控制绕组2I1U2U2交流伺服电动机是两相异步电动机。交流伺服电

29、动机是两相异步电动机。i1 与与 i2 的相位差接近的相位差接近 90 ，产生旋转磁场。产生旋转磁场。改变改变2U的大小和相位，可控制电动机的转速和转向。的大小和相位，可控制电动机的转速和转向。2U为零，电动机立即停转。为零，电动机立即停转。+ + 第第4 4章章 电动机电动机+U2I2U1SM+直流伺服电动机直流伺服电动机2直流伺服电动机直流伺服电动机直流伺服电动机和一般他励直流电动机一样，为直流伺服电动机和一般他励直流电动机一样，为了了减小转动惯量而做得细长。减小转动惯量而做得细长。励磁电压励磁电压 U1 一定，控制电压一定，控制电压 U2 加在电枢上。加在电枢上。改变电枢电压可改变转速，

30、改变电枢电压可改变转速，改变电枢电压的极性可使电动机改变电枢电压的极性可使电动机反转。反转。第第4 4章章 电动机电动机W1W1 U1U1 V1V1 定子铁心定子铁心转子转子定子绕组定子绕组4.11.2步进电机步进电机步进电机利用电磁铁的作用原理将电脉冲转变成直线步进电机利用电磁铁的作用原理将电脉冲转变成直线位移或角位移。位移或角位移。通常用于数控机床、绘图机、自动控制和记录仪表等。通常用于数控机床、绘图机、自动控制和记录仪表等。 步进电机的结构步进电机的结构定子定子定子铁心定子铁心 ( (硅钢片叠成硅钢片叠成) )定子绕组定子绕组转子：只有铁心，无绕组转子：只有铁心，无绕组第第4 4章章 电动机电动机( (V1) ) V1相通电相通电W1U1V1W1U1V13412