交流电动机基本知识学习 学习课件教学课件

1、电动机是将电能转换成机械能的装置。电动机是将电能转换成机械能的装置。 主要用作机械驱动。主要用作机械驱动。 电动机电动机直流电动机直流电动机交流电动机交流电动机同步电动机同步电动机异步电动机异步电动机单相电动机单相电动机三相电动机三相电动机主要内容主要内容三相异步电动机的构造原理三相异步电动机的构造原理三相异步电动机的电路分析与机械特性三相异步电动机的电路分析与机械特性三相异步电动机的起动、调速与制动三相异步电动机的起动、调速与制动根本局部：根本局部： 定子定子(固定局部固定局部)、 转子转子(旋转局部旋转局部)基本部分：基本部分： 定子定子(固定部分固定部分)、 转子转子(旋转部分旋转部分)

2、基本部分：基本部分： 定子定子(固定部分固定部分)、 转子转子(旋转部分旋转部分)基本部分：基本部分： 定子定子(固定部分固定部分)、 转子转子(旋转部分旋转部分)鼠笼式转子鼠笼式转子 基本部分：基本部分： 定子定子(固定部分固定部分)、 转子转子(旋转部分旋转部分)基本部分：基本部分： 定子定子(固定部分固定部分)、 转子转子(旋转部分旋转部分)基本部分：基本部分： 定子定子(固定部分固定部分)、 转子转子(旋转部分旋转部分)绕线式异步电动机的构造绕线式异步电动机的构造 组组鼠笼式电动机与绕线式电动机的的比较：鼠笼式电动机与绕线式电动机的的比较：鼠笼式：鼠笼式： 结构简单、价格低廉、工作可靠

3、；不能人为改结构简单、价格低廉、工作可靠；不能人为改变电动机的机械特性。变电动机的机械特性。绕线式：绕线式： 结构复杂、价格较贵、维护工作量大；转子结构复杂、价格较贵、维护工作量大；转子外加电阻可人为改变电动机的机械特性。外加电阻可人为改变电动机的机械特性。转子为什么能转？转子为什么能转？(1) 有一个旋转的磁场有一个旋转的磁场(2) 转子跟着磁场转动转子跟着磁场转动1. 旋转磁场旋转磁场 的产生的产生U1 U2 V1 V2 W1W2i1 i3 i2 sinmiIt 1sin()miIt 2120sin()miIt 3120i o t i1 i2 i3 o o U1U2V1V2W1W20t 1

4、. 旋转磁场旋转磁场 的产生的产生i o t i1 i2 i3 o o 60U1U2V1V2W1W2 60t 90U1U2V1V2W1W2 90t 180U1 U2 V1 V2 W1W2i1 i3 i2 U1U2V1V2W1W20t 1. 旋转磁场旋转磁场 的产生的产生i o t i1 i2 i3 o o 60 90 180 072 180tU1U2V1V2W1W2 U1U2V1V2W1W2 270t 2. 旋转磁场旋转磁场 的转向的转向 顺时针顺时针 分析可知：三相电流产生的合成磁场是一旋转的磁场分析可知：三相电流产生的合成磁场是一旋转的磁场 即：即：U1 U2 V1 V2 W1W2i1 i

5、3 i2 U1U2V1V2W1W20t 逆时针逆时针 U1U2V1V2W1W20t 60tU1U2V1V2W1W2 磁场的转向磁场的转向 与电源相序有与电源相序有关。关。 V1相通过相通过i3W1相通过相通过i21. 旋转磁场旋转磁场 的产生的产生i o t i1 i2 i3 o o 60 90 180 0722. 旋转磁场旋转磁场 的转向的转向 顺时针顺时针 U1 U2 V1 V2 W1W2i1 i3 i2 任意调换两根电任意调换两根电源进线源进线3. 旋转磁场的极数旋转磁场的极数 与三相绕组的安排有关与三相绕组的安排有关每相一个线圈每相一个线圈 空间角空间角 120V1V2U1U2W1W2

6、0t 磁极对数磁极对数 1p 每相两个线圈每相两个线圈 U1V1 V2 W1W2i1 i3i2 aU2 bc空间角空间角 60U1aaU2V1bbV2W1ccW20t U1 U2 V1 V2 W1W2i1 i3 i2 3. 旋转磁场的极数旋转磁场的极数 与三相绕组的安排有关与三相绕组的安排有关每相一个线圈每相一个线圈 空间角空间角 120U1U2V1V2W1W20t 磁极对数磁极对数 1p 每相两个线圈每相两个线圈 U1V1 V2 W1W2i2 i3 i2 aU2 bc空间角空间角 60U1aaU2V1bbV2W1ccW20t U1 U2 V1 V2 W1W2i1 i3 i2 磁极对数磁极对数

7、 2p 旋转磁场的极对数等于每相绕组的线圈数旋转磁场的极对数等于每相绕组的线圈数 空间角空间角 p120 U1aU2V1bbV2W1ccW2V1V2W1W2 U1U24. 旋转磁场的转速旋转磁场的转速 决定于磁场的极数决定于磁场的极数一对磁极一对磁极 120电源电流频率电源电流频率 f1 磁场转速磁场转速 n0 = f1 60 二对磁极二对磁极 60n0= f1602p对磁极对磁极 磁场转速磁场转速 fnp 1060单位：单位： 转每分转每分(r/min) r/min4. 旋转磁场的转速旋转磁场的转速 决定于磁场的极数决定于磁场的极数p对磁极对磁极 磁场转速磁场转速fnp 1060单位：单位：

8、转每分转每分(r/min) 工频工频f1=50Hzn0=3000/pp123456n03000 1500 1000 750 600 500 极数越高，转速越低。极数越高，转速越低。 SN0nFFn旋转磁场旋转磁场的转速的转速 n0 同步转速同步转速 转子转子的转速的转速 n 电机运行时的实际转速电机运行时的实际转速 转子转速总是小于、转子转速总是小于、 但接近于但接近于 n n0用转差率表示转子转速用转差率表示转子转速n与磁场转速与磁场转速n0 相差的程度：相差的程度： nns%n 00100n(s)n 01或或通常通常 s=1%9%n=0时，时，smax=1磁场转速。磁场转速。 0nn 异步

9、电动机异步电动机电动机的磁极对数和额定负载时的转差率电动机的磁极对数和额定负载时的转差率三相异步电动机，额定转速三相异步电动机，额定转速n=975r/min。试求：。试求：解：解：f1=50Hz时，时， n0 对应于磁极对数对应于磁极对数p有一系列固定值有一系列固定值p123456n0300015001000 750 600500n小于并接近于小于并接近于n0nr / min 01000p 3nnsn 00%5.2%10010009751000 f1=50Hz)11UE 114.44 f N 是通过每相绕组的磁通最大值，是通过每相绕组的磁通最大值，在数值上等于旋转磁场的在数值上等于旋转磁场的每

10、极磁通每极磁通。 f1 是是 i1 的频率，的频率，即电源或即电源或定子电流定子电流频率。频率。160ofnp 160opnf i1u1e1e 1e2e 2i2+f1f21 转子电流频率转子电流频率f2 f2与与s有关有关， 也就是与也就是与n有关。有关。 s=1 (即即n=0)时，时， f2最大最大 , f2= f1。 额定转速时额定转速时 s=1%9%，那么那么 f2= 0.5 4.5 Hz。1000026060fspnnnnpnnf i1u1e1e 1e2e 2i2+f1f22 转子电动势转子电动势 E22224.44Ef N 124.44 s f N 当当n=0 (即即s=1)时，时，

11、 转子电动势最大，转子电动势最大， 20124.44Ef N 220EsE E2与与s有关有关，也就是与也就是与n有关。有关。i1u1e1e 1e2e 2i2+f1f23 转子感抗转子感抗 X22222Xf L 122sf L n=0 (即即s=1)时，时， 转子感抗最大，转子感抗最大， 20122Xf L 220XsX X2与与s有关有关， 也就是与也就是与n有关。有关。i1u1e1e 1e2e 2i2+f1f24 转子电流转子电流 I22I 2E2222RX 20sE22220()RsX I2与与s有关有关，也就是与也就是与n有关。有关。s 增大增大 n 降低降低 n0-n 增加增加 转子

12、导体转子导体切割切割磁通的磁通的速度提高速度提高 E2增加增加 I2增加增加 i1u1e1e 1e2e 2i2+f1f25 转子电路的功率因数转子电路的功率因数 RRX 222222cos222220()RRsX 与与s有关有关， 也就是与也就是与n有关。有关。s 增大增大 X2 增大增大 cos 2 减小减小i1u1e1e 1e2e 2i2+f1f2电磁转矩电磁转矩 T ：三相异步电动机的重要物理量之一三相异步电动机的重要物理量之一机械特性：机械特性：电动机的主要特性。电动机的主要特性。 电动机的转矩是由旋转磁场的每极磁通电动机的转矩是由旋转磁场的每极磁通 与转子电流与转子电流 I2 的相互

13、作用产生的：的相互作用产生的： T TK 2I 2cosKT常数常数 1114.44Uf N 1114.44Uf N 2222220 EIR( sX).s f NR( sX) 12222204 442222220 RcosR(sX)T TK N.f N22114 44sR UR(sX) 22122220sR UKR(sX) 2212222021UsR UTKR(sX) 22122220sR UTKR( sX) 22122220U1与与R2一定时，一定时，T与与s的关系：的关系：Tf ( s ) 或或n与与T的关系：的关系：nf (T ) soT1o n n0 Tonn0 三个转矩三个转矩:额定

14、转矩额定转矩TN最大转矩最大转矩Tmax起动转矩起动转矩TstnN TN nN sN TN Tmax sm nm Tmax nm Tst Tst 1. 额定转矩额定转矩TN额定转矩是电动机在额定负载时的转矩。额定转矩是电动机在额定负载时的转矩。PTn 2260 PTn 29550千瓦千瓦(W)转每分转每分(r/min)牛牛米米(Nm)例如某电动机：例如某电动机：P2N =7.5kW, nN =1440 r / min，那么额定转矩为：那么额定转矩为：NNNPTn 2955014405 .79550 . Nm 49 7PT.n 29 552. 最大转矩最大转矩Tmax(临界转矩临界转矩) Ton

15、0nmaxTsoms22122220sR UTKR( sX) 0dTds 由由220mRsX 得得2R 2120maxUTKX 21U 过载系数过载系数maxNTT 一般一般1 82 2. . 3. 起动转矩起动转矩TstTon0ns0stT122122220sR UTKR( sX) 1s 22122220stR UTKRX Ton11UU 1UnmstT1U stT Ton22RR 2Rnm stTnm 2R stT 21U NststTTK 起动能力起动能力1.02.2这种能力称为自适应负载能力。这种能力称为自适应负载能力。 自适应负载能力是电动机区别于其它动自适应负载能力是电动机区别于其

16、它动力机械力机械的重要特点如：柴油机当负载增加时，必的重要特点如：柴油机当负载增加时，必须由须由操作者加大油门，才能带动新的负载操作者加大油门，才能带动新的负载 。此过程中，此过程中， n 、sE2 , I2 I1 电源提供的功率自动增加。电源提供的功率自动增加。T2 sT2 TT =T2n T T 2到达新的平衡到达新的平衡T2常用特常用特性段性段0nnTOn1. 起动电流起动电流Ist刚起动时，刚起动时， 转子电流很大，转子电流很大， 定子电流也很大，定子电流也很大， stNII 572. 起动转矩起动转矩TstTon0nNTNn起动转矩过小，起动转矩过小，电动机不能在满载下起动；电动机不

17、能在满载下起动；起动转矩过大，起动转矩过大，会使传动机构受到冲击而损坏。会使传动机构受到冲击而损坏。大电流使电网电压降低，影响邻近负载的工作大电流使电网电压降低，影响邻近负载的工作频繁起动时造成热量积累，使电机过热频繁起动时造成热量积累，使电机过热起动：起动： n = 0，s =1, 接通电源。接通电源。起动转矩为额定转矩的起动转矩为额定转矩的(1.02.2)倍倍鼠笼式电动机的起动方法鼠笼式电动机的起动方法 直接起动直接起动 降压起动降压起动 绕线式电动机的起动方法绕线式电动机的起动方法 直接起动直接起动 接入起动电阻接入起动电阻 1. 直接起动直接起动 利用闸刀开关或接触器将电动机直接接到额

18、定电源上。利用闸刀开关或接触器将电动机直接接到额定电源上。 方法简单，方法简单， 但起动电流大，但起动电流大， 起动电流与额定电流之比为起动电流与额定电流之比为57。 二三十千瓦以下二三十千瓦以下的异步电动机的异步电动机 一般采用直接起动的方法。一般采用直接起动的方法。 2. 降压起动降压起动 起动时降低加在电动机定子绕组上的电压，起动时降低加在电动机定子绕组上的电压， 以减小起动电流。以减小起动电流。(1) 星形星形三角形三角形(Y-)换接起动换接起动 该方法只适合于电动机在工作时，其定子绕组联接该方法只适合于电动机在工作时，其定子绕组联接成三角形时的情况成三角形时的情况4100kW 。起动

19、时，先将定子绕组联接成星形；起动时，先将定子绕组联接成星形；转速接近额定值时，再将定子绕组换接成三角形；转速接近额定值时，再将定子绕组换接成三角形；ZUIll3:Y 星星形形联联结结时时ZUIll3 三三角角形形联联结结时时：31Y llII31YlIZlU+U1U2V1V1W1W2 lIlU+ZU1U2V1V2W1W2Z13星三角起动器星三角起动器动动触触点点Y动动触触点点1W3L2V2U2L1V2W1L1U1U1V1W2W2V2U3L2L1L动动触触点点Y动动触触点点1W3L2V2U2L1V2W1L1U1U1V1W2W2V2U3L2L1L星三角起动器星三角起动器星三角起动器星三角起动器动动

20、触触点点Y动动触触点点1W3L2V2U2L1V2W1L1U1U1V1W2W2V2U3L2L1L星三角起动器星三角起动器动动触触点点Y动动触触点点1W3L2V2U2L1V2W1L1U1U1V1W2W2V2U3L2L1L动动触触点点Y动动触触点点stR UTKRX 22122220U 21 降压起动时的起降压起动时的起 动电压是直接起动动电压是直接起动 时的时的 3/ 1 降压起动时的起降压起动时的起 动转矩为直接起动动转矩为直接起动 时的时的 1/3 只只适用于空载或适用于空载或 轻载起动轻载起动。 stYstTT 13(2) 自耦降压起动自耦降压起动工工作作起起动动1Q2Q 起动电流和起动起动

21、电流和起动 转矩减小。转矩减小。 适用于适用于容量较大容量较大 的或正常运行时的或正常运行时联联 成星形成星形不能采用星不能采用星 三角起动器的鼠笼三角起动器的鼠笼 式异步电动机。式异步电动机。 只适用于空载或只适用于空载或 轻载起动。轻载起动。 (2) 自耦降压起动自耦降压起动 适用于适用于容量较大容量较大 的或正常运行时联的或正常运行时联 成星形成星形不能采用星不能采用星 三角起动器三角起动器的鼠笼的鼠笼 式异步电动机。式异步电动机。 工工作作起起动动1Q2Q(2) 自耦降压起动自耦降压起动工工作作起起动动1Q2Q 适用于容量较大适用于容量较大 的或正常运行时联的或正常运行时联 成星形不能

22、采用星成星形不能采用星 三角起动器的鼠笼三角起动器的鼠笼 式异步电动机。式异步电动机。 1222202220)(st2IIRXREI滑环滑环起动电阻起动电阻电刷电刷转子转子定子定子适用于适用于绕线式电动机绕线式电动机。(3) 接起动电阻起动接起动电阻起动R2 Tst 22022212stXRURKT 22RR stTmaxT2R2R stT 有一有一Y225M-4型三相异步电动机，其额定数据型三相异步电动机，其额定数据如表。试求：如表。试求：(1)额定电流；额定电流；(2)额定转差率额定转差率SN；(3)额定额定转矩转矩TN、最大转矩、最大转矩Tmax、起动转矩、起动转矩Tst 。功率功率转速

23、转速电压电压效率效率功率因数功率因数kW45min/r14802 . 29 . 10 . 788. 0%3 .92V380解：解：(1) 4100KW的电动机通常都是的电动机通常都是380V、联接。联接。PUI cos 13 PUI cos 23NPIU cos 23A2 .8488. 03803932. 010453 (2)p 2nr / min 01500p123456n0300015001000 750 600500NnnS%n 00100%3 . 1%100150014801500 铭牌上的额定铭牌上的额定电流电流IN为定子为定子绕组的线电流绕组的线电流Ist/INTst/TNTmax

24、/TN解：解：(3)NPTn 29550mN4 .2901480459550 maxNT.T 2 2maxNT. T 2 2mN9 .6384 .2902 . 2 stNT.T 1 9stNT. T 1 9mN8 .5514 .2909 . 1 有一有一Y225M-4型三相异步电动机，其额定数据型三相异步电动机，其额定数据如表。试求：如表。试求：(1)额定电流；额定电流；(2)额定转差率额定转差率SN；(3)额定额定转矩转矩TN、最大转矩、最大转矩Tmax、起动转矩、起动转矩Tst 。功率功率转速转速电压电压效率效率功率因数功率因数kW45min/r14802 . 29 . 10 . 788.

25、 0%3 .92V380Ist/INTst/TNTmax/TN 在上题中：在上题中：(1)假设负载转矩为假设负载转矩为510.2Nm，试问，试问在在U=UN和和U=0.9UN两种情况下，能否起动？两种情况下，能否起动？(2)采用采用Y-换接起动时，求起动电流和起动转矩。又当负载转换接起动时，求起动电流和起动转矩。又当负载转矩为额定转矩矩为额定转矩TN的的80%和和50%时，电动机能否起动？时，电动机能否起动？解：解： (1) 在在U=UN时时 stT. N m 551 8mN2 .510 可以起动可以起动 在在U =0.9UN时时 stR UTKURX 2221122220stT( . ).N

26、 m 20 9551 8447mN2 .510 不能起动不能起动 在上题中：在上题中：(1)假设负载转矩为假设负载转矩为510.2Nm，试问，试问在在U=UN和和U=0.9UN两种情况下，能否起动？两种情况下，能否起动？(2)采用采用Y-换接起动时，求起动电流和起动转矩。又当负载转换接起动时，求起动电流和起动转矩。又当负载转矩为额定转矩矩为额定转矩TN的的80%和和50%时，电动机能否起动？时，电动机能否起动？解：解： (2) 三角形三角形直接起动直接起动时时 stNII 7A4 .5892 .847 星形换接起动时星形换接起动时 stYstII 13A5 .1964 .58931 stTU

27、2stYstTT 13mN9 .1838 .55131 80%额定转矩时额定转矩时 NT%T 80mN3 .2324 .290%80 mN9 .183 不能起动不能起动 50%额定转矩时额定转矩时 NT%T 50mN2 .145 mN9 .183 可以起动可以起动 在上题中：假设采用自耦降压起动，设起动时在上题中：假设采用自耦降压起动，设起动时电电 动机的端电压降到电源电压的动机的端电压降到电源电压的64%，求线路起动电流和，求线路起动电流和 电动机的起动转矩。电动机的起动转矩。 解：解：1Q2Q直接起动时直接起动时 单相绕组单相绕组 Ist stNII 7A4 .5892 .847 降压起动

28、时降压起动时 自耦变压器自耦变压器 Ist Ist ststI.I 0 64A2 .3774 .58964. 0 变比变比 K/. 10 64原边线路电流原边线路电流 (起动电流起动电流) ststIIK 1st.I 0 64A4 .2412 .37764. 0 stTU 21U.U 110 64起动转矩起动转矩 ststT.T 20 64m.N1 .2268 .55164. 02 调速就是在同一负载下能得到不同的转速。调速就是在同一负载下能得到不同的转速。转速公式：转速公式：n (s)n 01f(s)p 1601改变电动机转速：改变电动机转速：(1) 改变电源频率改变电源频率 f1(2) 改

29、变极对数改变极对数 p(3) 改变转差率改变转差率 s用于鼠笼式电动机用于鼠笼式电动机用于绕线式电动机用于绕线式电动机fn(s)p 1601改变电源电压的频率改变电源电压的频率 改变电动机的转速改变电动机的转速+ +- -整流器整流器逆变器逆变器 M 3 50Hz三相三相 交流电交流电直流电直流电 三相交流电三相交流电 频率可调频率可调f1电压可调电压可调U1 变频调速方法可实现无级平滑调速变频调速方法可实现无级平滑调速, 调速性能优异调速性能优异,正获得越来越广泛的应用正获得越来越广泛的应用()。改变定子磁场的极对数改变定子磁场的极对数 改变电动机的转速改变电动机的转速定子绕组接法定子绕组接

30、法U11U21U12U22U1U2p=2 U11U21U12U22U1U2p=1有级调速有级调速 采用变极调速方法的电动机称作双速电机，采用变极调速方法的电动机称作双速电机，由于调速时其转速呈跳跃性变化，因而只用在对由于调速时其转速呈跳跃性变化，因而只用在对调速性能要求不高的场合，如铣床、镗床、磨床调速性能要求不高的场合，如铣床、镗床、磨床等机床上。等机床上。 常见的多速电动机有双速、三速、四速几种。常见的多速电动机有双速、三速、四速几种。 fn(s)p 1601fn (s)p 1601在绕线式电动机的转子电路中接入一个在绕线式电动机的转子电路中接入一个调速电阻调速电阻。2R转转子子电刷电刷滑

31、滑环环改变电阻大小改变电阻大小 改变转差率改变转差率Ton22RR 2Rnm stT2R nm stT 无级调速无级调速 变转差率调速是绕线型电动机特有的一种调速方法。变转差率调速是绕线型电动机特有的一种调速方法。其优点是调速平滑、设备简单投资少，缺点是能耗较大。其优点是调速平滑、设备简单投资少，缺点是能耗较大。这种调速方式广泛应用于各种提升、起重设备中。这种调速方式广泛应用于各种提升、起重设备中。M3 + + - -直直流流Rnn0=0固定磁场固定磁场 F运转运转TM3 n旋转磁场旋转磁场 n0F运转运转Tn0n旋转磁场旋转磁场 FTn n0 磁极数磁极数( 极对数极对数 p = 2 )例如

32、：例如： Y 132 M4 用以说明电动机的系列、几何尺寸和极数。用以说明电动机的系列、几何尺寸和极数。机座长度代号机座长度代号机座中心高（机座中心高（mm）三相异步电动机三相异步电动机 三相异步电动机三相异步电动机型型 号号 Y132M- 4 功功 率率 7.5 kW 频频 率率 50Hz电电 压压 380V 电电 流流 15.6 A 接接 法法 转转 速速 1440r/min 绝缘等级绝缘等级 F 工作方式工作方式 连续连续n0 = 1 500 r/minS-短机座；短机座；M-中机座；中机座；L-长机座；长机座；异步电动机产品名称代号异步电动机产品名称代号Y 系系 列列YR系列绕线型系列绕线型防爆电机防爆电机2. 接法接法U1U2V1V2W1W2U1V1W1W2U2V2U1U2V1V2W1W2U1V1W1W2U2V2接电源接电源U1U2V1V2W1W2接电源接电源U1V1W1W2U2V2:联联结结电电机机容容量量Y3kW 联联结结电电机机容容量量 kW43. 电压电压电动机在额定运行时电动机在额定运行时定子绕组定子绕组上应加的上应加的线电压线电压。4. 电流电流电动机在额定运行时电动机在额定运行