传动课件4交流

1、1三.基本内容 一.基本要求 二.重点与难点 四.例题分析第四章:交流电动机的工作原理及特性2345678一一.基本内容基本内容 一、要求：一、要求：1.掌握异步电动机的基本掌握异步电动机的基本结构结构和和旋转磁场的产生旋转磁场的产生； 2.掌握异步电动机的掌握异步电动机的工作原理工作原理，机械特性机械特性，以及启动、，以及启动、调速调速及制动的各种及制动的各种方法、特点与应用方法、特点与应用；3.学会用机械特性的四个象限来分析异步电动机的学会用机械特性的四个象限来分析异步电动机的运行运行状态状态；4.掌握单相异步电动机的掌握单相异步电动机的工作原理工作原理和和启动方法启动方法。二、交流电动机

2、分为三相异步电动机（或称感应电动机）和同步二、交流电动机分为三相异步电动机（或称感应电动机）和同步电机。电机。三、异步电动机的优点：结构简单、维护容易、运行可靠、价格三、异步电动机的优点：结构简单、维护容易、运行可靠、价格便宜、具有较好的稳态和动态特性。便宜、具有较好的稳态和动态特性。9二二. .重点与难点重点与难点 1.重点重点 (1).掌握异步电动机的机械特性掌握异步电动机的机械特性,该特性是基于异步电动机的工该特性是基于异步电动机的工作原理而推导出来的作原理而推导出来的,特别要掌握异步电动机的人为机械特性特别要掌握异步电动机的人为机械特性,因因为它是分析异步电动机启动、调速、制动工作状态

3、的依据；为它是分析异步电动机启动、调速、制动工作状态的依据； (2).对异步电动机铭牌数据、额定值的含义要非常熟悉；对异步电动机铭牌数据、额定值的含义要非常熟悉； (3).掌握异步电动机直接启动和掌握异步电动机直接启动和 降压启动的条件和优缺点，降压启动的条件和优缺点，线绕式异步电动机转子串电阻的启动、调速和制动，以及各种启线绕式异步电动机转子串电阻的启动、调速和制动，以及各种启动方法的应用场合；动方法的应用场合； (4).掌握异步电动机变频调速和变极对数调速的特性与优缺点。掌握异步电动机变频调速和变极对数调速的特性与优缺点。 2.难点难点 本章在分析问题时较难理解的是定子旋转磁场与转子运动的

4、本章在分析问题时较难理解的是定子旋转磁场与转子运动的相对性和电动机的制动过程。相对性和电动机的制动过程。Y10第四章第四章 三相异步电动机的工作原理及特性三相异步电动机的工作原理及特性11一、三相异步电动机的一、三相异步电动机的结构结构返返 回回图图 4.1 三相笼式异步电动机的部件图三相笼式异步电动机的部件图4.1 三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理鼠笼转子鼠笼转子12 二、二、三相异步电动机的三相异步电动机的工作原理工作原理1、 三相异步电动机的三相异步电动机的工作原理简图工作原理简图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)

5、旋转磁场切旋转磁场切割转子绕组割转子绕组 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134.14.1三相三相异步异步电动机的工作原理（电动机的工作原理（感应感应） 转差率：转差率：（S=0.0150.060）：转子实际的转速旋转磁场的旋转速度nnnnns:%10000014 120sin120sinsinmCmBmAtIitIitIi BiAXBYCZAiCiCiAiBiitmIo4.1 三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的

6、工作原理15iCiAiBitmIo0n规定规定 i : “+” 首端流入，尾端流出。首端流入，尾端流出。 i : “” 尾端流入，首端流出。尾端流入，首端流出。 AYCBZX()电流出电流出( )电流入电流入16CiBiAii tAXYCBZAXYCBZAXYCBZNS 三相电流合成磁三相电流合成磁场的分布情况场的分布情况0 t 60t 0n60 90t 600mIoSNSN174.1 三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理U-红线红线V-黄线黄线 W-蓝线蓝线由上分析可知：三相电流产生的合成磁场是一旋转的磁由上分析可知：三相电流产生的合成磁场是一旋转的磁场场，即：即：18AAXYC

7、BZAAXYCBZ0t 60t 任意调换两根电源进线任意调换两根电源进线(电路如图电路如图)CiAXBYCZAiBi0mICiBiAi tiomINSNS4.1 三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理600190t 旋转磁场的极对数旋转磁场的极对数P P即：即：1pCiBiAioimI tBiAXBYCZAiCiAXYCBZNS20CYABCXYZAXBZAiBiCiX A AXBYB Y CC ZZ21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的排列有关CYABCXYZAXBZAiBiCiAX XNSZ CZBYB Y A C SNBiCiA

8、iimIt 00t 22旋转磁场的转速旋转磁场的转速分分）转转 /( 6010fn 工频：工频：Hz501 f分分）转转 /( 30000 np=1时时0mICiBiAi tiomIAXYCBZNSAXYCBZNSAXYCBZNS4.1 三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理0 t 180t360t23X NSA X ABZCYZ C Y B SN0t 60tp=2时时BiCiAiit mI0分分）转转/( 150026010 fn0n30AX XZ CZBYB Y A C NSNS600244.1 三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理25电流变化一周电流变化一周 旋转磁

9、场转一圈旋转磁场转一圈电流每秒钟变化电流每秒钟变化 50 周周 旋转磁场转旋转磁场转 50 圈圈旋转磁场转旋转磁场转 3000 圈圈电流每分钟变化电流每分钟变化 (5060) 周周p = 1 时：时：电流变化一周电流变化一周 旋转磁场转半圈旋转磁场转半圈电流每秒钟变化电流每秒钟变化 50 周周 旋转磁场转旋转磁场转 25 圈圈旋转磁场转旋转磁场转 1500 圈圈电流每分钟变化电流每分钟变化 (2560) 周周p = 2 时：时：4.1 三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理结论：结论：26三相异步电动机的同步转速三相异步电动机的同步转速600pfn min）r/( p12 3456n

10、0/(r/min)300015001000750600500 f = 50 Hz 时时,不同极对数时的同步转速如下不同极对数时的同步转速如下:表表 4.1.1 同步转速同步转速p 为任意值时为任意值时(p为整数）：为整数）：4.1 三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理274.1.4 定子绕组线端连接方式定子绕组线端连接方式 28294.1 三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理小结小结1、三相异步电动机的三相异步电动机的用途用途3、三相异步电动机的三相异步电动机的工作原理工作原理4、三相异步电动机的三相异步电动机的旋转磁场旋转磁场2、三相异步电动机的三相异步电动机的绕组连

11、接方式绕组连接方式304.2 三相异步电动机的定子电路和转子电路三相异步电动机的定子电路和转子电路 一、定子电路的分析一、定子电路的分析 磁通磁通 则定子每相绕组中产生的感应电动势则定子每相绕组中产生的感应电动势e1 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e2为为 tmsin)90sin()90sin(cos)sin(111111tEtNtNdttdNdtdNemmmmmmmmNfNfNEE111111144.42222mmmNfNEE222244.42231定子产生漏磁电动势定子产生漏磁电动势复数表示：复数表示：简化：简化：dtdiLeLL111)()()(111111

12、1111edtdiLRieeRiULl)()()(1111111111EXI jRIEERIUL11EU二、转子电路分析二、转子电路分析mNfE22244. 41260600000SfPnnnnnnPfmNSfE21244. 432在在n=0时，时，S=1， mNfE212044. 4202SEEdtdeLeLL222对于转子每相电路：对于转子每相电路：复数表示：复数表示：若若n=0，S=1，则则 dtdiLRieRieLL22222222)(22222XIjRIE2122222LLLSfLfX)(2122120ffLfXL此时20SXX 2202220222222)(SXRSEXREI220

13、222220222)()(cos2SXRRSXRR334.2.3 三相异步电动机的额定值三相异步电动机的额定值1）型号）型号 2）额定功率）额定功率PN 3）额定电压额定电压UN 4）额定频率额定频率5）额定电流额定电流IN 6）额定转速额定转速nN 7）工作方式工作方式 8）温升）温升9）电机质量）电机质量344.2.3三相异步电动机的铭牌数据三相异步电动机的铭牌数据 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 50Hz电电 压压 380 V 电电 流流 7.2 A 联联 结结 Y转转 速速 960r/min 功率因数功率因数 0.76 绝缘等级绝缘

14、等级 B1.1.型号型号 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/min2. 额定功率额定功率 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3. 额定电压额定电压 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354. 额定电流额定电流 IN IN = 7.2A 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 50Hz电电 压压 380 V 电电

15、流流 7.2 A 联联 结结 Y转转 速速 960r/min 功率因数功率因数 0.76 绝缘等级绝缘等级 B定子三相绕组的额定线电流定子三相绕组的额定线电流5. 额定功率因数额定功率因数N = cos NP1N = 3 UNIN cos NPN =NP1N = 3 UNIN cos NN6. 额定转速额定转速 nN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36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4.3三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4.3.1 三相异步电动机的转矩三相异步电动机的转矩 37直流电机中：直流电机中：交流电机中：交

16、流电机中： aTIKT2cos2IKTT220222122022202202222)(44. 4)()(SXRNfSSXRSESXREIm22022222022202)()(cos2SERRSERSEKIKTTT又又 ，则则11144. 4NfE 11144. 4NfE22022212211222022111211)(44. 4)(44. 4SXRESRNfNKSXRRNfESNNEKTTT384.3.2 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性 22022212)(SXRUSRKT39一、固有机械特性：异步电动机在额定电压和额定一、固有机械特性：异步电动机在额定电压和额定频率下，用规

17、定的接线方式，定子和转子电路中不串联任何电阻频率下，用规定的接线方式，定子和转子电路中不串联任何电阻或电抗时的机械特性。或电抗时的机械特性。四个特殊运行点：四个特殊运行点：（1）T=0，n=n0(S=0)，电动机处于理想空载工作点，此时电动机处于理想空载工作点，此时电动机的转速为理想空载转速电动机的转速为理想空载转速n=n0。（2）T=TN，n=nN(S=SN)，为电动机额定工作点。此时额定为电动机额定工作点。此时额定转矩和额定转差率为转矩和额定转差率为（3）（4） ， ，因此因此 min/55.9rWNmNNNnPT00nnnSNN2202222XRURKTst202XRSm202max2X

18、KUT22022212)(SXRUKSRTSSSSTTmm2max40二二. 人为机械特性：人为机械特性： 1、降低电动机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 2、定子电路中串接电阻或电流时的人为特性、定子电路中串接电阻或电流时的人为特性 22022212)(SXRUSRKT413、改变定子电源频率时的人为特性、改变定子电源频率时的人为特性4、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22022212)(SXRUSRKT424.4 三相异步电动机的启动特性三相异步电动机的启动特性一、启动的主要要求：一、启动的主要要求： 1）有足够大的启动转矩，保证生产机械能正常工作

19、。）有足够大的启动转矩，保证生产机械能正常工作。 2）在满足启动转矩要求的前提下，启动电流越小越好。）在满足启动转矩要求的前提下，启动电流越小越好。 3）要求启动平滑。）要求启动平滑。 4）启动过程中功率损耗越小越好。）启动过程中功率损耗越小越好。 5）启动设备安全可靠，力求结构简单，操作方便。）启动设备安全可靠，力求结构简单，操作方便。 二、启动转矩为何不大二、启动转矩为何不大 ，启动时，启动时，但很小但很小 ，导致导致T2st并不太大。并不太大。ststmstIKT22cosNstII22)75(2202222cosXRRstNstT).(T5180 434.4.1鼠笼式异步电动机的启动方

20、法鼠笼式异步电动机的启动方法一、直接启动：又称全压启动：一、直接启动：又称全压启动：(a) 小容量的电动机（十千瓦以下）；小容量的电动机（十千瓦以下）； (b) 电源容量足够大时。电源容量足够大时。二、电阻或电抗器降压启动二、电阻或电抗器降压启动44三、三、Y-降压启动降压启动 连接连接四、自耦变压器降压启动四、自耦变压器降压启动45Y 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UVWUNI1lYUVWUNI1l 46设：定子每相阻抗为设：定子每相阻抗为 Z3U1pI

21、1l =ZZI1lY =U1pYZUN3 =ZUN 3 =TUp2 Y型型起动的起动转矩：起动的起动转矩： Y型型起动的起动电流：起动的起动电流：13UpU1pY=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IS IsY =1313TS TsY = Y 起起动动起起动动Y 起起 动动与与全压起动全压起动时起动电流和起动转矩比较时起动电流和起动转矩比较UVWUNI1lYUVWUNI1l 473 Y 减压减压起动的特点：起动的特点： (1) 电源电压不变，定子绕组接法改变；电源电压不变，定子绕组接法改变； (2) 降压比为降压比为 1 (1) IsYImax （线路中允许的最大电流）

22、；线路中允许的最大电流）； (2) TsYTL 否则不能采用此法。否则不能采用此法。 Y 减压减压起动的使用条件：起动的使用条件： Y型型起动的起动转矩为：起动的起动转矩为： Y型型起动的起动电流为：起动的起动电流为：13TS TsY =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IS IsY =1348五、延边三角形启动五、延边三角形启动 六、六、 软启动器软启动器494.4.2 绕线式异步电机的启动方法绕线式异步电机的启动方法一、逐级切除启动电阻法一、逐级切除启动电阻法二、频敏变阻器启动法二、频敏变阻器启动法504.4.3 特殊鼠笼式电动机特殊鼠笼式电动机一、双鼠笼式电动机一

23、、双鼠笼式电动机特性：特性：R2exR2i，X2exX2i （f相同时）相同时）启动时：启动时：n=0，S=1，f2=f1，电抗大大电抗大大超过电阻，起主要作用的是电抗。超过电阻，起主要作用的是电抗。 ，又，又 ， ，因此，外笼，因此，外笼称启动笼称启动笼;电机正常工作时，电机正常工作时，S很小，很小，f2也小，电抗也小，电抗值小，起主要作用的是电阻。值小，起主要作用的是电阻。iexII222222222222iiiexexexXRRXRRiex22coscosstistexTT R2eXR2i,I2exI2i,又又 , TexTi 即外笼产生的转矩小于内笼，故内笼又称为工作笼。即外笼产生的转

24、矩小于内笼，故内笼又称为工作笼。iex22coscos51二、深槽式电动机二、深槽式电动机 原理：电流的集肤效应原理：电流的集肤效应 启动时：启动时：S=1，2=，电流分电流分布主要决定于电抗，集肤效应使电布主要决定于电抗，集肤效应使电流集中于导体的上部，相当于导体流集中于导体的上部，相当于导体的有效面积减小。转子有效电阻增的有效面积减小。转子有效电阻增加，使启动电流减小，启动转矩增加，使启动电流减小，启动转矩增大。大。 正常运行时：正常运行时：S很小，很小，2很小，很小，电抗变为很小，集肤效应不显著。电抗变为很小，集肤效应不显著。三、高转差率鼠笼式电动机三、高转差率鼠笼式电动机 转子导体电阻

25、增加，既限制了启动电流，又增大启动转矩。转子导体电阻增加，既限制了启动电流，又增大启动转矩。521. 改变磁极对数改变磁极对数 p2. 改变转差率改变转差率 s 3. 改变电源频率改变电源频率 f1 (变频调速变频调速)调速方法：调速方法：4.5 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 有级调速有级调速无级或有级调速无级或有级调速无级调速无级调速 n = (1 s) n0 = (1 s) p60 f1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53（一）（一）变频调速变频调速 U、f 可可 变变M33整流电路整流电路逆变电路逆变电路50 Hz控制控制电路电路n0TnOfNf1

26、fN 直直 流流动画演示动画演示f2 f1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图图 4.6.1 变频调速变频调速54（二）变极调速（二）变极调速U1U2U3U4U1U2U3U4(a) p = 2(b) p = 1SSNNSN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555657（1）、调压调速）、调压调速 高速运行区（带高速运行区（带恒转矩负载）：调速恒转矩负载）：调速范围不大范围不大 低速运行区：低速运行区：适合适合带离心式通风机型负带离心式通风机型负载载（三）变转差率调速（三）变转差率调速58（2）转子串电阻调速）转子串电阻调速R2R2+RCn0TnO

27、TMM33RCTL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594.6三相异步电动机的制动特性三相异步电动机的制动特性 和直流电机一样，亦有三种制动方法：反馈、反接和能耗制动和直流电机一样，亦有三种制动方法：反馈、反接和能耗制动;4.6.1反馈制动反馈制动 前提：前提：nn0 由于某种原因，异步电机的运行速度高于它的同步速度，由于某种原因，异步电机的运行速度高于它的同步速度，nn0转子反方向磁力线产生的电流转子反方向磁力线产生的电流I2改变了方向。改变了方向。T随之改变方向。随之改变方向。T与与n方向相反，方向相反，T起制动作用。起制动作用。 反馈制动：电机轴上吸取功率反馈制动

28、：电机轴上吸取功率有一部分转换成铜损，再通过有一部分转换成铜损，再通过气隙磁场传给定子，定子上消耗铜损和铁损后，反馈给电网的能气隙磁场传给定子，定子上消耗铜损和铁损后，反馈给电网的能量。所以称这种状况为异步发电机。量。所以称这种状况为异步发电机。 异步电机反馈制动运行状态有两种情况：异步电机反馈制动运行状态有两种情况：1）负载转矩为位能性转矩的起重机机械在下放重物时的反馈状）负载转矩为位能性转矩的起重机机械在下放重物时的反馈状态。态。2）电动机在变极调速或变频调速过程中，极对数突然增多或供）电动机在变极调速或变频调速过程中，极对数突然增多或供电频率突然降低，使同步转速电频率突然降低，使同步转速

29、n0突然降低时的反馈制动运行状突然降低时的反馈制动运行状态。态。6061624.6.2 反接制动反接制动一、电源反接一、电源反接 串接电阻的原因：防止过大的电流，另一方面，使制动转矩串接电阻的原因：防止过大的电流，另一方面，使制动转矩增大。增大。二、倒拉反接制动二、倒拉反接制动 场能：倒拉反接制动出现在位能负载转矩超过电磁转矩的时场能：倒拉反接制动出现在位能负载转矩超过电磁转矩的时候。候。 制动缺点：电阻上消耗的能量大、准确停车困难、若要下降制动缺点：电阻上消耗的能量大、准确停车困难、若要下降重物，如果电阻值选得不当，将仍保持以前的上升趋势。重物，如果电阻值选得不当，将仍保持以前的上升趋势。4

30、.6.3 能耗制动能耗制动 优点：能够准确停车优点：能够准确停车. 注意点：停车后及时切断直流电源，否则将会烧坏定子绕组。注意点：停车后及时切断直流电源，否则将会烧坏定子绕组。6364656647 单相异步电动机的基本结构和工作原理单相异步电动机的基本结构和工作原理 特点：特点： 1. 为小容量的电动机，从几瓦到几百瓦；为小容量的电动机，从几瓦到几百瓦； 2. 由单相交流电源供电的旋转电机；由单相交流电源供电的旋转电机； 3. 具有结构简单、成本低廉、运行可靠等一系列优点。具有结构简单、成本低廉、运行可靠等一系列优点。 所以单相异步电动机被广泛用于所以单相异步电动机被广泛用于电风扇电风扇、洗衣

31、机洗衣机、电唱机电唱机、吸吸尘器尘器、医疗器械医疗器械及及自动控制装置自动控制装置中。中。67一、一、 单相异步电动机的磁场单相异步电动机的磁场 单相异步电动机的定子绕组为单相，转子一般为鼠笼式单相异步电动机的定子绕组为单相，转子一般为鼠笼式 。 当接入单相交流电源时，它在当接入单相交流电源时，它在定、转子气隙中产生一个怎样的磁定、转子气隙中产生一个怎样的磁场？场？68（一）单相电机的脉振磁场（一）单相电机的脉振磁场 定子：单相绕组；定子：单相绕组； 定子绕组定子绕组定子定子转子：鼠笼型。转子：鼠笼型。 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69 定子单相绕组产生的脉振磁场

32、的分析定子单相绕组产生的脉振磁场的分析: : 1m 2m m 1m= 2m = m / 2t 0 脉振磁场的分解脉振磁场的分解: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70 1m 2m m 1m 2m m tOt1t2t3t4t4t6t7t8 2m 1m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图图 4.7.1 脉振磁场脉振磁场7172（1）自身没有起动转矩）自身没有起动转矩（2）转子借助其它力量）转子借助其它力量转动后，外力去除后仍按转动后，外力去除后仍按原方向继续转动。原方向继续转动。怎样产生起动转矩？怎样产生起动转矩？（二）工作原理（二）工作原理 上一页

33、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73（1） 两相起动两相起动工作绕组工作绕组起动绕组起动绕组 原理：两相电流原理：两相电流旋转磁场旋转磁场Q转子转子CWSiwis起动转矩起动转矩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图图 4.7.3 单相电容电动机单相电容电动机74怎样才能使单相异步电动机反转？怎样才能使单相异步电动机反转？75结论：结论： 1、在脉振磁场的作用下，其没有启动、在脉振磁场的作用下，其没有启动 能力，启动转矩为零。能力，启动转矩为零。 2、一旦启动，能够自行加速到稳定运、一旦启动，能够自行加速到稳定运 行状态，旋转方向不固定。行状态，旋转方

34、向不固定。 为能解决启动问题：采用改接定子绕为能解决启动问题：采用改接定子绕 组的方法，使之产生旋转磁场，建立起动组的方法，使之产生旋转磁场，建立起动转矩。转矩。76774.7.2 电容分相式异步电动机（最常用的一种）电容分相式异步电动机（最常用的一种） iB绝对是超前于绝对是超前于iA的，呈容性还是感性取的，呈容性还是感性取决于电容决于电容C的电抗的电抗X谁的作用强。欲使电机反谁的作用强。欲使电机反转，改变主绕组或辅助绕组的接线端。转，改变主绕组或辅助绕组的接线端。 7848 同步电动机的基本结构和工作原理同步电动机的基本结构和工作原理一、同步电动机的基本结构一、同步电动机的基本结构 定子定

35、子：由铁心、定子绕组：由铁心、定子绕组（三相对称绕组，并通有对称（三相对称绕组，并通有对称三相交流电流）、机座以及端三相交流电流）、机座以及端盖等主要部件组成盖等主要部件组成 转子转子：包括主磁极、装在：包括主磁极、装在主磁极上的直流励磁绕组、特主磁极上的直流励磁绕组、特别设置的鼠笼型启动绕组、电别设置的鼠笼型启动绕组、电刷以及集电环等主要部件。刷以及集电环等主要部件。 隐极式隐极式凸极式凸极式79二、同步电动机的工作原理和运行特性二、同步电动机的工作原理和运行特性 1工作原理工作原理 电枢绕组通以对称三相交电枢绕组通以对称三相交流电流后，气隙中便产生一电流电流后，气隙中便产生一电枢旋转磁场，

36、其旋转速度为同枢旋转磁场，其旋转速度为同步转速步转速pfn600 在转子励磁绕组中通以直流电流后，同一空气隙中，又出现一在转子励磁绕组中通以直流电流后，同一空气隙中，又出现一个大小和极性固定、极对数与电枢旋转磁场相同的直流励磁磁场。个大小和极性固定、极对数与电枢旋转磁场相同的直流励磁磁场。这两个磁场的相互作用，使转子被电枢旋转磁场拖着以同步转速一这两个磁场的相互作用，使转子被电枢旋转磁场拖着以同步转速一起旋转，即起旋转，即“同步同步”电动机也由此而得名。电动机也由此而得名。80 2机械特性机械特性 在电源频率在电源频率f 与电动机转子极对数与电动机转子极对数p为一定的情况下，转子的转为一定的情

37、况下，转子的转速为一常数，速为一常数，n=n0，因此同步电动机具有恒定转速的特性，它的运因此同步电动机具有恒定转速的特性，它的运转速度是不随负载转矩而变化的。同步电动机的机械特性。转速度是不随负载转矩而变化的。同步电动机的机械特性。81 三、同步电动机的启动三、同步电动机的启动 同步电动机虽具有功率因数可以调节的优点同步电动机虽具有功率因数可以调节的优点,但却没有像异步电但却没有像异步电动机那样得到广泛应用，这不仅是由于它的结构复杂、价格贵，而动机那样得到广泛应用，这不仅是由于它的结构复杂、价格贵，而且它的启动困难。且它的启动困难。82 启动时先不加入直流磁场，只在定子上加上三相对称电压以产启

38、动时先不加入直流磁场，只在定子上加上三相对称电压以产生旋转磁场，鼠笼绕组中产生感应电势，即产生感应电流，从而使生旋转磁场，鼠笼绕组中产生感应电势，即产生感应电流，从而使转子转动起来，等转速接近同步转速时，再在励磁绕组中通入直流转子转动起来，等转速接近同步转速时，再在励磁绕组中通入直流励磁电流，产生固定磁极的磁场，在定子旋转磁场与转子磁场的相励磁电流，产生固定磁极的磁场，在定子旋转磁场与转子磁场的相互作用下，便可把转子拉入同步。互作用下，便可把转子拉入同步。83 启动步骤如下：启动步骤如下： 1）励磁电路的转换开关）励磁电路的转换开关QB投合到投合到1的位置，使励磁绕组与直的位置，使励磁绕组与直

39、流电源断开，直接通过变阻器构成闭合回路以免启动时励磁绕组受流电源断开，直接通过变阻器构成闭合回路以免启动时励磁绕组受旋转磁场的作用产生较高的感应电势，发生危险；旋转磁场的作用产生较高的感应电势，发生危险； 2）按鼠笼式异步电动机的方法启动，给同步电动机的定子绕）按鼠笼式异步电动机的方法启动，给同步电动机的定子绕组加上额定电压，转子转速升高到接近同步转速。必要时可采用降组加上额定电压，转子转速升高到接近同步转速。必要时可采用降压启动；压启动； 3）将励磁电路转换开关）将励磁电路转换开关QB投合到投合到2的位置，励磁绕组与直流的位置，励磁绕组与直流电源接通，转子上形成固定磁极，并很快被旋转磁场拖入

40、同步；电源接通，转子上形成固定磁极，并很快被旋转磁场拖入同步； 4）用变阻器调节励磁电流，使同步电动机的功率因数调节到）用变阻器调节励磁电流，使同步电动机的功率因数调节到要求数值。要求数值。 84四、同步电动机的特点四、同步电动机的特点 1. 由于同步电动机的是双重励磁和异步启动，故它的结构复杂；由于同步电动机的是双重励磁和异步启动，故它的结构复杂； 2. 由于需要直流电源、启动以及控制设备，故它的一次性投入由于需要直流电源、启动以及控制设备，故它的一次性投入要比异步电动机高得多；要比异步电动机高得多； 3. 同步电动机具有运行速度恒定、功率因数可调、运行效率高同步电动机具有运行速度恒定、功率

41、因数可调、运行效率高等特点。等特点。 因此，在低速和大功率的场合，如大流量低水头的泵，面粉厂因此，在低速和大功率的场合，如大流量低水头的泵，面粉厂的主转动轴、橡胶磨和搅拌机、破碎机、切碎机、造纸工业中的纸的主转动轴、橡胶磨和搅拌机、破碎机、切碎机、造纸工业中的纸浆研磨机、匀浆机、压缩机、直流发电机、轧钢机等都都是采用同浆研磨机、匀浆机、压缩机、直流发电机、轧钢机等都都是采用同步电动机来传动的。步电动机来传动的。85四.例题分析 例例4-2: 一台三相异步电动机，电源频率一台三相异步电动机，电源频率f1=50Hz，额定转速额定转速nN=1440r/min，转子电阻转子电阻R2=0.02、转子感抗转子感抗X20=0.08、转子电动势转子电动势E20=20V，试求：试求：（1）电动机的同步转速）电动机的同步转速n0；（2）电动机启动时的转子电流电动机启动时的转子电流I2st；（3）电动机在额定转速时的转子电动势的频率电动机在额定转速时的转子电动