第四章交流电动机的工原理及特性

机电传动控制第四章交流电动机的工原理及特性第五章交流电动机的工原理及特性本章学习内容5.1三相异步电动机的结构和工作原理5.2三相异步电动机的定子和转子电路5.3三相异步电动机的转矩与机械特性5.4三相异步电动机的启动5.5三相异步电动机的调速5.6三相异步电动机的制动5.7单相异步电动机5.8同步电动机的工作原理、特点及应用

转子和转子线圈5.1.1三相异步电动机的基本结构定子和励磁线圈5.1.1三相异步电动机的基本结构三相对称绕组AX，BY，CZ定子和转子硅钢冲片5.1.1三相异步电动机的基本结构鼠笼转子结构5.1.1三相异步电动机的基本结构ABC外接变阻器（启动和速度调节）滑环和电刷线绕式转子结构

5.1.2三相异步电动机的工作原理三相交流电定子三相绕组N-S主磁场以n0顺时针旋转顺时针TM产生条件是n0和n相对运动转差率n0－同步转速n－转子转速

5.1.3三相异步电动机的旋转磁场1.旋转磁场的产生1.旋转磁场的产生主磁场N-S顺时针旋转180度（旋转磁场n0在一对极p=1时）2.旋转磁场的旋转方向三相交流电流最大值到达的顺序（相序）决定电动机转向。A→B→C电流A→B→C定子绕组（顺时旋转）A→C→B电流A→C→B定子绕组（逆时旋转）3.旋转磁场的极对数与旋转速度3.四极旋转磁场与旋转速度旋转磁场转速（同步速）n0－r/minf－HZp－极对数（p=1、2、3…）

5.1.4定子绕组线端连接方式出线端排列短路片线电压相电压铭牌：Y/△－接线方式380/220－不同接线应加的线电压

5.2三相异步电动机的定子电路和转子电路5.2.1定子电路分析定子每相绕组的感应电势为有效值为,忽略漏磁5.2.2转子电路分析转子感应电势有效值为E20－转子未转动时感应电势旋转磁场与转子间相对转速为（n0-n),f2=p(n0-n)/60=(n0-n)n0p/n0*60=sf15.2.2转子电路分析转子感应电流有效值为E20－转子未转动感应电势X2---转子每相绕组漏磁感抗转子电路功率因素为(I2迟后E2一个ψ2角)

5.2.2转子电路的分析转子电路的各个物理量均与转差率S有关，即与转速n有关：

5.2.3三相异步电动机的额定值电动机铭牌上的额定数据型号额定功率PN(输出的机械功率)额定电压UN(220/380V△/Y)额定频率f(50HZ)额定电流IN(10.35/5.9A△/Y)额定转速nN

(额定转差率SN)工作方式(定额)温升(或绝缘等级)电动机重量电动机铭牌上不标的额定数据额定功率因数cosφN

额定效率ηN

额定转矩TN

绕线式异步电动机转子静止时滑环电压和转子额定电流通常手册上给出的数据就是额定值例5-1有一台三相四极的异步电动机，Y连接，其额定技术数据为PN=90kW，UN=380V，IN=22.9A，电源频率f=50Hz，额定转差率SN=2.85％，定子每相绕组匝数N1=320，转子每相绕线匝数N2=20，旋转磁场的每极磁通φ＝0.023Wb，试求：(l)定子每相绕组感应电动势E1

(2)转子每相绕组开路电压E20

(3)额定转速时转子每相绕组感应电动势E2N。解

(1)E1=4.44f1N1φ=4.44×50×320×0.023＝1634V

(2)转子绕组开路时，转子电路电流I2=0，转子转速n=0，s=1,转子绕组感应电势频率f2=Sf1=50Hz，故转子每相绕组的感应电动势(即开路电压)E20=4.44f2N2φ

=4.44sf1N2φ

=4.44×50×20×0.023

=102V

(3)求E2N

∵f2=SNf1

＝0.0285×50Hz=1.43Hz∴E2N=4.44f2N2φ

=4.44×1.43×20×0.023

=2.9V

例5-2有一台三相四极的异步电动机，其额定技术数据为nN=1440r/min，R2=0.02Ω，X20=0.08Ω，电源频率f1=50Hz，E20=20V，

试求：(l)电动机的同步转速n0

(2)电动机启动时的转子电流I2st

(3)电动机在额定转速时转子电动势的频率f2N；(4)电动机在额定转速时的转子电流I2N

解

(1)n0=60f1/P=60×50/2=1500r/min(2)

(3)SN=(n0-nN)

/n0

=(1500-1440)

/1500=0.04

f2N=SNf1

＝0.04×50Hz=2Hz

(4)作业：P89、题4.1

5.2.4三相异步电动机的能流图

输入定子的电功率定子电路中的铜损转子电路中的铜损Pcu2=sPcu

输入转子的电磁功率铁损(磁滞和涡流损耗)机械损失功率输出的机械功率

电动机的效率电动机的输出功率T----电动机的电磁转矩T2----电动机的输出转矩

5.3三相异步电动机的转矩与机械特性5.3.1三相异步电动机的转矩直流电动机的转矩三相异步电动机的转矩

5.3.1三相异步电动机的转矩U,U1---定子绕组相电压，电源电压；R2------转子每相绕组的电阻；X20-----n=0时转子每相绕组的感抗；K-------三相异步电动机的转矩常数。Kt------直流电动机的转矩常数

Kt’------

5.3.1三相异步电动机的转距特性对影响

5.3.2三相异步电动机的机械特性T=f(S)T-S曲线n=n0

n=0Tn=f(T)机械特性曲线

5.3.2三相异步电动机的机械特性1.固有机械特性(1)理想空载转速n0(T=0,S=0)(2)额定工作点T=TN

TN=9.55PN/nNSN=(n0-nN)/n0

(0.06～0.015)nN=(0.94～0.985)n0(3)启动工作点Tst(n=0,s=1)(4)临界工作点(T=Tmax,s=sm)

dT/ds=0sm=R2/X20Tmax=KU2/(2X20)

5.3.2三相异步电动机的机械特性过载能力系数λm=Tmax/TNλm=2.0～2.2

启动能力系数λst=Tst/TNλst=1.0～1.2转矩-转差率实用公式T/Tmax代入

sm=R2/X20化简得

Tmax=KU2/(2X20)

sm=R2/X20

5.3.2三相异步电动机的机械特性2.人为机械特性（1）降低电源电压的人为特性

电压降低后特性变化的特点：1.n0、Sm不变；2.Tmax大大减小，对U敏感；3.机械特性变软；4.TL不变下，S↑I↑温度升高。0.25Tmax

0.64Tmax

2.人为机械特性（2）定子电路串入电阻或电抗特性变化的特点：1.n0、Sm不变；2.Tmax比由降压引起的Tmax下降要小些;3.机械特性变软；2.人为机械特性（3）改变电源频率时的特性特性变化的特点：n0、Sm改变，机械特性基本不变；f>f1>f2

2.人为机械特性（4）转子电路串入电阻（绕线式电动机）特性变化的特点：

Sm增大，机械特性变软；5.4三相异步电动机的启动特性三相异步电动机的启动要求启动转矩要足够大；满足启动转矩要求下，启动电流要小。

5.4三相异步电动机的启动特性鼠笼式异步电动机的启动方法1.直接启动（全压启动）P68表4.1鼠笼式异步电动机的启动方法2.串电阻、电抗降压启动缺点：机械特性变软消耗能量大，不适合经常启动的电动机鼠笼式异步电动机的启动方法3.Y-△降压启动IstY=Ist△/3TstY=Tst△/3优点；简单、经济、电流小。缺点；只能应用正常工作方式为三角形接线电机(4KW以上，额定电压380v、△接线。)鼠笼式异步电动机的启动方法4.自耦变压器降压启动优点；电压可调、电流小。缺点；变压器体积大、价格高。不能应用于经常频繁启动的电机。鼠笼式异步电动机的启动方法5.软启动器软启动器采用三相反并联晶闸管作为调压器，接入电源和电动机定子之间。使用软启动器启动电动机时，晶闸管的输出电压逐渐增加，电动机逐渐加速，直到输出电压达到额定电压，电动机工作在额定电压的机械特性上，实现平滑启动，降低启动电流，避免启动过流跳闸。待电机达到额定转数时，启动过程结束，软启动器自动用旁路接触器取代已完成任务的晶闸管，软启动器同时还提供软停车功能，避免自由停车引起的转矩冲击。鼠笼式异步电动机的启动方法1.直接启动（全压启动）2.定子串电阻、电抗降压启动3.Y-△降压启动4.自耦变压器降压启动绕线式异步电动机的启动方法1.逐级切除启动电阻法优点：电流小、启动转矩大。缺点：电阻上的损耗大。绕线式异步电动机的启动方法2.频敏变阻器启动法优点：自动平滑地调节Ist和Tst，启动电流小、结构简单、无需维修。启动转矩较大。适用于：对调速沒有要求、经常正反转、启动转矩要求不大的冶金、化工设备上。缺点：功率因数低，不能用作调速电阻。1、i2在铁心中产生涡流，铁心发热，消耗电能，n=0，S=1，f2=Sf1大，R大，X大，从而限制了启动电流。2，从转子中取出的有功电流I大、功率因数大，T大（有功分量大）n上升，

f2↓，R与X趋于0，相当于转子短路，启动完毕5.5三相异步电动机的调速特性改变f、P、S就可改变电动机的速度5.5.1调压调速离心风机不同负载下可不同的调速范围5.5.2转子串电阻调速有级调速用于起重设备上5.5.3改变极对数调速5.5.3改变极对数调速2PP2PP改变接线必须同时改变定子绕组的相序，以保证转向不变。启动时宜低速启动。5.5.4变频调速(使U/f不变，Tmax可不变）适用于鼠笼式电动机n与T方向相反5.6三相异步电动机的制动特性5.6.1反馈制动n与T方向相反5.6.2反接制动

1.电源反接n0方向改变T,TL同向a→b→c断电因为反接电流很大，实际串电阻后应a→d→e特点：制动强烈、控制复杂、不准确、能耗大，需反转场合。n与T方向相反5.6.2反接制动

2.倒拉制动提升工作在a点下放时串电阻改变机械特性a乛b乛c乛d点。特点：能耗大、电阻大小要适当，起吊机械。5.6.3能耗制动特点：制动效果不如反接制动强度大，制动平稳，准确停车，需直流设备，应用于准确停车和下放重物设备上。作业：P90、题4.55.7单相异步电动机5.7.1单相异步电动的磁场5.7.1单相异步电动的磁场5.7.1单相异步电动的磁场脉动磁场的T—S曲线正向反向合成T-S曲线2.在外力矩作用下能加速到稳定运行状态，转向不固定.5.7.2单相异步电动的启动方法1.电容分相式异步电动机移相电容离心开关iB电流超前iA电流90度5.7.2单相异步电动的启动方法1.电容分相式异步电动机圆形旋转磁场的条件：两相相差90度等幅值的交流电通入两相在空间相差90度的对称绕组.电容分相式异步电动机的转向转向取决于电流最大值到达的顺序。或对调两绕组的任一绕组的接线。5.7.2单相异步电动的启动方法2.罩极式异步电动机罩极铜环罩极铜环注意：罩极电动机的转向不可改变。

5.8同步电动机的工作原理、特点及应用5.8.1同步电动机的基本结构适用于大功率高电压的场合气隙不均匀（低速