第7章-航空交流电机1

第7章航空交流电机交流电机（Alternating-currentMachine）异步电动机（InductionMotor）同步发电机（SynchronousGenerator）第7章变压器与交流电机7.1航空三相异步电动机的基本结构7.2航空三相异步电动机的工作原理7.3航空三相异步电动机的电路分析7.4航空三相异步电动机的转矩与机械特性7.5航空三相异步电动机的起动、调速和制动7.6永磁式同步电动机7.7航空同步发电机7.8直流异步电动机37.1三相异步电动机的基本结构

三相异步电动机由定子（静止部分）和转子（旋转部分）组成，它们之间留有一定的间隙。笼型和绕线型1-端盖；2-定子绕组；3-定子铁心；4-散热片；6-机壳；6-定子绕组引出线；7-转轴；8-轴承；9-转子；10-端盖图7.1.1笼型异步电动机结构图4机座：铁心：

由互相绝缘的硅钢组成铸铁或铸钢制成绕组：

线圈的复杂组合

对称的三相绕组接线盒?7.1.1定子5“△”型连接“Y”型连接W1U1V1V2W2U2电源W1U1V1V2W2U2电源W1U1V1V2W2U2定子绕组接法7.1.1定子67.1.2转子轴：绕组：

带动机械负载

转动，输出机械能铁心：由互相绝缘的硅钢组成圆柱型，表面有槽产生感应电流绕线式鼠笼式77.1.2转子（a）铜条式（b）铸铝式1-笼条；2-端环；3-风扇叶；4-笼条图7.1.2笼型绕组结构图视频87.1.2转子图7.1.3绕线型转子结构图97.2航空三相异步电动机的工作原理10AXBYCZiAiCiB7.2.1旋转磁场

t=0°1.旋转磁场的产生iiBiCiA0ZCY

XBA11

t=60°AXBYCZiAiCiBiiBiCiA0ZCYXBA

t=90°ZCYXBA7.2.1旋转磁场12n0n0n0ZCY

XBA

ZCYXBA

ZCYXBA7.2.1旋转磁场1.旋转磁场的产生p=1132.旋转磁场的极对数7.2.1旋转磁场

n0AZCYBXXYAZBCL1L3L2n0

30

AZCXYBAXBYCZiCiBiAp=214三相电流的相序决定

n0

0ti

n03.旋转磁场的转向与转速ZCYXBAZCYXBA7.2.1旋转磁场153.旋转磁场的转向与转速7.2.1旋转磁场163.旋转磁场的转向与转速n0n0n0ZCY

XBA

ZCYXBA

ZCYXBA7.2.1旋转磁场17

n0AZCXYB同步转速：n0

30

AZCXYB3.旋转磁场的转向与转速7.2.1旋转磁场18

NSn0n+F转动的条件1、旋转磁场；2、转子是闭合回路；3、转子的转速与磁场的转速不同F7.2.2基本工作原理1.基本工作原理19n0：旋转磁场的转速（同步转速）n:电机的转速注意：

s的取值范围2.转差率7.2.2基本工作原理20★当异步电动机在静止状态或刚接上电源的一瞬间，转子转速n=0，则对应的转差率s=1。★如转子转速n=n1，则转差率s=0。★异步电动机在正常状态下运行时，转差率s在0~1之间变化。s的取值范围2.转差率7.2.2基本工作原理217.2.3三相异步电动机的三种工作状态1）电动机工作状态（0<n<n0）2）发电机工作状态（n>n0）3）电磁制动工作状态（n<0）227.3航空三相异步电动机的电路分析11

f1f2

e1e

1

e2

e

2

u1

定子电路转子电路N1N27.3.1定子电路分析用相量表示为：KVL方程：R1和X1分别为定子绕组的电阻和感抗（漏磁感抗）23旋转磁场和定子间的相对转速为n0和变压器类似：7.3.1定子电路分析7.3航空三相异步电动机的电路分析241.转子电流频率f2与转差率s的关系f2与s有关，即n有关11

f1f2

e1e

1

e2

e

2

u1

定子电路转子电路N1N27.3.2转子电路分析25在n=0，即s=1时，f2=f1，转子电动势最大为E20:旋转磁场在转子每相绕组中的感应电动势：2.转子电动势E2与转差率s的关系E2与s有关，即n有关7.3.2转子电路分析263.转子的感抗X2与转差率s的关系在n=0,即s=1时,转子感抗为X2与s有关，即n有关11

f1f2

e1e

1

e2

e

2

u1

定子电路转子电路N1N27.3.2转子电路分析27转子每相电路的电流:4.转子电流I2与转差率s的关系5.功率因数与转差率s的关系0s1I2cos

2I2,cos

2I2和cos

2与转差率的关系7.3.2转子电路分析7.4.1转矩公式7.4航空三相异步电动机的转矩与机械特性7.4.2机械特性

一定的电源电压U1和转子电阻R2下，电磁转矩T与转速n之间的关系7.4三相异步电动机的转矩与机械特性1.额定转矩TN

则其额定转矩：当电动机等速运转：TC：阻转矩；T2：机械负载转矩；T0：空载损耗转矩7.4.2机械特性kWW7.4三相异步电动机的转矩与机械特性2.最大转矩TmaxTmax与U12成正比，与R2无关；Sm与R2有关，R2越大，Sm也越大，亦即n越小。7.4.2机械特性7.4三相异步电动机的转矩与机械特性最大转矩又表示电动机的短时间过载能力，用过载系数表示。7.4.2机械特性7.4三相异步电动机的转矩与机械特性图6.5.2电压变化对应的机械特性曲线图6.5.3转子电阻变化对应的机械特性曲线3.启动转矩Tst结论：

Tst与U12及R2有关。当n=0、s=1时通常用启动转矩倍数来表示电动机的启动能力一般

=0.8～2之间。7.4.2机械特性7.4三相异步电动机的转矩与机械特性【例7.4.1】已知一台航空三相异步电动机的额定功率为PN=15kW，频率为f1=400Hz，额定转速nN=5850r/min，求该电机的额定转矩是多少？【解】电动机的额定转矩为7.4三相异步电动机的转矩与机械特性357.4三相异步电动机的转矩与机械特性【例7.4.2】一台航空三相异步电动机的额定功率为PN=18.5kW,额定电压UN=200V，频率f1=400Hz，额定转速nN=5800r/min，形联接，功率因数cos

2=0.85，效率

=0.855，起动转矩倍数λst=2.0，过载系数λm=2.2。求：（1）额定输入功率（2）额定转差率（3）额定转矩TN（4）额定电流（5）转子频率（6）最大转矩（7）启动转矩∴【解】367.4三相异步电动机的转矩与机械特性377.5.1起动性能1.起动电流Ist大。5-7倍2.起动转矩Tst。1.直接起动

直接起动的特点是设备简单，操作方便，启动迅速，但起动电流过大。7.5.2起动方法7.5三相异步电动机的起动、调速和制动38（1）容量在30kW以下的异步电动机；（2）电动机的起动电流在供电线路中引起的电压降不超过正常电压15%，如果与照明共用，没有独立变压器，则不应超过5%。（3）用户有独立变压器供电时，频繁启动的电动机容量小于变压器容量的20%；不频繁启动，容量小于变压器容量的30%。应用场合：7.5航空三相异步电动机的起动、调速和调速392.降压起动（1）星形—三角形换接起动+

Ul星形时：三角形时：7.5航空三相异步电动机的起动、调速和制动40

7.5航空三相异步电动机的起动、调速和调速41（2）自耦降压起动

自耦变压器降压起动的变压器通常有几个抽头，使其输出电压分别为电源电压的80％、60％、40％或73％、64％、55％，供用户选择使用。

自耦变压器降压起动适合于容量较大或正常运行时Y型连接的鼠笼式三相异步电动机。2.降压起动7.5航空三相异步电动机的起动、调速和调速42电动机电源7.5航空三相异步电动机的起动、调速和调速43（3）绕线式电动机的转子串电阻起动

绕线式异步电动机可以重载起动。适合于起动频繁，要求起动转矩较大的机械，如吊车、卷扬机等。2.降压起动7.5航空三相异步电动机的起动、调速和调速441.变极调速

通过改变异步电动机的极对数p，达到改变电动机转速的目的。变极调速适合于定子每相绕组有多个线圈、且有多个引出头的电动机，这种电动机通常是特制的，称为多速电动机。转速通常只有双速或三速。变极调速属于有级调速。7.5.2三相异步电动机的调速7.5航空三相异步电动机的起动、调速和调速452.变频调速变频调速装置

可以实现平滑的无级调速，调速范围大，具有硬的机械特性。～f1=400Hz整流器逆变器M3～7.5航空三相异步电动机的起动、调速和调速46

绕线式异步电动机转子回路串电阻调速所用电阻与串电阻启动所用电阻为同一电阻箱，改变电阻时是有级的，因而转子串电阻调速是有级的。负载转矩不变的情况下，如串入的电阻的阻值增大，转速下降，转差率也变化，因此又称为改变转差率调速。

优点是调速平滑、设备简单、投资少；但能量损耗较大，广泛用于起重设备中。3.变转差率调速7.5航空三相异步电动机的起动、调速和调速471.能耗制动7.5.3三相异步电动机的制动7.5航空三相异步电动机的起动、调速和调速7.5.5能耗制动断开三相交流电源后，给定子绕组加一直流电源，使之产生一个不旋转的直流磁场482.反接制动7.5航空三相异步电动机的起动、调速和调速7.5.6反接制动改变三相电源的相序，使定子绕组产生反向旋转的旋转磁场493.发电反馈制动7.5航空三相异步电动机的起动、调速和调速7.5.7反馈制动使转子转速超过旋转磁场的同步转速507.6永磁式同步电动机转子速度“失速”：如果轴上的负载阻转矩超出一定限度，转子不再以同步转速运行，转速出现降低甚至停转的现象。7.6.1永磁式同步电动机工作原理图

517.6永磁式同步电动机影响永磁式同步电动机的主要因素：

1）转子本身存在惯性；

2）定子、转子磁场之间转速相差过大。7.6.2永磁式同步电动机的起动转矩

527.6永磁式同步电动机（1）永久磁钢（2）鼠笼式起动绕组7.6.3永磁式同步电动机