第4章-交流电动机.ppt

1、第 4 章 交流电动机,4.1 三相异步电动机的构造,4.2 三相异步电动机的转动原理,4.3 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,4.5 三相异步电动机的起动,4.6 三相异步电动机的调速*,4.7 三相异步电动机的制动*,概 述,电动机的作用是将电能转换为机械能。,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。 在家用电器方面：电风扇、空调机、洗衣机、电冰箱等。,这 是三 相异步电动机的基本结构 示意 图,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

2、外，还有端盖、机座、轴承、风扇等部件。,4.1 三相异步电动机的构造,这 是三 相异步电动机的基本结构 示意图,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、轴承、风扇等部件。,定子,转子,轴承,端盖,机座,1. 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。,这是机座定子铁心和定子绕组示意图,定子绕组,机座,铁心,A,Z,B,X,C,Y,在定子槽孔中放置三相彼此独立的绕组,定子绕组,在定子槽孔中放置三相彼此独立的绕组。,定子绕组 星接,定子绕组 角接,端子,这 是 饶 线 型 转 子 铁 心 与 绕 组,2. 转子 根据转子绕组结构的不同又分为笼型

3、转子和绕线型转子,笼型转子的电机称笼型电动机 绕线型转子的电机称绕线型电动机,转子铁心,转子绕组,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接起来。,这 是 笼 型 转 子,定子绕组与转子绕组,定子绕组,转子绕组,转子转动的 方向？ 速度？,1. 旋转磁极对导体的作用,4.2 三相异步电动机的转动原理,要解决的问题： （1）为什么有这种现象？ （2）如何获得旋转磁场？,1. 旋转磁极对导体的作用,旋转磁极形成旋转磁场，旋转磁场的转速也称为同步转速。笼型转子在旋转磁场的作用下也转动起来，其转向与旋转磁场的转向相同。,4.2 三相异步电动机的转动原

4、理,注：n1e(i)（右手定则）f（左手定则）,n1=n?,iA,iB,iC,iA=Imsin t,iB=Imsin( t-120 ),iC=Imsin( t+120 ),iA,iB,iC,相序A-B-C-A,对称三相电流 流入 对称三相绕组。,iA,(1)两极旋转磁场, t = 0, t,i,A,Z,B,X,C,Y,iA= 0 iB为负值, iC为正值,iB,iC,iA,iB,iC,A,B,C,X,Y,Z, t, t = 60,i,A,Z,B,X,C,Y,60,iC = 0 iB为负值, iA为正值,iA,iB,iC,0,iA,iB,iC,A,B,C,X,Y,Z, t=60,A,Z,B,X,

5、C,Y,N,S,60, t=90,A,Z,B,X,C,Y,N,S, t=0,A,Z,B,X,C,Y,N,S,90, t=180,A,Z,B,X,C,Y,N,S,180,0,空间相差120 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,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 (在空间旋转的角度为360 )。,综上分析可以得出：, t,i,iA,iB,iC,0,（2）改变旋转磁场的转向,90,60,0,相序A-C-B-A,改变流入三相绕组的电流相序,就能改变旋转磁场的转向;改变了旋转磁场的转向, 也就改变了三相异步电动机的旋转方向。,综上分析可以得出：,（3） 四

6、极旋转磁场,iA,iB,iC,A,B,C,X,Y,Z,A,B,C,X,Y,Z,60,0, t = 0,A,Z,B,X,C,N,S,X,C,Y,A,Z,B,Y,0,S,N, t =6 0,N,S,30,S,N,0, t,i,iA,iB,iC,0,当定子每相中有两个绕组串联, 且每相绕组在空间相差60时, 通入对称三相交流电后, 也产生一个旋转磁场, 但它是一个四极旋转磁场。当电流变化一周, 旋转磁场在空间只转了半周(180 空间角), 旋转速度较两极磁场慢了一半。,综上分析可以得出：,（4） 旋转磁场的速度 n0,电源的频率, 磁极对数,（5） 转子转速 n 和转差率 S,P=1 n0 =300

7、0 r/min,P=2 n0 =1500 r/min,P=3 n0=1000 r/min,n = (1S) n0,定义: 转差率,0 S ,S N= 0.015 0.06,转子转速,3. 转子的转速和转子磁场的速度,n2 -旋转磁场和转子间的相对转速, 即转子导线切割旋转磁场的速度, 即转子磁场的速度,转子磁场的速度：,= f1 S,n2 = n0 S,n2 + n = n0,设转子线圈中的感应电动势的频率为f2,n = n0(1-S),例：一台三相异步电动机，额定转速n=975r/min。求其极数P和额定负载时的转差率S。电源频率为50Hz,P=1 n0 =3000 r/min,P=2 n0

8、 =1500 r/min,P=3 n0=1000 r/min,解：因为,取：n0=1000r/min P=3,4-27,A,Z,B,X,C,Y,主磁通,4.3 三相异步电动机的电路分析,4-28,u1,三相异步电动机的一相等效电路图,R2,E1= 4.44 f1N1m,E2= 4.44 f2N2 m,4-29,1 定子电路,U1 E1=4.44 f1N1,：旋转磁场每极磁通最大值 N1：每相定子绕组匝数,E1= 4.44 f1N1,4-30,=4.44 f1N2 S=E20S,2 转子电路,E20 =4.44 f1N2,XS2=2f2L2= 2Sf1L2=S X20,X20= 2f1L2,R2

9、：每相转子绕组电阻 Xs2：每相转子绕组漏磁 感抗 Xs2=2f2L2 ：旋转磁场每极磁通最大值 N2：每相转子绕组匝数,E2=4.44 f2N2,注：es2与i2非关联,4-31,I2,cos 2,1,转子电流、功率因数与S关系,4.4.1电磁转矩 ：,4.4 三相异步电动机的转矩与机械特性,电磁转矩 T：转子中各载流导体在旋转磁场的作用下, 受到电磁力所形成的转距之总和。,常数,每极磁通,转子电流,转子电路的,（牛顿米）,电磁转矩 T= KT mI2cos 2,将,代入 式得,常数,U1E1=4.44 f1N1m,转矩特性 T= f (S),根据转矩公式得电动机的转矩特性曲线：,三个重要转

10、矩：,额定转矩 ：,电机在额定电压下，以额定转速 运行(TN TL)，输出额定功率 时，电机转轴上输出的转矩。,( 1 ),三个重要转矩,解得,取正值,Sm 称为临界转差率,（2） 最大转矩 Tm,代入 T 的表达式, U12,求得最大转矩 Tm,求解,Sm 称为临界转差率,（2） 最大转矩 Tm, U12,最大转矩,如果 电机将会因带不动负载 而停转。,当X20不变时,临界转差率Sm随R2增大而增加。,d. Sm=R2 /X20,不同转子电阻的转矩特性,结论：,a. Tm U12,b. Tm 与 R2无关,c. 过载系数, Tm T N, 1.8 2.2,Sm与 U1无关,R2增大,过载系数

11、：,三相异步机,（1）三相异步机的 和定子电压的平方成正比，所以对电压的波动很敏感，使用时要注意电压的变化。,注意,电机严重过热,原因,注：P30图,S,T,0,（3） 起动转矩 TST,起动瞬间 n=0，S=1,U1 Tst,在一定范围R2 Tst,R2,U1,负载转矩 TLTst ,不能起动, 可空载或轻载起动,负载转矩 TLTst ,可带负载起动, st Tst TN,一般 st 1.0 2.2,起动转矩倍数,S,0,a,b,c,1,Tst,因为 n=n0(1-S), 可以由 转矩特性得到机械特性,4.4.2 机械特性曲线 n = f (T),（1） 分析起动过程,d,当TstTL 时,

12、 电机起动,在cb段 nSTba段,在ab段 nSTT=TL,TL =TN (在d点), S,直到 T = TL,电机稳定运行在新的 转速下,工作于d点,则 : n,n =(1 S)n0, T,n,0,n0,T,a,b,c,Tst,转矩平衡方程式 T=TL+T0 =负载转矩+空载损耗转矩,（2） 分析转矩平衡过程,a b 段为稳定运行区, 电动机工作在稳定运行区时, 具有自适应能力。例如, 原来在额定负载下稳,硬特性：负载变化时，转速变化不大，运行特性好。 软特性：负载增加转速下降较快，但起动转矩大，起 动特性好。 ,不同场合应选用不同的电动机。如金属切削，选硬特性电机；重载起动则选软特性电动

13、机。,机械特性的软硬,曲线与哪个参数有关,如何兼顾软硬特性,1. 型号 Y 132M4,转差率,4.8 铭牌数据,M：机座长度代号， M-中机座；S-短机座， L-长机座。,1),解:,例:一台Y225M-4型的三相异步电 动机，定子 绕组型联结，其额定数据为：P2N=45kW, nN=1480r/min，UN=380V，N=92.3%，cosN= 0.88， Ist/IN=7.0, Tst/TN=1.9，Tmax/TN=2.2，求： 1) 额定电流IN?,2）由Y225M-4 ，可知 p=2 （四极电动机）,一台Y225M-4型的三相异步电 动机，定子 绕组型联结，其额定数据为：P2N=45

14、kW, nN=1480r/min，UN=380V，N=92.3%，cosN= 0.88， Ist/IN=7.0, Tst/TN=1.9，Tmax/TN=2.2，求： 2) 额定转差率sN?,一台Y225M-4型的三相异步电 动机，定子 绕组型联结，其额定数据为：P2N=45kW, nN=1480r/min，UN=380V，N=92.3%，cosN= 0.88， Ist/IN=7.0, Tst/TN=1.9，Tmax/TN=2.2，求： 3) 额定转矩 TN 、最大转矩Tmax 、和起动转矩Tst 。,3）,4）如果负载转矩为 510.2Nm, 试问在U=UN和U=0.9UN两种情况下电动机能否

15、起动？ 5）采用Y- 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TN的80%和50%时，电动机能否起动？,一台Y225M-4型的三相异步电 动机，定子 绕组型联结，其额定数据为：P2N=45kW, nN=1480r/min，UN=380V，N=92.3%，cosN= 0.88， Ist/IN=7.0, Tst/TN=1.9，Tmax/TN=2.2，求：,解：,在U=UN时 Tst = 551.8Nm 510.2 N. m,不能起动,在U= 0.9UN 时,能起动,Ist =7IN=784.2=589.4 A,4),5),在80%额定负载时,不能起动,在50%额定负载时,可以起动

16、,4.5.1 起动性能,4.5 三相异步电动机的起动,起动初始瞬间，n=0，S=1, 起动电流IST大，57 IN。频繁起动会使电动机过热。,过大的起动电流在短时间内会在线路上造成较大的电压降落，影响邻近负载的正常工作。,1. 直接起动,直接起动是在起动时把电动机的定子绕组直接接入电网。,特点：起动转矩小；起动电流大，比额定值大57倍；影响同一电网上其它负载的正常工作。,优点：简单、方便、经济、起动过程快，适用于中小型笼型异步电动机,2 .降压起动（减小起动电流）,起动时降低电动机的电源电压，待电动机转速接近稳定转速时，再把电压恢复正常。,4.5.2 起动方法,（1）Y-降压起动法,FU,W2

17、,U1,U2,V1,V2,W1,Q1,转子,定子 绕组,只适用于正常运行时为接法的电动机,起动电流和起动转矩都降 低到直接起动时的三分之一,Y 起动应注意的问题：,（1）仅适用于正常接法为三角形接法的电动机。,所以降压起动适合于空载或轻载起动的场合,A,X,B,Y,C,Z,Q1,Q2,运转,起动,三相自耦变压器,M 3 ,（2） 自耦变压器降压起动,Ist,如: 变压器变比为 1/k=0.55,电动机起动转矩,结论: 电动机起动,电流Is t 和起动转矩Tst 均为直接起动的1/k2。,则变压器副方电流,而变压器原方电流,绕线式电动机起动可在转子绕组中串电阻，减小起动电流。,R2 Tst ,3

18、. 绕线式电动机转子电路串电阻起动,R,R,R,定子,转子,起动时将适当的R 串入转子电路中，起动后将R 短路。,起动电阻,3. 绕线式电动机转子电路串电阻起动,方法：任意调换电源的两根进线，电动机反转。,电动机 正转,电动机 反转,三相异步电动机的正、反转,1. 变极调速：改变极对数 p 调速,n = (1S) n0,调速方法,p =2: 两线圈串联,p =1: 两线圈并联,n0=15003000 r/m,4.6 三相异步电动机的调速（自学）,A. 大范围换挡位调速,特点,2. 变转差率 S 调速,绕线式电动机在转子绕组中串入电阻R2 , 可改变转差率 S 和转速 n。,A. 小范围无级调速,特点,B. R2大 特性变软,3. 变频调速：改变电源频率