电工学讲义5-电动机.ppt

1、第五章 电动机,基 本 要 求,1. 了解三相交流异步电动机的基本构造和转动 原理。,本章要求：,2. 理解三相交流异步电动机的转矩和机械特性， 掌握起动的基本方法, 了解调速的方法。,3. 理解三相交流异步电动机铭牌数据的意义。,电动机的分类：,鼠笼式异步交流电动机授课内容： 基本结构、工作原理、 机械特性、启动、调速、铭牌,异步电动机的结构,异步电动机的结构,常见鼠笼式转子的结构,三相异步电动机的定子绕组共六个出线端，引至机座的出线盒内。,Y,绕组首端：U1，V1，W1,绕组末端：U2，V2，W2,根据电源电压和电动机绕组 的额定值三相绕组接为星形 或三角形,三相异步电动机的转动原理,三部

2、曲,旋转磁场的产生,转子电流的产生,电磁转矩的产生,转子转动,旋转磁场的产生,电动机三相绕组做“Y”形连接， 三相对称电流通入相应的定子绕组,规定,()电流出,()电流入,三相电流合成磁场 的分布情况,i1=0 i20 (W1入，W2出 ） 产生一对磁极,i10 i20 i3=0 磁场旋转60,i10 i20 i30 磁场旋转90, t =0 i1=0 i20 (W1入，W2出 ） 产生一对磁极, t =120 i10 i2=0 i30 磁场旋转120, t =240 i10 i3=0 磁场旋转120, t =360 i1=0 i20 磁场旋转120,旋转磁场的产生,磁场旋转一周,旋转磁场的产

3、生,当电动机三相绕组做“Y”形连接， 三相对称电流通入相应的定子绕组,在三相绕组中 分别产生磁场,合成两个磁极 （磁极对数为1）,磁场旋转产生,磁极旋转,小结,极对数（P）的概念,补充,极对数（P）的改变,将每相绕组分成两段，按右下图放入定子槽内。,U1,U2,V1,V2,W1,W2,U1,U2,V1,V2,W1,W2,极对数,如图，此时形成的磁极是两对。,旋转磁场的转速,n0= 60f / p (r/min),n0取决于电源频率f 和电动机的磁极对数p,n0称为同步转速,旋转磁场的方向,当三相电流的 相序为：123， 旋转磁场方向为：U1V1W1,与相序一致,转子电流的产生,磁场以n0 顺时

4、针旋转,磁场与转子相对运动,转子以n0逆时针切割磁力线,转子导体中产生感生电动势,转子电路闭合,转子电路中产生电流(方向同电动势),大拇指为转子旋转方向,四指为电动势方向,电磁转矩的产生转子旋转,转子电流产生后,导体在磁场中产生电磁力,形成电磁转矩,转子沿磁场旋转方向以转速n旋转,四指为电流方向,大拇指为电磁力方向,转子沿旋转磁场方向旋转, 若转子转速n上升为同步转速n0， 则转子与旋转磁场之间没有相对转速， 转子中没有感生电动势和转子电流， 没有电磁转矩的产生,磁场n0,转子n,又因为转子导体的电流是由旋转磁场感应而来的 （转子并不接电源）所以又称,感应电动机,转子转速只能小于同步转速，故称

5、为异步电动机,转差率是描述异步电动机运行情况的一个重要的概念： 电动机启动瞬时： n =0， S = 1, 转差率最大 空载运行时： n空 最大，S空 最小 额定负载运行时: n S空,一般 SN=1-6,n与n0的关系,例1：一台三相异步电动机，其额定转速 n=975 r/min，电源频率 f1=50 Hz。试求电动机的极对数和额定负载下的转差率。,解：,根据异步电动机转子转速与旋转磁场同步转 速的关系可知：n0=1000 r/min , 即,额定转差率为,p=3,转子旋转方向,与旋转磁场的方向一致, 即，与相序方向一致。,如何让电动机反转？,转子n,磁场n0,思 考,方法：任意调换电源的两

6、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,三相异步电动机的转动小结,三部曲,旋转磁场的产生,转子电流的产生,电磁转矩的产生,转子转动,三相异步电动机转矩与机械特性,转矩,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矩之总和。,常数，与电 机结构有关,2. 当电源电压 U1 一定时，T 是转差率s 的函数。,3.转子导体电阻R2 的大小对 T 有影响。绕线式异步电动机可外接电阻来改变转子电阻R2 ，从而改变转距。,1. T 与定子每相绕组电源电压 成正比。U 1 T ,转子静止时，转子导体漏感抗,转矩特性曲线,临界转差率,电动机在额定负载时的转矩。,

7、1.额定转矩TN,三个重要转矩,(N m),如某普通机床的主轴电机(Y132M-4型) 的额定功率为7.5kw, 额定转速为1440r/min, 则额定转矩为,2.最大转矩 Tmax,电机带动最大负载的能力。,当 U1 一定时，Tmax为定值,一般三相异步电动机的过载系数为,(3)工作时必须使转子轴上机械负载转矩T2 Tmax ，否则电机将严重过热而烧坏,3. 起动转矩 Tst,电动机起动时的转矩。,起动时n= 0 时，s =1,(2) Tst与 R2 有关， 适当使 R2 Tst 。对绕线式 电机改变转子附加电阻 R2 , 可使Tst =Tmax 。,Tst体现了电动机带载起动的能力。 若

8、Tst T2电机能起动，否则不能起动。,起动能力,4. U1 和 R2变化对机械特性的影响,(1) U1 变化对 机械特性的影响,(2) R2 变化 对机械特性的影响,5. 电动机的运行分析,电动机的电磁转矩可以随负载的变化 而自动调整，这种能力称为自适应负载能力,T2,s,n ,T2 ,稳定运行区,硬特性：负载变化时，转速变化不大，运行特性好。,不同场合应选用不同的电机。如金属切削，选硬特性电机；重载起动则选软特性电机。,异步电动机的起动和调速,电动机从接通电源到正常工作的过程叫起动过程。,对频繁起动停车的电动机，其起动性能对生产影响很大。,起动转矩：,起动电流：,为额定转矩的11.2倍,为

9、额定电流的47倍（因为转差率S 很高）,大的起落电流将引起电路中其他用电设备上电压不稳， 必须选用合适的起动方法限制起动电流。,定子电流,起动方法,全压直接起动：,降压起动,Y 起动,补偿器（自耦变压器）起动法,适用于小容量电机，二三十千瓦以下 的异步电动机一般采用直接起动。,绕线式电动机的起动,（1）Y 起动：,设：电机每相阻抗为,Y 起动器接线简图,静触点,Y 起动器接线简图,Y起动,Y 起动器接线简图, 工作,(a) 仅适用于正常运行为三角形联结的电机。,Y 换接起动适合于空载或轻载起动的场合,Y- 换接起动应注意的问题,(2) 自耦降压起动,Q2下合： 接入自耦变 压器，降压 起动。,

10、Q2上合： 切除自耦变 压器，全压 工作。,合刀闸开关Q,Q2,自耦降压起动适合于容量较大的或正常运行时 联成 Y形不能采用Y起动的鼠笼式异步电动机。,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,三相异步电动机的调速方法,调速：指负载不变的情况下，人为改变电动机的转速,n=(1-S)n0= 60 (1-S) f1 / p,三相异步电动机的调速方法,调速：指负载不变的情况下，人为改变电动机的转速,n=(1-S)n0= 60 (1-S) f1 / p,异步电动机的铭牌,三相异步电动机,型号：Y132M-4 功率：7.

11、5KW 频率：50HZ 电压： 380V 电流：15.4A 接法： 转速：1440r/min 绝缘等级：B 工作方式：连续 年月 编号： 电机厂,型号：Y 132 M4,Y：三相异步电动机,132：机座中心高度,M：机座长度代号（S 短机座，M中机座，L长机座）,4：磁极数,异步电动机产品名称代号,异步电动机 Y 异 绕线式异步电动机 YR 异绕 防爆型异步电动机 YB 异爆 高起动转矩异步电动机 YQ 异起,接法： 指定子绕组的接法，通常有Y/两种,电压：380V 铭牌上电压指电动机额定运行时，定子绕组上所加线电压 通常有380V/220V两种。,电流：15.4A 指电动机额定运行时，定子绕

12、组上的线电流值,额定转速：1440r/min 电动机额定运行时的转速，单位：r/min,绝缘等级：B 按电动机绕组所用的绝缘材料在使用时允许的极限温度 来分级。 绝缘等级 极限温度(C) A 105 E 120 B 130,功率：7.5KW 指电动机额定运行时，轴上输出的机械功率,额定转矩： 电动机额定运行时的转矩。 TN=9550PN / nN PN : 额定功率， nN : 额定转速,额定功率因数： 指额定运行时，定子绕组每相电路的功率因数,异步电动机空载时的电流主要用于产生磁场， 功率因数很低，约0.2, 满载时为0.7-0.9,额定效率： 指满载时的效率。等于输出机械功率与输入机械功 率之比,效率: =P2 / P1 *100%=P2/3UICOS,END,电磁转矩特性和TS曲线,最大转矩Tm,启动转矩TS,转差率,最大转矩与过载能力,启动转矩与启动能力,过载能