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1、第五章 交流电动机的工作原理及特性,交流电动机异步电动机、同步电动机。 本章主要内容： 了解三相异步电动机的结构和工作原理，定子电路和转子电路；掌握三相异步电动机的机械特性及启动特性、调速特性、制动特性；了解单相异步电动机和同步电动机工作原理、特点及应用。,5.1 三相异步电动机的结构和工作原理,5.1.1三相异步电机的基本结构,1）定子：定子由铁心,绕组与机座组成,定子：图片,2）转子：由铁心与绕组组成,鼠笼式转子（铝铸的鼠笼式转子）； 线绕式转子绕组与外加变阻器的连接。,鼠笼式转子,鼠笼转子照片,绕线转子照片,5.1.2三相异步电动机的工作原理,三相异步电动机的工作原理是基于定子旋转磁场(

2、定子绕组内三相电流所产生的合磁场）和转子电流（转子绕组内的电流）的互相作用。动画演示1,转差率 s=(n0-n)/n0,定子合成磁场是旋转的，n0；转子绕组感应出电动势， n；总是有nn0,5.1.3三相异步电动机的旋转磁场,1.旋转磁场的产生 动画演示2 定子三相绕组、三相电流的波形图、 两极旋转磁场,三相电流的波形图,三相电流的波形图,图 6.2.2 二极旋转磁场,2.旋转磁场的旋转方向,将BC两根线对调 改变绕组中的电流相,逆时针方向旋转的两极旋转磁场,3 旋转磁场的极数与旋转速度,产生四极旋转磁场的定子绕组 四极旋转磁场,三相异步电动机的同步转速,f = 50 Hz 时,不同极对数时的

3、同步转速如下:,表 6.2.1 同步转速,p 为任意值时：,5.1.4定子绕组线端连接方式,出线端的排列 星形连接 三角形连接 电动机定子绕组的连接,5.2三相异步电动机的定子电路和转子电路,5.2.1定子电路的分析 定子和转子电路的感应电势 三相异步电动机的一相电路,5.2.2转子的电路分析,5.2.3三相异步电动机的铭牌数据,三相异步电动机 型 号 Y132S6功 率 3 kW 频 率 50Hz 电 压 380 V 电 流 7.2 A 连 接 Y 转 速 960r/min 功率因数 0.76 绝缘等级 B,1.型号 Y132S6,Y系列异步机,机座中心高度,机座长度代号,2p = 6,n0

4、 = 1 000 r/min,2. 额定功率 PN PN = 3 kW,轴上输出机械功率的额定值,3. 额定电压 UN UN = 380 V,定子三相绕组应施加的线电压,磁极数,三相异步电动机 型 号 Y132S6功 率 3 kW 频 率 50Hz 电 压 380 V 电 流 7.2 A 联 结 Y 转 速 960r/min 功率因数 0.76 绝缘等级 B,4. 额定电流 IN IN = 7.2A,定子三相绕组的额定线电流,5. 额定功率因数N = cosN,6. 额定转速 nN,5.2.3三相异步电动机的额定值,5.2.4三相异步电机的能流图,5.3三相异步电动机转矩与机械特性5.3.1三

5、相异步电动机的（电磁）转矩T=Kti2COS2（式5.25） （5.27）,5.3.2三相异步电动机的机械特性 动画演示3,1.固有机械特性 四个特殊点： 理想空载点（0，n0）额定工作点（TN,nN） 启动工作点（Tst,0） 临界工作点（Tmax,nm）,2.人为机械特性1）降低电源电压时的人为机械特性,红色线为直接降低电源电压的人为特性，黑色线为定子电路串入电阻R1S或电抗X1S人为特性,4）转子电路串入电阻R2S或电抗X2S人为特性,5.4三相异步电动机的启动特性启动要求：启动转矩足够大；启动电流尽量小；加速过程平滑；设备简单、可靠；功率损耗小。启动特点：电流大；转矩小。,5.4.1鼠

6、笼式异步电动机的启动方法,1.直接启动（全压启动） 将电动机的定子绕组通过闸刀开关或接触器直接接入电源，在额定电压下进行启动。（图5。29） 条件：电动机功率应满足电源总容量要求。 有专门的动力供电变压器时，如果电动机启动频繁，则电动机功率小于变压器容量的20时允许直接启动； 有专门的动力供电变压器时，如果电动机不经常启动，则电动机功率小于变压器容量的30时允许直接启动； 没有专门的动力供电变压器时，估算时应满足公式（5.35),2.电阻或电阻器降压启动 定子串电阻或电抗器降压启动，升速后，切除启动电阻。特点： 启动转矩小，只适用 空载或轻载； 能耗大，启动设备成本高、体积大。,3.Y- 降压

7、启动启动时， KM、1KM合， 2KM开，星形接线；升速后， 1KM开，2KM 合，三角形接线。,方法接触器控制； Y启动器。特点简单、经济，启动电流小。 启动转矩小，电压不可调节。应用4kw以上，380v，连接。,4.自耦变压器降压启动,启动时，KM开，1KM、2KM合，星形接线，降压运行； 升速后， KM合，1KM、2KM开，全压运行。特点：启动电压、电流、转矩可调；设备（启动补偿器）复杂。应用：启动不频繁，转矩大，容量大。,启动电压、电流、转矩变为K2 KN2/N1U2/U1,鼠笼式异步电动机几种常用启动方法,例5.3 有台拖动空气压缩机的鼠笼式异步电动机, PN=40KW, nN=14

8、65r/min,启动电流,Ist=5.5IN,启动转矩Tst.6TN,运行条件要求启动转矩必须大于,(0.9-1.0)TN,电网允许电动机的启动电流不得超过3.5IN。试问应该用何种启动方法。解:按要求,启动转矩的相对值保证为 启动电流的相对值保证为查表5.2,只有当自耦变压器降压比为0.8时,才可以满足KT0.56和KI0.64的条件,孤选用自耦变压器降压启动方法,变压器的降压比为0.8,5.4.2线绕式异步电动机的启动方法 1.逐级切除启动电阻法,操作方法启动变阻器；鼓形控制器。,2.频敏变阻器启动法,组成三相电抗器（铁心、线圈）原理频敏（即电阻和电抗对频率的敏感)。工作过程启动时，转子电

9、流的频率f2Sf高，铁损（与f2成正比）大，相当于串入大电阻和电抗，限制启动电流；另外，启动铁损大提高了转子电路的功率因数，增大了启动转矩。升速后，f2逐渐减小，使铁损减少，相当于电阻和电抗被逐步切除。特点可平滑调节，结构简单，可靠，启动转矩并不很高，不能用于调速。应用启动转矩不大，经常正反转的线绕式异步电动机。对于大容量电动机，可串联使用。,5.4.3特殊鼠笼式电动机,1）双鼠笼式电动机 2）深槽式电动机 3）高转差率鼠笼式电动机,5.5三相异步电动机的调速特性,5.5.1调压调速 5.5.2转子电路串电阻调速 5.5.3改变极对数调速 5.5.4变频调速,(1)调压调速,UN,（2）转子串

10、电阻调速,R2,R2+RC,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,5.5.3改变极对数调速,(a) p = 2,(b) p = 1,（4）变频调速,U、f 可 变,整流电路,逆变电路,50 Hz,fN,f1, fN,动画演示,f2, f1,图 6.6.1 变频调速,返 回,返回,5.6三相异步电动机的制动特性,5.6.1反馈制动 1.位能性负载,2.调速过程中的反馈制动,5.6.2反接制动 1.电源反接,2.倒拉制动,5.6.3能耗制动,5.7单相异步电动机,5.7.1单项异步电动机的磁场,定子绕组,定子,（1）自身没有起动转矩 （2）转子借助其它力量 转动后，外力去除后仍按 原方向继续转动

11、。 怎样产生起动转矩？,工作原理,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,（1） 两相起动,工作绕组,起动绕组, 原理：两相电流,旋转磁场,起动转矩,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,图 5.7.3 单相电容电动机,一个空间轴线固定而大小按争弦规律变化的脉动磁场（用B表示），可以分解为两个转速相等而相反的旋转磁场.,t4,t8,图 5.7.1 脉振磁场,单项异步电动机TS（转矩转差率）曲线,5.7.2单项异步电动机的启动方法,1.电容分相式异步电动机 注意：电机反转必须改变电容的接线位置。,2.罩极式单相异步电动机,5.8.1同步电动机的基本结构 同步电动机按转子主磁极的形状分为隐极式和凸极式两种。,5.8同步电动机的工作原理、特点及应用,同步电动机的结构示意图,5.8.2同步电动机的工作原理和运行特性,电枢绕组通以对称三相交流电后，气隙中便产生一电枢旋转磁场，其转速为同步转速n0r/m