电工学讲义-电动机精选文档.ppt

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1、电工学讲义-电动机本讲稿第一页，共五十二页基基 本本 要要 求求1.了解三相交流异步电动机的基本构造和转动了解三相交流异步电动机的基本构造和转动 原理。原理。原理。原理。本章要求：本章要求：2.2.理解三相交流异步电动机的转矩和机械特性，理解三相交流异步电动机的转矩和机械特性，理解三相交流异步电动机的转矩和机械特性，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掌握起动的基本方法掌握起动的基本方法掌握起动的基本方法,了解调速的方法。了解调速的方法。了解调速的方法。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。理解三相交流异步电动机铭牌数据的意义。本讲稿第二页，共五十二页

2、电动机的分类：电动机的分类：电动机的分类：电动机的分类：鼠笼式异步交流电动机授课内容：鼠笼式异步交流电动机授课内容：基本结构、工作原理、基本结构、工作原理、基本结构、工作原理、基本结构、工作原理、机械特性、启动、调速、铭牌机械特性、启动、调速、铭牌机械特性、启动、调速、铭牌机械特性、启动、调速、铭牌电动机电动机交流电动机交流电动机直流电动机直流电动机三相电动机三相电动机单相电动机单相电动机同步电动机同步电动机异步电动机异步电动机他励、并励电动机他励、并励电动机串励、复励电动机串励、复励电动机本讲稿第三页，共五十二页异步电动机的结构异步电动机的结构定子：定子：转子：转子：铁芯、定子绕组和机座铁芯

3、、定子绕组和机座转子铁心、转子绕组、风扇及转子轴转子铁心、转子绕组、风扇及转子轴笼型转子笼型转子绕线式转子绕线式转子本讲稿第四页，共五十二页异步电动机的结构异步电动机的结构异步电动机的结构异步电动机的结构本讲稿第五页，共五十二页常见鼠笼式转子的结构常见鼠笼式转子的结构常见鼠笼式转子的结构常见鼠笼式转子的结构本讲稿第六页，共五十二页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。内。Y绕组首端：绕组首端：U1，V1，W1绕组末端：绕组末端：U2，V2，W2根据电源电压和电动机绕组根据电源电压和电动机绕组的额定值三相绕组接为星形的额定

4、值三相绕组接为星形或三角形或三角形本讲稿第七页，共五十二页三相异步电动机的转动原理三相异步电动机的转动原理三部曲三部曲旋转磁场的产生旋转磁场的产生转子电流的产生转子电流的产生电磁转矩的产生电磁转矩的产生转子转动转子转动本讲稿第八页，共五十二页旋转磁场的产生旋转磁场的产生电动机三相绕组做电动机三相绕组做“Y”形连接，形连接，三相对称电流通入相应的定子绕组三相对称电流通入相应的定子绕组U1U2V1V2W1W2本讲稿第九页，共五十二页规定规定 i:“+”首端流入，尾端流出。首端流入，尾端流出。i:“”尾端流入，首端流出。尾端流入，首端流出。U1V2W1V1W2U2()电流出电流出()电流入电流入o本

5、讲稿第十页，共五十二页oAXYCBZAXYCBZU1U2V2W1V1W2三相电流合成磁三相电流合成磁场场 的分布情况的分布情况600i1=0i20(W1入，入，W2出出）产生一对磁极产生一对磁极i10i20i20i30磁场旋转磁场旋转90本讲稿第十一页，共五十二页 t=0i1=0i20(W1入，入，W2出出）产生一对磁极产生一对磁极 t =120 i10i2=0i30磁场旋转磁场旋转120 t =240 i10i3=0磁场旋转磁场旋转120 t =360 i1=0i20磁场旋转磁场旋转120i1i2i3旋转磁场的产生旋转磁场的产生磁场旋磁场旋转一周转一周本讲稿第十二页，共五十二页旋转磁场的产生

6、旋转磁场的产生当电动机三相绕组做当电动机三相绕组做“Y”形连接，形连接，三相对称电流通入相应的定子绕组三相对称电流通入相应的定子绕组在三相绕组中在三相绕组中分别产生磁场分别产生磁场合成两个磁极合成两个磁极（磁极对数为（磁极对数为1）磁场旋转产生磁场旋转产生磁极旋转磁极旋转电流交变电流交变小结小结U1U2V1V2W1W2本讲稿第十三页，共五十二页极对数（极对数（P P）的概念）的概念此种接法下，合成磁场只有一对磁极，则极对数为此种接法下，合成磁场只有一对磁极，则极对数为1 1。即：即：U1U2V2W1V1W2U1U2V1V2W1W2补充补充本讲稿第十四页，共五十二页极对数（极对数（P P）的改变

7、）的改变W1V2U1V1W1U2V2W2U1U2V1W2将每相绕组分成两段，按右下图放入定子槽内。将每相绕组分成两段，按右下图放入定子槽内。U1U2V1V2W1W2U1U2V1V2W1W2本讲稿第十五页，共五十二页极对数极对数W1V2U1V1W1U2V2W2U1U2V1W2如图，此时形成的磁极是两对。如图，此时形成的磁极是两对。本讲稿第十六页，共五十二页 旋转磁场的转速旋转磁场的转速n0=60f/p (r/min)n0取决于电源频率取决于电源频率f 和电动机的磁极对数和电动机的磁极对数pn0称为同步转速称为同步转速极对数极对数每个电流周期每个电流周期磁场转过的空间角度磁场转过的空间角度同步转速

8、同步转速本讲稿第十七页，共五十二页旋转磁场的方向旋转磁场的方向当三相电流的当三相电流的 相序为：相序为：123，旋转磁场方向为：旋转磁场方向为：U1V1W1与相序一致与相序一致本讲稿第十八页，共五十二页转子电流的产生转子电流的产生磁场以磁场以n0 顺时针旋转顺时针旋转磁场与转子相对运动磁场与转子相对运动转子以转子以n0逆时针切割磁力线逆时针切割磁力线转子导体中产生感生电动势转子导体中产生感生电动势转子电路闭合转子电路闭合转子电路中产生电流转子电路中产生电流(方向同电动势方向同电动势)磁场磁场转子转子大拇指为转子旋转方向大拇指为转子旋转方向,四指为电动势方向四指为电动势方向NS右手螺旋定则右手螺

9、旋定则本讲稿第十九页，共五十二页电磁转矩的产生电磁转矩的产生转子旋转转子旋转转子电流产生后转子电流产生后导体在磁场中产生电磁力导体在磁场中产生电磁力形成电磁转矩形成电磁转矩转子沿磁场旋转方向以转速转子沿磁场旋转方向以转速n旋转旋转磁场磁场n0四指为电流方向四指为电流方向,大拇指为电磁力方向大拇指为电磁力方向转子转子nSN左手螺旋定则左手螺旋定则FFF本讲稿第二十页，共五十二页转子沿旋转磁场方向旋转转子沿旋转磁场方向旋转,若转子转速若转子转速n上升为同步转速上升为同步转速n0，则转子与旋转磁场之间没有相对转速，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，转子中没有感生电动势

10、和转子电流，没有电磁转矩的产生没有电磁转矩的产生磁场磁场n0转子转子n又因为转子导体的电流是由旋转磁场感应而来的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（转子并不接电源）所以又称感应电动机感应电动机转子转速只能小于同步转速，故称为异步电动机转子转速只能小于同步转速，故称为异步电动机本讲稿第二十一页，共五十二页转差率是描述异步电动机运行情况的一个重要的概念：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：电动机启动瞬时：n=0，S=1,转差率最大转差率最大空载运行时：空载运行时：n空空 最大，最大，S空空 最小最小额定负载运行时额定负载运行时:n S空

11、空一般一般 SN=1-6转转 差差 率率:S=(n0-n)/n0 或或 S=(n0-n)/n0100 n与与n0的关系的关系本讲稿第二十二页，共五十二页例例1 1：一台三相异步电动机，其额定转速一台三相异步电动机，其额定转速 n=975 r/min，电源频率，电源频率 f1 1=50 Hz。试求电动机的极对数和额定负载。试求电动机的极对数和额定负载下的转差率。下的转差率。解：解：根据根据异步电动机转子转速与旋转磁场同步转异步电动机转子转速与旋转磁场同步转速的关系速的关系可知：可知：n0=1000 r/min,即即额定转差率为额定转差率为额定转差率为额定转差率为p p=3=3本讲稿第二十三页，共

12、五十二页转子旋转方向转子旋转方向与旋转磁场的方向一致与旋转磁场的方向一致,即，与相序方向一致。即，与相序方向一致。如何让电动机反转？如何让电动机反转？转子转子n磁场磁场n0思思 考考本讲稿第二十四页，共五十二页 方法：任意调换电源的两根进线，电动机反转。方法：任意调换电源的两根进线，电动机反转。方法：任意调换电源的两根进线，电动机反转。方法：任意调换电源的两根进线，电动机反转。电动机电动机电动机电动机正转正转电动机电动机反转反转反转反转三相异步电动机的正、反转三相异步电动机的正、反转电电 源源L1L1L2L2L3L3M3L1L1L2L2L3L3电电 源源M3本讲稿第二十五页，共五十二页三相异步

13、电动机的转动小结三相异步电动机的转动小结三部曲三部曲旋转磁场的产生旋转磁场的产生转子电流的产生转子电流的产生电磁转矩的产生电磁转矩的产生转子转动转子转动本讲稿第二十六页，共五十二页三相异步电动机转矩与机械特性三相异步电动机转矩与机械特性转矩转矩 转子中各载流导体在旋转磁场的作用下转子中各载流导体在旋转磁场的作用下,受到电磁力受到电磁力所形成的转矩之总和。所形成的转矩之总和。常数，与电常数，与电机结构有关机结构有关2.当电源电压当电源电压 U U1 1 一定时，一定时，T T 是转差率是转差率是转差率是转差率s 的函数。的函数。3.转子导体电阻转子导体电阻转子导体电阻转子导体电阻R2 2 的大小

14、对的大小对 T T 有影响。绕线式异步电动机有影响。绕线式异步电动机可外接电阻来改变转子电阻可外接电阻来改变转子电阻R R2 2，从而改变转距。，从而改变转距。1.T 与定子每相绕组电源电压与定子每相绕组电源电压 成正比。成正比。U 1 T 转子静止时，转子导体漏感抗转子静止时，转子导体漏感抗本讲稿第二十七页，共五十二页转矩特性曲线转矩特性曲线OTS根据转矩公式根据转矩公式得转矩特性曲线：得转矩特性曲线：OT1临界转差率临界转差率本讲稿第二十八页，共五十二页电动机在额定负载时的转矩。电动机在额定负载时的转矩。电动机在额定负载时的转矩。电动机在额定负载时的转矩。1.额定转矩额定转矩TN N三个重

15、要转矩三个重要转矩三个重要转矩三个重要转矩OT(N m)如某普通机床的主轴电机如某普通机床的主轴电机(Y132M-4型型)的额定功率为的额定功率为7.5kw,额定转速为额定转速为1440r/min,则额定转矩为则额定转矩为本讲稿第二十九页，共五十二页2 2.最大转矩最大转矩 Tmaxmax电机带动最大负载的能力。电机带动最大负载的能力。OTTmax当当 U1 1 一定时，一定时，一定时，一定时，Tmaxmax为定值为定值一般三相异步电动机的过载系数为一般三相异步电动机的过载系数为(3)(3)工作时必须使转子轴上机械负载转矩工作时必须使转子轴上机械负载转矩T2 T2 2电机能起动，电机能起动，电

16、机能起动，电机能起动，否则不能起动。否则不能起动。否则不能起动。否则不能起动。OTTst起动能力起动能力本讲稿第三十一页，共五十二页4.4.U1 1 和和 R2变化对机械特性的影响变化对机械特性的影响变化对机械特性的影响变化对机械特性的影响 (1)U1 变化对变化对 机械特性的影响机械特性的影响机械特性的影响机械特性的影响U TOTm Tst(2(2)R R2 2 变化变化变化变化 对机械特性的影响对机械特性的影响对机械特性的影响对机械特性的影响TOR2 n Tst 本讲稿第三十二页，共五十二页5.电动机的运行分析电动机的运行分析电动机的运行分析电动机的运行分析 电动机的电磁转矩可以随负载的变

17、化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而自动调整，这种能力称为自适应负载能力而自动调整，这种能力称为自适应负载能力而自动调整，这种能力称为自适应负载能力T2 sn T2 T2稳定运行区稳定运行区T2常用特常用特常用特常用特性段性段性段性段TO硬特性：硬特性：负载变化时，转速变化不大，运行特性好。负载变化时，转速变化不大，运行特性好。负载变化时，转速变化不大，运行特性好。负载变化时，转速变化不大，运行特性好。本讲稿第三十三页，共五十二页 不同场合应选用不同不同场合应选用不同的电机。如金属切削，的电机。如金属切削，选硬特性电机；重载起选硬特性电机；重载起动则选软特

18、性电机。动则选软特性电机。TOR2 Tst n 软特性：软特性：负载增加时转速下降较快，但起动转矩大，负载增加时转速下降较快，但起动转矩大，起动特性好。起动特性好。本讲稿第三十四页，共五十二页异步电动机的起动和调速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电动机从接通电源到正常工作的过程叫起动过程起动过程。对频繁起动停车的电动机，其起动性能对生产影响很大。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：起动转矩：起动电流：起动电流：为额定转矩的为额定转矩的11.2倍倍为额定电流的为额定电流的47倍倍（因为转差率（因为转差率S 很高）很高）大的起落电流将引起电路中其他用

19、电设备上电压不稳，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。必须选用合适的起动方法限制起动电流。定子电流定子电流起动时起动时，n=0，转子导体切割磁力线速度很大，转子导体切割磁力线速度很大，转子感应电势转子感应电势转子电流转子电流定子电流定子电流 本讲稿第三十五页，共五十二页起动方法起动方法全压直接起动：全压直接起动：降压起动降压起动Y 起动起动补偿器（自耦变压器）起动法补偿器（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。的异步电动机一般采用直接起动。绕线式电动机的起动绕线式电动机的起

20、动本讲稿第三十六页，共五十二页（1）Y 起动：起动：设：电机每相阻抗为设：电机每相阻抗为 起动起动+_ 正常正常运行运行+_本讲稿第三十七页，共五十二页Y Y 起动器接线简图起动器接线简图L1L3L2FUSU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1动触点动触点Y动触点动触点静触点静触点本讲稿第三十八页，共五十二页Y 起动器接线简图起动器接线简图Y起动起动L1L3L2FUSU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1 起动起动UPU1+Ul+U2V1V2W1W2本讲稿第三十九页，共五十二页Y Y 起动器接线简图起动器接线简图 工作工作L1L3L2FUSU1V1U

21、2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1U2 正常正常运行运行Ul+U1V1V2W1W2本讲稿第四十页，共五十二页(a)仅适用于正常运行为三角形联结的电机。仅适用于正常运行为三角形联结的电机。(b)Y 起动起动Y 换接起动适合于空载或轻载起动的场合换接起动适合于空载或轻载起动的场合Y-Y-换接起动应注意的问题换接起动应注意的问题换接起动应注意的问题换接起动应注意的问题 正常正常运行运行UlU1W2V2W1+U2V1UP 起动起动+Ul+U1W2V2W1U2V1本讲稿第四十一页，共五十二页(2)(2)自耦降压起动自耦降压起动自耦降压起动自耦降压起动L1L3L2FUQ QQ2 2下合：下

22、合：接入自耦变接入自耦变 压器，降压压器，降压压器，降压压器，降压 起动。起动。Q2上合：上合：切除自耦变切除自耦变 压器，全压压器，全压压器，全压压器，全压 工作。工作。合刀闸开关合刀闸开关QQ2 自耦降压起动适合于容量较大的或正常运行时自耦降压起动适合于容量较大的或正常运行时自耦降压起动适合于容量较大的或正常运行时自耦降压起动适合于容量较大的或正常运行时联成联成 Y Y形不能采用形不能采用形不能采用形不能采用Y 起动的鼠笼式异步电动机。起动的鼠笼式异步电动机。起动的鼠笼式异步电动机。起动的鼠笼式异步电动机。本讲稿第四十二页，共五十二页RRR滑环滑环电刷电刷定子定子转子转子起动时将适当的起动

23、时将适当的R 串入转子电路中，起动后将串入转子电路中，起动后将串入转子电路中，起动后将串入转子电路中，起动后将R R 短路。短路。短路。短路。起动电阻起动电阻 （3）绕线式电动机转子电路串电阻起动）绕线式电动机转子电路串电阻起动本讲稿第四十三页，共五十二页三相异步电动机的三相异步电动机的调速方法调速方法调速：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变频调速变频调速变极调速变极调速无级调速无级调速有级调速有级调速本讲稿第四十四页，共五十二页三相异步电动机的三相异步电动机的调速方法调速方法调速：指负载不变的情况

24、下，人为改变电动机的转速调速：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变频调速变频调速变极调速变极调速无级调速无级调速有级调速有级调速 f=50Hz逆变器逆变器逆变器逆变器M3 整流器整流器整流器整流器f f1 1、U U1 1可调可调可调可调+本讲稿第四十五页，共五十二页异步电动机的铭牌异步电动机的铭牌三相异步电动机三相异步电动机型号：型号：Y132M-4 功率：功率：7.5KW 频率：频率：50HZ电压：电压：380V 电流：电流：15.4A 接法：接法：转速：转速：1440r/min 绝缘等级：绝缘等级：B 工作方式：连续工作方式：连续 年年月月

25、 编号：编号：电机厂电机厂本讲稿第四十六页，共五十二页型号：型号：Y 132 M4Y：三相异步电动机：三相异步电动机132：机座中心高度：机座中心高度M：机座长度代号（：机座长度代号（S 短机座，短机座，M中机座，中机座，L长机座）长机座）4：磁极数：磁极数异步电动机产品名称代号异步电动机产品名称代号异步电动机产品名称代号异步电动机产品名称代号异步电动机异步电动机 Y 异异绕线式异步电动机绕线式异步电动机 YR 异绕异绕防爆型异步电动机防爆型异步电动机 YB 异爆异爆高起动转矩异步电动机高起动转矩异步电动机 YQ 异起异起本讲稿第四十七页，共五十二页接法：接法：指定子绕组的接法，通常有指定子绕

26、组的接法，通常有Y/两种两种电压：电压：380V铭牌上电压指电动机额定运行时，铭牌上电压指电动机额定运行时，定子定子绕组上所加绕组上所加线线电压电压通常有通常有380V/220V两种。两种。电流：电流：15.4A指电动机额定运行时，指电动机额定运行时，定子定子绕组上的绕组上的线线电流值电流值本讲稿第四十八页，共五十二页额定转速：额定转速：额定转速：额定转速：1440r/min电动机额定运行时的转速，单位：电动机额定运行时的转速，单位：r/min绝缘等级：绝缘等级：绝缘等级：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。来分级

27、。绝缘等级绝缘等级 极限温度极限温度(C)A 105 E 120 B 130 功率：功率：7.5KW7.5KW 指电动机额定运行时，轴上输出的机械功率指电动机额定运行时，轴上输出的机械功率本讲稿第四十九页，共五十二页额定转矩：额定转矩：电动机额定运行时的转矩。电动机额定运行时的转矩。TN=9550PN /nN PN:额定功率，额定功率，nN:额定转速额定转速额定功率因数：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，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，约功率因数很低，约0.2,0.2,满载

28、时为满载时为0.7-0.90.7-0.9 额定效率：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指满载时的效率。等于输出机械功率与输入机械功 率之比率之比效率效率:=P2/P1*100%=P2/3UICOS 线电压、线电流线电压、线电流本讲稿第五十页，共五十二页END本讲稿第五十一页，共五十二页电磁转矩特性和电磁转矩特性和TS曲线曲线最大转矩最大转矩Tm启动转矩启动转矩TS转差率转差率v最大转矩与过载能力最大转矩与过载能力v启动转矩与启动能力启动转矩与启动能力过载能力过载能力=Tm/TN启动能力启动能力=TS/TN一般异步电动机的过载能力为一般异步电动机的过载能力为2鼠笼式电动机的启动能力为鼠笼式电动机的启动能力为TS=(1-1.2)TNT=kSR2U2/R22+(SX20)2T与电源电压与电源电压U，转子导体电阻，转子导体电阻R2转差率转差率S有关有关.(K取决于电动机结构）取决于电动机结构）使用异步电动机应注意使用异步电动机应注意T-S曲线上以下两点曲线上以下两点TM=kU2/2X20 TM与与U2成正比成正比TS=kR2U2/(R22+X202)TS与与U2成正比，与成正比，与R2有关有关本讲稿第五十二页，共五十二页