电工学-第5章-电动机(6节)课件

第5章上页下页返回5 5 电动机电动机5.1 5.1 5.1 5.1 三相异步电动机的基本构造三相异步电动机的基本构造三相异步电动机的基本构造三相异步电动机的基本构造5.2 5.2 5.2 5.2 三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理5.3 5.3 5.3 5.3 三相异步电动机的铭牌数据三相异步电动机的铭牌数据三相异步电动机的铭牌数据三相异步电动机的铭牌数据5.4 5.4 5.4 5.4 三相异步电动机的电磁转矩和机械特性三相异步电动机的电磁转矩和机械特性三相异步电动机的电磁转矩和机械特性三相异步电动机的电磁转矩和机械特性5.5 5.5 5.5 5.5 三相异步电动机的启动三相异步电动机的启动三相异步电动机的启动三相异步电动机的启动5.6 5.6 5.6 5.6 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速第5章上页下页返回电电 机机 概概 述述 电机电机 实现机械能与电能的相互转换。实现机械能与电能的相互转换。发电机发电机 将机械能转换为电能。将机械能转换为电能。电动机电动机 将电能转换为机械能。将电能转换为机械能。直流电动机直流电动机 交流电动机交流电动机直流发电机直流发电机 交流发电机交流发电机（三相和单相）（三相和单相）（三相和单相）（三相和单相）电动机电动机 电机电机 发电机发电机同步电动机同步电动机 异步电动机异步电动机（笼型和绕线型）（笼型和绕线型）动力电机动力电机 电机电机 控制电机控制电机:以高效率的能量转换为目的。以高效率的能量转换为目的。:以高灵敏度、高准确度的信号以高灵敏度、高准确度的信号 转换和传递为主要目的。转换和传递为主要目的。第5章上页下页返回5.1 三相异步电动机的基本构造三相异步电动机的基本构造一、三相异步电动机的基本结构一、三相异步电动机的基本结构 1.定子定子(1)定子铁心定子铁心(2)定子绕组定子绕组(3)机座和端盖等机座和端盖等2.转子转子(1)转子铁心转子铁心(2)转子绕组转子绕组(3)转轴等转轴等 冷空气流冷空气流 转转 子子 定子定子 罩罩 壳壳（非驱动端）（非驱动端）端盖端盖(驱动端驱动端)风扇风扇 第5章上页下页返回 三相鼠笼式异步电动机的部件图三相鼠笼式异步电动机的部件图第5章上页下页返回 三相绕线式异步电动机的结构三相绕线式异步电动机的结构第5章上页下页返回1.定子定子 定子铁心、定子绕组、定子铁心、定子绕组、机座和端盖等。机座和端盖等。定子铁心的硅钢片定子铁心的硅钢片 第5章上页下页返回 定子铁心定子铁心第5章上页下页返回 定子绕组定子绕组对称三相绕组。对称三相绕组。第5章上页下页返回 定子接线盒定子接线盒U1 V1 W1W2 U2 V2U1 V1 W1U2 V2 W2U1 V1 W1W2 U2 V 2星星形形(Y)联联结结3 U1 V1 W1W2 U2 V 2三三角角形形()联联结结3 第5章上页下页返回转子铁心、转子铁心、转子绕组、转子绕组、转轴、转轴、风扇等。风扇等。转子铁心的硅钢片转子铁心的硅钢片2.转子转子 转子绕组转子绕组 绕线式：绕线式：对称三相绕组。对称三相绕组。鼠笼式：鼠笼式：对称多相绕组。对称多相绕组。第5章上页下页返回 鼠笼式异步电动机的转子鼠笼式异步电动机的转子 导条导条 端环端环 风扇风扇 第5章上页下页返回 鼠笼式异步电动机的转子鼠笼式异步电动机的转子 铸铝转子铸铝转子 第5章上页下页返回 绕线式异步电动机的转子绕线式异步电动机的转子第5章上页下页返回 绕线式异步电动机的转子绕线式异步电动机的转子集电环集电环 第5章上页下页返回 三相绕线式异步电动机示意图三相绕线式异步电动机示意图 转子三相绕组接成转子三相绕组接成 Y 形形 短接或短接或外接对称电阻等外接对称电阻等 第5章上页下页返回 三相异步电动机的外形三相异步电动机的外形第5章上页下页返回5.2 三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理 机械负载机械负载 旋转起来旋转起来对称三相绕组对称三相绕组 通入对称三相电流通入对称三相电流 旋转磁场旋转磁场（磁场能量）（磁场能量）磁感线切割磁感线切割 转子绕组转子绕组 转子绕组中转子绕组中 产生产生 e 和和 i 转子绕组在磁场中转子绕组在磁场中 受到电磁力的作用受到电磁力的作用 转子旋转起来转子旋转起来 三三相相 交交流流 电电能能电磁电磁转矩转矩感感应应第5章上页下页返回横截面横截面U1U2V1 V2W2 W1U1 V1 W1U2 V2 W2 流出流出 流入流入 定子三相绕组中电流的标注方法定子三相绕组中电流的标注方法 第5章上页下页返回U V WU1U2V1V2W2W1i1=Imsin ti2=Imsin(t120O)i3=Imsin(t120O)i1 i2 i3 t =0O 时时i1=0，i2 0，i3 0NSIm tOi1一、旋转磁场一、旋转磁场1.旋转磁场的产生旋转磁场的产生第5章上页下页返回 t=0O 时时i1=0，i2 0，i30U1U2V1V2W2W1NS t=120O 时时i10，i2=0，i3 0U1U2V1V2W2W1NS第5章上页下页返回U1U2V1V2W2W1U1U2V1V2W2W1NS t=240O 时时i1 0，i20，i3=0 t=360O 时时i1=0，i2 0，i30NS第5章上页下页返回 t O i1 i2 i3ImU1U2V1V2W2W1NS 不同时间旋转磁场的位置不同时间旋转磁场的位置 t=0o t=30o t=60o t=90o t=120o t=150o t=180o t=210o t=240o t=270o t=300o t=330o t=360o 第5章上页下页返回 t O i1 i2 i3ImU1U2V1V2W2W1NS 不同时间旋转磁场的位置不同时间旋转磁场的位置 t=0o t=30o t=60o t=90o t=120o t=150o t=180o t=210o t=240o t=270o t=300o t=330o t=360o 第5章上页下页返回 t O i1 i2 i3ImU1U2V1V2W2W1NS 不同时间旋转磁场的位置不同时间旋转磁场的位置 t=0o t=30o t=60o t=90o t=120o t=150o t=180o t=210o t=240o t=270o t=300o t=330o t=360o 第5章上页下页返回 t O i1 i2 i3ImU1U2V1V2W2W1NS 不同时间旋转磁场的位置不同时间旋转磁场的位置 t=0o t=30o t=60o t=90o t=120o t=150o t=180o t=210o t=240o t=270o t=300o t=330o t=360o 第5章上页下页返回 t O i1 i2 i3ImU1U2V1V2W2W1NS 不同时间旋转磁场的位置不同时间旋转磁场的位置 t=0o t=30o t=60o t=90o t=120o t=150o t=180o t=210o t=240o t=270o t=300o t=330o t=360o 第5章上页下页返回 t O i1 i2 i3ImU1U2V1V2W2W1NS 不同时间旋转磁场的位置不同时间旋转磁场的位置 t=0o t=30o t=60o t=90o t=120o t=150o t=180o t=210o t=240o t=270o t=300o t=330o t=360o 第5章上页下页返回 t O i1 i2 i3ImU1U2V1V2W2W1NS 不同时间旋转磁场的位置不同时间旋转磁场的位置 t=0o t=30o t=60o t=90o t=120o t=150o t=180o t=210o t=240o t=270o t=300o t=330o t=360o 第5章上页下页返回 t O i1 i2 i3ImU1U2V1V2W2W1NS 不同时间旋转磁场的位置不同时间旋转磁场的位置 t=0o t=30o t=60o t=90o t=120o t=150o t=180o t=210o t=240o t=270o t=300o t=330o t=360o 第5章上页下页返回 t O i1 i2 i3ImU1U2V1V2W2W1NS 不同时间旋转磁场的位置不同时间旋转磁场的位置 t=0o t=30o t=60o t=90o t=120o t=150o t=180o t=210o t=240o t=270o t=300o t=330o t=360o 第5章上页下页返回 t O i1 i2 i3ImU1U2V1V2W2W1NS 不同时间旋转磁场的位置不同时间旋转磁场的位置 t=0o t=30o t=60o t=90o t=120o t=150o t=180o t=210o t=240o t=270o t=300o t=330o t=360o 第5章上页下页返回 t O i1 i2 i3ImU1U2V1V2W2W1NS 不同时间旋转磁场的位置不同时间旋转磁场的位置 t=0o t=30o t=60o t=90o t=120o t=150o t=180o t=210o t=240o t=270o t=300o t=330o t=360o 第5章上页下页返回 t O i1 i2 i3ImU1U2V1V2W2W1NS 不同时间旋转磁场的位置不同时间旋转磁场的位置 t=0o t=30o t=60o t=90o t=120o t=150o t=180o t=210o t=240o t=270o t=300o t=330o t=360o 第5章上页下页返回 t O i1 i2 i3ImU1U2V1V2W2W1NS 不同时间旋转磁场的位置不同时间旋转磁场的位置 t=0o t=30o t=60o t=90o t=120o t=150o t=180o t=210o t=240o t=270o t=300o t=330o t=360o 第5章上页下页返回 t O i1 i2 i3ImU1U2V1V2W2W1NS2.旋转磁场的转速旋转磁场的转速 n0 i 变化一周变化一周旋转磁场转一圈。旋转磁场转一圈。第5章上页下页返回i 变化一周变化一周i 每秒钟变化每秒钟变化 50 周周i 每分钟变化每分钟变化(5060)周周 旋转磁场转一圈旋转磁场转一圈旋转磁场转旋转磁场转 50 圈圈旋转磁场转旋转磁场转 3 000 圈圈 2.旋转磁场的转速旋转磁场的转速 n0 同步转速同步转速 n0=3 000 r/min=60 f1 同步转速同步转速 n0 的大小怎样改变？的大小怎样改变？第5章上页下页返回U1U2V1V2W2W1每相绕组由每相绕组由一个线圈组成一个线圈组成U1 V1 W1U2 V2 W2U3 V3 W3U4 V4 W4U1U2U3U4V1V4V2V3W4W1W2W3每相绕组由两个每相绕组由两个线圈串联组成线圈串联组成第5章上页下页返回U1U2U3U4V1V4V2V3W4W1W2W3 t=0O 时时 i1=0，i2 0，i3 0 NSNS 磁极对数磁极对数 p p=2 电流变化一周电流变化一周 旋转磁场转旋转磁场转半半圈圈 n0=1 500 r/min 当磁极对数当磁极对数 p=3 时时 n0=1 000 r/min 结论结论 60 f1 2=60 f1 3=60 f1pn0=第5章上页下页返回 f=50 Hz 时：时：1 2 3 4 5 6 3 000 1 500 1 000 750 600 500 pn0/(r/min)3.旋转磁场的转向旋转磁场的转向(n0 的方向的方向)U(i1)V(i2)W(i3)由超前相转向滞后相。由超前相转向滞后相。即由通入三相绕组中的电流的相序决定的。即由通入三相绕组中的电流的相序决定的。怎样改变怎样改变 n0 的方向的方向?V(i1)U(i2)W(i3)即改变通入三相绕组中的电流的相序。即改变通入三相绕组中的电流的相序。第5章上页下页返回n0n0 转子电流有功分量转子电流有功分量与旋转磁场相互作用与旋转磁场相互作用NS转动原理转动原理 (1)用右手定则判断转用右手定则判断转 子绕组中感应电流子绕组中感应电流 的方向；的方向；(2)用左手定则判断转用左手定则判断转 子绕组受到的电磁子绕组受到的电磁 力的方向。力的方向。(3)电磁力电磁力 电磁转矩电磁转矩 T(4)T 与与 n0 同方向。同方向。第5章上页下页返回2.电磁转矩的的方向（转子旋转方向）电磁转矩的的方向（转子旋转方向）与旋转磁场的转向相同。与旋转磁场的转向相同。顺顺时时针针方方向向旋旋转转怎样改变转子的转向怎样改变转子的转向?3 M3U V W3 M3U V W逆逆时时针针方方向向旋旋转转旋转方向？旋转方向？第5章上页下页返回5.3 5.3 5.3 5.3 三相三相三相三相异步电动机的铭牌数据异步电动机的铭牌数据异步电动机的铭牌数据异步电动机的铭牌数据三相异步电动机三相异步电动机型号型号工作方式工作方式连续连续功率功率7.57.5千瓦千瓦接法接法电压电压绝缘等级绝缘等级电流电流温升温升转速转速14401440转转/分分重量重量4545公斤公斤频率频率5050赫兹赫兹Y132M-4E E6565o oC C380380伏伏15.415.4安安电机厂电机厂年年 月月 (1)铭牌铭牌:标明电动机的各项额定运行条件与数据。标明电动机的各项额定运行条件与数据。第5章上页下页返回 三相交流异步电动机的技术数据三相交流异步电动机的技术数据型号型号 Y132M-4磁极数磁极数(极对数极对数 p=2)=2)同步转速同步转速 1500 1500 转转/分分n1=（转/分）60 f1p转差率转差率0.04 150014401500=s转速转速如：如：1440 1440 转转/分分第5章上页下页返回 接法：指三相定子绕组的联接方式接法：指三相定子绕组的联接方式 Y/Y/接法：接法：Y Y 接法接法 U1W1U2V2W2V1U1V1W1W2U2V2 接法接法U1V1W1W2U2V2W1U2V2W2U1V1U1 V1 W1W2 U2 V 23 U1 V1 W1W2 U2 V 23 第5章上页下页返回对于额定电压380V 额定电压：额定电压：额定运行时定子绕组应加的额定运行时定子绕组应加的线电压线电压。线线电电压压U1V1W1W2U2V2线线电电压压U1V1W1W2U2V2每相绕组的额定每相绕组的额定电压为电压为380V380V 一般规定电动机的电压不能高于或低于一般规定电动机的电压不能高于或低于额定值的额定值的5 5。每相绕组的额定每相绕组的额定电压为电压为220V220V第5章上页下页返回 额定电流：额定电流：电机在额定运行时定子绕组的电机在额定运行时定子绕组的线电流线电流。15.4 A 电机的效率：电机的效率：12PP=h 额定功率：额定功率：电机在额定运行时，轴输出的机械功率电机在额定运行时，轴输出的机械功率 P2 。鼠笼式电机额定鼠笼式电机额定运行时的效率约运行时的效率约为为 75759292。输入功率输入功率(P1 )=)=输出功率输出功率(P2 )电机其它损耗电机其它损耗第5章上页下页返回5.45.4 三相异步电动机的电磁转矩和机械特值三相异步电动机的电磁转矩和机械特值三相异步电动机的电磁转矩和机械特值三相异步电动机的电磁转矩和机械特值 5.4.1 5.4.1 异步电动机的电磁转矩异步电动机的电磁转矩电磁转矩电磁转矩：T=KT mI2scos 2定子通入三定子通入三相电流产生相电流产生旋转磁场旋转磁场转子绕组切转子绕组切割磁力线，割磁力线，产生感应电产生感应电动势动势E E闭合导线闭合导线产生电流产生电流 i2 2载流导体载流导体在磁场中在磁场中受力受力 fcos 2转子电路功率因数I2s转子电流m磁场磁通转矩常数，与电动机结构有关转矩常数，与电动机结构有关第5章上页下页返回U1I1R1 jX1E1 E2sjX2s R2I2sf1f2 定子每相电路定子每相电路 转子每相电路转子每相电路 R1、X1 定子每相绕组的电阻和漏磁感抗。定子每相绕组的电阻和漏磁感抗。R2、X2s 转子每相绕组的电阻和漏磁感抗。转子每相绕组的电阻和漏磁感抗。（下标下标“s”表示其值与转差率即转速有关表示其值与转差率即转速有关）转子转子电路电路通常通常是短是短路的路的异步电动机每相的等效电路异步电动机每相的等效电路第5章上页下页返回 取决于转子和旋转磁场的相对速度取决于转子和旋转磁场的相对速度f1电源频率K1定子绕组的系数(1)m磁场磁通N1定子绕组的每相匝数每相定子绕组的有效匝数 定子电路端电压与感应电动势定子电路端电压与感应电动势f2转子电路电动势和电流的频率K2转子绕组的系数(1)m磁场磁通N2转子绕组的每相匝数每相转子绕组的有效匝数 转子电路感应电动势转子电路感应电动势 第5章上页下页返回得到转矩公式得到转矩公式常常数数常数常数常常数数 E2sjX2s R2I2sf2第5章上页下页返回5.4.2 5.4.2 异步电动机的机械特性异步电动机的机械特性T=Ks R2U12R22+(sX20)20sTTmaxTNsNsmTmaxTst0TnnNTNn1机械特性机械特性转矩特性转矩特性第5章上页下页返回额定转矩额定转矩额定转矩额定转矩 T TN N N NPN=TNPN103TN=PN1032n/60PNn=9550TN=9550PNnN0sTTmaxTNsNsmTmaxTst0TnnNTNn1PN:kWn:r/minT:Nm第5章上页下页返回sm=R2X20 当当 时，时，最大转矩最大转矩最大转矩最大转矩T TmaxmaxTmax=KU122X20TmaxTst0TnnNTNn1sms=0s=1T=K s R2U12R22+(sX20)2m m反映了电动机的短时过载能力，一般三相异步反映了电动机的短时过载能力，一般三相异步电动机的过载系数约为电动机的过载系数约为1.82.21.82.2。过载系数过载系数临界转差率临界转差率最大转矩最大转矩第5章上页下页返回U 0TnsmTmaxUUU U UsmTmaxR2R2R2 R2 R2 R20Tn当当 R2=常数常数 时，改变电时，改变电源电压源电压 U1，sm 不变，不变，Tmax 改变改变当当 U1=常数常数 时，改变转时，改变转子电阻子电阻R2，Tmax不变，不变，sm 改变改变sm=R2X20 Tmax=KU122X20,第5章上页下页返回Tst=K R2U12 R22+X202 起动转矩起动转矩起动转矩起动转矩T TststTmaxTst0TnnNTNn1smS=0S=1T=Ks R2U12R22+(sX20)2stst反映了电动机的启动能力，对反映了电动机的启动能力，对Y Y系列电机约为系列电机约为1.7-2.2.1.7-2.2.启动转矩倍数启动转矩倍数第5章上页下页返回 硬特性：负载变化时，转速变化不大。运行特性好硬特性：负载变化时，转速变化不大。运行特性好 软特性：负载增加时，转速下降较快。但启动转矩大，软特性：负载增加时，转速下降较快。但启动转矩大，启动特性好。启动特性好。软特性软特性 不同场合应选用不同的电机。如金属切削，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。选硬特性电机；重载起动则选软特性电机。n0TnO硬特性硬特性（4 4）机械特性的软硬机械特性的软硬机械特性的软硬机械特性的软硬第5章上页下页返回5.5.1 5.5.1 电动机的起动指标电动机的起动指标1.起动转矩足够大起动转矩足够大 Tst TL（一般要求）（一般要求）Tst(1.1 1.2)TL2.起动电流不超过允许范围起动电流不超过允许范围 Ist Imax（供电线路最大允许的电流）（供电线路最大允许的电流）3.异步电动机的实际起动情况异步电动机的实际起动情况 起动电流大：起动电流大：Ist=KI IN=(5.57)IN 起动转矩小：起动转矩小：Tst=KSTN=(1.62.2)TN 5.5 5.5 5.5 5.5 三相异步电动机的启动三相异步电动机的启动三相异步电动机的启动三相异步电动机的启动第5章上页下页返回5.5.2 5.5.2 异步电动机的启动过程异步电动机的启动过程中小型鼠笼式电机起动电流为额定电流的中小型鼠笼式电机起动电流为额定电流的5-75-7倍。倍。起动时起动时 n=0 原因：原因：转子导条切割磁力线速度很快转子中感应电动势和转子电流很大大电流使电网电压降低 影响其他负载工作电机过热定子电流增大频繁起动时造成热量积累 第5章上页下页返回5.5.3 5.5.3 鼠笼式异步电动机的起动方法鼠笼式异步电动机的起动方法利用刀闸开关直接将电机接到电源上，适于利用刀闸开关直接将电机接到电源上，适于7.57.5千瓦千瓦以下的小电机。以下的小电机。Y Y 起动起动：适于工作时定子绕组为适于工作时定子绕组为 接法的电机。接法的电机。直接起动直接起动 降压起动降压起动 自耦减压起动自耦减压起动：适于容量较大或工作时定子绕组为适于容量较大或工作时定子绕组为Y Y接法的电机。接法的电机。定子串联电阻或电抗定子串联电阻或电抗第5章上页下页返回定子串联电阻或电抗降压定子串联电阻或电抗降压起动起动M33 RSQ1 FUQ2起动起动运行运行M3XSQ1 FUQ23 第5章上页下页返回 Y降压起动电流分析起动电流分析 UZp33=IPIlZUIIpPYlY3=Y 接起动时，定子绕组的线接起动时，定子绕组的线电流是电流是接起动的三分之一。接起动的三分之一。IlYIl=13ABCZXY起动起动IIPYlY运行运行ABCZXYIPIl第5章上页下页返回直接起动直接起动()：T st Up 2 Y Y 降压降压起动起动转距转距分析分析降压起动降压起动(Y)(Y)：TYst（Up/3)2 TYSt=13T St降压起动适合于空载或轻载的场合。降压起动适合于空载或轻载的场合。第5章上页下页返回Y 降压降压起动接线示意图起动接线示意图3 UNQ1 FUQ2U1U2V1V2W1W2第5章上页下页返回Y 降压降压起动接线示意图起动接线示意图3 UNQ1 FUQ2U1U2V1V2W1W2Y 起动起动第5章上页下页返回Y 降压降压起动接线示意图起动接线示意图Q23 UNQ1 FUU1U2V1V2W1W2 运行运行第5章上页下页返回(1)IstYImax（线路中允许的最大电流）。（线路中允许的最大电流）。(2)TstYTL。否则不能采用此法。否则不能采用此法。Y 减压减压起动的特点起动的特点 (1)电源电压不变，定子绕组接法改变。电源电压不变，定子绕组接法改变。(2)减压比为减压比为 13 Y 减压减压起动的使用条件起动的使用条件 第5章上页下页返回R2 R2 转子电路串联电阻起动转子电路串联电阻起动 Ist 减小，减小，Tst 增大。增大。R2 TstTstn0TnO电刷电刷 3 UNQFU 集电环集电环 起动变阻器起动变阻器 5.5.4 5.5.4 绕线式异步机的起动方法绕线式异步机的起动方法第5章上页下页返回例例5.5.1 某台三相异步机：某台三相异步机：PN=7.5kW，UN=380V，IN=15.4A，nN=1440r/min,接法，接法，st=1.8,m=2.5。求：求：（1）额定转矩）额定转矩TN、启动转矩、启动转矩Tst、最大转矩、最大转矩Tmax及及 额定转差率额定转差率sN；（2）电压下降至）电压下降至0.5UN时的启动转矩和最大转矩，此时的启动转矩和最大转矩，此时能否带时能否带0.5TN的负载启动？的负载启动？（3）若采用）若采用Y启动，能否带启动，能否带0.5TN的负载启动？的负载启动？解：（解：（1）三相异步电动机的额定转矩）三相异步电动机的额定转矩TN、启动转矩、启动转矩Tst、最大转矩、最大转矩Tmax及额定转差率及额定转差率sN分别为：分别为：第5章上页下页返回例例5.5.1 某台三相异步机：某台三相异步机：PN=7.5kW，UN=380V，IN=15.4A，nN=1440r/min,接法，接法，st=1.8,m=2.5。求：。求：（1）额定转矩）额定转矩TN、启动转矩、启动转矩Tst、最大转矩、最大转矩Tmax及额定及额定转差率转差率sN；第5章上页下页返回（2）当）当U=0.5UN时，由时，由此时不能带此时不能带0.5TN的负载启动。的负载启动。求求:（2）电压下降至）电压下降至0.5UN时的启动转矩和最大转矩，时的启动转矩和最大转矩，此时能否带此时能否带0.5TN的负载启动？的负载启动？第5章上页下页返回（3）Y启动时启动时因此，可以带因此，可以带因此，可以带因此，可以带0.50.5T TN N的负载启动。的负载启动。的负载启动。的负载启动。（3）若采用）若采用Y启动，能否带启动，能否带0.5TN的负载启动？的负载启动？第5章上页下页返回5.6 5.6 异步电动机的调速异步电动机的调速三相异步电动机的转速公式：三相异步电动机的转速公式：三相异步电动机的调速方法：三相异步电动机的调速方法：n=(1 s)n1=(1 s)p60 f1 改变极对数改变极对数 p 改变电流频率改变电流频率 f1 1 改变转差率改变转差率 s第5章上页下页返回U1U2U3U4(a)p=2S NN SU1U2U3U4NS (b)p=1变极调速变极调速 结论结论 有级调速：转速只能成倍改变有级调速：转速只能成倍改变(双速电动机，三速、四速电动机双速电动机，三速、四速电动机)仅适用于鼠笼式异步电动机仅适用于鼠笼式异步电动机第5章上页下页返回 变频器变频器 Tn OfNf1 fN f2 f1 n0n0n0TL变频调速变频调速f1=50 Hz整流器逆变器M3+f 可变可变 变压变频输出变压变频输出 直直 流流 控制控制 电路电路 第5章上页下页返回转子滑环RSt定子变转差率调速变转差率调速电刷线绕型电动机R2R2+RCTMTLTn On0 结论结论缺点：缺点：调速范围较窄，且低调速范围较窄，且低速时机械特性较软，转速稳速时机械特性较软，转速稳定性差，效率低定性差，效率低优点：优点：简单易行，广泛用于简单易行，广泛用于起重、运输、提升机械中。起重、运输、提升机械中。第5章上页下页返回5.75.7 单相异步电动机单相异步电动机单相异步电动机单相异步电动机 单相异步电动机具有结构简单、成本低廉、噪声小的优点。由于只需要单相电源供电，因而使用方便，被广泛应用于家用电器、电动工具以及自动化仪表等设备中。其功率一般在 1kW 以下。第5章上页下页返回各式各样的单相电各式各样的单相电动机与电动工具动机与电动工具返回第5章上页下页返回U1U2定子为单相绕组，定子为单相绕组，转子常采用鼠笼式。转子常采用鼠笼式。5.7.15.7.1 单相异步电动机的结构特点单相异步电动机的结构特点单相异步电动机的结构特点单相异步电动机的结构特点第5章上页下页返回U1U2U1U2i脉动磁场的产生脉动磁场的产生磁场轴线磁场轴线 位置不变位置不变 NS第5章上页下页返回单相异步电动机特点启动转矩为零，不能自行启动启动转矩为零，不能自行启动 一经启动后，便会产生一个电磁转矩拖动一经启动后，便会产生一个电磁转矩拖动电机继续旋转电机继续旋转 功率因数、效率及过载能力都较低功率因数、效率及过载能力都较低启动、工作特性及调节特性较差启动、工作特性及调节特性较差只需单相电源供电只需单相电源供电;使用方便使用方便第5章上页下页返回1.1.电容分相式起动电容分相式起动SDCWSTW W:主绕组主绕组STST：起动绕组：起动绕组S S：离心开关：离心开关起动时开关起动时开关K K闭合，闭合，使两绕组电流使两绕组电流 相位差约为相位差约为9090从而从而产生旋转磁场产生旋转磁场，电机，电机转起来；转动正常后转起来；转动正常后离心开关被甩开，起动绕组离心开关被甩开，起动绕组被切断。被切断。5.7.25.7.2 单相异步电动机的启动单相异步电动机的启动单相异步电动机的启动单相异步电动机的启动第5章上页下页返回 单相电容起动电动机单相电容起动电动机第5章上页下页返回单相异步电动机单相异步电动机转向的改变转向的改变：改变旋转磁场的转：改变旋转磁场的转向；改变两相电源的相序；对调两个绕组中任何向；改变两相电源的相序；对调两个绕组中任何一个绕组接电源的位置一个绕组接电源的位置电容运转电动机电容运转电动机:无离心开关，辅助绕组及电容器无离心开关，辅助绕组及电容器可连续工作；有较大过载能力和较高的功率因数，可连续工作；有较大过载能力和较高的功率因数，简单可靠。简单可靠。广泛应用于电风扇广泛应用于电风扇(一般直径一般直径300mm300mm以上以上)、洗衣机、电、洗衣机、电冰箱、空调及空气压缩机等设备中。冰箱、空调及空气压缩机等设备中。第5章上页下页返回2.2.2.2.罩极电动机罩极电动机罩极电动机罩极电动机短路铜环短路铜环定子绕组定子绕组 当定子绕组通入当定子绕组通入交流电流而产生脉动交流电流而产生脉动磁场时，由于短路环磁场时，由于短路环中感生电流的作用，中感生电流的作用，使通过磁极的磁通分使通过磁极的磁通分成成1 1和和2 2两部分。两部分。1 12 21滞后于2 ，同，同时在空间上也相差一时在空间上也相差一个角度，两者合成以个角度，两者合成以后也会产生一个旋转后也会产生一个旋转磁场。磁场。凸极磁极凸极磁极笼型笼型转子转子第5章上页下页返回图中电机的转动方向：图中电机的转动方向：顺时针旋转顺时针旋转。因为没有短路环部分的磁通比有短路环部分的磁通因为没有短路环部分的磁通比有短路环部分的磁通领先领先;即从磁极的未罩部分转向被罩部分即从磁极的未罩部分转向被罩部分缺点：缺点：罩极式异步电动机的启动转矩一般较小，效罩极式异步电动机的启动转矩一般较小，效率较低，运行噪声也略高。率较低，运行噪声也略高。优点：优点：结构简单，不需要电容器其它启动装置。结构简单，不需要电容器其它启动装置。适用于：适用于：小型电机小型电机(容量在几十瓦以下容量在几十瓦以下)，如小电扇、，如小电扇、电唱机、小型鼓风机等。电唱机、小型鼓风机等。第5章上页下页返回 三相异步电动机的单相三相异步电动机的单相（缺相缺相）运行运行：三相异步电动机在运行过程中，若其中一相和三相异步电动机在运行过程中，若其中一相和电源断开，则变成单相运行。此时和单相电机一样，电源断开，则变成单相运行。此时和单相电机一样，电机仍会按原来方向运转。但若负载不变，三相供电机仍会按原来方向运转。但若负载不变，三相供电变为单相供电，电变为单相供电，电流将变大，导致电机过热。电流将变大，导致电机过热。使使用中要特别注意这种现象；三相异步电动机若在启用中要特别注意这种现象；三相异步电动机若在启动前有一相断电，和单相电机一样将不能启动。此动前有一相断电，和单相电机一样将不能启动。此时只能听到嗡嗡声，长时间启动不了，也会过热，时只能听到嗡嗡声，长时间启动不了，也会过热，必须赶快排除故障。必须赶快排除故障。第5章上页下页返回5.8 5.8 5.8 5.8 直流电动机直流电动机直流电动机直流电动机直流电动机是一种由直流供电的电直流电动机是一种由直流供电的电机，主要由定子、转子和其他零部机，主要由定子、转子和其他零部件组成。件组成。定子是采用直流励磁的磁极，转子定子是采用直流励磁的磁极，转子铁心表面的槽里嵌放绕组。转子又铁心表面的槽里嵌放绕组。转子又称为电枢。称为电枢。第5章上页下页返回NSU5.8.1 直流电动机的工作原理直流电动机的工作原理NSU第5章上页下页返回NSNSUU电刷电刷 线圈边切割磁感线会产生什么线圈边切割磁感线会产生什么？换向片换向片5.8.1 直流电动机的工作原理直流电动机的工作原理第5章上页下页返回5.8.2 基本结构基本结构1.定子定子(1)主磁极主磁极(2)换向磁极换向磁极(3)机座机座(4)端盖等端盖等 直流电机的定子直流电机的定子 (a)主磁极主磁极 (b)机座机座 第5章上页下页返回 定子铁心和绕组定子铁心和绕组 第5章上页下页返回2.转子转子(1)电枢铁心电枢铁心(2)电枢绕组电枢绕组(3)换向器换向器(4)转轴与风扇转轴与风扇 直流电机的转子直流电机的转子 (a)转子主体转子主体 (b)电枢钢片电枢钢片 第5章上页下页返回 直流电动机直流电动机第5章上页下页返回5.8.3 直流电动机按励磁方式分类：直流电动机按励磁方式分类：他励电动机串励电动机并励电动机复励电动机第5章上页下页返回1.1.1.1.他励电动机他励电动机他励电动机他励电动机+Ua电枢励磁绕组M转速：转速：nOTacba 他励 并励b 串励c 复励直流电动机的机械特性。直流电动机的机械特性。n0:理想空载转速理想空载转速n:带负载而下降的转速带负载而下降的转速第5章上页下页返回他励电动机他励电动机的特点的特点机械特性图是硬特性机械特性图是硬特性:从空载到额定负载之从空载到额定负载之间的转速下降约为间的转速下降约为(28)%能实现宽范围的平滑调速：通过改变磁通能实现宽范围的平滑调速：通过改变磁通，改变电枢电压，改变电枢电压Ua和改变电枢电阻和改变电枢电阻Ra永磁式直流电动机的工作原理及性能与他永磁式直流电动机的工作原理及性能与他励电动机基本相同。励电动机基本相同。第5章上页下页返回2 2.并励电动机并励电动机并励电动机并励电动机+UM并励电动机电路图并励电动机和他励电并励电动机和他励电动机无本质区别，故动机无本质区别，故他励电动机的特性、他励电动机的特性、结论完全适合并励电结论完全适合并励电动机。它们都有很好动机。它们都有很好的调速性能。即改变的调速性能。即改变电枢电压电枢电压U或激励电流或激励电流I If f的大小，就可宽范围的大小，就可宽范围地平滑调速。地平滑调速。第5章上页下页返回3.3.3.3.串励电动机串励电动机串励电动机串励电动机+UM串励电动机的电路图则转速：则转速：nOTacba 他励 并励b 串励c 复励直流电动机的机械特性。直流电动机的机械特性。第5章上页下页返回串励电动机的特点串励电动机的特点机械特性是一条软特性机械特性是一条软特性在空载或轻载时在空载或轻载时,转速猛增转速猛增,会危及人机安全会危及人机安全,故要求不低于故要求不低于30%额定负载下运行额定负载下运行有启动快、爬坡能力强有启动快、爬坡能力强广泛应用在电力机车、城市轨道交通、地广泛应用在电力机车、城市轨道交通、地铁、电车、电瓶车、电动汽车等铁、电车、电瓶车、电动汽车等第5章上页下页返回4.4.4.4.复励电动机复励电动机复励电动机复励电动机+UM复励电动机的电路图复励电动机既可以具复励电动机既可以具有串励电动机的某些有串励电动机的某些优点，使用于负载转优点，使用于负载转矩变化较大，需要机矩变化较大，需要机械特性比较软的设备械特性比较软的设备中，又可以像并励电中，又可以像并励电动机那样在空载和轻动机那样在空载和轻载下运行。载下运行。第5章上页下页返回直流电动机的特点励磁电路不能断开。0,轻载时电动机转速大大升高，出现出现“飞车飞车”现象现象；重载时将造成堵转。要改变电机转向，须改变电磁转矩的方向，改变电枢电流的方向或改变励磁电流的方向可使电机反转。实际上,由于励磁绕组的电感较大,改变它的电流,易产生很大的电火花,故常用改变电枢电流的方向来改变电机转向。第5章上页下页返回有一并励直流电机有一并励直流电机,已知已知Ra=0.2,Rf=220,U=220V。（1）作为发电机运行时，如果输出功率为）作为发电机运行时，如果输出功率为12.1kW，求电动，求电动势和所产生的全部电功率；势和所产生的全部电功率；（2）作为电动机运行时（接法不变），如果输入功率为）作为电动机运行时（接法不变），如果输入功率为12.1kW，求电动势和所产生的全部机械功率；，求电动势和所产生的全部机械功率；负载电流负载电流解：解：（1）作为发电机运行时）作为发电机运行时:励磁电流励磁电流I=P/U=12100/220=55A电枢电流电枢电流第五章第五章 例题例题第5章上页下页返回电动势电动势E=U+RaIa=220+0.256=231.2 V产生的全部电功率产生的全部电功率（2）作为电动机运行时：）作为电动机运行时：输入电流输入电流励磁电流励磁电流电枢电流电枢电流第5章上页下页返回电动势电动势或或E=U-RaIa=220-0.254=209.2V产生的全部机械功率：产生的全部机械功率：第5章上页下页返回有一台并励直流发电机，额定功率为有一台并励直流发电机，额定功率为8.5kW，额定，额定电压为电压为230V，额定转速为，额定转速为1450r/min，电枢电阻为，电枢电阻为0.25，励磁电路电阻为，励磁电路电阻为57.5。求额定情况下的：。求额定情况下的：（1）励磁电流和负载电流；（励磁电流和负载电流；（2）电枢电动势和电枢电动势和电流；电流；（3）电磁功率和电磁转矩电磁功率和电磁转矩解：解：负载电流：负载电流：I=PN/UN=8500/230=36.96A电枢电动势电枢电动势E=UN+IaRa=230+40.960.25=240.2V电枢电流电枢电流Ia=I+If=4+36.96=40.96A电磁功率电磁功率Pem=EIa=9840W电磁转矩电磁转矩Tem=9550Pem/nN=64.8 Nm励磁电流：励磁电流：If=UN/Rf=230/57.5=4A第5章上页下页返回三相异步电动机的技术数据如下：三相异步电动机的技术数据如下：220V/380V、/Y、3kW、2960r/min、50Hz、功率因数、功率因数0.88、效率、效率0.86、IST/IN=7、TST/TN=1.5、Tmax/TN=2.2。回答下列问题：。回答下列问题：（1）若电源的线电压为）若电源的线电压为220V时，应如何连接？时，应如何连接？IN、IST、TN、TST、Tmax各为多少？各为多少？（2）若电源的线电压为）若电源的线电压为380V时，应如何连接？时，应如何连接？IN、IST、TN、TST、Tmax各为多少？各为多少？(2)电源的源的线电压为380V时，电动机机应连成星形。此成星形。此时解：（解：（1）若电源的线电压为）若电源的线电压为220V时，电动机应连成三角形。时，电动机应连成三角形。此时此时第5章上页下页返回一台三相鼠笼式异步电动机技术数据如下：一台三相鼠笼式异步电动机技术数据如下：fN=50Hz，nN=1440 r/min，PN=4.5 kW，UN=380V，IN=9.46A，N=0.85，TS/TN =2.2求：（求：（1）额定转差率）额定转差率SN、额定转矩、额定转矩TN、额定效率、额定效率N；（2）若）若TL=40 Nm，电动机能否直接起动？，电动机能否直接起动？解：解：1)额定转速额定转速nN=1440 r/min，则同步转速应为：，则同步转速应为：n0=1500 r/min额定转差率：额定转差率：SN=(1500-1440)/1500=0.04额定转矩：额定转矩：第5章上页下页返回电机的输入功率：电机的输入功率：额定效率：额定效率：N=PN/P1=4.5/5.292=85.0%2)启动转矩：启动转矩：TST=2.229.84=65.65 Nm当负载转矩当负载转矩TL=40 Nm TST，可以直接起动。，可以直接起动。一台三相鼠笼式异步电动机技术数据如下：一台三相鼠笼式异步电动机技术数据如下：fN=50Hz，nN=1440 r/min，PN=4.5 kW，UN=380V，IN=9.46A，N=0.85，TS/TN =2.2第5章上页下页返回前前面面介介绍绍的的异异步步电电动动机机、直直流流电电动动机机等等都都是是作作为为动动力力使使用用的的，其其主主要要任任务务是是能能量量转转换换，例例如如将将电电能能转转换为机械能。换为机械能。如：伺服机将电压信号转换为转矩和转速；如：伺服机将电压信号转换为转矩和转速；步进机将脉冲信号转换为角位移或线位移。步进机将脉冲信号转换为角位移或线位移。控制电机的主要功能是转换和传递信号。控制电机的主要功能是转换和传递信号。对控制电机的主要要求：对控制电机的主要要求：动作灵敏、准确、动作灵敏、准确、重量轻、体积小、运行可靠、耗电少等。重量轻、体积小、运行可靠、耗电少等。5.95.9 伺服伺服伺服伺服电动机电动机电动机电动机控制电机的种类很多，本书主要介绍控制电机的种类很多，本书主要介绍伺服机、步进机。伺服机、步进机。第5章上页下页返回 伺服电动机也称为执行电动机，用在自动控伺服电动机也称为执行电动机，用在自动控制系统和装置中，作为执行元件。它以电压作为制系统和装置中，作为执行元件。它以电压作为输入量，以转速和转向作为输出量。根据输入的输入量，以转速和转向作为输出量。根据输入的电压信号，不断变化转速和转向电压信号，不断变化转速和转向。伺服电动机伺服电动机交流伺服电动机交流伺服电动机直流伺服电动机直流伺服电动机第5章上页下页返回+转子转子CfC+交流伺服电动机的原理示意图5.9.1 交流伺服电动机交流伺服电动机 原理原理与两相交流异步电与两相交流异步电机相同，定子上装有两个机相同，定子上装有两个绕组绕组 励磁绕组和控制励磁绕组和控制绕组。绕组。励磁绕组和控制绕组在空间相隔励磁绕组和控制绕组在空间相隔9090。第5章上页下页返回励磁绕组中串联电容励磁绕组中串联电容C C 的目的是为了产生两相旋的目的是为了产生两相旋转磁场。转磁场。接线：接线：励磁绕组的接线励磁绕组的接线放放大大器器控制绕组的接线控制绕组的接线检检测测元元件件控制信号控制信号第5章上页下页返回 适当选择电容的大小，可使通入两个绕组的电流适当选择电容的大小，可使通入两个绕组的电流相位差接近相位差接近9090，因此便产生旋转磁场，在旋转磁，因此便产生旋转磁场，在旋转磁场的作用下，转子便转动起来。场的作用下，转子便转动起来。1例：选择电容，可使交流伺服电机电路中的电压电例：选择电容，可使交流伺服电机电路中的电压电流的相量关系如图所示。流的相量关系如图所示。励磁绕组的接线励磁绕组的接线第5章上页下页返回放放大大器器控制绕组的接线控制绕组的接线检检测测元元件件控制信号控制信号 工作时两个绕组中产生的电流工作时两个绕组中产生的电流 和和 的相的相位差近位差近90，因此便产生旋转磁场。在旋转磁场因此便产生旋转磁场。在旋转磁场的作用下，转子转动起来。的作用下，转子转动起来。控制电压控制电压 与与电源电压电源电压 两两者频率相同，相者频率相同，相位相同或反相。位相同或反相。第5章上页下页返回(1)UC=0=0 时，转子立即停止。时，转子立即停止。UC小时小时,转速低转速低交流伺服电动机的特点交流伺服电动机的特点UC大时大时,转速高转速高UC反向时反向时,转子转向也反向转子转向也反向交流伺服电动机的机械特性曲线交流伺服电动机的机械特性曲线(Uf=const)nTUc0.8 Uc0.6 Uc0.4 UcTn(2)(2)交流伺服电机的输出功率一般为交流伺服电机的输出功率一般为0.1-100 W0.1-100 W，电源频率分，电源频率分50Hz50Hz、400Hz400Hz等多种。它的应用很广泛，如用等多种。它的应用很广泛，如用在自动控制、温在自动控制、温度自动记录等系统中。度自动记录等系统中。第5章上页下页返回 交流伺服电动机交流伺服电动机第5章上页下页返回5.9.2 5.9.2 直流伺服电动机直流伺服电动机结构：结构：与直流电动机基本相同，为减小转动惯量做与直流电动机基本相同，为减小转动惯量做得细长一些。得细长一些。工作原理：工作原理：与直流电动机相同。与直流电动机相同。供电方式：供电方式：他励。励磁绕组和电枢由两个独立电他励。励磁绕组和电枢由两个独立电源供电：源供电：MUfIfIaUc放放大大器器UUf为励磁电压，为励磁电压，U为电枢电压。为电枢电压。第5章上页下页返回由机械特性可知：由机械特性可知：(1)(1)Uf（即磁通（即磁通）不变时，一定的负载下，）不变时，一定的负载下，UC,n。(2)(2)Uc=0时，电机立即停转。时，电机立即停转。反转：电枢电压的极性改变，电机反转。反转：电枢电压的极性改变，电机反转。直流伺服电机的机械特直流伺服电机的机械特性公式与他励直流电机性公式与他励直流电机一样：一样：nT0.4UC0.6UC0.8UCUCO机械特性机械特性第5章上页下页返回 直流伺服电机的机械特性较交流伺服电机硬。直流伺服电机的机械特性较交流伺服电机硬。经常用在功率稍大的系统中，它的输出功率一般经常用在功率稍大的系统中，它的输出功率一般可达几百瓦。它的用途很多，如随动系统中的位可达几百瓦。它的用途很多，如随动系统中的位置控制等。置控制等。应用：应用：第5章上页下页返回5.105.10 步进电动机步进电动机步进电动机步进电动机 功能功能：将电脉冲信号转换成转角或转速信号。：将电脉冲信号转换成转角或转速信号。转角转角 脉冲信号的个数；脉冲信号的个数；转速转速 n 脉冲信号的频率。脉冲信号的频率。用途用途：高精度的角度控制：高精度的角度控制，如：在数控机床、，如：在数控机床、自动绘图仪等设备自动绘图仪等设备分类分类 (1)按定子相数不同按定子相数不同 三相、四相、五相、六相等。三相、四相、五相、六相等。(2)按转子材料不同按转子材料不同 永磁式、磁阻式（反应式）。永磁式、磁阻式（反应式）。与电源、负载、与电源、负载、环境等因素无关环境等因素无关 第5章上页下页返回14 235.10.1 基本结构基本结构 U1U2V1V2W2W1反应式步进电动反应式步进电动 机的原理图机的原理图定子定子转子转子定子绕组定子绕组 定子的六个磁极上有控定子的六个磁极上有控制绕组，两个相对的磁制绕组，两个相对的磁极组成一相。极组成一相。注意：注意：这里的相和三这里的相和三相交流电中的相交流电中的“相相”的的概念不同。步进机通的概念不同。步进机通的是直流电脉冲，这主要是直流电脉冲，这主要是指绕组的联接和组数是指绕组的联接和组数的区别。的区别。第5章上页下页返回5.10.2 工作方式工作方式步进电机的工作方式可分为：步进电机的工作方式可分为：三相单三拍三相单三拍 三相双三拍三相双三拍 三相六拍三相六拍 两个名词解释：两个名词解释：一拍：从一次通电到另一次通电。一拍：从一次通电到另一次通电。步距角：每一拍转子转过的角度。步距角：每一拍转子转过的角度。第5章上页下页返回14 2314 2314 2314 23U1U2V1V2W2W1 1.三相单三拍运行三相单三拍运行 通电顺序：通电顺序：U 相相V 相相W 相相U 相。相。(1)U 相通电相通电 14 23U1U2V1V2W2W114 23(2)V 相通电相通电 U1U2V1V2W2W1(3)W 相通电相通电 14 2314 23（步距角（步距角=30）12 3信号波形信号波形WUVUVWWUV第5章上页下页返回2.三相双三拍运行三相双三拍运行 通电顺序：通电顺序：UV 相相VW 相相WU 相相UV 相相 （步距角（步距角=30）UVVWWUUVVWWUUVW14 23U1U2V1V2W2W1(1)UV 相通电相通电 14 2314 23U1U2V1V2W2W1(2)VW 相通电相通电 14 2314 23U1U2V1V2W2W1(3)WU 相通电相通电 14 2314 2314 23第5章上页下页返回3.三相六拍运行三相六拍运行 通电顺序：通电顺序：UUV VVW W WU U。UUV VVW WWU UUVWCP第5章上页下页返回3.三相单双六拍运行三相单双六拍运行 通电顺序：通电顺序：UUV VVW W WU U。14 23U1U2V1V2W2W1114 23U1U2V1V2W2W1214 23U1U2V1V2W2W1314 23U1U2V1V2W2W1414 23U1U2V1V2W2W1514 23U1U2V1V2W2W1614 23（步距角（步距角=15）第5章上页下页返回以上三种工作方式，三相双三拍和三相六拍较以上三种工作方式，三相双三拍和三相六拍较三相单三拍稳定，因此较常采用。三相单三拍稳定，因此较常采用。脉冲脉冲 放大器放大器 步进步进 电动机电动机 脉冲脉冲 分配