第五单元交流电动机课件

电动机的分类：电动机的分类：电动机的分类：电动机的分类：电动机电动机电动机电动机交流电动机交流电动机交流电动机交流电动机直流电动机直流电动机直流电动机直流电动机三相电动机三相电动机三相电动机三相电动机单相电动机单相电动机单相电动机单相电动机同步机同步机同步机同步机异步机异步机异步机异步机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、机械特性、控制方法基本结构、工作原理、机械特性、控制方法基本结构、工作原理、机械特性、控制方法基本结构、工作原理、机械特性、控制方法他励、并励电动机他励、并励电动机他励、并励电动机他励、并励电动机串励、复励电动机串励、复励电动机串励、复励电动机串励、复励电动机第五单元第五单元 交流电动交流电动机机1.1.定子定子定子定子2.2.转子转子转子转子鼠笼式鼠笼式鼠笼式鼠笼式绕线式绕线式绕线式绕线式5.1 5.1 三相异步电动机的结构与工作原理三相异步电动机的结构与工作原理铁芯：由内周有槽铁芯：由内周有槽铁芯：由内周有槽铁芯：由内周有槽的硅钢片叠成。的硅钢片叠成。的硅钢片叠成。的硅钢片叠成。A-XA-XB-Y B-Y C-ZC-Z三相绕组三相绕组三相绕组三相绕组机座：铸钢或铸铁机座：铸钢或铸铁一、一、一、一、三相异步电动机的结构三相异步电动机的结构三相异步电动机的结构三相异步电动机的结构 转子转子:在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电流。流。2.2.转子转子转子转子鼠笼转子鼠笼转子铁芯：由外周有槽的硅钢片叠成。铁芯：由外周有槽的硅钢片叠成。铁芯：由外周有槽的硅钢片叠成。铁芯：由外周有槽的硅钢片叠成。1)鼠笼式转子鼠笼式转子 铁芯槽内放铜条，端铁芯槽内放铜条，端 部用短路环形成一体。部用短路环形成一体。或铸铝形成转子绕组。或铸铝形成转子绕组。2)绕线式转子绕线式转子 同定子绕组一样，也分为三相，并且接成星形。同定子绕组一样，也分为三相，并且接成星形。同定子绕组一样，也分为三相，并且接成星形。同定子绕组一样，也分为三相，并且接成星形。鼠笼式鼠笼式鼠笼式鼠笼式绕线式绕线式绕线式绕线式鼠笼式电动机与绕线式电动机的比较：鼠笼式电动机与绕线式电动机的比较：鼠笼式电动机与绕线式电动机的比较：鼠笼式电动机与绕线式电动机的比较：鼠笼式：鼠笼式：鼠笼式：鼠笼式：结构简单、价格低廉、工作可靠；不能人为改结构简单、价格低廉、工作可靠；不能人为改变电动机的机械特性。变电动机的机械特性。绕线式：绕线式：绕线式：绕线式：结构复杂、价格较贵、维护工作量大；转子结构复杂、价格较贵、维护工作量大；转子外加电阻可人为改变电动机的机械特性。外加电阻可人为改变电动机的机械特性。定子三相绕组通入三定子三相绕组通入三定子三相绕组通入三定子三相绕组通入三相交流电相交流电相交流电相交流电 (星形联接星形联接星形联接星形联接)AXBYCZ1、旋转磁场的产生、旋转磁场的产生二、二、三相异步电动机的转动原理三相异步电动机的转动原理规定规定 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。AYCBZX(?)电流出电流出(?)电流入电流入AXYCBZ 三相电流合成磁场三相电流合成磁场三相电流合成磁场三相电流合成磁场的分布情况的分布情况的分布情况的分布情况合成磁场方向向下合成磁场方向向下合成磁场方向向下合成磁场方向向下合成磁场旋转合成磁场旋转合成磁场旋转合成磁场旋转 60 60 AXYCBZAXYCBZ合成磁场旋转合成磁场旋转合成磁场旋转合成磁场旋转 90 90 t0600动画动画AAXYCBZ分析可知：三相电流产生的合成磁场是一旋转的磁场分析可知：三相电流产生的合成磁场是一旋转的磁场即：一个电流周期，旋转磁场在空间转过即：一个电流周期，旋转磁场在空间转过 360 取决于三相电流的相序取决于三相电流的相序取决于三相电流的相序取决于三相电流的相序旋转磁场的旋转方向旋转磁场的旋转方向结论：任意调换两根结论：任意调换两根结论：任意调换两根结论：任意调换两根电源进线，则旋转电源进线，则旋转电源进线，则旋转电源进线，则旋转磁场反转。磁场反转。磁场反转。磁场反转。动画动画AXBYCZAAXYCBZ0任意调换两根电源进线任意调换两根电源进线(电路如图电路如图)0AXYCBZ旋转磁场的极对数旋转磁场的极对数旋转磁场的极对数旋转磁场的极对数 P PAXBYCZ 当三相定子绕组按当三相定子绕组按当三相定子绕组按当三相定子绕组按图示排列时，产生一对图示排列时，产生一对图示排列时，产生一对图示排列时，产生一对磁极的旋转磁场，即：磁极的旋转磁场，即：磁极的旋转磁场，即：磁极的旋转磁场，即：CYABCXYZAXBZAXBYCZ 若定子每相绕组由两个线圈串联，绕组的始端若定子每相绕组由两个线圈串联，绕组的始端若定子每相绕组由两个线圈串联，绕组的始端若定子每相绕组由两个线圈串联，绕组的始端之间互差之间互差之间互差之间互差 60 60，将形成两对磁极的旋转磁场。，将形成两对磁极的旋转磁场。，将形成两对磁极的旋转磁场。，将形成两对磁极的旋转磁场。0极对数极对数CYABCXYZAXBZ动画动画旋转磁场的磁极对数旋转磁场的磁极对数与三相绕组的排列有关与三相绕组的排列有关旋转磁场的转速旋转磁场的转速旋转磁场的转速旋转磁场的转速工频：工频：旋转磁场的转速取决于磁场的极对数旋转磁场的转速取决于磁场的极对数旋转磁场的转速取决于磁场的极对数旋转磁场的转速取决于磁场的极对数p=1 时时AXYCBZAXYCBZ0AXYCBZp=2 时时0旋转磁场转速旋转磁场转速旋转磁场转速旋转磁场转速 n n0 0 与极对数与极对数与极对数与极对数 p p 的关系的关系的关系的关系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同步转速旋转磁场转速旋转磁场转速n0与频率与频率f1和极对数和极对数p有关。有关。可见可见可见可见:2、电动机的转动原理电动机的转动原理一一XYCBZ定子三相绕组通入三相交流电定子三相绕组通入三相交流电定子三相绕组通入三相交流电定子三相绕组通入三相交流电方向方向方向方向:顺时针顺时针顺时针顺时针 切割转子导体切割转子导体切割转子导体切割转子导体右手定则右手定则右手定则右手定则感应电动势感应电动势感应电动势感应电动势 E E2020旋转磁场旋转磁场旋转磁场旋转磁场感应电流感应电流感应电流感应电流 I I2 2旋转磁场旋转磁场旋转磁场旋转磁场左手定则左手定则左手定则左手定则电磁力电磁力电磁力电磁力 F FF电磁转矩电磁转矩电磁转矩电磁转矩T TnF3、转差率转差率 旋转磁场的同步转速和电动机转子转速之差与旋转磁场的同步转速和电动机转子转速之差与旋转磁场的同步转速和电动机转子转速之差与旋转磁场的同步转速和电动机转子转速之差与旋转磁场的同步转速之比称为转差率旋转磁场的同步转速之比称为转差率旋转磁场的同步转速之比称为转差率旋转磁场的同步转速之比称为转差率 由前面分析可知，电动机转子转动方向与磁场由前面分析可知，电动机转子转动方向与磁场由前面分析可知，电动机转子转动方向与磁场由前面分析可知，电动机转子转动方向与磁场旋转的方向一致，但转子转速旋转的方向一致，但转子转速旋转的方向一致，但转子转速旋转的方向一致，但转子转速 n n 不可能达到与旋转不可能达到与旋转不可能达到与旋转不可能达到与旋转磁场的转速相等，即磁场的转速相等，即磁场的转速相等，即磁场的转速相等，即异步电动机异步电动机异步电动机异步电动机如果如果:无转子电动势和转子电流无转子电动势和转子电流无转子电动势和转子电流无转子电动势和转子电流 转子与旋转磁场间没有相对运动，磁通不切转子与旋转磁场间没有相对运动，磁通不切转子与旋转磁场间没有相对运动，磁通不切转子与旋转磁场间没有相对运动，磁通不切 割转子导条割转子导条割转子导条割转子导条无转矩无转矩无转矩无转矩因此，转子转速与旋转磁场间必须要有差别。因此，转子转速与旋转磁场间必须要有差别。因此，转子转速与旋转磁场间必须要有差别。因此，转子转速与旋转磁场间必须要有差别。异步电动机启动瞬间：异步电动机启动瞬间：异步电动机启动瞬间：异步电动机启动瞬间：S=1S=1转子转速亦可由转差率求得转子转速亦可由转差率求得转差率转差率转差率转差率 S S空载时空载时空载时空载时：S=0.0040.007S=0.0040.007额定工作状态时额定工作状态时额定工作状态时额定工作状态时：S=0.020.06S=0.020.06额定转差率为额定转差率为额定转差率为额定转差率为 【例例 】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/minn=975 r/min，电源频率电源频率 f=50 f=50 赫兹。试求电赫兹。试求电动机的极数和额定负载下的转差率。动机的极数和额定负载下的转差率。解：解：根据异步电动机转子转速与旋转磁场同步转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：速的关系可知：n0=1000 r/min,即即p=3p=35.2 三相异步电动机的电磁转矩三相异步电动机的电磁转矩转矩公式转矩公式 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,受到受到受到受到电磁力所形成的转矩之总和。电磁力所形成的转矩之总和。电磁力所形成的转矩之总和。电磁力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旋转磁场旋转磁场每极磁通每极磁通转子电流转子电流转子电路的转子电路的功率因数功率因数异步电动机每相电路异步电动机每相电路异步电动机每相电路异步电动机每相电路i1u1e1e 1e2e 2i2+f1f2U1 E1=4.44 f 1N1 E2=4.44 f 2N2 由此得电磁转矩公式由此得电磁转矩公式由此得电磁转矩公式由此得电磁转矩公式通过分析知：通过分析知：C C：电动机结构常数。电动机结构常数。电动机结构常数。电动机结构常数。R R2 2：转子绕组电阻。转子绕组电阻。转子绕组电阻。转子绕组电阻。X X2020：n=0n=0时转子绕组漏抗。时转子绕组漏抗。时转子绕组漏抗。时转子绕组漏抗。U U1 1：定子绕组电压。定子绕组电压。定子绕组电压。定子绕组电压。由公式可知由公式可知由公式可知由公式可知电磁转矩公式电磁转矩公式电磁转矩公式电磁转矩公式1.1.T T 与定子每相绕组电压与定子每相绕组电压与定子每相绕组电压与定子每相绕组电压 成正比。成正比。成正比。成正比。U U 1 1 T T 2.2.当电源电压当电源电压当电源电压当电源电压 U U1 1 一定时，一定时，一定时，一定时，T T 是是是是 S S 的函数。的函数。的函数。的函数。3.R3.R2 2 的大小对的大小对的大小对的大小对 T T 有影响。绕线式异步电动机可通有影响。绕线式异步电动机可通有影响。绕线式异步电动机可通有影响。绕线式异步电动机可通过外接电阻来改变转子电阻过外接电阻来改变转子电阻过外接电阻来改变转子电阻过外接电阻来改变转子电阻 R R2 2 ，从而改变转矩。从而改变转矩。从而改变转矩。从而改变转矩。5.3 5.3 5.3 5.3 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性10TS根据转矩公式根据转矩公式得特性曲线：得特性曲线：0T一、固有机械特性一、固有机械特性一、固有机械特性一、固有机械特性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。1.1.额定转矩额定转矩额定转矩额定转矩 T TN N三个重要转矩三个重要转矩三个重要转矩三个重要转矩0T额定转矩额定转矩额定转矩额定转矩(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)的额定功的额定功率为率为 7.5kw，额定转速为额定转速为 1440r/min,则额定转矩则额定转矩为为2.2.最大转矩最大转矩最大转矩最大转矩 T Tmaxmax 转子轴上机械负载转矩转子轴上机械负载转矩转子轴上机械负载转矩转子轴上机械负载转矩 T T2 2 不能大于不能大于不能大于不能大于 T Tmaxmax ，否则将造成堵否则将造成堵否则将造成堵否则将造成堵转转转转 (停车停车停车停车)，电动机电流升高六，电动机电流升高六，电动机电流升高六，电动机电流升高六七倍，电动机严重过载，以至七倍，电动机严重过载，以至七倍，电动机严重过载，以至七倍，电动机严重过载，以至烧坏。烧坏。烧坏。烧坏。电机带动最大负载的能力。电机带动最大负载的能力。电机带动最大负载的能力。电机带动最大负载的能力。0T TTmax过载系数过载系数过载系数过载系数(能力能力能力能力)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.起动转矩起动转矩起动转矩起动转矩 T Tst st电动机起动时的转矩。电动机起动时的转矩。T Tst st 体现了电动机体现了电动机体现了电动机体现了电动机带载起动的能力。带载起动的能力。带载起动的能力。带载起动的能力。若若若若 T Tst stTT2 2 电机能起电机能起电机能起电机能起动，否则不能起动。动，否则不能起动。动，否则不能起动。动，否则不能起动。0TT Tst st起动能力起动能力二、人为机械特性分析二、人为机械特性分析二、人为机械特性分析二、人为机械特性分析1 1。降低电源电压时的人为机械特性。降低电源电压时的人为机械特性。降低电源电压时的人为机械特性。降低电源电压时的人为机械特性U Tm Tst 0TT2电源电压降低电源电压降低电源电压降低电源电压降低电动机电动机电动机电动机转速降低转速降低转速降低转速降低转差率增大转差率增大转差率增大转差率增大转子电流增大转子电流增大转子电流增大转子电流增大定子定子定子定子电流增大电流增大电流增大电流增大若电源电压降低过多若电源电压降低过多若电源电压降低过多若电源电压降低过多最大转矩小于负载转矩最大转矩小于负载转矩最大转矩小于负载转矩最大转矩小于负载转矩电动机发生停转事故电动机发生停转事故电动机发生停转事故电动机发生停转事故2 2。转子回路串接对称电阻时的。转子回路串接对称电阻时的。转子回路串接对称电阻时的。转子回路串接对称电阻时的 人为机械特性人为机械特性人为机械特性人为机械特性T0R2Tstn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。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，但起动转矩大，软特性：负载增加时转速下降较快，但起动转矩大，软特性：负载增加时转速下降较快，但起动转矩大，软特性：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起动特性好起动特性好。在一定范围内增加绕线在一定范围内增加绕线在一定范围内增加绕线在一定范围内增加绕线式电动机转子回路电阻式电动机转子回路电阻式电动机转子回路电阻式电动机转子回路电阻可以增大启动转矩，但可以增大启动转矩，但可以增大启动转矩，但可以增大启动转矩，但特性变软。特性变软。特性变软。特性变软。电动机的铭牌及型号例如：Y 112S-6 极数6极 短机座 规格代号：中心高112mm 产品代号：异步电动机2.额定值额定值额定功率额定功率Pn:电动机在额定情况下运行，由轴端输出的机械电动机在额定情况下运行，由轴端输出的机械功率，单位为功率，单位为W，kW。额定电压额定电压Un:电动机在额定情况下运行电动机在额定情况下运行,施加在定子绕组上施加在定子绕组上的线电压，单位为的线电压，单位为V。额定频率额定频率fn：50Hz。额定电流额定电流In：电动机在额定电压、额定频率下轴端输出额定电动机在额定电压、额定频率下轴端输出额定功率时，定子绕组的线电流，单位为功率时，定子绕组的线电流，单位为A。额定转速额定转速nn：电动机在额定电压、额定频率、轴端输出额电动机在额定电压、额定频率、轴端输出额定功率时，转子的转速，单位为定功率时，转子的转速，单位为r/min。