chapter7交流电动机

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第7章 交 流 电 动 机,7.1 三相异步电动机的构造,7.2 三相异步电动机的转动原理,7.3 三相异步电动机的电路分析,7.4 三相异步电动机的转矩与机械特性,7.5 三相异步电动机的起动,7.6 三相异步电动机电动机的调速,7.7 三相异步电动机的制动,7.8 三相异步电动机的铭牌数据,7.9 三相异步电动机的选择,7.10 单相异步电动机,7.1,三相异步电动机的构造,鼠笼式,三相异步电动机,绕线式,定子,转子,定子铁芯,机座,定子绕组,转子铁芯,转轴,转子绕组,1,定子,定子是电动机的固定部分。它包括：,机壳,定子铁心,定子铁心的硅钢片,三相对称绕组,a机壳,b定子铁心,定子铁心由表面涂有绝缘漆的硅钢片叠压而成内圆均匀分布槽孔；,c,硅钢片内嵌置三相定子绕组。,所以，定子绕组可以接成星形或三角形。,当电动机每相绕组额定电压等于电源的相电压时，绕组接成星形联结；等于电源的线电压时，绕组接成三角形联结。,接线盒,三相异步电动机定子绕组属于三相对称负载,2 转子,是电动机的旋转部分。,由转子铁心和转子绕组组成。,笼型转子,转子绕组又分笼型转子和绕线型转子。,转子绕组是在铁心槽内压进铜条，两端分别焊在两个铜环上。中小型电动机一般用熔化的铝浇铸成转子绕组。,铁心是由厚的硅钢片叠压而成的圆柱体，其外圆周冲有槽孔，以嵌置转子绕组。,铁心与笼型相同，但铁心槽内嵌置对称三相绕组并作星形联结。各相绕组首端通过滑环和电刷引到相应的接线盒里，在起动和调速时可在转子电路中串入附加电阻。,绕线型异步电动机能获得较好的起动与调速性能。,绕线转子,接线示意图,i,U,= I,m,sin, t,i,V,= I,m,sin(, t,120,),i,W,= I,m,sin(, t +,120,),i,U,i,V,i,W,相序 U1-V1-W1-U1,t,i,0,i,U,i,V,i,W,U1,V1,W1,U2,V2,W2,定子绕组分布,定子绕组,U1,W2,V1,U2,W1,V2,+,+,+,绕组中形成三相对称电流。,对称三相绕组,定子绕组作星形联结通入 三相对称电源。,7.2,三相异步电动机的转动原理,7.2.1旋转磁场,i,U, t,= 0,时, t,i,U1,V2,V1,U2,W1,W2,i,U,=,0,i,V,为,负,值,i,W,为,正,值,N,S,0,设：,电流的流入端用 表示,i,V,i,W,电流的流出端用 表示,1,旋转磁场的产生, t, t,= 60,时,i,U1,V2,V1,U2,W1,W2,N,S,60,i,W,=,0,i,V,为,负,值,i,U,为,正,值,i,U,i,V,i,W,0, t,= 90,时,U1,V2,V1,U2,W1,W2,N,S,90,i,U,为,正,值,i,V,为,负,值,i,W,为,负,值, t,i,i,U,i,V,i,W,0, t,= 180,时,U1,V2,V1,U2,W1,W2,i,U,= 0,i,V,为,正,值,i,W,为,负,值,180,N,S, t,i,i,U,i,V,i,W,0, t,= 0,U1,W2,V1,U2,W1,V2,N,S,0,N, t,=180,U1,W2,V1,U2,W1,V2,S,180, t,= 90,U1,W2,V1,U2,W1,V2,N,S,90, t,=60,U1,W2,V1,U2,W1,V2,N,S,60,旋转磁场,空间相差,120 角的三相绕组，通入对称三相电流时，产生的是一对磁极的旋转磁场,当电流经过一个周期变化时，磁场也沿着顺时针方向旋转了一周,(,在空间旋转的角度为360,),。,综上分析可以得出：, t,i,i,U,i,V,i,W,0,U1,V1,W1,U2,W2,V2,i,U,i,W,90,60,0,U1,W2,V1,U2,W1,V2,N,S,0,相序 U1,-,W1,-,V1,-,U1,i,V,2改变旋转磁场的转向,U1,W2,V1,U2,W1,V2,N,S,60,U1,W2,V1,U2,W1,V2,N,S,90,改变流入三相绕组的电流相序，就能改变旋转磁场的转向；改变了旋转磁场的转向, 三相异步电动机的转子旋转方向会改变。,综上分析可以得出：,前面讨论的旋转磁场是一对极磁场，当改变定子绕组在空间的排列，可以制成两对、三对或更多对磁极的旋转磁场，而磁极对数影响旋转磁场的转速。,电源的频率,磁极对数,若,f,1,= 50 Hz,3,旋转磁场的磁极对数,p,旋转磁场的转速,n,0,旋转磁场的转速,n,0,，又称作同步转速,n,0,的单位：r/min,磁极对数,p,1,2,3,4,5,旋转磁场转速,n,0,/(r,.,min,-1,),3 000,1 500,1 000,750,600,7.2.2,电动机的转动原理,t,=0,时转子电流和转子旋转情况,n,0,A,X,B,Y,C,Z,N,S,转子导线（闭合）切割磁力线产生,感应电流,流过电流的转子受旋转磁场作用，产生力矩，因此,转子顺着同步磁场,n,0,的方向转动,异步机的转动原理,固定不动的转子导体与旋转磁场相切割后感应电流成为载流导体。载流导体又和旋转磁场相互作用，对轴生成电磁转矩，于是电动机就顺着同步转速的方向转动起来。,定子中的正弦电流产生旋转磁场,电生磁,磁生电,电磁作用,产生力矩,问题与讨论,电动机的转速,n,能等于同步转速,n,0,吗？,转子与旋转磁场间没有相对运动,提示,：,如果,转子不切割磁场不能生成感应电流,转子不是载流导体则不能受力转动,结论：,n,n,0,异步！,转差率 S 的概念：,转差率为旋转磁场的同步转速和电动机转速之差。即,：,电动机起动瞬间,:,（转差率,最大,）,转子最大转速:,（转差率,最小,）,电动机运行之中,:,显然电动机的转差率随电动机的转速升高而减小。,7.2.3 转差率,异步电机运行中:,同步转速：,转差率：,解：,三相异步电动机 p=3，电源f,1,=50Hz，电机额定,转速n=960r/min。,求：转差率s，,例：,电磁转矩,T,：,转子中各载流导体在旋转磁场的作用下,受到电磁,力对于转轴所形成的转距之总和，是反映电动机做功能量的一,个量。,结构常数,每极磁通,转子电流,转子电路的,7.4.1 转矩公式,（牛顿,米）,7.4,三相异步电动机的转矩与机械特性,将如下参数,代入上式：,得到,转矩公式,单位（N .m）,T,U,1,2,的关系并不意味着电动机的工作电压越高，电动机实际输出的转矩就越大。,电动机稳定运行情况下，不论电源电压是高是低，其输出机械转矩的大小，只决定于负载转矩的大小。,当,T,T,L,时，电动机稳定在某一速度下运行；若,T,T,L,时，电动机加速运行；在,T,T,L,电动机能起动，否则将起动不了。,如果,T,L,T,max,电动机将会因带不动负载而停转。,启动系数,n,0,T,n,T,m,T,st,T,L,启动：,T,st,T,L,(,负载转矩)，电机启动转速n,，转矩T ,c,c点：转矩达最大T,m,，转速n继续,，T，沿cb走,b,b点：T=T,L,，转速n不再上升，稳定运行,若T,L,，暂时T,T,L,n s I,2, T n ,电动机的自适应负载能力,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。,常用特,性段,s=0,s=1,正常工作条件：,T,L,T,L,否则电动机不能启动。,注意,例：三相异步电动机，额定功率,P,2N,=10kW，额定转速,n,N,=1450r/min，,启动能力T,st,/T,N,=1.4，,过载系数,=2.0，效率为,87.5%。求额定转矩、启动转矩、最大转矩及额定输入功率。,（1）额定转矩,T,N,（2）启动转矩,T,st,（3）最大转矩,T,m,解：,所求量：,T,N,、,T,st、,T,m、,P,1N,（4）输入功率,P,1N,实验室、家庭及办公场所通常是单相供电，因此实验室的很多仪器、各种电动小型工具、家用洗衣机、电冰箱、电风扇等，都采用,单相异步电动机,。,单相异步机采用鼠笼式转子结构，一般容量多在0.75KW以下。,7.10,单相异步电动机,日常生活中的电风扇、电冰箱、洗衣机、搅拌机等均采用单相异步电动机作动力。,U1U2：工作绕组,，流过的电流为,i,2,；,V1V2：起动绕组,，串有电容器，流过的电流为,i,1,；它们在空间互差 90,。,转子为笼型,工作绕组,起动绕组,笼型转子,定子两个绕组：,7.10.1,电容分相式单相异步电动机,选择适当电容可使电容分相式单相异步电动机中两个绕组中的电流相位差为,90,。,在空间上互成 90,的两相绕组通入互差 90,的两相交流电，便产生旋转磁场。,电容分相式起动,K,D,C,W,ST,W,: 主绕组,ST,：启动绕组,K,：离心开关,启动时开关K闭合，使两,绕组电流 相位差约,为90，从而产生旋转磁,场，电机转起来；转动正,常以后离心开关被甩开，,启动绕组被切断。,采用在起动绕组中串入电阻的方法也可使两相绕组中的电流在相位上存在一定的角度产生旋转磁场。,转动原理,与三相异步电动机相同。,定子磁极上开一个槽，将磁极分成两部分，较小部分套一个短路环, 罩极。,短路环,罩极式单相异步电动机定子铁心做成凸极式，转子仍为笼型。,7.10.2,罩极式单相异步电动机,定子,磁极,转子,短路,环,定子通入电流以后，部分磁通穿过短路环，并在其中产生感应电流。短路环中的电流阻碍磁通的变化，致使有短路环部分和没有短路环部分产生的磁通有了相位差，从而形成旋转磁场，使转子转起来。,图中电机的转动方向：,瞬时针,旋转。因为没有短路环部分的磁通比有短路环部分的磁通领先。,罩极式单相异步电动机不能改变转向，它的起动转矩较小，一般用在空载或轻载起动的风扇、排气扇等设备中。,三相异步电动机能否当做单相电机使用？,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。,思考,此时和单相电机一样，电机仍会按原来方向运转。,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，否则，烧坏将电机。,但若负载不变，三相供电变为单相供电，电流将变大，导致电机过热。使用中要特别注意这种现象。,本章要点,1、了解三相异步电动机的基本构造、转动原理、机械特性。,2、了解单相异步电动机的构造、原理、特性和用途。,