第7章交流电动机.ppt

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1、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,第7章 交流电动机,返回,本章要求：,1.了解三相交流异步电动机的基本构造和转动 原理。,2.理解三相交流异步电动机的机械特性，掌握 起动和反转的基本方法,了解调速和制动的 方法。,3.理解三相交流异步电动机铭牌数据的意义。,交流电动机,直流电动机：,三相电动机单相电动机,他励、并励、串励、复励,电动机：电能转换成机械能,发电机：其他形式的能量转换

2、成电能,电机的作用：,电动机的分类：,电动机,三相异步电动机：驱动各种金属切削机床、起重机、锻压机、传送带等。单相异步电动机：功率不大的电动工具和某些家用电器。同步电动机：功率较大、不需调速、长期工作的各种生产机械。直流电动机：均匀调速的生产机械，如：龙门刨床、轧钢机及某些重型机床的主传动机构。,优点,使用电动机驱动生产机械可简化生产机械的结构、提高生产率、能实现自动控制和远距离操纵,（1）基本结构（2）工作原理（3）机械特性（4）起动、制动、反转、调速的基本原理（5）应用场合和正确使用,主要内容,1.定子,7.1 三相异步电动机的构造,转子:在旋转磁场作用下，产生感应电动势和感应电流。,2.

3、转子：由转子铁心和转子绕组组成。,鼠笼转子,铁心：由外周有槽的硅钢片叠成。,(2)绕线式转子,同定子绕组一样，也分为三相。,机座,定子绕组,铭牌数据,出线端子,定子铁心,定子绕组,定子铁心,鼠笼型转子,转轴,轴承,转子,绕线型转子,铁心,绕组,转轴,返回,齿轮电动机的定子（小于500kW）,绞车驱动的定子(大于500kW),牵引电动机的转子,铝壳电动机,钢板壳电动机,铸铁电动机,定子：由机座、定子铁心和定子绕组组成。,转子：转子铁心和转子绕组两部分构成。,鼠笼式电动机与绕线式电动机的的比较：,鼠笼式：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。,绕线式：结构复杂、价格较贵、维护

4、工作量大；转子外加电阻可人为改变电动机的机械特性。,演示实验,磁极旋转,导线切割磁感线产生感应电动势,导线长,切割速度,（右手定则）,异步,2.线圈比磁场转得慢,结论,返回,7.2.1 旋转磁场,1.旋转磁场的产生,定子三相对称绕组通入三相对称交流电流（Y）,()电流出,()电流入,规定,三相电流合成磁场 的分布情况,合成磁场方向向下,合成磁场旋转60,合成磁场旋转90,o,合成磁场旋转120,合成磁场旋转180,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360,定子作用：是产生旋转磁场。,转子作用：是在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电流。,可见，当

5、定子绕组中通入三相电流后，它们共同产生的合成磁场是随着电流的交变而在空间不断地旋转着，这就是旋转磁场。,取决于三相电流的相序,2.旋转磁场的旋转方向,结论：任意调换两根电源进线，则旋转磁场反转。,任意调换两根电源进线(电路如图),3.旋转磁场的极数,若定子每相绕组由两个线圈串联，绕组的始端之间相差60度空间角，将形成两对磁极的旋转磁场。,极对数,旋转磁场的磁极对数与三相绕组的排列有关,p=1，每相一个绕组，绕组始端之间相差360/3=120 空间角。p=2，每相两个绕组顺串，绕组始端之间相差360/（2*3）=120/2=60 空间角。p=3，每相三个绕组顺串，绕组始端之间相差360/（3*3

6、）=120/3=40 空间角。p=n，每相n个绕组顺串，绕组始端之间相差360/(n*3)=120/n 空间角。,4.旋转磁场的转速,p=1时,p=2时,旋转磁场转速（同步转速）：,7.2.2 电动机的转动原理,A,X,Y,C,B,Z,定子三相绕组通入三相交流电,感应电动势 E20,电磁力F,电动机转速:,转子和旋转磁场之间转速差的存在，是异步电动机转动的必要条件。,通常异步电动机额定运行时:,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。转差率表征转子转速比同步转速落后程度的物理量。,转子转速亦可由转差率求得：,7.2.3 转差率,思考题 说明三相异步电动机在何种

7、情况下 其转差率为下列数值:(1)s=1;(2)0s1;(3)s=0;(4)s0。,（1）电动机在起动时；,（2）电动机异步旋转时；,（3）电动机在同步旋转时；,（4）电动机的转速超过同步转速时；,例：有一台三相异步电动机，其额定转速n=975r/min。试求电动机的极数和额定负载时的转差率。电源频率f1=50Hz。,解：=1000 r/min p=3,7.3 三相异步电动机的电路分析,定子绕组相当于变压器的原绕组，转子绕组（一般短接）相当于副绕组。,三相异步电动机的电磁关系与变压器类似。,变压器：变化 eU1 E1=4.44 f N1 E2=4.44 f N2,E1、E2 频率相同，都等于电

8、源频率。,三相异步电动机的“电磁”关系,7.3.1 定子电路,1.旋转磁场的磁通,异步电动机：旋转磁场切割导体 e，U1 E1=4.44 f 1N1,每极磁通,旋转磁场与定子导体间的相对速度为 n0，所以,2.定子感应电势的频率 f1,感应电动势的频率与磁场和导体间的相对速度有关,f 1=电源频率 f,7.3.2 转子电路,1.转子频率 f 2,定子导体与旋转磁场间的相对速度固定，而转子导体与旋转磁场间的相对速度随转子的转速不同而变化,定子感应电势频率 f 1 转子感应电势频率 f 2,旋转磁场切割定子导体和转子导体的速度不同,取决于转子和旋转磁场的相对速度,起动瞬间：n=0，即s=1时，频率

9、最大。正常运行：n0，s 1，,所以，转子频率与转差率s有关，即与转速n有关。,1.转子频率 f 2,n=0，即s=1时，转子电动势最大。,2.转子电动势E 2,所以，转子电动势与转差率有关。,转子静止时的感应电动势,转子转动时的感应电动势,3.转子感抗X 2,在n=0，即s=1时，转子感抗最大。,所以，转子感抗与转差率有关。,4.转子电流I2,返回,所以，转子电流与转差率s有关。,4.转子电流I2,5.转子功率因数cos2,所以，转子功率因数与转差率s有关。,转子绕组的感应电流,转子电路的功率因数,结论：转子转动时，转 子电路中的各量均与转 差率 s有关，即与转速 n有关。,小结：,思考题

10、下列叙述是否正确？,说：异步电动机的转子电路中，感应电动势和电流的频率是随转速而改变的，转速越高，则频率越高；转速越低，则频率越低。,答：错误。转速越高，则转差率越低；转子感应电动势和电流频率越低，反之则越高。,7.4.1转矩公式：转子中各载流导体在旋转磁场的作用下,受到电 磁力所形成的转距之总和，称为电磁转矩。,常数,旋转磁场每极磁通,转子电流,转子电路的功率因数,7.4 三相异步电动机的转矩与机械特性,K为常数,电磁转矩公式,由公式可知,1.T 与定子每相绕组电压 成正比。U 1 T,2.当电源电压 U1 一定时，T 是 s 的函数。,3.R2 的大小对 T 有影响。绕线式异步电动机可外

11、接电阻来改变转子电阻R2，从而改变转距。,7.4.2 机械特性曲线,根据转矩公式,得特性曲线：,n0,T,n,（牛顿米）,如果 电机将会因带不动负载而停转。,n0,T,n,求解,当 U1 一定时，Tmax为定值,过载系数(能力),一般三相异步电动机的过载系数为,工作时必须使T2 Tmax，否则电机将停转。,电机严重过热而烧坏。闷车,（3）起动转矩,电机起动时的转矩,n0,T,n,起动时,体现了电动机带载起动的能力。若 电机能起动，否则将起动不了。,返回,(2)Tst与 R2 有关，适当使 R2 Tst。对绕线式 电机改变转子附加电阻 R2,可使Tst=Tmax。,（4）电动机的运行分析,电动机

12、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。,自适应负载能力是电动机区别于其它动力机械的重要特点（如：柴油机当负载增加时，必须由操作者加大油门，才能带动新的负载）。,此过程中，n、sE2,I2 I1 电源提供的功率自动增加。,T2,s,T2 T,T=T2,n,T,达到新的平衡,（5）U1 和 R2变化对机械特性的影响,(1)U1 变化对机械特性的影响（R2不变）,T2,(2)R2 变化对机械特性的影响（U1不变）,R2,Tst,n,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，起动特性好。,机械特性的软硬,答:,7.5 三相

13、异步电动机的起动,7.5.1 起动性能,起动问题：起动电流大，起动转矩小。一般中小型鼠笼式电机起动电流为额定电流的5 7 倍;电动机的起动转矩为额定转矩的(1.02.2)倍。,后果：,原因：,起动：n=0，s=1,接通电源。,7.5.2 起动方法：,（1）直接起动 2030千瓦以下的异步电动机一般采用直接起动。,（2）降压起动,Y 起动,自耦降压起动,（3）转子串电阻起动（绕线型电动机）。,（鼠笼型电动机）,1.降压起动,(1)Y 换接起动,降压起动时的电流为直接起动时的,Y 起动器接线简图,静触点,Y 起动器接线简图,Y起动,Y 起动器接线简图,工作,(a)仅适用于正常运行为三角形联结的电机

14、。,Y 换接起动适合于空载或轻载起动的场合,Y-换接起动应注意的问题,(2)自耦降压起动,Q2下合：接入自耦变 压器，降压 起动。,Q2上合：切除自耦变 压器，全压 工作。,合刀闸开关Q,Q2,自耦降压起动适合于容量较大的或正常运行时联成 Y形不能采用Y起动的鼠笼式异步电动机。,R,R,R,定子,转子,起动时将适当的R 串入转子电路中，起动后将R 短路。,起动电阻,2.绕线式电动机转子电路串电阻起动,若R2选得适当，转子电路串电阻起动既可以降低起动电流，又可以增加起动转矩。,常用于要求起动转矩较大的生产机械上。,R2 Tst,转子电路串电阻起动的特点,方法：任意调换电源的两根进线，电动机反转。

15、,电动机正转,电动机反转,三相异步电动机的正、反转,7.6 三相异步电动机的调速,三种：改变电源频率；改变极对数；改变转差率。,调速：指在同一负载下，能得到不同的转速。,7.6.1 变频调速(无级调速),频率调节范围：0.5几百赫兹,变频调速方法可实现无级平滑调速,调速性能优异，因而正获得越来越广泛的应用。,顺串联：1,2,3接电源，4,5,6空p=2 低速,7.6.2 变极调速(有级调速),反并联Y：4,5,6接电源，1,2,3接一点p=1 高速,P=2,P=1,采用变极调速方法的电动机称作双速电机，由于调速时其转速呈跳跃性变化，因而只用在对调速性能要求不高的场合，如铣床、镗床、磨床等机床上

16、。,7.6.3 变转差率调速(无级调速),变转差率调速是绕线式电动机特有的一种调速方法。其优点是调速平滑、设备简单投资少，缺点是能耗较大。广泛应用于各种提升、起重设备中。,7.7 三相异步电动机的制动制动：电动机断电后，采取措施使其迅速停下来。,制动方法,能耗制动反接制动发电反馈制动,7.7.1 能耗制动,在断开三相电源的同时，给电动机其中两相绕组通入直流电流，直流电流形成的固定磁场与旋转的转子作用，产生了与转子旋转方向相反的转距（制动转距），使转子迅速停止转动。,制动转矩的大小与直流电流的大小有关。直流电流的大小一般为电动机额定电流的0.51倍。,7.7.2.反接制动 停车时，将电动机接电源

17、的任意两相对调，使电动机定子 产生一个与转子转动方向相反的旋转磁场，从而获得所需的制动转矩，使转子迅速停止转动。,注意：,反接制动时，定子旋转磁场与转子的相对转速很大。即切割磁感线的速度很大，造成转子电流增大，引起 定子电流增大。为限制电流，在制动时要在定子电路（鼠笼型）或转子电路（绕线型）中串电阻。,n=0时，应及时断开电源，以防止反转。,7.7.3.发电反馈制动：,例如：起重机快速下放 重物时；多速电动机从高速调到低速的过程中。,当电动机转子的转速大于旋转磁场的转速时，旋转磁场产生的电磁转矩作用方向发生变化，由驱动转距变为制动转矩。电动机进入制动状态，同时将外力作用于转子的能量转换成电能回

18、送给电网。,n n0,7.8 三相异步电动机的铭牌数据,1.型号,例如：Y 132 M4,用以表明电动机的系列、几何尺寸和极数。,教材表7.8.1中列出了各种电动机的系列代号。,异步电动机产品名称代号,2.接法,接线盒,定子三相绕组的联接方法。通常,Y 联结,联结,3.电压：额定运行时定子绕组上应加的线电压.,说明：一般规定电动机的运行电压不能高于或低于额定值的 5。因为在电动机满载或接近满载情况下运行时，电压过高 或过低都会使电动机的电流大于额定值,从而使电动机过热。,例：380/220 Y/是指：线电压为380V时采用Y接法；当线电压为220V时采用接法。,电压波动对电动机的影响,4.电流

19、：额定运行时定子绕组的线电流。,如：,表示三角接法下，电机的线电流为11.2A，相电流为6.48A；星形接法时线、相电流均为6.48A。,5.功率与效率：额定功率指电机在额定运行时轴上输出的功率（），不等于从电源吸收的功率（）。两者的 关系为：,其中,注意：实用中应选择容量合适的电机，防止出现“大马拉小车”的现象。,6.功率因数,三相异步电动机的功率因数较低，在额定负载时约为 0.7 0.9。空载时功率因数很低，只有 0.2 0.3。额定负载时，功率因数最高。,如：n N=1440 转/分 sN=0.04,8.绝缘等级,指电机绝缘材料能够承受的极限温度等级，分为A、E、B、F、H五级，A级最低

20、(105C)，H级最高(180C)。,7.额定转速,电机在额定电压、额定负载下运行时的转速。,例1：Y225M-4型三相异步电动机的额定技术数据如下：,电源频率50Hz。试求:(1)额定转差率sN;(2)额定电流 IN;(3)额定转矩TN;(4)起动电流Ist;(5)起动转矩Tst;(6)最大转矩 Tm;,解:(1)额定转差率sN n0=1500r/min p=2 sN=(n0-n)/n0=(1500-1480)/1500=0.013,(2)额定电流 IN,(3)额定转矩TN,(4)起动电流Ist,(5)起动转矩Tst,(6)最大转矩 Tm,例2：在上题中:(1)如果负载转矩为510.2N.m,试问在U=UN和U=0.9UN两种情况下电动机能否起动？,解:(1)在U=UN时:,在U=0.9UN 时:,所以能起动,所以不能起动,(2)采用 Y-换接起动时，求起动电流和起动转矩。又当负载转矩为额定转矩的80%和50%时，电动机能否起动？,（2）,在80%额定转矩时：,不能起动,在50%额定转矩时：,可以起动,例3：某电动机的额定功率为15kW，额定转速为970r/min，频率为50Hz，最大转矩为295.36N.m。试求电动机的过载系数。,解:,过载系数：,