交流电动机基本知识学习 学习课件教学课件ppt

第第 7 7 章章 交流电动机交流电动机 电动机是将电能转换成机械能的装置。 主要用作机械驱动。 电动机 直流电动机 交流电动机 同步电动机 异步电动机 单相电动机 三相电动机 三相异步交流电动机三相异步交流电动机 主要内容 三相异步电动机的构造原理 三相异步电动机的电路分析与机械特性 三相异步电动机的起动、调速与制动 71 71 三相异步电动机的构造三相异步电动机的构造 基本部分： 定子(固定部分)、 转子(旋转部分) 71 71 三相异步电动机的构造三相异步电动机的构造 基本部分： 定子(固定部分)、 转子(旋转部分) 71 71 三相异步电动机的构造三相异步电动机的构造 基本部分： 定子(固定部分)、 转子(旋转部分) 71 71 三相异步电动机的构造三相异步电动机的构造 基本部分： 定子(固定部分)、 转子(旋转部分) 71 71 三相异步电动机的构造三相异步电动机的构造 鼠笼式转子 基本部分： 定子(固定部分)、 转子(旋转部分) 71 71 三相异步电动机的构造三相异步电动机的构造 基本部分： 定子(固定部分)、 转子(旋转部分) 71 71 三相异步电动机的构造三相异步电动机的构造 基本部分： 定子(固定部分)、 转子(旋转部分) 绕线式异步电动机的构造 组 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、维护工作量大；转子 外加电阻可人为改变电动机的机械特性。 71 71 三相异步电动机的构造三相异步电动机的构造 72 72 三相异步电动机的转动原理三相异步电动机的转动原理 转子为什么能转？ (1) 有一个旋转的磁场 (2) 转子跟着磁场转动 721 721 旋转磁场旋转磁场 1. 旋转磁场 的产生 U1 U2 V1 V2 W1 W2 i1 i3 i2 i o t i1 i2 i3 o o 合成磁场方向向下合成磁场方向向下 721 721 旋转磁场旋转磁场 1. 旋转磁场 的产生 i o t i1 i2 i3 o o 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6060合成磁场旋转合成磁场旋转9090 U1 U2 V1 V2 W1 W2 i1 i3 i2 721 721 旋转磁场旋转磁场 1. 旋转磁场 的产生 i o t i1 i2 i3 o o 2. 旋转磁场 的转向 顺时针 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一个电流周期，旋转磁场在空间转过360360 U1 U2 V1 V2 W1 W2 i1 i3 i2 721 721 旋转磁场旋转磁场 逆时针 磁场的转向 与电源相序有 关。 V1相通过i3 W1相通过i2 721 721 旋转磁场旋转磁场 1. 旋转磁场 的产生 i o t i1 i2 i3 o o 2. 旋转磁场 的转向 顺时针 U1 U2 V1 V2 W1 W2 i1 i3 i2 任意调换两根电 源进线 721 721 旋转磁场旋转磁场 3. 旋转磁场的极数 与三相绕组的安排有关 每相一个线圈 空间角 磁极对数 每相两个线圈 U1 V1 V2 W1 W2 i1 i3 i2 a U2 b c 空间角 U1 a a U2 V1 b b V2 W1 c c W2 U1 U2 V1 V2 W1 W2 i1 i3 i2 721 721 旋转磁场旋转磁场 3. 旋转磁场的极数 与三相绕组的安排有关 每相一个线圈 空间角 磁极对数 每相两个线圈 U1 V1 V2 W1 W2 i2 i3 i2 a U2 b c 空间角 U1 a a U2 V1 b b V2 W1 c c W2 U1 U2 V1 V2 W1 W2 i1 i3 i2 721 721 旋转磁场旋转磁场 磁极对数 旋转磁场的极对数等于每相绕组的线圈数 空间角 U1 aU2 V1 b b V2 W1 c c W2 721 721 旋转磁场旋转磁场 4. 旋转磁场的转速 决定于磁场的极数 一对磁极 电源电流频率 f1 磁场转速 n0 = f1 60 二对磁极 n0= p对磁极 磁场转速 单位： 转每分(r/min) r/min 721 721 旋转磁场旋转磁场 4. 旋转磁场的转速 决定于磁场的极数 p对磁极 磁场转速 单位： 转每分(r/min) 工频f1=50Hzn0=3000/p p 123456 n0 3000 1500 1000 750 600 500 极数越高，转速越低。 722 722 电动机的转动原理电动机的转动原理 旋转磁场的转速 n0 同步转速 转子的转速 n 电机运行时的实际转速 转子转速总是小于、 但接近于 723 723 转差率转差率 n n0 用转差率表示转子转速n与磁场转速n0 相差的程度： 或 通常 s=1%9% n=0时，smax=1 磁场转速。 异步电动机 电动机的磁极对数和额定负载时的转差率 三相异步电动机，额定转速n=975r/min。试求： 例题例题 解：f1=50Hz时， n0 对应于磁极对数p有一系列固定值 p123456 n0300015001000 750 600500 n小于并接近于n0 （f1=50Hz) 73 73 三相异步电动机的电路分析三相异步电动机的电路分析 731 731 定子电路定子电路 是通过每相绕组的磁通最大值， 在数值上等于旋转磁场的每极磁通。 f1 是 i1 的频率， 即电源或定子电流频率。 i1 u1 e1 e1 e2 e 2 i2 + + + + + f1f2 异步电动机每相电路异步电动机每相电路 83 83 三相异步电动机的电路分析三相异步电动机的电路分析 732 732 转子电路转子电路 1 转子电流频率f2 f2与s有关， 也就是与n有关。 s=1 (即n=0)时， f2最大 , f2= f1。 额定转速时 s=1%9%， 则 f2= 0.5 4.5 Hz。 i1 u1 e1 e1 e2 e 2 i2 + + + + + f1f2 异步电动机每相电路异步电动机每相电路 73 73 三相异步电动机的电路分析三相异步电动机的电路分析 732 732 转子电路转子电路 2 转子电动势 E2 当n=0 (即s=1)时， 转子电动势最大， E2与s有关，也就是与n有关。 转子转动时转子转动时 的感应电势的感应电势 i1 u1 e1 e1 e2 e 2 i2 + + + + + f1f2 异步电动机每相电路异步电动机每相电路 转子静止时转子静止时 的感应电势的感应电势 73 73 三相异步电动机的电路分析三相异步电动机的电路分析 732 732 转子电路转子电路 3 转子感抗 X2 n=0 (即s=1)时， 转子感抗最大， X2与s有关， 也就是与n有关。 i1 u1 e1 e1 e2 e 2 i2 + + + + + f1f2 异步电动机每相电路异步电动机每相电路 73 73 三相异步电动机的电路分析三相异步电动机的电路分析 732 732 转子电路转子电路 4 转子电流 I2 I2与s有关，也就是与n有关。 s 增大 n 降低 n0-n 增加 转子导体切割磁通的速度提高 E2增加 I2增加 i1 u1 e1 e1 e2 e 2 i2 + + + + + f1f2 异步电动机每相电路异步电动机每相电路 73 73 三相异步电动机的电路分析三相异步电动机的电路分析 732 732 转子电路转子电路 5 转子电路的功率因数 与s有关， 也就是与n有关。 s 增大 X2 增大 cos 2 减小 转子电路中：转子电路中： E E2 2, , I I2 2, , f f2 2, , X X2 2 , , coscos 2 2 , , 都与都与s s( (n n) )有关。有关。 i1 u1 e1 e1 e2 e 2 i2 + + + + + f1f2 异步电动机每相电路异步电动机每相电路 74 74 三相异步电动机的转矩与机械特性三相异步电动机的转矩与机械特性 电磁转矩 T ：三相异步电动机的重要物理量之一 机械特性：电动机的主要特性。 741 741 转矩公式转矩公式 电动机的转矩是由旋转磁场的每极磁通 与转子电流 I2 的相互作用产生的： KT常数 由公式可知由公式可知 1. 1. T T 与定子每相绕组电压与定子每相绕组电压 成正比。成正比。U U 1 1 T T 2. 2. 当电源电压当电源电压 U U 1 1 一定时，一定时，T T 是是 s s 的函数。的函数。 3. 3. R R 2 2 的大小对的大小对 T T 有影响。绕线式异步电动机可外有影响。绕线式异步电动机可外 接电阻来改变转子电阻接电阻来改变转子电阻R R 2 2 ，从而改变转矩。从而改变转矩。 741 741 转矩公式转矩公式 742 742 机械特性曲线机械特性曲线 U1与R2一定时， T与s的关系： 或n与T的关系： so T 1o n n0 To n n0 三个转矩: 额定转矩TN 最大转矩Tmax 起动转矩Tst nN TN nN sN TN Tmax sm nm Tmax nm Tst Tst 742 742 机械特性曲线机械特性曲线 1. 额定转矩TN 额定转矩是电动机在额定负载时的转矩。 千瓦(W) 转每分(r/min) 牛米(Nm) 例如某电动机：P2N =7.5kW, n N =1440 r / min， 则额定转矩为： 742 742 机械特性曲线机械特性曲线 2. 最大转矩Tmax(临界转矩) T o n 过载系数 一般 转子轴上机械负载转矩转子轴上机械负载转矩T T 2 2 不能大于不能大于T Tmax max ， ，否则将造成堵否则将造成堵 转转( (停车停车) )。 电机带动最大负载的能力。电机带动最大负载的能力。 742 742 机械特性曲线机械特性曲线 3. 起动转矩Tst T o n T o n nm T o n nm nm T T st st 体现了电动机带 载起动的能力。 若若 T Tst st T T 2 2 电机能起电机能起 动，否则不能起动。动，否则不能起动。 起动能力 1.02.2 电动机的运行分析电动机的运行分析 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。 T2s T2 T T =T2 n T T2 达到新的平衡 T2 常用特 性段 T O 75 75 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 751 751 起动性能起动性能 1. 起动电流Ist 刚起动时， 转子电流很大， 定子电流也很大， 2. 起动转矩Tst T o n 起动转矩过小， 电动机不能在满载下起动； 起动转矩过大， 会使传动机构受到冲击而损坏。 大电流使电网电压降低，影响邻近负载的工作 频繁起动时造成热量积累，使电机过热 后果：后果： 起动： n = 0，s =1, 接通电源。 起动转矩为额定转矩的(1.02.2)倍 752 752 起动方法起动方法 鼠笼式电动机的起动方法 直接起动 降压起动 绕线式电动机的起动方法 直接起动 接入起动电阻 1. 直接起动 利用闸刀开关或接触器将电动机直接接到额定电源上。 方法简单， 但起动电流大， 起动电流与额定电流之比为57。 二三十千瓦以下的异步电动机 一般采用直接起动的方法。 752 752 起动方法起动方法 2. 降压起动 起动时降低加在电动机定子绕组上的电压， 以减小起动电流。 (1) 星形三角形(Y-)换接起动 该方法只适合于电动机在工作时，其定子绕组联接 成三角形时的情况（4100kW） 。 起动时，先将定子绕组联接成星形； 转速接近额定值时，再将定子绕组换接成三角形； 设：电机每相阻抗为设：电机每相阻抗为 2. 2. 降压起动降压起动 (1) Y(1) Y 换接起动换接起动 降压起动时的电流降压起动时的电流 为直接起动时的为直接起动时的 + 起动起动 U1 U2 V1 V1 W1 W2 + 正常正常运行运行 U1 U2 V1V2 W1 W2 降压起动时的电压降压起动时的电压 为直接起动时的为直接起动时的 星三角起动器 动 触 点 Y 动 触 点 2. 2. 降压起动降压起动 动 触 点 Y 动 触 点 星三角起动器2. 2. 降压起动降压起动 星三角起动器 动 触 点 Y 动 触 点 2. 2. 降压起动降压起动 星三角起动器 动 触 点 Y 动 触 点 动 触 点 Y 动 触 点 降压起动时的起 动电压是直接起动 时的 降压起动时的起 动转矩为直接起动 时的 1/3 只适用于空载或 轻载起动。 2. 2. 降压起动降压起动 752 752 起动方法起动方法 (2) 自耦降压起动 工 作 起 动 起动电流和起动 转矩减小。 适用于容量较大 的或正常运行时联 成星形不能采用星 三角起动器的鼠笼 式异步电动机。 只适用于空载或 轻载起动。 752 752 起动方法起动方法 (2) 自耦降压起动 适用于容量较大 的或正常运行时联 成星形不能采用星 三角起动器的鼠笼 式异步电动机。 工 作 起 动 752 752 起动方法起动方法 (2) 自耦降压起动 工 作 起 动 适用于容量较大 的或正常运行时联 成星形不能采用星 三角起动器的鼠笼 式异步电动机。 滑环 起动时将适当的起动时将适当的R R st st 串入转子电路中，起动后将串入转子电路中，起动后将R R st st 短路。短路。 起动电阻 电刷 转子 定子 752 752 起动方法起动方法 适用于绕线式电动机。 (3) 接起动电阻起动 若若R R 2 2 选得选得适当适当，转子电路串电阻起动既可以，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。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。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：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。方法：任意调换电源的两根进线，电动机反转。 电动机电动机 正转正转 电动机电动机 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 例题例题11有一Y225M-4型三相异步电动机，其额定数据 如表。试求：(1)额定电流；(2)额定转差率SN；(3)额定 转矩TN、最大转矩Tmax、起动转矩Tst 。 功率转速电压效率功率因数 解：(1) 4100KW的电动机通常都是380V、联接。 (2) p123456 n0300015001000 750 600500 铭牌上的额定 电流IN为定子 绕组的线电流 Ist/INTst/TNTmax/TN 解：(3) 例题例题11有一Y225M-4型三相异步电动机，其额定数据 如表。试求：(1)额定电流；(2)额定转差率SN；(3)额定 转矩TN、最大转矩Tmax、起动转矩Tst 。 功率转速电压效率功率因数 Ist/INTst/TNTmax/TN 例题例题22 在上题中：(1)若负载转矩为510.2Nm，试问在 U=UN和U=0.9UN两种情况下，能否起动？(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TN的80%和50%时，电动机能否起动？ 解： (1) 在U=UN时 可以起动 在U=0.9UN时 不能起动 例题例题22 在上题中：(1)若负载转矩为510.2Nm，试问在 U=UN和U=0.9UN两种情况下，能否起动？(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TN的80%和50%时，电动机能否起动？ 解： (2) 三角形直接起动时 星形换接起动时 80%额定转矩时 不能起动 50%额定转矩时 可以起动 例题例题33 在上题中：若采用自耦降压起动，设起动时电 动机的端电压降到电源电压的64%，求线路起动电流和 电动机的起动转矩。 解：直接起动时 单相绕组 Ist 降压起动时 自耦变压器 Ist Ist 变比 原边线路电流 (起动电流) 起动转矩 76 76 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 调速就是在同一负载下能得到不同的转速。 转速公式： 改变电动机转速： (1) 改变电源频率 f1 (2) 改变极对数 p (3) 改变转差率 s 用于鼠笼式电动机 用于绕线式电动机 761 761 变频调速变频调速 改变电源电压的频率 改变电动机的转速 + - 整流器逆变器 M 3 50Hz三相 交流电 直流电 三相交流电 频率可调f1 电压可调U1 频率调节范围：频率调节范围：0.50.5 320Hz320Hz 变频调速方法可实现无级平滑调速, 调速性能优异, 正获得越来越广泛的应用(如家用电器中的应用如家用电器中的应用)。 762 762 变极调速变极调速 改变定子磁场的极对数 改变电动机的转速 定子绕组接法 U11U21U12U22 U1 U2 p=2 U11U21U12U22 U1U2 p=1 有级调速 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。 常见的多速电动机有双速、三速、四速几种。 763 763 变转差率调速变转差率调速 在绕线式电动机的转子电路中接入一个调速电阻。 转 子 电刷 滑 环 改变电阻大小 改变转差率 T o n nm nm 无级调速 变转差率调速是绕线型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 。这种调速方式广泛应用于各种提升、起重设备中。 77 77 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动 771 771 能耗制动能耗制动 M 3 + - 直 流 R n n0=0 固定磁场 F 运转 制动制动 T 77 77 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动 772 772 反接制动反接制动 M 3 n 旋转磁场 n0 F 运转 制动制动 T 77 77 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动 773 773 发电反馈制动发电反馈制动 n0 n 旋转磁场 F T n n0 7.8 7.8 三相异步电动机的铭牌数据三相异步电动机的铭牌数据 1. 1. 型号型号 磁极数( 极对数 p = 2 ) 例如： Y 132 M4 用以表明电动机的系列、几何尺寸和极数。 机座长度代号 机座中心高（mm） 三相异步电动机 三相异步电动机 型 号 Y132M- 4 功 率 7.5 kW 频 率 50Hz 电 压 380V 电 流 15.6 A 接 法 转 速 1440r/min 绝缘等级 F 工作方式 连续 n0 = 1 500 r/min S-短机座； M-中机座； L-长机座； 异步电动机产品名称代号 Y 系 列 YR系列绕线型 防爆电机 78 78 三相异步电动机的铭牌数据三相异步电动机的铭牌数据 2. 接法 U1 U2 V1 V2 W1 W2 U1V1W1 W2U2V2 U1 U2 V1 V2W1 W2 U1V1W1 W2U2V2 接电源 U1 U2 V1V2 W1 W2 接电源 U1V1W1 W2U2V2 定子三相绕组的联接方法定子三相绕组的联接方法 : 78 78 三相异步电动机