电子技术电工学一王建华主编第七章

1、第7 章电机 7.1 概述 一电机的分类 单相电动机 三相电动机 异步电机 功率因数可调同步电机 交流电机 调速性能好直流电机 电 机 二电机的用途 三电机的发展 7.2三相异步电动机的结构和原理 一结构 定子：机座、 铁心、 绕组等 转子：转轴、 贴心、 绕组等 气隙： 二旋转磁场 给A 相绕组中通以交流电流就会产生交变磁场 )sin( 2 1 )sin( 2 1 cossin ?ttt mmma )sin( 2 1 1 ?t ma )sin( 2 1 2 ?t ma 转速： 0 90?t 0 90? ?t ? 2A ? ? ?)90( 0 1 t dt d dt d A A X B Y C

2、 Z ? 0 ?t 0 10 90? a ? 0 20 90? a ? 初始位置： 第7 章电机 给 B 相绕组中通以滞后A 相 120o的交流 )240sin( 2 1 )sin( 2 1 )120cos()120sin( 0 00 ? ? ? ? tt t mm mb )sin( 2 1 1 ?t mb )240sin( 2 1 0 2 ?t mb ? 2B ? 2B 给 C 相绕组中通以滞后A 相 240o的交流 )240cos()240sin( 00 ?t mc )sin( 2 1 1 ?t mb )120sin( 2 1 0 2 ?t mb ? 2C ? 2C 0?t 0?t 0 1

3、0 90? b ? 0 20 30? b ? 0 10 90? c ? 0 20 210? c ? 第7 章电机 A X B Y C Z X A B Y C Z )2sin( 2 1 )2sin( 2 1 2cossin ?ttt AmAmAma )2sin( 2 1 1 ?t Ama 0 90 2 ? ?t 22 900 1 ? ? ? ? t dt d dt d A p f p n 60 2 60 2 60 1 ? ? ? ? ? p ? ? 0?t 0?t 0?t 0?t 第7 章电机 三三相异步电动机的作用原理 nnn? 12 转速差： 转差率： 1 1 n nn S ? ? 5006

4、00750100015003000同步转速 n1 654321极对数 p 22 90 0 1 ? ? ? ? t dt d dt d A p f p n 60 2 60 2 60 1 ? ? ? ? ? p ? ? 第7 章电机 7.3三相异步电动机的电磁转矩与机械特性 一三相异步电动机的电路分析 1 u 1 i 2 i ? 111111 XI jRIEU ? ? ? 22222 XI jRIE ? ? 101222111 NImNImNIm ? ? 0102 11 22 1 IIII Nm Nm I ? ?相数? ?m p f nnn 2 12 60 ? 11111 44. 4kNfEU m

5、 ? 绕组系数 ? ? ?1 1 k 1 1 1112 2 6060 )( 60 fS n nnpnnnppn f? ? ? ? ? 第7 章电机 2212222 S44. 444. 4 kNfkNfE mm ? 当 S = 1时（转子不转） 22120 44. 4kNfE m ? 202 SE E ? 同理 ? ? 2120 2 LfX? 2021222 22SXLfSLfX? ? ? 2 20 2 2 20 2 2 2 2 2 2 ) (SX R SE XR E I ? ? ? ? 2 20 2 2 2 2 2 2 2 2 2 )( cos SXR R XR R ? ? ? ? 2 I 2

6、 cos? S 22 cos,?I 第7 章电机 等效电路： m ? ? 2 I ? ? 22 XI j? 22 RI ? 1 I? ? 0 I ? 1 I ? 1 E ? 2 E ? 1 E ? ? 1 E ? 1 U ? 11R I ? ? 11 XI j? 1 R 1 X 2 R 2 X 1 R 1 X s R 2 20 X 1 f 2 f 1 f 1 I ? 1 I ? 1 U ? 1 U ? 2 I ? 2 I ? 1 E ? 1 E ? 2 E ? 2 E ? 第7 章电机 二电磁转矩 1能量关系 1 P 1 CU P? 2 CU P? FE P? m P? 2 P 1 U ? 1

7、 R 1 X 1 E ? 20 E ? 2 R 20 X 2 1 R S S? 1111 cos3 ?IUP ?输入的电功率 21 , CUCU PP?定子和转子绕组中的铜损 FE P?定子和转子铁心中的铁损 m P? 机械损耗 2 P 输出功率 第7 章电机 2转矩 )1 ( 1 Snn? )1 ()1 ( 0 S p S? ? 2 2 22 1 R S S IP ? ? ? ? ? ? T P 2 S R I p S p R S S I P T 2 2 2 2 2 2 2 )1 ( 1 ? ? ? ? ? ? ? ? ? 2202 2 20 2 2 202 2 cos )( ? ? EI

8、p SXR SE S R I p ? ? ? 22212 1 cos44. 4 2 ? ? kNfI f p m ? 22 cos?IC mT? ? 第7 章电机 2 20 2 2 220 2 20 2 2 2 2 20 2 2 20 )( )()( SXR RSE C SXR R SXR SE CT mTmT ? ? ? ? 2 20 2 2 2 2 1 1 2 1 2 1 22 2 20 2 2 2122 )(44. 4)( )44. 4( SXR SRU fNk Nk C SXR RfNkS C T m mT ? ? ? ? ? 2 20 2 2 2 1 2 1 ) (SX R SR f

9、 U KT ? ? 2 20 2 2 2 2 1 ) (SX R SRU KT ? ? 第7 章电机 三机械特性 S Tm 0 T TQ TN SNSQSm 1额定转矩 min)/( )( 9550 60 2 222 rn KWP n PP T N N N N N N N ? ? ? ? 1 1 n nn S N N ? ? 2最大转矩 0 )( ? dS SdM 20 2 X R S m ?临界转差率 20 2 1 2X U KT m ? 过载系数： 2 . 28 . 1? N m T T ? 最大转矩。无关与，成正比与 2 2 1 RU 第7 章电机 3起动转矩 NQ T XR RU KT

10、 8 . 12 . 1 2 20 2 2 2 2 1 ? ? ? 1?S 4同步 0?S 0?T 5两个区域 稳定区域 不稳定区域 S Tm 0 T TQ TN SNSQSm 第7 章电机 7.4三相异步电动机的使用 一铭牌和额定值 9额定接法 1型号 ：如 Y132S22 Y 异步电动机； 132 中心高度132mm； S 短机座； 2 2号铁心；2 2极电机（一对极） 2额定功率 3额定电压 4额定电流 5额定转速 6额定频率 7额定功率因数 8额定效率 第7 章电机 二三相异步电动机的起动 起动方式的选取主要考察起动电流和起动转矩两个 因数，要求起动时的起动电流要小于电源所能承担的电 流

11、值，起动时的起动转矩要大于起动时的负载转矩。 1直接起动（全压起动） 条件：电源的容量足够大 （电机容量电源容量的2030） S 0 T TN SN1 TQ 起动电流： 2 20 2 2 20 2 XR E I Q ? ? NQ II 22 85? NQ II 11 74? NQ TT8 . 12 . 1? 起动时功率因数很低 第7 章电机 2降压起动 （1）Y/降压起动 电源容量不够，但起动时负载转矩很小，而且正常 工作时为接法。 1111 44. 4kNfU m ? m R NI 10 0 ? YYY IIUU 00 3 1 3 1 ? ? 2 20 2 2 221 2 20 2 2 20

12、 20 44. 4 XR kNf XR E I m ? ? ? ? ? YYY IIUU 2020 3 1 3 1 ? ? LY I ? ? I ? ?L I ? Y I ? ? 第7 章电机 110222111 MNIMNIMNI ? ? ? ?IIY 3 1 lYl II ? ? 3 1 转矩与电压的平方成正比 QYQ TT ? ? 3 1 S 0 T SN1 1 2 3 4 第7 章电机 （2）自偶变压器（起动补偿器）降压起动 电源容量不够，但起动时负载转矩很小 M 3 L I ? ? ? L I? ? 1?K 降压起动时 KUU ? KII QLQ /? ? 2 /K II QLQ ?

13、 ? 2 /K TT QQ ? 第7 章电机 （3）绕线式电机转子绕组串电阻起动 ? ? ? ? 202 2 20 2 2 20 20 IR XR E I 串电阻 S 0 T SN1 1 2 3 20 2 1 2X U KT m ? 与电阻无关 ? ? ? m X R S SR m 20 2 2 转子绕组串电阻不 会减小起动转矩，反而 会增加起动转矩。 1 R1 X 2 R2 X 1 U ? 2 R? 第7 章电机 三三相异步电动机的调速 p f Sn 1 60 ) 1 ( ? ? 三相异步电动机的转速与电源频率、极对数及转差率有关 1变极调速 （采用专门的双速电机或三速电机） 1 2 3 4

14、 5 6 A1X1A2X2 A1 X1 A2 X2 124 三角形连接 二对极 低速状态 第7 章电机 A1X1A2X2 A1 X1 A2 X2 1 2 3 4 5 6 双星形连接 一对极 高速状态 2变频调速 整流器逆变器变频器 ACACACACDC 1 f 2 f 2 f 1 f 改变电源频率可以在很宽的范围进行平滑的调速， 调速效果很好。但需要专用的变频电源。 第7 章电机 3变转差率调速 0 T 0 S1S2S3 Tm TL 调速范围不大 （特别是在负载小时） 不经济 三三相异步电动机的制动 1能耗制动 M 3 F F n 第第7 章电机章电机 2反接制动 S T M 3 1 1 n

15、nn S ? ? 2 20 2 2 20 2 ) (SX R SE I ? ? 很大 不能频繁使用 对大容量的电机要串电阻来限制电流 3发电反馈制动 S T 第7 章电机 7.5单相异步电动机 T S 0?t 一一相定子绕组通电时的机械特性 当转子不动时，转矩为零 转子转起来，合力矩就不为零，与转动方向相同， 可以维持转动。 二各种类型的单相异步电动机 第7 章电机 1单向电容分相式异步电动机 2单向罩极式异步电动机 A ? ? B ? ? A ? ? E ? I ? ? ? A ? ? ? B ? ? ? 电机的旋转方向时不能变的 第7 章电机 7.6控制电机 1直流伺服电机 功 率 放 大

16、 器 M i U a U a I a R E f I f U 0 RIEU aa ? ?nCE E aT ICT? T CC R C U n TE a E a 2 ? ? ? ? bTnn? 0 ? ? E a C U n 0 2 ? ? TE a CC R b )( 1 UUan a ? ? ? E C a 1 T C R U T a S ? ? nn Ta U 01 n 03 n 02 n 1S U 1S U 1 a U 2a U 3 a U 2 T 3 T 00 1 T 一伺服电机 第7 章电机 2交流伺服电机 0 90电压相移电压移相 三种控制方式：幅值控制、相位控制、幅值相位控制 转

17、子电阻的要求 第7 章电机 三测速发电机 1直流测速发电机 a R a E a I a U L R nknCE ea ? e aaaa RIEU? a La a a R RR E E ? ? Cn RR R E La a a ? ? ?)1 ( a U n 1L R 2L R 3L R 0 ? 123 LLL RRR 第7 章电机 2交流测速发电机 f U ? f I ? f U ? f I ? n 2 E ? 2 U ? d ? d ? q ? fd U?不变 d nCE? 22 nEU q ? 22 2 U n 0 第7 章电机 三步进电动机 脉冲 发生 器 脉冲 分配 器 放大 驱动 电路 步进 电动机 （三相） 速度控 制信号 转向控制信号 （1）单三拍 ABCA 三个脉冲一个循环