教材公共课件：模块八

1、模块八模块八 电动机及其电力拖动电动机及其电力拖动 模块八模块八 电动机及其电力拖动电动机及其电力拖动课题一课题一 直流电动机直流电动机【任务一】直流电动机介绍【任务一】直流电动机介绍 【任务二】直流电动机的应用【任务二】直流电动机的应用 课题二课题二 三相异步电动机三相异步电动机【任务一】三相异步电动机介绍【任务一】三相异步电动机介绍【任务二】三相异步电动机的应【任务二】三相异步电动机的应用用模块八模块八 电动机及其电力拖动电动机及其电力拖动课题一课题一 直流电动机直流电动机情境引入并励直流电动机启动电路电路接线图演示器件直流电动机、导线、开关、保险丝、启动变阻器演示人教师观察、记录、引发疑

2、问（学生填写）状态启动运行问题开关合上1.2.3.变阻器学习任务1.直流电动机工作原理2.并励直流电动机启动的工作原理3.直流电动机启动的几种方法【学习情境】并励直流电动机手动启动控制电路【学习情境】并励直流电动机手动启动控制电路模块八模块八 电动机及其电力拖动电动机及其电力拖动 课题一课题一 直流电动机直流电动机w 电机是生产、传输、分配及应用电能的主要设备，是生产过程电气化、自动化的重要部件。电机是利用电磁感应原理工作的机械，它用途广泛、种类很多。常用的分类方式主要有两种：一种分类方法是按功能分，可分为发电机、电动机、控制电机和变压器四大类；另一种分类方法是按照电机的结构、转速或运动方式分

3、，可分为变压器、旋转电机和直线电机等。w 电动机按其供电形式可分为直流电动机和交流电动机两大类。便携式的电动器械常采用干电池或蓄电池作为电源，所以其中采用的大都是直流电动机。另外，对调速要求较高的机械，如电气机车等，多数还是采用直流电动机。 模块八模块八 电动机及其电力拖动电动机及其电力拖动 【任务一】直流电动机介绍 1直流电动机的工作原理直流电动机的工作原理 图8-1为直流电动机模型。图中N和S为一对固定的直流磁极，abcd为一个可以转动的线圈。在实际电机中，线圈的匝数很多，通常称之为电枢绕组。绕组的两端分别连到两个互相绝缘的半圆金属片上。该金属片称为换向片，电动机转子与绕组abcd同轴旋转

4、。A和B为两个电刷，固定在电刷架（未画出）上。电刷由弹簧压紧，与换向片保持良好的接触。电刷的引出线接直流电源的两极。 图图8-1 直流电动机模型直流电动机模型 【知识链接】直流电动机的工作原理、结构、分类【知识链接】直流电动机的工作原理、结构、分类模块八模块八 电动机及其电力拖动电动机及其电力拖动w 电流从电源的正极流出，经电刷A和换向片进入绕组abcd，再经另一换向片和电刷B到电源的负极。电流的流向如图2-3-1中箭头所示，在ab段是从a到b，cd段是从c到d。根据左手定则，可以确定ab段导体在磁场中的受力方向是向左，cd段导体的受力方向是向右，于是绕组在磁场力的作用下作反时针方向旋转。w

5、随着绕组的转动，导体ab与cd的位置发生变化，ab段向下转入S极，cd段向上转入N极。此时在上面的导体dc，在下面的导体是ba，电流从电源正极流出，经电刷A和换向片进入导体dc，电流方向为从d到c，然后再从b到a，经另一换向片和电刷B，回到电源负极。由于换向片的作用，虽然导体ab和cd的位置相互转换，但是导体中电流的方向跟着转换，保证电枢绕组按原来的方向连续运转。 模块八模块八 电动机及其电力拖动电动机及其电力拖动2直流电动机的分类直流电动机的分类 w 直流电动机的转动需要磁场。根据磁场的建立方式，直流电动机可以分为永磁式和励磁式两类。在永磁式电机中用的是永久磁铁；在励磁式电机中，磁场是由电流

6、在励磁绕组中产生的，永磁式电机的符号如图8-2所示。w 励磁式电机根据励磁绕组的接法又可分为并励式、串励式和复励式三种。模块八模块八 电动机及其电力拖动电动机及其电力拖动1）并励式电机）并励式电机w 在并励式电动机中，励磁绕组与电枢绕组并联，如图8-3所示。为了减少励磁绕组中的损耗，励磁电流越小越好，故绕组的匝数较多，导线较细。w 如果把励磁绕组与电枢绕组分开，各自用独立的电源供电，就成为他励式电动机，如图8-4所示。2）串励式电动机）串励式电动机 在串励式电动机中，励磁绕组是和电枢绕组串联的，如图8-5所示。为了减小励磁绕组上的电压降，励磁绕组的匝数较少，导线较粗。3）复励式电动机）复励式电

7、动机 在复励式电动机中有两个励磁绕组，一个与电枢并联，称为并联绕组；另一个与电枢串联，成为串联绕组，如图8-6所示 。 模块八模块八 电动机及其电力拖动电动机及其电力拖动图图8-2 永磁式电动机永磁式电动机 图图8-3 并励式电动机并励式电动机 图图8-4 他励式电动机他励式电动机 图图8-5 串励式电动机串励式电动机 图图8-6复励式电动机复励式电动机 模块八模块八 电动机及其电力拖动电动机及其电力拖动3直流电动机的结构直流电动机的结构1）励磁式直流电动机的结构）励磁式直流电动机的结构 电动机的静止部分称为定子。励磁式直流电动机的定子由磁极、励磁绕组、机座、电刷装置等组成。电动机的转动部分称

8、为转子。直流电动机的转子又称电枢，由电枢铁心、电枢绕组、换向器等组成。现分述如下：（ 1）磁极和励磁绕组 磁极是用簿钢片叠合后，用铆钉铆合而成，如图8-7所示。磁极的极掌部分比极身略宽，制成弧形，以改善磁通在气隙中的分布情况。极身上安放励磁绕组，由极掌挡住，不使滑出。 励磁绕组是用绝缘导线绕制在框架上，并经浸漆处理后安装在磁极上，如图8-8所示。模块八模块八 电动机及其电力拖动电动机及其电力拖动图图8-7 磁极铁心冲片磁极铁心冲片 图图8-8 磁极和励磁绕组的安装磁极和励磁绕组的安装 模块八模块八 电动机及其电力拖动电动机及其电力拖动（2）机座）机座w 机座的作用是用来固定磁极、电刷架、端盖等

9、部件。w 机座既是电机的外壳，又是磁路的一部分，如图8-9所示。机座通常用铸铁或钢板制成。(a)两极电机 (b)四级电机图图8-9 磁极和磁路磁极和磁路模块八模块八 电动机及其电力拖动电动机及其电力拖动（3）电枢铁心和绕组）电枢铁心和绕组 电枢是电机的转动部分。电枢铁心是由硅钢片冲压而成，冲片形状如图8-10所示。电枢铁心和绕组的形状如图8-11所示。 为了充分利用材料，电枢铁心的表面冲有很多凹槽，槽内放置电枢绕组。绕组按一定的规则和换向片连接，绕组本身自成一个闭合回路。 图图8-10电枢铁心冲片电枢铁心冲片 图图8-11电枢铁心和绕组电枢铁心和绕组 模块八模块八 电动机及其电力拖动电动机及其

10、电力拖动（4）换向器和电刷装置）换向器和电刷装置w 换向器是由许多互相绝缘的铜片组合而成，其形状如图8-12所示。在实际电机中，有很多绕组，所以换向片也很多。片与片之间用云母片绝缘。w 电刷由石墨制成，安装在刷架上，利用弹簧将它紧压在换向器上。电刷的一端与换向器保持良好的接触，另一端用引线接出，与外电路接通。 图图8-12 换向器的形状换向器的形状 模块八模块八 电动机及其电力拖动电动机及其电力拖动2）永磁式直流电动机的结构）永磁式直流电动机的结构（1）磁极）磁极 永磁式直流电动机的主磁场是由永久磁铁产生的。永久磁铁一般由铁氧体制成，成环形或瓦块形，如图8-13所示。图8-13（a）和图8-1

11、3（b）是瓦块形，图8-13（c）是环形。根据磁路走向，一种方式是不通过外壳，如图8-13（a）所示，此种外壳用不导磁的铝合金制成；另一种方式是磁路通过用导磁材料制成的外壳，如图8-13（b）和图8-13（c）所示。(a) (b) (c)图图8-13 永磁式直流电动机的磁路永磁式直流电动机的磁路 模块八模块八 电动机及其电力拖动电动机及其电力拖动（2）转子）转子w 转子就是电枢。和励磁电动机一样，永磁式电动机的转子也是由电枢铁心、电枢绕组和换向器等组成。所不同的是，因为永磁式电动机一般都比较小，转子的槽数不多，常做成三槽或五槽的形式，槽内绕三个或五个线圈。如图8-14所示为三槽式直流电机转子的

12、示意图。图中三个线圈的一端连在一起，另一端焊在相应的换向片上。其中图8-14（a）为磁场中的转子，图8-14（b）为线圈的接法示意图。w 换向片的数目与线圈的数目相等，是互相绝缘的铜片，镶嵌在绝缘机座上，机座固定在不锈钢转轴上。（3）电刷）电刷 电机的电刷通常是用石墨制成。如果电机很小，可不用刷架，而把电刷镶嵌在磷铜片上，利用铜片的弹性使电刷与换向器保持良好的接触。铜片的另一端固定在接线端子上。模块八模块八 电动机及其电力拖动电动机及其电力拖动 (a) (b)图图8-14 三槽式直流电动机转子的示意图三槽式直流电动机转子的示意图模块八模块八 电动机及其电力拖动电动机及其电力拖动 【任务二】直流

13、电动机的应用【任务二】直流电动机的应用【知识链接】直流电动机的起启动、制动和调速【知识链接】直流电动机的起启动、制动和调速1直流电动机的启动直流电动机的启动 在启动特性方面，直流电动机与交流电动机相比，有更大的启动电流，然而不同的是直流电动机有大得多的启动转矩。 1）启动电流）启动电流 现以并励式电动机（如图8-15）为例。从图8-15可得电动机的电流为：FAAFAIREUIII模块八模块八 电动机及其电力拖动电动机及其电力拖动(a) (b)图图8-15 并励式直流电动机并励式直流电动机模块八模块八 电动机及其电力拖动电动机及其电力拖动 由于励磁电流一般只占电机额定电流的一小部分，故可认为：

14、又电枢反电动势，起动时转子尚未转动，n =0，EA=0，得电机的起动电流：AAAREUIIASRUI 模块八模块八 电动机及其电力拖动电动机及其电力拖动w 由此可见，电动机在起动瞬间，电路中限制电流的因素只有电枢电阻，而数值往往很小，所以起动电流可达额定电流的几倍到几十倍。这样大的起动电流如果不加限制，将在换向器上产生强烈的火花而使之损坏，限制的方法是在电枢电路中接入起动电阻，其数值应使起动电流不超过额定电流的1.52倍。待电机转速上升后将起动电阻短路。w 串励式、复励式和永磁式电动机的起动电流情况与此相似。然而对于家用电器中应用的小型直流电动机、由于电枢电阻相对来说比较大，而且转速上升比较快

15、，故可以不接起动电阻而直接起动。模块八模块八 电动机及其电力拖动电动机及其电力拖动2启动转矩启动转矩w 根据电动机的电磁转矩，在并励式和永磁式电动机中由于磁通不变，可以认为电机转矩与电流成正比关系。在串励式电动机中，有，即转矩与电流的平方成正比关系。如果电动机的起动电流很大，那么起动转矩也很大，这对于快速起动是很有利的。尤其是串励式电动机，特别适宜于需要起动转矩大的电机车，起重机以及食品粉碎机、打浆机、洗尘器等电器中。 模块八模块八 电动机及其电力拖动电动机及其电力拖动2直流电动机的制动直流电动机的制动w 根据电磁转矩和转速方向之间的关系，可以把直流电机分为两种运转状态：当电磁转矩与转速方向相

16、同时，称为电动状态；当电磁转矩与转速方向相反时，称为制动状态。电动状态时，电磁转矩为驱动转矩，电机将电能转换成机械能带动负载；制动状态时，电磁转矩为制动转矩，电机吸收机械能转换成电能。w 他励直流电动机的制动有能耗制动、反接制动和回馈制动三种方式。 模块八模块八 电动机及其电力拖动电动机及其电力拖动1）能耗制动）能耗制动 如图8-16是能耗制动的接线图。 开始制动时，因励磁电流IF的大小及方向不变，电枢存在惯性，其转速不能马上降为零，而是保持原来的方向旋转。但是，当开关接至RT时，电枢从电网脱离后经制动电阻RT闭合，由EA在闭合的回路产生的电枢电流却与电动状态时电磁转矩方向相反，由此产生的电磁

17、转矩也与电动状态时相反，变为制动转矩，于是电机处于制动运行。实际上这是一台他励直流发电机，轴上的机械能转化成电能，全部消耗于电枢回路的电阻（RRART）上，所以称为能耗制动。模块八模块八 电动机及其电力拖动电动机及其电力拖动图图8-16 能耗制动接线图能耗制动接线图 图图8-17 电压反接制动接线图电压反接制动接线图 模块八模块八 电动机及其电力拖动电动机及其电力拖动2）反接制动）反接制动w 反接制动分为电压反接制动和倒拉反转反接制动两种。w 电压反接制动的接线如图8-17所示。开关向上时，电枢接正极性的电源电压，此时电机处于电动状态运行。制动时，保持IF不变，将开关向下合闸，使电枢经制动电阻

18、RT而接极性相反的电源电压，即电枢电压由原来的正值变为负值。此时，电枢回路内，U与EA顺向串联，共同产生很大的反向电流，反向电流产生很大的反向电磁转矩，从而产生很强的制动作用，这就是电压反接制动。w 电压反接制动的特点有：可以很快使机组停机；需要加入足够的电阻，限制电枢电流；另外，当转速至零时，需切断电源。模块八模块八 电动机及其电力拖动电动机及其电力拖动3）回馈制动）回馈制动w 电动状态下运行的电动机，在某种条件下（如机车下坡时）会出现运行转速高于理想空载转速的情况，此时EAU ，电枢电流反向，电磁转矩的方向也随之改变，即由驱动转矩变成制动转矩。从能量传递方向看，电机处于发电状态，将机车下坡

19、时失去的位能转变成电能回馈给电网，因此这种状态称为回馈制动状态。w 电机转速高于理想空载转速是回馈制动运行状态的重要特点。另外，在回馈制动过程中，有功功率回馈电网，从电能消耗角度看，回馈制动是最经济的一种制动方式。模块八模块八 电动机及其电力拖动电动机及其电力拖动3直流电动机的调速直流电动机的调速 根据并励式电动机的转速表达式： 可见，直流电动机的转速与电枢两端的电压、电枢电路的电阻及磁通有关。如果变化这几个量，电动机的转速随之而变。EAAEAcRIUcEn模块八模块八 电动机及其电力拖动电动机及其电力拖动1）改变磁通调速）改变磁通调速 励磁式电动机可以在励磁回路中串联或并联可调电阻通过调节励

20、磁电流来改变，调速电路如图所示。其中图8-18（a）为并励式，图8-18（b）为串励式，复励式电动机的调速电路与此相似。 （a） （b）图图8-18 交直流通用电动机调速原理图交直流通用电动机调速原理图 模块八模块八 电动机及其电力拖动电动机及其电力拖动2）改变电枢电压）改变电枢电压U调速调速 电动机的转速表达式）可以看出，如果保持不变（在永磁式或他励式电动机中可做到），改变就可以改变。但不能超过额定电压，故只能调低不能调高，也就是转速只能往低处调。现在直流电动机普遍采用晶闸管可控整流电源，采用此种调速方法效果甚好。3）在电枢电路中增加电阻调速）在电枢电路中增加电阻调速 电动机的转速表达式可知

21、，如果在电枢电路中串联一个电阻，此电阻的数值越大，转速就越低。但是接入电阻后，能耗较多，会降低电动机的效率，故此法只在小电机中应用。模块八模块八 电动机及其电力拖动电动机及其电力拖动 课题二课题二 三相异步电动机三相异步电动机情境引入电动机的起动电路三相异步电动机Y-降压起动原理图演示器件起子、尖嘴钳、导线、万用表等演示人教师观察、记录、引发疑问（学生填写）电路状态观察测量问题设定KT值1.2.3.合上QS并按下SB1按下SB2学习任务通过实训操作，掌握由电气原理图进行电路安装接线的方法。通过实训进一步理解三相异步电动机降压起动的工作原理。学会用时间继电器控制三相异步电动机Y-降压起动的原理。

22、【学习情境】三相交流异步电动机【学习情境】三相交流异步电动机Y-Y-降压起动降压起动模块八模块八 电动机及其电力拖动电动机及其电力拖动 【任务一】三相异步电动机介绍【任务一】三相异步电动机介绍【知识链接【知识链接1】三相异步电动机的工作原理、结构、分类】三相异步电动机的工作原理、结构、分类w 交流旋转电机主要分为异步电机和同步电机两大类，从原理上讲所有旋转电机均是可逆的，它既可以作为发电机运行，又可以作为电动机运行。w 异步电机主要用作电动机，以拖动各种生产机械。异步电动机的转速除与电网的频率有关外，还随负载的大小而变化。异步电动机具有结构简单、制造、使用和维护方便，运行可靠，成本低廉，效率较

23、高，因此在生产中得到广泛应用。但也有缺点，一是运行时要从电网吸取感性无功电流来建立磁场，降低电网功率因数，增加线路损耗，限制电网的功率传送；二是起动和调速性能较差。 模块八模块八 电动机及其电力拖动电动机及其电力拖动1三相异步电动机的基本结构三相异步电动机的基本结构 异步电动机的固定部分称为定子，转动部分称为转子，定子和转子是能量传递和转换的关键部件。它的结构如图8-19所示。 图图8-19 笼型异步电动机的结构笼型异步电动机的结构 模块八模块八 电动机及其电力拖动电动机及其电力拖动1）定子部分）定子部分w 定子主要由铁心、定子绕组和机座三部分组成。w 定子铁心是电动机磁路的组成部分，为了减少

24、铁心损耗，定子铁心一般由表面涂有绝缘漆、厚0.5mm的硅纲片叠压而成。铁心内圆周表面有槽孔，用以嵌置定子绕组。如图8-20所示。w 定子绕组是定子中的电路部分。中、小型电动机一般采用高强度漆包线绕制。三相异步电动机的对称绕组共有六个出线端，每组绕组的首端U1、V1、W1和末端U2、V2、W2通常接到机座的接线盒上。根据电源电压和电动机绕组的电压额定值，把三相绕组接成星形如图8-21（a）所示、或接成三角形如图8-21（b）所示。模块八模块八 电动机及其电力拖动电动机及其电力拖动图图8-21 定子绕组的星形和三角形联定子绕组的星形和三角形联 图图8-20 定子和转子的铁心片定子和转子的铁心片模块

25、八模块八 电动机及其电力拖动电动机及其电力拖动w 2）转子部分）转子部分w 转子是电动机的旋转部分，由转子铁心、转子绕组、风扇及转轴三部分组成。w 转子铁心是由厚0.5 mm的硅钢片叠压而成的圆柱体，其外圆周表面冲有槽孔，以便嵌置转子绕组，如图8-22（a）所示。w 异步电动机的转子绕组，根据构造形式分成两种：笼型转子和绕线转子。模块八模块八 电动机及其电力拖动电动机及其电力拖动(a)铜条转子 (b)铸铝转子 (c)铸铝转子的铝条和风扇图图8-22 笼型转子笼型转子 模块八模块八 电动机及其电力拖动电动机及其电力拖动（1）笼型转子）笼型转子w 笼型转子是在转子铁心内压进铜条，铜条两端分别焊在两

26、个铜环（端环）上，如图 8-22（a）所示。w 为了节省铜材，现在中、小型电动机一般都采用铸铝转子，如图8-22（b）和图8-22（c）所示。把熔化的铝浇铸在转子铁心槽内，将冷却用的风叶和转子构成一体，简化了制造工艺。（2）绕线转子）绕线转子w 绕线型转子的铁心与笼型的相似，不同的是在转子的槽内嵌置对称的三相绕组。三相绕组接成星形，即三个绕组的末端连在一起，三个绕组的首端分别接到转轴上三个彼此绝缘的铜制滑环上。滑环对转轴也是绝缘的。滑环通过电刷将转子绕组的三个首端引到机座的接线盒里，以便在转子电路中串入附加电阻，用来改善电动机的起动和调速性能。绕线型异步电动机的结构和接线电路如图8-23所示。

27、 模块八模块八 电动机及其电力拖动电动机及其电力拖动图图8-23 绕线型异步电动机的结构及接线图绕线型异步电动机的结构及接线图 模块八模块八 电动机及其电力拖动电动机及其电力拖动2三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理 三相异步电动机是由旋转磁场切割转子导体，在其中产生转子电流，然后旋转磁场又与转子电流相互作用，产生电磁转矩而使转子旋转的。所以旋转磁场的产生是转子转动的先决条件。1）旋转磁场）旋转磁场（1）旋转磁场的产生 图8-24为三相异步电动机定子绕组的示意图和接线图。三相对称绕组U1U2、V1V2、W1W2在空间相互差120。若将U2、V2、W2接在一起，U1、V1、W1分别接

28、三相电源（Y形接法），便有对称的三相交变电流通入相应的定子绕组，即：tIimsin1)120sin(2omtIi)240sin(3omtIi模块八模块八 电动机及其电力拖动电动机及其电力拖动图图8-24 三相异步电动机定子绕组三相异步电动机定子绕组 模块八模块八 电动机及其电力拖动电动机及其电力拖动 三相绕组各自通入电流后将分别产生自己的交变磁场，三个交变磁场在定子空间汇合成如图下所示的一个两极磁场。为了便于分析，设三相对称电流按余弦规律变化，假定电流从绕组首端流入为正，末端流入为负。电流的流入端用符号 表示，流出端用 表示。在图中，取 、 、 、 四个时刻进行分析。0tot120ot240o

29、t360 模块八模块八 电动机及其电力拖动电动机及其电力拖动 (a) (b) (c) (d)图图8-25 两极旋转磁场的形成两极旋转磁场的形成 模块八模块八 电动机及其电力拖动电动机及其电力拖动w 由上述分析可以看出，对于图8-25所示的定子绕组，通入三相交流电后将产生旋转磁场，且电流变化一个周期时，合成磁场在空间旋转360。w 旋转磁场的磁极对数p与定子绕组的安排有关。通过适当的安排，也可以制成两对、三对或更多磁极对数的旋转磁场。模块八模块八 电动机及其电力拖动电动机及其电力拖动（2）旋转磁场的转速）旋转磁场的转速 根据上面的分析，电流在时间上变化一个周期，二极磁场在空间旋转一圈。若电流的频

30、率为每秒变化周期，旋转磁场的转速即为每秒转。若以表示旋转磁场的每分钟转速，则可得： 如果设法使定子的磁场为四极（极对数），可以证明，此时电流若变化一个周期，合成磁场在空间只旋转180（半圈），其转速为： 由此可以推广到具有对磁极的异步电动机，其旋转磁场的转速为： min)/(60rfnomin)/(2600rfn min)/(600rpfn 模块八模块八 电动机及其电力拖动电动机及其电力拖动 所以旋转磁场的转速（也称为同步转速。）取决于电源频率和电动机的磁极对数。我国的电源频率为50 Hz，因此不同磁极对数所对应的旋转磁场转速如表8-1所示。 1234563000150010007506005

31、00min)/(0rn表表8-1 不同极对数时的旋转磁场转速不同极对数时的旋转磁场转速 p模块八模块八 电动机及其电力拖动电动机及其电力拖动（3）旋转磁场的方向 从图8-25可以看出，当三相电流的相序为L1 L2 L3时，旋转磁场的方向是从绕组首端U1转到V1，然后转到W1，即旋转方向与电流的相序是一致的。如果把三根电源线任意对调两根（如L2 、 L3对调），此时W1W2绕组通入L2相电流，V1V2绕组通入L3相电流。读者自己可以作图证明，旋转磁场改变了原来的方向，即从绕组首端U1转到W1，然后转到V1。模块八模块八 电动机及其电力拖动电动机及其电力拖动2）转子电流）转子电流w 如图8-26所

32、示，设转子不动，磁场以同步转速顺时针方向旋转，转子与磁场之间有相对运动，即相当于磁场不动，转子导体以逆时针方向切割磁场的磁力线，其结果就在导体中产生了感应电动势。感应电动势的方向用右手定则判定。图中转子上面导体中产生的感应电动势的方向是穿出纸面向外，而下面导体中产生的感应电动势是穿入纸面向内。w 由于转子导体的两端由端环连通，形成闭合的转子电路，因而感应电动势将在转子电路中产生电流。如果忽略转子电路感抗，认为转子电流与感应电动势同相，那么图中所标电动势的方向（ 表示流出， 表示穿入），也就是电流的方向。 模块八模块八 电动机及其电力拖动电动机及其电力拖动3）转子转动原理）转子转动原理 转子导体

33、中产生电流以后，这些导体在磁场中将产生电磁力。电磁力的方向可用左手定则判定。右图中，上面导体中电磁力F的方向朝右，下面导体中电磁力F的方向朝左，如图8-26中箭头所示，于是对于转轴就产生一个旋转力矩，称为电磁转矩。电磁转矩将使转子沿着旋转磁场的方向旋转。 图图8-26 异步电动机的工作原理异步电动机的工作原理 模块八模块八 电动机及其电力拖动电动机及其电力拖动w 综上分析可知三相异步电动机的工作原理是：（1）三相对称绕组中通入三相对称电流产生圆形旋转磁场；（2）转子导体切割旋转磁场感应电动势和电流；（3）转子载流导体在磁场中受到电磁力的作用，从而形成电磁转矩，驱使转子转动。w 异步电动机的旋转

34、方向始终与旋转磁场的旋转方向一致，而旋转磁场的方向又取决于异步电动机的三相电流相序。因此三相异步电动机的转向与电流的相序一致。要改变转向，只需改变电流的相序即可，即任意对调电动机定子绕组三根相线中的两根电源线，就可使电动机反转。模块八模块八 电动机及其电力拖动电动机及其电力拖动4）转差率）转差率 通常，我们把同步转速与转子转速的差值与同步转速的比值称为异步电动机的转差率，用表示，即w 转差率是异步电机的一个基本物理量，它反映异步电机的各种运行情况。w 电动机起动瞬间： ， ，转差率最大；空载运行时：转子转速最高，转差率S最小；额定负载运行时，转子转速较空载要低，故转差率较空载时大。w 一般情况

35、下，额定转差率 ，即异步电动机的转速很接近同步转速。00nnns%10000nnns或0n1s06. 001. 0Ns模块八模块八 电动机及其电力拖动电动机及其电力拖动 【任务二】三相异步电动机的应用【任务二】三相异步电动机的应用【知识链接【知识链接1】三相异步电动机的启动、制动和调】三相异步电动机的启动、制动和调速速1三相异步电动机的启动三相异步电动机的启动 电动机从接通电源到正常运行的过程叫做启动过程。起动过程所需时间很短，一般在几秒钟以内。电动机功率越大或负载越重，起动时间越长。生产过程中有些电动机经常需要起动与停车，其起动性能的好坏对生产有较大的影响。 模块八模块八 电动机及其电力拖动

36、电动机及其电力拖动 异步电动机的启动性能主要是指启动转矩和启动电流。如前所述，异步电动机的启动转矩一般为额定转矩的11.2倍，但是启动电流却很大。这是因为刚接通电源瞬间，旋转磁场的磁力线和转子之间的相对切割速度最高，转子感应电势和转子电流都很大。根据电磁感应原理，定子电流也将很大，这时的电流称为启动电流 。异步电动机的起动电流约为额定电流的47倍。由于起动过程较短，起动电流对电机本身危害不大，但大的起动电流将导致供电线路的电压在电动机起动瞬间突然降落，以致影响同一线路上的其他电气设备的正常工作，如灯光的明显闪烁等，因而必须设法限制起动电流。 三相异步电动机有如下几种起动方式：) 1( s)(s

37、I模块八模块八 电动机及其电力拖动电动机及其电力拖动1）全压起动（直接启动）全压起动（直接启动）w 电动机用额定电压起动时称为全压启动或直接启动。w 直接启动的异步电动机，其容量不应超过动力供电变压器容量的30%；频繁启动的异步电动机，其容量不应超过动力供电变压器的20%；在线路压降允许的前提下，10kW以下的异步电动机可以直接起动。2）降压启动）降压启动 为了减小启动电流，电动机的定子绕组起动时采用降压措施时称为降压启动。一旦电动机到达或接近额定转速时，再改变接法使电动机在额定电压下正常运行。要注意的是异步电动机的转矩与外加电压的平方成正比，因此降压启动法仅适用于空载或轻载启动场所。降压启动

38、分定子串接电阻或电抗降压启动、Y-降压启动和自耦变压器降压启动。其中常用的方法是Y-降压启动。图8-27是一种Y-起动器的接线简图。 模块八模块八 电动机及其电力拖动电动机及其电力拖动 Y-降压启动的方法就是：电动机正常工作时定子绕组若是接成形，起动时可先接成Y形，使定子绕组相电压降低为额定电压的1/ ，等转速接近额定值时再换接形。这种换接启动可采用Y-角启动器来实现。3）绕线型电动机的启动）绕线型电动机的启动 绕线型电动机的转子电路如图8-28所示，图中 为外接的三相变阻器。起动时若将 放在阻值较大的位置，转子电流将减小。根据变压器原理，随着转子电流的减小，定子电流也将减小。 3pRpR模块

39、八模块八 电动机及其电力拖动电动机及其电力拖动图图8-27 Y-起动器接线图起动器接线图 图图8-28 绕线型转子接起动变阻器绕线型转子接起动变阻器 模块八模块八 电动机及其电力拖动电动机及其电力拖动2三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动w 三相异步电动机除了运行于电动状态外，还时常运行于制动状态。运行于电动状态时，电磁转矩方向与电动机转子转动方向相同，电动机从电网吸收电能并转换成机械能从轴上输出。运行于制动状态时，电磁转矩方向与转动方向相反，电动机从轴上吸收机械能并转换成电能，该电能或消耗在电机内部，或反馈回电网。w 异步电动机制动的目的是使电力拖动系统快速停车或尽快减速，异步电动机制动

40、的方法有能耗制动、反接制动和回馈制动三种。模块八模块八 电动机及其电力拖动电动机及其电力拖动1）能耗制动）能耗制动 异步电动机的能耗制动接线如图8-29（a）所示。制动时，接触器触点KM1断开，电动机脱离电网，同时触点KM2闭合，在定子绕组通入直流电流，于是定子绕组便产生一个恒定的磁场。转子切割该恒定磁场，转子导体中便产生感应电动势及感应电流。由图8-29（b）可以判定，转子感应电流与恒定磁场相互作用，产生的电磁转矩方向与电动机转子转动方向相反，起到制动作用。制动期间，转子的动能转变为电能消耗在转子回路的电阻上，故称能耗制动。其特点是制动准确、平稳，但需要额外的直流电源。 模块八模块八 电动机

41、及其电力拖动电动机及其电力拖动图图8-29 三相异步电动机的能耗制动接线图三相异步电动机的能耗制动接线图模块八模块八 电动机及其电力拖动电动机及其电力拖动2）反接制动）反接制动w 当异步电动机转子的旋转方向与定子磁场的旋转方向相反时，电动机便处于反接制动状态。因此电动机停车时若将三相电源中的任意两相对调，使电动机产生的旋转磁场改变方向，电磁转矩方向也随之改变，成为制动转矩，电动机就会逐渐停止。w 应当注意的是：当电动机转速接近为零时，要及时断开电源防止电动机反转。反接制动的特点是简单、制动效果好，但由于反接时旋转磁场与转子间的相对运动加快，因而电流较大。对于功率较大的电动机制动时必须在定子电路

42、（鼠笼型）或转子电路（绕线型）中接入电阻，用以限制电流。 模块八模块八 电动机及其电力拖动电动机及其电力拖动3）回馈制动）回馈制动w 若异步电动机在电动状态运行时，由于某种原因，使电动机的转速超过了同步转速（转向不变），这时电动机便处于回馈制动状态。w 当转子转速大于旋转磁场的转速时，有电能从电动机的定子返回给电源，实际上这时电动机已经转入发电机运行，因此这种制动称为发电反馈制动。模块八模块八 电动机及其电力拖动电动机及其电力拖动3三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 所谓调速是指负载不变时人为地改变电动机的转速。有关系式： 可以看出，异步电动机可通过改变电源频率 或极对数p实现转速的改变

43、。在绕线型电动机中也可以用改变转子电路电阻的方法调速。pfsnsn1060)1 ()1 (1f模块八模块八 电动机及其电力拖动电动机及其电力拖动1）变极调速）变极调速 异步电动机的三相绕组，若按特定的安排就可以通过改变定子绕组的接法而改变极对数p，从而达到调速的目的。这种方法称为变极调速，这种电动机称为多速电动机。然而这种调速是步级式的，不能平滑调速，且只适用于笼型电动机。2）变频调速）变频调速 变频就是改变异步电动机供电电源的频率。如图8-30所示为变频调速器的方框图。可控整流器先将50Hz的交流电变换成电压可调的直流电，再由逆变器将直流电变成频率可调的三相交流电，从而实现三相异步电动机的无

44、极调速。 模块八模块八 电动机及其电力拖动电动机及其电力拖动 图图8-30 变频调速方框图变频调速方框图 模块八模块八 电动机及其电力拖动电动机及其电力拖动3）变转差率调速）变转差率调速 异步电动机的变转差率调速，包括绕线转子异步电动机的转子串接电阻调速、串级调速和异步电动机的定子调压调速等。其中转子串接电阻调速方法简单、易于实现，但调速是有级的，不平滑；串级调速具有高效率、无极平滑调速等优点，但是设备复杂；调压调速主要用于风机类负载的场合，或高转差率的电动机上，同时应采用速度负反馈的闭环控制系统。模块八模块八 电动机及其电力拖动电动机及其电力拖动 【知识链接【知识链接2 2】三相异步电动机的

45、额定数据】三相异步电动机的额定数据w 电动机的额定值是制造厂对电动机在运行时所规定的电压、电流、功率、转速等数值。电动机在额定条件下的运行称为额定运行或满载运行。w 异步电动机的主要额定值如下：1额定电压额定电压 额定电压是指定子绕组上应施加的线电压。功率在3kW以下的异步电动机通常有380V和220V两种额定电压，写成380/220V，相应的接法也有两种，即Y/。当电源线电压为380V时，定子绕组应接成Y形；当电源线电压为220V时，定子绕组应接成形。电动机功率在3kW以上时，额定电压一般规定为380V，定子绕组工作时接成形。模块八模块八 电动机及其电力拖动电动机及其电力拖动2额定电流额定电

46、流w 电动机额定运行时定子绕组的线电流称为额定电流。若定子绕组有Y形和形两种接法时，相应的有两种额定电流数值。3额定功率额定功率w 电动机在额定电压下运行，当电流达到额定值时，轴上输出的机械功率即为额定功率。4额定转速额定转速 电动机在额定运行时的转速称为额定转速，单位为转/分（ r/min）。模块八模块八 电动机及其电力拖动电动机及其电力拖动5额定转矩额定转矩 额定转矩是电动机在额定运行时的转矩。若已知额定功率 和额定转速 ，则额定转矩 可用下式求得，式中， 的单位为KW， 的单位为KW， 的单位为Nm。 NPNnNTNNNnPT29550NP2NnNT模块八模块八 电动机及其电力拖动电动机

47、及其电力拖动6额定功率因数额定功率因数 额定功率因数指的是额定运行时定子绕组每相电路的功率因数。异步电动机空载时的电流主要用于产生磁场，所以功率因数很低，约为0.2，满载时功率因数约为0.70.9。7额定效率额定效率 额定效率就是满载时的效率。电动机的效率等于输出机械功率与输入电功率的比值，即： 式中的U为定子绕组的线电压；I 为线电流； 为功率因数。电动机空载时效率甚低，满载时或接近满载时效率最高，一般为75%92%。 cos3%100输出机械功率212UIPPP输入电功率cos模块八模块八 电动机及其电力拖动电动机及其电力拖动w 除了上述的额定值外，还有额定频率、温升等参数。各额定值之间的

48、关系是：当电动机在额定压下输出额定功率时，电动机的转速、电流、效率、功率、功率因数等同时达到额定值。如为连续工作制的电动机，连续运转的最后温度不超过额定温升。w 表8-2为从产品目录中查得的一台异步电动机的额定数据。型号额定功率kW额定电压V满载时起动电流/额定电流起动转矩/额定转矩最大转矩/额转矩电流（A）转速r/min功率（%）功率因数Y180M-418.538035.91470910.867.02.02.2表表8-2 异步电动机额定参数异步电动机额定参数模块八模块八 电动机及其电力拖动电动机及其电力拖动实训实训1 1 三相交流异步电动机三相交流异步电动机Y-Y-降压起动电路降压起动电路一实训目的一实训目的1通过实训掌握三相异步电动机的工作原理。2熟悉三相异步电动机的Y-降压起动工作原理和接线方法。二实训器材二实训器材1电工常用工具1套。2实训控制台1个。 3三相交流异步电动机1台（JW5014/40W）。4实训模块1块，实训模块包含的器材如表8-3所示。模块八模块八 电动机及其电力拖动电动机及其电力拖动表表8-38-3技能训练所需器材技能训练所需器材 代 号名 称型 号 规 格数 量QS三相漏电开关DZ47LE-321个FU13P熔断器RT18-321个FU2熔断器RL1-152个SB1、SB2按钮LA19-11