电机及其控制技术-交流电动机2

1、课题课题2交流交流电动机电动机 三相交流异步电动机的应用三相交流异步电动机的应用碾米机碾米机一、认识三相异步电动机一、认识三相异步电动机二、三相异步电动机的运行二、三相异步电动机的运行三、三相异步电动机的启动、调速、制动三、三相异步电动机的启动、调速、制动三相异步交流三相异步交流电动机的电动机的任务任务知识目标：知识目标：1、了解交流电机的结构，熟悉交流电机的工作原理、了解交流电机的结构，熟悉交流电机的工作原理2、掌握交流电机的启动、调速与制动、掌握交流电机的启动、调速与制动能力目标：能力目标：1、*能分析交流电动机的机械特性能分析交流电动机的机械特性2、能根据交流电动机的类型和使用场合，分析

2、交流电动机、能根据交流电动机的类型和使用场合，分析交流电动机的启动、调速和制动的启动、调速和制动会额定值的简单计算会额定值的简单计算能力目标：能力目标：知识目标：知识目标：1、了解三相异步电机的外型和内部结构，熟悉各部件的作用、了解三相异步电机的外型和内部结构，熟悉各部件的作用2、熟悉三相异步电机的工作原理、熟悉三相异步电机的工作原理 3、了解三相异步电动机铭牌型号和额定值的含义、了解三相异步电动机铭牌型号和额定值的含义任务一任务一 认识三相异步电动机认识三相异步电动机 单相电动机单相电动机一般为一般为1kW以下的小容量电机，在日常生活中以下的小容量电机，在日常生活中应用较多。应用较多。三相异

3、步电动机三相异步电动机因为具有构造简单、价格低廉、工因为具有构造简单、价格低廉、工作可靠、易于控制及使用维护方便等突出优点，在工农业生产作可靠、易于控制及使用维护方便等突出优点，在工农业生产中应用很广。中应用很广。 由于生产过程的机械化，电动机作为拖动生产机械的原动由于生产过程的机械化，电动机作为拖动生产机械的原动机，在现代生产中有着广泛的应用。机，在现代生产中有着广泛的应用。电机电机 : 机械能机械能 电能的旋转机械电能的旋转机械 。发电机发电机: 机械能机械能 电能电能电动机电动机: 电能电能 机械能机械能交流电动机交流电动机直流电动机直流电动机异步电动机异步电动机同步电动机同步电动机单相

4、单相三相三相鼠笼式鼠笼式三相异步电动机三相异步电动机定子定子转子转子定子铁心定子铁心机座机座定子绕组定子绕组转子铁心转子铁心转轴转轴转子绕组转子绕组转子铁转子铁心心笼形转子绕组笼形转子绕组定子是固定部分，转子是转动部分。为了使转子能够在定子是固定部分，转子是转动部分。为了使转子能够在定子中自由转动，定子、转子之间定子中自由转动，定子、转子之间0.22mm的空气隙。的空气隙。三相定子绕组三相定子绕组转子如转子如何转何转？风风罩罩端端盖盖定定子子风风叶叶转转子子铸铝笼形转子铸铝笼形转子三相异步电动机的机座三相异步电动机的机座 三相定子绕组三相定子绕组 三相异步电动机的定子铁心三相异步电动机的定子铁

5、心 三相定子绕组的接法三相定子绕组的接法123456ABCD654321DCBAT itleN um berR evisionSizeBD ate:13-Jul-2003Sheet of File:F:f电 路 图 电 工 学D raw n B y:U 1W 1U 2V 1V 2W 1W 2U 1U 2V 1V 2W 2U 1V 1W 1W 2U 2V 2U 1V 1W 1W 2U 2V 2 三相异步电动机的定子绕组有两种接法：三相异步电动机的定子绕组有两种接法：Y形和形和形形 。 三相定子绕组由机壳外面的接线盒引出，左下图为三相定子绕组由机壳外面的接线盒引出，左下图为Y接连线图；右下图为接连

6、线图；右下图为接连线图。接连线图。例例1：电源电源线电压为线电压为380V,现有现有2台电动机台电动机,其铭牌数据如下其铭牌数据如下,试选试选择定子绕组的连接方式。择定子绕组的连接方式。（1）型号）型号Y90S-4，功率，功率1.1KW，电压，电压220/380V，接法，接法/Y/Y，电流，电流4.67/2.7A4.67/2.7A，转速，转速1400r/min1400r/min，功率因数，功率因数0.790.79。（2 2）型号型号Y112M-4，功率，功率4.0KW，电压，电压380/660V，接法，接法/Y，电流，电流8.8/5.1A，转速，转速1400r/min，功率因数，功率因数0.8

7、2。鼠笼型电动机的鼠笼型电动机的各部分结构和作各部分结构和作用如何？用如何？鼠笼型异步机鼠笼型异步机各部分的结构各部分的结构和作用是什么？和作用是什么？定子铁心是由定子铁心是由0.5mm厚的厚的，在其内，在其内圆冲有分布的槽。圆冲有分布的槽。定子铁定子铁心心的的：一是槽：一是槽内可用来内可用来；二是定子铁二是定子铁心心。定子绕组是由铜导线绕制而成。定子绕组是由铜导线绕制而成。构成构成。机座是电动机的机座是电动机的，一般用铸，一般用铸铁或铸钢制成。铁或铸钢制成。转子铁转子铁心心铸铝笼形转子铸铝笼形转子笼形转子绕组笼形转子绕组转子铁转子铁心心是也是由是也是由0.5mm厚的厚的，在其外，在其外圆冲有

8、分布的槽。圆冲有分布的槽。转子铁转子铁心心可嵌放转可嵌放转子绕组，构成电机子绕组，构成电机磁路的另一部分。磁路的另一部分。转子绕组大部分是浇铸铝笼型，大功率也有转子绕组大部分是浇铸铝笼型，大功率也有铜条制成的笼型转子导体，构成电机电路的铜条制成的笼型转子导体，构成电机电路的一部分。由转轴输出机械能。一部分。由转轴输出机械能。U1iViUiwV2W2W1V1U2i0TiutiViW三相定子三相定子绕组中通绕组中通过的电流过的电流120sin120sinsintIitIitIimwmvmuW2t1t2t3t4W1V1W2U1U2V2SNV1V2U1W2W1U2SNW1U2W2V1U1V2SN4点同

9、时出现点同时出现W1U1V1U2V2三相电动机旋转磁场的产生三相电动机旋转磁场的产生 SNU1W2U2V2W1V1MWMVUIiIiit866. 0866. 000i0TiutiViW SNV1U2V2W2U1W1MWVMUIiiIit866. 00866. 0120i0TiutiViW SNW1V2W2U2V1U10866. 0866. 0240WMVMUiIiIiti0TiutiViW SNU1W2U2V2W1V1MWMVUIiIiit866. 0866. 00360i0TiutiViW可以看出，在通入按正弦规律可以看出，在通入按正弦规律变化的三相交流电流时，就会变化的三相交流电流时，就会

10、在定子铁心中产生一个旋转磁在定子铁心中产生一个旋转磁场。场。i0TiutiViWSNSNSNSNSNSN在定子旋转磁场的带动下，处于旋转磁场中的在定子旋转磁场的带动下，处于旋转磁场中的转子，会按照定子旋转磁场的方向转动起来。转子，会按照定子旋转磁场的方向转动起来。旋转磁场的形成旋转磁场的形成(1)旋转磁场转速旋转磁场转速若电流若电流f=50Hz（每秒种旋转（每秒种旋转50圈），则每分钟圈），则每分钟U1U2SNV2w1w2v1旋转磁场转速旋转磁场转速min/300050601rn磁极对数磁极对数p=1U1iViUiwV2W2W1V1U2旋转磁场的旋转磁场的是多少？是多少？iViUiWU1U1U

11、2w1U2V1w1V2w2w2V1V21U2U2U1UNSSN2W1W2W1W1V2V1V2Vminr/1500250601n旋转磁场转速旋转磁场转速pfn601P115(2)磁场方向磁场方向旋转：旋转：rotate与电流（顺时针）相序一致与电流（顺时针）相序一致(同步转速同步转速) 国产的异步电动机，定子绕组的电流频率为国产的异步电动机，定子绕组的电流频率为50Hz，所以不同极对数的异步电动机所，所以不同极对数的异步电动机所对应的旋转对应的旋转磁场的转速也就不同。磁场的转速也就不同。 p1234n1/r(min)-1 300015001000750转子转子(电动机电动机)的转速的转速 能能等

12、于旋转等于旋转磁场转速磁场转速吗？吗？转子与旋转磁场间没有相对运动转子与旋转磁场间没有相对运动如果如果1nn转子不切割磁场不能生成感应电流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产生电磁力转子不是载流导体则不能产生电磁力三相对称定子绕组三相对称定子绕组对称三相交流电对称三相交流电旋转磁场旋转磁场静止的转子导体静止的转子导体切割切割感应感应电动势电动势感应感应电流电流电磁力电磁力转子转动转子转动 %10011nnns1.5%-6% P113转子转速转子转速又叫又叫异步转速异步转速1)1 (nsnS=?U1iViUiwV2W2W1V1U2同步转速：同步转速：转差率：转差率：minr/1

13、000350606011pfn%4%10010009601000%10011nnns 三相异步电动机三相异步电动机 磁极对数磁极对数p=3，电源，电源f1=50Hz，电机额，电机额定转速定转速n=960r/min。求：转差率。求：转差率s .例例2：有一台三相异步电动机，其额定转速有一台三相异步电动机，其额定转速 n1450 r/min，空载转差率为空载转差率为0.26。求该电动机的磁极对数、同步转。求该电动机的磁极对数、同步转速、空载转速速、空载转速n0及额定负载时的转差率。及额定负载时的转差率。解：要求转差率，首先应知道同步转速解：要求转差率，首先应知道同步转速n1。最接。最接近于近于n1

14、450 rmin的同步转速是的同步转速是 nl=1500 rmin，磁极对数磁极对数 p=2。空载时的转速空载时的转速额定转差率为额定转差率为例例3：任选一题任选一题若答案正确：若答案正确：选选T T若答案错误：若答案错误：选选F F习题习题(判断判断)n1 1 异步电机的转子电流是外异步电机的转子电流是外部输入的，才能与磁场的共部输入的，才能与磁场的共同作用，产生电磁转矩同作用，产生电磁转矩。TFTFTFTFTF1、根据铭牌参数确定电动机负载拖动能力、根据铭牌参数确定电动机负载拖动能力 2、*能分析交流电动机的机械特性能分析交流电动机的机械特性 能力目标：能力目标：知识目标：知识目标：1、了

15、解交流电机运行时的电磁关系、了解交流电机运行时的电磁关系2、掌握交流电机的机械特性、掌握交流电机的机械特性3、了解交流电机的铭牌参数、了解交流电机的铭牌参数任务二任务二 三相异步电动机的运行三相异步电动机的运行1、空载时的电磁关系、空载时的电磁关系三相对称定子绕组三相对称定子绕组对称三相交流电对称三相交流电旋转磁场旋转磁场n1静止的转子导体静止的转子导体切割切割感应感应电动势电动势感应感应电流电流电磁电磁力力转子转子转动转动1nn变压器的一次侧和二次侧的电流频率是否相等变压器的一次侧和二次侧的电流频率是否相等?21ff 一次、二次绕一次、二次绕组是静止的组是静止的pfn1160?2f6060)

16、(60)(11111112pnnnnnnnnpnnpf1sfP125（1 1）P71mfN2244. 42E22sEEsP126（3 3）转子绕组的感抗转子绕组的感抗（2 2）转子绕组的感应电动势转子绕组的感应电动势2121222222LfsLsfLfXs2222122XLfLf2sX一台三相异步电动机接到一台三相异步电动机接到50Hz的交流电源上，其额定转速的交流电源上，其额定转速nN=1455rmin，试求：，试求：(1) 该电动机的极对数该电动机的极对数p； (2) 额定转差额定转差率率sN；(3) 额定转速运行时，转子电动势的频率。额定转速运行时，转子电动势的频率。 215005060

17、601nfp例例4：解解： (1) n1=1500rmin，则(2) %3%100150014551500%10011NnnnsN(3) Hz5 . 15003. 01N2fsf22cosICTmT（牛顿（牛顿 米）米）P134力矩力矩=力力* *力臂力臂2222221)(SsXRsRUCTTTm0ssm1 Sm称为临界转差率，对称为临界转差率，对应电动机的最大转矩应电动机的最大转矩Tm。三相异步机转子中各导体在旋转磁场作用下，受到电磁力三相异步机转子中各导体在旋转磁场作用下，受到电磁力的作用，对转轴形成转矩，称为的作用，对转轴形成转矩，称为：nT0/s10 电动机若要迅速启动起来，启动转矩电

18、动机若要迅速启动起来，启动转矩Tst 转转轴上的负载转矩轴上的负载转矩TL。TmTstTNDnT0nNn1ABC最大转矩最大转矩启动转矩启动转矩额定转矩额定转矩电动机的转速随输出转矩电动机的转速随输出转矩的变化而变化的关系曲线的变化而变化的关系曲线称为称为D点点是电动机的是电动机的。对对应的转矩是应的转矩是；对应的转对应的转速是速是AB段段是是。电动机随着负载的增加电动机随着负载的增加而转速略有下降；而转速略有下降；BC段段始终处于不稳始终处于不稳定的过渡状态。定的过渡状态。TTm0ssm1/s10启动转矩？启动转矩？最大转矩？最大转矩？额定转矩？额定转矩？电动机在额定电压下电动机在额定电压下

19、，驱动额定负载，驱动额定负载,输出额定输出额定功率时的电磁功率时的电磁转矩。转矩。KWPnPPTNNNN的功率是95502P136异步电动机刚接通电源但尚未转动时的转矩，异步电动机刚接通电源但尚未转动时的转矩，转速转速n=0 s=1NstTT2212XUCTm电动机输出的最大转矩。电动机输出的最大转矩。若负载转矩若负载转矩最大转矩最大转矩电动机停转电动机停转(闷车闷车) 造成电动机电流过大造成电动机电流过大绕组烧毁绕组烧毁21UTm22212XURCTst保证电动机在电源电压波动时能正常工作，保证电动机在电源电压波动时能正常工作，Tm比比TN大得多，以保证电动机不会因短时过载而停转。大得多，以

20、保证电动机不会因短时过载而停转。过载系数过载系数NmmTT1.8-2.2NststTT1.3-2启动转矩倍数启动转矩倍数例例5：例例6：有一台异步电动机，其有一台异步电动机，其Tst/TN=1.7，额定功率，额定功率30KW，额定电压额定电压380V，形联结，启动时电源电压为额定电形联结，启动时电源电压为额定电压的压的65%65%，试问当负载转矩为额定转矩的，试问当负载转矩为额定转矩的80%80%和和50%50%时，时，此电动机能否启动？此电动机能否启动？解：解： Tst=1.7TN TN=0.652TN Tst=0.652 1.7TN=0.7 TN Tst=0.7 TN0.5TN能启动能启动

21、 三相异步电动机三相异步电动机型号 Y132M-4 功率 7.5KW 频率 50Hz电压 380V 电流 15.4A 接法 转速 1440r/min 绝缘等级 B 工作方式 连续标准编号 工作制 S1 B级绝缘 年 月 编号 电机厂Y表示三相异步机，表示三相异步机，132（mm）表示机）表示机座中心高度；座中心高度；M代表中机座（代表中机座（L长机座、长机座、S短机座）；短机座）；4代表磁极数。代表磁极数。(额定额定)功率指的是电动机输出的功率。功率指的是电动机输出的功率。(额定额定)电压、电流均指电动机额定运行电压、电流均指电动机额定运行情况下的定子线电压、线电流的数值。情况下的定子线电压、

22、线电流的数值。(额定额定)转速指的是电动机转子的转速转速指的是电动机转子的转速n 。123456ABCD654321DCBAT itleN um berR evisionSizeBD ate:13-Jul-2003Sheet of File:F:f电 路 图 电 工 学D raw n B y:U 1W 1U 2V 1V 2W 1W 2U 1U 2V 1V 2W 2U 1V 1W 1W 2U 2V 2U 1V 1W 1W 2U 2V 2P109电动机定子绕组所用绝缘材料允许的最电动机定子绕组所用绝缘材料允许的最高温度等级高温度等级(ABCEFH) 。（1）连续）连续(S1)：按额定功率长期连续使

23、用：按额定功率长期连续使用（2）短时）短时(S2)：在规定时间内按额定功率：在规定时间内按额定功率运行运行（3）断续）断续(S3)：以间歇方式运行：以间歇方式运行三三 相相 异异 步步 电电 动动 机机型号型号Y180M4功率功率18.5kW电压电压380V电流电流35.9A频率频率50Hz转速转速1470r/min接法接法工作方式工作方式连续连续外壳防护等外壳防护等级级IP44IP44产品编号产品编号重量重量180kg绝缘等级绝缘等级B B级级电机厂电机厂年年月月练习练习：IP:表征字表征字第第1位数字位数字:外壳对人和壳内部件的防护等级。外壳对人和壳内部件的防护等级。第第2位数字位数字:由

24、于外壳进水而引起有害影响的防护等级。由于外壳进水而引起有害影响的防护等级。例例7：由上表，试求由上表，试求Y-225M-6Y-225M-6型异步电动机的额定转差率、额定转矩、型异步电动机的额定转差率、额定转矩、启动转矩、最大转矩、启动电流和输入功率。启动转矩、最大转矩、启动电流和输入功率。解：磁极对数解：磁极对数 p=3，min/1000350606011rpfn同步转速%2%10010009801000%10011nnnSNmNnPTNNN3 .2929803095509550额定转矩mNTTNst6 .5840 . 2启动转矩mNTTNm8 .6131 . 2最大转矩AIINst1 .41

25、53 .5977启动电流KWIUPNNI8 .3284. 03 .593803cos3输入功率KWPPNNI8 .32915. 030输入功率例例8：型号型号 Y180L-6 50HZ 15KW 220/380V /Y 31.4A /Y 31.4A 970r/min970r/min又知又知其满载功率因数为其满载功率因数为0.81，该实验室的电源线电压为，该实验室的电源线电压为380V，问（问（1）电动机的定子绕组应采取何种接法？（）电动机的定子绕组应采取何种接法？（2）电动机满载）电动机满载运行时的输入功率、效率和运行时的输入功率、效率和转差率；转差率；（3）额定转矩；（）额定转矩；（4）若）

26、若电源电压为电源电压为220V，此电动机能否满载运行？，此电动机能否满载运行？ 解解（1）Y型型KWIUPNNI74.1681. 04 .313803cos3)2(mNnPTNNN68.1479701595509550)3(%6 .89%10074.1615INPP3pmin/100035060601rpfn%3%10010009701000%10011nnns实验室有台三相异步电动机实验室有台三相异步电动机 ，其铭牌数据如下：，其铭牌数据如下：KWKWPYN156 . 581. 034 .312203:)4(所以不能所以不能： 可以可以1、一台三相异步电动机型号为、一台三相异步电动机型号为Y

27、112M-2，电源频率为，电源频率为50HZ，转子额定转速为，转子额定转速为2890r/min，求额定转差率。，求额定转差率。2、一台、一台Y280M-4型三相异步电动机型三相异步电动机 ，其额定数据如下，其额定数据如下表所示，试求表所示，试求（1）额定电流额定电流IN； （2）额定转差率额定转差率SN；（3）额定转矩、最大转矩、启动转矩；（）额定转矩、最大转矩、启动转矩；（4）如果电）如果电源电压降为额定电压的源电压降为额定电压的80%，这台电动机的启动转矩，这台电动机的启动转矩和最大转矩各变为多少？和最大转矩各变为多少？ 功率转速电压效率功率因数Ist/INTst/TNTm/TN90KW1

28、480r/min380V93.3% 0.887.01.92.2课外作业：课外作业：教材教材P123P1237 7、8 8、9 9 课外作业：课外作业： 能力目标：能力目标：知识目标：知识目标：1 1、掌握三相异步电动机的启动掌握三相异步电动机的启动(start-up)方法与过程方法与过程 2 2、掌握三相异步电动机的制动掌握三相异步电动机的制动(apply the brake)方法方法与过程与过程 3 3、掌握三相异步电动机的调速掌握三相异步电动机的调速 (timing)方法方法能根据交流电动机的类型和使用场合，分析交流电动机的启动、能根据交流电动机的类型和使用场合，分析交流电动机的启动、制动

29、和调速制动和调速任务三任务三 三相异步电动机的启动、制动、调速三相异步电动机的启动、制动、调速任务：任务：分析：分析：1、类型的电机在类型的电机在场合启动，应该采用什么启动方法？场合启动，应该采用什么启动方法？2、类型的电机在类型的电机在场合制动，应该采用什么制动方法？场合制动，应该采用什么制动方法？3、类型的电机在类型的电机在场合调速，应该采用什么调速方法？场合调速，应该采用什么调速方法？ 从异步电动机接入电源，转子开始转动到稳定运转的过程，从异步电动机接入电源，转子开始转动到稳定运转的过程，称为启动。启动瞬间称为启动。启动瞬间,n=0 NstII)75( %10011nnns1 S转速为最

30、大旋转磁场与转子的相对最大e最大IP1441全压启动全压启动 全压启动是利用闸刀开关或接触器全压启动是利用闸刀开关或接触器的启动方式，又叫的启动方式，又叫。：设备简单，操作方便，启动时间短。：设备简单，操作方便，启动时间短。：启动电流较大，将使线路电压下降，影响负载正常工作。：启动电流较大，将使线路电压下降，影响负载正常工作。大容量的电大容量的电动机能直接动机能直接启动吗？启动吗？外接启动电阻上有较大的功率损耗，经外接启动电阻上有较大的功率损耗，经济性较差。济性较差。运行时，首尾相接构成闭环运行时，首尾相接构成闭环Y启动时，绕组尾端连成一点启动时，绕组尾端连成一点正常运行时定子绕组为三角形连接

31、。正常运行时定子绕组为三角形连接。 启动电流为全压启动时的启动电流为全压启动时的13。QS1L3V2L2L1QS2FUV1U1U2W1W2V1U1W1W2U2V2启动时定子绕组连成星形，通电后电动机运转，启动时定子绕组连成星形，通电后电动机运转，当转速升高到接近额定转速时再换接成三角形。当转速升高到接近额定转速时再换接成三角形。ABCXYZ启启动动UPAZBYXC正常正常运行运行UPStstYTT31不适合高启动转矩场合，适合空载或轻载启动不适合高启动转矩场合，适合空载或轻载启动T转矩 三相异步电动机，电源电压三相异步电动机，电源电压 =380V，三相定子，三相定子绕组绕组 接法运行，额定电流

32、接法运行，额定电流IN=20A，启动电流，启动电流Ist/IN=7，求：求： （1） 接法时的启动电流接法时的启动电流Ist （2）若启动时改为）若启动时改为Y接法，求接法，求 Ist Y（1）Ist =7 IN =7 20=140A（2）解：解：例例9：ststaIKI211、不论电动机定子绕组采用、不论电动机定子绕组采用Y或或 都可使用；都可使用；2、启动电压可根据需要选择，使用灵活，适用于不同的负载。启动电压可根据需要选择，使用灵活，适用于不同的负载。设备体积大、笨重，成本高。设备体积大、笨重，成本高。正常运行时定子绕组正常运行时定子绕组是是Y型的电机该采用型的电机该采用什么启动方法？什

33、么启动方法？分析：分析：1、额定功率为、额定功率为30KW的三相交流异步电动机，重载启的三相交流异步电动机，重载启动应采用什么启动方法？动应采用什么启动方法？自耦变压器降压启动自耦变压器降压启动2、额定功率为、额定功率为80KW的三相交流异步电动机，轻载启的三相交流异步电动机，轻载启动应采用什么启动方法？动应采用什么启动方法？ Y- 降压启动降压启动 电动机断电后由于机械惯性总要经过一段时间才能停电动机断电后由于机械惯性总要经过一段时间才能停下来。为了提高生产效率及安全，下来。为了提高生产效率及安全，就是所谓的就是所谓的n0=0RM3NSnF当电动机三相定子绕组与交流电源断开后，把当电动机三相定子绕组与交流电源断开后，把直直流电流电通入两相绕组，产生固定不动的磁场通入两相绕组，产生固定不动的磁场n0。电动机由于惯性仍在运转。电动机由于惯性仍在运转。储存在转子中的动能变为储存在转子中的动能变为转子绕组电阻的功率损耗转子绕组电阻的功率损耗P149时间控制原则的单向运行时间控制原则的单向运行能耗制动能耗制动控制控制分析要点：分析要点：1）运行控制）运行控制2）制动控制）制动控制 缺点：缺点：时间的长度时间的长度如何控制如何控制功能：功能：延时接通或断开控制电路延时接通或断