电工电子技术课件 叶淬 第三版第六章(2)

1、一、一、 转矩平衡转矩平衡 第三节第三节 三相异步电动机的电磁转矩机械特性三相异步电动机的电磁转矩机械特性 负载产生的转矩负载产生的转矩为阻转矩为阻转矩-TL 电磁力产生的转电磁力产生的转矩为主转矩矩为主转矩-TTTL nTTN ，电动机的自适应负载能力电动机的自适应负载能力 电动机的电磁转矩可以随负载的变化而自动调整，电动机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。这种能力称为自适应负载能力。n =(1 S)n1此过程中此过程中 时时,电源提供的功率自动增大。电源提供的功率自动增大。2 I1 I 自适应负载能力是自适应负载能力是电动机区别于其它动力机械的重要电动机区别

2、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。）油门，才能带动新的负载。） 如果如果 电机将会电机将会因带不动负载而停转。因带不动负载而停转。maxTTL最大转矩最大转矩 ： 2、 maxT电机带动最大负载的能力。电机带动最大负载的能力。T求解求解0ST21220222)(UsXRsRKT2021max21XKUTSm= R2X20最大转矩对应的转差率称临界转差率最大转矩对应的转差率称临界转差率Smn0nmaxTTs10TmSmST0Tm Sm1R2当当X20不变时不变时,临界转差临界转差率率Sm随随

3、R2增大而增加。增大而增加。 Sm=R2 /X20SmSmR2R2 R2 U1 U1 TmU1 TmU1 过载系数：过载系数：NTTmax三相异步机三相异步机2 .28 .1 工作时，一定令负载转矩工作时，一定令负载转矩 ，否则，否则电机将停转。致使电机将停转。致使注意：注意： （1）三相异步机的）三相异步机的 和电压的平方成正比，所和电压的平方成正比，所以对电压的波动很敏感，使用时要注意电压的变化。以对电压的波动很敏感，使用时要注意电压的变化。maxTmaxTTL （2）电机严重过热电机严重过热0n121)(s II2021max21XKUT21220222)(UsXRsRKT0n1)(s

4、其中其中则则21220222)(UXRRKTstST01TstTmSmU1 TstR2 TstR2 R2U1 U1stT起动转矩起动转矩 ：3 、电机起动时的转矩。电机起动时的转矩。n0n1TabcTstTmnNTNd当当TstTN 时时, 电机起动电机起动在在cb段段 nSTba段段 在在ba段段 nSTT=TLTL =TN (在在d点点)一般一般 st 1.0 2.2特殊特殊 st 2.2 2.8stT体现了电动机带载起动的能力。体现了电动机带载起动的能力。负载转矩负载转矩 TLTst ,不能起动不能起动, 可可空载空载或或轻载轻载起动起动负载转矩负载转矩 TLTst ，可可带负载带负载起

5、动起动1U21220222)(UsXRsRKT 机械特性和电路参数的关系机械特性和电路参数的关系21UT 和电压的关系和电压的关系0Tn0) 0(nnsSTTTUmax1结论：结论： 和转子电阻的关系和转子电阻的关系22RR 2 RR2的的 改变改变 ： 鼠笼式电机转子导条的金属材料不同，线绕式电鼠笼式电机转子导条的金属材料不同，线绕式电机外接电阻不同。机外接电阻不同。 21220222)(UsXRsRKT0ST令：令：得：得：202XRSm0Tn2RmsmsstTstT 结论：结论：ststTTmmSS机械特性的软硬机械特性的软硬 硬特性：负载变化时，转速变化不大，运行特性好。硬特性：负载变

6、化时，转速变化不大，运行特性好。软特性：负载增加转速下降较快，但起动转矩大，起软特性：负载增加转速下降较快，但起动转矩大，起 动特性好。动特性好。 硬特性硬特性 （R2小）小）软特性软特性（R2大）大）0Tn 不同场合应选用不同的电机。如金属切削，选硬特性不同场合应选用不同的电机。如金属切削，选硬特性电机；重载起动则选软特性电机。电机；重载起动则选软特性电机。第四节第四节 三相异步机铭牌与技术数据三相异步机铭牌与技术数据一一. 型号型号 Y 132M4 磁极数磁极数(极对数极对数 p=2)同步转速同步转速1500转转/分分分）转/( 600pfn 转差率转差率0.04 150014401500

7、s二二. 转速转速: 电机轴上的转速（电机轴上的转速（n)。 如：如： n =1440 转转/分分三三. 联接方式联接方式 ： Y/ 接法接法 Y 接法：接法： 接法：接法：接线盒：接线盒：U1 V1 W1W2 U2 V2U1 V1 W1UVWW2 U2 V2UVWU1 V1 W1W2 U2 V2四四. 额定电压：额定电压：定子绕组在定子绕组在指定接法指定接法下应加的下应加的线电压线电压. 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定值的 5 。例：例：380/220 Y/ 是指：线电压为是指：线电压为380V时采用时采用Y接法；接法；

8、当线电压为当线电压为220V时采用时采用 接法。接法。线线电电压压L1L2L3线线电电压压L1L2L311IUNfU11144.4电压波动对电动机的影响电压波动对电动机的影响1U1I11IUsnnns02E202sEE 2I1I1Un小1U大1UTnI五五. 额定电流：额定电流：定子绕组在定子绕组在指定接法指定接法下的下的线电流。线电流。如：如：A48. 6/A2 .11/ 表示三角接法下，电机的线电流为表示三角接法下，电机的线电流为11.2A，相电，相电流为流为6.48A；星形接法时线、相电流均为；星形接法时线、相电流均为6.48A。六六. 额定功率：额定功率： 额定功率指电机在额定运行时轴

9、上输出的额定功率指电机在额定运行时轴上输出的功率功率（ ），不等于从电源吸收的功率（），不等于从电源吸收的功率（ ）。两者的）。两者的 关系为：关系为： 2P1P12PPcos31NNIUP 其中其中鼠笼电机鼠笼电机 =7293 额定负载时一般为额定负载时一般为0.7 0.9 ， 空载时功率因数很空载时功率因数很低约为低约为0.2 0.3。额定负载时，功率因数最大。额定负载时，功率因数最大。注意：实用中应选择合适容量的电机，注意：实用中应选择合适容量的电机，防止防止“大马大马” 拉拉“小车小车”的现象。的现象。七七. 功率因数功率因数(cos 1)：P2PN此外还有此外还有绝缘等级绝缘等级等参

10、数，不一等参数，不一 一介绍。一介绍。cos 1第五节第五节 三相异步机的起动和调速三相异步机的起动和调速stI 中小型鼠笼式电机起动电流为额定电流的中小型鼠笼式电机起动电流为额定电流的5 7 倍。倍。0n定子电流定子电流 原因：起动时原因：起动时 ，转子导条切割磁力线速度很大。，转子导条切割磁力线速度很大。转子感应电势转子感应电势转子电流转子电流大电流使电网电压降低大电流使电网电压降低 影响其他负载工作影响其他负载工作频繁起动时造成热量积累频繁起动时造成热量积累 电机过热电机过热影响：影响：一、起动电流一、起动电流二、三相异步机的起动方法二、三相异步机的起动方法1、 直接起动直接起动 二三十

11、千瓦以下的异步电动机一般二三十千瓦以下的异步电动机一般 采用直接起动。采用直接起动。直接起动是在起动时把电动机的定子绕组直接接入电网。直接起动是在起动时把电动机的定子绕组直接接入电网。特点：特点： 起动转矩小；起动电流大，比额定值大起动转矩小；起动电流大，比额定值大47倍；影响同一电倍；影响同一电网上其它负载的正常工作。网上其它负载的正常工作。优点：优点：简单、方便、经济、起动过程快，适用于中小型笼型异步电动机简单、方便、经济、起动过程快，适用于中小型笼型异步电动机 起动时降低电动机的电源电压，待电动机转速接近稳定转速时，起动时降低电动机的电源电压，待电动机转速接近稳定转速时，再把电压恢复正常

12、。再把电压恢复正常。2、 降压起动降压起动*虽然刚起动时转子电流较大，但转子的虽然刚起动时转子电流较大，但转子的 功率因数很低功率因数很低, 因此起动转矩因此起动转矩TST不大。不大。（a）Y 起动：起动： 正常正常运行运行lUlI 起动起动lUlYI设：起动瞬间电机每相阻抗为设：起动瞬间电机每相阻抗为zZUIllY33ZUIll31llYII正常正常运行运行UP起起动动UPStstYTT31PPUU31（2）Y 起动应注意的问题：起动应注意的问题：（1）仅适用于正常接法为三角形接法的电机。）仅适用于正常接法为三角形接法的电机。 所以降压起动适合于空载或轻载起动的场合所以降压起动适合于空载或轻

13、载起动的场合)(2UTSTY 起动起动也时ststTI,。U1U2V1V2W1W2Q1Q2M3 Ist =(0.55)2 Ist自耦变压器抽头有自耦变压器抽头有 0.55, 0.64, 0.73 等等Ist= (0.55) Ist IstIstIst变压器变比倒数变压器变比倒数则变压器副方电流则变压器副方电流而变压器原方电流而变压器原方电流电动机起动转矩电动机起动转矩Tst =(0.55)2 Tst电动机起动电动机起动电流电流Ist和起动转矩和起动转矩Tst均为直接起动的均为直接起动的1/K2。55. 0112NNKU1U2V1V2W1W2Q1M3 Ist =(0.55)2 IstIstIst

14、Ist变压器变比倒数变压器变比倒数为为 = 0.551K则变压器原方电流则变压器原方电流电动机起动转矩电动机起动转矩Tst =(0.55)2 Tst电动机起动电动机起动电流电流Ist和起动转矩和起动转矩Tst均为直接起动的均为直接起动的1/K2。ststII 55. 0变压器副方电流变压器副方电流stI直接起动电流直接起动电流stIststII55. 03、绕线式异步电动机的起动、绕线式异步电动机的起动定子定子RRR线绕式转子线绕式转子起动时将适当的起动时将适当的R串入转子绕组中，起动后将串入转子绕组中，起动后将R短路。短路。1222202202)(IIRXREIst串电阻适于转子为线绕式的电

15、动机起动。串电阻适于转子为线绕式的电动机起动。 R2选的选的适当适当，转子串电阻既可以降低起动电流，转子串电阻既可以降低起动电流， 又可以增加起动力矩。又可以增加起动力矩。0Tn2R2R22RR ststTRXRURKT2220222121. 改变极对数改变极对数 p 调速调速p= (1S) 60 f1n = (1S) n1调速方法调速方法2. 改变转差率改变转差率 S 调速调速p =2: 1,2,3接电源；接电源；4,5,6 悬空悬空p =1: 4,5,6接电源；接电源；1,2,3 短接短接：n1=15003000 r/m 123654绕线式电动机在转子绕组绕线式电动机在转子绕组中串入电阻中

16、串入电阻R2 , 可改变转可改变转差率差率 S 和转速和转速 n。TNST01TstTmSmR2R2Sm R2 f1 f1由由 U1=4.44 f1N1K1 为保证为保证 不变，在调整不变，在调整电源频率电源频率 f1 时时, 应同时应同时调整电源电压调整电源电压U1。pfsnsn106011方法：方法：和电源相接的任意两相互换，就可实现反转。和电源相接的任意两相互换，就可实现反转。 四、三相异步电动机的正、反转四、三相异步电动机的正、反转正转正转反转反转M3电电 源源M3电电 源源L1 L2 L3L1 L2 L3第六节第六节 单相异步电动机单相异步电动机一、一、 单相异步电动机的工作原理单相

17、异步电动机的工作原理1、结构：、结构：定子放单相绕组（其中通单相交流电）；定子放单相绕组（其中通单相交流电）； 转子一般用鼠笼式。转子一般用鼠笼式。定子定子转子转子 定子定子绕组绕组定子中通入单相交定子中通入单相交流电后，形成流电后，形成脉动脉动磁场磁场。其磁感应强。其磁感应强度按正弦分布，且度按正弦分布，且随时间按正弦变化。随时间按正弦变化。脉动磁场的分解脉动磁场的分解 - + + - 定子绕组产生定子绕组产生的脉动磁场的脉动磁场 ，可以可以正、反两个正、反两个旋转磁场合成旋转磁场合成而等效。即：而等效。即：-二、单相异步电动机的特点二、单相异步电动机的特点：1、自身没有起动转矩、自身没有起

18、动转矩 .F转子导条转子导条及电流及电流 当定子绕组产生的合成磁场增加时，根据右手螺当定子绕组产生的合成磁场增加时，根据右手螺旋定则和左手定则，可知转子导条左、右受力大小旋定则和左手定则，可知转子导条左、右受力大小相等方向相反，所以没有起动转矩。相等方向相反，所以没有起动转矩。2、转子借助其它力量转动后，外力去除后仍按原方、转子借助其它力量转动后，外力去除后仍按原方 向继续转动。向继续转动。其原理分析如下：其原理分析如下：02s121ss1T2T正反向旋转磁场的合成转矩特性正反向旋转磁场的合成转矩特性合成转矩合成转矩起动转矩起动转矩为零。为零。01s22s21s（正向）（正向）（反向）（反向）

19、正正转转转转反反TS1、电容分相式起、电容分相式起动动三、单相异步电动机的起动三、单相异步电动机的起动KMU1I2ICWSTW: 主绕组主绕组ST：启动绕组：启动绕组K：离心开关：离心开关启动时开关启动时开关K闭合，使两闭合，使两绕组电流绕组电流 相位差约相位差约为为90，从而产生旋转磁，从而产生旋转磁场，电机转起来；转动正场，电机转起来；转动正常以后离心开关被甩开，启常以后离心开关被甩开，启动绕组被切断。动绕组被切断。21II、工作原理工作原理U1I2IF2F1Z1Z2设设 i1=Imsin ti2=Imsin( t+90 )i1 tii20 t = 0i1= 0，i2为为正正值值2.相绕组

20、形成的旋转磁场相绕组形成的旋转磁场 F2F1Z1Z2 t = 45i1、i2均为均为正正值值 F2F1Z1Z2 t = 90i1为为正正值，值，i2= 0 n1磁场从磁场从Z1 Z2的轴线位置的轴线位置转向转向F1 F2的轴线位置的轴线位置 在电动机的极靴上加入短路铜环称为罩极。在电动机的极靴上加入短路铜环称为罩极。磁极极靴磁极极靴短路铜环短路铜环3、罩极式单相电机、罩极式单相电机定子定子磁极磁极转子转子短路短路环环 定子通入电流以后，部分磁定子通入电流以后，部分磁通穿过短路环，并在其中产生通穿过短路环，并在其中产生感应电流。短路环中的电流阻感应电流。短路环中的电流阻碍磁通的变化，致使有短路环

21、碍磁通的变化，致使有短路环部分和没有短路环部分产生的部分和没有短路环部分产生的磁通有了相位差，从而形成旋磁通有了相位差，从而形成旋转磁场，使转子转起来。转磁场，使转子转起来。 图中电机的转动方向：瞬时针图中电机的转动方向：瞬时针旋转。因为没有短路环部分的磁通比有短路环部分的旋转。因为没有短路环部分的磁通比有短路环部分的磁通领先。磁通领先。 单相异步电动机的功率小，主要制成小型电机。它的应用单相异步电动机的功率小，主要制成小型电机。它的应用非常广泛，如家用电器（洗衣机、电冰箱、电风扇）、电动非常广泛，如家用电器（洗衣机、电冰箱、电风扇）、电动工具（如手电钻）、医用器械、自动化仪表等。工具（如手电钻）、医用器械、自动化仪表等。 *单相电机的使用单相电机的使用 * 三相异步电动机的单相运行三相异步电动机的单相运行 三相异步电动机在运行过程中，若其中一相和电三相异步电动机在运行过程中，若其中一相和电源断开，