电子与电路第6章

1、第六章第六章 电动机电动机 n电动机分类电动机分类 n电动机的额定值电动机的额定值 n鼠笼式感应电动机鼠笼式感应电动机 n单相电动机单相电动机 n同步电动机同步电动机 n三相电动机三相电动机 n直流电动机直流电动机 6-1概述概述n电动机按使用的电源分类：电动机按使用的电源分类： 交流电动机、直流电动机、交直流两用电动机交流电动机、直流电动机、交直流两用电动机直流电动机可分为：直流电动机可分为：串励电动机、并励电动机、复励电动机、永磁电动机、无刷电串励电动机、并励电动机、复励电动机、永磁电动机、无刷电动机、步进电动机动机、步进电动机、推斥电动机等、推斥电动机等交流电动机可分为：交流电动机可分为

2、：分相式电动机、电容起动式电动机、永久分相式电容电动机、分相式电动机、电容起动式电动机、永久分相式电容电动机、两值电容电动机、罩极式电动机、磁阻电动机、磁滞电动机、两值电容电动机、罩极式电动机、磁阻电动机、磁滞电动机、排斥感应电动机、感应电动机、三相电动机。排斥感应电动机、感应电动机、三相电动机。电电 动动 机机 直直 流流 电动机电动机异步交流异步交流 电动机电动机绕绕线线式式鼠鼠笼笼式式并并励励他他励励 交交 流流 电动电动 机机同步交流同步交流电动机电动机串串励励复复励励6-1电动机分类电动机分类6-1电动机分类（电动机分类（2） 按用途或特性进行分类按用途或特性进行分类: : 齿轮、同

3、步、多速、力矩电动机。齿轮、同步、多速、力矩电动机。n齿轮电动机：齿轮电动机在其内部有一组齿轮机构，用以降齿轮电动机：齿轮电动机在其内部有一组齿轮机构，用以降低电动机输出的速度，增加轴的力矩。低电动机输出的速度，增加轴的力矩。 齿轮电动机有交流电动机、直流电动机齿轮电动机有交流电动机、直流电动机n同步电动机轴的旋转速度准确地与电源频率同步。同步电动机轴的旋转速度准确地与电源频率同步。 有单相的或者是三相的（一般是三相）有单相的或者是三相的（一般是三相）n多速电动机有两种或多种固定的速度。多速电动机速度的不多速电动机有两种或多种固定的速度。多速电动机速度的不同是通过电动机绕组抽头的不同接法或者是

4、绕组的不同接法同是通过电动机绕组抽头的不同接法或者是绕组的不同接法来实现。来实现。n力矩电动机的特点是能产生最大或接近最大的力矩。即使在力矩电动机的特点是能产生最大或接近最大的力矩。即使在堵转的情况下，在一定的时间内也不致过热而损坏。堵转的情况下，在一定的时间内也不致过热而损坏。三相异步电动机三相异步电动机型号型号工作方式工作方式连续连续功率功率7.57.5千瓦千瓦接法接法电压电压绝缘等级绝缘等级电流电流温升温升转速转速14401440转转/ /分分重量重量4545公斤公斤频率频率5050赫兹赫兹Y132M-4E E6565o oC C380380伏伏15.415.4安安电机厂电机厂年年 月月

5、 (1)铭牌铭牌: 标明电动机的各项额定运行条件与数据。标明电动机的各项额定运行条件与数据。6-2 6-2 电动机的额定值电动机的额定值 表征电动机额定运行情况的各种数值如电压、电流、功率、转速、工作温度、频率、力矩、效率等称为电动机的额定值。 三相交流异步电动机的技术数据三相交流异步电动机的技术数据型号型号 Y132M - 4磁极数磁极数( (极对数极对数 p =2 )=2 )同步转速同步转速 1500 1500 转转/ /分分n1= （转/分） 60 f1p转差率转差率0.04 150014401500=-=s转速转速如：如：1440 1440 转转/ /分分n额定转速是电动机在额定运行条

6、件下的转速额定转速是电动机在额定运行条件下的转速n电动机满载电动机满载、转速为额定转速转速为额定转速，轴上输出的机械力矩称为额定，轴上输出的机械力矩称为额定转矩。转矩。( (电动机在转速为零时的力矩称堵转转矩，堵转力矩通常要大于电动机在转速为零时的力矩称堵转转矩，堵转力矩通常要大于额定转矩。额定转矩。) )电源的额定频率电源的额定频率 接法：指三相定子绕组联接方式接法：指三相定子绕组联接方式Y/Y/ 接法接法Y Y 接法接法 U1V1W1W2U2V2U1W1U2V2W2V1U1V1W1W2U2V2 接法接法U1V1W1W2U2V2W1U2V2W2U1V1U1V1W1W2U2V2220V/380

7、V/Y/Y 额定电压：额定电压： 额定运行时定子绕组应加的线电压额定运行时定子绕组应加的线电压。线线电电压压U1V1W1W2U2V2线线电电压压U1V1W1W2U2V2意味着定子绕组承受的额定电压为意味着定子绕组承受的额定电压为220V220V。 一般规定电动机的电压不能高于或低于一般规定电动机的电压不能高于或低于额定值的额定值的1010。例例6-1 计算额定电压计算额定电压230V电动机能正常工作的电动机能正常工作的最低和最高电压最低和最高电压。n解：解：U U最低最低= =U U额定额定-0.1-0.1U U额定额定 U U最高最高= =U U额定额定+0.1+0.1U U额定额定n即：即

8、： U U最低最低=230(1-0.1)=207=230(1-0.1)=207V Vn U U最高最高=230(1+0.1)=253=230(1+0.1)=253V Vn答：电动机能正常工作的最低电压是答：电动机能正常工作的最低电压是207207V V，最高工最高工作电压是作电压是253253V V。 问：问： 额定电压额定电压220V交流电动机在交流电动机在210V、220V、230V的电压下都能正常运行，当然在的电压下都能正常运行，当然在220V的电源的电源下工作是最好的。如果没有下工作是最好的。如果没有220V的电压，的电压，230V和和210V那个电压更好呢？那个电压更好呢？答：答：2

9、30230V V更好。因为电动机在较高的电压下有如下更好。因为电动机在较高的电压下有如下优点：优点：1.1.较大的起动或制动力矩较大的起动或制动力矩2.2.在额定负载情况下电动机的工作电流较小在额定负载情况下电动机的工作电流较小3.3.在额定负载情况下电动机的工作温度较低在额定负载情况下电动机的工作温度较低4.4.在额定负载情况下效率高在额定负载情况下效率高 额定电流：额定电流： 电机在额定运行时定子绕组的线电流。电机在额定运行时定子绕组的线电流。15.4 A l电动机的起动或堵转电流比工作电流要大几倍。电动机的起动或堵转电流比工作电流要大几倍。l一台一台250W250W小电动机，堵转电流可达

10、到小电动机，堵转电流可达到40A40A，这个电流是，这个电流是电动机在起动瞬间的电流。电动机在起动瞬间的电流。l起动起动瞬间电流将极大地增加电源线上的压降。瞬间电流将极大地增加电源线上的压降。l对于大功率电动机，起动电流和工作电流之比率很大。对于大功率电动机，起动电流和工作电流之比率很大。如此大的起动电流，使许多电动机在起动时不得不降低如此大的起动电流，使许多电动机在起动时不得不降低电压或使用限流电阻。等电动机转速上升以后，再使电电压或使用限流电阻。等电动机转速上升以后，再使电压增加到额定值。压增加到额定值。 电机的效率：电机的效率：12PP=h 额定功率：额定功率： 电机在额定运行时，轴输出

11、的机械功率电机在额定运行时，轴输出的机械功率 P2 。 鼠笼电机额定运鼠笼电机额定运行时的效率约为行时的效率约为 75759292。输入功率输入功率( ( P1 )=)=输出功率输出功率( ( P2 ) )电机其它损耗电机其它损耗电动机不应大于额定功率的负荷下较长时间的运行，否则将会电动机不应大于额定功率的负荷下较长时间的运行，否则将会造成电动机过热，影响其使用寿命。造成电动机过热，影响其使用寿命。有些电动机设计成在某种条件下可输出比额定值更大的功率有些电动机设计成在某种条件下可输出比额定值更大的功率。安全裕量的大小由电动机的伺服系数额定值表（安全裕量的大小由电动机的伺服系数额定值表（SF）。

12、电动机）。电动机的伺服系数乘以电动机额定功率就可以计算电动机在连续工作的伺服系数乘以电动机额定功率就可以计算电动机在连续工作时可以提供的最大功率。时可以提供的最大功率。例例6-3 某机械系统由一电动机拖动，正常情况下某机械系统由一电动机拖动，正常情况下需要需要0.7kW的拖动功率，但是在条件恶劣的情况的拖动功率，但是在条件恶劣的情况下需要下需要0.9kW的拖动功率，一台额定功率为的拖动功率，一台额定功率为3/4kW，伺服系数为伺服系数为1.25的电动机能用于该系的电动机能用于该系统吗？统吗？解：已知解：已知Pmax=PraPmax=PraSFSF Pmax=0.75 Pmax=0.751.25

13、=0.9375kW1.25=0.9375kW答：额定功率为答：额定功率为3/43/4kWkW，伺服系数为伺服系数为1.251.25的电动的电动 机能满足要求，因为机能满足要求，因为PmaxPmax大于负载的最大大于负载的最大 功率功率0.90.9kWkW。6-4 鼠笼式感应电动机鼠笼式感应电动机YBZXAC转子转子定子定子定子绕组定子绕组（三相）（三相）机机 座座转子：在旋转磁场作用下，转子：在旋转磁场作用下， 产生感应电动势或产生感应电动势或 电流电流三相定子绕组：产生旋转三相定子绕组：产生旋转 磁场磁场绕线式绕线式鼠笼式鼠笼式鼠笼转子鼠笼转子 1 1、机座、机座：起固定和支撑：起固定和支撑

14、定子铁心的作用，一般用定子铁心的作用，一般用铸铁制造。铸铁制造。2 2、定子铁心、定子铁心：由厚：由厚0.5mm0.5mm的硅钢片叠压而成，铁心内的硅钢片叠压而成，铁心内开有均匀的槽，嵌放定子绕组。开有均匀的槽，嵌放定子绕组。3 3、定子绕组、定子绕组：由完全相同的三个绕组组成，空间互：由完全相同的三个绕组组成，空间互差差120120度，可接成度，可接成Y Y或或。 由机座、定子铁心、由机座、定子铁心、定子绕组组成：定子绕组组成：U1V1W1V2U2W2U1V1W1U2V2W2V1W1W2U2V2U1U1V1W1U2V2W2V1W1W2V2U1U2转子是电动机的旋转部分，主要由转子是电动机的旋

15、转部分，主要由转子铁芯转子铁芯、转子绕转子绕组组和和转轴转轴等组成。转子绕组根据其构造不同分为鼠笼等组成。转子绕组根据其构造不同分为鼠笼式和绕绕式两种。式和绕绕式两种。鼠笼式转子铸铝鼠笼式转子铸铝鼠笼式转子由转子铁心和转子绕组组成：由转子铁心和转子绕组组成：转子铁心转子铁心：和定子铁心一样，既是电动机磁路的一：和定子铁心一样，既是电动机磁路的一部分，又能安放转子绕组。部分，又能安放转子绕组。转子绕组转子绕组：有笼型和绕线型两种。：有笼型和绕线型两种。 （1 1）笼型绕组：导体用铜条或铝条，两头用端）笼型绕组：导体用铜条或铝条，两头用端环联接。结构可靠简单，但是转子电阻固定。环联接。结构可靠简单

16、，但是转子电阻固定。 （2 2）绕线型转子：接成星型的三相绕组通过滑）绕线型转子：接成星型的三相绕组通过滑环与外电路联接，便于串入电阻改善电动机的运行环与外电路联接，便于串入电阻改善电动机的运行性能。性能。异步电动机为使转子能自由地转动，在定、转子之异步电动机为使转子能自由地转动，在定、转子之间留有一定的气隙。这样电机的磁路便由定、转子间留有一定的气隙。这样电机的磁路便由定、转子铁芯和气隙所构成，而气隙是磁路磁阻的主要部分，铁芯和气隙所构成，而气隙是磁路磁阻的主要部分，气隙越小，建立同样大小的磁场所需的励磁电流也气隙越小，建立同样大小的磁场所需的励磁电流也小。小。三相异步电动机的工作原理三相异

17、步电动机的工作原理 三相异步电动机接上电源，就会转动。这是什么道理呢？n0neiNSf磁铁磁铁闭合闭合线圈线圈电动机转动原理演示电动机转动原理演示1. 1. 线圈跟着磁铁转线圈跟着磁铁转两者转动方向一致两者转动方向一致 结论：结论：异步异步2. 2. 线圈比磁场转得慢线圈比磁场转得慢0nnn0neiNSf旋转磁场产生的原理旋转磁场产生的原理 在实际的异步电动机中，转子之所以会转动也是由于旋转磁场的作用。但在异步电动机中，并没有旋转的永久磁铁，那么旋转磁场是如何产生的呢？1.1.旋转磁场的产生旋转磁场的产生AYCBZ在异步机中在异步机中, ,旋转磁场代替了旋转磁极旋转磁场代替了旋转磁极AiBiC

18、imIt0n()电流出电流出( )电流入电流入X-=-=240sin120sinsintIitIitIimCmBmA0=tAXYCBZNSAiBiCimItBiAXBYCZAiCi合成磁场方向：合成磁场方向：=180tXBZ0nAYC= 60tAXYCBZSN0n60A=120tXYCBZ0n同理分析，可得同理分析，可得其它电流角度下其它电流角度下的磁场方向的磁场方向：AiBiCitmI旋转方向：取决于三相电流的相序旋转方向：取决于三相电流的相序0n0n改变电机的旋转方向的方法：改变相序（换接其中两相）改变电机的旋转方向的方法：改变相序（换接其中两相）AiBiCimItAiCiBimIt2.2

19、.旋转磁场的旋转方向旋转磁场的旋转方向方法：将与电源相接的任意两相互换方法：将与电源相接的任意两相互换( (改变相序改变相序) ) 三相异步电动机的正、反转三相异步电动机的正、反转正转正转反转反转A B CM3电电 源源ABCM3电电 源源3.3.极对数（极对数（p p）的概念）的概念BiAXBYCZAiCi1=p每相绕组只有一组线圈下，合成磁场只有一对磁每相绕组只有一组线圈下，合成磁场只有一对磁极，则极对数为极，则极对数为1 1。即：即：AXYCBZNSCYABCXYZAXBZAiBiCi 将每相绕组分成两段，按下图放入定子槽内。将每相绕组分成两段，按下图放入定子槽内。形成的磁场则是两对磁极

20、形成的磁场则是两对磁极X AAXBYBYCZCZ极对数极对数2=pAXX ANSSNZCZCBYBYCYABCXYZAXBZAiCiBiAiBiCimIt4.4.同步（旋转磁场）转速同步（旋转磁场）转速 n0同步转速同步转速n0极对数极对数 p2341300030001500150010001000750750(r/min)n0= r/min 60 f1 pn例例6-6 6-6 一台一台6 6极电动机，额定电压为极电动机，额定电压为220220V V，电源电源频率为频率为5050HzHz，计算同步速度。计算同步速度。n解：解：6 6极电动机，磁极对数极电动机，磁极对数p p为为3 3n 6 6

21、极电动机转速是极电动机转速是10001000转转/ /分。分。n* * 注意电动机的同步速度与电源电压无关。注意电动机的同步速度与电源电压无关。r/min100035060pf60n0= 5. 转子转速转子转速 n 转子转速转子转速 n 与同步转速与同步转速 n0之差是保证电动机之差是保证电动机工作的必要条件，故称为工作的必要条件，故称为异步电动机异步电动机。n0 同步转速n 转子转速 起动瞬间： n = 0 ，s = 1理想情况： n = n0 ，s = 0一般情况： s =（19%）转差率公式：转差率公式：s = n0 - - nn0 记住记住 s s 是是很重要的公式很重要的公式n例例6

22、-7 6-7 四极分相式电动机额定频率为四极分相式电动机额定频率为5050HzHz，额定额定转速是转速是14501450转转/ /分，计算电动机额定转差率。分，计算电动机额定转差率。解：解：额定转差率是额定转差率是3.33.3。3 . 315001450150000=-=-=nnnsn三相异步电动机的电磁转矩和机械特值三相异步电动机的电磁转矩和机械特值异步电动机的电磁转矩异步电动机的电磁转矩电磁转矩电磁转矩 ：T=KT mI2cos 2定子通入三定子通入三相电流产生相电流产生旋转磁场旋转磁场转子绕组切转子绕组切割磁力线，割磁力线，产生感应电产生感应电动势动势E E闭合导线闭合导线产生电流产生电

23、流 i i2 2载流导体载流导体在磁场中在磁场中受力受力 f fcoscos 2 2转子电路功率因数转子电路功率因数I2转子电流m磁场磁通三相异步电动机的三相异步电动机的“电磁电磁”关系关系 i2转、定子电路转、定子电路R1R2i1u1e1e 1e2e 2 ：主磁通主磁通产生的感应电动产生的感应电动势。势。 ：主磁通产：主磁通产生的感应电动势。生的感应电动势。e1e2、e 1e 2、dtdNeeeRiu1111111=-=设：设：tsin1m=则：则：tNum1111cos=定子边：定子边：mmmmNfUUEfNNU11111111144. 422=tNum1111cos=R1R2i1u1e1

24、e 1e2e 2mNfE22244. 4=同理得转子边：同理得转子边：mNfE22244. 4=2f：转子感应电动势的频率：转子感应电动势的频率2N：转子线圈匝数：转子线圈匝数2f取决于转子和旋转磁场的相对速度取决于转子和旋转磁场的相对速度0002106060nnnnnfppsfn-=R1R2i1u1e1e 1e2e 22202220222222)(SXRSEXREI=其中其中202122222SXLSfLfX=202122244.444.4SENSfNfEmm=转子功率因数转子功率因数220222222222)(cosSXRRXRR=22cosIKTmT=22022202)(SXRSEI=2

25、202222)(cosSXRR=mNfU=11144.4将其中参数代入：将其中参数代入：21220222)(UsXRsRKT=得到转矩公式得到转矩公式异步电动机的机械特性异步电动机的机械特性T= Ks R2U12R22+(sX20)20sTTmaxTNSNSmTmaxTst0TnnNTNn1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常用特常用特性段性段n0nT 故故HNM稳定运行区稳定运行区 LTnT 直至新的平衡。直至新的平衡。T=TLNHMS而在段

26、，则有而在段，则有 0LTnTn 额定转矩额定转矩 TN NTN = T2 + T0TN T2P2 = T2P2T2 =P22n/60P2n= 9550TN = 9550P2NnN0sTTmaxTNSNSmTmaxTst0TnnNTNn1P2 : kWnN : r/minT : Nm 最大转矩最大转矩TmaxSm=R2X20 Tmax = KU22X20TmaxTst0TnnNTNn1smS=0S=1T= Ks R2U12R22+(sX20)2NmTTmax=m m反映了电动机的短时过载能力，一般三相异反映了电动机的短时过载能力，一般三相异步电动机的过载系数约为步电动机的过载系数约为1.82.

27、21.82.2。 0TnSmTmaxUUUU U USmTmaxR2R2R2 R2 R2 R20Tn当当 R2 = 常数常数 时，改变电时，改变电源电压源电压 u1， Sm 不变，不变，Tmax 改变改变当当 u1= 常数常数 时，改变转时，改变转子电阻子电阻R2 ， Tmax不变，不变， Sm 改变改变Sm=R2X20 Tmax = KU22X20,Tst=K R2U12 R22+X202 起动转矩起动转矩TstTmaxTs0TnnNTNn1smS=0S=1T= Ks R2U12R22+(sX20)2NststTT=stst反映了电动机的启动能力，对反映了电动机的启动能力，对Y Y系列电机约为系列电机约为1.7-2.2.1.7-2.2.三相异步电动机的启动三相异步电动机的启动异步电动机的启动异步电动机的启动中小型笼型电机起动电流为额定电流的中小型笼型电机起动电流为额定电流的5-75-7倍。倍。起动时起