DG第7章交流电动机ppt课件

1、山东理工大学山东理工大学山东理工大学山东理工大学山东理工大学山东理工大学笼型异步交流电动机授课内容：笼型异步交流电动机授课内容： 根本构造、任务原理、根本构造、任务原理、 机械特性、控制方法机械特性、控制方法 山东理工大学山东理工大学机座：铸钢或铸铁机座：铸钢或铸铁山东理工大学山东理工大学 转子转子: 在旋转磁场作用下，产生感应电动在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电流。势或电流。笼型转子笼型转子铁心：由外周有槽的硅钢片叠成。铁心：由外周有槽的硅钢片叠成。 (1)笼型转子笼型转子 铁芯槽内放铜条，端铁芯槽内放铜条，端 部用短路环构成一体部用短路环构成一体, 或铸铝构成转子绕组。或铸铝构成转子绕

2、组。(2) 绕线型转子绕线型转子 同定子绕组一样，也分为三相，并且接成星形。同定子绕组一样，也分为三相，并且接成星形。笼型笼型绕线型绕线型山东理工大学山东理工大学山东理工大学山东理工大学山东理工大学山东理工大学山东理工大学山东理工大学 120sin120sinsinm3m2m1tIitIitIi 2i U1 U2 V1 V2W1W21i3i3i1i2iitmIo山东理工大学山东理工大学U1V2W1V1W2U20n规定规定 i : “+ 首端流入，尾端流出。首端流入，尾端流出。 i : “ 尾端流入，首端流出。尾端流入，首端流出。 ()电流出电流出()电流入电流入i3i1i2it mIo山东理工

3、大学山东理工大学U1U2V2W1V1W2U1U2V2W1V1W2U1U2V2W1V1W2NS0 t 60t 合成磁场方向向下合成磁场方向向下 合成磁场旋转合成磁场旋转600n60 90t 合成磁场旋转合成磁场旋转90600动画动画3i2i1ii tmIoSNSN山东理工大学山东理工大学AU1U2W2V1W1V2AU1U2W2V1W1V2分析可知：三相电流产生的合成磁场是一旋转的磁场分析可知：三相电流产生的合成磁场是一旋转的磁场 即：一个电流周期，旋转磁场在空间转过即：一个电流周期，旋转磁场在空间转过3602.旋转磁场的旋转方向旋转磁场的旋转方向结论：结论： 恣意互换两根恣意互换两根电源进线，那

4、么旋转电源进线，那么旋转磁场反转。磁场反转。0t 60t 恣意互换两根电源进线恣意互换两根电源进线(电路如图电路如图)3i U1 U2W1W2V1V21i2i3i2i1i0mIi tomINSNS山东理工大学山东理工大学0t 3.旋转磁场的极对数旋转磁场的极对数P 当三相定子绕组按当三相定子绕组按图示陈列时，产生一对图示陈列时，产生一对磁极的旋转磁场，即：磁极的旋转磁场，即：1p3i2i1ioimI tU1U2V2W1V1W2NS2i U1 U2 V1 V2W1W21i3i山东理工大学山东理工大学 假设定子每相绕组由两个线圈串联假设定子每相绕组由两个线圈串联 ，绕组的始，绕组的始端端之间互差之

5、间互差60，将构成两对磁极的旋转磁场。，将构成两对磁极的旋转磁场。W1U1V1W1V11i2i3iU2U2U1V2V2W2W21U2U 2U2W 1W1V2V1V 2V 1U 1W 2W山东理工大学山东理工大学极对数极对数2p旋转磁场的磁极对数旋转磁场的磁极对数与三相绕组的陈列有关与三相绕组的陈列有关2i3i1iimIt ONSNS1U2U 2U2W 1W1V2V1V 2V 1U 1W 2WW1U1V1W1V11i3i3iU2U2U1V2V2W2W2山东理工大学山东理工大学分分）转转 /( 6010fn 工频：工频：Hz501 f分分）转转 /( 30000 np=1时时NSU1V1W2U2W

6、1V2NSU1V1W2U2W1V2NSU1V1W2U2W1V22i3i1iimIt O山东理工大学山东理工大学NSNS1U2U 2U2W 1W1V2V1V 2V 1U 1W 2WNSSN1U2U 2U2W 1W1V2V1V 2V 1U 1W 2W0t 60tp=2时时2i3i1iit mI0分分）转转/( 150026010 fn0n30山东理工大学山东理工大学)/( 6010分分转转pfn 旋转磁场转速旋转磁场转速n0与频率与频率f1和极对数和极对数p有有关。关。2p180分）转/( 50011p360分）转/( 0003极对数极对数每个电流周期每个电流周期磁场转过的空间角度磁场转过的空间角

7、度同步转速同步转速Hz)50(1 f3p120分）转/( 00014p分分）转转/( 75090山东理工大学山东理工大学U1U2V2W1V1W2分分）转转/( 6010pfn BlvBliFvF0nNS山东理工大学山东理工大学 7. 2. 3 转差率转差率 旋转磁场的同步转速和电动机转子转速之差与旋转磁场的同步转速和电动机转子转速之差与旋转磁场的同步转速之比称为转差率。旋转磁场的同步转速之比称为转差率。 由前面分析可知，电动机转子转动方向与磁场由前面分析可知，电动机转子转动方向与磁场旋转的方向一致，但转子转速旋转的方向一致，但转子转速 n 不能够到达与旋转不能够到达与旋转磁场的转速相等，即磁场

8、的转速相等，即0nn 异步电动机异步电动机假设假设:0nn 无转子电动势和转子电流无转子电动势和转子电流 转子与旋转磁场间没有相对运动，磁通不切转子与旋转磁场间没有相对运动，磁通不切 割转子导条割转子导条无转矩无转矩因此，转子转速与旋转磁场转速间必需求有差别。因此，转子转速与旋转磁场转速间必需求有差别。山东理工大学山东理工大学%s)91( 转子转速亦可由转差率求得转子转速亦可由转差率求得0)(1nns %10000 nnns 例例1：一台三相异步电动机，其额定转速：一台三相异步电动机，其额定转速 n=975 r/min，电源频率，电源频率 f1=50 Hz。试求电动机的。试求电动机的极对数和额

9、定负载下的转差率。极对数和额定负载下的转差率。解：解：根据异步电动机转子转速与旋转磁场同步转根据异步电动机转子转速与旋转磁场同步转速的关系可知：速的关系可知：n0=1000 r/min , 即即2.5%100%10009751000%10000 nnns山东理工大学山东理工大学变压器：变压器： 变化变化 eU1 E1= 4.44 f N1 E2= 4.44 f N211 444Nf.U i1u1e1e 1e2e 2i2+f1f2山东理工大学山东理工大学异步电动机：旋转磁场切割导体异步电动机：旋转磁场切割导体 e， U1 E1= 4.44 f 1N1每极磁通每极磁通111444Nf.U 1U 旋

10、转磁场与定子导体间的相对速度为旋转磁场与定子导体间的相对速度为 n0 ，所以，所以6001pnf 感应电势的频率与磁场和导体间的相对速度有关感应电势的频率与磁场和导体间的相对速度有关f 1= 电源频率电源频率 f山东理工大学山东理工大学定子导体与旋转磁场间的相对速度固定，而转子定子导体与旋转磁场间的相对速度固定，而转子导体与旋转磁场间的相对速度随转子的转速不同而导体与旋转磁场间的相对速度随转子的转速不同而变化变化 定子感应电势频率定子感应电势频率 f 1 转子感应电势频率转子感应电势频率 f 2 转子感应电势频率转子感应电势频率 f 21000026060fspnnnnpnnf 旋转磁场切割定

11、子导体和转子导体的速度不同旋转磁场切割定子导体和转子导体的速度不同山东理工大学山东理工大学E20= 4.44 f 1N2 即即E2= s E20 2122222LfsLfX X20= 2 f1L 2即即X2= sX20 山东理工大学山东理工大学222222XREI 2202220)(sXRsE )(0002nnIs 2202220max21XREIs 220222222222)( cossXRRXRR 202SXRs 很很小小时时1cos2 202XRss 较较大大时时s1cos2 山东理工大学山东理工大学2202220222222)( XREXREIss 2202222)(cosXRRs 变

12、变化化曲曲线线随随、SI cos22 )(2 Isn)cos(2 sn 结论：转子转动时，转结论：转子转动时，转 子电路中的各量均与转子电路中的各量均与转 差率差率 s有关，即与转速有关，即与转速 n有关。有关。I2cos2s1I2,2cos O山东理工大学山东理工大学磁极数磁极数( 极对数极对数 p = 2 )例如：例如： Y 132 M4 用以阐明电动机的系列、几何尺寸和极数。用以阐明电动机的系列、几何尺寸和极数。机座长度代号机座长度代号机座中心高机座中心高mm三相异步电动机三相异步电动机教材表教材表7-2中列出了各种电动机的系列代号。中列出了各种电动机的系列代号。山东理工大学山东理工大学

13、表表7-2 异步电动机产品称号代号异步电动机产品称号代号山东理工大学山东理工大学联结联结电机容量电机容量Y3kW 联联结结电电机机容容量量 kW4U2U1W2V1V2W1W2 U2V2V1W1U1接线盒接线盒W1V1W2V2接电源接电源W1V1W2V2接电源接电源山东理工大学山东理工大学例如：例如：380/220V、Y/ 是指线电压为是指线电压为 380V 时时 采用采用 Y结合；线电压为结合；线电压为 220V 时采用时采用 结合。结合。山东理工大学山东理工大学12PP cos3NN1IUP 鼠笼电机鼠笼电机 =7293电动机在额定运转时定子绕组的线电流值。电动机在额定运转时定子绕组的线电流

14、值。额定功率是指电机在额定运转时轴上输出的机额定功率是指电机在额定运转时轴上输出的机械功率械功率 P2，它不等于从电源汲取的电功率，它不等于从电源汲取的电功率 P1。山东理工大学山东理工大学PN 三相异步电动机的功率因数较低，在额定负载三相异步电动机的功率因数较低，在额定负载时约为时约为 0.7 0.9。空载时功率因数很低，只需。空载时功率因数很低，只需 0.2 0.3。额定负载时，功率因数最高。额定负载时，功率因数最高。 电机在额定电压、额定负载下运转时的转速。电机在额定电压、额定负载下运转时的转速。P2cosO山东理工大学山东理工大学 0N0Nnnns 额额定定转转差差率率指电机绝缘资料可

15、以接受的极限温度等级，分指电机绝缘资料可以接受的极限温度等级，分为为A、E、B、F、H五级，五级，A级最低级最低(105C)，H级最高级最高(180C)。山东理工大学山东理工大学22Tcos IKT 常数，与电常数，与电机构造有关机构造有关旋转磁场旋转磁场每极磁通每极磁通转子电流转子电流转子电路的转子电路的功率因数功率因数ilBF 22cos, , IT 山东理工大学山东理工大学21220222)(UsXRsRKT 22 cos IKTT 22022202)( XREIss 2202222)(cosXRRs mNfU11144.4 由前面分析知：由前面分析知：山东理工大学山东理工大学21220

16、222)(UsXRsRKT 21U山东理工大学山东理工大学maxTmSNSOTS曲曲线线)(sfT 曲曲线线)(Tfn 根据转矩公式根据转矩公式22022212)(sXRUsRKT 得特性曲线：得特性曲线：NnmaxTstTOnTNT0nstT1NT山东理工大学山东理工大学NnNT)/()(9550NNN分分转转千千瓦瓦nPT OnT0n(N m) 如某普通机床的主轴电机如某普通机床的主轴电机(Y132M-4型型) 的额定功的额定功率为率为7.5kw, 额定转速为额定转速为1440r/min, 那么额定转矩那么额定转矩为为nPnPT9550602 m.N7 .4914405 .79550955

17、0NNN nPT山东理工大学山东理工大学21220222UsXRsRKT)(2021max2XUKT 0dd ST令：令：求得求得202mXRss 临界转差率临界转差率On0nTmax将将sm代入转矩公式，可得代入转矩公式，可得山东理工大学山东理工大学 max121max, )1(TUUT2021max2XUKT NmaxTT 普通三相异步电动机的过载系数为普通三相异步电动机的过载系数为2 .28 .1 12 II(2) sm与与 R2 有关，有关， R2 sm n 。绕线型。绕线型电机改动转子附加电阻电机改动转子附加电阻R 2 可实现调速。可实现调速。 山东理工大学山东理工大学2202221

18、2)(sXRUsRKT 22022212stXRURKT 电动机起动时的转矩。电动机起动时的转矩。起动时起动时n= 0 时，时，s =1 st121st, ) 1 (TUUT(2) Tst与与 R2 有关，有关， 适当使适当使 R2 Tst 。对绕线式。对绕线式型型 电机改动转子附加电阻电机改动转子附加电阻 R 2 , 可使可使Tst =Tmax 。0nOnTNststTTK 起动才干起动才干山东理工大学山东理工大学)。T2sT2 TT =T2n T T 2到达新的平衡到达新的平衡T20nnTOn山东理工大学山东理工大学U Tm U UTst 22022212stXRURKT 2021m2XU

19、KT 202mXRs 0nNUT2nTO山东理工大学山东理工大学stTTOn0nR2Tst nmaxT2T22022212stXRURKT 2021m2XUKT 202mXRs 山东理工大学山东理工大学 不同场所应选用不同场所应选用不同的电机。如金不同的电机。如金属切削，选硬特性属切削，选硬特性电机；重载起动那电机；重载起动那么选软特性电机。么选软特性电机。stTTOn0nR2Tst nmaxT2T山东理工大学山东理工大学7.6 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动7. 6. 1 起动性能起动性能 起动问题：起动电流大，起动转矩小。起动问题：起动电流大，起动转矩小。 普通中小型笼型电机起动

20、电流为额定电流的普通中小型笼型电机起动电流为额定电流的5 7 倍倍; 电动机的起动转矩为额定转矩的电动机的起动转矩为额定转矩的(1.02.2)倍。倍。大电流使电网电压降低，影响临近负载的任务大电流使电网电压降低，影响临近负载的任务频繁起动时呵斥热量积累，使电机过热频繁起动时呵斥热量积累，使电机过热后果：后果：缘由：缘由：起动：起动： n = 0，s =1, 接通电源。接通电源。起动时起动时 ，n = 0，转子导体切割磁力线速度很大，转子导体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定子电流定子电流 山东理工大学山东理工大学星形星形-三角形三角形(Y ) 换接起动换接起动自耦降

21、压起动自耦降压起动(3) 转子串电阻起动转子串电阻起动以下引见降压起动和转子串电阻起动。以下引见降压起动和转子串电阻起动。山东理工大学山东理工大学ZUIll3:Y 星星形形联联结结时时ZUIll3 三三角角形形联联结结时时：Z31Y llII31YlIZlU+U1U2V1V1W1W2 lIlU+ZU1U2V1V2W1W2山东理工大学山东理工大学L1L3L2FUU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1动触点动触点Y动触点动触点静触点静触点山东理工大学山东理工大学L1L3L2FUU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1UPU1+Ul+U2V1V2W1W2山东

22、理工大学山东理工大学 任务任务L1L3L2FUU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1 lIlU+ZU1U2V1V2W1W2山东理工大学山东理工大学lUU31P (a) 仅适用于正常运转为三角形结合的电机。仅适用于正常运转为三角形结合的电机。 )(2StUT (b) Y 起动起动 ststTIY 换接起动适宜于空载或轻载起动的场所换接起动适宜于空载或轻载起动的场所SYtst31TT ZlU+U1U2V1V1W1W2lU+ZU1U2V1V2W1W2山东理工大学山东理工大学L1L3L2FUQQ2山东理工大学山东理工大学 12220220)(st2IIRXREI滑环滑环电刷电刷定

23、子定子转子转子起动电阻起动电阻 RstRstRst山东理工大学山东理工大学R2 Tst 22022212stXRURKT 22RR stTTOn0nmaxT2R2R stT 山东理工大学山东理工大学M3M3山东理工大学山东理工大学A2849230880380310453. (1)NNN3N2Ncos310 UPI 一台一台Y225M-4型的三相异步电型的三相异步电 动机，定动机，定子子绕组绕组型结合，其额定数据为：型结合，其额定数据为：P2N=45kW,nN=1480r/min，UN=380V，N=92.3%，cosN=0.88， Ist/IN=7.0, Tst/TN=1.9，Tmax/TN=

24、2.2，求：，求： (1) 额定电流额定电流IN? (2) 额定转差率额定转差率sN? (3) 额定转矩额定转矩 TN 、最大转矩、最大转矩Tmax 、和起动、和起动转矩转矩Tst 。山东理工大学山东理工大学 (2) 由由nN=1480r/min，可知，可知 p=2 四极电动四极电动机机minr 15000/n 013. 015001480150000N nnns (3)mN 429014804595509550NN2N .nPTmN 9638429022)(NNmaxmax .TTTTmN 8551429091)(NNstst .TTTT山东理工大学山东理工大学 在上例中在上例中(1)假设负

25、载转矩为假设负载转矩为 510.2Nm, 试问在试问在U=UN和和U =0.9UN两种两种情况下电动机能否起动？情况下电动机能否起动？2采用采用Y- 换接起动时，求起动电流和起动转矩。换接起动时，求起动电流和起动转矩。 又当负载转矩为起动转矩的又当负载转矩为起动转矩的80%和和50%时时，电动机能否起动？，电动机能否起动？ (1) 在在U=UN时时 Tst = 551.8Nm 510.2 N. m mN2510mN 4478551902st .T (2) Ist =7IN=784.2=589.4 AA519645983131st stY.II 在在U = 0.9UN 时时山东理工大学山东理工大

26、学132329183%8042909183%80NstY .TT121459183%5042909183%50NstY .TTmN918385513131ststY .TT(3)山东理工大学山东理工大学 对例对例1中的电动机采用自耦变压器降压中的电动机采用自耦变压器降压起起动动, 起动时加到电动机上的电压为额定电压的起动时加到电动机上的电压为额定电压的64%，求这时的线路起动电流，求这时的线路起动电流 Ist 和电动机和电动机的起动转矩的起动转矩Tst。设电动机的起动电压为设电动机的起动电压为U，电动机的起动，电动机的起动电流为电流为IststNst640640I.ZU.ZUI 根据变压器的一

27、次、二次侧电压电流关系，根据变压器的一次、二次侧电压电流关系，可求得线路起动电流可求得线路起动电流Ist。山东理工大学山东理工大学64. 0Nstst UUIIA424145890.64 6406406406402st2ststst.I.I.I.I 2 UT 又又22Nstst640 .UUTT mN 226 8551640640 2st2st .T.T山东理工大学山东理工大学st2stIxI st2stTxT 山东理工大学山东理工大学 pfsnsn106011 f=50Hz逆变器M3 整流器+变频调速方法变频调速方法恒转距调速恒转距调速f1f1N山东理工大学山东理工大学U11 U21U12

28、U22iiP=2U11U12U21U22NNSS山东理工大学山东理工大学U11 U21U12 U22iiP=1 采用变极调速方法的电动机称作双速电机，采用变极调速方法的电动机称作双速电机，由于调速时其转速呈腾跃性变化，因此只用在对由于调速时其转速呈腾跃性变化，因此只用在对调速性能要求不高的场所，如铣床、镗床、磨床调速性能要求不高的场所，如铣床、镗床、磨床等机床上。等机床上。U11U12U21U22SN山东理工大学山东理工大学Tn0no22RR2R2R 变转差率调速是绕线型电动机特有的一种调速方法。其优点是调速平滑、设备简单投资少，缺陷是能耗较大。这种调速方式广泛运用于各种提升、起重设备中。nn

29、TLTLs sTs2R2Ro山东理工大学山东理工大学制动方法制动方法机械制动机械制动电气制动电气制动能耗制动能耗制动反接制动反接制动发电反响制动发电反响制动 在断开三相电源的同时，给电动机其中两相绕组通入直流电流，直流电流构成的固定磁场与旋转的转子作用，产生了与转子旋转方向相反的转距制动转距，使转子迅速停顿转动。山东理工大学山东理工大学nF转子转子T n0=0 停车时，将接入电动机的三相电源线中的恣意停车时，将接入电动机的三相电源线中的恣意两相对调，使电动机定子产生一个与转子转动方向两相对调，使电动机定子产生一个与转子转动方向相反的旋转磁场，从而获得所需的制动转矩，使转相反的旋转磁场，从而获得

30、所需的制动转矩，使转子迅速停顿转动。子迅速停顿转动。 运转运转制动制动山东理工大学山东理工大学运转运转nFT n0 当电动机转子的转速大于旋转磁场的转速时，旋转磁场产生的电磁转距作用方向发生变化，由驱动转距变为制动转距。电动机进入制动形状，山东理工大学山东理工大学同时将外力作用于转子的能量转换成电能回送给同时将外力作用于转子的能量转换成电能回送给电网。电网。nF转子转子T n0n n0山东理工大学山东理工大学 功率选得过大不经济，功率选得过小电动机功率选得过大不经济，功率选得过小电动机容易因过载而损坏。容易因过载而损坏。1. 对于延续运转的电动机，所选功率应等于或略对于延续运转的电动机，所选功

31、率应等于或略大于消费机械的功率。大于消费机械的功率。2. 对于短时任务的电动机，允许在运转中有短暂对于短时任务的电动机，允许在运转中有短暂的过载，故所选功率可等于或略小于消费机械的过载，故所选功率可等于或略小于消费机械的功率。的功率。山东理工大学山东理工大学 普通运用场所应尽能够选用笼型电动机。普通运用场所应尽能够选用笼型电动机。只需在需求调速、不能采用笼型电动机的场只需在需求调速、不能采用笼型电动机的场合才选用绕线型电动机。合才选用绕线型电动机。 根据任务环境的条件选择不同的构外型式，根据任务环境的条件选择不同的构外型式，如开启式、防护式、封锁式电动机。如开启式、防护式、封锁式电动机。 根据

32、电动机的类型、功率以及运用地点的电根据电动机的类型、功率以及运用地点的电源电压来决议。源电压来决议。 Y系列笼型电动机的额定电压只需系列笼型电动机的额定电压只需380V一个一个等级。大功率电动机才采用等级。大功率电动机才采用3000V和和6000V。山东理工大学山东理工大学定子定子定子定子绕组绕组转子转子AA NS山东理工大学山东理工大学 定子绕组产生的脉动磁场定子绕组产生的脉动磁场，可用正、反，可用正、反两个两个旋转磁场所成来等效。即旋转磁场所成来等效。即- + m= + =m21 t O山东理工大学山东理工大学 + + + 山东理工大学山东理工大学02 s121 ss合成转矩合成转矩s01

33、 s22 s21 s1T起动转矩起动转矩为零为零2T正正转转转转反反山东理工大学山东理工大学 .F鼠笼式转子鼠笼式转子导条及电流导条及电流转矩。转矩。AA山东理工大学山东理工大学山东理工大学山东理工大学iAABBAiBMtIi sinAmA )90sin(BmB tIi 正弦波形如下图。正弦波形如下图。iBiAmIit O山东理工大学山东理工大学 45t 0 t ABBAo0 t ABBA 90t 0 t ABBA两相旋转磁场两相旋转磁场动画动画450900iBiAmIit O山东理工大学山东理工大学 将开关将开关S合在位置合在位置1，电容，电容C与与B绕组串联，电流绕组串联，电流 iB较较iA超前近超前近90；当将；当将S切换到位置切换到位置2，电容，电容C与与A绕组串联，电流绕组串联，电流iA 较较iB 超超前近前近90。这样就改动了旋转磁。这样就改动了旋转磁场的转向，从而实现电动机的场的转向，从而实现电动机的反转。反转。 电动机转子转动起来后，利用电动机转