转辙机三相电动机培训资料

1、 Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT第第7章章 电动机电动机本章要求：本章要求： Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT第第7章章 电动机电动机 7.5 三相异步电动机的使用三相异步电动机的使用 7.2 三相异步电动机的结构与工作原理三相异步电动机的结构与工作原理 7.3 三相异步电动机的电路分析三相异步电动机的电路分析 7.4 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性7.1 概述概述 Fundamental Theory of Electrical Engineerin

2、gLUT7.1 概述概述电机：电机：是实现能量转换和信号转换的电磁装置。是实现能量转换和信号转换的电磁装置。例如：例如：控制电机，实现信号的转换控制电机，实现信号的转换动力电机，实现能量的转换动力电机，实现能量的转换电动机作为驱动的优点：电动机作为驱动的优点：1、简化生产机械的结构，提高生产效率和产品质量。、简化生产机械的结构，提高生产效率和产品质量。2、可实现自动控制和远距离操作，减轻体力劳动。、可实现自动控制和远距离操作，减轻体力劳动。发电机发电机电动机电动机 Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT交流电动机交流电动机电动机电动机直流

3、电动机直流电动机鼠笼式鼠笼式绕线式绕线式异步机异步机同步机同步机他励、异励、串励、复励他励、异励、串励、复励鼠笼式异步交流电动机授课内容：鼠笼式异步交流电动机授课内容： 基本结构、工作原理、基本结构、工作原理、 机械特性、控制方法机械特性、控制方法 电动机的分类电动机的分类 Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUTYBZXAC转子转子定子定子定子绕组定子绕组（三相）（三相）机机 座座鼠笼转子鼠笼转子 气隙气隙 定子定子7.2 三相异步电动机的结构与工作原理三相异步电动机的结构与工作原理一、三相异步机的结构一、三相异步机的结构 Fundame

4、ntal Theory of Electrical EngineeringLUT Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT 结构简单、价格低廉、工作可靠；不能人为改结构简单、价格低廉、工作可靠；不能人为改变电动机的机械特性。变电动机的机械特性。 结构复杂、价

5、格较贵、维护工作量大；转子结构复杂、价格较贵、维护工作量大；转子外加电阻可人为改变电动机的机械特性。外加电阻可人为改变电动机的机械特性。 Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUTn0neiNSf磁铁磁铁闭合闭合线圈线圈e e方向用方向用右手定则右手定则确定确定f f方向用方向用左手定则左手定则确定确定磁场旋转磁场旋转二、二、 三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理 Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT磁极旋转磁极旋转导线切割磁力线产生感应电动势导线切割磁力线产生感应电动势v

6、lBe导线长导线长磁感应强度磁感应强度切割速度切割速度（右手定则）（右手定则）闭合导线产生电流闭合导线产生电流 i（左手定则）（左手定则）通电导线在磁场中受力通电导线在磁场中受力ilBfn0neiNSf Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT1. 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：2. 线圈比磁场转得慢线圈比磁场转得慢0nn异步异步n0neiNSf Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT1 1、旋转磁场的产生、旋转磁场的产生AYCBZAiBiC

7、imIt0n( () )电流出电流出( ( ) )电流入电流入X240sin120sinsintIitIitIimCmBmA Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT0tAiBiCimItBiAXBYCZAiCi合成磁场方向：合成磁场方向：向下向下AXYCBZNS Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT 180tXBZ0nAYC 60tAXYCBZSN0n60A 120tXYCBZ0nAiBiCitmI异步机异步机中中, ,旋转旋转磁场代磁场代替了旋替了旋转磁极转磁极 Fundamen

8、tal Theory of Electrical EngineeringLUT2、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：换接其中两相。改变电机的旋转方向：换接其中两相。AiBiCimIt Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT3 3、旋转磁场的转速大小、旋转磁场的转速大小分）转 /( 600fn 一个电流周期，旋转磁场在空间转过一个电流周期，旋转磁场在空间转过360360电流频率为电流频率为 f ，则磁场，则磁场1/f秒旋转秒旋转1圈，每秒旋转圈，每秒旋转f圈。每分钟旋转：圈。每分钟

9、旋转：同步转速同步转速分转/3000,500nHzf Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT极对数（极对数（P）的概念）的概念BiAXBYCZAiCi1p此种接法下，合成磁场只有一对磁极，则极对数为此种接法下，合成磁场只有一对磁极，则极对数为1。即：即：AXYCBZNS Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT极对数（极对数（P）的改变）的改变CYABCXYZAXBZAiBiCi 将每相绕组分成两段，按右下图放入定子槽内。形将每相绕组分成两段，按右下图放入定子槽内。形成的磁场则是两对磁

10、极。成的磁场则是两对磁极。X AAXBYBYCZCZ Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT极对数极对数2pAXX ANSSNZCZCBYBYCYABCXYZAXBZAiCiBiAiBiCimIt0t Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUTXNSASNZBX AYCZBCY0t分）转/( 600pfn 60t A0nAZXXCZCSNSN30极对数和转速的关系极对数和转速的关系AiBiCimIt Fundamental Theory of Electrical Engineering

11、LUT)/( 6010分分转转pfn 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度同步转速同步转速)f(Hz501 3p120分）转/( 00014p分分）转转/( 75090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有关。有关。 Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT电动机转速和旋转磁场同步转速的关系电动机转速和旋转磁场同步转速的关系电动机转速（额定转速）电动机转速（额定转速）:n电机转子转动方向与磁场旋转的方向一致，电机转子转动

12、方向与磁场旋转的方向一致， 但但 异步异步电动机电动机0nn 无转距无转距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无转子电动势（转子导体不切割磁力线）无转子电动势（转子导体不切割磁力线）无转子电流无转子电流提示提示：如果如果0nn Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT 转差率转差率 的概念：的概念：( ) s%10000nnns异步电机运行中异步电机运行中:%91s转差率为旋转磁场的同步转速和电动机转速之差。转差率为旋转磁场的同步转速和电动机转速之差。电动机起动瞬间电动机起动瞬间:1 ,0sn（转差率最大）（转差率最大）

13、01ss范 围 ：转差率最小），转子最大转速(00snn Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT分）转/( 6010pfn %10000nnns转子感生电流的频率：转子感生电流的频率：pnnf6002100060sfpnnnnpnf6001 Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT例：三相异步电动机例：三相异步电动机 p=3，电源，电源f1=50Hz，电机额定，电机额定 转速转速n=960r/min。求：转差率求：转差率s，转子电动势的频率，转子电动势的频率f2min/10003506

14、06010rpfn同步转速：同步转速：04. 01000960100000nnns转差率：转差率：Hzsff25004.01200nnns Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT一、三相异步电动机的一、三相异步电动机的“电磁电磁”关系关系 7.3 三相异步电动机的电路分析三相异步电动机的电路分析i2R1R2i1u1e1e 1e2e 2 ：漏磁通：漏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、定子电路定子电路转子电路转子电路 Fundamental Theory of

15、 Electrical EngineeringLUT11111111124.442mmmmUN N fUEUf N R1R2i1u1e1e 1e2e 21111111ui ReedeNdt 设：设：tsin1m则：则：tNum1111cos定子边：定子边： Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUTR1R2i1u1e1e 1e2e 2转子边：转子边：22222222ei Redii RLdt22 22 2ER IjX ImNfE22244.4f2：转子感应电动势的频率N2：转子线圈匝数2f取决于转子和旋转磁场的相对速度12sff 1114.4

16、4mEf N Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUTR1R2i1u1e1e 1e2e 2202122222sXLsfLfX22212204.444.44mmEf N sf N sE当当n=0，s=1时：时：由于由于f1=f2，E2最大。最大。20124.44,mEf N Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT22022202)(sXRsEI222222XREI转子电流转子电流22222ER IjX I220XsX220EsE220222222222)(cossXRRXRR转子转子功率

17、因数功率因数 Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT202SXRs 很很小小时时1cos2 s1cos2 202XRss 较较大大时时)(0002nnIs 2202220max21XREIs )(2 Isn)cos(2 sn 结论：结论：转子转动时，转转子转动时，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。 Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT例：三相异步电动机，例：三相异步电动机，p=2，n=1440 r/min，转子，转

18、子R2=0.02 ，X20=0.08 ， E20=20V， f1= 50Hz。启动时启动时I2（st）额定转速下的额定转速下的I2（N）22022202)(sXRsEIs=1A242)08.0()02.0(20)(222202220XRE04. 0150014401500sA40)08.004.0()02.0(2004.0)(222202220sXRsE Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT 电磁转矩电磁转矩 T：转子中各载流导体在旋转磁场的作用下转子中各载流导体在旋转磁场的作用下,受到电磁力所形成的转距之总和。受到电磁力所形成的转距之

19、总和。22cosIKTmT常数常数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2cos一、转矩公式一、转矩公式（牛顿（牛顿 米）米） 7.4 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性22cos, , IT Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT22cosIKTmT21220222)(UsXRsRKT得到得到转矩公式转矩公式22022202)(sXRsEI2202222)(cossXRR将其中参数代入：将其中参数代入：11144.4NfUm Fundamental Theory of Electrical Engineeri

20、ngLUT21220222)(UsXRsRKT 21U Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUTmaxTmSNSOTS曲曲线线)(sfT 曲曲线线)(Tfn 22022212)(sXRUsRKT NnmaxTstTOnTNT0nstT1NT二、机械特性曲线二、机械特性曲线 Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUTn1TnTmTst)(Tfn 机械特性曲线机械特性曲线TL启动：启动：TstTL (负载转矩负载转矩)，电机启动，电机启动转速转速n ，转矩，转矩T cc点：转矩达最大点：转矩达

21、最大Tm ，转速，转速n继续继续 ，T ，沿，沿cb走走bb点：点：T=TL，转速，转速n不再上升，稳定运行不再上升，稳定运行 若若TL ，暂时，暂时T TL,n s I2 T n 电动机的自适应负载能力电动机的自适应负载能力常用特常用特性段性段s=0s=1 Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT1U21220222)(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21 UT0Tn0) 0(nnsSTTTUmax1结论：结论：和电压的关系和电压的关系 Fundamental Theory of Electrical E

22、ngineeringLUT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。 2Rmsms0TnstTstT mmssststTT结论：结论： 21220222)(UsXRsRKT Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT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

23、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不同场合应选用不不同场合应选用不同的电机。如金属同的电机。如金属切削，选硬特性电切削，选硬特性电机；重载起动则选机；重载起动则选软特性电机。软特性电机。 Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT1、三个重要转矩、三个重要转矩n1TnNT额定转矩额定转矩 ：电机在额定电压下，以额电机在额定电压下，以额定转速定转速 运行，输出额运行，输出额定功率定功率 时，电机转轴时，电机转轴上输出的转矩。上输出的转矩。NPNn( 1 )NTnN20

24、2CTTTTT222260nPTT Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT9550260NNNNNPPTnn（牛顿（牛顿米）米）千瓦千瓦转转/分分nPnPT229550602 Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT 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。求解求解0TS21220222)(UsXRsRKTTs10smTm202XRsm2021max21XKUT

25、Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT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 II2021max21XKUT Fundamental Theory of Electric

26、al EngineeringLUTstT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。n1TnstT21220222)(UsXRsRKT0n1)(s 其中其中则则21220222)(UXRRKTstLstTT stT体现了电动机带载起动的能力。若体现了电动机带载起动的能力。若 电机能电机能起动，否则将起动不了。起动，否则将起动不了。1.02.2stNTT Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT例：三相异步电动机，额定功率例：三相异步电动机，额定功率PN=10kW，额定转速额定转速nN=1450r/min，启动能力，启动

27、能力Tst/TN=1.2，过载，过载系数系数 =1.8。)/()(9550分转千瓦NNNnPT（1）额定转矩）额定转矩TN米牛顿9 .651450109550（2）启动转矩）启动转矩Tst792.1NstTT（3）最大转矩）最大转矩Tm6 .1189 .658 . 1NmTT Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT 7.5 三相异步电动机的使用三相异步电动机的使用一、三相异步机铭牌与技术数据一、三相异步机铭牌与技术数据 Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT1. 型号型号 Y 132

28、M4 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/分分异步电动机产品名称代号异步电动机产品名称代号060 (/fnp转 分） Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT转差率转差率0.04 150014401500s2. 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3. 联接方式联接方式 ： Y/ 接法接法ABCXYZ接线盒：接线盒： Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUTAB CZX YA B CZX YABCXYZAZB

29、YXC Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT4. 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 。线线电电压压AZBYXC线线电电压压ABCXYZ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； 当线电压为当线电压为220V时采用时采用 接法。接法。 Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT

30、5. 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。6. 额定功率：额定功率： 额定功率指电机在额定运行时轴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： 2P1P12PPCOSIUPNN31其中其中鼠笼电机鼠笼电机 =7293 Fundamental Th

31、eory of Electrical EngineeringLUT 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：实用中应注意：实用中应选择合适容量的选择合适容量的电机，电机，防止防止“大大马马”拉拉“小车小车”的现象。的现象。7. 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数，不一等参数，不一 一介绍。一介绍。cos 1 Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUTA2849230880

32、380310453. 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，定子动机，定子绕组绕组型联结，其额定数据为：型联结，其额定数据为：P2N=45kW,nN=1480r/min，UN=380V， N=92.3%，cos N=0.88， Ist/IN=7.0, Tst/TN=1.9，Tmax/TN=2.2，求：，求： Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT 2）由由nN=1480r/min，可知，可知 p=2 （四极电动机）（四极电动机）minr 15000/n 013. 01500148

33、0150000N nnns 3）mN 429014804595509550NN2N .nPTmN 9638429022)(NNmaxmax .TTTTmN 8551429091)(NNstst .TTTT Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT二、二、 三相异步机的起动三相异步机的起动stI起动电流起动电流 ：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

34、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： Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT三相异步机的起动方法：三相异步机的起动方法：（1） 直接起动。二三十千瓦以下的异步电动机一般直接起动。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。（2） 降压起动。降压起动。Y 起动起动自耦降压起动自耦降压起动（3）转子串电阻起动。）转子串电阻起动。 Fundamental Theory of Electrical Engineeri

35、ngLUT1、Y 起动：起动： 正常正常运行运行lUAZBYXClI 起动起动ABCXYZlUlYIZUIllY33ZUIll设：电机每相阻抗为设：电机每相阻抗为z31llYII Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUTAZBYXC正常正常运行运行UPABCXYZ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载起动的场合)(2UTSTY 起动起动也时sts

36、tTI,。 Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT例例: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解：解：（2）31llYIIIst Y = Ist /3=140/3=47A Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT2、自耦调压起动：、自耦调压起动： Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT F