第13讲电动机

1、电工电子技术电工电子技术 谭甜源、张立宏谭甜源、张立宏 办公地点：办公地点：3 3教教33123312 手手 机：机：1592725685415927256854 E-Mail: E-Mail: QQ: QQ: 8238323582383235 QQ QQ群：群： 213738876213738876第三次作业参考答案基本定律基本定律mRF 磁阻磁阻SlRm磁感应磁感应强度强度SB 安培环路安培环路定律定律HLNI0磁磁 路路IN欧姆定律欧姆定律电阻电阻电流电流强度强度克氏克氏电压定律电压定律克氏克氏电流定律电流定律0IUEREI SlRSIJ磁路基本定律磁路基本定律电电 路路R+_EI回顾回

2、顾 Nui 设设： = msin t1. 感应电动势与磁通的关系感应电动势与磁通的关系tNedd ee tNedd e = N mcos t = Emsin( t 90 )mmm2 fNNE mmm44. 4222 fNfNEE 感应电动势的有效值：感应电动势的有效值：+回顾回顾2. 外加电压与磁通的关系外加电压与磁通的关系uFm= iN uR= iR ( (主磁通主磁通) ) ( (漏磁通漏磁通) )由由 KVL： u = iR e e 所以所以 u e因为因为 R 和和 e 很小，很小，U 的有效值的有效值U E = 4.44 f N mU = 4.44 f NBmStNedd tNedd

3、 Nui ee +回顾回顾 1N1i1一次绕组一次绕组二次绕组二次绕组变压器的工作原理变压器的工作原理tNedd11 tNedd111 tNedd22 AXax变压器符号变压器符号Axu1+e1+e 1 +N2e2u20axSZLi2+回顾回顾:1K1122ENKEN120UKU变压器空载时：变压器空载时：U1 E1 U20 = E2 根据电压平衡方程：根据电压平衡方程：变电压变电压aSZLN1I1= N2 I2N1N2AXx I1E2 U2 E1 U1 E 1 I2变电流变电流有效值有效值I0 = I1N ( (2. 5) )根据磁通守恒：根据磁通守恒：012211INININ 02211

4、ININ2211ININ KNNII11221 + E 2 +回顾回顾变压器接负载：变压器接负载：ZL= U1I1ZL= U2I2= nU2I2/K= K2 U2I2 = K2 ZLZL= K2 ZL变阻抗变阻抗I2KZLU2U1I1Z0ZLE可利用变压器进行阻抗匹配可利用变压器进行阻抗匹配阻抗等效变换阻抗等效变换|ZL|= K2 |ZL |+回顾回顾历届考题历届考题选择题选择题1、一个交流铁心线圈，分别接在电压相同而频率不同、一个交流铁心线圈，分别接在电压相同而频率不同f1f2的的交流电源上，此时两种情况下的磁感应强度交流电源上，此时两种情况下的磁感应强度B1和和B2关系为（关系为（ ）A）

5、B1 B2 ； B）B1f2的的交流电源上，此时两种情况下的线圈的电流交流电源上，此时两种情况下的线圈的电流I1和和I2关系为（关系为（ ）A）I1I2 ； B）I1 I2 ；C） I1= I2 ； D）无法确定）无法确定 B3、两交流铁心线圈匝数不同（、两交流铁心线圈匝数不同（ N12m；B）1m2m；C）1m= 2m；D）无法确定）无法确定 A历届考题历届考题选择题选择题4、输出变压器一次侧匝数为、输出变压器一次侧匝数为N1，二次绕组有匝数为，二次绕组有匝数为N2和和N3的两个抽头。将的两个抽头。将16的负载接的负载接N2抽头，或将抽头，或将4的负载接的负载接N3抽头，它们换算到一次侧的阻

6、抗相等，均能达到阻抗匹配，抽头，它们换算到一次侧的阻抗相等，均能达到阻抗匹配，N2 N3应为（应为（ ）。）。A）1:4； B）1:1； C） 2:1; D) 4:1; E)1:2C5、一个、一个RL=8的负载，经理想变压器接到信号源上。信号的负载，经理想变压器接到信号源上。信号源的内阻源的内阻RO=800，变压器一次绕组的匝数，变压器一次绕组的匝数N1=1000匝，若匝，若要通过阻抗匹配使负载得到最大功率，则变压器二次绕组要通过阻抗匹配使负载得到最大功率，则变压器二次绕组的匝数的匝数N2应为（应为（ ）。）。 A）100匝；匝； B）1000匝；匝； C） 500匝匝 D） 10000匝匝A

7、历届考题历届考题填空题填空题1、有一交流铁心线圈，如将铁心截面积加倍，线圈的匝数、有一交流铁心线圈，如将铁心截面积加倍，线圈的匝数和电源电压保持不变，则铁心中的磁感应强度和电源电压保持不变，则铁心中的磁感应强度 （加（加倍、不变、减半）、线圈中的电流倍、不变、减半）、线圈中的电流 （加倍、不变、（加倍、不变、减减 半）。半）。减半减半减半减半U E = 4.44 f N mU = 4.44 f NBmSm10mmRNiRFm2、某信号源的电压、某信号源的电压Us=10V，内阻，内阻Rs=1，通过变比为通过变比为k的的理想变压器接理想变压器接RL=4负载，为使负载电阻能够得到最大负载，为使负载电

8、阻能够得到最大的输出功率，变比的输出功率，变比k应该取值为应该取值为 ，此时，此时RL所消耗的功所消耗的功率为率为 W。0.5253、信号源电压、信号源电压Us=1V，内阻，内阻Rs=1，通过变比为，通过变比为k=2的理的理想变压器接负载，为使负载电阻获得最大输出功率，想变压器接负载，为使负载电阻获得最大输出功率，RL应该取值应该取值 ，此时，此时RL所消耗的功率为所消耗的功率为 W。0.250.25历届考题历届考题计算题计算题一、电路如图所示，一、电路如图所示，n为何值时为何值时RL获得最大功率，其中获得最大功率，其中Pmax=？解：解：2500Ln R US5000VRL 5005n：1根

9、据最大功率传输定理和变压器的阻抗变换功能则有：10n 可得：2max05005001251000SLLUPRWRRU2N 应比满载运行时的输出电压应比满载运行时的输出电压 U2 高出高出 5% 10%。10.3.2 变压器的特性和额定值变压器的特性和额定值N1N1N2N2NIUIUS N1N1N2N2N33IUIUS N1N1NIUS 容量：容量： 21PP 一次侧输入功率：一次侧输入功率： cos222IUP 输出功率：输出功率： 变压器运行变压器运行时的功率取时的功率取决于负载的决于负载的性质性质A 14440031010033N2NN2 USIA 629600031010033N1NN1

10、.USI 0033CuFe22119724006001010010100.PPPP 00332169724002160010100211010021. 2 1 1 自耦变压器自耦变压器KNNIIKNNUU112212121ABP1u2u1i2iLR1N2N 使用时，改变滑动端的位置，便可得到不同的使用时，改变滑动端的位置，便可得到不同的输出电压。实验室中用的调压器就是根据此原理输出电压。实验室中用的调压器就是根据此原理制作的。制作的。注意：原、副边千万不能对调使用，注意：原、副边千万不能对调使用，以以防变压器损坏。因为防变压器损坏。因为N变小时，磁通增大，电流变小时，磁通增大，电流会迅速增加。

11、会迅速增加。10.3.3 10.3.3 特殊变压器特殊变压器各式各样的调压器手柄手柄接触臂接触臂绕组 与普通变压器相比较不同点在于一次、二次绕组不仅有磁的联系，而且有电的直接联系。所以在使用中要注意安全，操作不当就会造成事故。2 2 电压互感器：用低量程的电压表测高电压电压互感器：用低量程的电压表测高电压1. 副边不能短路，以副边不能短路，以 防产生过流；防产生过流；2. 铁心、低压绕组的铁心、低压绕组的 一端接地，以防在一端接地，以防在 绝缘损坏时，在副绝缘损坏时，在副 边出现高压。边出现高压。使用注意：使用注意：VR N1（匝数多）（匝数多）保险丝保险丝 N2（匝数少）（匝数少）u（被测电

12、压）（被测电压）电压表电压表被测电压被测电压=电压表读数电压表读数 N1/N23 3 电流互感器：用低量程的电流表测大电流电流互感器：用低量程的电流表测大电流（被测电流）（被测电流）N1（匝数少）（匝数少）N2（匝数多）（匝数多）ARi1i2电流表电流表被测电流被测电流=电流表读数电流表读数 N2/N11. 副边不能开路，以副边不能开路，以 防产生高电压；防产生高电压；2. 铁心、低压绕组的铁心、低压绕组的 一端一端 接地，以防在接地，以防在 绝缘损坏时，在副绝缘损坏时，在副 边出现过压。边出现过压。使用注意事项：使用注意事项：返回电压互感器电压互感器电流互感器电流互感器钳型电流表钳型电流表几

13、种仪用互感器 10.4 10.4 异步电动机异步电动机电动机电动机直流电动机直流电动机交流电动机交流电动机同步电动机同步电动机异步电动机异步电动机三相、三相、单相单相发电机发电机旋转旋转电机电机 本课程以生产中应用最广泛的本课程以生产中应用最广泛的三相异步电动机（动力）三相异步电动机（动力）为例介绍交流电动机。为例介绍交流电动机。动力电机动力电机控制电机控制电机电动机电动机实现电能和机实现电能和机械能的转换械能的转换10.4.1 10.4.1 三相异步电动机的构造三相异步电动机的构造三相异步电动机主要部件是由定子和转子两大部分三相异步电动机主要部件是由定子和转子两大部分组成。此外，还有端盖、机

14、座、轴承、风扇等部件。组成。此外，还有端盖、机座、轴承、风扇等部件。三三相相异异步步电电动动机机的的结结构构分分解解示示意意图图端盖端盖机座机座定子定子轴承轴承定子定子转子转子轴承轴承端盖端盖机座机座1. 定子定子三相异步电动机的定子是由机座、定子铁心和定子三相异步电动机的定子是由机座、定子铁心和定子绕组组成。绕组组成。定子绕组定子绕组机座机座铁心铁心定子铁心是由冲有槽孔的硅钢片叠压而成。定子铁心是由冲有槽孔的硅钢片叠压而成。定子硅钢片定子硅钢片在定子槽孔中放置三相彼此独立的绕组。在定子槽孔中放置三相彼此独立的绕组。AXBYCZABCZXYAXBYCZAXBYCZABCZXY定子绕组定子绕组星

15、接星接定子绕组定子绕组角接角接端子端子AZBXCY电流的流入端用电流的流入端用 + 表示表示 电流的流出端用电流的流出端用 表示表示在定子槽孔中放置三相彼此独立的绕组。在定子槽孔中放置三相彼此独立的绕组。定子绕组定子绕组AXBYCZiAiBiCuAuBuCiAiBiCABCXYZ+ 笼型转子是由嵌放在转子铁心槽内的导电条组成，笼型转子是由嵌放在转子铁心槽内的导电条组成，在转子铁心的两端各用一个导电端环把所有的导电条在转子铁心的两端各用一个导电端环把所有的导电条连接起来。连接起来。笼笼型型转转子子2. 转子转子笼型转子的电动机称鼠笼式电动机笼型转子的电动机称鼠笼式电动机鼠笼式鼠笼式绕线式绕线式定

16、子绕组与转子绕组定子绕组与转子绕组定子绕组定子绕组转子绕组转子绕组AZBXCY+电流的流入端用电流的流入端用 + 表示表示 电流的流出端用电流的流出端用 表示表示绕绕线线型型转转子子铁铁心心与与绕绕组组绕线式电动机绕线式电动机其转子绕组其转子绕组外接电阻外接电阻电刷电刷滑环滑环转子铁心转子铁心转子绕组转子绕组 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。n0nei2 2

17、异步电动机的工作原理异步电动机的工作原理NSf磁铁磁铁闭合闭合线圈线圈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vlBe（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ilBff1. 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. 线圈比磁场转得慢线圈比磁场转得慢0nnn0neiNSf三相异步机的工作原理三相异步机的工作原理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：在旋转磁场转子：在旋转磁场作用下，产生感应作用下，产

18、生感应电动势或电流。电动势或电流。三相定子绕组：三相定子绕组：产生旋转磁场。产生旋转磁场。iAiBiCABCXYZiA = Imsin tiB = Imsin( t 120 )iC = Imsin( t + 120 )iAiBiC相序相序 A-B-C-A对称三相电流对称三相电流流入流入 对称三相绕组。对称三相绕组。 tiO1） 旋转磁场的产生旋转磁场的产生iA t = 0 tiAZBXCYiA = 0iB 为为负负值值iC 为为正正值值NS0电流的流入端用电流的流入端用 + 表示表示 iBiC电流的流出端用电流的流出端用 表示表示O t t = 60iAZBXCYNS60iC = 0iB 为为

19、负负值值iA 为为正正值值iAiBiCO t = 90AZBXCYNS90iA 为为正正值值iB 为为负负值值iC 为为负负值值 tiiAiBiCO t = 180AZBXCYiA = 0iB 为为正正值值iC 为为负负值值180NS tiiAiBiCO t = 0AZBXCYNS0N t =180 AZBXCYS180 t = 90AZBXCYNS90 t 60 AZBXCYNS60空间相差空间相差 120 角的三相绕组，通入对称三相电流角的三相绕组，通入对称三相电流时，产生的是一对磁极的旋转磁场，当电流经过一个周时，产生的是一对磁极的旋转磁场，当电流经过一个周期变化时，磁场也沿着顺时针方向

20、旋转了一周期变化时，磁场也沿着顺时针方向旋转了一周( (在空间在空间旋转的角度为旋转的角度为360) )。综上分析可以得出：综上分析可以得出：分）转 /( 600fn tiiAiBiCOABCXYZiAiC90 600 AZBXCYNS0AZBXCYNS60相序相序 A-C-B-AAZBXCYNS90iB2) 改变旋转磁场的转向改变旋转磁场的转向 改变流入三相绕组的电流相序，就能改改变流入三相绕组的电流相序，就能改变旋转磁场的转向；改变了旋转磁场的转向，变旋转磁场的转向；改变了旋转磁场的转向，也就改变了三相异步电动机的旋转方向。也就改变了三相异步电动机的旋转方向。综上分析可以得出：综上分析可以

21、得出：3)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：AXYCBZNSCYABCXYZAXBZAiBiCi极对数（极对数（P）的改变）的改变X AAXBYBYCZCZ极对数极对数2pAXX ANSSNZCZCBYBYAiBiCimItCYABCXYZAXBZAiBiCiXNSASNZBX AYCZBCY0t060 (/2fn 转 分） 60t A0nAZXXCZCSNSN30极对数和转速的关系极对数和转速的关系AiBiCimIt)/( 6010分分转转pfn 2p180分）转/

22、( 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/( 750904)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电动机转速: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

23、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。即：转差率为旋转磁场的同步转速和电动机转速之差。即：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） 例例 10-4 一台异步电动机的额定转速一台异步电动机的额定转速 nN =735 r/min，电源频率电源频率f= 50 Hz。求：磁极对数。求：磁极对数p和额定转差率和额定转差率sN。 解解 p = 4因为异步电动机的额定转速因为异步电动机的额定转速n nN N略低于同步转速略低于同步转速n n0 0，而，而f=50Hzf=50Hz

24、时，时，n n0 0=60=6050/p50/p，略高于，略高于n nN N的的n n0 0只能是只能是750r/min,750r/min,故磁极对数：故磁极对数：%67.2%100750735-750%10000nnns1 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 ：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、10.4.2 10.4.2 异步电动机的转矩与机械特性异步电动机的转矩与机械特性定子电路定子电路R1jX11I1U1SE1E

25、转子电路转子电路R2jX22I2SE2EZ1 = R1 + jX1 定子的内阻抗：定子的内阻抗：U1 E1= 4.44 f1N1 m m： 旋转磁场每极磁通最大值旋转磁场每极磁通最大值N1：每相定子绕组匝数每相定子绕组匝数f1： 定子电流频率定子电流频率1) 定子电路定子电路11111IREEUS 111IZE 1111)j(IXRE 忽略忽略 Z111EU 定子电路定子电路R1jX11I1U1SE1E2) 转子电路转子电路a） 转子感应电动势频率转子感应电动势频率 f260)(02nnpf 1000260)(sfpnnnnf Hz)50(Hz5 . 45 . 012 ff转子电路转子电路R2

26、jX22I2SE2E定子导体与旋转磁场间的相对速度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变化对速度随转子的转速不同而变化 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旋转磁场切割定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 mE20= 4.44 f 1N2 m即即E2= s E20 2122222LfsLfX X20= 2 f1L 2即即X2= sX20 222222XREI 2202220)(sXRsE )(0002nnIs 2202220max21X

27、REIs 220222222222)( cossXRRXRR 202SXRs 很很小小时时1cos2 202XRss 较较大大时时2cos0,s且随着的增大而减小2202220222222)( XREXREIss 2202222)(cosXRRs 变变化化曲曲线线随随、SI cos22 )(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。I2cos 2s1I2,2cos O2. 三相异步电动机的电磁转矩三相异步电动机的电磁转矩T 22Tcos IKT 常数，与电常数，与电机

28、结构有关机结构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 2 , TI 载流导体在磁场中要受到载流导体在磁场中要受到洛仑磁力洛仑磁力的作用而运动，由的作用而运动，由于电动机转子结构的特点，使得载流转子在磁场中受到于电动机转子结构的特点，使得载流转子在磁场中受到了力偶的作用，该力偶产生的力矩在电机学中称为电磁了力偶的作用，该力偶产生的力矩在电机学中称为电磁转矩。转矩。22T122220()sRTKURsX22 cos IKTT 22022202)( XREIss 2202222)(cosXRRsmNfU11144.4由前面分析知：由前面分析知

29、：E20= 4.44 f 1N2 m21220222)(UsXRsRKT 21U 最大转矩可以这样来确定，即根最大转矩可以这样来确定，即根据函数求极值的方法，求出产生最据函数求极值的方法，求出产生最大转矩时对应的大转矩时对应的s，然后代回转矩，然后代回转矩公式即可求得最大转矩。公式即可求得最大转矩。当当s=00.2 s2X2020 TsU12 2201sXT 当当s很大时很大时 s2X202R22 1 1）转矩特性曲线）转矩特性曲线22022212sXRUsRKT当当U1, f1, R2, X20,为常数时，作为常数时，作T=f（s）的曲线）的曲线202XRsm2 2）特定转矩及参数）特定转矩及参数 2021max2XUKT最大转矩最大转矩T Tmaxmax起动转矩起动转矩Tst0d