电动机原理与_EQ_AQ

1、6.1 三相异步电动机三相异步电动机的结构与转动原理的结构与转动原理 是把交流电能转变为机械能的动力机械，是把交流电能转变为机械能的动力机械，广泛广泛（如：（如：机床、纺织机械、起重机、矿山机床、纺织机械、起重机、矿山机械等）、机械等）、（脱粒机、粉碎机、水泵及加工机械（脱粒机、粉碎机、水泵及加工机械等）、等）、（电风扇、空调、洗衣机、电冰箱及小（电风扇、空调、洗衣机、电冰箱及小功率电动工具等）。功率电动工具等）。电动机电动机发电机发电机电机电机直流电机直流电机交流电机交流电机（笼型、笼型、 绕线型）绕线型）特殊电机特殊电机接线盒接线盒转轴转轴机座机座定子定子铁心铁心定子定子绕组绕组接线盒接线

2、盒端盖端盖罩壳罩壳风扇风扇转子转子主要部件是由定子和转子两大部分组成。主要部件是由定子和转子两大部分组成。此外，还有端盖、轴承、风扇等部件。此外，还有端盖、轴承、风扇等部件。转轴转轴 三相异步电动机的定子三相异步电动机的定子是由机座、定子铁心和定是由机座、定子铁心和定子绕子绕 组组成。组组成。定子绕组定子绕组机座机座铁心铁心U1U2 三相异步电动机的转子三相异步电动机的转子是由转子铁心、转子绕是由转子铁心、转子绕 组组和转轴组成。和转轴组成。铁心铁心转子绕组转子绕组转轴转轴（转子铁心槽内嵌有铸铝导条）（转子铁心槽内嵌有铸铝导条）（转子铁心槽内嵌有三相绕组）（转子铁心槽内嵌有三相绕组） 三相异步

3、电动机的定子三相异步电动机的定子铁心中放入三相定子绕铁心中放入三相定子绕 组。组。定子定子绕组绕组U U1 1U U2 2V V1 1V V2 2W W1 1W W2 2U U1 1V V1 1W W1 1i iu ui iv vi iw w t t0 02 2 i iu ui iw wi iv vi itIi sinmu )120sin(Omv tIi )120sin(Omw tIi t =0i iu u= 0= 0i iv v为为负负值值i iw w为为正正值值U U1 1V V1 1V V2 2W W1 1W W2 2U U2 2+ + +U U1 1V V1 1V V2 2W W1 1

4、W W2 2U U2 2+ + + t=0360240120 t = 120 t = 240 t = 360U U1 1V V1 1V V2 2W W1 1W W2 2U U2 2+ + +U U1 1V V1 1V V2 2W W1 1W W2 2U U2 2+ + + U-V-W-U t t0 02 2 i iu ui iw wi iv vi i 空间相差空间相差120 120 角的三角的三相绕组，通入对称三相电流相绕组，通入对称三相电流时，产生的是一对磁极的旋时，产生的是一对磁极的旋转磁场，转磁场， 如果改变流入三相绕组的电流相序如果改变流入三相绕组的电流相序, ,就能就能改变旋转磁场的

5、旋转方向，三相异步电动机改变旋转磁场的旋转方向，三相异步电动机的旋转方向也就跟着改变的旋转方向也就跟着改变。U U1 1V V1 1V V2 2W W1 1W W2 2U U2 2+ + +U-V-W-Un1U U1 1V V1 1V V2 2W W1 1W W2 2U U2 2+ + +U U1 1V V1 1V V2 2W W1 1W W2 2U U2 2+ + +U U1 1V V1 1V V2 2W W1 1W W2 2U U2 2+ + + t t0 0i iu ui iw wi iv vi i t=0360240120U U1 1V V1 1W W1 1i iu ui iw wi

6、iv vU U1 1V V1 1V V2 2W W1 1W W2 2U U2 2+ + + t = 120U U1 1V V1 1V V2 2W W1 1W W2 2U U2 2+ + +U U1 1V V1 1V V2 2W W1 1W W2 2U U2 2+ + + t=0 t = 240 把三相异步电动机的三把三相异步电动机的三根线任意调换两根与电源相根线任意调换两根与电源相接，电动机旋转方向反向。接，电动机旋转方向反向。 t = 360 旋转磁场的磁极对数旋转磁场的磁极对数p与取决于三相定子绕组的结与取决于三相定子绕组的结构和连接方式。构和连接方式。pfn1160 (转转/每分）每分）

7、电源频率电源频率电动机的磁极对数电动机的磁极对数7501000150030004321pn(转转/每分每分)U U1 1U U2 2V V1 1V V2 2W W1 1W W2 2+ + +SN+ff转子转子转速转速n异步电动机原理图异步电动机原理图+转子转子定子定子磁场转速磁场转速n1n 三相异步电动机转子在旋三相异步电动机转子在旋转磁场的作用下转动起来，其转磁场的作用下转动起来，其转向与旋转磁场的转向相同。转向与旋转磁场的转向相同。磁场转磁场转速速n1转子转子感应电感应电动势动势(电流电流)n = (1s) n1转差率：转差率：0 s sN= 0.01 0.061 11 1n nn nn

8、ns s 例例6.1 一台额定转速为一台额定转速为1450r/min的三相异步电动机，的三相异步电动机，求：求：额定转差率。额定转差率。解：解：速速）旋旋转转磁磁场场转转速速（同同步步转转 1 1n n转子转速转子转速 n因为因为sN= 0.01 0.06，所以该电动机为，所以该电动机为4极电机，极电机，旋转磁场转速为旋转磁场转速为1500 r/min。033033. .0 01500150014501450150015001 1N N1 1N N n nn nn ns s6.2 三相异步电动机的三相异步电动机的电磁转矩与机械特性电磁转矩与机械特性 电动机的电动机的电磁转矩电磁转矩是由是由和定

9、和定子子相互作用产生的。相互作用产生的。 电磁转矩的大小与转子电流的有功分量电磁转矩的大小与转子电流的有功分量(I2a)、旋、旋转磁场的强弱转磁场的强弱( 0)成正比。成正比。2 22 20 0T Ta a2 20 0T Te em mc co os s I IC CI IC CT T T TC C与电动机结构有关的常数与电动机结构有关的常数2 2coscos 转子回路的功率因数转子回路的功率因数电磁转矩与电动机参数之间的关系：电磁转矩与电动机参数之间的关系：2 22 20 02 22 22 22 21 1T Te em m) )( (s sX XR Rs sR RU UC CT T 2 22

10、 20 02 22 22 22 21 1T Te em m) )( (s sX XR Rs sR RU UC CT T T TC C 电动机结构常数电动机结构常数 U1 电动机电源电压，电源电压波动对电动机的转电动机电源电压，电源电压波动对电动机的转矩影响很大。矩影响很大。 R2 电动机转子绕组电阻。电动机转子绕组电阻。 X20 电动机转子不转时，转子绕组的漏抗。电动机转子不转时，转子绕组的漏抗。 S 电动机的转差率电动机的转差率。STem10TstTmsmsNTNTem = f (S) TN 额定转矩额定转矩2 22 20 02 22 22 22 21 1T Te em m) )( (s s

11、X XR Rs sR RU UC CT T Tm 最大转矩最大转矩Tst 起动定转矩起动定转矩电动机的电磁转矩与电动机的电磁转矩与转差率之间的关系转差率之间的关系当当 U1 、R2 、X20为固定值时，为固定值时， 电动机的电磁转矩与转速之间的关系曲线。电动机的电磁转矩与转速之间的关系曲线。1 1) )1 1( (n ns sn n Tem = f (S)n = f (Tem)稳定运行时，电动机轴上输出的稳定运行时，电动机轴上输出的转矩等于负载转矩转矩等于负载转矩 Tem T2稳定运行区域：稳定运行区域：AB段段当负载转矩发生变化时，当负载转矩发生变化时，电动机能自动调节到新的电动机能自动调节

12、到新的稳定运行状态。稳定运行状态。如：如：在在N点稳定运行点稳定运行，TN=T2，当当T2 ，n , Tem ,2 2ememT TT T 时在时在D点稳定。点稳定。n0n1TemABTstTmnNTNNDnD2 2T T n0n1TemTstTmnNTNN 1. 额定转矩额定转矩TN N NN NN N95509550n nP PT T 电动机额定运行时的转矩电动机额定运行时的转矩PN 单位：千瓦（单位：千瓦（kW）nN 单位：转每分（单位：转每分（r/min）TN 单位：牛单位：牛米（米（N m）例例6.2 有两台功率相同的异步电动机，一台有两台功率相同的异步电动机，一台PN=7.5 kW

13、，nN=962r/min，UN=380V，另一台，另一台PN=7.5 kW，nN=1450r/min，UN=380V，求电动机额定转矩。，求电动机额定转矩。解解 第一台第一台N NN NN N95509550n nP PT T m mN N4545. .74749629625 5. .7 795509550 第二台第二台m mN N4 4. .4949145014505 5. .7 795509550N N T T2. 最大转矩最大转矩Tm2 22 20 02 22 22 22 21 1T Te em m) )( (s sX XR Rs sR RU UC CT T 令令0 0d dd de e

14、m m S ST T0 02 20 02 2m m X XR RS S代入得代入得:得临界转差率得临界转差率20202 21 1T Tm m2 2X XU UC CT T n0Tem1U11UU U1sm0Tm2R22RR R2Temn3. 起动定转矩起动定转矩Tst 过载能力过载能力 (最大转矩倍数最大转矩倍数) N NT TT Tm mT T 起动瞬间起动瞬间 n=0，s=1 当当负载转矩负载转矩 T2 5.75 不允许接起动。不允许接起动。（2）Y- 换接换接起动起动N NN NN Ns st ts st t5 5. .0 04 47 7. .0 04 4. .1 13 31 13 31

15、 1T TT TT TT TT T 不能采用不能采用Y- 换接换接起动。起动。 例例6.4 已知一台已知一台PN=10kW，IN=20 A，UN=380 V， nN=1450r/min , 接三相笼型电动机，由手册查得：接三相笼型电动机，由手册查得：Ist/ IN =7，Tst/TN =1.4，拟半载起动，拟半载起动,电源容量为电源容量为200kVA,试选试选择适当的起动方法择适当的起动方法,并并求此时的起动转矩和起动电流。求此时的起动转矩和起动电流。解解 （3）自耦补偿器）自耦补偿器起动起动由题意由题意N Ns st t5 5. .0 0T TT T N Ns st t4 4. .1 1T

16、TT T 设：设：自耦变压自耦变压器的变比为器的变比为Ka6 67 7. .1 11 1a as st t2 2a as st t K KT TK KT T6 6. .0 06 67 7. .1 11 11 1a a K K变压器抽头为变压器抽头为（抽头置于（抽头置于60%位置）位置）N NN N2 2s st t2 2a as st t5 50 04 4. .0 04 4. .1 16 6. .0 0/ /1 1T TT TT TK KT T N NN N2 2s st t2 2a as st t5 52 2. .2 27 76 6. .0 0/ /1 1I II II IK KI I N

17、NN NN N/ /95509550n nP PT T m mN N8686. .656514501450/ /101095509550 m mN N2 2. .3 33 38 86 6. .6 65 55 50 04 4. .0 0s st t T TA A4 4. .5 50 02 20 05 52 2. .2 2s st t I Ipfsnsn1060)1()1( 变频调速（笼型电动机）变频调速（笼型电动机）变极调速（笼型电动机）变极调速（笼型电动机）变转差率调速（绕线型电动机）变转差率调速（绕线型电动机） 电动机的转速与电源频率、电机磁极对数、电动机的转速与电源频率、电机磁极对数、转差

18、率有关。转差率有关。1.变极调速变极调速电源频率不变，改变电动机的磁极对数电源频率不变，改变电动机的磁极对数 p p 调速。调速。U11U21U12U22P=2U11U21U12U22U1U2U11U21U12U22P=1U1U2U11U21U12U222. 变频调速变频调速 改变频率（改变频率（f f1 1) )调整调整电动机的电动机的转速，属无级调速，调速性能好，转速，属无级调速，调速性能好，但需有一套专用变频设备。但需有一套专用变频设备。3. 变转差率调速变转差率调速f=50HzM3 变频设备变频设备f1 可调可调 在绕线式电动机转子绕组中串入在绕线式电动机转子绕组中串入可调电阻可调电阻

19、R , 可改变可改变 s 和和 n。n n Tm02R22RR R2TemnnT2可实现小范围无级调可实现小范围无级调速，但能耗大，效率速，但能耗大，效率低，广泛应用于起重低，广泛应用于起重设备。设备。n1. 能耗制动能耗制动调节制调节制动电流动电流RPQ2 制动准确、平稳、能量消耗小。但制动力较弱制动准确、平稳、能量消耗小。但制动力较弱,且需要有直流电源且需要有直流电源。固定磁固定磁场场制动原理制动原理TemM3 Q12. 反接制动反接制动QRM3 运行运行制动制动n制动原理制动原理Tem旋转旋转磁场磁场 将电源的任意两相将电源的任意两相对调，产生反向旋转磁对调，产生反向旋转磁场，产生制动转

20、矩。场，产生制动转矩。方法简单，制动效果好，方法简单，制动效果好，但能耗大。但能耗大。制动限制动限流电阻流电阻3. 回馈制动回馈制动 电动机转速电动机转速n大于大于旋转磁场转速旋转磁场转速n1。如起。如起重机重物下放时。重机重物下放时。n制动原理制动原理Tem旋转旋转磁场磁场n n1电动机处于发电运行状态。电动机处于发电运行状态。6.4 三相异步电动机三相异步电动机的铭牌和技术数据的铭牌和技术数据向使用者简要说明电动机的一些额定数向使用者简要说明电动机的一些额定数据和使用方法。据和使用方法。例：某电动机铭牌数据如下。例：某电动机铭牌数据如下。 三相异步电动机三相异步电动机型号型号Y132 M

21、- 4 功率功率7.5kW 频率频率50HZ电压电压 380V 电流电流15.4A 接法接法 转速转速 1440 r/min 绝缘等级绝缘等级B 工作方式工作方式 连续连续 年年 月月 编号编号 电机厂电机厂1. 型号型号Y 132 M - 4三相异步电动机三相异步电动机机座中心高机座中心高(mm)磁极数磁极数机座长度代号机座长度代号(S短机座短机座 ;M中机座中机座;L长机座长机座)2. 功率功率PN 额定运行时，轴上输出的机械功率。额定运行时，轴上输出的机械功率。 输入功率输入功率 COS3NN1IUP 效率效率1N/ PP 3. 电压电压UN 额定运行时，定子绕组上应加的额定运行时，定子

22、绕组上应加的线电压线电压。4. 电流电流IN 在在UN、 PN时，时，流入定子绕组的流入定子绕组的线电流线电流。5. 转速转速nN 在在UN、 PN、 IN时，时，电动机电动机转子转子的转速。的转速。1U1V1W2U2V2W1U1V1W2U2V2W6. 接法接法 电动机三相定子绕组的接线方法。电动机三相定子绕组的接线方法。1U1V1W2U2V2W1U1V2U2V2W1W接线盒接线盒接线盒接线盒 接接Y接接7. 频率频率 fN 我国电网频率为我国电网频率为50HZ。8. 温升及绝缘等级温升及绝缘等级电动机常用绝缘材料分为五个等级。电动机常用绝缘材料分为五个等级。AEBFH最高允许温度最高允许温度

23、/C1051201301551809. 工作方式工作方式连续工作、短时工作、断续周期工作。连续工作、短时工作、断续周期工作。10. 其他其他可从电工手册中查得可从电工手册中查得功率因数、效率、功率因数、效率、N NT TT Tm mN NT TT TS ST TN NI II IS ST T6.5 三相异步电三相异步电动机的选择动机的选择1. 电动机容量（功率）的选择电动机容量（功率）的选择选择选择原则原则电动机的起动转矩应大于负载转矩。电动机的起动转矩应大于负载转矩。电动机在运行时的温升不超过其容许值。电动机在运行时的温升不超过其容许值。电动机应具有一定的过载能力。电动机应具有一定的过载能力

24、。选择选择方法方法调查统计类比法。调查统计类比法。分析计算法。分析计算法。2. 电动机类型的选择电动机类型的选择 结构简单，工作可靠，维护方便。但起动性能差，结构简单，工作可靠，维护方便。但起动性能差，适用于空载或轻载起动的生产机械（风机、水泵、一适用于空载或轻载起动的生产机械（风机、水泵、一般机床等）。般机床等）。 价格较贵，起动性能好，适用于起重机、轧钢机价格较贵，起动性能好，适用于起重机、轧钢机等。等。3. 结构形式的选择结构形式的选择 卧式（轴为水平）、立式（轴为垂直）、卧式（轴为水平）、立式（轴为垂直）、开启式、开启式、封封闭式、闭式、防护式。防护式。4. 额定电压的选择额定电压的选

25、择5. 转速的选择转速的选择 电动机的转速愈低则体积愈大，价格也愈高，电动机的转速愈低则体积愈大，价格也愈高，功率因数和效率也就低，同步转速有功率因数和效率也就低，同步转速有3000 rmin；1500rmin； 1000 rmin；750 rmin 等。等。 一般情况下，可选用同步转速为一般情况下，可选用同步转速为1500 rmin的电动机。的电动机。 4100kW的电动机的一般为的电动机的一般为380V， 接。接。 3kW以下一般为以下一般为380V，Y接。接。100kW以上可考虑以上可考虑额定电压为额定电压为3、6或或10kV的高压电动机。的高压电动机。A2849230880380310

26、453. 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： 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. 015001480150000N nnns 3）mN 429014804595509550NN2N .nPTmN 96384

27、29022)(NNmaxmax .TTTTmN 8551429091)(NNstst .TTTT 在在上例中上例中(1)如果负载转矩为如果负载转矩为 510.2Nm, 试试问在问在U=UN和和U =0.9UN两种情况下电动机能否起两种情况下电动机能否起动？（动？（2）采用）采用Y- 换接起动时，求起动电流和换接起动时，求起动电流和起动转矩。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，电动机能否起动？时，电动机能否起动？ (1) Tst = 551.8Nm 510.2 N. m mN2510mN 4478551902st .T (2) Ist =7IN=7 8

28、4.2=589.4 AA519645983131st stY.II 在在U = 0.9UN 时时132329183%8042909183%80NstY .TT121459183%5042909183%50NstY .TT起动起动mN918385513131ststY .TT(3)6.2 单相异步电动机单相异步电动机转子一般用鼠笼式转子一般用鼠笼式定子定子定子定子绕组绕组转子转子AA NS 定子绕组产生的脉动磁场定子绕组产生的脉动磁场 ，可用，可用正、反两个正、反两个旋转磁场合成来等效。即旋转磁场合成来等效。即- + - m= + -=m21 t O + - - + + - 02 s121 ss

29、合成转矩合成转矩s01 s22 s21 s1T起动转矩起动转矩为零为零2T正正转转转转反反 .F鼠笼式转子鼠笼式转子导条及电流导条及电流AAiAABBA iBtIi sinAmA )90sin(BmB tIi 正弦波形如图所示。正弦波形如图所示。iBiAmIit O 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 OABBiAiBA 12 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；当将将S切换到位置切换到位置2，电容，电容C与与A绕组串联

30、，电流绕组串联，电流iA 较较iB 超超前近前近90 。这样就改变了旋转磁。这样就改变了旋转磁场的转向，从而实现电动机的场的转向，从而实现电动机的反转。反转。i 1 2定子绕组定子绕组鼠笼式转子鼠笼式转子短路环短路环极掌极掌(极靴极靴) 当电流当电流i 流过定子绕组时，产生了一部分磁流过定子绕组时，产生了一部分磁通通 1 ，同时产生的另一部分磁通与短路环作用，同时产生的另一部分磁通与短路环作用生成了磁通生成了磁通 2 。由于短路环中感应电流的阻碍。由于短路环中感应电流的阻碍作用，使得作用，使得 2在相位上滞后在相位上滞后 1 ，从而在电动机，从而在电动机定子极掌上形成一个向短路环方向移动的磁场

31、，定子极掌上形成一个向短路环方向移动的磁场，使转子获得所需的起动转矩。使转子获得所需的起动转矩。 罩极式单相异步电动机起动转矩较小，转向罩极式单相异步电动机起动转矩较小，转向不能改变，常用于电风扇、吹风机中；电容分相不能改变，常用于电风扇、吹风机中；电容分相式单相异步电动机的起动转矩大，转向可改变，式单相异步电动机的起动转矩大，转向可改变，故常用于洗衣机等电器中。故常用于洗衣机等电器中。 解：解：电动机电磁转矩电动机电磁转矩T U12 ，当电源电压下降低，当电源电压下降低时，电磁转矩减小，使转速下降，转差率增加，转时，电磁转矩减小，使转速下降，转差率增加，转子电流和定子电流子电流和定子电流都会

32、增大。稳定时电磁转矩等于机械负载转矩，但都会增大。稳定时电磁转矩等于机械负载转矩，但转矩降低了，定、转子电流却增大了。过程如下：转矩降低了，定、转子电流却增大了。过程如下： TIISnUTU12211)(使使T =TC 。 例：例： 三相异步电动机在一定的负载转矩下运行三相异步电动机在一定的负载转矩下运行时，如电源电压降低，电动机的转矩、电流及转速时，如电源电压降低，电动机的转矩、电流及转速有无变化？有无变化？单相定子绕组，笼型转子。单相定子绕组，笼型转子。 单相定子绕组产生的是脉动磁场，单相定子绕组产生的是脉动磁场，可分解为大小、转速相同而转向相反的两个磁场，当可分解为大小、转速相同而转向相

33、反的两个磁场，当S=1时，对转子产生的合成力矩为零，所以时，对转子产生的合成力矩为零，所以。电容分相式电容分相式、罩极式罩极式单相异步电动机。单相异步电动机。电源：电源：单相交流电源。单相交流电源。功率：功率：几几 几百瓦。几百瓦。用途：用途： 家用电器（风扇、冰箱、洗衣机等）家用电器（风扇、冰箱、洗衣机等） 及功率不大的电动工具。及功率不大的电动工具。S: 离心力开关离心力开关1. 分相起动分相起动1: 工作绕组工作绕组2: 起动绕组起动绕组空间相隔空间相隔90 起动绕组电流与工作绕组电起动绕组电流与工作绕组电流不同相流不同相(分相分相),产生旋转磁场。产生旋转磁场。相量图相量图由起动绕组由起动绕组转向工作绕组。转向工作绕组。 改变电容改变电容C的串联位置（串在的串联位置（串在绕组绕组1），电机），电机。S1-2M1+UstI1IstI1IUI定子绕组定子绕组2.2.罩极起动罩极起动 1和和 2形成一个向罩极部分形成一个向罩极部分。 1 2 u 凸凸极极定定子子短路铜环短路铜环笼型笼型转子转子未罩极转向被罩极。未罩极转向被罩极。n 三相异步电动机运行时断了一相线，相当三相异步电动机运行时断了一相线，相当于单相异步电动机，称为于单相异步电动机，称为运行。运行。 ，则不能起动，且电流很大，则不能起动，且电流很大，应立刻切断电源，否则电动机很快被烧毁。应立刻切断