第7章 交流电动机

1、2022-5-51作业：作业：P172：7-2、3、4、6、9、10、12、142022-5-52电机按能量转换分电机按能量转换分: 发电机和电动机（马达）发电机和电动机（马达）电动机的作用是将电能转换为机械能。现代各种电动机的作用是将电能转换为机械能。现代各种生产机械都广泛应用电动机来驱动。生产机械都广泛应用电动机来驱动。减轻繁重的体力劳动，提高效率；减轻繁重的体力劳动，提高效率；实现远程控制和操作。实现远程控制和操作。各种生产机械和装备的动力设备；各种生产机械和装备的动力设备；自动控制系统中的重要元件。自动控制系统中的重要元件。2022-5-53常用于功率不大的电动工具和某些家用电器中。

2、用在需要均匀调速的生产机械上，如剃须刀、电动车、龙门刨床、轧钢机及某些重型机床的主传动机构，以及某些电力牵引和起重设备中。 直流电机直流电机交流电机交流电机电动机电动机异步机异步机同步机同步机三相三相单相单相广泛用来驱动各种金属切削机床、起重机、锻压机、传送带、铸造机械、功率不大的通风机、水泵等。 可进行伺服控制、调速或者拖动。节能环保，转速稳定度高，如数控机床、导弹舵机等，是现在所有电机里综合性能最好的电机，但贵。2022-5-54异步电动机的优缺点异步电动机的优缺点：优点：结构简单，工作可靠，维修方便，价格低优点：结构简单，工作可靠，维修方便，价格低 廉，运行平稳，因此得到了广泛的应用廉，

3、运行平稳，因此得到了广泛的应用 机机 床、水泵床、水泵 占全国电动机容量的占全国电动机容量的85%85%以上。以上。缺点：调速比较困难。不能实现无级调速，现在已缺点：调速比较困难。不能实现无级调速，现在已 经有变频器。经有变频器。10KW以下的已经相当可靠。以下的已经相当可靠。2022-5-55机座：铸钢或铸铁机座：铸钢或铸铁2022-5-56交流绕组交流绕组定子铁心定子铁心2022-5-572022-5-58笼型转子笼型转子2022-5-59绕线型转子绕线型转子2022-5-510三相笼型异步电动机结构图三相笼型异步电动机结构图转子转子 定子定子 风扇风扇 冷空气流冷空气流 罩罩 壳（非驱动

4、端）壳（非驱动端） 端盖（驱动端）端盖（驱动端）2022-5-5112022-5-5122022-5-513 120sin120sinsinm3m2m1tIitIitIi 2i U1 U2 V1 V2W1W21i3i3i1i2iitmIo2022-5-514U1V2W1V1W2U20ni3i1i2it mIo2022-5-515U1U2V2W1V1W2U1U2V2W1V1W2U1U2V2W1V1W2NS0 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906003i2i1ii tmIoSNSN2022-5-516AU1U2W2

5、V1W1V2AU1U2W2V1W1V22. .0t 60t NSNS3i U1 U2W1W2V1V21i2i3i2i1i0mIi tomI2022-5-5170t 1p3i2i1ioimI tU1U2V2W1V1W2NS2i U1 U2 V1 V2W1W21i3i2022-5-518W3U1V1W1V31i3i3iU4U2U3V2V4W2W4U1U2U3U4V1V4V2V3W4W1W2W32022-5-519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排列有关与三相绕组的排列有关2i3i1iimIt ONSNS1U4U2U2W1W1V2V3V4V3U3W4WW3U1V1W1

6、V31i2i3iU4U2U3V2V4W2W42022-5-520分）转 /( 1060 fn工频：工频：Hz501 f分分）转转 /( 30000 np=1时时NSU1V1W2U2W1V2NSU1V1W2U2W1V2NSU1V1W2U2W1V22i3i1iimIt O2022-5-521NSNS1U2U 2U2W 1W1V2V1V 2V 1U 1W 2WNSSN1U2U 2U2W 1W1V2V1V 2V 1U 1W 2W0t 60tp=2时时2i3i1iit mI0分分）转转/( 150026010 fn0n302022-5-522)/( 6010分分转转pfn 旋转磁场转速旋转磁场转速n0与

7、频率与频率f1和极对数和极对数p有关。有关。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度同步转速同步转速Hz)50(1 f3p120分）转/( 00014p分分）转转/( 750902022-5-523l 当导体在磁场中切割磁力线运动时，感应电流的方当导体在磁场中切割磁力线运动时，感应电流的方向用向用右手定则右手定则判定。判定。 右手定则：右手定则：伸出右手，使大拇指跟其余四个手指垂伸出右手，使大拇指跟其余四个手指垂直，磁力线垂直穿过掌心，大拇指指向导体的运动直，磁力线垂直穿过掌心，大拇指指向导体的运动方向

8、，方向，四指指向为感应电流四指指向为感应电流的方向的方向 l 通电导体所受力的方向跟磁场方向、电流方向之间通电导体所受力的方向跟磁场方向、电流方向之间的关系用的关系用左手定则左手定则判定。判定。 左手定则左手定则:伸开左手伸开左手,使大拇指跟其余四指垂直使大拇指跟其余四指垂直,并且并且都跟手掌在一个平面内都跟手掌在一个平面内,把手放入磁场中把手放入磁场中,让磁力线让磁力线垂直穿过手心垂直穿过手心,并使伸开的四指指向电流方向并使伸开的四指指向电流方向,那么那么拇指方向就是通电导线在磁场中的受力方向拇指方向就是通电导线在磁场中的受力方向。2022-5-524U1U2V2W1V1W2分分）转转/(

9、6010pfn BlvBliFvF0nNS负载阻转矩负载阻转矩T TL L 2022-5-5250nn 0nn 2022-5-526(1 6)%s 0)(1nns %10000 nnns2.5%100%10009751000%10000 nnns2022-5-527114.44 mUf Ni1u1e1e 1e2e 2i2+f1f22022-5-528每极磁通每极磁通111444Nf.U 1U f110160pnf f 1= 电源频率电源频率 f2022-5-5291000026060fspnnnnpnnf 2022-5-530 E20= 4.44 f 1N2 即即E2= s E20 21222

10、22LfsLfX X20= 2 f1L 2即即X2= sX20 2022-5-531222222XREI 2202220)(sXRsE )(0002nnIs 2202220max21XREIs 220222222222)( cossXRRXRR 202SXRs 很很小小时时1cos2 202XRss 较较大大时时s1cos2 2022-5-5322202220222222)( XREXREIss 2202222)(cosXRRs 变化曲线随、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

11、与转速有关，即与转速 n有关。有关。I2cos 2s1I2,2cos O2022-5-533V22011 UE20V1122011120EEHzff50120A.822100900302022220222020XREI31600900300302222022220.XRRCos 2022-5-534A.)(96320045003012222022202SXRSEI989000450030030222202222.)(SXRRCos05000.nnnSNNHzSff525005012.0450090050202.SXXV.120050202 SEE2022-5-535 三相异步电动机 型 号 Y

12、110 L4 功 率 2.2kW 频 率 50Hz 电 压 380V 电 流 15.4A 接 法 转 速 1420r/min 绝缘等级 B 工作方式 连续 功率因数 0.82 重量 34kg 标准编号 出厂日期 电机厂 2022-5-536。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 kW4U2U1W2V1V2W1W2U2V2V1W1U1接线盒接线盒W1V1W2V2W1V1W2V22022-5-537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联结联结；线电压为；线电压为 220V 时采用时采用 联结联结。2022-5-53812P

13、P cos3NN1IUP 2022-5-5392022-5-540 0N0Nnnns 额额定定转转差差率率2022-5-541 NS n0FFD若绕组中的电流是直流，则电磁转矩为：若绕组中的电流是直流，则电磁转矩为：2DFT LIBF 2DLSIT IKTT 2022-5-54222 cosIKTT 直流，电磁转矩为：直流，电磁转矩为：IKTT常数，与电常数，与电机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交流电动机中交流电动机中：电磁转矩：电磁转矩T是由旋转磁场的每极磁通是由旋转磁场的每极磁通与转子电流与转子电流I2相互作用而产生的

14、。但因转子电路相互作用而产生的。但因转子电路是电感性的，转子电流比转子电动势滞后是电感性的，转子电流比转子电动势滞后 角。故角。故电磁转矩与转子电流的有功分量电磁转矩与转子电流的有功分量I2cos 2及定子旋及定子旋转磁场的每极磁通转磁场的每极磁通成正比。成正比。2022-5-54321220222)(UsXRsRKT 22 cos IKTT 22022202)( XREIss 2202222)(cosXRRs 由前面分析知：由前面分析知：111444Nf.U 2022-5-54421220222)(UsXRsRKT 21U型型2022-5-545根据转矩公式根据转矩公式22022212)(s

15、XRUsRKT 得特性曲线：得特性曲线：当当 s 较小时，较小时，T 与与 s 基本成正比。基本成正比。当当 s 较大时，较大时，T与与 s 基本成反比。基本成反比。21220222UsXsRRK a O T n n0 Tm ax Tq TN nN b c T s sm 1 O 2022-5-546maxTmsNsOTs曲曲线线)( sfT 曲曲线线)(Tfn 22022212)(sXRUsRKT NnmaxTstTOnTNT0nstT1NT 在电源电压在电源电压U1和转子电阻和转子电阻R2一定的情况下，转速一定的情况下，转速与转矩的关系与转矩的关系n=f(T)或转矩与转差率或转矩与转差率T=

16、f(s)的关系，的关系，称为电动机的机械特性。称为电动机的机械特性。0n2022-5-547NnNT)/()(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, 则额定转矩为则额定转矩为m.N7 .4914405 .795509550NNN nPT机械转矩机械转矩机械角速度机械角速度nP.nPT559602 2022-5-54821220222UsXRsRKT)(2021max2XUKT 0dd ST：202mXRss On0nTmax20

17、22-5-549 max121max, )1(TUUT2021max2 XUKT NmaxTT 一般三相异步电动机的过载系数为一般三相异步电动机的过载系数为2 .28 .1 12 II （3）sm与与 R2 有关，有关， R2 sm n 。绕线。绕线型型电机电机改变转子附加电阻改变转子附加电阻R2 可实现调速。可实现调速。 2022-5-55022022212)(sXRUsRKT 22022212stXRURKT 起动时起动时n= 0 时时，s =1 st121st, ) 1 (TUUT0nOnTNststTT 起动能力起动能力2022-5-551TL sTL TT =TLn T T L达到新

18、的平衡达到新的平衡TL0nnTOnabc2022-5-552U Tm U UTst 22022212stXRURKT 2021m2 XUKT 202mXRs 0nNUT2nTO2022-5-553stTTOn0nR2 Tst n maxT2T22022212stXRURKT 2021m2XUKT 202mXRs 2022-5-554 例：某三相异步电动机，例：某三相异步电动机，PN=45kW，nN=2970r/min，=2.2，st=2.0。若。若TL=200Nm。问能否带此负载。问能否带此负载 （1）长期运行（）长期运行（2）短期运行（）短期运行（3）直接起动）直接起动NNNNN9550Pn

19、PT 解：解：（1）m145N2970459550 TNTL , 可以带负载短时运行可以带负载短时运行（3）m290NTNstst TTstTL,可以带负载直接起动。可以带负载直接起动。2022-5-5557.6 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：起动问题：起动电流起动电流 Ist 大，起动转矩大，起动转矩Tst小。小。 起动：起动： n = 0，s =1, 接通电源。接通电源。转子电流转子电流定子电流定子电流 Ist 一般中小型笼型电机起一般中小型笼型电机起动电流为额定电流的动电流为额定电流的5 7 倍倍; 电动机的起动转矩为电动机的起动转矩为额

20、定转矩的额定转矩的 1.02.2 倍。倍。I2cos 2s1I2,2cos O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2022-5-5562022-5-557 直接起动是利用闸刀开关或接触器将电动机直接直接起动是利用闸刀开关或接触器将电动机直接接到额定电压上的起动方式，又叫全压起动。接到额定电压上的起动方式，又叫全压起动。UV WQS1FUM3：起动简单。：起动简单。：起动电流较大，将使线路电：起动电流较大，将使线路电压下降，影响负载正常工作。压下降，影响负载正常工作。：直接启动时，启动电流：直接启动时

21、，启动电流在电网中引起的电压降不超过在电网中引起的电压降不超过10% 15%。20-30KW2022-5-558ZUIll3:Y 星形联结时星形联结时ZUIll3 三三角角形形联联结结时时：31Y llII31YlIZlU+U1U2V1V1W1W2 lIlU+ZU1U2V1V2W1W2Z2022-5-559L1L3L2FUU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1动触点动触点Y动触点动触点静触点静触点2022-5-560L1L3L2FUU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1UPU1+Ul+U2V1V2W1W22022-5-561 工作工作L1L3L2FU

22、U1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1 lIlU+ZU1U2V1V2W1W22022-5-562lUU31P (a) 仅适用于正常运行为三角形联结的电机。仅适用于正常运行为三角形联结的电机。 )(2StUT (b) Y 起动起动 ststTIY 换接起动适合于空载或轻载起动的场合换接起动适合于空载或轻载起动的场合SYtst31TT ZlU+U1U2V1V1W1W2lU+ZU1U2V1V2W1W22022-5-563L1L3L2FUQQ22022-5-56412220220IIRXREI)(st2滑环滑环电刷电刷定子定子转子转子起动电阻起动电阻 RstRstRst2022-5-565R2 Tst 22022212stXRURKT 22RR stTTOn0nmaxT2R2R stT 22 cos IKTT 222222XREI 20