电动系统节能1

1、电动系统节能电动系统节能电动机电动机主讲：吴巧媚主讲：吴巧媚课程目录课程目录 一：电动机的分类一：电动机的分类 二：三相异步电动机的原理与结构二：三相异步电动机的原理与结构 三：单相电动机的原理与结构三：单相电动机的原理与结构 四：电动机的损耗四：电动机的损耗一一 电动机的分类 一一 电动机的分类一一 电动机的分类二二 三相异步电动机的原理与结构三相异步电动机的原理与结构1 1、定子部分、定子部分定子铁心：由导磁性能定子铁心：由导磁性能很好的硅钢片叠成很好的硅钢片叠成导磁部分。导磁部分。定子三相绕组：放在定子定子三相绕组：放在定子铁心内圆槽内铁心内圆槽内导电部导电部分。分。结构结构2 2、转子

2、部分、转子部分转子铁心：由硅钢片叠成，也转子铁心：由硅钢片叠成，也是磁路的一部分。是磁路的一部分。转子绕组：转子绕组： 1 1）鼠笼式转子：）鼠笼式转子：转子铁心的每个槽内插入一根转子铁心的每个槽内插入一根裸导条，形成一个多相对称短裸导条，形成一个多相对称短路绕组。路绕组。2 2）绕线式转子：转）绕线式转子：转子绕组为三相对称绕组，嵌放子绕组为三相对称绕组，嵌放在转子铁心槽内在转子铁心槽内。 三相异步电机主要用作电动机，拖动各种生产机械。结构三相异步电机主要用作电动机，拖动各种生产机械。结构简单、制造、使用和维护方便，运行可靠，成本低，效率高，简单、制造、使用和维护方便，运行可靠，成本低，效率

3、高，得以广泛应用。但是，功率因数低、起动和调速性能差。得以广泛应用。但是，功率因数低、起动和调速性能差。2.12.1 三相异步电动机的结构三相异步电动机的结构3 3、气隙、气隙异步电动机的气隙是异步电动机的气隙是均匀的。大小为机械均匀的。大小为机械条件所能允许达到的条件所能允许达到的最小值。最小值。 2.12.1 三相异步电动机的结构三相异步电动机的结构 D电机及应用ppt 课件2.12.1 三相异步电动机的结构三相异步电动机的结构绕线型异步电动机绕线型异步电动机按转子结构分按转子结构分：鼠笼型异步电动机鼠笼型异步电动机2.12.1 三相异步电动机的结构三相异步电动机的结构下面是它主要部件的拆

4、分图。下面是它主要部件的拆分图。 右图是一台三相鼠笼型异步电动机右图是一台三相鼠笼型异步电动机的外形图。的外形图。2.12.1 三相异步电动机的结构三相异步电动机的结构导条导条端环端环2.12.1 三相异步电动机的结构三相异步电动机的结构风叶风叶铁心铁心绕组绕组滑环滑环轴承轴承2.12.1 三相异步电动机的结构三相异步电动机的结构风叶风叶转子铁芯转子铁芯转子绕组转子绕组轴承轴承滑环滑环绕线式转子结构示意图绕线式转子结构示意图2.12.1 三相异步电动机的结构三相异步电动机的结构鼠笼式铸铝转子鼠笼式铸铝转子2.12.1 三相异步电动机的结构三相异步电动机的结构鼠笼式铸铝转子鼠笼式铸铝转子端盖端盖

5、2.12.1 三相异步电动机的结构三相异步电动机的结构定子绕组端部定子绕组端部2.12.1 三相异步电动机的结构三相异步电动机的结构鼠笼型转子鼠笼型转子铁心和绕组铁心和绕组结构示意图结构示意图三相绕线型三相绕线型转子结构图转子结构图2.12.1 三相异步电动机的结构三相异步电动机的结构2.12.1 三相异步电动机的结构三相异步电动机的结构( (a a) )是开口槽，用于大、中型容量是开口槽，用于大、中型容量的高压异步电动机中；的高压异步电动机中；( (b b) )是半开口槽，用于中型是半开口槽，用于中型500V500V以以下的异步电动机中；下的异步电动机中；( (c c) )是半闭口槽，用于低

6、压小是半闭口槽，用于低压小型异步电动机中。型异步电动机中。2.12.1 三相异步电动机的结构三相异步电动机的结构U2U1W2V1W1V21nn1 1、转动原理、转动原理1 1）电生磁）电生磁：三相对称绕组通三相对称绕组通往三相对称电流产生圆形旋转往三相对称电流产生圆形旋转磁场。磁场。2 2）磁生电）磁生电：旋转磁场切割旋转磁场切割转子导体感应电动势和电流。转子导体感应电动势和电流。3 3）电磁力）电磁力：转子电流与定转子电流与定子磁场作用产生电磁力，形成子磁场作用产生电磁力，形成电磁转矩，驱动电动机旋转。电磁转矩，驱动电动机旋转。2 2.2 .2、三相异步电动机基本工作原理、三相异步电动机基本

7、工作原理2 2、转差率、转差率转差率转差率11nnsn11n = (- s)n 负载越大，转速越低，转差率越大；反负载越大，转速越低，转差率越大；反之，转差率越小。转差率的大小能够反映电之，转差率越小。转差率的大小能够反映电机的转速大小或负载大小。机的转速大小或负载大小。当转子静止时，当转子静止时，n=0n=0，转差率，转差率s=1s=1；当转；当转子转速接近同步转速子转速接近同步转速( (空载运行空载运行) )时，此时时，此时转差率转差率s=0s=0，由此可见，作为异步电动机，由此可见，作为异步电动机，转差率在转差率在0 0s s1 1范围内变化。范围内变化。 额定运行时，转差率一般在额定运

8、行时，转差率一般在0.01-0.060.01-0.06之间，即电机转速接近同之间，即电机转速接近同步速。步速。3 3、异步电机的三种运行状态、异步电机的三种运行状态机械能转变为电机械能转变为电能能电能和机械能电能和机械能变成内能变成内能电能转变为机电能转变为机械能械能能量关系能量关系制动制动制动制动驱动驱动电磁转矩电磁转矩转差率转差率转速转速外力使电机快速外力使电机快速旋转旋转外力使电机沿外力使电机沿磁场反方向转磁场反方向转定子绕组接对定子绕组接对称电源称电源实现实现发电机发电机电磁制动电磁制动电动机电动机状态状态10 n n0n n10 s1s0s3 3、异步电机的三种运行状态、异步电机的三

9、种运行状态2.32.3、铭牌值、铭牌值2.42.4、额定值、额定值 额定值额定值Text in here)(AIN额定电流在额定运行状态下流在额定运行状态下流入定子绕组的线电流入定子绕组的线电流. .)(kWPN额定功率额定条件下转轴上额定条件下转轴上输出的机械功率。输出的机械功率。)(VkVUN或额定电压额定运行状态时加在额定运行状态时加在定子绕组上的线电压定子绕组上的线电压. .min)/(rnN额定转速额定运行时电额定运行时电动机的转速动机的转速.额定值关系有：额定值关系有：3NNNNNPU I cos2.52.5、接线、接线（1 1）如果电源电压为）如果电源电压为380V380V，则接

10、成接；，则接成接；电源电压为电源电压为220V220V时，则接成时，则接成Y Y接。接。（2 2）当电动机铭牌上标明）当电动机铭牌上标明“电压电压380V380V，接法时，接法时”时，时，则只有这一种接法。但是在电动机起动过程中，可以接则只有这一种接法。但是在电动机起动过程中，可以接成成Y Y接，接在接，接在380V380V电源上，起动完毕，恢复接法。电源上，起动完毕，恢复接法。提问：如何根据电机的铭牌进行定子的接线？提问：如何根据电机的铭牌进行定子的接线？三三 单相异步电动机的原理与结构单相异步电动机的原理与结构了解单相感应电动机的结构了解单相感应电动机的结构特点、优缺点及应用情况；特点、优

11、缺点及应用情况；内容要点：内容要点：广泛应用于家用电器（电风扇、电冰箱、洗广泛应用于家用电器（电风扇、电冰箱、洗衣机等）、空调设备、电动工具、医疗器械衣机等）、空调设备、电动工具、医疗器械及轻工设备中。及轻工设备中。用途用途优缺点优缺点 缺缺点点优优点点结构简单，成本低廉，结构简单，成本低廉，噪音小。噪音小。只能作成小容量：只能作成小容量： 微型：几瓦微型：几瓦750750瓦瓦 小型：小型：550550瓦瓦37003700瓦。瓦。与同容量三相感应电动机与同容量三相感应电动机相比较，体积较大，功率相比较，体积较大，功率因数及过载能力都较低。因数及过载能力都较低。适用适用范围范围3.13.1、单相

12、异步电动机的结构、单相异步电动机的结构单相异步电动机与三相笼型异步电单相异步电动机与三相笼型异步电动机相似，其转子也为笼型。动机相似，其转子也为笼型。单相异步电动机正常工作时，一般只需单相绕组单相异步电动机正常工作时，一般只需单相绕组即可，但单相绕组通以单相交流电时产生的磁场即可，但单相绕组通以单相交流电时产生的磁场是脉动磁场，单相运行的电动机没有起动转矩。是脉动磁场，单相运行的电动机没有起动转矩。为使电动机能自行起动和改善运行性能，除工作绕组为使电动机能自行起动和改善运行性能，除工作绕组（又称主绕组）外，在定子上还安装一个辅助的起动绕（又称主绕组）外，在定子上还安装一个辅助的起动绕组（又称副

13、绕组）。两个绕组在空间相距组（又称副绕组）。两个绕组在空间相距900或一定的电或一定的电角度。角度。 1 2 33.1 3.1 单相异步电动机的结构单相异步电动机的结构、端盖及轴承、端盖及轴承端盖也有铸铁件，端盖也有铸铁件，铸铝件及钢板冲压件三种，单相异铸铝件及钢板冲压件三种，单相异步电动机的轴承，有滚珠轴承和含步电动机的轴承，有滚珠轴承和含油轴承两种。滚珠轴承价格高，噪油轴承两种。滚珠轴承价格高，噪声大，但寿命长，含油轴承价格低，声大，但寿命长，含油轴承价格低，噪声小，但寿命短。噪声小，但寿命短。1 1、机座、机座随冷却方式，防护随冷却方式，防护型式，安装方式和用途的型式，安装方式和用途的不

14、同，采用不同的机座结不同，采用不同的机座结构，为铸铁，铸铝和钢板构，为铸铁，铸铝和钢板结构等几种。结构等几种。、绕组、绕组两套绕组，一是工作两套绕组，一是工作绕组，用来建立工作磁场；一绕组，用来建立工作磁场；一是起动绕组，用来帮助电动机是起动绕组，用来帮助电动机起动。且工作绕组和起动绕组起动。且工作绕组和起动绕组的轴线在空间错开一定的角度。的轴线在空间错开一定的角度。转子绕组通常采用笼型绕组。转子绕组通常采用笼型绕组。、铁芯、铁芯用相互绝缘的电工用相互绝缘的电工钢片冲制叠成，构成电机磁钢片冲制叠成，构成电机磁路，定子铁芯有隐极和凸极路，定子铁芯有隐极和凸极两种，转子铁芯与三相异步两种，转子铁芯

15、与三相异步电动机转子铁芯相同。电动机转子铁芯相同。3.1 3.1 单相异步电动机的结构单相异步电动机的结构5.2.5.25.2.5.2、单相异步电动机的转矩特、单相异步电动机的转矩特性及工作原理性及工作原理（一）单相异步电动机的转矩特性（一）单相异步电动机的转矩特性1 1 ）单相绕组通入单相交流电时的情况）单相绕组通入单相交流电时的情况IFFFEEIIMTMTSnnnS11设电动机转速为设电动机转速为n，则对正转磁场而言，转差率，则对正转磁场而言，转差率s s+ +为为 对反转磁场而言，转差率对反转磁场而言，转差率s s- -为为 SnnnS21120, 20SSSS，时当时即当S012MTM

16、TMTMT反向旋转磁场在转子中引起的感应反向旋转磁场在转子中引起的感应电流，增加了转子铜损耗，降低了电流，增加了转子铜损耗，降低了电动机的效率。单相异步电动机的电动机的效率。单相异步电动机的效率为同容量三相异步电动机效率效率为同容量三相异步电动机效率的的75%75%90%90%。由于反向转矩的制动作用，使电动由于反向转矩的制动作用，使电动机合成转矩减小，最大转矩减少，机合成转矩减小，最大转矩减少，且电动机输出功率也减小；反向磁且电动机输出功率也减小；反向磁场在转子绕组中感应电流，增加了场在转子绕组中感应电流，增加了转子铜耗。所以单相异步电动机的转子铜耗。所以单相异步电动机的效率，过载能力等各种

17、性能指标都效率，过载能力等各种性能指标都较三相异步电动机低。较三相异步电动机低。单相异步电动机只有工作绕组时，单相异步电动机只有工作绕组时，起动转矩为零，不能自行起动；起动转矩为零，不能自行起动；在在s s=1=1的两边，合成转矩曲线是对称的两边，合成转矩曲线是对称的，因此没有固定的旋转方向，外力的，因此没有固定的旋转方向，外力驱动电动机正向旋转能使电动机正转；驱动电动机正向旋转能使电动机正转；反之外力驱动电动机反转时能使电动反之外力驱动电动机反转时能使电动机反转。机反转。结论结论单相异步电动机的几个主要特点：单相异步电动机的几个主要特点：3.2 3.2 工作原理工作原理1 1）电生磁）电生磁

18、：两相两相绕组通往两相交流绕组通往两相交流产生旋转磁场。产生旋转磁场。2 2）磁生电）磁生电：旋转旋转磁场切割转子导体感磁场切割转子导体感应电动势和电流。应电动势和电流。3 3）电磁力）电磁力：转子电转子电流与定子磁场作用产流与定子磁场作用产生电磁力形成电磁转生电磁力形成电磁转矩，驱动电动机旋转。矩，驱动电动机旋转。1U12U12U21U2n1n机械损耗（机械损耗（10%10%）：）：通风损耗、轴承磨擦通风损耗、轴承磨擦损耗、电刷和换向器损耗、电刷和换向器（集电环）磨擦耗（集电环）磨擦耗 铁耗（铁耗（18%）铁芯中磁场产生）铁芯中磁场产生的涡流和磁滞损耗的涡流和磁滞损耗定子铜耗（定子铜耗（34

19、%34%）在在转子铜耗（转子铜耗（2424）%损耗损耗四四 电动机的损耗电动机的损耗杂散损耗（杂散损耗（1414）%：由：由杂散铁耗和杂散铜耗组杂散铁耗和杂散铜耗组成成4.1 4.1 铁损耗铁损耗1 1、磁滞损耗、磁滞损耗 磁滞损耗系数：磁滞损耗系数：单位质量铁磁物质内由交变磁化引起的磁滞损耗单位质量铁磁物质内由交变磁化引起的磁滞损耗 hp2(50)hhhhHZfBpfB取决于材料性能的常数在周波频率下测交变磁化的频率磁密振幅 ( ( 与与 、 有关，与材料有关有关，与材料有关) ) hpfB4.1 4.1 铁损耗铁损耗2 2、涡流损耗、涡流损耗 产生的原因：产生的原因： 铁心中的磁场发生变化

20、时，在铁心中感应电势，会产生电流，铁心中的磁场发生变化时，在铁心中感应电势，会产生电流，这电流即涡流。由它引起的损耗为涡流损耗。这电流即涡流。由它引起的损耗为涡流损耗。涡流损耗系数计算涡流损耗系数计算 222()6FeFeFeeeeFedpfBd钢片厚度钢片密度电阻率涡流损耗系数涡流损耗系数 与与 、 及材料厚度及材料厚度 平方成正比。平方成正比。 epBfFe4.1 4.1 铁损耗铁损耗3 3、降低铁耗方法、降低铁耗方法 （使各部分磁密不要过高）（使各部分磁密不要过高） ；BB选用好材料选用好材料 501012501022501031pDpDpD （ ）；Fe5010pep4.2 4.2 铜

21、耗铜耗绕组中的电气损耗绕组中的电气损耗 3210)(xxcuRIp交流交流m相：相： 3210RmIpcuR是换算到基准工作温度的绕组直流电阻是换算到基准工作温度的绕组直流电阻4.3 4.3 机械损耗机械损耗 轴承摩擦损耗轴承摩擦损耗与摩擦面上压力、摩擦系数及相对运动速度有关与摩擦面上压力、摩擦系数及相对运动速度有关 电刷摩擦损耗电刷摩擦损耗与速度有关与速度有关 通风损耗通风损耗与电机结构、风扇型式、通风系统中的风阻速度有关与电机结构、风扇型式、通风系统中的风阻速度有关 机械损耗机械损耗 机械损耗也难以准确计算，一般以已制好的试验数据估取，或按机械损耗也难以准确计算，一般以已制好的试验数据估取

22、，或按经验公式估算。经验公式估算。 4.4 4.4 杂散损耗杂散损耗电机带上负载后，绕组中通以电流，环绕着绕组存在漏磁场。漏磁场在绕组中附近所有的金属附件中产生涡流损耗； 定子和转子绕组在气隙的谐波磁势所产生定子和转子绕组在气隙的谐波磁势所产生的谐波磁场以不同的速度相对转子和定子的谐波磁场以不同的速度相对转子和定子运动，在铁心中和鼠笼绕组中产生涡流附运动，在铁心中和鼠笼绕组中产生涡流附加损耗。加损耗。 121、负载时杂散损耗产生的原因：、负载时杂散损耗产生的原因： 负载时附加损耗一般难于精确计算，在中小型电机里，通常以额负载时附加损耗一般难于精确计算，在中小型电机里，通常以额定功率的百分之几大约估算。定功率的百分之几大约估算。 4.4 4.4 杂散损耗杂散损耗2 2、异步机负载时的附加损耗、异步机负载时的附加损耗 影响：影响： 异步机负载时的附加损耗不进行详细计算，一般按异步机负载时的附加损耗不进行详细计算，一般按0.5%Pe计计算，这是很不精确的。对于采用压力铸铝工艺的小型异步机，达算，这是很不精确的。对于采用压力铸铝工艺的小型异步机，达2-3%，有的甚至达，有的甚至达4-5%。该损耗对电机的经济性、启动性能影响很。该损耗对电机的经济性、启动性能影响很大，造成温升过高。大，造成温升过高。 4.4