第4章 电机与电路

1、第四章第四章 电机与电器电机与电器4.1 4.1 磁路与变压器磁路与变压器4.1.1 4.1.1 磁路的基本知识磁路的基本知识当电流通过线圈时，产生的磁通绝大部分通过铁心闭合，称当电流通过线圈时，产生的磁通绝大部分通过铁心闭合，称为主磁通，用为主磁通，用 表示表示 小部分磁通沿铁心以外空间闭合，称为漏磁通，用小部分磁通沿铁心以外空间闭合，称为漏磁通，用 S表示。表示。 漏磁通很小，在工程中常略去不计。漏磁通很小，在工程中常略去不计。 主磁通通过的闭合路径称为磁路。主磁通通过的闭合路径称为磁路。 用以产生磁场的电流称为励磁电流。用以产生磁场的电流称为励磁电流。 磁路中有很磁路中有很短的空气隙短的

2、空气隙 变压器变压器 电磁铁电磁铁各段截面积各段截面积基本相等，基本相等，为均匀磁路为均匀磁路 直流电机直流电机 磁路中也有磁路中也有空气隙空气隙 磁路的基本物理量磁路的基本物理量 磁感应强度磁感应强度B ：表示磁场内某点磁场强弱及方向的物：表示磁场内某点磁场强弱及方向的物理量。单位是特斯拉理量。单位是特斯拉(T)，简称特。，简称特。 磁通磁通 ： 在均匀磁场中，磁通在均匀磁场中，磁通 等于磁感应强度等于磁感应强度B与垂直于磁场方向的面积与垂直于磁场方向的面积S的乘积，即的乘积，即 BS 或或 SB 的的单位是韦伯单位是韦伯(Wb)，简称韦。，简称韦。 1 T=1 Wbm2(韦米韦米2)磁导率

3、磁导率 ：磁导率：磁导率 是表示物质导磁性能的物理量。是表示物质导磁性能的物理量。单位是亨米单位是亨米(H/m)。 相对磁导率相对磁导率 r：0r o是真空的磁导率，是真空的磁导率， o=4l0 7H/m ，是常数。，是常数。 非铁磁物质非铁磁物质 r近似为近似为1 铁磁物质铁磁物质 r远大于远大于1 ，不是常数。，不是常数。 磁场强度磁场强度H ： BH单位是安米单位是安米(Am) 全电流定律全电流定律 在磁场中沿任何闭合回线，磁场强度的矢量的线积在磁场中沿任何闭合回线，磁场强度的矢量的线积分等于穿过该闭合回线所包围面积电流的代数和，分等于穿过该闭合回线所包围面积电流的代数和，即即 Idl计

4、算电流代数和时，与绕行方向符合右螺旋定则计算电流代数和时，与绕行方向符合右螺旋定则的电流取正号，反之取负号。的电流取正号，反之取负号。 在无分支的均匀磁路中，全电流定律可写为在无分支的均匀磁路中，全电流定律可写为mFNIIHlN为线圈匝数为线圈匝数 Fm称为磁动势，单位是安称为磁动势，单位是安(A)。 磁路的欧姆定律磁路的欧姆定律 磁阻磁阻Rm：SlRmmmmRNIRF磁位差磁位差Um ：RUmm磁阻磁阻Rm不是一个常数，随励磁电流不是一个常数，随励磁电流I的改变而改变，的改变而改变，因而通常不能用磁路的欧姆定律直接计算。因而通常不能用磁路的欧姆定律直接计算。 电路电路磁路磁路电流电流 I电动

5、势电动势 E电阻电阻 R=l/( S)电导率电导率 电位差（电压）电位差（电压） U=RI电路欧姆定律电路欧姆定律 E=RI磁通磁通 磁动势磁动势 Fm磁阻磁阻 Rm=l/( S)磁导率磁导率 磁位差磁位差 Um=RmI磁路欧姆定律磁路欧姆定律 Fm= Rm电路与磁路对照电路与磁路对照 铁磁材料的磁性能铁磁材料的磁性能 1.高导磁性高导磁性 铁磁材料的磁导率很高，铁磁材料的磁导率很高， r可达可达102104，是制造，是制造电磁铁、变压器、电机等的主要材料。电磁铁、变压器、电机等的主要材料。 2.磁饱和性磁饱和性 3.磁滞性磁滞性 铁磁材料的种类和用途铁磁材料的种类和用途 1.软磁材料：软磁材

6、料： 磁导率高，磁滞磁导率高，磁滞特性不明显，矫顽力和剩磁都特性不明显，矫顽力和剩磁都小，磁滞回线较窄，磁滞损耗小，磁滞回线较窄，磁滞损耗小。小。 2.硬磁材料硬磁材料 剩磁和矫顽力均剩磁和矫顽力均较大，磁滞性明显，磁滞回较大，磁滞性明显，磁滞回线较宽，线较宽， 3.矩磁材料矩磁材料 只要受较小的外磁只要受较小的外磁场作用就能磁化到饱和，当外场作用就能磁化到饱和，当外磁场去掉，磁性仍保持，磁滞磁场去掉，磁性仍保持，磁滞回线几乎成矩形。回线几乎成矩形。 例例 一环形螺线管，匝数一环形螺线管，匝数N =1000匝，电流匝，电流I =4A，螺，螺线管外径线管外径D1=0.3m，内径，内径D2=0.2

7、2m，试分别计算媒，试分别计算媒质为纸心、铸钢心时的磁场强度和磁通。质为纸心、铸钢心时的磁场强度和磁通。 解解 磁路平均长度磁路平均长度m816. 0221DDl23221m1026. 1)2(DDSm/A4902lINH当媒质为纸心时当媒质为纸心时 当媒质为铸钢心时当媒质为铸钢心时 Wb1076. 76 BST1016. 630HB由表得由表得H=4902A/m时时B=1.55T Wb1095. 13 BS4.1.2 4.1.2 铁心线圈铁心线圈直流铁心线圈直流铁心线圈 特点：特点： 1. 线圈的励磁电流线圈的励磁电流I只与外加电压只与外加电压U及线圈及线圈电阻电阻R有关，有关，I=U/R，

8、与磁路特性无关。，与磁路特性无关。 2. 励磁电流在磁路产生的是恒定磁通，不会在线圈中励磁电流在磁路产生的是恒定磁通，不会在线圈中产生感应电动势。产生感应电动势。 3. 磁路的磁通不仅与线圈电流磁路的磁通不仅与线圈电流I、线圈匝数、线圈匝数N有关，有关，还与磁路磁阻还与磁路磁阻Rm有关。有关。 4. 直流铁心线圈的功率损耗直流铁心线圈的功率损耗 P=I2R，由电流及电，由电流及电阻大小确定，与磁路无关。阻大小确定，与磁路无关。 交流铁心线圈交流铁心线圈 1.电压、电流和磁通电压、电流和磁通 主磁感应电动势主磁感应电动势 ：tNedd漏磁感应电动势：漏磁感应电动势： tiLtNeddddSSSu

9、uuetiLRieeRiuSRSS)(dd设设R为线圈的电阻，则为线圈的电阻，则 写成相量形式为写成相量形式为 UUUEIXIREEIRUSRsS)(j)()(则设t，sinm)90sin()90sin(2cosddmmmtEtfNtNtNemmm44. 422fNNEEm44. 4fNEU2.功率损耗功率损耗 铜损铜损 (PCu) ：线圈导线电阻所致，线圈导线电阻所致， PCu=I2R。磁滞损耗磁滞损耗 Ph：由铁磁物质的磁滞性引：由铁磁物质的磁滞性引起，其大小与磁滞回线包起，其大小与磁滞回线包围的面积成正比。围的面积成正比。涡流损耗涡流损耗 Pe：由铁芯中的涡流产生。：由铁芯中的涡流产生。

10、铁损铁损( ) PFe减少涡流损耗的方法：减少涡流损耗的方法： 1、增大铁心材料的电阻率，在钢中渗硅既保持、增大铁心材料的电阻率，在钢中渗硅既保持良好的导磁性，又使电阻率大大提高。良好的导磁性，又使电阻率大大提高。 2、以钢片叠成铁心代替整块铁心，片间彼此绝缘。、以钢片叠成铁心代替整块铁心，片间彼此绝缘。 3.铁心线圈的等效电路铁心线圈的等效电路 例例 有一铁心线圈接到交流有一铁心线圈接到交流220V工频电压源，测得电工频电压源，测得电流流I=2A，功率，功率P=50W，(1) 不计线圈电阻及漏磁通，不计线圈电阻及漏磁通，试求铁心线圈等效电路的试求铁心线圈等效电路的R0和和X0；(2) 若线圈

11、电阻若线圈电阻R=1 ，试计算该线圈的铜损耗及铁损耗。，试计算该线圈的铜损耗及铁损耗。解解 (1)等效阻抗等效阻抗 3 .1095 .12arccosj00UIPIUXRZ0012.5 ,109.3RX(2) 铜损耗和铁损耗铜损耗和铁损耗W42CuRIPW46CuFePPP4.同极性端同极性端 当电流从两接线端流进（或流出），在铁心中产生当电流从两接线端流进（或流出），在铁心中产生的磁通方向一致时，这两个接线端称为同极性端或的磁通方向一致时，这两个接线端称为同极性端或同名端。同名端。 正确串联正确串联 正确并联正确并联 同极性端的测定同极性端的测定开关开关S瞬间接通，若此瞬间接通，若此时毫安表

12、正向偏转，则时毫安表正向偏转，则线圈线圈A的的1端与线圈端与线圈B的的3端是同极性端。端是同极性端。 若毫安表反偏，则若毫安表反偏，则1和和4端为同极性端。端为同极性端。 4.1.3 4.1.3 单相变压器单相变压器变压器的基本结构变压器的基本结构 心式心式 壳式壳式 变压器主要由铁心和绕组构成变压器主要由铁心和绕组构成 变压器的工作原理变压器的工作原理 一次绕组一次绕组 )(j11S1111EIXIRU1111S1Riuee二次绕组二次绕组 222S22uRiee22S2222UIjXIRE变压器空载运行（电压变换原理）变压器空载运行（电压变换原理） 二次绕组开路二次绕组开路 10S1011

13、jEIXIRUm11144. 4fNEUm222044. 4fNEU变压器的电压变换关系为变压器的电压变换关系为 KNNEEUU212121K称为变压器的电压比称为变压器的电压比 变压器的负载运行（电流变换原理）变压器的负载运行（电流变换原理） 变压器一次绕组接通电源，二次绕组接负载变压器一次绕组接通电源，二次绕组接负载Z。 2112201102021NI NI NI NIIIIIN忽略一、二次绕组电阻及漏磁通，在变压器接近忽略一、二次绕组电阻及漏磁通，在变压器接近满载时：满载时： 11220I NI N一、二次绕组电流有效值之比为一、二次绕组电流有效值之比为 KNNII11221阻抗变换原理

14、阻抗变换原理 1221212212221NUUNNUNINIINZKZNNZ2221 或或 ZZK例例 设交流信号源电压设交流信号源电压U=80V，内阻，内阻R0=800 ，负载，负载RL=8 ，(1) 将负载直接接至信号源，负载获得多大将负载直接接至信号源，负载获得多大功率？功率？(2) 经变压器进行阻抗匹配，求负载获得最大经变压器进行阻抗匹配，求负载获得最大功率是多少？变压器的变比功率是多少？变压器的变比K是多少？是多少？ 解解 (1)负载直接接信号源时负载直接接信号源时 W0784. 0)(L2L0L2RRRURIP(2) 输出最大功率时，输出最大功率时，RL折算到一次绕组应为折算到一次

15、绕组应为800 2max012W4UPR变压器变比变压器变比10L0RRK变压器的损耗和效率变压器的损耗和效率 铜损铜损 (PCu)变压器的损耗变压器的损耗 铁损铁损(PFe )FeCuPPP铜损耗铜损耗 PCu是一次、二次绕组电阻是一次、二次绕组电阻R1、R2上所消耗上所消耗的功率，即的功率，即222121CuRIRIP铁损耗是主磁通在铁心中交变时所产生的磁滞损铁损耗是主磁通在铁心中交变时所产生的磁滞损耗和涡流损耗，与负载电流大小无关，与铁心材耗和涡流损耗，与负载电流大小无关，与铁心材料、电源电压料、电源电压U1、频率、频率f有关。有关。变压器的额定值变压器的额定值 1.产品型号产品型号 S

16、L7 1000/10 1000表示容量为表示容量为1000kVAS表示三相表示三相 (D表示单相表示单相)L表示铝线表示铝线 (铜线无文字表示铜线无文字表示)7表示设计序号表示设计序号10表示高压侧线电压为表示高压侧线电压为10kV 2.额定电压额定电压 指高压绕组接于电网的额定线电压指高压绕组接于电网的额定线电压3.额定电流额定电流 指允许绕组长时间连续工作的线电流指允许绕组长时间连续工作的线电流 4.额定容量额定容量 在额定工作条件下，变压器输出能力的保证值，在额定工作条件下，变压器输出能力的保证值，即变压器的视在功率，单位为千伏安即变压器的视在功率，单位为千伏安(kVA)。 6.阻抗电压

17、阻抗电压 指变压器二次绕组短路，一、二次绕组达到指变压器二次绕组短路，一、二次绕组达到额定电流时，加到一次绕组的电压值。额定电流时，加到一次绕组的电压值。 5.联结组标号联结组标号 联结组标号表明变压器高压、低压绕组的联结方式联结组标号表明变压器高压、低压绕组的联结方式 例例 有一台三相配电变压器，联接组标号为有一台三相配电变压器，联接组标号为Y，yn0，额定电压为额定电压为10000V/400V，现向，现向380V、功率、功率P=240kW、cos =0.8的负载供电，求变压器一、二的负载供电，求变压器一、二次绕组电流，并选择变压器的容量。次绕组电流，并选择变压器的容量。解解 A8 .455

18、cos3222UPI253/3/2N1NP2P1UUUUKA232.18112LP2P1L1KIKIII300kVAkVA8 . 0240cos22PS查产品目录，应选标称值查产品目录，应选标称值SN=315kVA。 4.1.4 4.1.4 特殊变压器特殊变压器自耦变压器自耦变压器 KNNEEUU212121221211IKINNI自耦变压器的优缺点自耦变压器的优缺点 (1) 结构简单，使用材料省、体积小、重量轻，结构简单，使用材料省、体积小、重量轻，效率高。效率高。(2) 短路阻抗小，短路电流大，必要时要采取短路阻抗小，短路电流大，必要时要采取限制短路电流措施。限制短路电流措施。 (3) 自

19、耦变压器不能作为安全变压器。自耦变压器不能作为安全变压器。 电流互感器电流互感器 一次绕组线径较粗，一次绕组线径较粗，匝数很少，有时只有匝数很少，有时只有一匝，串联在被测电一匝，串联在被测电路中；二次绕组线径路中；二次绕组线径较细，匝数很多，与较细，匝数很多，与电流表等仪表相联接电流表等仪表相联接 使用应注意：使用应注意：(1) 电流互感器工作时二次侧不得开路。电流互感器工作时二次侧不得开路。 (2) 电流互感器的二次侧一端必须接地。电流互感器的二次侧一端必须接地。 电压互感器电压互感器 电压互感器一次绕组匝电压互感器一次绕组匝数很多，并联于供电系数很多，并联于供电系统的一次电路，二次绕统的一

20、次电路，二次绕组匝数较少，与电压表组匝数较少，与电压表等仪表并联。等仪表并联。 使用应注意：使用应注意：(1) 电压互感器工作时二次侧不得短路。电压互感器工作时二次侧不得短路。 (2) 电压互感器的二次侧的一端必须接地。电压互感器的二次侧的一端必须接地。4.2 4.2 交流电动机交流电动机电机电机是一种利用电磁原理进行机械能与电能互是一种利用电磁原理进行机械能与电能互换的装置。换的装置。 发电机：发电机：把机械能转换成电能的电机把机械能转换成电能的电机电动机：电动机：把电能转换成机械能的电机把电能转换成机械能的电机电电机机电动机电动机交流电动机交流电动机直流电动机直流电动机 同步电动机同步电动

21、机 异步电动机异步电动机4.2.1 4.2.1 三相异步电动机的结构和工作原理三相异步电动机的结构和工作原理三相异步电动机的结构三相异步电动机的结构 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 罩罩壳壳 轴轴承承盖盖端端盖盖接线盒接线盒机机座座转轴转轴轴轴承承转转子子端端盖盖风扇风扇三相异步电动机定子结构三相异步电动机定子结构 定子主要由机座、定子铁心和定子绕组构成。定子主要由机座、定子铁心和定子绕组构成。 定子铁心冲片定子铁心冲片 三相异步电动机具有三相对称的定子绕组三相异步电动机具有三相对称的定子绕组 三相异步电动机转子结构三相异步电动机转子结构 转子铁心冲片转子铁心冲片 笼型转子笼型转子

22、绕线转子绕线转子 旋转磁场旋转磁场 C B A 当三相定子绕组接到三相对称电源时，绕组当三相定子绕组接到三相对称电源时，绕组中便产生了三相对称电流中便产生了三相对称电流iA、iB、iC。 当当wt=0时，时， 0, 0, 0CBAiii 当当wt=60时，时， 0, 0, 0CBAiii 当当wt=120时，时， 0, 0, 0CBAiii 当当wt=180时，时， 0, 0, 0CBAiii结论结论：三相正弦交流电流通过电机的三相对称绕组，：三相正弦交流电流通过电机的三相对称绕组，在电机中所建立的合成磁场是一个旋转磁场。在电机中所建立的合成磁场是一个旋转磁场。 旋转磁场的旋转方向和三相电流的

23、相序一致；任意对旋转磁场的旋转方向和三相电流的相序一致；任意对调接到电动机三相定子绕组的三相电源引线中的两根，调接到电动机三相定子绕组的三相电源引线中的两根，就可使旋转磁场反向旋转。就可使旋转磁场反向旋转。 旋转磁场的转速：旋转磁场的转速： pfn10602p分）转/( 50011p分）转/( 0003极对数极对数同步转速同步转速)50(1Hzf 0n3p分）转/( 0001三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理 转子电动势和电流方向 n n 0 n 0 旋转磁场顺时针方向旋旋转磁场顺时针方向旋转，相当于转子导体逆转，相当于转子导体逆时针方向切割磁通，产时针方向切割磁通，产生感应电动

24、势。因为转生感应电动势。因为转子绕组是接成回路的，子绕组是接成回路的，所以产生感应电流。载所以产生感应电流。载流导体在磁场中会受到流导体在磁场中会受到电磁力电磁力F的作用，电动的作用，电动机的转子就转动起来。机的转子就转动起来。转子转动方向转子转动方向与旋转磁场的与旋转磁场的方向一致方向一致电动机转子的转速电动机转子的转速n必定低于旋转磁场的转速必定低于旋转磁场的转速n0 。 转差：转差：旋转磁场的同步转速旋转磁场的同步转速n0与异步电动机转子转与异步电动机转子转速速n之差称为转差，用之差称为转差，用 n表示，即表示，即 转差率：转差率：转差与同步转速之比称为转差率，用转差与同步转速之比称为转

25、差率，用s表示，表示，即即 000nnnnnsnnn0例例 有一台三相异步电动机，其额定转速有一台三相异步电动机，其额定转速nN =1440 r/min 。试求电动机的极数和额定负载时的转差率。试求电动机的极数和额定负载时的转差率sN 。电源频率。电源频率f1 =50 Hz 。解解 由于异步电动机的转差率通常在很小的数值范由于异步电动机的转差率通常在很小的数值范围内；所以电动机的围内；所以电动机的n与与n0非常接近。非常接近。 04. 015001440150000Nnnns4.2.2 4.2.2 三相异步电动机的电磁转矩和机械特性三相异步电动机的电磁转矩和机械特性三相异步电动机的电磁转矩三相

26、异步电动机的电磁转矩 22TcosIKT T电磁转矩，单位为电磁转矩，单位为Nm； KT常数，决定于电动机的结构。常数，决定于电动机的结构。异步电动机的电磁关系与变压器类似。定子绕组相异步电动机的电磁关系与变压器类似。定子绕组相当于变压器的一次绕组，转子绕组相当于变压器的当于变压器的一次绕组，转子绕组相当于变压器的二次绕组。二次绕组。 NfKEU1111144. 4转子频率转子频率 1000026060)(sfpnnnnnnpf221222244. 444. 4KNsfKNfE在在n=0，即，即s=1时，转子电动势为时，转子电动势为2212044. 4KNfE202sEE 转子绕组的漏抗为转子

27、绕组的漏抗为2122222LsfLfX在在n=0，即，即s=1时，转子漏抗为时，转子漏抗为 21202LfX202sXX 设转子每相电阻为设转子每相电阻为R2， 2202220222222)(sXRsEXREI220222222222)(cossXRRXRR I2,cos2 s 1 0 I2 cos2 11111111144. 444. 4UNfKUNfKE22022221T)(sXRsRUKT常数常数TK可见：转矩可见：转矩T与定子每相电压与定子每相电压U12成比例，所以成比例，所以当电源电压变动时，对转矩的影响很大。转矩当电源电压变动时，对转矩的影响很大。转矩T还受转子电阻还受转子电阻R2

28、的影响。的影响。 异步电动机的异步电动机的转矩特性曲线转矩特性曲线 Tm s 0 sm T 最大转矩最大转矩Tm对应的转差率对应的转差率sm称为称为临界转差率临界转差率 202mXRs2021Tm2XUKT21mUT 起动转矩起动转矩Tst：电动机刚起动（电动机刚起动（n=0、s=1）时的转矩）时的转矩22022212TstXRURKT21stUT 电动机的转矩电动机的转矩T 为为nPnPPT22255. 9602P2电动机轴上输出的机械功率，单位为电动机轴上输出的机械功率，单位为W； n转速，单位为转速，单位为r/min； T转矩，单位是转矩，单位是Nm。 电动机的功率电动机的功率P2以千瓦

29、（以千瓦（kW）为单位，则）为单位，则 nPT29550例如例如，某电动机（型号为，某电动机（型号为Y132M-4）的额定功）的额定功率为率为7.5 kW，额定转速为，额定转速为1440 r/min，则其额，则其额定转矩为定转矩为 mN7 .49mN14405 . 795509550NN2NnPT异步电动机电源电压变异步电动机电源电压变化对转矩特性的影响化对转矩特性的影响 异步电动机转子电路电异步电动机转子电路电阻对转矩曲线的影响阻对转矩曲线的影响 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性 表示电动机转速与转矩的关系曲线，称为电动表示电动机转速与转矩的关系曲线，称为电动机的机械特性曲线

30、。机的机械特性曲线。 4.217 异 步 电 动 机 的 机 械 特 性 曲 线 0 n0nNnTmTstTNTa b c c c 通常异步电动机都工作通常异步电动机都工作在在ab段。在这一段，电段。在这一段，电动机可根据负载转矩的动机可根据负载转矩的变化，自动调节电磁转变化，自动调节电磁转矩，从而在新的转速下矩，从而在新的转速下稳定运行。即具有自适稳定运行。即具有自适应调节能力。应调节能力。 最大转矩最大转矩Tm与额定转矩与额定转矩TN的比值称为电动机的比值称为电动机的转矩过载系数或过载能力，用的转矩过载系数或过载能力，用 来表示，即来表示，即 NmTT一般三相异步电动机的一般三相异步电动机

31、的 在在1.82.2之间，之间，特殊用途电动机的特殊用途电动机的 可达可达3或更大。或更大。 4.2.3 4.2.3 三相异步电动机的使用三相异步电动机的使用三相异步电动机的铭牌数据三相异步电动机的铭牌数据 三相异步电动机 型号 Y132M-4 功 率 7.5 kW 频 率 50 Hz 电压 380 V 电 流 15.4 A 接 法 转速 1440 r/min 绝缘等级 B 工作方式 连续 年 月 编号 电机厂 此外，此外，Y132M4型电动机的主要技术数型电动机的主要技术数据还有：功率因数据还有：功率因数0.85，效率，效率87%。1.型号型号 三相异步电动机 磁极数 机座中心高（mm） 机

32、座长度代号 （S短机座； M中机座； L长机座） Y 132 M 4 产品名称产品名称代号代号汉字意汉字意义义异步电动异步电动机机绕线转子绕线转子异步电动异步电动机机防爆型异防爆型异步电动机步电动机高起动转高起动转矩异步电矩异步电动机动机YYRYBYQ异异异绕异绕异爆异爆异起异起2.电压电压 铭牌上所标的电压值是指电动机在额定运行时定子铭牌上所标的电压值是指电动机在额定运行时定子绕组上应加的线电压值（有效值），用绕组上应加的线电压值（有效值），用U1N表示。表示。 一般规定电动机的电压不应高于或低于额定一般规定电动机的电压不应高于或低于额定值的值的5%。 3.接法接法 有星形（有星形（Y）和三

33、角形（）和三角形（D）两种）两种 接法是指定子绕组的接法接法是指定子绕组的接法 Y系列规定，三相异步电动机额定电压系列规定，三相异步电动机额定电压U1N为为380V、3kW及以下者，作星形联结；及以下者，作星形联结；4kW及以及以上者，联结成三角形。上者，联结成三角形。 接三相电源 定子绕组的定子绕组的星形联结星形联结 接三相电源 定子绕组的定子绕组的三角形联结三角形联结 4.电流电流 铭牌上所标的电流值是指电动机在额定运行时定子铭牌上所标的电流值是指电动机在额定运行时定子绕组的线电流值（有效值），用绕组的线电流值（有效值），用I1N表示。表示。 若电动机三相定子绕组有两种接法，就有两个相若电

34、动机三相定子绕组有两种接法，就有两个相对应的额定电流值。对应的额定电流值。5.功率因数功率因数 额定功率因数是电动机在额定状态运行时的功率额定功率因数是电动机在额定状态运行时的功率因数，用因数，用cos N表示。表示。 额定功率因数一般约在额定功率因数一般约在0.70.9，而在空载和轻载，而在空载和轻载时很低，空载时只有时很低，空载时只有0.20.3。 6.功率与效率功率与效率 铭牌上所标的功率值是指电动机在额定运行时输铭牌上所标的功率值是指电动机在额定运行时输出的机械功率值。出的机械功率值。 电动机从电源吸取的有功功率是输入功率，减电动机从电源吸取的有功功率是输入功率，减去自身的铜耗、铁耗、

35、机械损耗等损耗，输出去自身的铜耗、铁耗、机械损耗等损耗，输出给机械负载的功率就是输出功率。给机械负载的功率就是输出功率。 额定效率是电动机在额定运行时的效率，用额定效率是电动机在额定运行时的效率，用 来表示。来表示。 N效率效率是输出功率与输入功率之比，即是输出功率与输入功率之比，即 12PP7.转速转速 铭牌上所标的转速值是电动机在额定运行时的转速。铭牌上所标的转速值是电动机在额定运行时的转速。 NN2N9550nPT PN额定输出功率，单位为额定输出功率，单位为kW； nN额定转速，单位为额定转速，单位为r/min； TN额定转矩，单位为额定转矩，单位为Nm。 8.绝缘等级绝缘等级 绝缘等

36、级绝缘等级AEBFH极限温度极限温度（C）1051201301551809.工作方式工作方式 铭牌上标的工作方式，有时又称为工作制。铭牌上标的工作方式，有时又称为工作制。 工作方式分为工作方式分为8类，分别用字母类，分别用字母S1S8表示。表示。 如如S1是是“连续连续”工作方式；工作方式；S2是是“短时短时”工作方工作方式，分式，分10、30、60、90分钟（分钟（min）四种；）四种；S3是是“断续周期性断续周期性”工作方式；工作方式；等等。等等。 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 因为在起动瞬间，因为在起动瞬间，n0，s1，旋转磁场与静止的，旋转磁场与静止的转子之间相对速度很大，

37、磁通切割转子导条的速度转子之间相对速度很大，磁通切割转子导条的速度很快，转子电路中的电动势和电流都很大。很快，转子电路中的电动势和电流都很大。 异步电动机的起动电流异步电动机的起动电流Ist很大。很大。一般电动机的定子起动电流（指线电流）往一般电动机的定子起动电流（指线电流）往往为额定电流的往为额定电流的57倍。倍。 （1）直接起动）直接起动 二、三十千瓦以下的异步电动机一般都是采用二、三十千瓦以下的异步电动机一般都是采用直接起动的。直接起动的。（2）减压起动）减压起动 星形星形三角形（三角形（Y）换接起动）换接起动 适用于正常运行时定子绕组为三角形联适用于正常运行时定子绕组为三角形联结的笼型

38、电动机。结的笼型电动机。 stst31II，stst31TT 运行（） 起动（Y） 3 自耦减压起动自耦减压起动 自耦减压起动适用于容量较大或正常运行时联成星自耦减压起动适用于容量较大或正常运行时联成星形不能采用星三角换接起动的笼型异步电动机。形不能采用星三角换接起动的笼型异步电动机。 运行 起动 3 3 自耦减压起动时电自耦减压起动时电动机的起动转矩：动机的起动转矩：st2stTxT 线路起动电流：线路起动电流：st2stIxI 12NNx 设转子串接电阻起动转子串接电阻起动 对于绕线转子电动机，通常采用在转子电路串对于绕线转子电动机，通常采用在转子电路串入电阻的方法。入电阻的方法。 转子

39、电刷 滑环 stR起动时接入起动电阻起动时接入起动电阻Rst，很明显起动电流将减小，同很明显起动电流将减小，同时时cos 2却增大。却增大。 只要串入的电阻大小只要串入的电阻大小适当，则既可减小起适当，则既可减小起动电流又可提高起动动电流又可提高起动转矩转矩 。例例 某三相异步电动机的额定数据如表所示。试求：某三相异步电动机的额定数据如表所示。试求：（1）额定电流；（）额定电流；（2）额定转差率；（）额定转差率；（3）额定转矩、）额定转矩、最大转矩、起动转矩。（最大转矩、起动转矩。（4）用）用Y换接起动时的换接起动时的起动电流和起动转矩。（起动电流和起动转矩。（5）当负载转矩为额定转矩）当负载

40、转矩为额定转矩的的60%和和25%时，电动机能否起动？时，电动机能否起动？ NstIINstTTNmaxTT2.01.27.00.8890%380 V1470r/min30kW功率因数功率因数效率效率电压电压转速转速功率功率解解 （1） ：UIPPP得由cos3212A55.57cos3NNNN2NUPI（2） ，故电动机是四极的，即极，故电动机是四极的，即极对数对数P=2，同步转速，同步转速 。所以。所以min/ r1470Nnmin/ r15000n02. 01500147015000N0Nnnns（3） mN9 .1949550NN2NnPTmN8 .389mN9 .1940 . 2NN

41、maxmaxTTTTmN9 .233mN9 .1942 . 1NNststTTTT（4） A85.402A55.5777NstIIA28.134A85.4023131ststIImN97.77mN9 .2333131ststTT（5）在）在60%额定转矩时，额定转矩时， mN94.116%60NT97.77stTNst%60TT故不能采用故不能采用Y换接起动换接起动 在在25%额定转矩时，额定转矩时， mN725.48%25NT97.77stTNst%25 TT可以采用可以采用Y换接起动换接起动 例例 对上例中的电动机采用自耦减压起动，而使电对上例中的电动机采用自耦减压起动，而使电动机的起动转

42、矩为额定转矩的动机的起动转矩为额定转矩的85%，试求：（，试求：（1）自耦变压器的电压比自耦变压器的电压比K；（；（2）电动机的起动电流和）电动机的起动电流和线路上的起动电流。线路上的起动电流。 解解 （1） 19. 185. 02 . 1NNstst21TTTTUUK（2）设电动机直接起动电流为）设电动机直接起动电流为Ist、自耦降压起动、自耦降压起动电流为电流为Ist ， A53.338A85.40219. 11st I线路起动电流为线路起动电流为A48.284A53.33819. 1119. 11stst II三相异步电动机的反转三相异步电动机的反转 把电动机与电源的三根联结线中的任意两

43、根对调，电把电动机与电源的三根联结线中的任意两根对调，电动机的转向便与原来相反。动机的转向便与原来相反。 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 pfsnsn1060)1 ()1 (所以改变电动机的转速有三种可能：所以改变电动机的转速有三种可能：改变电源频率改变电源频率f1改变极对数改变极对数p改变转差率改变转差率s。 （1）变极调速）变极调速 pfn1060因此改变因此改变p可以得到不同的转速可以得到不同的转速 U1 U2 U1 U2 U1 U2 U1 U2 p2 p1 （2）变频调速）变频调速 整 流 器 逆 变 器 Hz50f 3 M 可 调 1f、1U 变频调速有恒转矩调速和变频调速

44、有恒转矩调速和恒功率调速两种方式恒功率调速两种方式 绕线转子异步电动机的调速绕线转子异步电动机的调速 （1）改变转差率调速）改变转差率调速 在绕线转子电动机的转子电路中接入一个调速在绕线转子电动机的转子电路中接入一个调速电阻（和起动电阻一样接入），改变电阻的大电阻（和起动电阻一样接入），改变电阻的大小，就可得到平滑调速。小，就可得到平滑调速。 优点是设备简单、投资少，广泛应用于起重设优点是设备简单、投资少，广泛应用于起重设备中；但在电阻上的能量损耗较大。备中；但在电阻上的能量损耗较大。 （2）串级调速）串级调速 用一套有源逆变电路来代替调速电阻及开关设备，用一套有源逆变电路来代替调速电阻及开关

45、设备，把原来消耗在电阻上的功率反馈到电网去，用改变把原来消耗在电阻上的功率反馈到电网去，用改变晶闸管的逆变角的方法来改变电动机的转速。晶闸管的逆变角的方法来改变电动机的转速。4.3 4.3 直流电动机直流电动机直流电机是机械能和直流电能互相转换的旋转机械装置。直流电机是机械能和直流电能互相转换的旋转机械装置。 直流发电机将机械能转换为电能直流发电机将机械能转换为电能 直流电动机将电能转换为机械能直流电动机将电能转换为机械能 直流电动机的调速性能较好、起动转矩较大，直流电动机的调速性能较好、起动转矩较大，因此，对调速要求较高的生产机械因此，对调速要求较高的生产机械(例如龙门刨例如龙门刨床、铣床、

46、轧钢机等床、铣床、轧钢机等)或者需要较大起动转矩的或者需要较大起动转矩的生产机械生产机械(例如起重机械、电力牵引设备等例如起重机械、电力牵引设备等)往往往往采用直流电动机来驱动。采用直流电动机来驱动。 4.3.1 4.3.1 直流电动机的电磁转矩直流电动机的电磁转矩和电枢电动势和电枢电动势直流电动机的结构直流电动机的结构 1 2 3 磁极磁极换向器换向器电枢电枢 1 2 3 4 S S N N 极心极心极掌极掌励磁绕组励磁绕组机座机座1.磁极磁极 用来在电机中产生磁场，分成极心和极掌两部分。用来在电机中产生磁场，分成极心和极掌两部分。 极心上放置励磁绕组，通直流电励磁；极心上放置励磁绕组，通直

47、流电励磁； 极掌的作用是使电机空气隙中磁感应强度极掌的作用是使电机空气隙中磁感应强度的分布最为合适，并用来挡住励磁绕组。的分布最为合适，并用来挡住励磁绕组。 2.电枢电枢 是电机中产生感应电动势的部分。是电机中产生感应电动势的部分。 3.换向器（整流子）换向器（整流子） 1 2 3 4 外形外形剖面团剖面团压圈压圈 楔形楔形铜片铜片换向器的换向器的凸出部分凸出部分套筒套筒直流电动机的基本工作原理直流电动机的基本工作原理 IUIaabbNSABee直流电动机的电磁转矩和电枢电动势直流电动机的电磁转矩和电枢电动势 aTIKT KT与电机结构有关的常数；与电机结构有关的常数； 电动机一个磁极的磁通，

48、单位为电动机一个磁极的磁通，单位为Wb；Ia电枢电流，单位为电枢电流，单位为A；T单位是单位是Nm。直流电动机电刷间的电动势常用下式表示直流电动机电刷间的电动势常用下式表示 nKEE 电动机一个磁极的磁通，单位为电动机一个磁极的磁通，单位为Wb；KE与电机结构有关的常数；与电机结构有关的常数；E电动势，单位为电动势，单位为V。 n电枢转速，单位为电枢转速，单位为r/min；4.3.2 4.3.2 他励电动机他励电动机他励电动机的机械特性他励电动机的机械特性 fUfIEaIUM 电枢 励磁绕组 他励电动机的励磁绕组和他励电动机的励磁绕组和电枢绕组是分离的，分别电枢绕组是分离的，分别由两个直流电源

49、供给由两个直流电源供给 。励磁电源励磁电源Uf产生励磁电流产生励磁电流If ，建立磁通，建立磁通 。 电枢电路接通电源电枢电路接通电源U后，电枢中产生工作电流后，电枢中产生工作电流Ia，电枢在磁场作用下，产生电磁转矩电枢在磁场作用下，产生电磁转矩T，以，以n的转速的转速旋转，并在电枢中产生反电动势旋转，并在电枢中产生反电动势E。 fffRUI aaRIEUaaREUIRf是励磁电路的电阻是励磁电路的电阻 Ra是电枢绕组电阻是电枢绕组电阻 nnTKKRKUKRIUKEn02TEaEEaaE n0nNnnNTT 他励电动机的机械特性曲线他励电动机的机械特性曲线 他励电动机的起动与反转他励电动机的起

50、动与反转 稳定运行时，其电枢电流为稳定运行时，其电枢电流为 aaREUI在电动机起动的初始瞬间的电枢电流为在电动机起动的初始瞬间的电枢电流为 aastRUI由于由于Ra很小，起动电流将达到额定电流的很小，起动电流将达到额定电流的1020倍，倍，这是不允许的。必须限制起动电流。这是不允许的。必须限制起动电流。 限制起动电流的方法就是起动时在电枢电路中串限制起动电流的方法就是起动时在电枢电路中串接起动电阻接起动电阻Rst。 staastRRUI一般起动电流不应超过额定电流的一般起动电流不应超过额定电流的1.52.5倍。倍。 aststRIUR注意：注意：直流电动机在起动或工作时，励磁电路一定直流电

51、动机在起动或工作时，励磁电路一定要接通，不能让它断开（起动时要满励磁）。要接通，不能让它断开（起动时要满励磁）。 例例 有一他励电动机，额定功率有一他励电动机，额定功率40kW，UN=220V，IaN=208A，Ra=0.09 ，Rf=62.8 ，nN=1500r/min，电动机最高转速为电动机最高转速为2250r/min。试求：（。试求：（1）在额定）在额定运行时电动机的电枢电动势；（运行时电动机的电枢电动势；（2）额定转矩；（）额定转矩；（3）直接起动时的起动电流；（直接起动时的起动电流；（4）若用电枢电路串电阻）若用电枢电路串电阻的方法限制起动电流为的方法限制起动电流为IaN的的1.5倍

52、，需串多大的电阻？倍，需串多大的电阻？ 解解 （1）带额定负载时）带额定负载时 V3 .201V09. 0208V220aaNNRIUE（2）额定转矩）额定转矩 mN7 .2549550N2NnPT（3）起动时）起动时E=0，若直接起动，则电流，若直接起动，则电流A2444A09. 0220aNastRUI可见，直接起动时起动电流为额定可见，直接起动时起动电流为额定电流的电流的11.75倍，这是不容许的。倍，这是不容许的。（4） aNstaN5 . 1IRRU615. 009. 02085 . 12205 . 1aaNNstRIUR他励电动机的调速他励电动机的调速 TKKRKUn2TEaE可知

53、，改变电枢电压可知，改变电枢电压U或磁通或磁通的大小，就的大小，就可以宽范围地平滑调速。可以宽范围地平滑调速。 1.改变磁通改变磁通调速（调磁）调速（调磁） 保持电源电压保持电源电压U为额定值，改变励磁电流为额定值，改变励磁电流进而改变磁通，使转速相应改变。进而改变磁通，使转速相应改变。 调速的过程：调速的过程：当当U保持恒定时，增大可调电阻，减保持恒定时，增大可调电阻，减小励磁电流小励磁电流If。在。在If开始减小时，转速由于惯性来不开始减小时，转速由于惯性来不及改变，但磁通及改变，但磁通很快减小了，于是反电动势很快减小了，于是反电动势E=KEn立即减小。立即减小。E减小，则减小，则Ia急增

54、。由于急增。由于Ia增加增加的影响超过的影响超过减小的影响，故减小的影响，故TKTIa也迅速增加。也迅速增加。若阻转矩若阻转矩Tc(TcT2十十T0)未变，则未变，则TTc，使转速上，使转速上升（加速）。转速升（加速）。转速n升高后，反电动势升高后，反电动势E又随之增大，又随之增大，而而Ia和和T又回头下降，一直到又回头下降，一直到T又重新等于又重新等于Tc为止。为止。此时转速达到新的稳定值，且转速已较原来的升高此时转速达到新的稳定值，且转速已较原来的升高了。磁通了。磁通减小时，减小时，n0升高了，转速降升高了，转速降n也增大了；也增大了；但后者与但后者与2成反比，所以磁通愈小，理想空载转速成

55、反比，所以磁通愈小，理想空载转速n0愈高，机械特性曲线也就愈软。愈高，机械特性曲线也就愈软。 磁通减小 n 0n 0n0nNnNUNcTT改变改变时的机械特性曲线时的机械特性曲线 这种调速方法可以平滑调速，经济方便，稳这种调速方法可以平滑调速，经济方便，稳定性较好，但只能在额定转速以上调速。定性较好，但只能在额定转速以上调速。2.改变电枢电压调速改变电枢电压调速 (调压调压) 当保持他励电动机的励磁电流当保持他励电动机的励磁电流If为额定值时，降低电为额定值时，降低电枢电压枢电压U，理想空载转速，理想空载转速no变低了，但变低了，但n末改变。末改变。因此，改变因此，改变U可得出一族彼此平行的机

56、械特性曲线。可得出一族彼此平行的机械特性曲线。 调速的过程：调速的过程：保持磁通保持磁通 不变，减小电枢电压不变，减小电枢电压U。由。由于机械惯性转速不会立即发生变化，于是反电动势于机械惯性转速不会立即发生变化，于是反电动势E也暂不变化，则电枢电流也暂不变化，则电枢电流Ia减小、转矩减小、转矩T也减小了。也减小了。如果阻转矩如果阻转矩Tc未变，由于未变，由于TTc，则转速，则转速n下降（减下降（减速）。当转速速）。当转速n降低后，反电动势降低后，反电动势E又随之减小，而又随之减小，而Ia和和T则随之增大，直到则随之增大，直到T又重新等于又重新等于Tc为止。此时为止。此时转速达到新的稳定值，且转

57、速已较原来的降低了。转速达到新的稳定值，且转速已较原来的降低了。 例例 某他励直流电动机，已知：某他励直流电动机，已知：UN=220V，IN=53.8A，nN=2000r/min，电枢电阻电枢电阻Ra=0.4 。今将电枢端电压。今将电枢端电压降低到降低到110V，而负载转矩不变，励磁不变。试问电，而负载转矩不变，励磁不变。试问电动机转速变为多少？动机转速变为多少？ 解解 因为励磁不变，负载转矩不变，由式因为励磁不变，负载转矩不变，由式可知，电枢电流也保持不变。可知，电枢电流也保持不变。 aTIKT 45. 04 . 08 .532204 . 08 .53110 aaaaEERIURIUEEKE

58、KEnn转速约降低到原来的转速约降低到原来的45，即，即min/r09045. 0 nn 4.3.3 4.3.3 并励电动机并励电动机并励电动机的励磁绕组和并励电动机的励磁绕组和电枢绕组并联后由同一个电枢绕组并联后由同一个直流电源供电直流电源供电 M fIaIU 他励电动机机械特性、起动和他励电动机机械特性、起动和反转特性的结论完全适用于并反转特性的结论完全适用于并励电动机。励电动机。 并励电动机可采用改变磁通并励电动机可采用改变磁通 、即在、即在励磁回路串电阻方法调速。励磁回路串电阻方法调速。 例例 一台并励直流电动机：一台并励直流电动机：UN=220V，PN=17kW， N=86%，已知，

59、已知Ra=0.2 ，Rf=55 。求：（。求：（1）在额）在额定电压下，直接起动时的起动电流；直接起动会发定电压下，直接起动时的起动电流；直接起动会发生什么后果？（生什么后果？（2）欲使起动时输入电流为额定电流）欲使起动时输入电流为额定电流的的1.5倍，应在电枢电路中串联多大电阻值的电阻倍，应在电枢电路中串联多大电阻值的电阻?解解 (1) A 4fNfRUI直接起动时的电枢电流：直接起动时的电枢电流：A 100 1aNt saRUI直接起动时的起动电流：直接起动时的起动电流：A 104 1ft sat sIIIkW 77.19NN1PP，A 9 .89N1NUPI，NA 104 1I，将烧损电

60、机。，将烧损电机。（2） A 9 .85fNNaIII要求起动电流限制在要求起动电流限制在A 1355 . 1A9 .895 . 1NI这时电枢电流这时电枢电流A 131A4A1355 . 1fNt saIIINat sa)(URRI由，应串入电阻：，应串入电阻： 48. 1at saNRIUR例例 某并励直流电动机，铭牌数据如下：某并励直流电动机，铭牌数据如下：PN=22kW，UN=220V，IN=114.2A， nN=1000r/min，Ra=0.2 ，Rf=110 ，电动机在额定电压下工作。求：（，电动机在额定电压下工作。求：（1）保持）保持额定负载转矩额定负载转矩TN不变，使磁通减小到