电工技术第6章-电动机械-电动机课件

1、三相异步电机接线盒转轴机座定子铁心定子绕组接线盒端盖罩壳风扇转子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。转轴一、三相异步电动机的构造定子绕组机座铁心定子铁心冲片U1U2三相定子绕组（U相）1.定子铁心：由内周有槽的硅钢片叠成。三相绕组机座：铸钢或铸铁根据转子绕组结构的不同分为：转子铁心冲片铁心转子绕组转轴笼型转子去掉铁心后的转子导条（转子铁心槽内嵌有铸铝导条）笼型转子绕线型转子（转子铁心槽内嵌有三相绕组）转子铁心转子绕 组转轴2.转子笼型电动机与绕线式电动机的的比较：笼型： 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。绕线式： 结构复杂、价格较贵、

2、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。VVWUUW三相异步机的结构定子转子 定子三相绕组通入三相交流电(星形联接)AXBYCZo二、三相异步电动机的工作原理1.旋转磁场的产生o规定 i : “+” 首端流入，尾端流出。 i : “” 尾端流入，首端流出。 AYCBZX()电流出()电流入 tAXYCBZAXYCBZAXYCBZ 三相电流合成磁场 的分布情况合成磁场方向向下合成磁场旋转60合成磁场旋转90600oAAXZBCYAAXZBCY分析可知：三相电流产生的合成磁场是一旋转的磁场 即：一个电流周期，旋转磁场在空间转过360取决于三相电流的相序2.旋转磁场的旋转方向结论： 任

3、意调换两根电源进线，则旋转磁场反转。任意调换两根电源进线(电路如图)AXCZBY0 to 当三相定子绕组按图示排列时，产生一对磁极的旋转磁场，即：o tAXBYCZAXYCBZ3. 旋转磁场的极对数p 若定子每相绕组由两个线圈串联 ，绕组的始端之间互差60，将形成两对磁极的旋转磁场。CYABCXYZAXBZAXBYC极对数旋转磁场的磁极对数与三相绕组的排列有关CYABCXYZAXBZ0工频： 旋转磁场的转速取决于磁场的极对数p=1时0 toAXYCBZAXYCBZAXYCBZ4. 旋转磁场的转速p=2时0旋转磁场转速n0与极对数 p 的关系极对数每个电流周期磁场转过的空间角度同步转速旋转磁场转

4、速n0与频率f1和极对数p有关。可见:AXYCBZ定子三相绕组通入三相交流电方向:顺时针 切割转子导体右手定则感应电动势 E20旋转磁场感应电流 I2旋转磁场左手定则电磁力FF电磁转矩TnF5. 电动机的转动原理6. 转差率 旋转磁场的同步转速和电动机转子转速之差与旋转磁场的同步转速之比称为转差率。 由前面分析可知，电动机转子转动方向与磁场旋转的方向一致，但转子转速 n 不可能达到与旋转磁场的转速相等，即异步电动机如果:无转子电动势和转子电流 转子与旋转磁场间没有相对运动，磁通不切 割转子导条无转矩因此，转子转速与旋转磁场转速间必须要有差别。异步电动机运行中:转子转速亦可由转差率求得转差率s

5、例1：一台三相异步电动机，其额定转速 n=1460 r/min，电源频率 f1=50 Hz。试求电动机在额定负载下的转差率。解：根据异步电动机转子转速与旋转磁场同步转速的关系可知：n0=1500 r/min , 即p=2 三相异步电动机的电磁关系与变压器类似。变压器： 变化 eU1 E1= 4.44 f N1 E2= 4.44 f N2E1 、E2 频率相同，都等于电源频率。异步电动机每相电路i1u1e1e 1e2e 2i2+f1f2三、转矩和机械特性i2R1R2i1u1e1e2等效电路（单相） ：主磁通产生的感应电动势。e1e2、转子电路定子电路1. 定子电路1.旋转磁场的磁通异步电动机：旋

6、转磁场切割导体 e， U1 E1= 4.44 f 1N1每极磁通旋转磁场与定子导体间的相对速度为 n0 ，所以2.定子感应电势的频率 f1感应电势的频率与磁场和导体间的相对速度有关f 1= 电源频率 f2. 转子电路1) 转子感应电势频率 f 2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对速度随转子的转速不同而变化 定子感应电势频率 f 1 转子感应电势频率 f 2 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2) 转子感应电动势E 2E2= 4.44 f 2N2 = 4.44s f 1N2 当转速 n = 0(s=1)时， f 2最高，且 E2 最大，

7、有E20= 4.44 f 1N2转子静止时的感应电势即E2= s E20 转子转动时的感应电势3) 转子感抗X 2当转速 n = 0(s =1)时， f 2最高，且 X2 最大，有X20= 2 f1L2即X2= sX20 4) 转子电流 I25) 转子电路的功率因数 cos2转子绕组的感应电流转子绕组的感应电流转子电路的功率因数 结论：转子转动时，转 子电路中的各量均与转 差率 s有关，即与转速 n有关。I2cos2s1I2,O3. 电磁转矩 转子中各载流导体在旋转磁场的作用下,受到电磁力所形成的转矩之总和。常数，与电机结构有关旋转磁场每极磁通转子电流转子电路的功率因数由此得电磁转矩公式由前面

8、分析知：由公式可知电磁转矩公式1. T 与定子每相绕组电压 成正比。U 1 T 2. 当电源电压 U1 一定时，T 是 s 的函数。3. R2 的大小对 T 有影响。绕线式异步电动机可外 接电阻来改变转子电阻R2 ，从而改变转距。4. 机械特性OTS根据转矩公式得特性曲线：OT1电动机在额定负载时的转矩。1) 额定转矩TN三个重要转矩OT额定转矩(N m) 如某普通机床的主轴电机(Y132M-4型) 的额定功率为7.5kw, 额定转速为1440r/min, 则额定转矩为2) 最大转矩 Tmax 转子轴上机械负载转矩T2 不能大于Tmax ，否则将造成堵转(停车)。电机带动最大负载的能力。令：求

9、得临界转差率OTTmax将sm代入转矩公式，可得当 U1 一定时，Tmax为定值过载系数(能力)一般三相异步电动机的过载系数为工作时必须使T2 Tmax ，否则电机将停转。电机严重过热而烧坏。(2) sm与 R2 有关， R2 sm n 。绕线式电机改变转子附加电阻R2 可实现调速。 3) 起动转矩 Tst电动机起动时的转矩。起动时n= 0 时，s =1(2) Tst与 R2 有关， 适当使 R2 Tst 。对绕线式 电机改变转子附加电阻 R2 , 可使Tst =Tmax 。OTTst起动能力正常工作条件：TLTL 否则电动机不能启动。5. 电动机的运行分析 电动机的电磁转矩可以随负载的变化而

10、自动调整，这种能力称为自适应负载能力。此过程中， n 、sE2 , I2 I1 电源提供的功率自动增加。T2sT2 TT =T2n T T2达到新的平衡T2常用特性段TO6. U1 和 R2变化对机械特性的影响1) U1 变化对机械特性的影响UTmTstT2TO2) R2 变化对机械特性的影响TOR2Tst n硬特性：负载变化时，转速变化不大，运行特性好。软特性：负载增加时转速下降较快，但起动转矩大，起动特性好。 机械特性的软硬 硬特性：负载变化时，转速变化不大，运行特性好。软特性：负载增加转速下降较快，但起动转矩大，起 动特性好。 硬特性 （R2小）软特性（R2大） 不同场合应选用不同的电机

11、。如金属切削，选硬特性电机；重载起动则选软特性电机。1. 型号 磁极数( 极对数 p = 2 )例如： Y 132 M4 用以表明电动机的系列、几何尺寸和极数。机座长度代号机座中心高（mm）三相异步电动机四、三相异步电动机铭牌数据异步电动机产品名称代号产品名称异步电动机绕线式异步电动机防爆型异步电动机高起动转矩异步电动机新代号汉字意义老代号Y异异绕异爆异起YRYBYQJ、JOJR、JROJB、JBOJQ、JQO2. 接法接线盒定子三相绕组的联接方法。通常V1W2U1W1U2V2U2U1W2V1V2W1U1V1W1W2U2V2W2U2V2V1W1U1Y 联结W1U1V1W2U2V2 联结3. 电

12、压例如：380/220V、Y/ 是指线电压为 380V 时 采用 Y联结；线电压为 220V 时采用 联结。说明：一般规定，电动机的运行电压不能高于或低 于额定值的 5% 。因为在电动机满载或接近 满载情况下运行时，电压过高 或过低都会使 电动机的电流大于额定值, 从而使电动机过热。电动机在额定运行时定子绕组上应加的线电压值。 三相异步电动机的额定电压有380V，3000V, 及6000V等多种。4. 电流例如： Y / 6.73 / 11.64 A 表示星形联结下电机的线电流为 6.73A；三角形联结下线电流为 11.64A。两种接法下相电流均为 6.73A。 5. 功率与效率 鼠笼电机 =

13、7293电动机在额定运行时定子绕组的线电流值。额定功率是指电机在额定运行时轴上输出的机械功率 P2，它不等于从电源吸取的电功率 P1。注意：实用中应选择容量合适的电机，防止出现 “大马拉小车” 的现象。6. 功率因数PN 三相异步电动机的功率因数较低，在额定负载时约为 0.7 0.9。空载时功率因数很低，只有 0.2 0.3。额定负载时，功率因数最高。 7. 额定转速电机在额定电压、额定负载下运行时的转速。P2cosO如： n N =1440 转/分 sN = 0.048. 绝缘等级指电机绝缘材料能够承受的极限温度等级，分为A、E、B、F、H五级，A级最低(105C)，H级最高(180C)。A

14、EBFH最高允许温度/C10512013015518010. 工作方式连续工作、短时工作、断续周期工作。11. 其他可从电工手册中查得功率因数、效率、9. 频率 fN 我国电网频率为50HZ。电源频率50HZ ，试求额定状态下的转差率sN , 电流I1N和转距TN, 以及起动电流I st、起动转矩T st和最大转矩 Tmax功率转速电压效率功率因数5.5KW1440r/min380V0.8550.84Ist/INTst/TNTm/TN72.22.5例 已知Y132S-4型三相异步电动机的额定技术数据如下：转差率第四节 三相异步电动机的起动、调速与制动一、三相异步电动机的起动 起动问题：起动电流

15、大，起动转矩小。 一般中小型鼠笼式电机起动电流为额定电流的5 7 倍; 电动机的起动转矩为额定转矩的(1.02.2)倍。大电流使电网电压降低，影响邻近负载的工作频繁起动时造成热量积累，使电机过热后果：原因：起动： n = 0，s =1, 接通电源。起动时 ，n = 0，转子导体切割磁力线速度很大，转子感应电势转子电流定子电流 起动方法1) 直接起动 二、三十千瓦以下的异步电动机一般都采用直接起动。2) 降压起动：星形-三角形(Y ) 换接起动自耦降压起动（适用于鼠笼式电动机）3) 转子串电阻起动（适用于绕线式电动机）先减小定子电压-减小启动电流，待启动完毕后再加上额定电压1. 直接起动(全压起

16、动)M3 Q直接起动线路缺点：起动电流大。控制电路简单，投资少，起动时间短。优点：允许直接起动的条件： 因为起动电流大，引起的线路压降就大，可能影响到其他设备的正常工作，所以大容量电动机不允许直接起动。 ：电动机起动电流倍数2. 降压起动1) Y 换接起动 降压起动时的电流为直接起动时的+ 起动U1U2V1V1W1W2+正常运行U1U2V1V2W1W2设：电机每相阻抗为Y 起动器接线简图L1L3L2FUSU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1动触点Y动触点静触点Y 起动器接线简图Y起动L1L3L2FUSU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1 起动UP

17、U1+Ul+U2V1V2W1W2Y 起动器接线简图 工作L1L3L2FUSU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1U2 正常运行Ul+U1V1V2W1W2(a) 仅适用于正常运行为三角形联结的电机。 (b)Y 起动Y 换接起动适合于空载或轻载起动的场合Y- 换接起动应注意的问题 正常运行UlU1W2V2W1+U2V1UP 起动+Ul+U1W2V2W1U2V1(2) 自耦降压起动L1L3L2FUQ Q2下合： 接入自耦变 压器，降压 起动。 Q2上合： 切除自耦变 压器，全压 工作。合刀闸开关QQ2 自耦降压起动适合于容量较大的或正常运行时联成 Y形不能采用Y起动的鼠笼式异步

18、电动机。RRR滑环电刷定子转子起动时将适当的R 串入转子电路中，起动后将R 短路。起动电阻 3.绕线式电动机转子电路串电阻起动 若R2选得适当，转子电路串电阻起动既可以降低起动电流，又可以增加起动转矩。常用于要求起动转矩较大的生产机械上。R2 Tst TO转子电路串电阻起动的特点 方法：任意调换电源的两根进线，电动机反转。 电动机正转电动机反转三相异步电动机的正、反转电 源UVWM3UVW电 源M3 一台Y225M-4型的三相异步电 动机，定子绕组型联结，其额定数据为：P2N=45kW,nN=1480r/min，UN=380V，N=92.3%，cosN=0.88， Ist/IN=7.0, Ts

19、t/TN=1.9，Tmax/TN=2.2，求： 1) 额定电流IN? 2) 额定转差率sN? 3) 额定转矩 TN 、最大转矩Tmax 、和起动转矩TN 。例 1)解: 2）由nN=1480r/min，可知 p=2 （四极电动机） 3）解： 在上例中(1)如果负载转矩为 510.2Nm, 试问在U=UN和U=0.9UN两种情况下电动机能否起动？（2）采用Y- 换接起动时，求起动电流和起动转矩。 又当负载转矩为起动转矩的80%和50%时，电动机能否起动？ (1) 在U=UN时 Tst = 551.8Nm 510.2 N. m 不能起动 (2) Ist =7IN=784.2=589.4 A 在U=

20、 0.9UN 时能起动例在80%额定负载时不能起动在50%额定负载时可以起动(3) 对上例中的电动机采用自耦变压器降压起动，设起动时加到电动机上的电压为额定电压的64%，求这时的线路起动电流Ist和电动机的起动转矩Tst。例解：设电动机的起动电压为U，电动机的起动电流为Ist 依据变压器的一次、二次侧电压电流关系，可求得线路起动电流Ist。 采用自耦降压法起动时，若加到电动机上的 电压与额定电压之比为 x ，则线路 起动电流Ist 为电动机的起动转距Tst为结论：1. 变频调速 (无级调速) f=50Hz逆变器M3 整流器f1、U1可调+变频调速方法恒转距调速（f1f1N）频率调节范围：0.5

21、几百赫兹三种电气调速方法二、三相异步电动机的调速 变频调速方法可实现无级平滑调速,调速性能优异，因而正获得越来越广泛的应用。2. 变极调速 (有级调速)A1X1A2X2iiP=2A1A2X1X2NNSSA1X1A2X2iiP=1 采用变极调速方法的电动机称作双速电机，由于调速时其转速呈跳跃性变化，因而只用在对调速性能要求不高的场合，如铣床、镗床、磨床等机床上。A1A2X1X2SNTo3. 变转差率调速 (无级调速) 变转差率调速是绕线式电动机特有的一种调速方法。其优点是调速平滑、设备简单投资少，缺点是能耗较大。这种调速方式广泛应用于各种提升、起重设备中。nnTLTLs sTso1. 能耗制动制

22、动方法机械制动电气制动能耗制动反接制动发电反馈制动 在断开三相电源的同时，给电动机其中两相绕组通入直流电流，直流电流形成的固定磁场与旋转的转子作用，产生了与转子旋转方向相反的转距（制动转距），使转子迅速停止转动。三、三相异步电动机的制动nF转子Tn0=0M3+-运转制动RP能耗制动的特点： 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。QRM3 运行制动n制动原理SNTem旋转磁场n1 将电源的任意两相对调，产生反向旋转磁场，产生制动转矩。方法简单，制动效果好，但能耗大。特点：制动限流电阻2. 反接制动 电动机转速n大于旋转磁场转速n1。如起重机重物下放时。n制动原理SNTem旋

23、转磁场n1n n1电动机处于发电运行状态。特点：3. 发电反馈制动反接制动时，定子旋转磁场与转子的相对转速很大。为限制电流，在制动时要在定子或转子中串电阻。即切割磁力线的速度很大，造成 ，引起 。注意： 单相异步电动机主要应用于电动工具、洗衣机、电冰箱、空调、电风扇等小功率电器中。单相异步电动机的定子中放置单相绕组,转子一般用鼠笼式。 定子绕组中通入单相交流电后, 形成脉动磁场，若不采取措施，将无法获得所需的起动转矩。定子定子绕组转子AANS一、单相异步电动机的工作原理第五节 单相异步电动机电容分相式异步电动机iASABBAiB设两相电流为两相电流正弦波形如图所示。iBiAO起动绕组一、电容分

24、相式异步电动机工作绕组ABBAABBAABBA两相旋转磁场动画450900iBiAOSABBiAiBA12实现正反转的电路 改变电容C的串联位置，可使单相异步电动机反转。 将开关S合在位置1，电容C与B绕组串联，电流 iB较iA超前近90；当将S切换到位置2，电容C与A绕组串联，电流iA 较iB 超前近90。这样就改变了旋转磁场的转向，从而实现电动机的反转。 电动机转子转动起来后，利用离心力将开关S断开(S是离心开关)，使起动绕组BB断电。M 二、罩极式单相异步电机i12定子绕组鼠笼式转子短路环极掌(极靴) 当电流i 流过定子绕组时，产生了一部分磁通1 ，同时产生的另一部分磁通与短路环作用生成

25、了磁通2 。由于短路环中感应电流的阻碍作用，使得2在相位上滞后1 ，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，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，故常用于洗衣机等电器中。 三相异步电动机在运行过程中，若其中一相与电源断开，就成为单相电动机运行。此时电动机仍将继续转动。若此时还带动额定负载，则势必超过额定电流，时间一长，会使电动机烧坏。这种情况往往不易察觉，在使用电动机时必须注意。如果三相异步电动机在起动前就断了一线，则不能起动，此时只能听到嗡嗡声，这时电流很大，时间长了

26、，也会使电动机烧坏。三、三相异步电动机的单相运行 解：电动机电磁转矩TU12 ，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，转子电流和定子电流都会增大。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：使T =TC 。 例 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、电流及转速有无变化？ 前面介绍的异步电动机、直流电动机等都是作为动力使用的，其主要任务是能量转换，例如将电能转换为机械能。本章介绍控制电机。 如：伺服机将电压信号转换为转矩和转速； 步进机将脉冲信号转换为角位移或线位移。 控制电机的主要功能是转换和传递信号。控制电

27、机的种类很多，本节主要介绍伺服机、步进机。 对控制电机的主要要求：动作灵敏、准确、重量轻、体积小、运行可靠、耗电少等。第六节 控制电机一、交流伺服电动机 交流伺服电动机和直流伺服电动机。伺服电动机分类： 伺服电动机的作用是驱动控制对象。被控对象的转距和转速受信号电压控制，信号电压的大小和极性改变时，电动机的转动速度和方向也跟着变化。伺服电动机的作用 交流伺服电机的输出功率一般为0.1-100 W，电源频率分50Hz、400Hz等多种。它的应用很广泛，如用在自动控制、温度自动记录等系统中。 原理与两相交流异步电机相同，定子上装有两个绕组 励磁绕组和控制绕组。励磁绕组和控制绕组在空间相隔90。控制

28、绕组励磁绕组转子励磁绕组中串联电容C的目的是为了产生两相旋转磁场。接线：励磁绕组的接线放大器控制绕组的接线检测元件控制信号 适当选择电容的大小，可使通入两个绕组的电流相位差接近90，因此便产生旋转磁场，在旋转磁场的作用下，转子便转动起来。1例：选择电容，可使交流伺服电机电路中的电压电流的相量关系如图所示。励磁绕组的接线放大器控制绕组的接线检测元件控制信号 工作时两个绕组中产生的电流 和 的相位差近90，因此便产生旋转磁场。在旋转磁场的作用下，转子转动起来。控制电压 与电源电压 两者频率相同，相位相同或反相。（1）U2= 0 时，转子停止。这时，虽然U2 =0V，U1仍存在，似乎成单相运行状态，

29、但和单相异步机不同。若单相电机启动运行后，出现单相后仍转。伺服电机不同，单相电压时设备不能转。交流伺服电动机的特点：原因：交流伺服电机 R2设计得较大。所以在U2=0时，交流伺服电机的T=f(s)曲线如下页图： 当U2=0V时，脉动磁场分成的正反向旋转磁场产生的转距T、T 的合成转矩 T 与单相异步机不同。合成转矩的方向与旋转方向相反，所以电机在U2=0V时，能立即停止，体现了控制信号的作用(有控制电压时转动，无控制电压时不转)，以免失控。交流伺服电动机的T=f(s)曲线（U2=0时）sT210sTTT021反转正转（3）控制电压 U2 大小变化时，转子转速相应变化，转速与电压 U2 成正比。U2 的极性改变时，转子的转向改变。（2）交流伺服电机 R2设计得较大，使Sm1，Tst大，启动迅速，稳定运行范围大。交流伺服电动机的机械特性曲线( U1=const )nTU20.8 U20.6 U20.4 U2Tn二、步进电动机机理：步进电机是利用电磁铁原理，将脉冲信号 转换成线位移或角位移的电机。每来一个 电脉冲，电机转动一个角度，带动机械移 动一小段距离。特点：(1)来一个脉冲，转一个步距角。 (2)控制脉冲频率，可控制电机转速。 (3)改变脉冲顺序，改变方向。种类： 有励磁式和反应式两种。两