电工学-电动机

电工学-电动机第1页，课件共58页，创作于2023年2月电机概述6.16.2三相异步电动机的基本结构6.3三相异步电动机的工作原理6.4三相异步电动机的铭牌数据三相异步电动机的机械特性6.5三相异步电动机的起动6.6第2页，课件共58页，创作于2023年2月1．了解三相异步电动机的构造与转动原理，理解旋转磁场的特性。2．了解定子电路和转子电路中的电压、电流关系。3．重点掌握电动机电磁转矩和机械特性。4．了解异步电动机的起动、调速、反转、制动原理和方法。5．理解异步电动机的铭牌数据。6．了解单相异步电动机构造与工作原理。第3页，课件共58页，创作于2023年2月案例6.1

异步电动机应用极为广泛。例如，在工业方面：中小型轧钢设备、各种金属切削机床、轻工机械、矿山机械、通风机、压缩机等；在农业方面：水泵、脱粒机、粉碎机及其他农副产品加工机械等都是用异步电动来拖动的。此外，与人民日常生活密切相关的电扇、洗衣机等设备中都用到异步电动机。第4页，课件共58页，创作于2023年2月第5页，课件共58页，创作于2023年2月

电机(electricmachine)是实现能量转换或信号转换的电磁装置。

电能机械能

种类：

(1)动力电机：直流电机和交流电机

他励电机并励电机串励电机复励电机异步电机同步电机第6页，课件共58页，创作于2023年2月

(2)控制电机

伺服电动机：电压信号转化为角位移或角速度；

测速发电机(electircgenerator)：

将转速转化为电压信号；

自整角机：

实现角度的传输、变换和接受；

步进电动机：电脉冲信号转化为转角或转速；

旋转变压器：转角信号变换成电压信号；

感应同步器：转角位移或直线位移转换成电压信号。

种类：第7页，课件共58页，创作于2023年2月三相异步电动机(three-phaseasynchronousmotor)主要部件是由定子和转子两大部分组成。此外，还有端盖、机座、轴承、风扇等部件。

电动机的外形第8页，课件共58页，创作于2023年2月

三相异步电动机的定子是由机座、定子铁心和定子绕组组成。基座铁心定子绕组端盖一.定子第9页，课件共58页，创作于2023年2月W2U2V2U1V1W1W2U2V2U1V1W1W2U2V2U1V1W1

接线柱的连接

星形联结三角形联结一.定子第10页，课件共58页，创作于2023年2月根据转子绕组结构的不同又分为笼型转子和绕线型转子。笼型转子绕线型转子转子铁心转轴二.转子第11页，课件共58页，创作于2023年2月1.二极旋转磁场旋转磁场由三相电流通过三相对称绕组产生。对称：三相对称负载空间对称分布旋转磁场是三相异步电动机工作的基础。电机是利用电与磁的相互转化和相互作用制成的。一.旋转磁场(revolvingmagneticfield)第12页，课件共58页，创作于2023年2月iUiViW

tiO三相(多相)绕组中流过三相(多相)电流。U1U2V1V2W2W1U1U2通入iU

V1V2通入iV

W1W2通入iW

一.旋转磁场1.二极旋转磁场第13页，课件共58页，创作于2023年2月

t=0°U1W2V1U2W1V2NSiUiViW

tiOi1=0，U1，U2端电流为零U1V1W1V2U2W2

t=0°一.旋转磁场1.二极旋转磁场i3为正，W1端流入，W2端流出i2为负，V1端流出，V2端流入第14页，课件共58页，创作于2023年2月W2U1V2W1U2V1

t=

90°

NS

t=90°i1为正，U1端流入，U2端流出i2为负，V1端流出，V2端流入i3为负，W1端流出，W2端流入一.旋转磁场iUiViW

tiOU1V1W1V2U2W21.二极旋转磁场第15页，课件共58页，创作于2023年2月2.四极旋转磁场ωt=0°i1=0，U1,U2,U3,U4端电流为零i2为负,V1,V3端流出,V2,V4端流入i3为正,W1,W3端流入,W2,W4端流出一.旋转磁场第16页，课件共58页，创作于2023年2月ωt=90°i1为正,U1,U3端流入,U2,U3端流出i2为负,V1,V3端流出,V2,V4端流入i3为负,W1,W3端流出,W2,W4端流入一.旋转磁场2.四极旋转磁场第17页，课件共58页，创作于2023年2月电流变化一周→旋转磁场转一圈电流每秒钟变化50周→旋转磁场转50圈→旋转磁场转3000圈电流每分钟变化(50×60)周p=1时：电流变化一周→旋转磁场转半圈电流每秒钟变化50周→旋转磁场转25圈→旋转磁场转1500圈电流每分钟变化(25×60)周p=2时：一.旋转磁场3.旋转磁场的转速第18页，课件共58页，创作于2023年2月在ωt=0°到90°期间，两极旋转磁场旋转了90°，而四极旋转磁场旋转了45°。磁场的磁极数（极对数p）越多，旋转磁场的转速n0（称为同步转速:synchronousspeed）越低。规律是：

p123456n0/(r/min)300015001000750600500

f1=50Hz

时,不同极对数（p）时的同步转速n0如下:其中，f1为定子电流的频率一.旋转磁场3.旋转磁场的转速第19页，课件共58页，创作于2023年2月旋转方向：取决于三相电流的相序。4.旋转磁场的转向旋转磁场是沿着：U1V1W1U1U2V1V2W2W1i1i2L1L3L2U1U2V1V2W1W2i3i1i2ImOti3i1→U1，i2→V1，i3→W1一.旋转磁场第20页，课件共58页，创作于2023年2月旋转磁场是沿着：U1W1V1U1U2V1V2W2W1L1L3L2U1U2V1V2W1W2i2i1i3i1→U1，i2→W1，i3→V1任意对调两根电源进线，磁场反转。一.旋转磁场4.旋转磁场的转向第21页，课件共58页，创作于2023年2月对称三相绕组通入对称三相电流旋转磁场(磁场能量)磁场切割转子绕组转子绕组中产生e和i转子绕组在磁场中受到电磁力的作用转子旋转起来机械负载旋转起来三相交流电能输出机械能量二.工作原理第22页，课件共58页，创作于2023年2月1.电磁转矩(electromagnetictorque)的产生右手定则左手定则二.工作原理第23页，课件共58页，创作于2023年2月转子绕组（铜条）切割旋转磁场产生感应电流▲

用右手定则判断电流的方向电流在磁场中受力▲

用左手定则判断力的方向

工作原理示意图2.转子转速n小于磁场同步转速n0n<n0称异步电动机二.工作原理1.电磁转矩的产生第24页，课件共58页，创作于2023年2月异步电动机起动时:n=0，s=1在接近同步转速n0时:n≈n0

，s≈03.电动机转速和旋转磁场同步转速的关系：①n与n0方向一致。②n<n0，转差率(slip):起动(堵转)时:n=0，s=1理想空载时:n=n0，s=0正常工作时:0<s<1故称异步电动机或感应电动机二.工作原理第25页，课件共58页，创作于2023年2月起动时：n=0,△n=n0

→

转子电磁感应最强→转子电路电量的频率：f2=f1

当n↑→△n↓

→转子电路电流的频率f2

↓（＜f1）稳定运行时：

△n=n0－n很小▲转子电路频率的变化：

f2=ｓf1

很小4.转子电流的频率二.工作原理第26页，课件共58页，创作于2023年2月例[6.2.1]：一台三相异步电动机，其额定转速nN=975r/min，电源频率f1=50Hz。试求电动机的极对数和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=1000r/min,即p=3额定转差率为例题第27页，课件共58页，创作于2023年2月5.电磁转矩的方向转子旋转的方向与旋转磁场的转向相同。电磁转矩的方向与旋转磁场的转向一致。任意对调两根电源进线，电动机反转。二.工作原理第28页，课件共58页，创作于2023年2月——与电动机结构有关的参数——转子电流——转子电路的功率因数——定子绕组的相电压——电动机起动（n=0）时转子的电抗1.电磁转矩：公式三.电磁转矩第29页，课件共58页，创作于2023年2月若负载变化，转矩平衡被打破，转子切割旋转磁场的速度变化，转子电路的感应电动势变化，转子电流变化，转矩变化，达到新的平衡。2.空载转矩由风阻的轴承摩擦等形成的阻转矩3.电动机的输出转矩4.负载转矩

：生产机械的阻转矩5.转矩平衡忽略空载转矩时三.电磁转矩第30页，课件共58页，创作于2023年2月转轴上输出的转矩为:T2=T－T0

电动机稳定运行，即匀速转动:T2=TL

转矩平衡:T

=TL+T0

T

≈TL≈T2

若TL↑→T＜TL→n↓→(n0–n)↑→切割加快→E2↑→I2↑→F↑→T↑→至T’=TL’→以较原转速低的n’重新匀速转动三.电磁转矩5.转矩平衡第31页，课件共58页，创作于2023年2月1.电动机（轴上）输出的机械功率P22.电动机的输入功率P1是电动机的规律因数，就是每相定子绕组的功率因数3.电动机的功率损耗P包括铜损耗PCu、铁损耗PFe和机械损耗PMe4.电动机的效率四.功率关系第32页，课件共58页，创作于2023年2月例[6.2.2]：某三相异步电动机，极对数

p=2，定子绕组三角形联结，接于50Hz、380V的三相电源上工作，当负载转矩TL=91N·m时，测得I1L=30A，P1=16kW，n=1470r/min，求该电动机带此负载运行时的s、P2

、ŋ和λ。=87.5%60f12n0

==1500

r/min

==0.021500－14701500P2=T2=2πn602×3.1460×91×1470W=14kWλ=P1√3U1lI1l=0.81解：P2P1η=100%例题第33页，课件共58页，创作于2023年2月

三相异步电动机型号Y132S－6功率3kW

频率

50Hz电压380V

电流7.2A

联结Y转速960r/min

功率因数0.76

绝缘等级

B1.型号

Y异步电动机，YR绕线式异步电动机，YB防爆型异步电动机。

Y132S－6机座长度代码：S—短机座，M—中机座，L—长机座三相异步电动机机座中心高度(132mm)磁极数(6)机座长度代码（短机座）第34页，课件共58页，创作于2023年2月2.额定功率

PN：额定状态下轴上输出机械功率P23.额定电压

UN：额定状态下定子绕组上的线电压UL4.额定电流

IN：额定状态下定子绕组上的线流IL

电动机的额定电压和额定电流与定子三相绕组的接法有关，有些电动机有星形和三角形两种接法。例某三相异步电动机铭牌上表示为：380V/660V，∆/Y,2/1.15A

。

三相异步电动机型号Y132S－6功率3kW

频率

50Hz电压380V

电流7.2A

联结Y转速960r/min

功率因数0.76

绝缘等级

B第35页，课件共58页，创作于2023年2月5.额定频率fN：额定状态下，定子绕组所加交流电压的频率6.额定转速nN：额定状态下，转子的转速接近于同步转速n0

7.额定转差率sN：额定状态下，转子的转差率接近于零sN=0.01~0.098.额定功率因数额定状态下，定子每相绕组的功率因数

λN：cosφN

三相异步电动机型号Y132S－6功率3kW

频率

50Hz电压380V

电流7.2A

联结Y转速960r/min

功率因数0.76

绝缘等级

B第36页，课件共58页，创作于2023年2月9.绝缘等级：电动机的绝缘等级如下表所示绝缘等级AEBFH最高工作温度（℃）105120130155180

三相异步电动机型号Y132S－6功率3kW

频率

50Hz电压380V

电流7.2A

联结Y转速960r/min

功率因数0.76

绝缘等级

B第37页，课件共58页，创作于2023年2月例[6.4.1]：Y180M-2型三相异步电动机，PN=22kW，UN=380V，三角形联结，IN=42.2A，λN=0.89，

fN=50HZ，

nN=2940r/min。求额定状态下运行时的:(1)转差率；(2)定子绕组的相电流；(3)输入有功功率；(4)效率。例题解：(1)(2)(3)(4)第38页，课件共58页，创作于2023年2月固有特性(intrinsiccharacteristic):在额定电压、额定频率，转子电路不外串电阻或电抗时的T=f(s)

和n=f(T)

人为特性(artificialcharacteristic):在改变电压、频率及转子电路参数时的

T=f(s)

和n=f(T)n=f(T)T=f(s)

转矩特性(torquecharacteristic):

异步机的T与s之间的关系机械特性(mechanicalcharacteristic):

异步机n与T之间的关系概念TNsN1TsTMsMTOsn0TnOTNnNTsTMnM转机矩械特特性性NMNMSS第39页，课件共58页，创作于2023年2月T=kTsR2U1p2R22+(sX2)

2

转矩特性返回转矩与转差率之间的关系：机械特性1.额定状态额定转速(ratedspeed)nN接近于同步转速n0额定转差率(ratedslip)sN接近于零，sN=0.01~0.09额定转矩(ratedtorque)的计算公式：三相异步电动机的机械特性具有硬特性(hardcharacteristic)，负载变化时转速变化不大。转矩的平衡过程：电动机在运行过程中若负载增大，TL>T，则转子转速降低，转子切割旋转磁场的速度增大，转子电流增大，转子转矩增大，达到与负载转矩的平衡。NMNMSS一.固有特性第40页，课件共58页，创作于2023年2月T=kTsR2U1p2R22+(sX2)

2

转矩特性返回转矩与转差率之间的关系：机械特性2.临界状态（最大转矩[maximumtorque]状态）临界转差率(criticalslip)sM可由转矩公式对转差率s求导数得到,导数=0。将sM代入转矩公式就能求得最大转矩TM三相异步电动机可以短时过载运行，过载时TN<TL<

TM。三相异步电动机的堵转，TL>

TM,这时转子不转动，转子电流很大，时间一长，会烧坏电机。过载系数KM,通常为2~2.2。SSNMNM一.固有特性第41页，课件共58页，创作于2023年2月返回3.起动状态起动转矩(startingtorque)必须大于负载转矩，TS>TL起动转矩与额定转矩的比值Ks一般为1.6~2.2起动电流(startingcurrent)与额定电流的比值Kc一般为5.5~7在转矩公式中，当s=1时，就能求得起动转矩的计算公式：一.固有特性T=kTsR2U1p2R22+(sX2)

2

转矩与转差率之间的关系：转矩特性机械特性SSNMNM第42页，课件共58页，创作于2023年2月返回解：(1)

(2)

(3)例题例[6.5.1]：某三相异步电动机，额定功率PN=45kW，额定转速nN=2970r/min，KM=2.2，KS=2.0。若TL=200N.m。试问能否带此负载:(1)长期运行；(2)短时运行；(3)直接起动。由于TN<TL，故不能带此负载长期运行。

由于TM>TL，故可以带负载短时运行。

由于TS>TL，故可以带负载直接起动。

第43页，课件共58页，创作于2023年2月1.降低定子电压U1时的人为特性转矩特性机械特性由最大转矩的计算公式和起动转矩的计算公式，降低定子电压U1时，三相异步电动机的最大转矩TM和起动转矩TS都要减小。二.人为特性第44页，课件共58页，创作于2023年2月2.增加转子电阻R2时的人为特性机械特性转子电阻R2增加时，最大转矩TM不变转子电阻R2增加时，临界sM增大转子电阻R2增加时，起动转矩TS随之变化。转矩特性二.人为特性第45页，课件共58页，创作于2023年2月

异步机的起动特性：起动电流大:

IS=KCIN=（5～7）IN

起动转矩小:TS=KSTN=（1.6～2.2）TN

影响：频繁起动时造成热量积累,易使电动机过热。大电流使电网电压降低，影响其它负载工作。

良好的起动(startion)性能:

起动电流小起动转矩大第46页，课件共58页，创作于2023年2月1.直接起动（全压起动）

(a)小容量的电动机（二三十千瓦以下）；

(b)电源容量足够大时。2.减压起动(a)Y-

减压起动：

适用于：正常运行为△联结的电动机。起动时运行时UVWUNI1LYUVWUNI1L△鼠笼式异步电机的起动第47页，课件共58页，创作于2023年2月设：定子每相阻抗为Z，▲

Y接起动的起动转矩：▲

Y接起动的起动电流：Y起动△起动Y起动与△全压起动时起动电流和起动转矩比较UVWUNI1LYUVWUNI1L△：电源电压2.减压起动第48页，课件共58页，创作于2023年2月定子线电压比定子相电压比起动电流比起动转矩比电源电流比Y形起动与Δ形起动时起动电流和起动转矩比较定子相电流比==1UNUNU1LYU1LΔ==U1PYU1PΔU1PΔU1PY/313==I1PYI1PΔU1PΔU1PY13==ISYISΔI1PΔI1PY133==IYIΔISΔISY13=(

)=U1PYU1PΔTSYTSΔ2132.减压起动第49页，课件共58页，创作于2023年2月▲

Y-

减压起动的特点：

(1)电源电压不变，定子绕组接法改变；

(2)降压比为。TsY＞TL，适用于轻载或空载起动否则不能采用此法。▲

Y-

减压起动的使用条件：2.减压起动第50页，课件共58页，创作于2023年2月(b)自耦变压器减压起动降压比KA=UUN定子线电压比定子相电压比M3~U

UN定子相电流比起动电流比电源电流比起动转矩比==KAUUNU1LaU1Lb==KAU1LaU1LbU1PaU1Pb==KAU1PaU1PbI1PaI1Pb==KAI1PaI1PbISaISb==KAKAISaISbIaIb2=(

)=KAU1PaU1PbTSaTSb222.减压起动第51页，课件共58页，创作于2023年2月1)解:例[6.6.1]：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：PN=45kW,nN=1480r/min，UN=380V，

N=92.3%，cosN=0.88，KC=7.0,Ks=1.9，KM=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TM

和起动转矩TS

。例题第52页，课件共58页，创作于2023年2月2）由nN=1480r/min，可知p=2（四极电动机）3）例题第53页，课件共58页，创作于2023年2月解：例[6.6.2]：在上例中(1)如果负载转矩为510.2N•m,试问在U=UN

和U´=0.9UN两