第六章电动机

6.1三相异步电动机的基本结构6.2三相异步电动机的工作原理6.3三相异步电动机的机械特性6.4三相异步电动机的铭牌数据第6章

电动机6.5三相异步电动机的起动6.6三相异步电动机的调速6.7单相异步电动机第6章

电动机概述电动机发电机电机动力电机控制电机能量转换信号转换交流电动机直流电动机异步电动机同步电动机三相异步电动机单相三相电机是实现能量转换和信号转换的装置

异步电动机的应用非常广泛：在工业方面：中、小型轧钢设备，机床、轻工机械、起重机械，矿山机械等。在农业方面：脱粒机、粉碎机、排灌机械及加工机械。在家用电器方面：电风扇、空调机、洗衣机、电冰箱等。电动机的分类：

交流电动机的作用是将交流电能转换成机械能,交流电动机分异步电动机和同步电动机两大类。1.按电机定子相数分：三相异步电动机、两相异步电动机、单相异步电动机。2.按电机的转子结构分：笼型异步电动机、绕线型异步电动机.第8章概述这是电动机的外形三相异步电动机的构造第8章8.1这是三相异步电动机的基本结构示意图三相异步电动机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。第8章8.1这是三相异步电动机的基本结构示意图三相异步电动机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。第8章8.1端盖机座这是三相异步电动机的基本结构示意图三相异步电动机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。第8章8.1定子这是三相异步电动机的基本结构示意图三相异步电动机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。第8章8.1定子转子轴承端盖机座1.定子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。这是机座定子铁心和定子绕组示意图第8章8.1定子绕组机座铁心定子铁心是由冲有槽孔的硅钢片叠压而成第8章8.1这是定子硅钢片

在工业方面：中、小型轧钢设备，机床、轻工机械、起重机械，矿山机械等。在农业方面：脱粒机、粉碎机、排灌机械及加工机械。第6章第6章

电动机三相异步电动机特点：结构简单、价格便宜、运行可靠、维护方便用途：本章要求：了解结构、理解原理、掌握使用方法6.1三相异步电动机的基本结构第6章6.1一、主要部件：定子、转子二、外形结构：防护型、封闭型、防爆型三、安装结构W2U2V2W1U1V1W2U2V2W1U1V1W2U2V2W1U1V1定子三相绕组接线盒星形联接三角形联接一、旋转磁场iAiBiCiA=ImsintiB=Imsin(t-120

)iC=Imsin(t+120

)iAiBiC相序A-B-C-A对称三相电流流入对称三相绕组

ti0第6章6.21、旋转磁场的产生YXZBAC6.2三相异步电动机的工作原理iAtiAZBXCYiA=0iB为负值iC为正值NS0°设：电流的流入端用表示iBiC电流的流出端用表示第6章6.21、旋转磁场的产生

t=0°

t=60°iC

=0iB为负值iA为正值AZBXCYNS60°

t=90°iA为正值iB为负值iC为负值

tiiAiBiC0第6章6.21、旋转磁场的产生AZBXCY90°NS设：电流的流入端用表示电流的流出端用表示t=60AZBXCYNS60°t=90°AZBXCYNSt=0°AZBXCYNS90°t=180AZBXCYNS180°0°第6章6.21、旋转磁场的产生

空间相差120º

角的三相绕组，通入对称三相电流时，产生的是一对磁极的旋转磁场,当电流经过一个周期变化时，磁场也沿着顺时针方向旋转了一周(在空间旋转的角度为360º

)。综上分析可得结论：第6章6.21、旋转磁场的产生2.旋转磁场的转速iAiBiCABCXYZA'B'C'X'Y'Z'60°0°t=0°AZ'BX'C'NSXCYA'ZB'Y'0°SNNS30°SNt=60°AZ'BX'C'XCYA'ZB'Y'

tiiAiBiC0第6章6.2将两个绕组串联起来

tiiBiC090°180°t=90°AZ'BX'C'NSXCYA'ZB'Y'45°SNt=180°AZ'BX'C'NSXCYA'ZB'Y'90°SN90°ABCXYZA'B'C'X'Y'Z'iAiBiCiA2.旋转磁场的转速第6章6.2

当定子每相中有两个绕组串联,且每相绕组在空间相差60º时,通入对称三相交流电后,也产生一个旋转磁场,但它是一个四极旋转磁场。当电流变化一周,旋转磁场在空间只转了半周(180º

空间角),旋转速度较两极磁场慢了一半。旋转磁场转速n0pn0

=——60

f1综上分析可得结论：—电源的频率—磁极对数P=1n0=3000r/minP=2n0=1500r/minP=3n0=1000r/min—同步转速2.旋转磁场的转速第6章6.2

tiiAiBiC03.改变旋转磁场的转向ABCXYZiAiC90

60°0

AZBXCYNS0°AZBXCYNS60°相序A-C-B-AAZBXCYNS90°iB第6章6.2iA=0iB为负值iC为正值

改变流入三相绕组的电流相序,就能改变旋转磁场的转向;改变了旋转磁场的转向,也就改变了三相异步电动机的旋转方向。综上分析可得结论：第6章6.23.改变旋转磁场的转向6.2三相异步电动机的工作原理•••n0ne(i)ff转子导体第6章6.2二、工作原理n0S=——=—–n0–nn0

nn

=(1–S)

n0

转差率0

<

S

≤

S

=

0.015

~

0.06转子转速SN1、电磁转矩的产生转子电流与旋转磁场相互作用形成电磁力，由电磁力形成的转矩称为电磁转矩。6.2三相异步电动机的工作原理•••n0ne(i)ff转子导体第6章6.2二、工作原理n0S=——=—–n0–nn0

n

转差率SN1、电磁转矩的产生定、转子绕组中电动势和电流的频率pn0

=——60

f1pn0

60f1=（n0–n）

60f2=p=（n0–n）n0pn060=Sf1转子电流频率f2与S成正比即与n有关2、电磁转矩的方向与旋转磁场方向一致6.2三相异步电动机的工作原理•••n0ne(i)ff转子导体第6章6.2二、工作原理n0S=——=—–n0–nn0

n

转差率SN1、电磁转矩的产生2、电磁转矩的方向3、电磁转矩的大小转子电流旋转磁场相互作用电磁转矩TT正比于定子相电压U1的平方，同时与S有关。

m正比于U1转子电流的大小正比于

m，即正比于U1但与S有关。6.2三相异步电动机的工作原理•••n0ne(i)ff转子导体第6章6.2二、工作原理SN1、电磁转矩的产生2、方向3、电磁转矩的大小转子电流旋转磁场相互作用电磁转矩TT2=T–T0输出转矩空载转矩电磁转矩=–稳定运行时T

T2=TLT

=TL+T0T0很小6.2三相异步电动机的工作原理第6章6.2三、功率关系P2=T2=P=P1–P22

60T2n电动机输出机械功率

转子旋转角速度T2电动机输出转矩P1

=

U1I1cos

N输入功率电动机功率损耗

N=——×100%P2P1

效率当定子电压U1、f1保持不变时，电磁转矩T与S之间的关系称为转矩特性T=

f(S)6.3三相异步电动机的机械特性第6章6.3

n与T之间的关系称为机械特性

n

=

f(T)若定子电压U1、f1保持为额定值，转矩特性和机械特性称为固有特性，否则称为人为特性。一、固有特性ST10转矩特性机械特性n0n0TNMTmSnNnMST10NMS1.额定状态TN=

9.55———–PN(W)nN(r/min)SNTN转矩特性T=

f(S)P2=T2•

=T2——2

n60TN=——60PN2

nN或TN=

9550———–PN(kW)nN(r/min)6.3三相异步电动机的机械特性第6章6.3一、固有特性硬特性：T增加，而n下降不大SN=0.01--0.09n0S=——n0–nnN接近n0ST10TstTMSM电磁转矩为最大值的状态SNTN转矩特性T=f(S)6.3三相异步电动机的机械特性第6章6.32.临界状态NMS最大转矩SM=

–—R2X20转子每相绕组电阻转子静止的漏电抗KM=

–—TMTN过载能力3.起动状态起动转矩起动瞬间n=0，S=1临界转差率KS=

–—TSTNKI=

–—ISIN称定子线电流为起动电流IS直接起动能力TMSmU1ST01U1>

U1>

U1

T'MU1´TMU1

二.人为特性

T

与U1的平方成正比U1增大第6章6.31、定子电压降低时的人为特性

机械特性曲线ST0abc1n0n0TTn0n0TabcTsTMnNTN因为

n=n0(1-S),可以由转矩特性得到机械特性机械特性曲线n=f(T)d第6章6.3转矩特性T=f(S)

（1)型号6.4三相异步电动机的铭牌数据第6章6.4Y132S-6

机座中心高（mm)机座长度代号S--短机座M--中机座L--长机座磁极数Y系列三相异步电动机（2)额定功率PN—电动机在额定运行时，轴上输出的机械功率W，kW（3)额定电压UN—定子绕组上所加的线电压（4)额定电流IN—流入定子绕组的线电流（5)额定频率fN6.4三相异步电动机的铭牌数据第6章6.4（6)额定转速nN—额定状态下转子的转速r/min（7)额定功率因数

N=

cos

N—满载时0.7~0.9（8)绝缘等级起动初始瞬间，n=0，S=1过大的起动电流在短时间内会在线路上造成较大的电压降落，影响邻近负载的正常工作。

起动转矩TS不大，虽然刚起动时转子电流较大，但转子的功率因数很低,不能满载起动。

三相异步电动机的使用6.5三相异步电动机的起动1.起动存在的问题第6章6.5KS=TS/TN=1.0~2.2

起动电流IS大,(4~7)IN。频繁起动会使电动机过热。(1)直接起动在起动时把电动机的定子绕组直接接入电网。特点：起动转矩小；起动电流大，比额定值大4~7倍；优点：

简单、方便、经济、起动过程快，适用于中小型笼型异步电动机(2)减压起动

起动时降低电动机的电源电压，待电动机转速接近稳定转速时，再把电压恢复正常。一、笼式异步电动机的起动第6章6.5Y-

降压起动FU~~W2U1U2V1V2W1Q1转子定子绕组条件:只适用于正常运行时为

接法

的电动机。

Q2YU1U2V1W1V2W2Y型W1V1U1U2V2W2

型Y形起动:UpY

=Ul

/

3¯¯IlY=IpY=——Ul

/

3¯¯|

Z

|

形起动:Ul

=UPIl

=

3

Ip

=

3—Ul

¯¯|

Z

|¯¯Isty=——3Ist

Tsty=——3Tst

第6章6.5Y-

降压起动~U1U2V1V2W1W2~Q1Q2运转起动三相自耦变压器M3

~3、自耦变压器降压起动自耦变压器抽头有0.55,0.64,0.73等结论:

电动机起动电流Is和起动转矩Ts均为直接起动的1/k2。第6章6.5(4)串电抗降压起动Q1FUM3~~~Q2电动机起动时先合开关Q1,当电动机的转速接近稳定值时,再将开关Q2合上,切除电抗器。绕线式电动机起动可在转子绕组中串电阻，减小起动电流。转子串电阻起动XST01TstTmSmR2´R2Sm´Rst转子2

R2+XS2E2I2=————2第9章9.1一、三相异步电动机的起动(5)延边三角形起动每相绕组有两个线圈,将三相绕组中一个线圈接为Y形,另一个线圈接为

形,电动机起动电流ABCIsty<Ist<Ist

Ist第9章9.1(1)改变极对数p

调速三相异步电动机的使用

6.6

三相异步电动机的调速p=

(1–S)

——60

f1n

=(1–S)

n1(2)改变转差率S

调速p

=2:1,2,3接电源；4,5,6悬空p

=1:4,5,6接电源；1,2,3

短接

：n1=1500

3000r/m

123654绕线式电动机在转子绕组中串入电阻R2,可改变转差率S和转速n。—有级调速A.小范围无级调速特点B.R2大→

特性变软第6章6.6三种方法二、三相异步电动机的调速(3)改变电源频率f1

调速变频调速

f1

'

f1

n0TTm

f1

"nNTNnN'nN"

f1>

f1

>

f1'"由U1=4.44f1N1K1

为保证

不变，在调整电源频率f1时,应同时调整电源电压U1。A.大范围无级平滑调速；B.调速后机械特性平行，带负载能力(硬度)不变；特点C.需要专门的变频调速设备，且成本较高。第6章6.6→

S↑直到T=

T2'

电机稳定运行在新的转速下,工作于d'点则

:

n↓———

n

=

(1–

S)

n1→

T↑n0n1TabcTstTmT2'd'n'nNTN=T2N

d转矩平衡方程式T=T2+T0

=负载转矩+空载转矩2.分析转速平衡过程

ab段为稳定运行区,电动机工作在稳定运行区时,具有自适应能力。例如,原来在额定负载下稳定运行(工作于d点),若负载转矩突然增大为T2',T2'

>TN

，第9章9.1ST0TmSm1R2当X20不变时,临界转差率Sm随R2增大而增加.4.Sm=R2/X20Sm′Sm″R2″R2<R2<

R2″´不同转子电阻的转矩特性Tm

=

C

——U122X202.最大转矩Tm结论：1.Tm

U122.Tm与R2无关3.过载系数

m

Tm

TN

m

1.6

2.5Sm=

–—R2X20Sm与U1无关R2´R2增大第9章9.1第6章复习题一、是非题1、对称的三相交流电流通入对称的三相绕组中，便能产生一个在空间旋转的恒速恒幅的合成磁场。（是）2、异步电动机转子电路中，感应电动势及电流的频率是随转速而变的，转速越高则频率越高，转速越低则频率越低。（非）3、三相异步电动机在空载下起动则起动电流小，在满载下起动则起动电流电流大。（非）4、由于异步电动机的磁通与电源电压近似成正比，所以它的最大转矩、起动转矩也与电源电压成正比。（非）5、交流异步电动机的额定转速总是低于它的同步转速，而且运行在接近同步转速的稳定区域内。（是）6、任何一台三相异步电动机都可以采用Y—

起动的方法。（非）7、三相异步电动机直接起动时，由于起动电流大，故起动转矩也大（非）8、三相异步电动机在改变电源频率调速时，要保证电动机内的旋转磁场的磁通量不变，因此在改变频率的同时要相应地改变端电压的大小。（是）9、三相异步电动机能耗制动的方法是：在电动机断电之后，立即在定子绕组中通入交流电流。（非）二、单项选择题1、三相异步电动机转子的转速总是（1）与旋转磁场转速相同（2）与旋转磁场转速无关（3）大于旋转磁场转速（4）小于旋转磁场转速。（4）2、三相异步电动机在稳定运转情况下，电磁转矩与转差率的关系为（1）转矩与转差率无关（2）转矩与转差率平方成正比（3）转差率增大转矩增大（4）转差率减小转矩增大。（3）3、某三相异步电动机的额定转速为735r/min，相对应的转差率为（1）0.265（2）0.02（3）0.51（1）0.183。4、某三相异步电动机在额定状态下运行，其转速为970r/min，此时转子电路中电流的频率为（1）50Hz（2）48.5Hz（3）1.5Hz（4）51.5Hz（3）（2）5、三相笼式异步电动机起动电流的大小是（1）与起动时的电源电压成正比（2）与电源电压及负载大小无关的一个固定值（3）与负载大小有关（4）与电网容量有关。（1）三、填空题1、在额定情况下运行的异步电动机，若电源电压突然下降，而负载转矩不变，则电动机各量的变化情况为：旋转磁场转速（），转子转速（），主磁通（），转子电流（）（不变；下降；减小；增大