电工电子学第4章交流电动机(见flash文件夹).ppt

1、4-1,异步电动机的应用非常广泛： 在家用电器方面：电风扇、空调机、洗衣机、电冰箱等。 在农业方面：脱粒机、碾米机、揉草机、离心泵等。 在工业方面：水泵、破碎机、轧钢机、切削机床等。,异步电动机的分类：,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.按电机转子结构分：笼型异步电动机、绕线型异步电动机.,第 4章 交流电动机,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。,4-2,4.1 三相异步电动机的构造,*4.2 三相异步电动机的转动原理,*4.3 三相异步电动机的电路分析,*4.4 三相异步电动机的转矩与机械特性,

2、4.6 三相异步电动机的起动,4.7 三相异步电动机的调速,*4.5 三相异步电动机的铭牌数据,4-3,4.1 三相异步电动机的结构,A、B、C三相绕组,A、B、C 三相绕组,本节基本要求：了解异步电动机的基本结构,4-4,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。,4-5,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。,端盖,机座,4-6,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

3、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。,定子,4-7,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。,定子,转子,轴承,端盖,机座,4-8,1. 定子 三相异步电动机的定子是由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,定子绕组,铁心,定子铁心是由冲有槽孔的硅钢片叠压而成,4-9,定子铁心是由冲有槽孔的硅钢片叠压而成，为内圆 开槽的圆筒形,这是定子硅钢片,4-10,在定子槽孔中放置三相彼此独立的绕组,定子绕组,4-11,U1,V1,W1,W2,U2,V2,接线盒,4

4、-12,这 是 绕 线 型 转 子 铁 心 与 绕 组,2. 转子,外接电阻,电刷,滑环,转子铁心,转子绕组,转子铁心是由相互绝缘的硅钢片叠压而成。,有线圈：绕线型转子 无线圈：笼型转子,4-13,笼型转子是由嵌放在转子铁心槽内的导电条组成， 在转子铁心的两端各用一个导电端环把所有的导电条 连接起来。,这 是 笼 型 转 子,4-14,定子绕组与转子绕组,定子绕组,转子绕组,4-15,三相异步电动机的基本结构示意图,4-16,转子,7.2 三相异步电动机的转动原理,异步电动机的工作原理：基于电磁感应定律 和电磁力定律,4-17,一. 定子旋转磁场,iA=Imsin t,iB=Imsin( t-

5、120 ),iC=Imsin( t+120 ),相序A-B-C-A,A,X,B,Y,C,Z,iA,iB,iC,i 正方向：首端 末端,如： iA 0 A X iA 0 X A,4-18,iA,（1） 两极旋转磁场, t = 0, t,i,A,Z,B,X,C,Y,iA= 0 iB为负值 iC为正值,iB,iC,iA,iB,iC,A,B,C,X,Y,Z,4-19, t, t = 60,i,A,Z,B,X,C,Y,60,iC = 0 iB为负值 iA为正值,iA,iB,iC,0,iA,iB,iC,A,B,C,X,Y,Z,4-20, t = 90,A,Z,B,X,C,Y,90,iA为正值 iB为负值

6、iC为负值, t,i,iA,iB,iC,0,iA,iB,iC,A,B,C,X,Y,Z,4-21, t = 180,A,Z,B,X,C,Y,iA= 0 iB为正值 iC为负值,180, t,i,iA,iB,iC,0,iA,iB,iC,A,B,C,X,Y,Z,4-22, t=60,A,Z,B,X,C,Y,N,S,60, t=90,A,Z,B,X,C,Y,N,S, t=0,A,Z,B,X,C,Y,N,S,90, t=180,A,Z,B,X,C,Y,N,S,180,0,4-23,iA,i,iB,iC, t,4-24,旋转磁场的方向： 由电流超前的线圈转向电流滞后的线圈,结论：空间相差120 角的三相绕

7、组，通入对称三相电流，当电流随时间交变时，产生的两极磁场在空间旋转。 定子旋转磁场,4-25, t,i,iA,iB,iC,0,（2）改变旋转磁场的转向,90,60,0,相序A-C-B-A,旋转磁场的反转： 改变流入三相绕组的电流相序（即对调 定子绕组接至电源的三根导线中任意 两根）,4-26,(3)、旋转磁场的极对数P, t = 0,A,Z,B,X ,C,X,C,Y,A,Z,B,Y,S,N,（P = 2）,N,0,S,iA = 0 iB 0 iC 0,4-27,四极旋转磁场,60,0, t =6 0,N,S,30,S,N,0, t,i,iA,iB,iC,0,结论：当定子每相中有n个线圈串联,

8、且每相绕组始端在空间相差120/n 时, 通入对称三相交流电后, 产生一个2n极旋转磁场。 （P = n）,4-28,(4)、 旋转磁场的速度 n0,电源的频率（50Hz）, 磁极对数,P=1 n0 =3000 r/min,P=2 n0 =1500 r/min,P=3 n0 =1000 r/min,同步转速,P=4 n0 =750 r/min,4-29,1. 旋转磁极对导体的作用,n0,n,e( i ),转子 导体,旋转磁极形成旋转磁场，旋转磁场的转速也称为同步转速。笼型转子在旋转磁场的作用下也转动起来，其转向与旋转磁场的转向相同。,二. 三相异步电动机的转动原理,-基于电磁感应定律和电磁力定

9、律,4-30,是定子旋转磁场和转子电流的相互作用的结果,-基于电磁感应定律和电磁力定律,三相异步电动机的工作原理,4-31,2、 转子转速 n 和转差率 S,n = (1S) n0,转差率,0 S ,转子转速,启动时： n = 0，S = 1 额定运行时： nN n0 ， SN = 0.015 0.06,结论：通过电磁感应，转子在旋转磁场的作用下也转动起来，其转向与旋转磁场的转向相同。-异步电动机也称为感应电动机,4-32,n= n0n=n0S,=Sf1,f2 转子感应电动势的频率,f1 定子电动势的频率,3、 转子电动势频率,转子导线切割旋转磁场的速度,转子频率,4-33,A,Z,B,X,C

10、,Y,主磁通,4.3 三相异步电动机的电路分析,4-34,u1,三相异步电动机的一相等效电路图,R2,R1,E1= 4.44 f1N1m,E2= 4.44 f2N2 m,4-35,1 定子电路,Z1 =R1+jXS1,定子的内阻抗：,U1 E1=4.44 f1N1,R1：每相定子绕组电阻 Xs1：每相定子绕组漏磁 感抗 Xs1=2f1L1 ：旋转磁场每极磁通最大值 N1：每相定子绕组匝数,E1= 4.44 f1N1m,4-36,=4.44 f1N2 S=E20S,2 转子电路,E20 =4.44 f1N2,XS2=2f2L2= 2Sf1L2=S X20,X20= 2f1L2,R2：每相转子绕组

11、电阻 Xs2：每相转子绕组漏磁 感抗 Xs2=2f2L2 ：旋转磁场每极磁通最大值 N2：每相转子绕组匝数,E2=4.44 f2N2,4-37,I2,cos 2,1,启动时，转差率S=1，n=0，此时f2 、 E2 、 I2最大 cos 2最小,4-38,3、 转子电路中有关各电量,f2 -转子电流的频率 转子和旋转磁场的相对速度 n0n,= S f1,2. E2 -转子感应电动势,X20是n=0时的X2,3. X2 -转子漏磁感抗,X2 = 2f2L2,= 2 S f1L2,= S X20,E20是n=0时的E2,E20=4.44 f1N2,X20= 2 f1L2,4-39,I2,cos 2

12、,1,4. I2 -转子电流,5. cos 2 -转子功率因数,结论：E2，I2，f2，X2和cos2均与S有关,1,4-40,小结,1. 定子每相绕组的感应电势,E1= 4.44f1N1,，且定子每相绕组电压 U1 E1 故有U1 ,2. 转子每相绕组的各量均与转差率S有关,转子电势频率： f2 = Sf1,转子每相绕组电势：,E2= 4.44f2N2,转子每相绕组电流：,转子每相绕组功率因数：,启动时，转差率S=1，n=0，此时f2 、 E2 、 I2最大 cos 2最小,4-41,电磁转矩 T= KT I2cos 2,将,4 . 4 . 1 转矩公式,常数,4.4 三相异步电动机的转矩与

13、机械特性,异步电机：电磁转矩是由旋转磁场和转子电流的有功分量相互作用而产生的，所以,4-42,转矩特性 T= f (S),根据转矩公式得特性曲线：,4-43,三个重要转矩,4-44,解得,取正值,Sm 称为临界转差率,（2） 最大转矩 Tm,代入 T 的表达式, U12,求得最大转矩 Tm,求解,如果 电机将会 因带不动负载而停转。,U1,不同电源电压的转矩特性,1,U1增大,4-45,当X20不变时,临界转差率Sm随R2增大而增加。,c. Sm=R2 /X20,不同转子电阻的转矩特性,结论：,a. Tm U12,b. Tm 与 R2无关,Sm与 U1无关,R2增大,4-46,过载系数：,三相

14、异步机,（1）三相异步机的 和电压的平方成正比，所 以对电压的波动很敏感，使用时要注意电压的变化。,注意,电机严重过热,原因,返回,4-47,S,T,0,（3） 起动转矩 TST,起动瞬间 n=0，S=1,U1 Tst,R2 Tst,R2,U1,负载转矩 TLTst ,不能起动, 可空载或轻载起动,负载转矩 TLTst ，可带负载起动, st Tst TN,一般 st 1.0 2.2,特殊 st 2.2 2.8,起动转矩倍数,4-48,S,0,a,b,c,1,Tst,因为 n=n0(1-S), 可以由 转矩特性得到机械特性,4.4.2 机械特性曲线 n = f (T),（1） 分析起动过程,d

15、,当TstTL 时, 电机起动,在cb段 nSTba段,在ab段 nSTT=TL,TL =TN (在d点),4-49, 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,n,0,n1,T,a,b,c,Tst,转矩平衡方程式 T=TL+T0 =负载转矩+空载转矩,（2） 分析转速平衡过程,a b 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,4-50,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。 ,不同场合应选用不同的电动机。如金属切削，

16、选硬特性电机；重载起动则选软特性电动机。,机械特性的软硬,4-51,4.5.1 起动性能,4.5 三相异步电动机的起动,起动初始瞬间，n=0，S=1, 起动电流IST大，57 IN。频繁起动会使电动机过热。,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TST不大，虽然刚起动时转子电流较大，但转子的 功率 因数很低。 如果起动转矩小，就不能满载起动。,I2,cos 2,1,4-52,1. 直接起动,直接起动是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47倍；影响同一电网上其它负载的正常工作。,优点： 简单、

17、方便、经济、起动过程快，适用于中小型笼型异步电动机,2 .降压起动,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。,4.5.2 起动方法,4-53,（1）Y-降压起动法,FU,W2,U1,U2,V1,V2,W1,Q1,转子,定子 绕组,只适用于正常运行时 为接法的电动机,起动电流和起动转矩都降 低到直接起动时的三分之一,4-54,（2）,Y 起动应注意的问题：,（1）仅适用于正常接法为三角形接法的电动机。,Y 起动时，起动电流减小的同时，起动转 矩也减小了。,所以降压起动适合于空载或轻载起动的场合,返回,4-55,U1,U2,V1,V2,W1,W2,Q1,Q2,运转

18、,起动,三相自耦变压器,M 3 ,（2） 自耦变压器降压起动,自耦变压器抽头有 0.55, 0.64, 0.73 等,Ist,如: 变压器变比,则变压器副方电流,而变压器原方电流 (启动电流）,电动机起动转矩,结论: 电动机起动,电流Ist和起动转矩Tst 均为直接起动的1/n2。,4-56,（3） 串电抗降压起动,Q1,FU,M 3,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。,（4）转子串电阻起动,4-57,1. 改变极对数 p 调速,n = (1S) n0,调速方法,2. 改变转差

19、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,：n0=15003000 r/m,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,4.6 三相异步电动机的调速,4-58,3. 改变电源频率 f1 调速,变频调速,由 U1=4.44 f1N1K1,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。,

20、4-59,1. 型号 Y 132M4,转差率,4.6 铭牌数据,M：机座长度代号， M-中机座；S-短机座， L-长机座。,4-60,额定电压UN -电动机在额定运行情况下的定子绕组所加线电压。,额定电流IN - 电动机在额定情况下运行时定子绕组的线电流。,额定功率因数cosN -电动机在额定运行情况下的定子电路功率因数。,输入功率,4-61,额定转速nN - 电动机在额定运行情况下的转速,额定效率N -是指额定运行情况下输出功率与输入功率的比值,额定转矩TN -在额定运行情况下，电动机轴上负载转矩。,额定功率PN -在额定运行情况下电动机轴上所输出的机械功率。,4-62,例：有一Y225M-

21、4型三相异步电动机，额定数据如下,PN=45KW, UN=380V ,cos=0.88 , =92.3%, Ist/IN=7.0 , nN=1480r/min , Tst/TN=1.9, Tm/TN=2.2 求 (1) IN、 SN 、TN、Tm、Tst (2)若负载转矩为510.2 N.m ,问U=UN和 U=0.9UN两种情况下电机能否起动？ (3)采用Y-起动时的起动电流和起动转矩 (4)采用自耦降压起动,设起动时电动机的端电压降到电源电压的0.64 ,求线路起动电流和电动机的起动转矩,4-63,单相异步电动机常用于功率不大的电动工具 （如电钻、搅拌器等）以及众多的家用电器,4.8 单相异步电动机,作为驱动，其功率一般为几 几百瓦。,单相异步电动机: 定子只有一相主绕组的异步电动机。,（如电风扇、电冰箱、洗衣机、抽油烟机等）,概 述,单相异步电动机均采用鼠笼式转子，但定子 有所不同。,4-64,4.8.1 单相异步电动机的结构和工作原理,4 鼠笼式转子绕组,隐极式,凸极式,1. 单相异步电动机的结构,1 定子,2 定子绕组,3 转子,4-