电工学第八章异步电动机.

第8章异步电动机返回8.1三相异步电动机的构造8.2工作原理8.3三相异步电动机的电路分析8.4转矩与机械特性8.5三相异步电动机的使用8.6铭牌数据8.7单相异步电动机目录交流电动机直流电动机鼠笼式绕线式异步机同步机他励、并励、串励、复励电动机：电能转换成机械能发电机：其他形式的能量转换成电能返回使用电动机驱动生产机械可：（1）简化生产机械的结构（2）提高生产效率和产品质量（3）能实现自动控制（4）实现远距离操纵（1）基本结构（2）工作原理（3）机械特性（4）起动、制动、反转、调速的基本原理（5）应用场合和正确使用返回8.1三相异步电动机的构造鼠笼式绕线式转子返回定子（固定部分）转子（旋转部分）分为两个基本部分：定子铁芯及定子绕组定子端盖及轴承端盖及轴承转子转子铁芯及转子绕组接线盒机壳及底座三相异步电动机的构造构成：由机座、铁心和定子绕组组成机座是用铸铁或铸刚制成，铁芯装在机座内，外侧有一个接线盒，定子三相绕组的6个出线端都引到了接线盒的接线柱上。铁心由互相绝缘的硅钢片叠成，内圆周表面冲有槽，用以放置对称三相绕组；三相绕组是由带绝缘包皮的导线绕成的匝数相同的线圈。它们按照一定规律嵌入铁心线槽，并连接成三相对称的绕组。返回构成：由机座、铁心和定子绕组组成对称三相绕组有的联接成星形、有的联接成三角形端盖及轴承用于固定机座，支撑转子，防尘，防外物定子的作用：产生旋转磁场返回机座定子绕组铭牌数据出线端子返回返回鼠笼式电动机构造简单、价格低廉、工作可靠、使用方便构成：由铁心和绕组两部分构成铁心也用硅钢片叠成，表面冲有槽，装在转轴上，轴上加机械负载；因绕组不同，可分为鼠笼式和绕线式两种。作用：在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电流。返回鼠笼式转子转轴轴承转子返回返回绕线式转子铁心绕组转轴返回鼠笼式电动机与绕线式电动机的的比较：鼠笼式：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、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。8.2三相异步电动机的工作原理返回vlBe（右手定则）（左手定则）ilBfn0neiNSfB:磁感应强度v:切割速度l:导线长磁极旋转导线切割磁力线产生感应电动势闭合导线产生电流通电导线在磁场中受力返回1.线圈跟着磁铁转→两者转动方向一致异步2.线圈比磁场转得慢0nn返回8.2.1旋转磁场240sin120sinsintIitIitIimCmBmA1.旋转磁场的产生在三相异步电动机的定子铁心中放有三相对称绕组，在该三相对称绕组中通入三相对称交流电流，就可产生一“旋转磁场”代替演示实验中的磁铁返回0tAXYCBZNSAiBiCimItBiAXBYCZAiCi合成磁场方向：向下参考方向：绕组始端到末端的方向返回60tAXYCBZSN0n60A120tXYCBZ0n同理分析，可得其它电流角度下的磁场方向AiBiCitmI返回可见，当定子绕组中通入三相电流后，它们共同产生的合成磁场是随着电流的交变而在空间不断地旋转着，这就是旋转磁场。2.旋转磁场的转向当通入定子绕组的三相电流的相序为A-B-C时，旋转磁场的转向与这个顺序是一致的，可见磁场的转向与定子绕组中的电流相序有关。取决于三相电流的相序。返回0n0n改变电机旋转方向的方法：换接其中两相AiBiCimItAiCiBimIt返回3.旋转磁场的极数BiAXBYCZAiCi此种接法下，绕组的始端之间相差120度空间角，合成磁场只有一对磁极，则极对数为1。AXYCBZNS旋转磁场的极数和三相绕组的安排有关即：P=1返回C'Y'ABCXYZA'X'B'Z'AiBiCi将每相绕组分成两段，按右下图放入定子槽内，绕组的始端之间相差60度空间角，形成的磁场则是两对磁极。A'XX'ANSSNZC'Z'CBY'B'Y即：P=2返回4.旋转磁场的转速AXYCBZNSAXYCBZNS0nAXYCBZSN60AiBiCimIt旋转磁场的转速决定于磁场的极数，在一对极的情况下，当电流交变一次时，磁场恰好在空间旋转了一周。N0=60f（转/分）返回NSASNZB'X'AYC'Z'B'C'Y0tX60t'A0nAZ'XXC'Z'CSNSN30旋转磁场具有两对极时，当电流从ωt=0°到ωt=60°经历了60°时，磁场在空间仅旋转了30°。比P=1时转速慢了一半，即：N0=60f/2（转/分）返回所以，旋转磁场的转速n0决定于电流频率f1和磁场的极对数P，可推出：2p180分）转/(50011p360分）转/(0003极对数每个电流周期磁场转过的空间角度同步转速)Hz50(f0n3p120分）转/(0001n分）转/(600pfn返回8.2.2电动机的转动原理在电动机定子绕组中通入三相对称交流电流后，产生旋转磁场。旋转磁场的磁力线切割转子铜条，铜条中就感应出电动势。在电动势的作用下，闭合的铜条中就有电流，该电流与旋转磁场相互作用，使转子导条受到电磁力作用。由电磁力产生电磁转矩，转子就转动起来。返回异步电机运行中:%9~1s转差率：电动机起动瞬间:1,0sn（转差率最大）8.2.3转差率%10000nnns同步转速：旋转磁场的转速返回§8-3三相异步电动机的定子与转子电路三相异步电动机的电磁关系同变压器类似，定子绕组相当于变压器的原绕组；转子绕组相当于变压器的副绕组(而电动机的转子绕组一般是短路的)。定子电流产生的旋转磁场将通过定子和转子铁心而构成的闭合磁路，该磁场不仅在转子的每相绕组中产生感应电动势e2，也要在定子的每相绕组中产生感应电动势e1。而实际上，旋转磁场是由定子电流和转子电流共同作用产生的。设定子和转子的每相绕组匝数分别为N1和N2，下面将对电动机的电路进行分析。8.3.1定子电路1i2i1Rσ1L1e1u2Rσ2L2e1σ1eeRiu)e(dtdiLRi11σ11旋转磁场在空间按正弦分布，切割定子和转子绕组，感生电动势均为正弦量)()(σ11111EEIRU)(Ljσ111111EIIR相量式：1EtΦNum1111cos设：tsin1mΦ11112fΦNΦNUmmmmΦNfUUE1111144.42设：返回1111444NfEU.Φ为每极磁通，也等于正弦磁通的最大值N1为定子绕组的匝数●旋转磁场的磁通每极磁通111444Nf.U1UΦ旋转磁场的转速为n0，●定子感应电势的频率f16001pnff1=电源频率f1111444NfEU.定子感应电势的频率每切割过一对磁极，电动势变化一周，每分钟割过pn0对磁极,所以:8.3.2转子电路1i2i1Rσ1L1e1u2Rσ2L2edtdiLiRe2σ22222σ22222ILjωIRE相量式：2σ2222ILfj2IRf2为转子电量的频率8.4.1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距之总和。8.4电磁转矩与机械特性返回电磁转矩T是三相异步电动机最重要的物理量之一，机械特性是电动机的主要特性。对电动机进行分析往往离不开这两方面内容。异步电动机的转矩是由旋转磁场每磁极的磁通与转子电流I2相互作用产生的。它应与转轴得到的机械功率成正比，因而与转子的功率因数有关。于是22cosIΦKTmTTK常数mΦ每极磁通2I转子电流2转子电路的功率因数即返回22cosIKTmT22022202)(SXRSEI2202222)(cosSXRRmΦNfU11144.4其中：代入可得21220222)(UsXRsRKT返回由公式可知21220222)(UsXRsRKT电磁转矩公式1.T与定子每相绕组电压成正比。U1T21U2.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。8.4.2机械特性曲线返回在电源电压U1和转子电阻R2一定的情况下，转矩与转差率的关系曲线T=f(s)或转速与转矩的关系曲线n=f(T)，称为电动机的机械特性曲线。ΩPT电动机的机械转距与机械功率的关系。nPnPPT955060π2转动角速度由转矩公式得特性曲线：Ts10n0Tn21220222)(UsXRsRKT返回实际上，右图是通过左图右旋90°得到的。NT（1）额定转矩：电动机在额定电压下，以额定转速运行，输出额定功率(电动机输出的机械功率）时，电动机转轴上输出的转矩。2PNn（牛顿•米）n0TnNTnN)/()(955060222分转千瓦NNNnPnPT返回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m.N7.4914405.795509550NNNnPTOnT0nNnNTOTSNTNS硬特性：负载变化时，转速变化不大，运行特性好，适于金属切削。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，适于重载启动。稳定工作区：此过程中，nsE2↑I2I1电源提供的功率自动增加。T2T2TT=T´2n↓(s↑)stT0nTOnmaxTT2aT´2b设负载转距为T2，转速为n，电机运行与a点（T=T2)若负载转距变化时T↑达到新的平衡，电机运行与b点如果电机将会因带不动负载而停转。maxTTL（2）最大转矩：maxT电机带动最大负载的能力。n0TnmaxT求解0ST2021max21XKUT21220222)(UsXRsRKT返回过载系数：三相异步机2.2~8.1（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。maxT工作时，一定令负载转矩，否则电机将停转。致使maxTTL（2）NTTmax电机严重过热120IIn返回当负载转矩超过最大转矩时，电动机转速急剧下降，电动机将停止转动——产生闷车现象。电动机一旦闷车，电流立即上升6~7倍，电动机严重过热！以至烧坏。从另一方面考虑，若在很短时间内过载，在电动机尚未过热就恢复达到正常状态，未损坏电动机是允许的。因此，最大转矩也表示电动机具有短时间的过载能力。返回结束第8章返回