04第四章电动机.

同学们好！同学们好！第4章电动机4.1三相异步电动机的构造4.2三相异步电动机的工作原理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4.5三相异步电动机的起动4.6三相异步电动机的调速4.8三相异步电动机的铭牌数据4.9单相异步电动机*4.10直流电动机电动机的分类：鼠笼式异步交流电动机内容：基本结构、工作原理、机械特性、控制方法电动机交流电动机直流电动机三相电动机单相电动机同步电动机异步电动机他励、并励电动机串励、复励电动机电动机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,石油钻采机械等。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。电动机的作用是将交流电能转换成机械能，电动机分交流电动机和直流电动机两大类，而交流电动机又分为异步电动机和同步电动机。1．异步电动机按电动机定子相数分：三相异步电动机、单相异步电动机。2．按电动机的转子结构分：笼型异步电动机、绕线型异步电动机。4.1三相异步电动机的构造1.定子4.1三相异步电动机的构造铁心：由内周有槽的硅钢片叠成。A----XB----YC----Z三相绕组机座：铸钢或铸铁2.转子鼠笼转子铁心：由外周有槽的硅钢片叠成。(1)鼠笼式转子铁芯槽内放铜条，端部用短路环形成一体。或铸铝形成转子绕组。(2)绕线式转子同定子绕组一样，也分为三相，并且接成星形。鼠笼式绕线式图4.1.1三相异步电动机的主要部件图示异步电动机定子、定子钢片图4.1.3转子铁心硅钢片(a)笼型绕组(b)转子外形图示鼠笼式转子图4.1.4铸铝鼠笼式转子风扇叶铸铝条转子铁心图4.1.5线绕式转子在定子槽孔中放置三相彼此独立的绕组。U1U2V1V2W1W2U1V1W1W2U2V2U1U2V1V2W1W2U1U2V1V2W1W2U1V1W1W2U2V2定子绕组星形联结定子绕组三角形联结端子在定子槽孔中放置三相彼此独立的绕组。定子绕组U1U2V1V2W1W2iU1iV1iW1uU1uV1uW1i1i2i3U1V1W1U2V2W2U1W2V1U2W1V2+++设：电流的流入端用+表示电流的流出端用•表示定子绕组与转子绕组转子绕组定子绕组U1W2V1U2W1V2+++设：电流的流入端用+表示电流的流出端用•表示4.2三相异步电动机的工作原理i1i2i3U1V1W1U2V2W2i1=Imsinti2=Imsin(t–120)i3=Imsin(t+120)i1i2i3对称三相电流流入对称三相绕组。tiO4.2.1旋转磁场4.2.1旋转磁场1．旋转磁场的产生tiOi1t=0U1W2V1U2W1V2i1=0i2为负值i3为正值NS0i2i3设：电流的流入端用+表示电流的流出端用•表示tt=60iU1W2V1U2W1V2NS60i1=0i2为负值i3为正值i1i2i3O4.2.1旋转磁场1．旋转磁场的产生t=90U1W2V1U2W1V2NS90i1为正值i2为负值i3为负值tii1i2i3O4.2.1旋转磁场1．旋转磁场的产生t=180U1W2V1U2W1V2i1=0i2为正值i3为负值180NStii1i2i3O4.2.1旋转磁场1．旋转磁场的产生t=0U1W2V1U2W1V2NS0Nt=180U1W2V1U2W1V2S180t=90U1W2V1U2W1V2NS90t=60U1W2V1U2W1V2NS601．旋转磁场的产生19空间相差120º角的三相绕组，通入对称三相电流时间上相差120º角的电角度时，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)。综上分析可以得出：tiiU1iW1iV10U1V1W1U2V2W2i1i390600U1W2V1U2W1V2NS0U1W2V1U2W1V2NS60U1W2V1U2W1V2NS90i22．改变旋转磁场的转向综上分析可以得出：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。223．旋转磁场的磁极对数p旋转磁场的磁极对数p与三相定子绕组的连接方式有关。4．旋转磁场的转速n0pfn1060—电源的频率—磁极对数n0的单位：转/分若f1=50Hz，p=1n0=3000r/minp=2n0=1500r/minp=3n0=1000r/min4.2.2电动机的转动原理•••SNn0n右手定则e(i)ff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。4.2.3转差率s转差率00nnns0ssN=0.015~0.06转子转速n=(1–s)n0[例1]已知n=975r/min，f1=50Hz。求：p、s、f2。[解]p=3s=n0nn010009751000==0.025f2=(n0n)p60(1000975)×360==1.25r/min254.3三相异步电动机的电路分析下图所示是三相异步电动机每相电路图。和变压器相比：定子绕组相当于变压器的一次绕组。转子绕组相当于变压器的二次绕组。4.3.1定子电路定子电路jX11IR11U1E+++σ1E111111111σ111)(IZEIXREIREEUj定子的内阻抗：Z1=R1+jX1忽略Z111EUU1E1=4.44f1N1：旋转磁场每极磁通；N1：每相定子绕组匝数；f1：定子电流频率。4.3.2转子电路R2jX2转子电路2I2E2E++1．转子频率f260)(02nnpf1000260)(sfpnnnnfHz)50(Hz5.4~5.012ffR2jX2转子电路2I2E2E++2．转子电动势E222222222σ2)(IZIXRIREEj转子内阻抗：Z2=R2+jX2转子电动势：E2=4.44f2N2=4.44sf1N2=sE203．转子感抗X2202122222sXLsfLfX4．转子电流I2R2jX2转子电路2I2E2E+[phone])(sXRsEXREI5．转子电路的功率因数cos2220222222222)(cossXRRXRRI2cos2cos2I2Os1304.4三相异步电动机的转矩与机械特性电磁转矩T=KTI2cos2电磁转矩是由旋转磁场的磁通和转子电流的I2有功分量相互作用而产生的，所以与结构有关的常数常数4.4.1转矩公式22022212)(sXRUsRKT4.4.2机械特性曲线sT10TstTmsmsNTN转矩特性T=f(s)22022212)(sXRUsRKTT与成正比21UmaxTmSNSOTS曲线)(sfT曲线)(Tfn根据转矩公式22022212)(sXRUsRKT得特性曲线：NnmaxTstTOnTNT0nstT1NT(4.4.2)机械特性曲线机械特性曲线n=f(T)1．额定转矩TNT=TC=T2+T0T260222nPTTNN2N550.9nPTP2：电动机轴上的输出功率P2单位：瓦(W)n单位：转/分(r/min)T单位：牛米(N·m)nTstT2=TN(在b点)On0TTmnNTNba29550PTn由dT/ds=0，得sm=±–—R2X20sm=–—R2X20取正值sm—称为临界转差率代入T的表达式求得最大转矩Tmax2．最大转矩Tmax不同电源电压的转矩特性nOn0TTstTmaxnNTNdU1212021max2UXUKT22022212)(sXRUsRKT1U11UU(3)sm=R2/X20结论：(1)TmaxU12Tmax与R2无关(2)过载系数TmaxTN1.82.2sm与U1无关2．最大转矩Tmax不同转子电阻的转矩特性nOn0TTmax2R22RRR2起动瞬间n=0，s=1U1↓→Tst↓↓R2↑→Tst↑负载转矩T2Tst，不能起动。负载转矩T2Tst，可带负载起动。stTstTN一般st1.02.2起动转矩倍数3．起动转矩Tst22022212XRURKT22022212)(sXRUsRKT36[例1]已知PN=4.5kW，nN=950r/min，N=84.5%，U=380V，f1=50Hz，=2，st=1.7。求：(1)磁极对数p；(2)s；(3)TN；(4)输入功率P1；(5)Tmax；(6)Tst。[解](1)p=3s=n0nNn110009501000==0.05(2)(3)TN=9.55PNnN=9.554.5103950=45.24N·m(4)P1=PNN4.50.845=kW=5.33kW(5)Tmax=TN=245.24N·m=90.48N·m(6)Tst=stTN=1.745.24N·m=76.91N·m374.4.12已知Y132S–4型三相异步电动机，其额定数据见表4.01。表4.01电动机额定技术数据功率转速电压效率功率因数Ist/INTst/TNTmax/TN5.5kW1440r/min380V85.5%0.847.01.92.2电源频率为50HZ,试求额定状态下的转差率sN；电流IN和转矩TN、以及起动电流Ist，起动转矩Tst，最大转矩Tmax。作业：P.162,4.4.12解：(1)4~100kW的电动机通常是380V，形联结。(2)由已知n=1440r/min，可知电动机是4极的，即p=2，n0=1500r/min所以(3)额定电流IN855.084.03803105.5cos310332UPIN(4)额定转矩TN14405.5955095502mNnPTNN（5）起动电流Ist7NNststIIII（6）起动转矩Tst9.1NNststTTTT（7）最大转矩Tmax2.2maxmaxNNTTTT4.5三相异步电动机的起动4.5.1起动性能起动初始瞬间，n=0，s=1(1)起动电流Ist大，(4~7)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。(2)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,不能满载起动。电磁转矩T=KTI2cos24.5.2起动方法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4~7倍；影响同一电网上其他负载的正常工作。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．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。(1)星形—三角形(Y-)换接起动FUW2U1U2V1V2W1QS1转子定子绕组只适用于电动机在工作时定子绕组为形接法。QS2YW1V1U1U2V2W2形U1U2V1W1V2W2Y形FUW2U1U2V1V2W1QS1转子定子绕组QS2V2(1)星形—三角形(Y-)换接起动Y形ZUZUIIll3pYpYY形ZUZUIIll333pp31ΔYllII31322ststYllUUTT起动电流和起动转矩都降低为直接起动时的三分之一。QS2起动三相自耦变压器(2)自耦降压起动U1U2V1V2W1W2QS1M3~U1U2V1V2W1W2QS1QS2运转起动三相自耦变压器M3~(2)自耦降压起动~绕线型电动机起动时，可在转子绕组中串联电阻，以减小起动电流。(3)转子串电阻起动Rst转子43[例1]有一Y225–4型三相异步电动机，其额定数据见下表。试求：(1)额定电流；(2)额定转差率sN；(3)额定转矩TN、