第6章 11级电动机new

第6章电动机6.1电机概述6.2三相异步电动机的工作原理6.5三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6.6三相异步电动机的起动6.7三相异步电动机的调速6.3三相异步电动机的基本结构1.了解三相交流异步电动机的基本构造和转动原理。本章要求：2.理解三相交流异步电动机的机械特性，掌握起动和反转的基本方法,了解调速和制动的方法。3.理解三相交流异步电动机铭牌数据的意义。第6章电动机电机是实现能量转换或信号转换的电磁装置。动力电机：实现能量转换控制电机：实现信号转换分类：(1)动力电机：6.1电机概述电动机发电机电能机械能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(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：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。鼠笼式异步交流电动机授课内容：基本结构、工作原理、机械特性、控制方法1.定子6.2三相异步电动机的基本结构铁心：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。风罩风叶转子定子端盖W2U2V2U1V1W1W2U2V2U1V1W1W2U2V2U1V1W1接线柱的连接星形联结三角形联结转子:在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电流。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。鼠笼式绕线式笼型转子绕线型转子转子铁心转轴定子铁心是由0.5mm厚的硅钢片叠压制成，在其内圆冲有分布的槽。定子铁心的作用：一是槽内可用来嵌放定子绕组；二是定子铁心构成电动机磁路的一部分。定子绕组是由铜导线绕制而成。构成电动机电路的一部分。机座是电动机的支架，一般用铸铁或铸钢制成。转子铁心冲片铸铝笼形转子笼形转子绕组转子铁心是也是由0.5mm厚的硅钢片叠压制成，在其外圆冲有分布的槽。转子铁心可嵌放转子绕组，构成电机磁路的另一部分。转子绕组大部分是浇铸铝笼型，大功率也有铜条制成的笼型转子导体，构成电机电路的一部分。由转轴输出机械能。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。iUiViWtiO1.旋转磁场的产生一、旋转磁场三相(多相)绕组中流过三相(多相)电流。U1U2V1V2W2W1U1U2通入iUV1V2通入iVW1W2通入iW6.2三相异步电动机的工作原理iwiuivitmIo0n规定i:“+”首端流入，尾端流出。i:“–”尾端流入，首端流出。U1V2W1V1W2U2(•)电流出()电流入wiviuiitU1U2V2W1V1W2U1U2V2W1V1W2U1U2V2W1V1W2NS三相电流合成磁场的分布情况0t60t合成磁场方向向下合成磁场旋转60°0n6090t合成磁场旋转90°600mIoSNSNiUiViWtiOU1U2U3U4V1V4V2V3W4W1W2W3U1U2U3U4V1V2V3V4W1W2W3W4NSNSNSNSU1U2U3U4V1V4V2V3W4W1W2W3t=0°t=90°若定子每相绕组由两个线圈串联，绕组的始端之间互差60°，将形成两对磁极的旋转磁场。旋转磁场的磁极对数与三相绕组的排列有关AU1U2W2V1W1V2AU1U2W2V1W1V2分析可知：三相电流产生的合成磁场是一旋转的磁场即：一个电流周期，旋转磁场在空间转过360°取决于三相电流的相序旋转磁场的旋转方向结论：任意调换两根电源进线，则旋转磁场反转。0t60t任意调换两根电源进线(电路如图)CiAXCZBYAiBi0mIViWiUitiomINSNS2.旋转磁场的转速旋转磁场转速n0——同步转速电流变化一周→旋转磁场转一圈电流每秒变化50周→旋转磁场转50圈→旋转磁场转3000圈电流每分变化(50×60)周p=1时：电流变化一周→旋转磁场转半圈电流每秒变化50周→旋转磁场转25圈→旋转磁场转1500圈电流每分变化(25×60)周p=2时：NSNSU1U2U3U4V1V4V2V3W4W1W2W3t=90°U1U2V2W1V1W290tSN旋转磁场转速n0与极对数p的关系)/(6010分转pfn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)f(Hz5013p120分）转/(00014p分）转/(75090旋转磁场转速n0与频率f1和极对数p有关。可见:二、工作原理1.电磁转矩的产生右手定则左手定则U1U2V2W1V1W2定子三相绕组通入三相交流电分）转/(6010pfn方向:顺时针切割转子导体Blv右手定则感应电动势E20旋转磁场感应电流I2旋转磁场Bli左手定则电磁力FF电磁转矩TnvF0nNS转差率旋转磁场的同步转速和电动机转子转速之差与旋转磁场的同步转速之比称为转差率。由前面分析可知，电动机转子转动方向与磁场旋转的方向一致，但转子转速n不可能达到与旋转磁场的转速相等，即0nn异步电动机如果:0nn无转子电动势和转子电流转子与旋转磁场间没有相对运动，磁通不切割转子导条无转矩因此，转子转速与旋转磁场转速间必须要有差别。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S:起动(堵转)时:n=0，s=1理想空载时:n=n0，s=0正常工作时:0s1故称异步电动机或感应电动机异步电动机运行中:%~s)91(转子转速亦可由转差率求得%10000nnns转子感应电势频率f2∵定子导体与旋转磁场间的相对速度固定，而转子导体与旋转磁场间的相对速度随转子的转速不同而变化定子感应电势频率f1转子感应电势频率f2转子感应电势频率f21000026060fspnnnnpnnf旋转磁场切割定子导体和转子导体的速度不同转子电流的频率f2转子感应电动势E2E2=4.44f2N2=4.44sf1N2当转速n=0(s=1)时，f2最高，且E2最大，有E20=4.44f1N2转子静止时的感应电势即E2=sE20转子转动时的感应电势转子感抗X22122222σσLfsLfX当转速n=0(s=1)时，f2最高，且X2最大，有X20=2f1L2即X2=sX20转子电流I2转子电路的功率因数cos2222222XREI2202220)(sXRsE转子绕组的感应电流)(0002nnIs2202220max21XREIs220222222222)(cossXRRXRR202SXRs很小时1cos2202XRss较大时s1cos2转子绕组的感应电流2202220222222)(XREXREIss转子电路的功率因数2202222)(cosXRRs变化曲线随、SIcos22)(2Isn)cos(2sn结论：转子转动时，转子电路中的各量均与转差率s有关，即与转速n有关。I2cos2s1I2,2cosO2.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。3.电磁转矩的大小T∝，I2cos2T=CTmI2cos2T=KTsR2U1f1[R2＋(sX2)2]22T∝U12转子轴上输出的转矩为:T2=T－T0≈T空载转矩：T0三、转矩平衡P146空载转矩：T0输出转矩：T2=T－T0T负载转矩：TL当T2=TL稳定运行当T2TL加速运行当T2TL减速运行四、功率传递输出的机械功率:P2=T2260=nT2功率损耗:P=PCu＋PFe＋PMe电动机的效率:P2P1=100%输入的有功功率:P2=P1－PP1=3U1LI1L=3U1PI1P[例6.3.1]某三相异步电动机，磁极对数p=2，定子绕组为三角形联结，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、和。60f12n0==1500r/minP2=T2=2n602×3.1460×91×1470W=14kW[解]=87.5%P2P1=100%==0.021500－14701500n0－nn0s==P13U1LI1L=0.816.4三相异步电动机铭牌数据1.型号磁极数(极对数p=2)例如：Y132M－4用以表明电动机的系列、几何尺寸和极数。机座长度代号机座中心高（mm）三相异步电动机异步电动机产品名称代号产品名称异步电动机绕线式异步电动机防爆型异步电动机高起动转矩异步电动机新代号汉字意义老代号Y异异绕异爆异起YRYBYQJ、JOJR、JROJB、JBOJQ、JQO2.接法接线盒定子三相绕组的联接方法。通常联结电机容量Y3kW联结电机容量kW4V1W2U1W1U2V2U2U1W2V1V2W1U1V1W1W2U2V2W2U2V2V1W1U1Y联结W1U1V1W2U2V2联结3.电压例如：380/220V、Y/是指线电压为380V时采用Y联结；线电压为220V时采用联结。说明：一般规定，电动机的运行电压不能高于或低于额定值的5%。因为在电动机满载或接近满载情况下运行时，电压过高或过低都会使电动机的电流大于额定值,从而使电动机过热。电动机在额定运行时定子绕组上应加的线电压值。三相异步电动机的额定电压有380V，3000V,及6000V等多种。4.电流例如：Y/6.73/11.64A表示星形联结下电机的线电流为6.73A；三角形联结下线电流为11.64A。两种接法下相电流均为6.73A。5.功率与效率12PPcos3NN1IUP鼠笼电机=72~93％电动机在额定运行时定子绕组的线电流值。额定功率是指电机在额定运行时轴上输出的机械功率P2，它不等于从电源吸取的电功率P1。注意：实用中应选择容量合适的电机，防止出现“大马拉小车”的现象。6.功率因数PN三相异步电动机的功率因数较低，在额定负载时约为0.7~0.9。空载时功率因数很低，只有0.2~0.3。额定负载时，功率因数最高。7.额定转速电机在额定电压、额定负载下运行时的转速。P2cosO0N0Nnnns额定转差率如：nN=1440转/分sN=0.048.绝缘等级指电机绝缘材料能够承受的极限温度等级，分为A、E、B、F、H五级，A级最低(105ºC)，H级最高(180ºC)。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Y132S－6Y系列异步机机座中心高度机座长度代号2p=6→n0=1000r/min2.额定功率PNPN=3kW→轴上输出机械功率的额定值3.额定电压UNUN=380V→定子三相绕组应施加的线电压磁极数2p4.额定电流ININ=7.2A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→定子三相绕组的额定线电流6.额定转速nN5.额定功率因数N=cosNP1N=3UNINcosNPN=NP1N=3UNINcosNN[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，N=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