大学电工电子技术-交流电动机

1第7章交流电动机27.1三相异步电动机的构造7.2三相异步电动机的转动原理7.3三相异步电动机的电路分析7.4三相异步电动机的转矩与机械特性7.5三相异步电动机的起动7.6三相异步电动机的调速7.7三相异步电动机的制动7.8三相异步电动机的铭牌数据7.11单相异步电动机第7章交流电动机7.9三相异步电动机的选择3电动机的应用457.1三相异步电动机的构造一、基本结构定子铁心定子绕组转轴转子风扇罩壳轴承机座接线盒端盖轴承盖6三相异步电动机的基本结构7YBZXAC定子定子绕组（三相）机座1）三相对称的定子绕组：用于产生旋转磁场1、定子：铁心、线圈（绕组）可以连成星型或三角型与三相电源相连2）铁心：硅钢片叠成AXBYCZ8定子绕组的连接：三相绕组有六个出线端，首端为：A、B、C末端为：X、Y、Z可根据需要连成Y形或形。AXBYCZZXYABCAXBYCZZXYABCY形形9在旋转磁场作用下，产生感应电动势和电流。鼠笼式：转子2、转子：铁心、绕组、转轴转轴1）铁心：硅钢片叠成2）绕组：YBZXAC在转子铁心槽内浇注铝或压上铜条，做成鼠笼。线绕式：在转子铁心槽内放置对称的三相绕组。10三相异步电动机的分类117.2三相异步电动机的转动原理一、原理演示NSn磁铁闭合线圈n0f12磁极旋转感应电动势（导线在磁场中切割磁力线）感应电流（闭合导线）磁场力（通电线圈在磁场中受力）感应电动势vlBe（右手定则）B—磁感应强度l—导线长v—切割速度（左手定则）ilBf电磁力nfNSn0ei13nfNSn0ei结论：1、线圈的转向与磁场的转向一致。2、线圈的转速低于磁场的转速。14二、工作原理三相定子绕组中通入三相电流旋转磁场转子、磁场存在相对运动转子切割磁力线在转子中产生感应电流转子导条在磁场中受力产生电磁转矩转子转动转子转动的条件：旋转磁场151、旋转磁场的产生BiAXBYCZAiCiiAImiBiC120sin120sinsintIitIitIimCmBmACZAXYBNSt=01660CZAXYBn0t=60AXn0t=120ZCBYNSn0t=180ZCAXBYiAImiBiC同理可得其他时刻旋转磁场的方向。171819电流变化一周，磁场顺时针转过一周（360）2、旋转磁场的转向旋转磁场的方向取决于三相电流的相序。（当电流的相序为A-B-C时，旋转磁场的方向沿绕组的首端A-B-C的方向，与电流相序一致。）任意调换电源线中的两相，旋转磁场与原方向相反。1、旋转磁场的转速20213、旋转磁场的极数(p)BiAXBYCZAiCiCZAXYBNS当每相绕组只有一个线圈，绕组的始端相差120产生的旋转磁场具有一对极，即p=1。22若将定子绕组安排成：每相绕组有两个线圈串联C'Y'ABCXYZA'X'B'Z'iCiBiAA'X'AXC'Z'CZBB'Y'Y则：绕组的始端在空间上相差6023A'X'AXC'Z'CZBB'Y'YA'X'AXC'Z'CZBB'Y'YiAiBiCt=0NNSSt=60结论：1、旋转磁场有两对极2、电流变化60，旋转磁场顺时针转过30。24电流变化一周，旋转磁场在空间上顺时针转过18025三相异步电动机的极数就是旋转磁场的极数，旋转磁场的极数与绕组的安排有关。CZAXYBNSAXBYCZ磁极个数为2极对数p=1C'Y'ABCXYZA'X'B'Z'A'X'AXC'Z'CZBB'Y'YNNSS磁极个数为4极对数p=226思考：如果要产生三对极，即p=3的旋转磁场，如何实现？每相绕组有三个线圈串联，每相绕组的首端在空间上相差40（120/p）的空间角。4、旋转磁场的转速p=1电流在时间上变化一周磁场在空间上变化一周旋转磁场的转速f=电流的频率f（r/s）旋转磁场的转速：n0=60f（r/min）p=2电流在时间上变化一周磁场在空间上变化半周旋转磁场的转速：n0=60f/2（r/min）27旋转磁场的转速通常称为：电动机的同步转速min)/(600rpfnp—旋转磁场的极对数对电动机来讲，f和p通常是一定的，此时n0为常数f—电源电流的频率极对数每电流周期，磁场转过角度同步转速(f=50HZ)p=13603000r/minp=21801500r/minp=31201000r/min28旋转磁场小结：1、在定子绕组中通入三相电流，产生一个旋转磁场。2、旋转磁场的转向与三相电流的相序一致。3、旋转磁场的极数与绕组的安排有关。4、旋转磁场的转速n0min)/r(pf60n029三、转子转动的原理1、转动原理定子绕组通入三相电流旋转磁场（定转子相对运动）转子中感应电动势感应电流电磁力矩转子转动2、转动的方向nfNSn0ei转子转动的方向与旋转磁场的方向一致。旋转磁场反转时，转子也随之反转。303、转子转速的大小转子转速n：nn0思考：n能否等于n0?不能。假设：n=n0转子与旋转磁场没有相对运动。转子导条不切割磁力线。转子中没有感应电动势。没有感应电流。没有电磁转矩。因此：转子转速n必须满足：nn0这也是异步电动机名称的由来。314、转差率表示转子转速n与同步转速n0相差的程度。00nnnS通常异步电动机在额定负载时的转差率为1%~9%异步电动机在起动的瞬间：n=0S=1此时，转差率S最大。32例1.三相异步电动机的额定转速n=1470r/min。求：p=？S=？解：由n略小于n0知:S=（1500-1470）/1500=0.02p=2，n0=1500r/min33347.3三相异步电动机的电路分析电动机与变压器对比1、相似电动机的定子变压器的原边电动机的转子变压器的副边i2i1u1e1e1e2e2磁通通过定子和转子铁心闭合2、区别变压器是静止的，电动机的转子转动。变压器主磁路（铁心）不包含空气隙，电动机的磁路有空气隙（定、转子之间的空隙）。35i2i1u1e1e1e2e2电动机的电磁关系u1i1e1e2i21e12e2一、定子电路定子每相电路的电压方程：u1=R1i1-e1-e1忽略R1和e1U1E1=4.44k1f1N136U1E1=4.44k1f1N1f1——外加电源的频率min)/r(pf60n10N1——每相定子绕组的匝数——通过每相绕组磁通的最大值，在数值上等于旋转磁场的每极磁通。k1——考虑电动机定子绕组按一定规律沿定子铁心内圆周分布而引起的绕组系数。k11，但接近于1，可以忽略。U1E1=4.44f1N111144.4NfU37二、转子电路1、转子频率f2旋转磁场与转子间的相对转速为（n0-n）60)nn(pf0260pnnnn0001Sfn=0时：S=1，f2=f1=MAX2、转子电动势E2E2=4.44k2f2N2k2——转子绕组的绕组系数。n=0时：S=1E20=4.44k2f1N2=MAXE2=SE20383、转子感抗X2X2=2f2L2n=0时：S=1X20=2f1L2=MAXX2=SX204、转子电流I22202220222222)SX(RSEXREIR2—转子每相绕组的电阻39S05、转子电路的功率因数cos2转子电路，漏磁通引起感抗X2220222222222)SX(RRXRRcos由上述可知，转子电路的各个物理量均与转差率有关，即与转子转速有关。1n0n0cos2I2I2和cos2与S的关系:nSI2、cos2nSI2、cos2407.4三相异步电动机的转矩与机械特性一、电磁转矩电磁转矩T由转子导体中的电流I2（电流的有功分量I2cos2）和旋转磁场每极磁通相互作用而产生。T=KTI2cos2KT——与电动机结构有关的常数。cos2——转子电路功率因数。41T=KTI2cos22202222)SX(RRcos2120Nf44.4E111Nf44.4U22022202)SX(RSEI代入参数：转矩表达式：22022212)SX(RUSRKT4222022212)SX(RUSRKTK——常数U1——定子绕组的相电压TU12电源电压变化时，对转矩的影响很大。转矩T还受转子电阻的影响。当R2、X20为常数，电源电压U1和f1一定时，电磁转矩T只随转差率S（转子转速n）变化，它们的关系曲线T=f(S)或n=f(T)，称为电动机的机械特性曲线。43n0Tn二、机械特性1、电动机等速运行的条件：T=TC电磁转矩=阻力转矩阻力转矩：主要是电动机轴上的机械负载转矩T2和电动机的空载损耗转矩（主要是机械损耗转矩）T0TC=T2+T0T2忽略T0，电动机等速运行的条件：T=T2T2n44T=T2匀速运行减速运行加速运行TT2TT2电动机的运行状态：2、三个重要转矩：（1）额定转矩TN负载转矩)mN(nP955060n2PPT2222n0TnP2——输出的机械功率45n0Tn)mN(nP9550T22TN是电动机在额定负载时的转矩。)mN(nP9550PTNN2NN2NTNnN（2）最大转矩Tm电动机能够产生的最大转矩。dTdS=0由R2X20Sm=Sm—最大转矩时的转差率)mN(X2UkT2021mTm46R2X20Sm=U122X20Tm=kTmU12，而与转子电阻R2无关。U1TmSmR2。R2SmnmTnU1U1'U1'U1T2U1'U1Tm'Tm在负载转矩T2的作用下，电动机稳定运行时的转速：n'nn'n结论：在同一负载转矩的作用下，U1越小，n越小。47T2TnR2R2'R2'R2Tmn'nR2'R2n'n结论：在同一负载转矩T2的作用下，R2越大，n越小。思考：降低电压U1，使Tm减小，如果TmT2，出现什么现象？Tn当TmT2TT2电机减速转速n迅速下降至0电机停转转子导条以n0速度切割磁力线电流迅速升高电机过热、烧毁闷车（堵转）TmT248过载系数：在短时间内，电动机的负载转矩可以超过额定转矩运行，这种短时允许过载能力用过载系数表示。m=TmTN通常为1.8~2.2（3）起动转矩Tst电动机在起动瞬间的转矩TnTstn=0)mN(XRURkT22022212stTst与R2和U1有关U1TstR2Tst49起动系数：表示异步电动机的起动能力。st=TstTN通常为1.0~2.2电动机的起动转矩必须大于负载转矩才能起动。机械特性与电路参数的关系：分析机械特性曲线的三个转矩：额定转矩TN：在额定负载下的电磁转矩最大转矩Tm：起动转矩Tst:U1Tst、R2TstTNU12U1Tm、R2SmTm不变50513、电动机运行的两个区域Tnab（1）稳定运行区（a、b段）T2n假设：电动机稳定运行在e点。T=T2若负载变化使T2减小T2'T2T不能突变TT2'电机加速T2'n'ee'转速沿机械特性曲线上升上升到e'点T=T2'电机达到新的稳定状态，转速为n'—n'n若负载变化使T2增加T2T2T不能突变TT2电机减速转速沿机械特性曲线下降下降到e点T=T2电机达到新的稳定状态，转速为n—nnenT252（2）不稳定运行区（b、c段）TnbcT2e若负载变化使T2减小T2'T2T不能突变TT2'电机加速转速沿机械特性曲线上升上升到e'点T=T2'电机进入稳定区运行。e'T2'若负载变化使T2增加T2T2T不能突变TT2电机减速转速沿机械特性曲线下降很快达到n=0发生闷车T2电动机的稳定运行区比较平坦，转速变化不大。电动机只能在稳定区运行，不能稳定运行在不稳定区。思考：n0=1500r/min的电动机能否稳定运行在750r/min?不能！电机在750r/min进入不稳