电动机课件

3.1三相异步电动机的构造第3章异步电动机3.2三相异步电动机的工作原理3.3三相异步电动机的电磁转矩3.4三相异步电动机的机械特性3.5三相异步电动机的起动3.6三相异步电动机的调速3.7三相异步电动机的制动3.8三相异步电动机铭牌数据电动机的分类：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1.定子3.1三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：铸钢或铸铁定子铁心的硅钢片定子铁心定子绕组对称三相绕组。定子接线盒U1V1W1W2U2V2U1V1W1U2V2W2U1V1W1W2U2V2星形(Y)联结3~U1V1W1W2U2V2三角形(△)联结3~转子铁心、转子绕组、转轴、风扇等。转子铁心的硅钢片2.转子转子绕组绕线型：对称三相绕组。笼型：对称多相绕组。笼型异步电动机的转子导条端环风扇笼型异步电动机的转子铸铝转子绕线型异步电动机的转子绕线型异步电动机的转子集电环三相绕线型异步电动机示意图转子三相绕组接成Y形短接或外接对称电阻等三相异步电动机的外形※部分额定值：UN690V，2kV~11kVfN50/60HzPN200kW~3000kW2p2~12笼型异步电动机※部分额定值：UN400V~690VfN50/60HzPN200kW~2300kW2p2~8三相绕线型异步电动机的结构3.2三相异步电动机的转动原理3.2.1旋转磁场120sin120sinsinmCmBmAtIitIitIi定子三相绕组通入三相交流电(星形联接)BiAXBYCZAiCi1.旋转磁场的产生CiAiBiitmIoiCiAiBitmIo0n规定i:“+”首端流入，尾端流出。i:“–”尾端流入，首端流出。AYCBZX(•)电流出()电流入CiBiAiiMAXYCBZAXYCBZAXYCBZNS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°600mIoSNSNAAXZBCYAAXZBCY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2.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)CiAXCZBYAiBi0mICiBiAiMiomINSNS0t3.旋转磁场的极对数P当三相定子绕组按图示排列时，产生一对磁极的旋转磁场，即：1pBiAXBYCZAiCiAXYCBZNS0mICiBiAiMiomI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。C'Y'ABCXYZA'X'B'Z'AiBiCiXAAXBYBYCCZ'Z极对数2p旋转磁场的磁极对数与三相绕组的排列有关C'Y'ABCXYZA'X'B'Z'AiBiCiAXXNSZCZBYBYACSNBiCiAiimIt00t4.旋转磁场的转速分）转/(6010fn工频：Hz501f分）转/(30000n旋转磁场的转速取决于磁场的极对数p=1时0mICiBiAiMiomIAXYCBZNSAXYCBZNSAXYCBZNSXNSAXABZCYZCYBSN0t60tp=2时BiCiAiitmI0分）转/(150026010fn0n30AXXZCZBYBYACNSNS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:3.2.2电动机的转动原理1.转动原理AXYCBZ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MnvF0nNS3.2.3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。异步电动机运行中:%~s)91(转子转速亦可由转差率求得0)(1nns%10000nnns转差率s例1：一台三相异步电动机，其额定转速n=975r/min，电源频率f1=50Hz。试求电动机的极对数和额定负载下的转差率。解：根据异步电动机转子转速与旋转磁场同步转速的关系可知：n0=1000r/min,即p=3额定转差率为2.5%100%10009751000%10000nnns3.3三相异步电动机的电磁转矩三相异步电动机的电磁关系与变压器类似。变压器：变化eU1E1=4.44fN1E2=4.44fN2E1、E2频率相同，都等于电源频率。11444Nf.U异步电动机每相电路i1u1e1e1e2e2i2+－++++－－－－f1f23.3.1定子电路1.旋转磁场的磁通异步电动机：旋转磁场切割导体e，U1E1=4.44f1N1每极磁通111444Nf.U1UΦ旋转磁场与定子导体间的相对速度为n0，所以2.定子感应电势的频率f16001pnf感应电势的频率与磁场和导体间的相对速度有关f1=电源频率f3.3.2转子电路1.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2.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3.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=sX204.转子电流I25.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O3.3.3转矩公式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矩之总和。22mcosIΦKM常数，与电机结构有关旋转磁场每极磁通转子电流转子电路的功率因数ilBF22cos,,IΦM21220222)('UsXRsRKMm由此得电磁转矩公式22cosIΦKMm22022202)(XREIss2202222)(cosXRRsmΦNfU11144.4由前面分析知：由公式可知21220222)('UsXRsRKMm电磁转矩公式1.M与定子每相绕组电压成正比。U1M21U2.当电源电压U1一定时，M是s的函数。3.R2的大小对M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。3.4.1机械特性曲线maxMmSNSOMS曲线)(sfM曲线)(Mfn根据转矩公式22022212)(sXRUsRKM得特性曲线：NnmaxMstMOnMNM0nstM1NM3.4三相异步电动机械特性转矩NnNT电动机在额定负载时的转矩。1.额定转矩MN)/()(9550NNN分转千瓦nPM3.4.1三个重要转矩OnM0n额定转矩(N•m)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nPnPM955060π2m.N7.4914405.795509550NNNnPM2.最大转矩Mmax转子轴上机械负载转矩M2不能大于Mmax，否则将造成堵转(停车)。电机带动最大负载的能力。21220222)('UsXRsRKMm2021max2'XUKMm0ddSM令：求得202mXRss临界转差率将sm代入转矩公式，可得max121max,)1(MUUM当U1一定时，Mmax为定值2021max2'XUKMm过载系数(能力)NmaxMM一般三相异步电动机的过载系数为2.2~8.1工作时必须使M2Mmax，否则电机将停转。电机严重过热而烧坏。12II(2)sm与R2有关，R2smn。绕线式电机改变转子附加电阻R´2可实现调速。3.起动转矩MsM22022212)('sXRUsRKMm22022212st'XRURKMm电动机起动时的转矩。起动时n=0时，s=1st121st,)1(MUUM(2)Mst与R2有关，适当使R2Mst。对绕线式电机改变转子附加电阻R´2,可使Mst=Mmax。Mst体现了电动机带载起动的能力。若MstM2电机能起动，否则不能起动。0nOnMMstNststMMM起动能力4.电动机的运行分析电动机的电磁转矩可以随负载的变化而自动调整，这种能力称为自适应负载能力。自适应负载能力是电动机区别于其它动力机械的重要特点（如：柴油机当负载增加时，必须由操作者加大油门，才能带动新的负载）。此过程中，n、sE2,I2I1电源提供的功率自动增加。M2sM2MM=M2nMM´2达到新的平衡M2常用特性段0nnMOn5.U1和R2变化对机械特性的影响(1)U1变化对机械特性的影响U1MmaxUUMst22022212st'XRURKMm2021m2'XUKMmax202mXRs0nNUM2nMO(2)R2变化对机械特性的影响stMMOn0nR2Mstn硬特性：负载变化时，转速变化不大，运行特性好。软特性：负载增加时转速下降较快，但起动转矩大，起动特性好。maxM2M22022212st'XRURKMm2021m2'XUKMm202mXRs3.5三相异步电动机的起动起动性能:起动问题：起动电流大，起动转矩小。一般中小型鼠笼式电机起动电流为额定电流的5~7倍;电动机的起动转矩为额定转矩的(1.0~2.2)倍。起动电流大的原因：起动：n=0，s=1,接通电源。起动时，n=0，转子导体切割磁力线速度很大，转子感应电势转子电流定子电流起动电流、起动转矩大电流在线路上造成较大的电压降，从而使负载端的电压降低频繁起动时造成热量积累，使电机过热后果：起动转矩小的原因：刚起动时，虽然转子电流较大，但转子的功率因数cosφ2却很低，由M=KmФI2cosφ2可知起动转矩并不大。后果：如果起动转矩过小，就不能再满载下起动，应设法提高。一般机床的主电机都是空载起动，启动后再切削，对起动转矩没什么要求。由上可知，异步电动机起动时主要缺点是起动电流较大。为了减小起动电流，必须采用适当的启动方法。3.5.1起