当前位置:首页 >> 其它课程 >>

第4章、电动机


第四章

电 动 机

电动机的作用是将电能转换为机械能。现代各种生产 机械都广泛应用电动机来驱动。 交流电动机 异步机 同步机

鼠笼式
绕线式

电动机

直流电动机 他励、异励、串励、复励

在生产上主要用的是交流电动机,特别是三相异步电 动机

。本章主要讨论三相异步电动机。
三相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

§ 4.1 三相异步电动机的构造

这 是 电 动 机 的 外 形

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。 这 是 三 相 异 端盖 步 电 机座 动 机 的 轴承 基 转子 本 结 构 定子 示 意 图

一. 定子
三相异步电动机的定子是由机座、定子铁心和定子绕 组组成。
这 是 机 座 定 子 铁 心 和 定 子 绕 组 示 意 图 定子绕组 机座

铁心

定子铁心是由冲有槽孔的硅钢片叠压而成

这 是 定 子 硅 钢 片

在定子槽孔中放置三相彼此独立的绕组。
定子绕组 星接 U1 V1 W1

U2 V2 W2 U1

定子绕组 角接

U1 U2

V1
V2

W1

端子

V1

W1 V2

W2
W1

W2 U2

U1 V1

U1 V1

W1

U2

V2

W2

U2 V2 W2

在定子槽孔中放置三相彼此独立的 绕组,图中所示在空间互成120?放置 定子 V2 W1 U2 表示 U1

W2
V1

定子绕组

Y连接连线图

设:电流的流入端用

电流的流出端用

表示

二. 转子
根据转子绕组结构的不同又分为鼠笼型转子和绕线型转子
鼠笼型转子的电机称鼠笼型电动机 绕线型转子的电机称绕线型电动机 这 是 绕 线 型 转 子 铁 心 与 绕 组

滑环

转子绕组

转子铁心

电刷

R R R

外接电阻

这 是 笼 型 转 子

笼型转子是由嵌放在转子铁心槽内的导电条组成, 在转子铁心的两端各用一个导电端环把所有的导电条 连接起来。

转子铁心是由相互绝缘的硅钢片叠压而成。

这 是 转 子 硅 钢 片

定子绕组与转子绕组 U1 V2
转子绕组

W2 V1

定子绕组

W1

U2

设:电流的流入端用 电流的流出端用

表示 表示

§4.2 三相异步电动机的工作原理
磁铁

n0

N
f

n

e i
S
闭合 线圈

磁极旋转

导线切割磁力线产生感应电动势

e ? B?l ?v
磁感应强度 导线长

(右手定则)

切割速度

闭合导线产生电流 i

N
通电导线在磁场中受力

n0 f

f ? B ?l ?i
(左手定则)

n

e i
S

1. 结论: 线圈跟着磁铁转→两者转动方向一致 2. 线圈比磁场转得慢

n ? n0
异步

n0 f

N

n

e i
S

三相异步机的结构
三相定子绕组:产生旋转 磁场。 转子:在旋转磁场作用下, 产生感应电动势或 电流。 线绕式 鼠笼式 转子

定子绕组 (三相)
A Y

定子
Z

C

B

X

鼠笼转子

机 座

旋转磁场的产生
异步机中,旋转磁场代替了旋转磁极 (?)电流出
A

n0
Z B

i A ? I m sin ?t

iB ? I m sin??t ? 120 ??

Y

iC ? I m sin??t ? 240 ??

C

iA

iB

iC
t

Im
X

(?)电流入

iA

A

iA

iB

iC
t

iC
iB

Z X Y
C B

Im

A
Y

N

Z

合成磁场方向:

?t ? 0
C

B

向下

S
X

同理分析,可得 其它电流角度下 的磁场方向:

iA

iB

iC
t

Im

n0
A Y

60?
Z Y C

n0
A Z

n0
Y C

A Z B X

N
C

S
X

B

B X

?t ? 60?

?t ?120?

?t ?180?

转子转动原理及转速

n1
f 转子 导体 ?

N
e( i )
?

旋转磁极形成旋转 磁场,旋转磁场的转速

也称为同步转速。转子
导体在旋转磁场的作用

n
f

?

下也转动起来,其转向
与旋转磁场的转向相同。

S

?

旋转磁场的旋转方向
旋转方向:取决于三相电流的相序。

iA

iB

iC
Im

iA

iC

iB
t

Im

t

n0
改变电机的旋转方向:换接其中两相

n0

旋转磁场的转速大小
一个电流周期,旋转磁场在空间转过360°。则

同步转速(旋转磁场的速度)为:

Im

i A iB iC

n0 ? 60 f (转/分)
t

n0
A

60?
A Z
N

Y
C

N

Z
B X

Y
CS

A
Y C
N

Z B X

S

B X

S

极对数(P)的概念

iA

A
Y

A

N

Z

iC C
iB

Z X Y B

C

B

S
X

此种接法下,合成磁场只有一对磁极,则极对数为1。 即:

p ?1

极对数(P)的改变
将每相绕组分成两段,按右下图放入定子槽内。形 成的磁场则是两对磁极。

iA
C'

A X A' Z' X'

iC
iB

Y'
Z B'

Y B

Y' C' X' B'
Z

A

Z'

B X C

C

A'

Y

iA

A

A Y'
C'

Z'

iC
iB

X A' Z' X' C' Y Y' Z B' B C

N

? ?

B

X'

S
? ?

S
N
A'
Y

X
C

B'

Im

i A iB iC

t

Z

极对数

p?2

极对数和转速的关系
A Y'
C'

A
Z
? ?

30?
B
C' S

N

n0
Z N
? ? ? ?

X'

S
? ?

S
N
A'
Y
C

X'
X

X

C S

B'

Z' N

Z'

?t ? 0

A'

?t ? 60?

60 f n0 ? (转/分) p

Im

i A iB iC

t

三相异步电动机的同步转速

60 f n0 ? (转/分) p
同步转速

极对数

每个电流周期 磁场转过的空间角度

( f ? 50 Hz )

n0

p ?1
p?2 p?3

360 ? 180 ? 120 ?

3000 (转/分) 1500 (转/分) 1000 (转/分)

电动机转速和旋转磁场同步转速的关系
电动机转速:

n
异步电动机

电机转子转动方向与磁场旋转的方向一致,


n ? n0

提示:如果

n ? n0

转子与旋转磁场间没有相对运动 无转子电动势(转子导体不切割磁力线) 无转子电流 无转距

转差率

(s ) 的概念:
? n0 ? n ? ? ? 100 % s?? ? n ? 0 ? ?

转差率为旋转磁场的同步转速和电动机转速之差。即:

异步电机运行中:

s ? 1 ~ 9%

电动机起动瞬间:

(转差率最大) n ? 0, s ? 1

§4.3 三相异步电动机的电路分析
R1

i2

e1 、 2 :主磁通产 e
生的感应电动势。

i1

u1

e1

e2

e? 1

e? 2

e? 1、 ? 2 :漏磁通 e
产生的感应电动 势。(可以忽略)

定子电路 转子电路 原绕组 副绕组 三相异步电动机的每相电路图

d? u 定子边: 1 ? i1 R1 ? e1 ? e? 1 ? ?e1 ? N1 dt u 设: ? ? Φ sin?1t 则: 1 ? N1Φ ?1cos?1t m m

R1

u1 ? N1Φ ?1cos?1t m

i1
u1

e1

e2

e? 1

e? 2

R2

U1m ? N1Φm? ? N1Φm 2?f1 E1 ? U1 ?
同理得转子边:

U1 2

? 4.44 f1 N1Φm

E2 ? 4.44 f 2 N 2Φm

E2 ? 4.44 f 2 N 2Φ m
f 2 :转子感应电动势的频率 N 2 :转子线圈匝数 f2
取决于转子和旋转磁场的相对速度

n0 ? n n0 ? n n0 f2 ? P? ? P ? Sf1 60 n0 60

I2 ? ?
其中

E2 R ?X
2 2 2 2 2 2

R1

i1

u1
2

e1

e2

SE20 R ? (SX 20 )

e? 1

e? 2

R2

X 2 ? 2? f 2 L2 ? 2? Sf1L2 ? SX 20

E2 ? 4.44 f 2 N 2Φ ? 4.44 Sf1 N 2Φ ? SE20 m m
转子功率因数

cos ? 2 ?

R2 R ?X
2 2 2 2

?

R2 R ? ( SX 20 )
2 2 2

§4.4 三相异步电动机的转矩与机械特性
4.4.1转矩公式
电磁转矩 T: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。

T ? KTΦ I 2 cos?2 m
常数
每极磁通 转子电流 转子电路的 cos? 2

T ? KT ?mI 2 cos?2
将其中参数代入:

R ? (SX 20 ) R2 cos? 2 ? 2 2 R2 ? ( SX 20 )
2 2 2

I2 ?

SE20

U1 ? 4.44 f1 N1? m
得到转矩公式

sR2 2 T ?K 2 ? U1 2 R2 ? ( sX 20 )

4.4.2 机械特性曲线

T ? f (S ) n ? f (T )
sR2 2 T ?K 2 ? U1 2 R2 ? ( sX 20 )
n
n
0

根据转矩公式 得特性曲线:

T

s
0
1

T

电动机的自适应负载能力
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。 常用特 n 性段

TL ?? n ?? S ?? I 2 ?? T ? 直至新的平衡。此过程中,I ? 2 时, I1 ?? 电源提供的功率自动
增加。

n
0

T

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。)

三个重要转矩
( 1 ) 额定转矩

TN



nN

n
0

n

电机在额定电压下,以额
定转速 定功率

nN PN

运行,输出额 时,电机转轴

T

上输出的转矩。

TN

PN PN (千瓦) TN ? ? 9550 2?nN nN (转 / 分) 60
(牛顿?米)

( 2 ) 最大转矩 T : max 电机带动最大负载的能力。 如果 TL ? Tmax 电机将会 因带不动负载而停转。

n
0

n

T

sR2 2 T ?K 2 ? U1 2 R2 ? ( sX 20 )
求解

Tmax

?T ?0 ?S

Tmax

1 ? KU 2 X 20
2 1

过载系数:

Tmax ?? TN
? ? 1.8 ~ 2.2

Tmax

1 ? KU 2 X 20
2 1

三相异步机

注意: (1)三相异步机的 Tmax 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。 (2)工作时,一定令负载转矩 电机将停转。致使

TL ? Tmax ,否则
电机严重过热

n ? 0 (s ? 1) ? I 2 ?? I1 ??

( 3 ) 起动转矩

Tst :
n
0

n

电机起动时的转矩。

sR2 2 T ?K 2 ? U1 2 R2 ? ( sX 20 )
其中 则

T

n ? 0 (s ? 1)
R2 2 Tst ? K 2 ? U1 2 R2 ? ( X 20 )

Tst

Tst体现了电动机带载起动的能力。若 Tst ? TL 电机能
起动,否则将起动不了。

机械特性和电路参数的关系
? 和电压的关系

sR2 T ?K 2 ?U12 2 R2 ? ( sX 20 )

T ~U
结论:

2 1

(s ? 0) n ? n0

n
U1 ?
T

U1 ? ? Tmax ? ? TST ?

0

? 和转子电阻的关系

n

R2

R2 ? R'2
R '2

sR2 T ?K 2 ?U12 2 R2 ? ( sX 20 )

sm
s'm
0

?T 令: ?0 ?S
R2 得: S m ? X 20

Tst

? Tst

T
结论:

T ?st ? Tst

sm ? s ' m

R2的 改变 : 鼠笼式电机转子导条的金属材料不同,线绕式电 机外接电阻不同。

? 机械特性的软硬 硬特性:负载变化时,转速变化不大,运行特性好。 软特性:负载增加转速下降较快,但起动转矩大,起 动特性好。 ? 硬特性 (R2小)

n

软特性 (R2大)

T
0
不同场合应选用不同的电机。如金属切削,选硬特性 电机;重载起动则选软特性电机。

§4.5 三相异步电动机的起动
起动电流

I st



中小型鼠笼式电机起动电流为额定电流的5 ~ 7 倍。 原因:起动时

n ? 0 ,转子导条切割磁力线速度很大。
转子感应电势 转子电流 定子电流 ?

影响:

频繁起动时造成热量积累 ?
大电流使电网电压降低 ?

电机过热

影响其他负载工作

三相异步机的起动方法:
(1) 直接起动。二三十千瓦以下的异步电动机一般 采用直接起动。 (2) 降压起动。

Y- ? 起动
自耦降压起动

(3)转子串电阻起动。
以下介绍 Y- ? 起动和转子串电阻起动。

Y- ? 起动:
Ul

I l?
C Y

A Z A

Ul
B
X

I lY
C

Z X Y
B

? 正常运行
设:电机每相阻抗为

起动

I l?
I lY

Ul ? Z

z
I lY 1 ? I l? 3

3

Ul ? 3Z

Y- ? 起动应注意的问题:
(1)仅适用于正常接法为三角形接法的电机。
(2) Y- ? 起动 I st

? 时, Tst 也 ? (TST ? U )。
2

所以降压起动适合于空载或轻载起动的场合 UP
C
Y B A Z A X

正常 运行

UP'

Z X Y C

起 B 动

1 ? UP ? UP 3

TstY

1 ? TSt? 3

转子串电阻起动
线绕式转子 定子
R

R R 起动时将适当的R串入转子绕组中,起动后将R短路。

I 2 st ?

E20 R ? ( X 20 )
2 2

? R ?? I 2 ?? I1 ?
2

转子串电阻起动的特点:
(1)适于转子为线绕式的电动机起动。 (2)R2选的适当,转子串电阻既可以降低起动电流, 又可以增加起动力矩。

R2 ? R'2

n

R2
R '2

K R2 U1 Tst ? 2 2 R2 ? X 20 ? R2 ?? Tst ?

2

T
0

§4.6 三相异步电动机的调速
60 f1 n ? ?1 ? s ? n0 ? ?1 ? s ? p
调速方法:

1. 改变极对数

p ? 有级调速。 2. 改变转差率 s ? 无级调速
R2
R '2

R2 ? R'2
R2
R '2

n

T

T
0

S
0

3. 改变电源频率 (变频调速) f1

? 无级调速

60 f1 n ? ?1 ? s ? n0 ? ?1 ? s ? p

50Hz

变频电源

f ,U

可变

此种调速方法发展很快,且调速性能较好。其主 要环节是研制变频电源(常由整流器、逆变器等组

成)。

三相异步电动机的正、反转
方法:和电源相接的任意两相互换,就可实现 反转。 电源 电源

A B C

A

B

C

正转

反转

M 3~

M 3~

§4.7 三相异步电动机的制动
制动方法: 1. 抱闸:加机械抱闸; 2. 反接制动:停车时,将电动机接电源的意 两相反接,使电动机由原来的旋转方向反过来, 以达制动的目的;

注意:
反接制动时,定子旋转磁场与转子的相对转速很大。 即切割磁力线的速度很大,造成

I2 ?

,引起 I

?。 1

为限制电流,在制动时要在定子或转子中串电阻。

3. 能耗制动:停车时,断开交流电源,接至直流 电源上,产生制动转矩;
运行 制动

~ ~
F

?

M 3~

+
转子

n

4.发电反馈制动: 令电机转子的转速超过 旋转磁场的同步转速,便 会产生制动转矩。

?
F

no
n

§ 4.8

三相异步电动机的铭牌数据
磁极数(极对数 p=2)

1. 型号 Y 132M-4 同步转速1500转/分 60 f n0 ? (转/分) p

2. 转速: 电机轴上的转速(n)。 如: n =1440 转/分
转差率

1500 ? 1440 s? ? 0.04 1500

3. 联接方式:Y/ ?接法:
A

B

C

接线盒:

Z

X

Y

Y 接法:
A A B C

?接法:
A B C Z A

Z X Y C B

C

X Y B

Z X Y

Z X Y

4. 额定电压:定子绕组在指定接法下应加的线电压.
A 线 电 压 Z X Y B 线 电 压 Z A

C

C
Y B

X

例:380/220 Y/?是指:线电压为380V时采用Y接法; 当线电压为220V时采用?接法。 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 %。

电压波动对电动机的影响

U1 ?? I1 ?
U1 ?
Φ?
I1 ?
U1 ? 4.44 f1 N1Φ

Φ
I

U1 ?? I1 ?
U1 ?
n
U1大

?n0 ? n ? s?

n?
U 1小

n

E2 ? sE20

s?

E2 ?

I1 ?

I2 ?

T

5. 额定电流:定子绕组在指定接法下的线电流。
如: ? / ?

11.2A / 6.48A

表示三角接法下,电机的线电流为11.2A,相电流 为6.48A;星形接法时线、相电流均为6.48A。 6. 额定功率:

额定功率指电机在额定运行时轴上输出的功率 ( P2),不等于从电源吸收的功率(P )。两者的 1
关系为:

P2 ? ? ? P 1
3U N I N COS?

其中

P ? 1

鼠笼电机 ?=72-93%

7. 功率因数(cos?1): 额定负载时一般为0.7 ~ 0.9 , 空载时功率因数很 低约为0.2 ~ 0.3。额定负载时,功率因数最大。

cos?1
P2
PN

注意:实用中应选择合适容量的电机,防止“大马” 拉“小车”的现象。
此外还有绝缘等级等参数,不一 一介绍。

§ 4.9 三相异步电动机的选择

§4.10 单相异步电动机
单相异步电动机的工作原理
结构:定子放单相绕组(其中通单相交流电);
转子一般用鼠笼式。 转子
?

?
?

定子
定子中通入单相交

定子 绕组

流电后,形成脉动
磁场。其磁感应强

?
?

度按正弦分布,且
?

随时间按正弦变化。

单相异步电动机的特点:

(1)自身没有起动转矩
转子导条 及电流
?
?

?
?

?

.
F

.
?

. .

当定子绕组产生的合成磁场增加时,根据右手螺 旋定则和左手定则,可知转子导条左、右受力大小 相等方向相反,所以没有起动转矩。

(2)转子借助其它力量转动后,外力去除后仍按原方 向继续转动。其原理分析如下:

定子绕组产生的脉动磁场(?),可用正、反两个 旋转磁场合成而等效。即:

?

Φ? Φ ?Φ ? ?m
t

?-

?+

? - = ? + =? m

脉动磁场的分解

?
① ②
??+

③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧ ⑨ ④ ⑥

? ② ? -? +
① ③

⑧ ⑤





正反向旋转磁场的合成转矩特性
(正向) T1 s1 ? s2 ? 1 正

合成转矩

s1 ? 0 s2 ? 2




s1 ? 2 s2 ? 0


s

T2(反向)
起动转矩 为零。

单相异步电动机的起动 电容分相式起动
工作原理 绕组电流

I?1

~

? U

W

D
ST

启动时开关K闭合,使两

I?1 、I?2 相位差约

? I2
C
K

为90°,从而产生旋转磁
场,电机转起来;转动正

常以后离心开关被甩开,启
动绕组被切断。

W: 主绕组 ST:启动绕组 K:离心开关

罩极式单相电机
定子通入电流以后,部分磁 通穿过短路环,并在其中产生 感应电流。短路环中的电流阻 碍磁通的变化,致使有短路环 部分和没有短路环部分产生的 磁通有了相位差,从而形成旋 转磁场,使转子转起来。 短路 环 转子

定子 磁极

图中电机的转动方向:瞬时针 旋转。因为没有短路环部分的磁通比有短路环部分的 磁通领先。

第四章

结 束


相关文章:
电机第四章作业答案
电​机​第​​章​作​业​答​案 暂无评价|0人阅读|0次...I a R ? 44.9kW 4.22 下列各种情况下,采用电动机惯例的一台他励直流电动...
第四章电动机故障分析
电机培训教材 第四章 电动机故障分析 第四章 电动机故障分析第一节电机的运行与外界条件的影响电动机的运行受很多因素的影响,归纳起来有安装地点和周围环境的影响:...
第4章 异步电机(一)
第4章 异步电机(一)_工学_高等教育_教育专区。第四章 异步电机(一)内容提要 一、 三相异步电动机的工作原理 1. 基本工作原理 ① 定子三相对称绕组通入对称...
第4章 三相异步电动机—作业答案
第4章 三相异步电动机—作业答案_机械/仪表_工程科技_专业资料 暂无评价|0人阅读|0次下载|举报文档 第4章 三相异步电动机—作业答案_机械/仪表_工程科技_专业...
第四章.电动机
35页 免费 第4章异步电动机原理 22页 免费 电动机 56页 2财富值如要投诉违规内容,请到百度文库投诉中心;如要提出功能问题或意见建议,请点击此处进行反馈。 ...
第四章控制电机习题及答案
第四章控制电机习题及答案_理学_高等教育_教育专区。1、交流电动传令钟的两套自整角同步传递系统的励磁绕组间的相互关系是___。 A.串联在单相交流电源上 B.并...
第四章 厂用电动机及运行(含图)
第四章 厂用电动机及运行(含图)_计算机硬件及网络_IT/计算机_专业资料。第六章 厂用电动机的运行电动机是将电能转变为机械能的电气设备。发电厂的风机、水泵、...
第4章异步电动机原理
第四章 异步电动机原理§4-1 基本工作原理与结构 一、异步电动机的基本工作原理 N 笼型转子 n n0 S 异步电动机模型 ·原理:定子旋转磁场以速度 n0 切割转子...
第四章习题答案 电机学
电机学(二)第4章 课后习题 3页 2财富值如要投诉违规内容,请到百度文库投诉中心;如要提出功能问题或意见建议,请点击此处进行反馈。 ...
电大电工电子第4章异步电动机及其控制线路
第4章 异步电动机及其控制线路教 学辅导 一、重难点解析 1、理解三相异步电动机的工作原理和机械特性,了解结构特点和铭牌数据的含义,掌握正 确使用的方法 2、...
更多相关标签:
y100l2 4电动机参数 | y132s 4电动机参数 | 20.4电动机ppt | y132m 4电动机参数 | y100l2 4电动机尺寸 | y100l2 4电动机绕组 | 20.4电动机教案 | 罩极异步电动机4极 |