第七章 電動機

.,嘉庚學(xué)院機電系,電工學(xué)課件,教師：張丹,.,1.了解三相交流異步電動機的基本構(gòu)造和轉(zhuǎn)動原理。,本章要求：,2.理解三相交流異步電動機的機械特性，掌握起動和反轉(zhuǎn)的基本方法,了解調(diào)速和制動的方法。,3.理解三相交流異步電動機銘牌數(shù)據(jù)的意義。,第7章電動機,.,電動機的分類：,電動機,鼠籠式異步交流電動機授課內(nèi)容：基本結(jié)構(gòu)、工作原理、機械特性、控制方法,第7章電動機,.,1.定子,7.1.1三相異步電動機的結(jié)構(gòu),.,轉(zhuǎn)子:在旋轉(zhuǎn)磁場作用下，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢或電流。,2.轉(zhuǎn)子,鼠籠轉(zhuǎn)子,鐵芯：由外周有槽的硅鋼片疊成。,2)繞線式轉(zhuǎn)子,同定子繞組一樣，也分為三相，并且接成星形。,.,轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu),.,.,定子三相繞組通入三相交流電(星形聯(lián)接),1.旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生,7.1.2三相異步電動機的轉(zhuǎn)動原理,.,規(guī)定,()電流出,()電流入,.,三相電流合成磁場的分布情況,合成磁場方向向下,合成磁場旋轉(zhuǎn)60,合成磁場旋轉(zhuǎn)90,.,分析可知：三相電流產(chǎn)生的合成磁場是一旋轉(zhuǎn)的磁場即：一個電流周期，旋轉(zhuǎn)磁場在空間轉(zhuǎn)過360,取決于三相電流的相序,2.旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向,結(jié)論：任意調(diào)換兩根電源進線，則旋轉(zhuǎn)磁場反轉(zhuǎn)。,.,3.旋轉(zhuǎn)磁場的極對數(shù)P,當(dāng)三相定子繞組按圖示排列時，產(chǎn)生一對磁極的旋轉(zhuǎn)磁場，即：,.,若定子每相繞組由兩個線圈串聯(lián)，繞組的始端之間互差60，將形成兩對磁極的旋轉(zhuǎn)磁場。,.,極對數(shù),旋轉(zhuǎn)磁場的磁極對數(shù)與三相繞組的排列有關(guān),.,4.旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速,取決于磁場的極對數(shù)和頻率f1,.,5.電動機的轉(zhuǎn)動原理,A,X,Y,C,B,Z,定子三相繞組通入三相交流電,感應(yīng)電動勢E20,電磁力F,.,6.轉(zhuǎn)差率,由前面分析可知，電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向與磁場旋轉(zhuǎn)的方向一致，但轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n不可能達(dá)到與旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速相等，即,如果:,因此，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場間必須要有差別。,.,異步電動機運行中:,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速亦可由轉(zhuǎn)差率求得,轉(zhuǎn)差率S,旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速和電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速之差與旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速之比稱為轉(zhuǎn)差率,.,7.1.3三相異步電動機的運行分析,三相異步電動機的電磁關(guān)系與變壓器類似。,變壓器：變化eU1E1=4.44fN1mE2=4.44fN2m,E1、E2頻率相同，都等于電源頻率。,一、定子電路和轉(zhuǎn)子電路的分析,.,1、定子電路,1）旋轉(zhuǎn)磁場的磁通,異步電動機機：旋轉(zhuǎn)磁場切割導(dǎo)體e，U1E1=4.44f1N1m,每極磁通,2）定子感應(yīng)電勢的頻率f1,f1=電源頻率f,.,2、轉(zhuǎn)子電路,1）轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢頻率f2,定子感應(yīng)電勢頻率f1轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢頻率f2,轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢頻率f2,.,2）轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢E2,E2=4.44f2N2m=4.44sf1N2m,當(dāng)轉(zhuǎn)速n=0(S=1)時，f2最高，且E2最大，有,E20=4.44f1N2m,轉(zhuǎn)子靜止時的感應(yīng)電勢,即E2=sE20,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時的感應(yīng)電勢,3）轉(zhuǎn)子感抗X2,當(dāng)轉(zhuǎn)速n=0(S=1)時，f2最高，且X2最大，有,X20=2f1L2,即X2=sX20,.,4）轉(zhuǎn)子電流I2,5）轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)cos2,轉(zhuǎn)子繞組的感應(yīng)電流,.,轉(zhuǎn)子繞組的感應(yīng)電流,轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù),結(jié)論：轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，轉(zhuǎn)子電路中的各量均與轉(zhuǎn)差率S有關(guān)，即與轉(zhuǎn)速n有關(guān)。,.,轉(zhuǎn)矩公式,轉(zhuǎn)子中各載流導(dǎo)體在旋轉(zhuǎn)磁場的作用下,受到電磁力所形成的轉(zhuǎn)矩之總和。,常數(shù)，與電機結(jié)構(gòu)有關(guān),旋轉(zhuǎn)磁場每極磁通,轉(zhuǎn)子電流,轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù),二、電磁轉(zhuǎn)矩特性,.,由此得電磁轉(zhuǎn)矩公式,.,由公式可知,電磁轉(zhuǎn)矩公式,1.T與定子每相繞組電壓成正比。U1T,2.當(dāng)電源電壓U1一定時，T是S的函數(shù)。,3.R2的大小對T有影響。繞線式異步電動機可外接電阻來改變轉(zhuǎn)子電阻R2，從而改變轉(zhuǎn)距。,.,三、機械特性,根據(jù)轉(zhuǎn)矩公式,得特性曲線：,.,電機機在額定負(fù)載時的轉(zhuǎn)矩。,1.額定轉(zhuǎn)矩TN,三個重要轉(zhuǎn)矩,額定轉(zhuǎn)矩,(N.m),如某普通機床的主軸電機(Y132M-4型)的額定功率為7.5kw,額定轉(zhuǎn)速為1440r/min,則額定轉(zhuǎn)矩為,.,2.最大轉(zhuǎn)矩Tmax,轉(zhuǎn)子軸上機械負(fù)載轉(zhuǎn)矩T2不能大于Tmax，否則將造成堵轉(zhuǎn)(停車)。,電機帶動最大負(fù)載的能力。,臨界轉(zhuǎn)差率,將Sm代入轉(zhuǎn)矩公式，可得,.,當(dāng)U1一定時，Tmax為定值,過載系數(shù)(能力),一般三相異步電動機的過載系數(shù)為,工作時必須使T2T2電機能起動，否則不能起動。,起動能力,.,4.U1和R2變化對機械特性的影響,1)U1變化對機械特性的影響,T2,.,2)R2變化對機械特性的影響,R2,Tst,n,硬特性：負(fù)載變化時，轉(zhuǎn)速變化不大，運行特性好。,軟特性：負(fù)載增加時轉(zhuǎn)速下降較快，但起動轉(zhuǎn)矩大，起動特性好。,.,例：某三相異步電動機，已知P2N=60KW，nN=3000r/min，若負(fù)載轉(zhuǎn)矩T2=200Nm，試分析電動機的運行情況。,由于TNT2，故可以帶此負(fù)載短時間運行。,由于TstT2，故可以帶此負(fù)載直接起動。,解：,.,7.1.4三相異步電動機的使用,1.型號,例如：Y132M4,用以表明電動機的系列、幾何尺寸和極數(shù)。,一、三相異步電動機的額定數(shù)據(jù),.,2.接法,接線盒,定子三相繞組的聯(lián)接方法。通常,Y接法,接法,.,3.電壓,例如：380/220V、Y/是指線電壓為380V時采用Y接法；線電壓為220V時采用接法。,說明：一般規(guī)定，電動機的運行電壓不能高于或低于額定值的5%。因為在電動機滿載或接近滿載情況下運行時，電壓過高或過低都會使電動機的電流大于額定值,從而使電動機過熱。,電動機在額定運行時定子繞組上應(yīng)加的線電壓值。,三相異步電動機的額定電壓有380V、3000V、及6000V等多種。,.,4.電流,例如：Y/6.73/11.64A表示星形接法下電機的線電流為6.73A；三角接法下線電流為11.64A。兩種接法下相電流均為6.73A。,5.功率與效率,電動機在額定運行時定子繞組的線電流值。,額定功率是指電機在額定運行時軸上輸出的機械功率P2，它不等于從電源吸取的電功率P1。,.,6.功率因數(shù),三相異步電動機的功率因數(shù)較低，在額定負(fù)載時約為0.70.9。空載時功率因數(shù)很低，只有0.20.3。額定負(fù)載時，功率因數(shù)最高。,7.額定轉(zhuǎn)速,電機在額定電壓、額定負(fù)載下運行時的轉(zhuǎn)速。,如：nN=1440轉(zhuǎn)/分sN=0.04,.,8.絕緣等級,指電機絕緣材料能夠承受的極限溫度等級，分為A、E、B、F、H五級，A級最低(105C)，H級最高(180C)。,.,二、三相異步電動機的起動,起動問題：起動電流大，起動轉(zhuǎn)矩小。一般中小型鼠籠式電機起動電流為額定電流的57倍;電動機的起動轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的(1.02.2)倍。,后果：,原因：,起動：n=0，S=1,接通電源。,.,1、起動方法,1）直接起動二、三十千瓦以下的異步電動機一般都采用直接起動。,（適用于鼠籠式電動機）,3）轉(zhuǎn)子串電阻起動。,（適用于繞線式電動機）,以下介紹降壓起動和轉(zhuǎn)子串電阻起動。,.,設(shè)：電機每相阻抗為,降壓起動,(1)Y換接起動,起動,降壓起動時的電流為直接起動時的,.,Y起動器接線簡圖,靜觸點,.,Y起動器接線簡圖,Y起動,.,Y起動器接線簡圖,工作,.,(a)僅適用于正常運行為三角形接法的電機。,Y換接起動適合于空載或輕載起動的場合,Y-換接起動應(yīng)注意的問題,.,2）自耦降壓起動,Q2下合：接入自耦變壓器，降壓起動。,Q2上合：切除自耦變壓器，全壓工作。,合刀閘開關(guān)Q,Q2,自耦降壓起動適合于容量較大的或正常運行時聯(lián)成Y形不能采用Y起動的鼠籠式異步電動機。,.,R,R,R,定子,轉(zhuǎn)子,起動時將適當(dāng)?shù)腞串入轉(zhuǎn)子電路中，起動后將R短路。,起動電阻,3）繞線式電動機轉(zhuǎn)子電路串電阻起動,.,若R2選得適當(dāng)，轉(zhuǎn)子電路串電阻起動既可以降低起動電流，又可以增加起動轉(zhuǎn)矩。,常用于要求起動轉(zhuǎn)矩較大的生產(chǎn)機械上。,R2Tst,轉(zhuǎn)子電路串電阻起動的特點,.,方法：任意調(diào)換電源的兩根進線，電動機反轉(zhuǎn)。,電動機正轉(zhuǎn),電動機反轉(zhuǎn),三相異步電動機的正、反轉(zhuǎn),.,【例】,1),解:,一臺Y225M-4型的三相異步電動機，定子繞組型連接，其額定數(shù)據(jù)為：P2N=45kWnN=1480r/min，UN=380V，N=92.3%，cosN=0.88，Ist/IN=7.0,Tst/TN=1.9，Tmax/TN=2.2，求：1)額定電流IN?2)額定轉(zhuǎn)差率SN?3)額定轉(zhuǎn)矩TN、最大轉(zhuǎn)矩Tmax、和起動轉(zhuǎn)矩TN,.,2）由nN=1480r/min，可知p=2（四極電動機）,3）,.,解：,在上例中（1）如果負(fù)載轉(zhuǎn)矩為510.2Nm，試問在U=UN和U=0.9UN兩種情況下電動機能否起動？（2）采用Y-換接起動時，求起動電流和起動轉(zhuǎn)矩。又當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的80%和50%時，電動機能否起動？,1）在U=UN時Tst=551.8Nm510.2N.m,不能起動,2）Ist=7IN=784.2=589.4A,在U=0.9UN時,能起動,【例】,.,在80%額定負(fù)載時,不能起動,在50%額定負(fù)載時,可以起動,3),.,三、三相異步電動機的制動,電動機的電源被切斷時，由于電動機轉(zhuǎn)子以及生產(chǎn)機械都有慣性作用，所以電動機還將繼續(xù)轉(zhuǎn)動一定時間才能停止。在自動控制領(lǐng)域，大量的生產(chǎn)機械都需要電動機在斷電時能迅速停車。為此，必須對電動機進行制動，迫使其立即停轉(zhuǎn)。,.,1.能耗制動,在斷開三相電源的同時，給電動機其中兩相繞組通入直流電流，直流電流形成的固定磁場與旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子作用，產(chǎn)生了與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相反的轉(zhuǎn)距（制動轉(zhuǎn)距），使轉(zhuǎn)子迅速停止轉(zhuǎn)動。,.,2.反接制動,停車時，將接入電動機的三相電源線中的意兩相對調(diào)，使電動機定子產(chǎn)生一個與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向相反的旋轉(zhuǎn)磁場，從而獲得所需的制動轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子迅速停止轉(zhuǎn)動。,.,1.變頻調(diào)速(無級調(diào)速),頻率調(diào)節(jié)范圍：0.5幾百赫茲,四、三相異步電動機的調(diào)速,.,2.變極調(diào)速(有級調(diào)速),變頻調(diào)速方法可實現(xiàn)無級平滑調(diào)速,調(diào)速性能優(yōu)異，因而正獲得越來越廣泛的應(yīng)用。,P=2,.,P=1,采用變極調(diào)速方法的電動機稱作雙速電機，由于調(diào)速時其轉(zhuǎn)速呈跳躍性變化，因而只用在對調(diào)速性能要求不高的場合，如銑床、鏜床、磨床等機床上。,.,3.變轉(zhuǎn)差率調(diào)速(無級調(diào)速),變轉(zhuǎn)差率調(diào)速是繞線式電動機特有的一種調(diào)速方法。其優(yōu)點是調(diào)速平滑、設(shè)備簡單投資少，缺點是能耗較大。這種調(diào)速方式廣泛應(yīng)用于各種提升、起重設(shè)備中。,.,單相異步電動機主要應(yīng)用于電動工具、洗衣機、電冰箱、空調(diào)、電風(fēng)扇等小功率電器中。單相異步電動機的定子中放置單相繞組,轉(zhuǎn)子一般用鼠籠式。,定子,定子繞組,轉(zhuǎn)子,7.2.1單相異步電動機的工作原理,7.2單相異步電動機,.,壁扇電機,臺扇電機,全自動洗衣機電機,洗衣機用脫水電機,.,定子繞組產(chǎn)生的脈動磁場，可用正、反兩個旋轉(zhuǎn)磁場合成來等效。即,定