電工學(xué)講義5-電動(dòng)機(jī)

1、異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)定子：定子：轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)子：鐵芯、定子繞組和機(jī)座鐵芯、定子繞組和機(jī)座轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組、風(fēng)扇及轉(zhuǎn)子軸轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組、風(fēng)扇及轉(zhuǎn)子軸籠型轉(zhuǎn)子籠型轉(zhuǎn)子繞線式轉(zhuǎn)子繞線式轉(zhuǎn)子三相異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組共六個(gè)出線端，引至機(jī)座的出三相異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組共六個(gè)出線端，引至機(jī)座的出線盒內(nèi)。線盒內(nèi)。Y繞組首端：繞組首端：U1，V1，W1繞組末端：繞組末端：U2，V2，W2根據(jù)電源電壓和電動(dòng)機(jī)繞組根據(jù)電源電壓和電動(dòng)機(jī)繞組的額定值三相繞組接為星形的額定值三相繞組接為星形或三角形或三角形三部曲三部曲旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生轉(zhuǎn)子電流的產(chǎn)生轉(zhuǎn)子電流的產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生電動(dòng)機(jī)

2、三相繞組做電動(dòng)機(jī)三相繞組做“Y”形連接，形連接，三相對稱電流通入相應(yīng)的定子繞組三相對稱電流通入相應(yīng)的定子繞組240sin120sinsin321tIitIitIimmm2iU1U2V1V2W1W21i3i規(guī)定規(guī)定 i : “+” 首端流入，尾端流出。首端流入，尾端流出。 i : “” 尾端流入，首端流出。尾端流入，首端流出。 U1V2W1V1W2U2()電流出電流出( )電流入電流入i3i1i2iomIti3i1i2iomItAXYCBZAXYCBZU1U2V2W1V1W2NS0 t 60t 60 90t 600SNSNi1=0i20 (W1入，入，W2出出 ）產(chǎn)生一對磁極產(chǎn)生一對磁極i10i

3、20i20i30磁場旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)90 t =0i1=0i20 (W1入，入，W2出出 ）產(chǎn)生一對磁極產(chǎn)生一對磁極 t =120 i10i2=0i30磁場旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)120 t =240 i10i3=0磁場旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)120 t =360 i1=0i20磁場旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)120i1i2i3旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生磁場磁場旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)一周一周當(dāng)電動(dòng)機(jī)三相繞組做當(dāng)電動(dòng)機(jī)三相繞組做“Y”形連接，形連接，三相對稱電流通入相應(yīng)的定子繞組三相對稱電流通入相應(yīng)的定子繞組在三相繞組中在三相繞組中分別產(chǎn)生磁場分別產(chǎn)生磁場合成兩個(gè)磁極合成兩個(gè)磁極（磁極對數(shù)為（磁極對數(shù)為1）磁場旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生磁場旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生磁極旋轉(zhuǎn)磁極旋轉(zhuǎn)電流

4、交變電流交變小小結(jié)結(jié)240sin120sinsin321tIitIitIimmm2iU1U2V1V2W1W21i3i極對數(shù)（極對數(shù)（P P）的概念）的概念1p此種接法下，合成磁場只有一對磁極，則極對數(shù)為此種接法下，合成磁場只有一對磁極，則極對數(shù)為1 1。即：即：U1U2V2W1V1W2NS2iU1U2V1V2W1W21i3i補(bǔ)充補(bǔ)充極對數(shù)（極對數(shù)（P P）的改變）的改變W1V2U1V1W1U2V2W2U1U2V1W21i3i2i將每相繞組分成兩段，按右下圖放入定子槽內(nèi)。將每相繞組分成兩段，按右下圖放入定子槽內(nèi)。U1U2V1V2W1W2U1U2V1V2W1W2極對數(shù)極對數(shù)2pNSSNW1V2U1

5、V1W1U2V2W2U1U2V1W21i3i2i如圖，此時(shí)形成的磁極是兩對。如圖，此時(shí)形成的磁極是兩對。 旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n0= 60f / p (r/min)n0稱為同步轉(zhuǎn)速稱為同步轉(zhuǎn)速3p120分）轉(zhuǎn)/( 00011p360分）轉(zhuǎn)/( 0003極對數(shù)極對數(shù)每個(gè)電流周期每個(gè)電流周期磁場轉(zhuǎn)過的空間角度磁場轉(zhuǎn)過的空間角度同步轉(zhuǎn)速同步轉(zhuǎn)速)50(Hzf 0n2p180分）轉(zhuǎn)/( 5001旋轉(zhuǎn)磁場的方向旋轉(zhuǎn)磁場的方向當(dāng)三相電流的當(dāng)三相電流的 相序?yàn)椋合嘈驗(yàn)椋?23，旋轉(zhuǎn)磁場方向?yàn)椋盒D(zhuǎn)磁場方向?yàn)椋篣1V1W1與相序一致與相序一致磁場以磁場以n0 順時(shí)針旋轉(zhuǎn)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子相對運(yùn)動(dòng)磁場

6、與轉(zhuǎn)子相對運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)子以n0逆時(shí)針切割磁力線逆時(shí)針切割磁力線轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中產(chǎn)生感生電動(dòng)勢轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中產(chǎn)生感生電動(dòng)勢轉(zhuǎn)子電路閉合轉(zhuǎn)子電路閉合轉(zhuǎn)子電路中產(chǎn)生電流轉(zhuǎn)子電路中產(chǎn)生電流(方向同電動(dòng)勢方向同電動(dòng)勢)磁場磁場轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子大拇指為轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向大拇指為轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向,四指為電動(dòng)勢方向四指為電動(dòng)勢方向NS右手螺旋定則右手螺旋定則電磁轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生后轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生后導(dǎo)體在磁場中產(chǎn)生電磁力導(dǎo)體在磁場中產(chǎn)生電磁力形成電磁轉(zhuǎn)矩形成電磁轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)子沿磁場旋轉(zhuǎn)方向以轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子沿磁場旋轉(zhuǎn)方向以轉(zhuǎn)速n旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)磁場磁場n0四指為電流方向四指為電流方向,大拇指為電磁力方向大拇指為電磁力方向轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子

7、nSN左手螺旋定則左手螺旋定則F轉(zhuǎn)子沿旋轉(zhuǎn)磁場方向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子沿旋轉(zhuǎn)磁場方向旋轉(zhuǎn), 若轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速若轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n上升為同步轉(zhuǎn)速上升為同步轉(zhuǎn)速n0，則轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場之間沒有相對轉(zhuǎn)速，則轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場之間沒有相對轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子中沒有感生電動(dòng)勢和轉(zhuǎn)子電流，轉(zhuǎn)子中沒有感生電動(dòng)勢和轉(zhuǎn)子電流，沒有電磁轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生沒有電磁轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生磁場磁場n0轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子n又因?yàn)檗D(zhuǎn)子導(dǎo)體的電流是由旋轉(zhuǎn)磁場感應(yīng)而來的又因?yàn)檗D(zhuǎn)子導(dǎo)體的電流是由旋轉(zhuǎn)磁場感應(yīng)而來的（轉(zhuǎn)子并不接電源）所以又稱（轉(zhuǎn)子并不接電源）所以又稱感應(yīng)電動(dòng)機(jī)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速只能小于同步轉(zhuǎn)速，故稱為異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速只能小于同步轉(zhuǎn)速，故稱為異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率是描述異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行情況的一

8、個(gè)重要的概念：轉(zhuǎn)差率是描述異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行情況的一個(gè)重要的概念：電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)瞬時(shí)：電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)瞬時(shí)： n =0， S = 1, 轉(zhuǎn)差率最大轉(zhuǎn)差率最大空載運(yùn)行時(shí)：空載運(yùn)行時(shí)： n空空 最大，最大，S空空 最小最小額定負(fù)載運(yùn)行時(shí)額定負(fù)載運(yùn)行時(shí): n S空空一般一般 SN=1-6轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 差差 率率:S=(n0-n) / n0 或或 S=(n0-n) / n0100 n與與n0的關(guān)系的關(guān)系例例1 1：一臺三相異步電動(dòng)機(jī)，其額定轉(zhuǎn)速一臺三相異步電動(dòng)機(jī)，其額定轉(zhuǎn)速 n= =975 r/min，電源頻率，電源頻率 f1 1= =50 Hz。試求電動(dòng)機(jī)的極對數(shù)。試求電動(dòng)機(jī)的極對數(shù)和額定負(fù)載下的轉(zhuǎn)差率。和額定負(fù)載下的轉(zhuǎn)

9、差率。解：解：根據(jù)根據(jù)異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場同步轉(zhuǎn)異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場同步轉(zhuǎn)速的關(guān)系速的關(guān)系可知：可知：n0=1000 r/min , 2.5%100%10009751000%10000 nnns與旋轉(zhuǎn)磁場的方向一致與旋轉(zhuǎn)磁場的方向一致,即，與相序方向一致。即，與相序方向一致。如何讓電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)？如何讓電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)？轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子n磁場磁場n0M3M3三部曲三部曲旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生轉(zhuǎn)子電流的產(chǎn)生轉(zhuǎn)子電流的產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生21220222)(UsXRsRKT 常數(shù)，與電常數(shù)，與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)21U轉(zhuǎn)子靜止時(shí)，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體漏感抗轉(zhuǎn)子靜止時(shí)，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體漏感抗maxTm

10、SNSOTS轉(zhuǎn) 矩 特 性 曲 線機(jī) 械 特 性 曲 線根據(jù)轉(zhuǎn)矩公式根據(jù)轉(zhuǎn)矩公式22022212)(sXRUsRKT 得轉(zhuǎn)矩特性曲線：得轉(zhuǎn)矩特性曲線：NnmaxTstTOnTNT0nstT1NT臨界轉(zhuǎn)差率臨界轉(zhuǎn)差率NnNT)/()(9550NNN分分轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)千千瓦瓦nPT OnT0n(N m) 如某普通機(jī)床的主軸電機(jī)如某普通機(jī)床的主軸電機(jī)(Y132M-4型型) 的額定功的額定功率為率為7.5kw, 額定轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速為1440r/min, 則額定轉(zhuǎn)矩為則額定轉(zhuǎn)矩為m.N7 .4914405 .795509550NNN nPT2021max2 XUKT On0nTmax max121max, )1(

11、TUUT一般三相異步電動(dòng)機(jī)的過載系數(shù)為一般三相異步電動(dòng)機(jī)的過載系數(shù)為2 .28 .1 NmaxTT (2)22022212stXRURKT 電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)矩。電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)矩。起動(dòng)時(shí)起動(dòng)時(shí)n= 0 時(shí)時(shí)，s =1 st121st, ) 1 (TUUT(2) Tst與與 R2 有關(guān)，有關(guān)， 適當(dāng)使適當(dāng)使 R2 Tst 。對繞線式。對繞線式 電機(jī)改變轉(zhuǎn)子附加電阻電機(jī)改變轉(zhuǎn)子附加電阻 R 2 , 可使可使Tst =Tmax 。體現(xiàn)了電動(dòng)機(jī)帶體現(xiàn)了電動(dòng)機(jī)帶載起動(dòng)的能力。載起動(dòng)的能力。 0nOnTNststTTK 起動(dòng)能力起動(dòng)能力U U U0nUnTOTm Tst TOn0nR2 maxTn Tst

12、 T2 sn T2 T 2穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)T20nnTOn 不同場合應(yīng)選用不不同場合應(yīng)選用不同的電機(jī)。如金屬切同的電機(jī)。如金屬切削，選硬特性電機(jī)；削，選硬特性電機(jī)；重載起動(dòng)則選軟特性重載起動(dòng)則選軟特性電機(jī)。電機(jī)。stTTOn0nR2 Tst n maxT2T電動(dòng)機(jī)從接通電源到正常工作的過程叫電動(dòng)機(jī)從接通電源到正常工作的過程叫起動(dòng)過程起動(dòng)過程。對頻繁起動(dòng)停車的電動(dòng)機(jī)，其起動(dòng)性能對生產(chǎn)影響很大。對頻繁起動(dòng)停車的電動(dòng)機(jī)，其起動(dòng)性能對生產(chǎn)影響很大。起動(dòng)轉(zhuǎn)矩：起動(dòng)轉(zhuǎn)矩：起動(dòng)電流：起動(dòng)電流：為額定轉(zhuǎn)矩的為額定轉(zhuǎn)矩的11.2倍倍為額定電流的為額定電流的47倍倍（因?yàn)檗D(zhuǎn)差率（因?yàn)檗D(zhuǎn)差率S 很高）很高）大的

13、起落電流將引起電路中其他用電設(shè)備上電壓不穩(wěn)，大的起落電流將引起電路中其他用電設(shè)備上電壓不穩(wěn)，必須選用合適的起動(dòng)方法限制起動(dòng)電流。必須選用合適的起動(dòng)方法限制起動(dòng)電流。定子電流定子電流起動(dòng)方法起動(dòng)方法全壓直接起動(dòng)：全壓直接起動(dòng)：降壓起動(dòng)降壓起動(dòng)Y 起動(dòng)起動(dòng)補(bǔ)償器（自耦變壓器）起動(dòng)法補(bǔ)償器（自耦變壓器）起動(dòng)法適用于小容量電機(jī)，二三十千瓦以下適用于小容量電機(jī)，二三十千瓦以下的異步電動(dòng)機(jī)一般采用直接起動(dòng)。的異步電動(dòng)機(jī)一般采用直接起動(dòng)。繞線式電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)繞線式電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)（1）Y 起動(dòng)：起動(dòng)：ZUIlY33ZUIl31llYII設(shè)：電機(jī)每相阻抗為設(shè)：電機(jī)每相阻抗為z 起動(dòng)起動(dòng)UlYI+_ 正常正常運(yùn)行運(yùn)行

14、UlI+_L1L3L2FUU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1動(dòng)觸點(diǎn)動(dòng)觸點(diǎn)Y動(dòng)觸點(diǎn)動(dòng)觸點(diǎn)靜觸點(diǎn)靜觸點(diǎn)L1L3L2FUU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1UPU1+Ul+U2V1V2W1W2 工作工作L1L3L2FUU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1U2Ul+U1V1V2W1W2lUU31P (a) 僅適用于正常運(yùn)行為三角形聯(lián)結(jié)的電機(jī)。僅適用于正常運(yùn)行為三角形聯(lián)結(jié)的電機(jī)。 )(2StUT (b) Y 起動(dòng)起動(dòng) ststTIY 換接起動(dòng)適合于空載或輕載起動(dòng)的場合換接起動(dòng)適合于空載或輕載起動(dòng)的場合SYtst31TT UlU1W

15、2V2W1+U2V1UP+Ul+U1W2V2W1U2V1L1L3L2FUQQ2RRR滑環(huán)滑環(huán)電刷電刷定子定子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子起動(dòng)電阻起動(dòng)電阻 12IIR三相異步電動(dòng)機(jī)的三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法調(diào)速方法調(diào)速：指負(fù)載不變的情況下，人為改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)速：指負(fù)載不變的情況下，人為改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n=(1-S)n0= 60 (1-S) f1 / p變頻調(diào)速變頻調(diào)速變極調(diào)速變極調(diào)速無級調(diào)速無級調(diào)速有級調(diào)速有級調(diào)速調(diào)速：指負(fù)載不變的情況下，人為改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)速：指負(fù)載不變的情況下，人為改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n=(1-S)n0= 60 (1-S) f1 / p變頻調(diào)速變頻調(diào)速變極調(diào)速變極調(diào)速無級調(diào)速無級調(diào)速有級調(diào)速

16、有級調(diào)速 f=50HzM3 +三相異步電動(dòng)機(jī)三相異步電動(dòng)機(jī)型號：型號：Y132M-4 功率：功率：7.5KW 頻率：頻率：50HZ電壓：電壓： 380V 電流：電流：15.4A 接法：接法：轉(zhuǎn)速：轉(zhuǎn)速：1440r/min 絕緣等級：絕緣等級：B 工作方式：連續(xù)工作方式：連續(xù) 年年月月 編號：編號： 電機(jī)廠電機(jī)廠Y：三相異步電動(dòng)機(jī)：三相異步電動(dòng)機(jī)132：機(jī)座中心高度：機(jī)座中心高度M：機(jī)座長度代號（：機(jī)座長度代號（S 短機(jī)座，短機(jī)座，M中機(jī)座，中機(jī)座，L長機(jī)座）長機(jī)座）4：磁極數(shù)：磁極數(shù)異步電動(dòng)機(jī)異步電動(dòng)機(jī) Y 異異繞線式異步電動(dòng)機(jī)繞線式異步電動(dòng)機(jī) YR 異繞異繞防爆型異步電動(dòng)機(jī)防爆型異步電動(dòng)機(jī)

17、YB 異爆異爆高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩異步電動(dòng)機(jī)高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩異步電動(dòng)機(jī) YQ 異起異起指定子繞組的接法，通常有指定子繞組的接法，通常有Y/兩種兩種銘牌上電壓指電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)行時(shí)，銘牌上電壓指電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)行時(shí)，定子定子繞組上所加繞組上所加線線電壓電壓通常有通常有380V/220V兩種。兩種。電流：電流：15.4A指電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)行時(shí)，指電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)行時(shí)，定子定子繞組上的繞組上的線線電流值電流值電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速，單位：電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速，單位：r/min按電動(dòng)機(jī)繞組所用的絕緣材料在使用時(shí)允許的極限溫度按電動(dòng)機(jī)繞組所用的絕緣材料在使用時(shí)允許的極限溫度來分級。來分級。 絕緣等級絕緣等級 極限溫度極限溫度( C)

18、 A 105 E 120 B 130 指電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)行時(shí)，軸上輸出的機(jī)械功率指電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)行時(shí)，軸上輸出的機(jī)械功率電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)矩。電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)矩。 TN=9550PN / nN PN : 額定功率，額定功率， nN : 額定轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)速指額定運(yùn)行時(shí)，定子繞組每相電路的功率因數(shù)指額定運(yùn)行時(shí)，定子繞組每相電路的功率因數(shù)異步電動(dòng)機(jī)空載時(shí)的電流主要用于產(chǎn)生磁場，異步電動(dòng)機(jī)空載時(shí)的電流主要用于產(chǎn)生磁場，功率因數(shù)很低，約功率因數(shù)很低，約0.2, 0.2, 滿載時(shí)為滿載時(shí)為0.7-0.90.7-0.9 指滿載時(shí)的效率。等于輸出機(jī)械功率與輸入機(jī)械功指滿載時(shí)的效率。等于輸出機(jī)械功率與輸入機(jī)械功 率之比率之比效率效率: =P2 / P1 *100%=P2/ 3UICOS 線電壓、線電流線電壓、線電流END電磁轉(zhuǎn)矩特性和電磁轉(zhuǎn)矩特性和TS曲線曲線最大轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩Tm啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩TS轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)差率v最大轉(zhuǎn)矩與過載能力最大轉(zhuǎn)矩與過載能力v啟動(dòng)轉(zhuǎn)