交流電動機的工作原理及特性PPT課件

1、交流電動機電動機直流電動機鼠籠式繞線式異步電機同步電機他勵、并勵、串勵、復(fù)勵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 電動機的分類第1頁/共117頁異步電機的特點： 1）結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，運行可靠，價格低廉； 2）具有較好的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)特性。用途： 異步電機主要用作電動機，應(yīng)用最廣泛的一種電動機，廠礦企業(yè)，交通工具，娛樂，科研，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，日常生活都離不開異步電動機。 類型： 異步電機主要分為：鼠籠式異步電動機，繞線式異步電動機和各種控制用電動機三大類。 第2頁/共117頁轉(zhuǎn)子鐵心、氣隙和定子鐵心構(gòu)成電動機的完整磁路 三相異步電動機主要由定子和轉(zhuǎn)子兩個部分組成，定子是不

2、動的部分，轉(zhuǎn)子是旋轉(zhuǎn)部分，在定子和轉(zhuǎn)子之間有一定的氣隙。如圖所示。第3頁/共117頁由機座、定子鐵心、定子繞組組成：1、機座：起固定和支撐定子鐵心的作用，一般用鑄鐵制造。2、定子鐵心：由厚0.5mm的硅鋼片沖疊而成，鐵心內(nèi)開有均勻的槽，嵌放定子繞組。3、定子繞組：由完全相同的三個繞組組成，空間互差120度，可接成Y或。 定子繞組是電動機的電路部分。三相電動機的定子繞組分為三個部分對稱地分布在定子鐵心上，稱為三相繞組，分別用AX、BY、CZ表示，其中，A、B、C稱為首端，而X、Y、Z稱為末端。 三相繞組接入三相交流電源，三相繞組中的電流定子鐵心中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。 第4頁/共117頁由轉(zhuǎn)子鐵心和轉(zhuǎn)子

3、繞組組成：1、轉(zhuǎn)子鐵心：和定子鐵心一樣，既是電動機磁路的一部分，又能安放轉(zhuǎn)子繞組。2、轉(zhuǎn)子繞組：有籠型和繞線型兩種。 （1）籠型繞組：導(dǎo)體用銅條或鋁條，兩頭用端環(huán)聯(lián)接。結(jié)構(gòu)可靠簡單，但是轉(zhuǎn)子電阻固定。 （2）繞線型轉(zhuǎn)子：接成星型的三相繞組通過滑環(huán)與外電路聯(lián)接，便于串入電阻改善電動機的運行性能。第5頁/共117頁三相異步機的結(jié)構(gòu)YBZXAC轉(zhuǎn)子定子定子繞組（三相）機 座轉(zhuǎn)子：在旋轉(zhuǎn)磁場作用下， 產(chǎn)生感應(yīng)電動勢或 電流。三相定子繞組：產(chǎn)生旋轉(zhuǎn) 磁場。線繞式鼠籠式鼠籠轉(zhuǎn)子 轉(zhuǎn)子繞組第6頁/共117頁n0nei三相異步電動機的工作原理NSf磁鐵閉合線圈e方向用右手定則確定電磁感應(yīng)定律f 方向用左手定則

4、確定磁場旋轉(zhuǎn)基于定子旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子電流的相互作用第7頁/共117頁磁極旋轉(zhuǎn)導(dǎo)線切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢vlBe導(dǎo)線長磁感應(yīng)強度切割速度（右手定則）閉合導(dǎo)線產(chǎn)生電流 i（左手定則）通電導(dǎo)線在磁場中受力ilBfn0neiNSf第8頁/共117頁1. 線圈跟著磁鐵轉(zhuǎn)兩者轉(zhuǎn)動方向一致 結(jié)論：n0neiNSf2. 線圈比磁場轉(zhuǎn)得慢0nn異步轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場間沒有相對運動無轉(zhuǎn)子電動勢（轉(zhuǎn)子導(dǎo)體不切割磁力線）無轉(zhuǎn)子電流提示：如果0nn 無轉(zhuǎn)矩第9頁/共117頁 由于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的方向與磁場旋轉(zhuǎn)的方向是一致的，所以如果n=n0，則磁場與轉(zhuǎn)子之間就沒有相對運動，它們之間就不存在電磁感應(yīng)關(guān)系，也就不能在轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中感應(yīng)電

5、動勢、產(chǎn)生電流，也就不能產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。所以，感應(yīng)電動機的轉(zhuǎn)子速度不可能等于磁場速度。因此，這種電動機一般也叫做異步電動機。第10頁/共117頁轉(zhuǎn)差率為旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速 n0 和電動機轉(zhuǎn)速n之差與同步轉(zhuǎn)速n0的比值。即： 轉(zhuǎn)差率 的概念：)(s%10000nnns第11頁/共117頁AYCBZAiBiCimIt0n()電流出()電流入X240sin120sinsintIitIitIimCmBmA三相異步電動機的旋轉(zhuǎn)磁場1、旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生第12頁/共117頁0tAXYCBZNSAiBiCimIBiAXBYCZAiCiY BC Z合成磁場方向：向下按右手螺旋法則確定合成磁場方向t電流 i為正時，從

6、首端流入、末端流出第13頁/共117頁180tXBZ1nAYC 60tAXYCBZSN1n60A120tXYCBZ1n同理分析，可得其它電流角度下的磁場方向：AiBiCitmI第14頁/共117頁nNSTfn1f第15頁/共117頁U1V1W1U2V2W2WVUit分析規(guī)定： 電流 I 為正時，從首端流入、末端流出； 電流 I 為負時，從首端流出、末端流入。1NS1232NS3NS4 4NS5 5NS6NS6第16頁/共117頁U1V1W1U2V2W2NSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNS第17頁/共117頁旋轉(zhuǎn)方向：取決于三相電流的相

7、序。0n0nAiBiCimItAiCiBimIt2. 旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向改變電機的旋轉(zhuǎn)方向的方法：改變相序（換接其中兩相）第18頁/共117頁 方法：將與電源相接的任意兩相互換(改變相序)，就可實現(xiàn)反轉(zhuǎn)。 三相異步電動機的正、反轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)A B CM3電 源ABCM3電 源第19頁/共117頁3、極對數(shù)（P）的概念BiAXBYCZAiCi1p此種接法（每相繞組只有一組線圈）下，合成磁場只有一對磁極，則極對數(shù)為1。即：AXYCBZNS第20頁/共117頁CYABCXYZAXBZAiBiCi 將每相繞組分成兩段，按右下圖放入定子槽內(nèi)。形成的磁場則是兩對磁極。X AAXBYBYCZCZ極對數(shù)（P）的

8、改變第21頁/共117頁極對數(shù)2pAXX ANSSNZCZCBYBYCYABCXYZAXBZAiCiBiAiBiCimIt0t第22頁/共117頁3. 旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速大小分）轉(zhuǎn)/( 600fn 具有一對磁極時， 一個電流周期，旋轉(zhuǎn)磁場在空間轉(zhuǎn)過360電流頻率為 f Hz，則磁場1/f 秒旋轉(zhuǎn)1圈，每秒旋轉(zhuǎn)f 圈。每分鐘旋轉(zhuǎn)：n0稱為同步轉(zhuǎn)速分轉(zhuǎn)/3000,500nHzf第23頁/共117頁XNSASNZBX AYCZBCY0t分）轉(zhuǎn)/( 601pfn 60t A0nAZXXCZCSNSN30極對數(shù)和轉(zhuǎn)速的關(guān)系A(chǔ)iBiCimIt第24頁/共117頁三相異步電動機的同步轉(zhuǎn)速分）轉(zhuǎn)/( 601pfn

9、 2p180分）轉(zhuǎn)/( 50011p360分）轉(zhuǎn)/( 0003極對數(shù)每個電流周期磁場轉(zhuǎn)過的空間角度同步轉(zhuǎn)速)50(Hzf 1n3p120分）轉(zhuǎn)/( 0001第25頁/共117頁電動機轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)磁場同步轉(zhuǎn)速的關(guān)系電動機轉(zhuǎn)速（額定轉(zhuǎn)速）:n電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向與磁場旋轉(zhuǎn)的方向一致， 但 異步電動機0nn 無轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場間沒有相對運動無轉(zhuǎn)子電動勢（轉(zhuǎn)子導(dǎo)體不切割磁力線）無轉(zhuǎn)子電流提示：如果0nn 第26頁/共117頁 轉(zhuǎn)差率 的概念：)(s異步電機運行中:%91s電動機起動瞬間:1 ,0sn（轉(zhuǎn)差率最大）轉(zhuǎn)差率最?。D(zhuǎn)子最大轉(zhuǎn)速(00snn10ss范圍：%10000nnns轉(zhuǎn)差率為旋轉(zhuǎn)磁場的同步

10、轉(zhuǎn)速 n0 和電動機轉(zhuǎn)速n之差與同步轉(zhuǎn)速n0的比值。即：第27頁/共117頁分）轉(zhuǎn)/( 6010pfn %10000nnns轉(zhuǎn)子感生電流的頻率：pnnf6002100060sfpnnnnpnf6001第28頁/共117頁例1：三相異步電動機 p=3，電源f1=50Hz，電機額定 轉(zhuǎn)速n=960r/min。求：轉(zhuǎn)差率s，轉(zhuǎn)子電動勢的頻率f2min/1000350606011rpfn同步轉(zhuǎn)速：04. 01000960100011nnns轉(zhuǎn)差率：Hzsff25004. 012第29頁/共117頁Y/ 接法：AB CZX YA B CZX YABCXYZAZBYXCABCXYZ接線盒： Y 接法： 接

11、法：第30頁/共117頁 我國電工專業(yè)標準規(guī)定，定子三相繞組出線端是U1、V1、W1，末端是U2、V2、W2 V2U1U2V1W1W2定子繞組在接線盒中布置定子繞組的Y型連接定子繞組的型連接例：380/220 ，Y/是指：線電壓為380V時采用Y接法； 當線電壓為220V時采用接法。第31頁/共117頁1.1.三相異步電動機的三相異步電動機的“電磁電磁”關(guān)系類似于變壓器關(guān)系類似于變壓器三相異步電動機的電磁關(guān)系同變壓器類似，定子繞組相當于變壓器的原繞組，轉(zhuǎn)子繞組（一般是短接的）相當于副繞組。 2.2.旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)磁場 不僅在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)出電動勢，而且在定子繞組中感應(yīng)電動勢一、三相異步電動機的“

12、電磁”關(guān)系 5.2 三相異步電動機的定子電路和轉(zhuǎn)子電路第32頁/共117頁三相異步電動機的“電磁”關(guān)系 定子電路轉(zhuǎn)子電路dtdNeeRiu111111設(shè)：tsin1m則：tNum1111cos定子邊： ：漏磁通產(chǎn)生的漏感應(yīng)電動勢。 ：主磁通產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢。e1e2、e 1e 2、i2R1R2i1u1e1e 1e2e 2第33頁/共117頁mmmNffNNU111111144. 42/22/tNum1111cosmNfUE111144. 4i2R1R2i1u1e1e211144. 4NfUm第34頁/共117頁 定子每相繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為： tNedd11 它也是正弦量，其有效值為： 1

13、111444444fN.Nf.E 式中，f1為e1的頻率。 因為旋轉(zhuǎn)磁場和定子間的相對轉(zhuǎn)速為n0，所以 6001pnf 它等于定子電流的頻率，即 ff 1 定子每相繞組中還要產(chǎn)生漏磁電動勢tiLedd1L1L1 第35頁/共117頁 加在定子每相繞組上的電壓也分成三個分量，即)(dd)()(11L11111111etiLRieeRiuL 如用復(fù)數(shù)表示，則為 )(j)()(1111111111EXIRIEERIUL 式中， 和 ( )為定子每相繞組的電阻和漏磁感抗。1R1XL11 21LfX 由于R1和X1較小，其上電壓降與電動勢E1比較起來，?？珊雎裕谑?EU111EU 第36頁/共117頁

14、二、三相異步電動機的轉(zhuǎn)子電路 旋轉(zhuǎn)磁場在轉(zhuǎn)子每相繞組中感應(yīng)出的電動勢為tNedd22 其有效值為 2222444444SfN.Nf.E 式中，f2為轉(zhuǎn)子電動勢e2或轉(zhuǎn)子電流i2相對于旋轉(zhuǎn)磁場的頻率. 因為旋轉(zhuǎn)磁場和轉(zhuǎn)子間的相對轉(zhuǎn)速為 n0-n1000026060Sfpnnnn)nn(pf 在 n=0 ，即S=1時，轉(zhuǎn)子電動勢為 2120444Nf.E 為轉(zhuǎn)子最大電動勢202SEE 可見轉(zhuǎn)子電動勢E2與轉(zhuǎn)差率S有關(guān)。第37頁/共117頁 和定子電流一樣，轉(zhuǎn)子電流也要產(chǎn)生漏磁通，從而在轉(zhuǎn)子每相繞組中還要產(chǎn)生漏磁電動勢。tiLedd2L2L2 因此，對于轉(zhuǎn)子每相電路，有 tiLRieRiedd)(2

15、L222L2222 如用復(fù)數(shù)表示，則為 22222222j)(XIRIERIEL 式中，R2和X2轉(zhuǎn)子每相繞組的電阻和漏磁感抗 L21L22222LSfLfX L21202LfX 202SXX 在 n=0 ，即 S=1 時，轉(zhuǎn)子感抗為為轉(zhuǎn)子最大感抗 可見轉(zhuǎn)子感抗E2與轉(zhuǎn)差率S有關(guān)。第38頁/共117頁 轉(zhuǎn)子每相電路的電流為 2202220222222)SX(RSEXREI 可見轉(zhuǎn)子電流I2也與轉(zhuǎn)差率S有關(guān)。當S增大，即轉(zhuǎn)速n降低時，轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場間的相對轉(zhuǎn)速增加，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體被磁力線切割的速度提高，于是E2增加，I2也增加。 轉(zhuǎn)子功率因數(shù)220222222222)(cossXRRXRR第39頁/共

16、117頁例2：三相異步電動機，p=2，n=1440 r/min，轉(zhuǎn)子R2=0.02，X20=0.08 ， E20=20V， f1= 50Hz。啟動時I2（st）額定轉(zhuǎn)速下的I2（N）22022202)(sXRsEIs=1A242)08.0()02.0(20)(222202220XRE04. 0150014401500sA40)08.004.0()02.0(2004.0)(222202220sXRsE第40頁/共117頁一、三相異步機銘牌與技術(shù)數(shù)據(jù)1. 型號 Y 132M4 磁極個數(shù)(極對數(shù) p=2)機座長度代號分）轉(zhuǎn) /( 601pfn5.2.3 三相異步電動機的額定值異步電動機機座中心高度1

17、32mmS短機座；M中機座；L長機座YR-繞線式異步機YB防爆型異步機YQ高啟動轉(zhuǎn)矩異步機第41頁/共117頁2. 額定功率P2： PN 額定功率指電機在額定運行時軸上輸出的功率（ ），不等于從電源吸收的功率（ ）。兩者的 關(guān)系為： 2P1P12PPCOSIUPNN31其中鼠籠電機=7293第42頁/共117頁3. 額定電壓：定子繞組在指定接法下應(yīng)加的線電壓. 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 。線電壓AZBYXC線電壓ABCXYZ例：380/220 ，Y/是指：線電壓為380V時采用Y接法； 當線電壓為220V時采用接法。第43頁/共117頁4. 額定頻率：在額定運行

18、情況下，定子外加電壓的頻率我國 f 50Hz5. 額定電流：定子繞組在指定接法下的線電流。如：A48. 6/A2 .11/ 表示：三角形接法時，電機的線電流為11.2A，相電流為6.48A；星形接法時線、相電流均為6.48A。6. 額定轉(zhuǎn)速 nN：在額定頻率、額定電壓和軸上輸出額定功率時，電動機的轉(zhuǎn)速。與此轉(zhuǎn)速對應(yīng)的轉(zhuǎn)速差稱為額定轉(zhuǎn)差率sN第44頁/共117頁 額定負載時一般為0.7 0.9 ， 空載時功率因數(shù)很低約為0.2 0.3。額定負載時，功率因數(shù)最大。注意：實用中應(yīng)選擇合適容量的電機，防止“大馬” 拉“小車”的現(xiàn)象。7. 功率因數(shù)(cos1)：在額定頻率、額定電壓和軸上輸出額定功率時，

19、定子相電流與電壓之間相位的余弦。此外還有絕緣等級等參數(shù)，不一 一介紹。P2PNcos1第45頁/共117頁 一般不標在電動機銘牌上的幾個額定值如下 ： 1.額定功率因數(shù) ：在額定頻率、額定電壓和電動機軸上輸出額定功率時，定子相電流與相電壓之間相位差的余弦。Ncos 2.額定效率 ：在額定頻率、額定電壓和電動機軸上輸出額定功率時，電動機輸出機械功率與輸入電功率之比，其表達式為N %100cos3NNNN IUPN 3.額定負載轉(zhuǎn)矩TN ：電動機在額定轉(zhuǎn)速下輸出額定功率時軸上的負載載矩。 4.線繞式異步電動機轉(zhuǎn)子靜止時的滑環(huán)電壓和轉(zhuǎn)子的額定電流。 通常手冊上給出的數(shù)據(jù)就是電動機的額定值。 第46頁

20、/共117頁電磁轉(zhuǎn)矩 T：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)距之總和。22cosIKTmT常數(shù)每極磁通轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)子電路的2cos轉(zhuǎn)矩公式的推導(dǎo) （牛頓米）5.3 三相異步電動機的轉(zhuǎn)矩與機械特性第47頁/共117頁22cosIKTmT21220222)(UsXRsRKT得到轉(zhuǎn)矩公式22022202)(sXRsEI2202222)(cossXRR將其中參數(shù)代入：11144. 4NfUmmNfE212044. 4第48頁/共117頁三相電動機的機械特性 在異步電動機中，轉(zhuǎn)速 n=(1-S)n0，為了符合習(xí)慣畫法，可將曲線換成轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系曲線，即稱為異步電動機的機械特性。

21、 1固有機械特性 異步電動機在額定電壓和額定頻率下，用規(guī)定的接線方式，定子和轉(zhuǎn)子電路中不串聯(lián)任何電阻或電抗時的機械特性稱為固有（自然）機械特性。 三相異步電動機的固有機械特性曲線如圖所示。 從特性曲線上可以看出，其上有四個特殊點可以決定特性曲線的基本形狀和異步電動機的運行性能，這四個特殊點是：21220222)(UsXRsRKT根據(jù)轉(zhuǎn)矩公式第49頁/共117頁)(SfT 21220222)(UsXRsRKT根據(jù)轉(zhuǎn)矩公式Ts10n1Tn得特性曲線：啟動時n=0最大轉(zhuǎn)速n=n1時11nnns)(Tfn 第50頁/共117頁 0010 S,nn,T 電動機處于理想空載工作點，此時電動機的轉(zhuǎn)速為理想空

22、載轉(zhuǎn)速。 NNN,2SSnnTT 電動機額定工作點。此時額定轉(zhuǎn)矩和額定轉(zhuǎn)差率為 NnPTNN55. 9 0N0NnnnS 式中， PN電動機的額定功率； nN電動機的額定轉(zhuǎn)速，一般 SN電動機的額定轉(zhuǎn)差率，一般 TN電動機的額定轉(zhuǎn)矩。0N)985. 094. 0(nn 015. 006. 0N S第51頁/共117頁 1, 0,3st SnTT電動機的啟動工作點。 將S=1代入轉(zhuǎn)矩公式中，可得2202222stXRURKT 可見，異步電動機的啟動轉(zhuǎn)矩Tst與U、 R2及X20有關(guān)。當施加在定子每相繞組上的電壓降低時，啟動轉(zhuǎn)矩會明顯減小；當轉(zhuǎn)子電阻適當增大時，啟動轉(zhuǎn)矩會增大；而若增大轉(zhuǎn)子電抗則會

23、使啟動轉(zhuǎn)矩大為減小。 通常把在固有機械特性上啟動轉(zhuǎn)矩Tst與額定轉(zhuǎn)矩TN之比 st=Tst/TN 作為衡量異步電動機啟動能力的一個重要數(shù)據(jù)。一般 2 . 10 . 1st 第52頁/共117頁 mmmax,4SSnnTT 電動機的臨界工作點。欲求轉(zhuǎn)矩的最大值，可令 0 dndT得臨界轉(zhuǎn)差率 202m/ XRS 再將Sm代入轉(zhuǎn)矩公式中，即可得202max2XUKT 通常把在固有機械特性上最大電磁轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩之比Nmaxm/TT 稱為電動機的過載能力系數(shù)。它表征了電動機能夠承受沖擊負載的能力大小，是電動機的又一個重要運行參數(shù)。 鼠籠式異步電動機 2 . 28 . 1m 線繞式異步電動機8 . 2

24、5 . 2m 第53頁/共117頁三個重要轉(zhuǎn)矩n1TnNT額定轉(zhuǎn)矩 ：電機在額定電壓下，以額定轉(zhuǎn)速 運行，輸出額定功率 時，電機轉(zhuǎn)軸上輸出的轉(zhuǎn)矩。NPNn( 1 )/()(9550602分轉(zhuǎn)千瓦NNNNNnPnPT（牛頓米）NTnN第54頁/共117頁 如果 電機將會因帶不動負載而停轉(zhuǎn)。maxTTL最大轉(zhuǎn)矩 ：( 2 )maxT電機帶動最大負載的能力。求解0ST21220222)(UsXRsRKTTs10smTm202XRsm2021max21XKUT第55頁/共117頁過載系數(shù)：NTTmax三相異步機2 .28 .1 工作時，一定令負載轉(zhuǎn)矩 ，否則電機將停轉(zhuǎn)。致使注意： （1）三相異步機的

25、和電壓的平方成正比，所以對電壓的波動很敏感，使用時要注意電壓的變化。maxTmaxTTL （2）電機嚴重過熱0n121)(s II2021max21XKUT第56頁/共117頁stT起動轉(zhuǎn)矩 ：( 3 )電機起動時的轉(zhuǎn)矩。n1TnstT21220222)(UsXRsRKT0n1)(s 其中則21220222)(UXRRKTstLstTT stT體現(xiàn)了電動機帶載起動的能力。若 電機能起動，否則將起動不了。第57頁/共117頁n1TnTmTst)(Tfn 機械特性曲線TL啟動： TstTL (負載轉(zhuǎn)矩)，電機啟動轉(zhuǎn)速n，轉(zhuǎn)矩T cc點：轉(zhuǎn)矩達最大Tm ，轉(zhuǎn)速n繼續(xù)，T，沿cb走bb點：T=TL，轉(zhuǎn)

26、速n不再上升，穩(wěn)定運行 電動機的自適應(yīng)負載能力 電動機的電磁轉(zhuǎn)矩可以隨負載的變化而自動調(diào)整，這種能力稱為自適應(yīng)負載能力。常用特性段s=0s=1第58頁/共117頁TISnTL2 直至新的平衡。此過程中， 時， 電源提供的功率自動增加。2 I1 I第59頁/共117頁例3（7-7）：三相異步電動機，額定功率PN=10kW，額定轉(zhuǎn)速nN=1450r/min，啟動能力Tst/TN=1.2，過載系數(shù)=1.8。)/()(9550分轉(zhuǎn)千瓦NNNnPT（牛頓米）（1）額定轉(zhuǎn)矩TN米牛頓9 .651450109550（2）啟動轉(zhuǎn)矩Tst792.1NstTT（3）最大轉(zhuǎn)矩Tm6 .1189 .658 . 1Nm

27、TT#（4）用Y 方法起動時的Tst3.263/793/)()(stYstTT第60頁/共117頁2人為機械特性 由上述分析可知：異步電動機的機械特性與電動機的參數(shù)有關(guān)，也與外加電源電壓、電源頻率有關(guān)，將關(guān)系式中的參數(shù)人為地加以改變而獲得的特性稱為異步電動機的人為機械特性。 改變定子電壓U、定子電源頻率f、定子電路串入電阻或電抗、轉(zhuǎn)子電路串入電阻或電抗等，都可得到異步電動機的人為機械特性。第61頁/共117頁1U21220222)(UsXRsRKT 人為機械特性（機械特性和電路參數(shù)的關(guān)系）21UT 1. 和電壓的關(guān)系0Tn0) 0(nnsSTTTUmax1結(jié)論： 電壓下降導(dǎo)致電機過載能力和啟動

28、轉(zhuǎn)矩降低n0和Sm不變202XRsm第62頁/共117頁 （1）降低電動機電源電壓時的人為特性 Nmax2202222st202max0m0202m0260TTXRURKTXUKTnnnXRSpfn 0n不變mS不變maxT隨著電壓的減小而大大地減小stT隨著電壓的減小而大大地減小 改變電源電壓時的人為特性如圖所示： 如當定子繞組外加電壓為UN、0.8UN、0.5UN時，轉(zhuǎn)子輸出最大轉(zhuǎn)矩分別為Ta=Tmax、 Ta=0.64Tmax和Ta=0.25Tmax 。可見，電壓愈低，人為特性曲線愈往左移。 第63頁/共117頁 由于異步電動機對電網(wǎng)電壓的波動非常敏感，運行時，如電壓降低太多，會大大降低

29、它的過載能力與啟動轉(zhuǎn)矩，甚至使電動機發(fā)生帶不動負載或者根本不能啟動的現(xiàn)象。NN22NNmmax98. 07 . 02TTUUTT 例如，電動機運行在額定負載 TN 下，即使 m=2 ，若電網(wǎng)電壓下降到 70%UN ，則由于這時 此外，電網(wǎng)電壓下降 ，在負載不變的條件下，將使電動機轉(zhuǎn)速下降，轉(zhuǎn)差率S 增大，電流增加，引起電動機發(fā)熱甚至燒壞。電動機也會停轉(zhuǎn)第64頁/共117頁 fKfXTTXRURKTXUKTnnnXRSpfn1,26020Nmax2202222st202max0m0202m0注意到：注意到： 一般變頻調(diào)速采用恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，即希望最大轉(zhuǎn)矩保持為恒值，為此在改變頻率的同時，電源電壓也要

30、作相應(yīng)的變化，使 U/f =C ，這在實質(zhì)上是使電動機氣隙磁通保持不變。 fn 0fS/1m fT/1st 不不變變maxT 因此，改變電源頻率的機械特性2.改變定子電源頻率時的人為特性第65頁/共117頁1. 保持U1/f1不變,即保持1常數(shù)2. Tmax，nm與頻率無關(guān)，機械特性平行，硬度相同，類似于直流電動機的降壓調(diào)速，屬于調(diào)速。第66頁/共117頁3. 定子電路接入電阻或電抗時的人為特性隨著轉(zhuǎn)速的上升和啟動電流的減小，在電阻和電抗上的壓降減小，而加到定子繞組上的端電壓增大第67頁/共117頁 4. 和轉(zhuǎn)子電阻的關(guān)系22RR R2的 改變 ： 鼠籠式電機轉(zhuǎn)子導(dǎo)條的金屬材料不同，線繞式電機

31、外接電阻不同。 2 R2Rmsms0TnstTstT mmssststTT結(jié)論：21220222)(UsXRsRKT0ST令：得：202XRSm202XRsmSm隨電阻的增加而增加, Tmax不變機械特性變軟第68頁/共117頁 在三相線繞式異步電動機的轉(zhuǎn)子電路中串入電阻后轉(zhuǎn)子電路中的電阻為2r2RR Nmax2202222st202max0m0202m0260TTXRURKTXUKTnnnXRSpfn 0n不變maxT不變mS隨著串接電阻的增加而增大， 此時的人為特性將是一根比固有特性較軟的一條曲線，如圖所示。 第69頁/共117頁機械特性的軟硬 硬特性：負載變化時，轉(zhuǎn)速變化不大，運行特性好

32、。軟特性：負載增加轉(zhuǎn)速下降較快，但起動轉(zhuǎn)矩大，起 動特性好。 硬特性 （R2?。┸浱匦裕≧2大）0Tn 不同場合應(yīng)選用不同的電機。如金屬切削，選硬特性電機；重載起動則選軟特性電機。第70頁/共117頁2 R2R1ms0TnstT2 R) 1 ()(S第71頁/共117頁 5.4 三相異步機的啟動特性電動機的啟動要求：1. 足夠大的啟動轉(zhuǎn)矩，保證生產(chǎn)機械正常啟動；2. 滿足啟動轉(zhuǎn)矩要求下，啟動電流越小越好； 1 和 2 是衡量電動機啟動性能的的主要技術(shù)指標3. 啟動平滑；4. 啟動設(shè)備安全可靠，力求結(jié)構(gòu)簡單，操作方便5. 啟動過程中損耗越少越好。第72頁/共117頁啟動電流 ：stI中小型鼠籠式

33、電機啟動電流為額定電流的5 7 倍。0n定子電流 原因：起動時 ，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條切割磁力線速度很大。轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢轉(zhuǎn)子電流第73頁/共117頁大電流使電網(wǎng)電壓降低 影響其他負載工作頻繁起動時造成熱量積累 電機過熱影響：但是啟動時 S1，轉(zhuǎn)子功率因數(shù)很低，所以啟動轉(zhuǎn)矩卻不大一般NstTT)5.18.0(第74頁/共117頁（1） 直接起動（全壓啟動） 二三十千瓦以下的異步電動機一般采用直接起動。（2） 降壓起動Y 起動自耦降壓起動定子串電阻或電抗器降壓啟動延邊三角形啟動第75頁/共117頁 電動機容量相對于電網(wǎng)容量很小時，可以直接起動 如果生產(chǎn)機械對轉(zhuǎn)矩要求不大，則只考慮限制電流； 如生產(chǎn)機械對轉(zhuǎn)矩要求

34、較高，則既要限制電流，又要保證需要的轉(zhuǎn)矩。第76頁/共117頁1.1.直接起動（全壓啟動）直接起動（全壓啟動） 利用閘刀或者接觸器把電動機直接接到具有利用閘刀或者接觸器把電動機直接接到具有額定電壓的電源上。額定電壓的電源上。第77頁/共117頁1. 設(shè)備和操作簡單，在電網(wǎng)容量相對較大的情況下采用。 2. 頻繁起動電動機： 電動機容量/供電變壓器容量20%允許直接起動；3. 不頻繁起動電動機：電動機容量/供電變壓器容量30%允許直接起動； 4.如果沒有獨立的供電變壓器，則限制電網(wǎng)電壓降不能超過5%，經(jīng)驗公式 電動機功率電源總?cè)萘款~定電流啟動電流443stNII第78頁/共117頁2. 2. 定子

35、串電阻或電抗器降壓啟動若電源供電變壓器的容量不夠大時，就采取降壓起動。由于轉(zhuǎn)矩也隨著電壓下降而平方地下降，所以這種方法適合于對轉(zhuǎn)矩要求不高的場合。第79頁/共117頁 在定子繞組的電路中串入一個三相電阻器或者電抗器來分擔一部分電源電壓，使得電機繞組的實際電壓降低，達到降低啟動電流的目的。 串電阻器起動時，要消耗較大的功率；串電抗器起動時，當K2短接起動電抗器時換產(chǎn)生較大的短路電流，所以串電抗適合于起動轉(zhuǎn)矩要求不大且起動不頻繁的場合。 第80頁/共117頁3. Y 降壓起動： 正常運行l(wèi)UAZBYXClI 起動ABCXYZlUlYIZUIllY33ZUIll設(shè)：電機每相阻抗為z31llYII第8

36、1頁/共117頁（a ）直接啟動ZUIINS33NUU 1第82頁/共117頁31333IIIIIIYSS （b）起動YSII3311NUUUZUZUIINYS31Y第83頁/共117頁AZBYXC正常運行UPABCXYZ啟動UPStstYTT31PPUU31（2）Y 起動應(yīng)注意的問題：（1）僅適用于正常接法為三角形接法的電機。 所以降壓起動適合于空載或輕載起動的場合)(2UTSTY 起動也時ststTI,。第84頁/共117頁例4:三相異步電動機，電源電壓 =380V，三相定子繞組接法運行，額定電流IN=20A，啟動電流Ist/IN=7，求： （1）接法時的啟動電流Ist （2）若啟動時改為

37、Y接法，求 Ist Y（1）Ist =7 IN =720=140A解：（2）31llYIIIst Y = Ist /3=140/3=47A第85頁/共117頁4 . 自耦變壓器 降壓起動：KNNIIKNNUU112212121ABP1u2u1i2iLR1N2N原繞組匝數(shù)為 ，副線圈繞組匝數(shù)為 ， 2NstIKKII221從電網(wǎng)吸收的電流為直接啟動時的電流的 K2 倍12KUU 啟動時加在電機定子繞組的電壓為全壓啟動時的K倍啟動轉(zhuǎn)矩為全壓啟動時的K2 倍1N第86頁/共117頁實際應(yīng)用的自耦變壓器需要設(shè)計為多抽頭式的，按一定比例設(shè)計。例如QJ2和QJ3系列自耦變壓器都設(shè)計為三抽頭。對于QJ2型，

38、抽頭的匝數(shù)比分別為55%、64%、73%（出廠時接到73%抽頭上）；對于QJ3型，抽頭得匝數(shù)比分別為41%、60%、80%（出廠時接在60%抽頭上）。由于抽頭可供選擇，自耦變壓器降壓起動在較大容量的鼠籠式異步電動機上廣泛應(yīng)用。第87頁/共117頁5 . 延邊三角形啟動采用延邊三角形起動的電動機，其繞組接法必須專門設(shè)計，設(shè)計比較復(fù)雜，其定子繞組的抽頭比分別為1：1， 2：1， 5：3等，可根據(jù)用戶要求選用，但目前還沒有統(tǒng)一的標準系列產(chǎn)品。因為，延邊三角形起動的電動機制成后，抽頭不能隨意變動，從而限制了延邊三角形起動方法的應(yīng)用。 第88頁/共117頁線繞式異步電機的啟動方法 對于重載和頻繁起動的生

39、產(chǎn)機械，三相鼠籠式異步電動機難以滿足要求時，才選用三相繞線式異步電動機。因為，繞線式異步電動機與鼠籠式異步電動機相比較，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，控制維護較困難，制造成本較高，價格較貴 啟動方法:在轉(zhuǎn)子電路串接電阻逐級切除電阻法頻敏變阻器啟動法1. 逐級切除電阻法第89頁/共117頁1. 逐級切除電阻法第90頁/共117頁(1)1C閉合，2C,3C,4C斷開，額定電壓，串入電阻（R+R+R）,起動點在3的a點，起動轉(zhuǎn)矩T2TM; (2)轉(zhuǎn)速上升到b時，T=T1,閉合2C，切除電阻R，則工作點從3的b跳到2的c,T=T2 (3)轉(zhuǎn)速上升到d時，T=T1,閉合3C，切除電阻R，則工作點從2的d跳到1的e,T=T

40、2 (4)轉(zhuǎn)速上升到f時，T=T1,閉合4C，切除電阻R，則工作點從1的f跳到0的g,T=T2 (5)轉(zhuǎn)速繼續(xù)上升經(jīng)h到達穩(wěn)定運行點j。第91頁/共117頁2 . 頻敏變阻器啟動法頻敏變阻器是一個三相鐵芯線圈，它的鐵芯由實芯鐵板或鋼板疊成，板的厚度為3050mm時，稱為板式鐵芯結(jié)構(gòu)；它的鐵芯由厚壁鋼板制成的鐵芯發(fā)和上下層厚鋼板制成的鐵軛組成時，稱為發(fā)式鐵芯結(jié)構(gòu)。第92頁/共117頁轉(zhuǎn)子回路串頻敏變阻器起動過程是隨著轉(zhuǎn)子回路頻率 的降低，頻敏變阻器的阻抗 自動減小的過程，從而起動過程中，既限制了啟動電流，又得到較大的起動轉(zhuǎn)矩。 12sff ppPjxrz第93頁/共117頁5.5 三相異步電動機

41、的調(diào)速特性pfsnsn11601111nnns3. 改變電源頻率 (變頻調(diào)速) 無級調(diào)速1. 改變極對數(shù) 有級調(diào)速。p2. 改變轉(zhuǎn)差率 s無級調(diào)速調(diào)速方法：1f第94頁/共117頁變頻電源 可變Uf ,Hz50 此種調(diào)速方法發(fā)展很快，且調(diào)速性能較好。其主要環(huán)節(jié)是研制變頻電源（常由整流器、逆變器等組成）。pfsnsn116011第95頁/共117頁制動方法： 1. 抱閘：加機械抱閘5.6 三相異步電動機的制動特性反接制動時，定子旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子的相對轉(zhuǎn)速很大。為限制電流，在制動時要在定子或轉(zhuǎn)子中串電阻。即切割磁力線的速度很大，造成 ，引起 。2I1I注意：4. 能耗制動2. 反饋制動 3. 反接制

42、動 第96頁/共117頁 令電機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速超過旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速，便 會產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩。nFno兩種情況：1）負載轉(zhuǎn)矩為位能性轉(zhuǎn)矩的起重機械在下放重物時的反饋制動運行狀態(tài)，重物快速下降0nn2）另一種是電動機在變極調(diào)速或者變頻調(diào)速過程中，極對數(shù)突然增多或者供電頻率突然降低，而導(dǎo)致同步轉(zhuǎn)速突然降低第97頁/共117頁1）電源反接制動停車時，將電動機接電源的意兩相反接，使電動機由原來的旋轉(zhuǎn)方向反過來，以達 制動的目的； 反接制動時，定子旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子的相對轉(zhuǎn)速很大。為限制電流，在制動時要在定子或轉(zhuǎn)子中串電阻。即切割磁力線的速度很大，造成 ，引起 。2I1I注意：2）倒拉制動出現(xiàn)在位能負載轉(zhuǎn)矩超過電磁

43、轉(zhuǎn)矩的時候分析見書 p80第98頁/共117頁a 反接制動對于準確停車困難 b 反饋制動比較經(jīng)濟，但是只能在高于同步轉(zhuǎn)速時用能耗制動：停車時，斷開交流電源，接至低壓直流 電源上，直流電流在定子繞組產(chǎn)生恒定磁場，此磁場與轉(zhuǎn)子中電流作用產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩；M3+-運行制動nF轉(zhuǎn)子第99頁/共117頁單相異步電動機的工作原理結(jié)構(gòu)：定子放單相繞組（其中通單相交流電）； 轉(zhuǎn)子一般用鼠籠式。定子轉(zhuǎn)子定子繞組定子中通入單相交流電后，形成脈動磁場。其磁感應(yīng)強度按正弦分布，且隨時間按正弦變化。第100頁/共117頁 定子繞組產(chǎn)生的脈動磁場（），可用正、反兩個旋轉(zhuǎn)磁場合成而等效。即：- + -= + -= mtm第10

44、1頁/共117頁脈動磁場的分解- + + - 第102頁/共117頁單相異步電動機的特點：自身沒有起動轉(zhuǎn)矩.F轉(zhuǎn)子導(dǎo)條及電流 當定子繞組產(chǎn)生的合成磁場增加時，根據(jù)右手螺旋定則和左手定則，可知轉(zhuǎn)子導(dǎo)條左、右受力大小相等方向相反，所以沒有起動轉(zhuǎn)矩。第103頁/共117頁02s121ss1T2T合成轉(zhuǎn)矩s起動轉(zhuǎn)矩為零。01s22s21s（正向）（反向）正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)反第104頁/共117頁1、電容分相式起動單相異步電動機的啟動方法KDU1I2ICWSTW: 主繞組ST：起動繞組K：離心開關(guān)起動時開關(guān)K閉合，使兩繞組電流 相位差約為90，從而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，電機轉(zhuǎn)起來；轉(zhuǎn)動正常以后離心開關(guān)被甩開，起動繞組被切斷。21II、工作原理第105頁/共117頁2、罩極式單相電機定子磁極轉(zhuǎn)子短路環(huán) 定子通入電流以后，部分磁通穿過短路環(huán)，并在其中產(chǎn)生感應(yīng)電流。短路環(huán)中的電流阻礙磁通的變化，致使有短路環(huán)部分和沒有短路環(huán)部分產(chǎn)生的磁通有了相位差，從而形成旋轉(zhuǎn)磁場，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)起來。 圖中電機的轉(zhuǎn)動方向：瞬時