項目五 牽引電動機

項目五

牽引電動機5.1三相異步電動機的基本結構與旋轉磁場15.2三相異步電動機的轉動原理及轉差率25.3三相異步電動機的運行特性3*5.4三相異步電動機的銘牌4*5.5直流電動機5**5.6控制電機6知識要點機械工業(yè)出版社學會三相異步電動機的基本內(nèi)連接方式

1學會動車牽引電動機的簡單檢測及維修方法2任務目標機械工業(yè)出版社5.1三相異步電動機的基本結構與旋轉磁場5.1.1

三相異步電動機的基本結構5.1.2

三相異步電動機的旋轉磁場機械工業(yè)出版社主要有兩部分：定子和轉子5.1.1

三相異步電動機的基本結構機械工業(yè)出版社1．定子

定子是電動機的固定部分。它包括：機殼定子鐵心定子鐵心的硅鋼片三相對稱繞組

a．機殼

b．定子鐵心定子鐵心由表面涂有絕緣漆的硅鋼片疊壓而成內(nèi)圓均勻分布槽孔；

c．硅鋼片內(nèi)嵌置三相定子繞組。機械工業(yè)出版社所以，定子繞組可以接成星形或三角形。當電動機每相繞組額定電壓等于電源的相電壓時，繞組接成星形聯(lián)結；等于電源的線電壓時，繞組接成三角形聯(lián)結。接線盒三相異步電動機定子繞組屬于三相對稱負載機械工業(yè)出版社2．轉子是電動機的旋轉部分。由轉子鐵心和轉子繞組組成。籠型轉子轉子繞組又分籠型轉子和繞線型轉子。轉子繞組是在鐵心槽內(nèi)壓進銅條，兩端分別焊在兩個銅環(huán)上。中小型電動機一般用熔化的鋁澆鑄成轉子繞組。機械工業(yè)出版社鐵心是由厚的硅鋼片疊壓而成的圓柱體，其外圓周沖有槽孔，以嵌置轉子繞組。鐵心與籠型相同，但鐵心槽內(nèi)嵌置對稱三相繞組并作星形聯(lián)結。各相繞組首端通過滑環(huán)和電刷引到相應的接線盒里，在起動和調(diào)速時可在轉子電路中串入附加電阻。繞線型異步電動機能獲得較好的起動與調(diào)速性能。繞線轉子接線示意圖機械工業(yè)出版社iU=ImsintiV=Imsin(t–120)

iW=Imsin(t+120)

iUiViW相序U1-V1-W1-U1

ti0iUiViWU1V1W1U2V2W2定子繞組分布定子繞組U1W2V1U2W1V2+++繞組中形成三相對稱電流。對稱三相繞組定子繞組作星形聯(lián)結通入三相對稱電源。5.1.2

三相異步電動機的旋轉磁場機械工業(yè)出版社iUt=0°時tiU1V2V1U2W1W2iU=0iV為負值iW為正值NS0°設：電流的流入端用表示iViW電流的流出端用表示1．旋轉磁場的產(chǎn)生機械工業(yè)出版社tt=60°時iU1V2V1U2W1W2NS60°iW

=0iV為負值iU為正值iUiViW01．旋轉磁場的產(chǎn)生機械工業(yè)出版社t=90°時U1V2V1U2W1W2NS90°iU為正值iV為負值iW為負值tiiUiViW01．旋轉磁場的產(chǎn)生機械工業(yè)出版社t=180°時U1V2V1U2W1W2iU=0iV為正值iW為負值180°NStiiUiViW01．旋轉磁場的產(chǎn)生機械工業(yè)出版社t=0°U1W2V1U2W1V2NS0°Nt=180U1W2V1U2W1V2S

180°t=90°U1W2V1U2W1V2NS90°t=60U1W2V1U2W1V2NS

60°旋轉磁場機械工業(yè)出版社空間相差

120o角的三相繞組，通入對稱三相電流時，產(chǎn)生的是一對磁極的旋轉磁場,當電流經(jīng)過一個周期變化時，磁場也沿著順時針方向旋轉了一周(在空間旋轉的角度為360o)。綜上分析可以得出：機械工業(yè)出版社tiiUiViW0U1V1W1U2W2V2iUiW9060°0U1W2V1U2W1V2NS0°U1W2V1U2W1V2NS60°相序U1-W1-V1-U1U1W2V1U2W1V2NS90°iV2．改變旋轉磁場的轉向機械工業(yè)出版社改變流入三相繞組的電流相序，就能改變旋轉磁場的轉向；改變了旋轉磁場的轉向,三相異步電動機的轉子旋轉方向會改變。綜上分析可以得出：機械工業(yè)出版社

前面討論的旋轉磁場是一對極磁場，當改變定子繞組在空間的排列，可以制成兩對、三對或更多對磁極的旋轉磁場，而磁極對數(shù)影響旋轉磁場的轉速。—電源的頻率—磁極對數(shù)若f1=50Hz3．旋轉磁場的磁極對數(shù)

p旋轉磁場的轉速n0旋轉磁場的轉速n0n0的單位：r/min磁極對數(shù)

p12345旋轉磁場轉速n0/(r.min-1)300015001000750600機械工業(yè)出版社1．轉動原理旋轉磁場以同步轉速

n0

順時針方向旋轉；轉子導線逆時針方向切割磁力線，產(chǎn)生感應電動勢、感應電流；轉子電流在旋轉磁場中受到電磁力的作用形成轉矩，轉子沿旋轉磁場的方向異步轉動n<n0。5.2

三相異步電動機的轉動原理及轉差率機械工業(yè)出版社2．異步電動機的轉差率sn0旋轉磁場轉速n2轉子轉速電動機起動瞬間：n2=0，s=1；電動機空載運行：n2

接近n0，轉差率s最小；電動機額定轉差率：

sN=0.02~0.06。例：某四極異步電動機接在頻率為50Hz的電源上，額定轉速nN=1440r/min，求轉差率sN。解：由已知條件知n0=1500r/min機械工業(yè)出版社5.3.1

電磁轉矩

T

與轉子轉速

n2的關系曲線5.3.2

轉矩和功率的關系5.3

三相異步電動機的運行特性5.3.3

電磁轉矩和電源電壓的關系機械工業(yè)出版社

T與n2的關系曲線稱為電動機的機械特性曲線。n20n0TACDTstTmnNTNB

Tst：起動時電磁轉矩；

TN：電動機帶額定負載時的輸出電磁轉矩。

Tm：電動機具有的最大電磁轉矩；運行特性

(1)

T>T2

(負載轉矩)通電電動機逐漸加速，轉矩T沿DC

段增大Tm沿CA

段減小T=T2

n2不變5.3.1

電磁轉矩

T

與轉子轉速

n2

的關系曲線機械工業(yè)出版社運行特性n20n0TACDTstTmnNTNB

(2)電動機工作在特性曲線CA

段時，當負載變化電磁轉矩會自動變化并與負載平衡，重新平衡時轉速n2改變；若負載大于最大轉矩Tm,T會沿CD

線減小至零堵轉。堵轉電動機電流I=(4~7)IN

，時間稍長將損壞電動機。

(4)電動機的過載系數(shù)電動機起動能力一般為2~2.2，一般為1.7~2.2

(3)AC段為穩(wěn)定運行區(qū)，轉速下降很少，n0/nN約為2%~6%機械工業(yè)出版社同理,電動機在額定狀態(tài)下運行則有式中:

TN

為電動機輸出額定轉矩，單位牛[頓]米(N·m)；

PN

為電動機輸出的額定功率，單位千瓦(kW)；

nN

為電動機額定轉速，單位是轉每分(r/min)。電動機帶載運行的轉矩為T2，軸上輸出的機械功率為P2，轉子的轉速n2，則5.3.2

轉矩和功率的關系機械工業(yè)出版社可以證明，電磁轉矩T與電動機定子繞組上所加電壓U

的平方成正比。即不同電源電壓的轉矩特性n2n0OTaTstTmaxnNTNdU1電壓降低時，電磁轉矩迅速下降;帶載能力降低，若負載轉矩大于最大轉矩，電機會被迫停轉，時間稍長，電機會因電流過大而損壞。5.3.3

電磁轉矩和電源電壓的關系機械工業(yè)出版社[例]

某三相異步電動機額定功率PN=4kW，額定轉數(shù)nN=1440r/min，過載能力為2.2，起動能力為1.8。試求額定轉矩TN、起動轉矩Tst、最大轉矩Tm。若電動機滿載運行，定子電壓下降20%時，電動機能否繼續(xù)旋轉？能否在此狀態(tài)下滿載起動？起動轉矩為[解]

額定轉矩機械工業(yè)出版社當電壓降低20%時，由于

滿載運行時，因為負載轉矩等于電磁轉矩，TN=26.5N·m，小于T'ｍ，降壓后能在新的平衡點以新的轉速穩(wěn)定運行。滿載起動時，因為負載轉矩等于電磁轉矩，TN=26.5N·m，小于T'st，降壓后可滿載直接起動。最大轉矩機械工業(yè)出版社電動機的外殼上都有一塊銘牌，標出了電動機的型號以及主要技術數(shù)據(jù)，以便能正確使用電動機。圖示為一臺三相異步電動機的銘牌。*5.4

三相異步電動機的銘牌機械工業(yè)出版社

電動機型號Y–112M-4

額定轉速nN(1440r/min)：表示電動機在額定運行時轉子的轉速。額定功率PN(4.0kW)：表示電動機在額定工作狀態(tài)下運行時輸出的機械功率。額定電壓UN(380V)：表示定子繞組上應施加的線電壓。額定電流IN(8.8A)：表示電動機額定運行時定子繞組的線電流。Y系列異步電動機機座中心高度112mm中機座L長機座S短機座旋轉磁場為4個極(p=2)。機械工業(yè)出版社

防護方式(IP44)：表示電動機外殼防護在方式為封閉式電動機。

頻率f(50Hz)：表示電動機定子繞組輸入交流電源的頻率。

工作制(工作制S1)：表示電動機可以在銘牌標出的額定狀態(tài)下連續(xù)運行。S2為短時運行，S3為短時重復運行。

絕緣等級(B級絕緣)：表示電動機各繞組及其他絕緣部件所用絕緣材料的等級。絕緣材料按耐熱性能可分為Y、A、E、B、F、H、C七個等級。目前，國產(chǎn)Y系列電動機一般采用B級絕緣。機械工業(yè)出版社

絕緣材料耐熱性能等級絕緣等級YAEBFHC最高允許溫度/℃90105120130155180大于180LW82dB：

電動機的噪聲等級。其他一些技術數(shù)據(jù)溫升：額定負載時繞組的工作溫度與環(huán)境溫度的差值。功率因數(shù)：額定負載下定子電路的功率因數(shù)。效率：電動機在額定負載時的效率，它等于額定狀態(tài)下輸出功率與輸入功率之比，即機械工業(yè)出版社

[例]某異步電動機，若UN=380V，cosj=0.82，Ist/IN=7.0，PN=4kW,效率h=0.84，求額定電流、起動電流?？傻?/p>

[解]根據(jù)效率公式三相異步電動機結構簡單，成本較低，運行可靠，使用和維護方便。可以用來拖動機床、水泵、鼓風機、壓縮機、起重卷揚設備。據(jù)統(tǒng)計，90%電力拖動電動機是異步電動機，異步電動機用電量占電網(wǎng)總負荷的50%以上。機械工業(yè)出版社*5.5

直流電動機

直流電動機主要由定子和轉子兩部分組成。

結構轉動原理電流方向AabcdB電流方向AdcbaB機械工業(yè)出版社直流電動機定子磁極永久磁鐵勵磁繞組通入直流電產(chǎn)生勵磁繞組勵磁方式：他勵、并勵、串勵、復勵。機械工業(yè)出版社直流電動機的機械特性曲線與勵磁方式有關。他勵和并勵直流電動機

具有硬機械特性。適用于需要調(diào)速的軋機、金屬切削機床、紡織印染、造紙和印刷機械。串勵電動機具有軟機械特性。用于起重及交通運輸機械上，如起重吊車、電瓶車、城市電車、電傳動機車等。機械工業(yè)出版社復勵電動機復勵電動機的機械特性曲線介于并勵(他勵)、串勵兩種電動機機械特性曲線之間。適用于起動轉矩較大轉速變化不大的負載，如冶金輔助機械、空氣壓縮機等。機械工業(yè)出版社**5.6

控制電機5.6.1

伺服電動機5.6.2步進電動機機械工業(yè)出版社

特殊性能的小功率電機。應用在信號的檢測、轉換、傳遞、控制及驅動執(zhí)行機構等方面。是將輸入信號轉換成軸上的角位移或角速度輸出的電動機。伺服電動機又分直流伺服電動機交流伺服電動機交流伺服電動機電路圖伺服電動機又稱執(zhí)行電動機5.6.1

伺服電動機機械工業(yè)出版社交流伺服電動機的結構與單相電容異步電動機相似。一相為勵磁繞組U1U2，始終接交流電源uf；另一相為控制繞組V1V2，接輸入信號uC

，勵磁繞組上串接有電容C。工作原理：

1．V1V2繞組輸入電壓