電工學(xué)第五章電動機

電工學(xué)第五章電動機第一頁，共八十二頁，2022年，8月28日圖片1上一頁下一頁返回第二頁，共八十二頁，2022年，8月28日圖片2齒輪減速三相異步電動機上一頁下一頁返回第三頁，共八十二頁，2022年，8月28日圖片3防爆式上一頁下一頁返回第四頁，共八十二頁，2022年，8月28日圖片4繞線式異步機上一頁下一頁返回第五頁，共八十二頁，2022年，8月28日鼠籠式繞線式圖片5上一頁返回第六頁，共八十二頁，2022年，8月28日轉(zhuǎn)子定子殼體圖片6上一頁下一頁返回第七頁，共八十二頁，2022年，8月28日圖片7轉(zhuǎn)子上一頁下一頁返回第八頁，共八十二頁，2022年，8月28日圖片8轉(zhuǎn)子上一頁下一頁返回第九頁，共八十二頁，2022年，8月28日圖片9定子繞組上一頁下一頁返回第十頁，共八十二頁，2022年，8月28日圖片10上一頁下一頁返回第十一頁，共八十二頁，2022年，8月28日圖片11直流電機上一頁下一頁返回第十二頁，共八十二頁，2022年，8月28日圖片12小直流電機上一頁返回第十三頁，共八十二頁，2022年，8月28日圖片13步進(jìn)電機下一頁返回第十四頁，共八十二頁，2022年，8月28日圖片14步進(jìn)電機上一頁下一頁返回第十五頁，共八十二頁，2022年，8月28日圖片15交流伺服電機下一頁返回第十六頁，共八十二頁，2022年，8月28日圖片16同步電動機下一頁返回第十七頁，共八十二頁，2022年，8月28日圖片17三相同步電機上一頁下一頁返回第十八頁，共八十二頁，2022年，8月28日上一頁下一頁返回圖片18單相電容起動電動機第十九頁，共八十二頁，2022年，8月28日圖片19第二十頁，共八十二頁，2022年，8月28日圖片20第二十一頁，共八十二頁，2022年，8月28日圖片21第二十二頁，共八十二頁，2022年，8月28日圖片22第二十三頁，共八十二頁，2022年，8月28日第五章電動機§5-1三相異步電動機三相異步電動機的結(jié)構(gòu)異步電動機轉(zhuǎn)動原理三相異步電動機的特性三相異步電動機的啟動與調(diào)速三相異步電動機的額定值作業(yè)：5-1，5-2第二十四頁，共八十二頁，2022年，8月28日電動機交流電動機直流電動機鼠籠式繞線式異步機同步機電動機的分類

第二十五頁，共八十二頁，2022年，8月28日三相異步電動機的組成

鼠籠式電動機的各部件

第二十六頁，共八十二頁，2022年，8月28日一、三相異步電動機的結(jié)構(gòu)V2V1W2U2U1W1轉(zhuǎn)子定子定子繞組（三相）機座§5.1三相異步電動機U、V、W分別代表三個線圈；角標(biāo)1表示線圈的首端，角標(biāo)2表示線圈的末端。第二十七頁，共八十二頁，2022年，8月28日定子由定子鐵心、定子繞組、機座三部分組成。定子鐵心:一般采用0.5mm厚并涂有絕緣漆的硅鋼片疊壓而成，形狀為環(huán)行，沿內(nèi)圓表面均勻軸向開槽。作用：一是導(dǎo)磁，二是安放繞組。1、定子定子繞組：由漆包線繞制而成。連接方式有三角形或星形兩種。*

作用：形成旋轉(zhuǎn)磁場。機座：中小型電機采用鑄鐵機座；大型電機采用鋼板焊接機座。作用：支撐定子鐵心。第二十八頁，共八十二頁，2022年，8月28日定子硅鋼片裝有三相繞組的定子第二十九頁，共八十二頁，2022年，8月28日注意：機座外有一接線盒，選擇不同的接線方式可以使定子繞組的接線形式選為星形或為三角形。U1U2V2V1W2W1接線盒第三十頁，共八十二頁，2022年，8月28日Y接法：U1U1U2U2V2V2V1V1W1W1W2W2

接法：V2U1U1U2U2V2V1V1W2W2W1W1注：定子繞組的連接方式分別為星形連接與三角形連接。第三十一頁，共八十二頁，2022年，8月28日2、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子主要由轉(zhuǎn)子鐵心和轉(zhuǎn)子繞組組成。轉(zhuǎn)子鐵心:它用0.5mm厚且外圓周沖有轉(zhuǎn)子槽形的硅鋼片疊壓而成。作用：一是導(dǎo)磁，二是安放繞組。轉(zhuǎn)子繞組繞線式由漆包線繞制而成。用于要求大啟動轉(zhuǎn)矩時使用。鼠籠式作用：產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩第三十二頁，共八十二頁，2022年，8月28日2三相異步電動機的工作原理磁鐵閉合線圈一、三相異步電動機的工作原理第三十三頁，共八十二頁，2022年，8月28日磁極旋轉(zhuǎn)導(dǎo)線切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢導(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通電導(dǎo)線在磁場中受力（左手定則）注意：受力方向與磁場旋轉(zhuǎn)方向一致第三十四頁，共八十二頁，2022年，8月28日1.線圈跟著磁鐵轉(zhuǎn)→兩者轉(zhuǎn)動方向一致結(jié)論：異步2.線圈比磁場轉(zhuǎn)得慢第三十五頁，共八十二頁，2022年，8月28日電動機的幾個問題怎樣產(chǎn)生磁場？（在定子上加怎樣的電流？）產(chǎn)生什么樣的磁場？轉(zhuǎn)子上如何產(chǎn)生電流？（感生的還是外加？）產(chǎn)生怎樣的電磁轉(zhuǎn)矩？直流產(chǎn)生固定磁場，交流產(chǎn)生交變磁場。磁場的規(guī)律與外加電壓的規(guī)律相同轉(zhuǎn)子線圈的磁通發(fā)生改變，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩旋轉(zhuǎn)。第三十六頁，共八十二頁，2022年，8月28日V2V1W2U2U1W1定子使固定在鐵心上的，如何產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場？通以交流電第三十七頁，共八十二頁，2022年，8月28日二、旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生異步電動機中,旋轉(zhuǎn)磁場代替了旋轉(zhuǎn)磁極U1V2W1V1W2(?)電流出()電流入U2約定:電流為正時，電流由線圈的首端流進(jìn)，末端流出；電流為負(fù)時，電流由線圈的末端流進(jìn)，首端流出。條件：把三相定子繞組接成星形接到對稱三相電源，定子繞組中便有對稱三相電流流過。產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。第三十八頁，共八十二頁，2022年，8月28日U1U2V2w1V1w2U1U2V1V2W1W2電動機內(nèi)部合成磁場方向：向下第三十九頁，共八十二頁，2022年，8月28日同理分析，可得其它電流角度下的磁場方向：U1U2V2W1V1W2U2V1W2U1V2W1AU2V2W1V1W2U1U1U2V2w1V1w2第四十頁，共八十二頁，2022年，8月28日三、旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速大小交流電變化

一個周期，旋轉(zhuǎn)磁場在空間轉(zhuǎn)過360°。則同步轉(zhuǎn)速（旋轉(zhuǎn)磁場的速度）為：W1U1U2V2V1W2U1U2V2V1W2W1W1U1U2V2V1W2W1t第四十一頁，共八十二頁，2022年，8月28日三相異步電動機的同步轉(zhuǎn)速（旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速）磁極對數(shù)P=1P=3P=4P=5P=6P=2同步轉(zhuǎn)速n1(f=50HZ)3000轉(zhuǎn)/分1500轉(zhuǎn)/分1000轉(zhuǎn)/分750轉(zhuǎn)/分600轉(zhuǎn)/分500轉(zhuǎn)/分第四十二頁，共八十二頁，2022年，8月28日旋轉(zhuǎn)方向：取決于三相電流的相序。注意：只要將接入定子繞組的三相交流電任意換接其中兩相，旋轉(zhuǎn)磁場的方向改變，電機的旋轉(zhuǎn)方向也改變。

四、旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向第四十三頁，共八十二頁，2022年，8月28日結(jié)論：(1)在對稱的三相繞組中通入三相電流，可以產(chǎn)生在空間旋轉(zhuǎn)的合成磁場。(2)磁場旋轉(zhuǎn)方向與電流相序一致。電流相序為A-B-C時磁場順時針方向旋轉(zhuǎn)；電流相序為A-C-B時磁場逆時針方向旋轉(zhuǎn)。交換任意兩相輸入就可以使電機反轉(zhuǎn)。(3)磁場轉(zhuǎn)速(同步轉(zhuǎn)速)與電流頻率有關(guān)，改變電流頻率可以改變磁場轉(zhuǎn)速。對兩極(一對磁極)磁場，電流變化一周，則磁場旋轉(zhuǎn)一周。同步轉(zhuǎn)速no與磁場磁極對數(shù)p的關(guān)系為：第四十四頁，共八十二頁，2022年，8月28日五轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動原理和轉(zhuǎn)差率旋轉(zhuǎn)磁場→轉(zhuǎn)子電流→電磁轉(zhuǎn)矩→使轉(zhuǎn)子沿著旋轉(zhuǎn)磁場的方向旋轉(zhuǎn)。靜止的轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場之間有相對運動，在轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，并在形成閉合回路的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電流，其方向用右手定則判定。轉(zhuǎn)子電流在旋轉(zhuǎn)磁場中受到磁場力F的作用，F(xiàn)的方向用左手定則判定。電磁力在轉(zhuǎn)軸上形成電磁轉(zhuǎn)矩。電磁轉(zhuǎn)矩的方向與旋轉(zhuǎn)磁場的方向一致。第四十五頁，共八十二頁，2022年，8月28日電動機在正常運轉(zhuǎn)時，其轉(zhuǎn)速n總是稍低于同步轉(zhuǎn)速no，因而稱為異步電動機。

異步電動機同步轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的差值與同步轉(zhuǎn)速之比稱為轉(zhuǎn)差率，用s表示，即：

轉(zhuǎn)差率是異步電動機的一個重要參數(shù)。異步電動機在額定負(fù)載下運行時的轉(zhuǎn)差率約為1%~9%。電動機起動瞬間:（轉(zhuǎn)差率最大）第四十六頁，共八十二頁，2022年，8月28日例：有一臺4極感應(yīng)電動機，電壓頻率為50Hz，轉(zhuǎn)速為1440r／min，試求這臺感應(yīng)電動機的轉(zhuǎn)差率。

解：因為磁極對數(shù)：所以同步轉(zhuǎn)速為：轉(zhuǎn)差率為：第四十七頁，共八十二頁，2022年，8月28日

空載運行是指電動機通電后已經(jīng)轉(zhuǎn)動但沒有帶機械負(fù)載的情況。特點：空載電流小，功率因數(shù)和效率都很低。注意：選則電動機時，不要用大容量的電動機去拖動小功率的機械負(fù)載（俗稱“大馬拉小車”）。

有載運行是指電動機拖動一個生產(chǎn)機械運轉(zhuǎn)，電動機的轉(zhuǎn)速和電流會隨著負(fù)載的變化而變化。一、空載運行二、有載運行第四十八頁，共八十二頁，2022年，8月28日三、三相異步電動機的特性1．轉(zhuǎn)子電路分析相對轉(zhuǎn)速為sn0，電流（大小和頻率）決定于S。第四十九頁，共八十二頁，2022年，8月28日相對轉(zhuǎn)速為旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速減轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，為sn0為n=0，即s-1時的轉(zhuǎn)子漏抗。

第五十頁，共八十二頁，2022年，8月28日結(jié)論：轉(zhuǎn)子電流隨轉(zhuǎn)差率減小而減小。在啟動時最大。第五十一頁，共八十二頁，2022年，8月28日電磁轉(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。跟轉(zhuǎn)子電流的有功分量I2和cosφ2和磁通有關(guān)。常數(shù)每極磁通轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)子電路的轉(zhuǎn)矩公式的推導(dǎo)

第五十二頁，共八十二頁，2022年，8月28日將其中參數(shù)代入：得到轉(zhuǎn)矩公式第五十三頁，共八十二頁，2022年，8月28日2、三相電動機的特性10n1Tn2電動機的機械特性曲線：電動機產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n的關(guān)系曲線。轉(zhuǎn)矩特性曲線機械特性曲線S=0S=1根據(jù)：額定轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)速第五十四頁，共八十二頁，2022年，8月28日Tn1n23、三個重要轉(zhuǎn)矩

當(dāng)電動機的啟動轉(zhuǎn)矩TST大于負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩TL時，電動機轉(zhuǎn)動起來。否則將起動不了。

起動轉(zhuǎn)矩：電動機起動時的轉(zhuǎn)矩。S=1第五十五頁，共八十二頁，2022年，8月28日n1Tn2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。式中PN是電動機的額定功率，單位為kW；nN是電動機的額定轉(zhuǎn)速，單位是r/min。TN單位:（牛頓?米）nN第五十六頁，共八十二頁，2022年，8月28日解：第一臺：第二臺：第五十七頁，共八十二頁，2022年，8月28日如果電機將會因帶不動負(fù)載而停轉(zhuǎn)。最大轉(zhuǎn)矩：電機帶動最大負(fù)載的能力。n1Tn2電動機的啟動能力,約為1.0~2.2?；\式異步電動機為1.0~1.2。電動機的過載能力，約為1.6~2.5。一般異步電動機約為2.第五十八頁，共八十二頁，2022年，8月28日電動機的自適應(yīng)負(fù)載能力

電動機的電磁轉(zhuǎn)矩可以隨負(fù)載的變化而自動調(diào)整，這種能力稱為自適應(yīng)負(fù)載能力。常用特性段n1n2T

自適應(yīng)負(fù)載能力是電動機區(qū)別于其它動力機械的重要特點。（如：柴油機當(dāng)負(fù)載增加時，必須由操作者加大油門，才能帶動新的負(fù)載。）直至新的平衡。此過程中，根據(jù)能量守恒，電源提供的功率自動增加。

第五十九頁，共八十二頁，2022年，8月28日4、電磁轉(zhuǎn)矩與電源電壓的關(guān)系結(jié)論：

電動機的電磁轉(zhuǎn)矩對電壓很敏感，電磁轉(zhuǎn)矩T與電動機定子繞組所加電壓U的平方成正比。T∝U2第六十頁，共八十二頁，2022年，8月28日例已知某三相異步電動機UN=380V，cosφN=0.82效率η=84%，額定功率PN=4KW，額定轉(zhuǎn)速nN=1440r/min，試求：額定電流、額定轉(zhuǎn)矩TN、啟動轉(zhuǎn)矩Tst、最大轉(zhuǎn)矩Tm（過載能力為2.2，啟動能力為1.8）。試問在電壓降低30%（即電壓為額定值的70%）、負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩為額定值的80%的重載情況下，能否啟動？為什么？滿載時能否啟動？為什么？解:因為所以求得IN=8.8A第六十一頁，共八十二頁，2022年，8月28日當(dāng)電壓降低30%時,根據(jù)T∝U2，對應(yīng)的啟動轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩Tm=2.2TN=2.2×26.5=58.4(N·m)啟定轉(zhuǎn)矩Tst=1.8TN=1.8×26.5=47.8(N·m)額定轉(zhuǎn)矩第六十二頁，共八十二頁，2022年，8月28日當(dāng)負(fù)載滿載時＜∴不可以啟動當(dāng)負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩為額定值的80%的重載情況下＞TL=21.2N·m∴可以啟動第六十三頁，共八十二頁，2022年，8月28日四.三相異步電動機的啟動、調(diào)速、制動1、三相異步電動機的啟動

電動機從接通電源至加速到正常轉(zhuǎn)速的過程，稱為啟動過程。

對于小型電機需幾秒種，大型電機則需十幾秒甚至幾十秒。起動電流Ist：中小型鼠籠式電機起動電流為額定電流的5-7倍。第六十四頁，共八十二頁，2022年，8月28日大電流使電網(wǎng)電壓降低頻繁起動時造成熱量積累電機過熱影響：定子電流很大原因：起動時n2=0，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條切割磁力線速度很大。轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢很大轉(zhuǎn)子電流很大影響其它負(fù)載正常工作第六十五頁，共八十二頁，2022年，8月28日三相異步機的起動方法：（1）直接起動。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（3）轉(zhuǎn)子串電阻起動。第六十六頁，共八十二頁，2022年，8月28日（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。Y－起動Y－起動

起動U1V1W1U2V2W2U1W2V1V2U2W1正常運行第六十七頁，共八十二頁，2022年，8月28日U1W2V1V2W1UPU2正常運行設(shè)：電機每相阻抗為ZIlΔU1BW1U2V2W2起動UP'IlY第六十八頁，共八十二頁，2022年，8月28日自耦變壓器上備有抽頭，以便根據(jù)所要求的起動轉(zhuǎn)矩來選擇不同的電壓。自耦變壓器降壓啟動優(yōu)點:不受電動機繞組接線方法的限制，常用于起動容量較大的電動機。缺點:是設(shè)備費用高，不宜頻繁起動。全壓運行FUL1L2L3降壓啟動SA1SA2M3~第六十九頁，共八十二頁，2022年，8月28日轉(zhuǎn)子串電阻起動定子RRR線繞式轉(zhuǎn)子起動時將適當(dāng)?shù)腞串入轉(zhuǎn)子繞組中，起動后將R短路?！ァ-T122IIR電動機啟動時達(dá)到限制啟動電流的目的第七十頁，共八十二頁，2022年，8月28日2、三相異步電動機的調(diào)速1.變頻調(diào)速無級調(diào)速變頻電源可變

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)是變頻電源（常由整流器、逆變器等組成）。

隨著電子器件的成本不斷降低和可靠性不斷提高，這種調(diào)速方法的應(yīng)用將越來越廣泛。調(diào)速方法：第七十一頁，共八十二頁，2022年，8月28日2.變極調(diào)數(shù)有級調(diào)速。3.改變轉(zhuǎn)差率無級調(diào)速ST

通過改變定子繞組的接法來改變磁極對數(shù)p，達(dá)到調(diào)速的目的。注意：只能實現(xiàn)小范圍調(diào)速。調(diào)速性能差第七十二頁，共八十二頁，2022年，8月28日電風(fēng)扇調(diào)速電路第七十三頁，共八十二頁，2022年，8月28日制動方法：

1.抱閘：加機械抱閘；

2.反接制動：停車時，將電動機接電源的任意兩相反接，使電動機產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場方向與原來的旋轉(zhuǎn)方向相反，以達(dá)制動的目的；

3、三相異步電動機的制動注意：為限制電流，在制動時要在定子或轉(zhuǎn)子中串電阻。反接制動時，定子旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子的相對轉(zhuǎn)速很大。即切割磁力線的速度很大，造成I2，引起I1。第七十四頁，共八十二頁，2022年，8月28日M3~+-運行制動n2F轉(zhuǎn)子3.能耗制動：停車時，斷開交流電源，將任意兩相接到直流電源上，產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩；第七十五頁，共八十二頁，2022年，8月28日五、三相異步電動機銘牌數(shù)據(jù)三相異步電動機型號編號某某電機廠標(biāo)準(zhǔn)編號工作制S1B級絕緣年月防護(hù)等級IP44接法Δ50HZ45Kg380V1440r/minLW82dBY-112M-44.0KW8.8A第七十六頁，共八十二頁，2022年，8月28日圖片15電動機的銘牌上一頁下一頁返回第七十七頁，共八十二頁，2022年，8月28日1.型號Y112M－4磁極數(shù)４(磁極對數(shù)p=2)Y系列異步電動機中心機座高度112mmM表示中機座，L表示長機座，S表示短機座。2.額定功率P2N：

4.0KW指電機在額定運行時轉(zhuǎn)軸上輸出的機械功率。3.額定頻率fN（50Hz）電動機所接交流電的頻率。第七十八頁，共八十二頁，2022年，8月28日4.額定電