交流電動機(jī)原理及使用

關(guān)于交流電動機(jī)原理及使用第1頁，講稿共51頁，2023年5月2日，星期三1.定子3.1

三相異步電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)鐵心：由內(nèi)周有槽的硅鋼片疊成。A----XB----YC----Z三相繞組機(jī)座：鑄鋼或鑄鐵第2頁，講稿共51頁，2023年5月2日，星期三

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)子鐵心：由外周有槽的硅鋼片疊成。(1)

鼠籠式轉(zhuǎn)子

鐵芯槽內(nèi)放銅條，端部用短路環(huán)形成一體?；蜩T鋁形成轉(zhuǎn)子繞組。(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。鼠籠式繞線式第3頁，講稿共51頁，2023年5月2日，星期三第4頁，講稿共51頁，2023年5月2日，星期三鼠籠式電動機(jī)與繞線式電動機(jī)的的比較：鼠籠式：

結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、工作可靠；不能人為改變電動機(jī)的機(jī)械特性。繞線式：結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價格較貴、維護(hù)工作量大；轉(zhuǎn)子外加電阻可人為改變電動機(jī)的機(jī)械特性。第5頁，講稿共51頁，2023年5月2日，星期三3.2

三相異步電動機(jī)的工作原理第6頁，講稿共51頁，2023年5月2日，星期三3.2.1旋轉(zhuǎn)磁場

定子三相繞組通入三相交流電(星形聯(lián)接)AXBYCZ1.旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生o第7頁，講稿共51頁，2023年5月2日，星期三o規(guī)定i:“+”首端流入，尾端流出。i:“–”尾端流入，首端流出。AYCBZX(?)電流出()電流入第8頁，講稿共51頁，2023年5月2日，星期三tAXYCBZAXYCBZAXYCBZ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°600o第9頁，講稿共51頁，2023年5月2日，星期三分析可知：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(jìn)線，則旋轉(zhuǎn)磁場反轉(zhuǎn)。第10頁，講稿共51頁，2023年5月2日，星期三3.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：otAXBYCZAXYCBZ第11頁，講稿共51頁，2023年5月2日，星期三

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。C'Y'ABCXYZA'X'B'Z'AXBYC第12頁，講稿共51頁，2023年5月2日，星期三極對數(shù)旋轉(zhuǎn)磁場的磁極對數(shù)與三相繞組的排列有關(guān)C'Y'ABCXYZA'X'B'Z'0第13頁，講稿共51頁，2023年5月2日，星期三4.旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速工頻：

旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速取決于磁場的極對數(shù)p=1時0toAXYCBZAXYCBZAXYCBZ第14頁，講稿共51頁，2023年5月2日，星期三p=2時0第15頁，講稿共51頁，2023年5月2日，星期三旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速n0與極對數(shù)p的關(guān)系極對數(shù)每個電流周期磁場轉(zhuǎn)過的空間角度同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速n0與頻率f1和極對數(shù)p有關(guān)。可見:第16頁，講稿共51頁，2023年5月2日，星期三3.2.2電動機(jī)的轉(zhuǎn)動原理1.轉(zhuǎn)動原理AXYCBZ定子三相繞組通入三相交流電方向:順時針

切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體右手定則感應(yīng)電動勢E20旋轉(zhuǎn)磁場感應(yīng)電流I2旋轉(zhuǎn)磁場左手定則電磁力FF電磁轉(zhuǎn)矩TnF第17頁，講稿共51頁，2023年5月2日，星期三3.2.3轉(zhuǎn)差率

旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速和電動機(jī)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。

由前面分析可知，電動機(jī)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，即異步電動機(jī)如果:無轉(zhuǎn)子電動勢和轉(zhuǎn)子電流

轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場間沒有相對運動，磁通不切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)條無轉(zhuǎn)矩因此，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速間必須要有差別。第18頁，講稿共51頁，2023年5月2日，星期三異步電動機(jī)運行中:轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速亦可由轉(zhuǎn)差率求得轉(zhuǎn)差率s

例1：一臺三相異步電動機(jī)，其額定轉(zhuǎn)速

n=975r/min，電源頻率f1=50Hz。試求電動機(jī)的極對數(shù)和額定負(fù)載下的轉(zhuǎn)差率。解：根據(jù)異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場同步轉(zhuǎn)速的關(guān)系可知：n0=1000r/min,即p=3額定轉(zhuǎn)差率為第19頁，講稿共51頁，2023年5月2日，星期三上次課重點內(nèi)容單相交流電和三相交流電的特點、電源及負(fù)載的接法；工業(yè)企業(yè)的配電、照明的配電；了解單相變壓器原理，三相變壓器繞組接法；三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)動原理，轉(zhuǎn)速與極對數(shù)的關(guān)系、轉(zhuǎn)差率的概念；第20頁，講稿共51頁，2023年5月2日，星期三電動機(jī)在額定負(fù)載時的轉(zhuǎn)矩。1.額定轉(zhuǎn)矩TNOT額定轉(zhuǎn)矩(N?m)

如某普通機(jī)床的主軸電機(jī)(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3.3三相異步電動機(jī)的機(jī)械特性第21頁，講稿共51頁，2023年5月2日，星期三2.最大轉(zhuǎn)矩Tmax

轉(zhuǎn)子軸上機(jī)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(jī)帶動最大負(fù)載的能力。OTTmax第22頁，講稿共51頁，2023年5月2日，星期三過載系數(shù)(能力)一般三相異步電動機(jī)的過載系數(shù)為工作時必須使T2

<Tmax

，否則電機(jī)將停轉(zhuǎn)。電機(jī)嚴(yán)重過熱而燒壞。第23頁，講稿共51頁，2023年5月2日，星期三3.起動轉(zhuǎn)矩Tst電動機(jī)起動時的轉(zhuǎn)矩。起動時n=0時，s=1Tst體現(xiàn)了電動機(jī)帶載起動的能力。

若

Tst

>T2電機(jī)能起動，否則不能起動。OTTst起動能力第24頁，講稿共51頁，2023年5月2日，星期三3.4

三相異步電動機(jī)銘牌數(shù)據(jù)1.型號

磁極數(shù)(極對數(shù)p=2)例如：Y132M－4

用以表明電動機(jī)的系列、幾何尺寸和極數(shù)。機(jī)座長度代號機(jī)座中心高（mm）三相異步電動機(jī)教材表8.8.1中列出了各種電動機(jī)的系列代號。第25頁，講稿共51頁，2023年5月2日，星期三異步電動機(jī)產(chǎn)品名稱代號產(chǎn)品名稱異步電動機(jī)繞線式異步電動機(jī)防爆型異步電動機(jī)高起動轉(zhuǎn)矩異步電動機(jī)新代號漢字意義老代號Y異異繞異爆異起YRYBYQJ、JOJR、JROJB、JBOJQ、JQO第26頁，講稿共51頁，2023年5月2日，星期三2.接法接線盒定子三相繞組的聯(lián)接方法。通常V1W2U1W1U2V2U2U1W2V1V2W1U1V1W1W2U2V2W2U2V2V1W1U1Y聯(lián)結(jié)W1U1V1W2U2V2聯(lián)結(jié)第27頁，講稿共51頁，2023年5月2日，星期三3.電壓例如：380/220V、Y/是指線電壓為380V時采用Y聯(lián)結(jié)；線電壓為220V時采用

聯(lián)結(jié)。說明：一般規(guī)定，電動機(jī)的運行電壓不能高于或低于額定值的5%。因為在電動機(jī)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(jī)的電流大于額定值,從而使電動機(jī)過熱。電動機(jī)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(jī)的額定電壓有380V，3000V,

及6000V等多種。第28頁，講稿共51頁，2023年5月2日，星期三4.電流例如：Y/6.73/11.64A

表示星形聯(lián)結(jié)下電機(jī)的線電流為6.73A；三角形聯(lián)結(jié)下線電流為11.64A。兩種接法下相電流均為6.73A。

5.功率與效率鼠籠電機(jī)

=72~93％電動機(jī)在額定運行時定子繞組的線電流值。額定功率是指電機(jī)在額定運行時軸上輸出的機(jī)械功率P2，它不等于從電源吸取的電功率P1。第29頁，講稿共51頁，2023年5月2日，星期三注意：實用中應(yīng)選擇容量合適的電機(jī)，防止出現(xiàn)“大馬拉小車”的現(xiàn)象。6.功率因數(shù)PN

三相異步電動機(jī)的功率因數(shù)較低，在額定負(fù)載時約為0.7~0.9?？蛰d時功率因數(shù)很低，只有

0.2~0.3。額定負(fù)載時，功率因數(shù)最高。7.額定轉(zhuǎn)速電機(jī)在額定電壓、額定負(fù)載下運行時的轉(zhuǎn)速。P2cosO第30頁，講稿共51頁，2023年5月2日，星期三如：n

N=1440轉(zhuǎn)/分

sN=0.048.絕緣等級指電機(jī)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(105oC)，H級最高(180oC)。第31頁，講稿共51頁，2023年5月2日，星期三3.5

三相異步電動機(jī)的起動3.5.1起動性能

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(jī)起動電流為額定電流的5~7倍;電動機(jī)的起動轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的(1.0~2.2)倍。大電流使電網(wǎng)電壓降低，影響鄰近負(fù)載的工作頻繁起動時造成熱量積累，使電機(jī)過熱后果：原因：起動：

n=0，s=1,接通電源。起動時，n=0，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割磁力線速度很大，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢轉(zhuǎn)子電流定子電流

第32頁，講稿共51頁，2023年5月2日，星期三3.5.2

起動方法(1)直接起動

二、三十千瓦以下的異步電動機(jī)一般都采用直接起動。(2)降壓起動：星形-三角形(Y－)

換接起動自耦降壓起動（適用于鼠籠式電動機(jī)）(3)轉(zhuǎn)子串電阻起動（適用于繞線式電動機(jī)）以下介紹降壓起動和轉(zhuǎn)子串電阻起動。第33頁，講稿共51頁，2023年5月2日，星期三1.降壓起動(1)Y－換接起動

降壓起動時的電流為直接起動時的+－

起動U1U2V1V1W1W2+－正常運行U1U2V1V2W1W2

降壓起動時的轉(zhuǎn)矩為直接起動時的第34頁，講稿共51頁，2023年5月2日，星期三(2)自耦降壓起動L1L3L2FUQQ2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)QQ2

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(jī)。第35頁，講稿共51頁，2023年5月2日，星期三RRR滑環(huán)電刷定子轉(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

2.繞線式電動機(jī)轉(zhuǎn)子電路串電阻起動?第36頁，講稿共51頁，2023年5月2日，星期三

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(jī)械上。TO轉(zhuǎn)子電路串電阻起動的特點第37頁，講稿共51頁，2023年5月2日，星期三

方法：任意調(diào)換電源的兩根進(jìn)線，電動機(jī)反轉(zhuǎn)。電動機(jī)正轉(zhuǎn)電動機(jī)反轉(zhuǎn)三相異步電動機(jī)的正、反轉(zhuǎn)電源~UVWM3~UVW電源~M3~第38頁，講稿共51頁，2023年5月2日，星期三3.6.1變頻調(diào)速(無級調(diào)速)

f=50Hz逆變器M3~整流器f1、U1可調(diào)+–~變頻調(diào)速方法恒轉(zhuǎn)距調(diào)速（f1<f1N）恒功率調(diào)速（f1>f1N）頻率調(diào)節(jié)范圍：0.5~幾百赫茲三種電氣調(diào)速方法3.6

三相異步電動機(jī)的調(diào)速第39頁，講稿共51頁，2023年5月2日，星期三3.6.2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。A1X1A2X2iiP=2··A1A2X1X2··NNSS第40頁，講稿共51頁，2023年5月2日，星期三A1X1A2X2ii??P=1

采用變極調(diào)速方法的電動機(jī)稱作雙速電機(jī)，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(jī)床上。A1··A2X1X2SN第41頁，講稿共51頁，2023年5月2日，星期三To3.6.3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(jī)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。nn'??TLTLs

′s??Tso第42頁，講稿共51頁，2023年5月2日，星期三功率的選擇

功率選得過大不經(jīng)濟(jì)，功率選得過小電動機(jī)容易因過載而損壞。1.對于連續(xù)運行的電動機(jī)，所選功率應(yīng)等于或略大于生產(chǎn)機(jī)械的功率。2.對于短時工作的電動機(jī)，允許在運行中有短暫的過載，故所選功率可等于或略小于生產(chǎn)機(jī)械的功率。三相異步電動機(jī)的選擇第43頁，講稿共51頁，2023年5月2日，星期三種類和型式的選擇1.種類的選擇

一般應(yīng)用場合應(yīng)盡可能選用鼠籠式電動機(jī)。只有在需要調(diào)速、不能采用鼠籠式電動機(jī)的場合才選用繞線式電動機(jī)。2.結(jié)構(gòu)型式的選擇

根據(jù)工作環(huán)境的條件選擇不同的結(jié)構(gòu)型式，如開啟式、防護(hù)式、封閉式電動機(jī)。

根據(jù)電動機(jī)的類型、功率以及使用地點的電源電壓來決定。Y系列鼠籠電動機(jī)的額定電壓只有380V一個等級。大功率電動機(jī)才采用3000V和6000V。第44頁，講稿共51頁，2023年5月2日，星期三

單相異步電動機(jī)主要應(yīng)用于電動工具、洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)、電風(fēng)扇等小功率電器中。單相異步電動機(jī)的定子中放置單相繞組,轉(zhuǎn)子一般用鼠籠式。定子繞組中通入單相交流電后,形成脈動磁場，若不采取措施，將無法獲得所需的起動轉(zhuǎn)矩。3.7.1

單相異步電動機(jī)的工作原理3.7

單相異步電動機(jī)

當(dāng)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45頁，講稿共51頁，2023年5月2日，星期三

為了獲得所需的起動轉(zhuǎn)矩，單相異步電動機(jī)的定子進(jìn)行了特殊設(shè)計。常用的單相異步電動機(jī)有電容分相式異步電動機(jī)和罩極式異步電動機(jī)。他們都采用鼠籠式轉(zhuǎn)子，但定子結(jié)構(gòu)不同。3.7.2電容分相式異步電動機(jī)

電容分相式異步電動機(jī)的定子中放置有兩個繞組，一個是工作繞組A–A'，另一個是起動繞組B–B',兩個繞組在空間相隔90o。起動時，B–B'繞組經(jīng)電容接電源，兩個繞組的電流相位相