章電磁與電動(dòng)器件

§19-2

三相異步電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)直流交流單相三相異步機(jī)同步機(jī)電機(jī)發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)電能)(機(jī)械能機(jī)械能)(電能鼠籠式繞線式按相數(shù)按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)按輸入電能形式按內(nèi)部磁場與軸轉(zhuǎn)速的關(guān)系定子鐵心定子繞組轉(zhuǎn)子接線盒機(jī)座：鐵心：由互相絕緣的硅鋼組成鑄鐵或鑄鋼制成繞組：

線圈的復(fù)雜組合

對稱的三相繞組接線盒一、定子與轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)1定子“△”型連接“Y”型連接W1U1V1V2W2U2電源W1U1V1V2W2U2電源W1U1V1V2W2U2U1V1W1U2V2W2軸：繞組：

帶動(dòng)機(jī)械負(fù)載

轉(zhuǎn)動(dòng)，輸出機(jī)械能鐵心：產(chǎn)生感應(yīng)電流繞線式2轉(zhuǎn)子圓柱型，表面有槽鼠籠式

由互相絕緣的硅鋼組成籠型電動(dòng)機(jī)與繞線型電動(dòng)機(jī)的的比較：籠型：

結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉、工作可靠；不能人為改變電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性。繞線型：結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格較貴、維護(hù)工作量大；轉(zhuǎn)子外加電阻可人為改變電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性。二、三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理閉合，產(chǎn)生

i產(chǎn)生

F=Bli在T=F·r

作用下轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)動(dòng)方向與磁場旋轉(zhuǎn)的方向相同。切割磁力線

e=BlvSN

n1FnF1

工作原理二、三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理U1W2W1V2V1U22

旋轉(zhuǎn)磁場(1)

旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生

iA=ImsinwtiB=Imsin(wt-120

)iC=Imsin(wt+120

)iiBiCiA0120120120NSU1W2W1U2V2V1NSU1U2W2W1V2V1NS旋轉(zhuǎn)大小不變

合成磁場(2)

旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向

旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向與對稱三相電流的相序一致U1U2W2W1V2V1iiBiCiA0(iA)(iB)(iC)n1怎樣實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的反向旋轉(zhuǎn)(逆時(shí)針方向)?任意兩接線端倒位(3)旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速

n1

n1決定于磁場的極數(shù)

極數(shù)與三相繞組的安排有關(guān)

當(dāng)磁極對數(shù)

p=1時(shí)，n1=60f1?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(shí)，產(chǎn)生一對磁極的旋轉(zhuǎn)磁場，即：U1U2V2W1V1W2U1U2V1V2W1W2o

若定子每相繞組由兩個(gè)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'0U1U2U1/U2/V1V2V1/V2/W1W2W1/W2/串聯(lián):并聯(lián):U1U2U1/U2/V1V2V1/V2/W1W2W1/W2/NSNSSSNN

當(dāng)磁極對數(shù)

p=2時(shí)n1，n1=60f1/2n1與磁極對數(shù)p的關(guān)系iiBiCiA0

旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速和電動(dòng)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)機(jī)如果:無轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢和轉(zhuǎn)子電流

轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場間沒有相對運(yùn)動(dòng)，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。3三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n與轉(zhuǎn)差率s異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行中:轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速亦可由轉(zhuǎn)差率求得轉(zhuǎn)差率s電動(dòng)機(jī)起動(dòng)瞬間:（轉(zhuǎn)差率最大）轉(zhuǎn)差率特點(diǎn)：

啟動(dòng)或堵轉(zhuǎn)(電機(jī)卡住)n=0

理想狀態(tài)(沒有摩擦)n=n1

s=0

一般情況n從0

n1，s

從1

0s=1例：一臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)，其額定轉(zhuǎn)速

n=975r/min，電源頻率f1=50Hz。試求電動(dòng)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(dòng)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4反轉(zhuǎn)U1U2W2W1V2V1iiBiCiA0實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的反向旋轉(zhuǎn)(逆時(shí)針方向):任意將三相電源的兩根線對調(diào)位置（如對調(diào)B、C兩相、對調(diào)A、C兩相、對調(diào)A、B兩相），即可使電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。(iA)(iB)(iC)n1

三相異步電動(dòng)機(jī)的電磁關(guān)系與變壓器類似。變壓器：

變化

eU1

E1=4.44f1N1

E2=4.44f2N2

異步電動(dòng)機(jī)每相電路i1u1e1e

1e2e

2i2+－++++－－－－f1f2定子相當(dāng)于變壓器的一次繞組轉(zhuǎn)子相當(dāng)于變壓器的二次繞組三、三相異步電動(dòng)機(jī)電路分析1、定子電路(1).旋轉(zhuǎn)磁場的磁通

異步電動(dòng)機(jī)：旋轉(zhuǎn)磁場切割導(dǎo)體e，

U1

E1=4.44

f1N1

每極磁通旋轉(zhuǎn)磁場與定子導(dǎo)體間的相對速度為n0，所以(2).定子感應(yīng)電勢的頻率f1f1=電源頻率f2、轉(zhuǎn)子電路(1).轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢頻率f2∵定子導(dǎo)體與旋轉(zhuǎn)磁場間的相對速度固定，而轉(zhuǎn)子導(dǎo)體與旋轉(zhuǎn)磁場間的相對速度隨轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速不同而變化

定子感應(yīng)電勢頻率f1

轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢頻率f2

旋轉(zhuǎn)磁場切割定子導(dǎo)體和轉(zhuǎn)子導(dǎo)體的速度不同旋轉(zhuǎn)磁場通過轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢為：

E2=4.44f2N2

(2).轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)勢E2E2=4.44f2N2

=4.44sf1N2

當(dāng)轉(zhuǎn)速n=0(s=1)時(shí)，f2最高，且E2最大，有E20=4.44

f1N2

轉(zhuǎn)子靜止時(shí)的感應(yīng)電勢即E2=

sE20

轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的感應(yīng)電勢(3).轉(zhuǎn)子感抗X2當(dāng)轉(zhuǎn)速n=0(s=1)時(shí)，f2最高，且X2最大，有X20=2

f1L2即X2=

sX20

(4).轉(zhuǎn)子電流I2(5).轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)cos

2轉(zhuǎn)子繞組的感應(yīng)電流轉(zhuǎn)子繞組的感應(yīng)電流轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)

結(jié)論：轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子電路中的各量均與轉(zhuǎn)差率

s有關(guān)，即與轉(zhuǎn)速

n有關(guān)。I2cos

2s1I2,O四、電磁轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)速的關(guān)系U1

n1

v

E2

I2

F

T

n電磁轉(zhuǎn)矩∵

n=0s=1∴

f2=f1∵

E20=4.44f1N2

m∴E2=sE201T與s有著直接的關(guān)系

s

很小

0，T∝ss

很大

∞，T∝1/s0Ts1

最大轉(zhuǎn)矩

起動(dòng)轉(zhuǎn)矩TstTm

額定轉(zhuǎn)矩TNscsN臨界轉(zhuǎn)差率額定轉(zhuǎn)差率2T∝U1，并與R2有關(guān)U1'U10TsR2'R20TsE2=sE203異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性n=f(T2)T2=T-

T0忽略T0

，所以有n=f(T)0Ts1n0n1TstTm0n1nT只有TL=T

，電動(dòng)機(jī)才能拖動(dòng)負(fù)載運(yùn)行。90

五、工作特點(diǎn)機(jī)械特性曲線

n=f(T)TstTm0n1nTTLAB1

運(yùn)行工作點(diǎn)T

=TL

達(dá)到力學(xué)平衡(A、B兩點(diǎn))2

工作點(diǎn)的穩(wěn)定性A點(diǎn)為穩(wěn)定點(diǎn)B點(diǎn)為不穩(wěn)定點(diǎn)為不穩(wěn)定區(qū)為穩(wěn)定區(qū)△TL→△n很小，s只有5%左右，稱其具有硬特性則n1=?若nN

=960r/min，(n1=1000r/min)?ncTstTm機(jī)械特性曲線

n=f(T)0n1nT3

額定工作點(diǎn)1)額定轉(zhuǎn)矩TN電動(dòng)機(jī)軸上輸出的機(jī)械功率2)額定轉(zhuǎn)速nN3)額定功率PNT:N.mP:kWn:r/min4)機(jī)械過載能力一般1.8~2.25)起動(dòng)能力一般1.4~2.2TNnN4

電源電壓對電磁轉(zhuǎn)矩T

的影響0Tnn1U1n10TnT∝U12T與R2有關(guān)5轉(zhuǎn)子電阻對電磁轉(zhuǎn)矩T的影響例:1)解:

一臺(tái)Y225M-4型的三相異步電動(dòng)機(jī)，定子繞組△型聯(lián)結(jié)，其額定數(shù)據(jù)為：P2N=45kW,nN=1480r/min，UN=380V，

N=92.3%，cos

N=0.88，Ist/IN=7.0,Tst/TN=1.9，Tmax/TN=2.2，求：

1)額定電流IN?2)額定轉(zhuǎn)差率sN?3)額定轉(zhuǎn)矩

TN、最大轉(zhuǎn)矩Tmax、和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩TN

。

2）由nN=1480r/min，可知p=23）五銘牌數(shù)據(jù)類型代號(hào)結(jié)構(gòu)--極數(shù)PN：電動(dòng)機(jī)工作在額定條件下輸出的機(jī)械功率工作頻率

f1N定子繞組上應(yīng)加的線電壓UNnN：380V/220V10A/17.3AY/△定子繞組的線電流INTNnN=9550PN

TN其他技術(shù)數(shù)據(jù)：Tst/TNTm/TNIst/IN六起動(dòng)1.全壓起動(dòng)

(直接起動(dòng))

用于20~30kW電動(dòng)機(jī)2.降壓起動(dòng)2

降壓起動(dòng)(1)“Ｙ-△”換接起動(dòng)法

(2)

自耦降壓起動(dòng)1)起動(dòng)補(bǔ)償器2)抽頭k=0.8、0.6或0.4電動(dòng)機(jī)電源根據(jù)對起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的要求選用3)

(3)軟起動(dòng)法1)限流起動(dòng)模式2)限壓起動(dòng)模式電動(dòng)機(jī)按用戶期望的起動(dòng)特性完成起動(dòng)過程軟起動(dòng)器M3~UVWL1L2L3ILIm1Im2It0Ut0UNU0t13繞線型電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方法0Tnn1

適用起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大的生產(chǎn)機(jī)械起重機(jī)例如:起重機(jī)七調(diào)速在同一負(fù)載下得到不同的轉(zhuǎn)速。人為改變電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性

改變電源頻率f1、極對數(shù)p、轉(zhuǎn)差率s1.變磁極對數(shù)調(diào)速NSNSU1U2U1U2U1U2p=2p=1NSU1U2特點(diǎn):

有級調(diào)速p=1

p=2,

p=2

p=4

主要用于調(diào)速范圍大的地方2.

變轉(zhuǎn)差率

s調(diào)速R2<R2'U1n10TnTLTL若TL=TN，則I2>I2N，

適用于繞線型電動(dòng)機(jī)R2'R20