電工技術(shù)第六章 電動機

第六章電動機6.2三相異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩與機械特性6.1三相異步電動機的結(jié)構(gòu)和工作原理6.3三相異步電動機的使用6.4單相異步電動機6.5同步電動機簡介6.6直流電動機簡介本章要求：了解三相異步電動機的轉(zhuǎn)動原理掌握三相異步電動機的啟動與制動方法掌握三相異步電動機的機械特性交流電動機電動機直流電動機鼠籠式繞線式異步機同步機他勵、并勵、串勵、復勵電動機的分類第一節(jié)

三相異步電動機的結(jié)構(gòu)和工作原理YBZXAC轉(zhuǎn)子定子定子繞組（三相）機座線繞式鼠籠式鼠籠轉(zhuǎn)子一、基本結(jié)構(gòu)1.定子定子是由定子鐵心、定子繞組和機座組成。2.轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)軸三局部組成。

異步電動機定子與轉(zhuǎn)子之間的空氣間隙稱為氣隙，異步電動機的氣隙比同容量直流電動機的氣隙小得多。在中、小型異步電動機中，氣隙一般為0.2

～1.5mm左右。3.氣隙異步電動機的勵磁電流是由電網(wǎng)供給的，氣隙的變化通常會使勵磁電流變化，從而影響電動機的功率因數(shù)。異步電動機的氣隙是均勻的，大小為機械條件所能允許到達的最小值。鼠籠式電動機與繞線式電動機的的比較：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的機械特性。繞線式：結(jié)構(gòu)復雜、價格較貴、維護工作量大；轉(zhuǎn)子外加電阻可人為改變電動機的機械特性。磁鐵閉合線圈e方向用右手定那么確定f方向用左手定那么確定〔一〕轉(zhuǎn)動原理二、工作原理磁極旋轉(zhuǎn)導線切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢導線長度磁感應(yīng)強度切割速度〔右手定那么〕閉合導線產(chǎn)生電流

i（左手定則）通電導線在磁場中受力1.線圈跟著磁鐵轉(zhuǎn)→兩者轉(zhuǎn)動方向一致

結(jié)論：2.線圈比磁場轉(zhuǎn)得慢異步

3.轉(zhuǎn)差率

旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速和電動機轉(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不可能到達與旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速相等，即異步電動機如果: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)速間必須要有差異。異步電動機運行中:轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速亦可由轉(zhuǎn)差率求得轉(zhuǎn)差率s電動機額定運行時，其轉(zhuǎn)差率(稱額定轉(zhuǎn)差率)很小，一般中小型電動機的=2%～6%；而在啟動瞬間，，則。

AYCBZ異步機中,旋轉(zhuǎn)磁場代替了旋轉(zhuǎn)磁極(?)電流出(

)電流入X1.旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生〔二〕三相異步電動機的旋轉(zhuǎn)磁場AXYCBZAXBYCZ合成磁場方向：向下XBZAYCAXYCBZAXYCBZ同理分析，可得其它電流角度下的磁場方向：旋轉(zhuǎn)方向：取決于三相電流的相序。改變電機的旋轉(zhuǎn)方向：換接其中兩相。2.旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向

一個電流周期，旋轉(zhuǎn)磁場在空間轉(zhuǎn)過360°。電流頻率為fHz，那么磁場1/f秒旋轉(zhuǎn)1圈，每秒旋轉(zhuǎn)f圈。每分鐘旋轉(zhuǎn)：n1稱為同步轉(zhuǎn)速3.旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速極對數(shù)〔P〕的概念A(yù)XBYCZ此種接法下，合成磁場只有一對磁極，則極對數(shù)為1。即：AXYCBZ極對數(shù)〔P〕的改變C'Y'ABCXYZA'X'B'Z'將每相繞組分成兩段，按右以下圖放入定子槽內(nèi)。形成的磁場那么是兩對磁極。AXBYCZ極對數(shù)C'Y'ABCXYZA'X'B'Z'極對數(shù)和轉(zhuǎn)速的關(guān)系三相異步電動機的同步轉(zhuǎn)速極對數(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）:電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向與磁場旋轉(zhuǎn)的方向一致，但異步電動機無轉(zhuǎn)距轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場間沒有相對運動無轉(zhuǎn)子電動勢（轉(zhuǎn)子導體不切割磁力線）無轉(zhuǎn)子電流提示：如果

例一臺三相異步電動機，其額定轉(zhuǎn)速

n=975r/min，電源頻率f1=50Hz。試求電動機的極對數(shù)和額定負載下的轉(zhuǎn)差率。解：根據(jù)異步電動機轉(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.旋轉(zhuǎn)磁場的大小式中中的和對某固定電動機是個定值，只要和一定，旋轉(zhuǎn)磁場的每極磁通幾乎不變。因此，在三相電源的頻率和每相電壓恒定不變的條件下，異步電動機的旋轉(zhuǎn)磁場是個穩(wěn)定的磁場。

1.轉(zhuǎn)子電路的根本公式旋轉(zhuǎn)磁場在轉(zhuǎn)子每相繞組中感應(yīng)出的電動勢為其有效值為式中，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-n一、電磁轉(zhuǎn)矩第二節(jié)

三相異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩和機械特性和定子電流一樣，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。因此，對于轉(zhuǎn)子每相電路，有如用復數(shù)表示，那么為式中，R2和X2——轉(zhuǎn)子每相繞組的電阻和漏磁感抗在n=0，即S=1時，轉(zhuǎn)子電動勢為為轉(zhuǎn)子最大電動勢可見轉(zhuǎn)子電動勢E2與轉(zhuǎn)差率S有關(guān)。轉(zhuǎn)子每相電路的電流為

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)子導體被磁力線切割的速度提高，于是E2增加，I2也增加。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)。電磁轉(zhuǎn)矩

T=KT

I2cos

2

電磁轉(zhuǎn)矩是由旋轉(zhuǎn)磁場

和轉(zhuǎn)子電流的有功分量相互作用而產(chǎn)生的，所以常數(shù)，與電機結(jié)構(gòu)有關(guān)旋轉(zhuǎn)磁場每極磁通轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)2.電磁轉(zhuǎn)矩公式OTS1電磁轉(zhuǎn)矩公式3.轉(zhuǎn)矩特性由公式可知電磁轉(zhuǎn)矩公式1)T與定子每相繞組電壓成正比。U1

T

2)當電源電壓U1一定時，T是

s的函數(shù)。3)R2

的大小對

T有影響。繞線式異步電動機可外接電阻來改變轉(zhuǎn)子電阻R2

，從而改變轉(zhuǎn)距。OTS＞＞OTS＜＜T與的關(guān)系對的影響

OTS根據(jù)轉(zhuǎn)矩公式得特性曲線：OT1二、機械特性電動機在額定負載時的轉(zhuǎn)矩。1.額定轉(zhuǎn)矩TNOT額定轉(zhuǎn)矩(N?m)如某普通機床的主軸電機(Y132M-4型)的額定功率為7.5kw,額定轉(zhuǎn)速為1440r/min,那么額定轉(zhuǎn)矩為2.最大轉(zhuǎn)矩Tmax轉(zhuǎn)子軸上機械負載轉(zhuǎn)矩T2不能大于Tmax，否那么將造成堵轉(zhuǎn)(停車)。電機帶動最大負載的能力。令：求得臨界轉(zhuǎn)差率OTTmax將scr代入轉(zhuǎn)矩公式，可得當U1

一定時，Tmax為定值過載系數(shù)(能力)一般三相異步電動機的過載系數(shù)為工作時必須使T2<Tmax，否那么電機將停轉(zhuǎn)。電機嚴重過熱而燒壞。(2)scr與R2有關(guān)，R2

scr

n。繞線式電機改變轉(zhuǎn)子附加電阻R′2可實現(xiàn)調(diào)速。

3.啟動轉(zhuǎn)矩Tst電動機啟動時的轉(zhuǎn)矩。啟動時n=0時，s=1(2)Tst與R2有關(guān)，適當使

R2

Tst

。對繞線式電機改變轉(zhuǎn)子附加電阻

R′2,可使Tst=Tmax

。Tst表達了電動機帶載啟動的能力。假設(shè)Tst>TL電機能啟動，否那么不能啟動。OTTst啟動能力[例]某臺三相異步電動機的額定數(shù)據(jù)為：PN＝4.5kW，nN＝950r／min，效率N＝84.5％，UN＝380V，cosN＝0.84，接成星形〔Y〕，f1＝50Hz，過載系數(shù)＝2，啟動能力Kst＝1.7。求：〔1〕磁極對數(shù)P；〔2〕額定轉(zhuǎn)差率sN；〔3〕額定轉(zhuǎn)矩TN；〔4〕額定輸入功率P1N；〔5〕定子的額定電流IN；〔6〕最大轉(zhuǎn)矩Tmax；〔7〕啟動轉(zhuǎn)矩Tst。[解]〔1〕根據(jù)nN＝950r／min，可以得出n0＝1000r／min

磁極對數(shù)〔2〕額定轉(zhuǎn)差率為〔3〕額定轉(zhuǎn)矩為=45.24N

m〔4〕額定輸入功率〔5〕根據(jù)額定電流

〔7〕最大啟動轉(zhuǎn)矩Tst＝KstTN＝1.745.24=76.91Nm〔6〕最大轉(zhuǎn)矩Tmax＝TN＝245.24=90.48Nm4.機械特性分析n0n0TabcTstTmnNTNd機械特性是異步電動機在額定頻率及額定電壓下工作，并按規(guī)定的接線方法接線，定子及轉(zhuǎn)子電路中不接電阻或電抗時所得到的曲線，如下圖。n0n0TabcTstTmnNTN啟動過程：d當Tst>T2時,電機啟動在cb段n↑→s↓T↑→ba段在ab段n↑→s↓T↓→T=T2T2=TN(在d點)ab段為穩(wěn)定運行區(qū)域，bc段為不穩(wěn)定運行區(qū)域→

s↑直到T=

T2'

電機穩(wěn)定運行在新的轉(zhuǎn)速下,工作于d'點那么:n↓———n

=(1–

s)n0→

T↑n0n0TabcTstTmT2'd'n'nNTN=T2N

d轉(zhuǎn)矩平衡方程式T=T2+T0

=負載轉(zhuǎn)矩+空載轉(zhuǎn)矩.轉(zhuǎn)速平衡過程：

電動機工作在穩(wěn)定運行區(qū)時,具有自適應(yīng)能力。例如,原來在額定負載下穩(wěn)定運行(工作于d點),若負載轉(zhuǎn)矩突然增大為

T2',

T'2>TN

，1)U1變化對機械特性的影響U

Tm

Tst

TLTO人為機械特性2)R2變化對機械特性的影響TOR2

Tst

n

硬特性：負載變化時，轉(zhuǎn)速變化不大，運行特性好。軟特性：負載增加時轉(zhuǎn)速下降較快，但啟動轉(zhuǎn)矩大，啟動特性好。

一、銘牌第三節(jié)

三相異步電動機的使用電動機銘牌上的數(shù)據(jù)是正確使用電動機的依據(jù)。因此，了解各數(shù)據(jù)的意義是正確使用電動機的前提。三相異步機銘牌1.型號

磁極數(shù)(極對數(shù)p=2)例如：Y132M－4

用以說明電動機的系列、幾何尺寸和極數(shù)。機座長度代號機座中心高（mm）三相異步電動機異步電動機產(chǎn)品名稱代號產(chǎn)品名稱異步電動機繞線式異步電動機防爆型異步電動機高起動轉(zhuǎn)矩異步電動機新代號漢字意義老代號Y異異繞異爆異起YRYBYQJ、JOJR、JROJB、JBOJQ、JQO2.功率

電動機在額定狀態(tài)下運行時，其軸上輸出的機械功率，單位為W或KW。3.電壓

電動機額定狀態(tài)下運行時定子繞組上應(yīng)加的線電壓，單位為V或KV。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，電動機的運行電壓不能高于或低于額定值的5%。因為在電動機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的電流大于額定值,從而使電動機過熱。三相異步電動機的額定電壓有380V，3000V,

及6000V等多種。4.電流

電動機在額定狀態(tài)下運行時，定子繞組的線電流，單位為A或KA。例如：

Y/

6.73/11.64A

表示星形聯(lián)結(jié)下電機的線電流為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.接法接線盒定子三相繞組的聯(lián)接方法。通常D2D6D1D3D4D5D4D1D6D2D5D3D1D2D3D6D4D5D6D4D5D2D3D1Y聯(lián)結(jié)D3D1D2D6D4D5聯(lián)結(jié)6.轉(zhuǎn)速電動機在額定狀態(tài)下〔UN、IN、PN〕運行時電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，單位為r／min。如：n

N=1440轉(zhuǎn)/分

sN=0.04注意：額定負載時，功率因數(shù)最高。

PNP2cos

O7.功率因數(shù)銘牌上的功率因數(shù)是指電動機在額定運行下定子電路的功率因數(shù)。三相異步電動機的功率因數(shù)較低，額定負載時約為0.7～0.9，而在輕載和空載時更低，空載時只有0.2～0.3。因此，必須正確選擇電動機的容量，以防止“大馬拉小車〞，并力求縮短空載運行時間。8.溫升

銘牌上的溫升是指環(huán)境溫度為40℃時，電動機在運行中定子繞組發(fā)熱而升高的溫度。電動機發(fā)熱，影響絕緣材料，而各種材料的耐熱性能不同，所以電機的容許溫升與絕緣等級有關(guān)，見下表。

絕緣等級AEBFH允許最熱點溫度（℃）105120130155180最高允許溫升（℃）（環(huán)境溫度為40℃）6075801001259.絕緣等級

指電機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)。二、三相異步電動機的啟動1.啟動中的問題啟動初始瞬間，n=0，s=1〔1〕啟動電流IST大，5~7IN。頻繁啟動會使電動機過熱。

過大的啟動電流在短時間內(nèi)會在線路上造成較大的電壓降落，影響鄰近負載的正常工作?！?〕啟動轉(zhuǎn)矩TST不大，雖然剛啟動時轉(zhuǎn)子電流較大，但轉(zhuǎn)子感抗大，使轉(zhuǎn)子的功率因數(shù)很低,不能帶動較大負載啟動?！?〕直接啟動〔全壓啟動〕直接啟動就是在電機啟動時直接給電動機的三相定子繞組加額定電壓的啟動方法。特點：啟動轉(zhuǎn)矩??；啟動電流大，比額定值大4~7倍；影響同一電網(wǎng)上其它負載的正常工作。優(yōu)點：簡單、方便、經(jīng)濟、啟動過程快，適用于中小型籠型異步電動機。2.啟動方法直接啟動條件：是否可采用直接啟動，要看電動機與變壓器容量之間的比例而定。對于不經(jīng)常啟動的異步電動機，其容量應(yīng)小于變壓器容量的30%；對于頻繁啟動的異步電動機，其容量應(yīng)小于變壓器容量的20%。〔2〕降壓啟動

啟動時降低電動機的電源電壓，以限制啟動電流，待電動機轉(zhuǎn)速接近穩(wěn)定轉(zhuǎn)速時，再把電壓恢復正常。啟動轉(zhuǎn)矩與外加電壓平方成正比，降壓的同時也大大的降低了啟動轉(zhuǎn)矩，因此這種方法使用于輕載或空載啟動。1〕星形—三角形〔Y-〕轉(zhuǎn)換降壓啟動FU~~W2U1U2V1V2W1Q1轉(zhuǎn)子定子繞組只適用于正常運行時為

接法的電動機。

Q2YU1U2V1W1V2W2Y型W1V1U1U2V2W2

型FU~~W2U1U2V1V2W1Q1轉(zhuǎn)子定子繞組

Q2Y

啟動電流和啟動轉(zhuǎn)矩都降低到直接啟動時的三分之一。

型Y型IlY/Il

=1/3TstY/Tst

=UPY2/UP

2

=(Ul/3)2

(Ul)2=1/3IlY=IPY=UPY/|Z|=Ul/(3|Z|)Il

=3IP

=

3UP

/

|Z|=3Ul/|Z|~U1U2V1V2W1W2~Q1Q2運轉(zhuǎn)起動三相自耦變壓器M3

~2〕自耦變壓器降壓啟動~U1U2V1V2W1W2~Q1Q2運轉(zhuǎn)起動三相自耦變壓器M3

~Ist=(0.55)2

Ist"自耦變壓器抽頭有0.55,0.64,0.73等Ist=

(0.55)

Ist'IstIst"Ist'如:變壓器變比那么變壓器副方電流為—=0.551n而變壓器原方電流電動機起動轉(zhuǎn)矩Tst=(0.55)2

Tst"結(jié)論:

電動機啟動電流Ist和啟動轉(zhuǎn)矩Tst均為直接啟動的1/n2。

繞線式電動機啟動時，在轉(zhuǎn)子繞組中串電阻，減小啟動電流。3〕繞線轉(zhuǎn)子異步電動機的啟動2

R2+XS2E2I2=————2

啟動時先將啟動變阻器的阻值置于最大位置，隨著轉(zhuǎn)速的上升，逐漸減小啟動電阻，直到電動機轉(zhuǎn)速接近額定值時，再全部切除啟動電阻，使電動機進入正常運行狀態(tài)。轉(zhuǎn)子串電阻啟動，不但減小了啟動電流而且增大了cos

2，提高了啟動轉(zhuǎn)矩。啟動電阻Q定子繞組轉(zhuǎn)子繞組滑環(huán)電刷~~假設(shè)R2選的適當，轉(zhuǎn)子電路串電阻啟動既可以降低啟動電流，又可以增加啟動轉(zhuǎn)矩。常用于要求啟動轉(zhuǎn)矩較大的生產(chǎn)機械上。R2-TTst

-TO轉(zhuǎn)子電路串電阻啟動的特點現(xiàn)有一臺異步電動機銘牌數(shù)據(jù)如下：PN=10kW，nN=1460r/min，UN=380/220V，星-三角聯(lián)結(jié)，ηN=0.868，cosφ1N=0.88，Ist/IN=6.5，Tst/TN=1.5，[例]試求：〔1〕額定電流和額定轉(zhuǎn)矩；〔2〕電源電壓為380V時，電動機的接法及直接啟動的啟動電流和啟動轉(zhuǎn)矩；〔3〕電源電壓為220V時，電動機的接法及直接啟動的啟動電流和啟動轉(zhuǎn)矩；〔4〕要求采用星—三角啟動，其啟動電流和啟動轉(zhuǎn)矩。此時能否帶60%和25%PN負載轉(zhuǎn)矩。解〔1〕IN=星形聯(lián)結(jié)時，UN=380V,故相應(yīng)額定電流：三角形聯(lián)結(jié)時，UN=220V，那么相應(yīng)額定電流：TN=9550PN/nN=9550×10/1460N·m兩種連接方式下：〔2〕電源電壓為380V時，電動機正常運行應(yīng)為星形聯(lián)結(jié)，直接啟動時：IstY=6.5INY=6.5×19.9A=129.35ATstY=1.5TN=1.5×65.4N·m=98.1N·m〔3〕電源電壓為220V時，電動機正常運行應(yīng)為三角形聯(lián)結(jié)，直接啟動時：IstD=6.5IND=6.5×34.4A=224ATND=1.5TN=1.5×65.4N·m=98.1N·m（4）星—三角啟動只適用于正常運行為三角形的電動機，故正常運行應(yīng)在三角形，相應(yīng)電源電壓為220V。啟動時為星形聯(lián)結(jié)，定子繞組相電壓等于其額定相電壓的1/，即127V。所以:IstY=1/3×IstD=1/3×224A=74.6ATstY=×TstD=1/3×98.1N·m=32.7N·m60%TN負載下啟動時的對抗轉(zhuǎn)矩:T2st=0.6TN=0.6×65.4N·m=39.2N·mT2st>Tst，故不能啟動。25%TN負載下啟動時的對抗轉(zhuǎn)矩T2st<Tst，故能啟動。T2st=0.25TN=0.25×65.4N·m=16.4N·m例:

1)解:

一臺Y225M-4型的三相異步電動機，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和啟動轉(zhuǎn)矩TN

。2〕由nN=1480r/min，可知p=2〔四極電動機〕3〕解：在上例中(1)如果負載轉(zhuǎn)矩為510.2N?m,試問在U=UN和U′=0.9UN兩種情況下電動機能否啟動？〔2〕采用Y-換接啟動時，求啟動電流和啟動轉(zhuǎn)矩。又當負載轉(zhuǎn)矩為啟動轉(zhuǎn)矩的80%和50%時，電動機能否啟動？

(1)在U=UN時

Tst=551.8N?m>510.2N.m不能啟動

(2)Ist

=7IN=784.2=589.4A

在U′=0.9UN時能啟動例:在80%額定負載時不能啟動在50%額定負載時可以啟動(3)

方法：任意調(diào)換電源的兩根進線，電動機即可實現(xiàn)反轉(zhuǎn)。電動機正轉(zhuǎn)電動機反轉(zhuǎn)三、三相異步電動機的反轉(zhuǎn)電源~UVWM3~UVW電源~M3~所謂電動機的制動狀態(tài)是指其電磁轉(zhuǎn)矩Tem與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的方向相反的運行狀態(tài)。電動機運行于制動狀態(tài)時，吸收機械能并轉(zhuǎn)換為電能，該電能消耗在電機內(nèi)部或反響回電網(wǎng)。常見的制動方法有能耗制動、反接制動和發(fā)電反響制動三種。四、三相異步電動機的制動制動方法機械制動電氣制動能耗制動反接制動發(fā)電反響制動1.能耗制動~~Q運轉(zhuǎn)制動Rr

+–M3~SNnff制動時定子接入直流電源產(chǎn)生固定磁場,i2受到阻轉(zhuǎn)矩；當n→0,

i2→0,T→0

制動:將動能→電能→熱能優(yōu)點：能耗小，制動準確、平穩(wěn)，不會反轉(zhuǎn)缺點：需要另外加直流電源e2(i2)?2.反接制動Q正轉(zhuǎn)制動將三相中的任意兩相對調(diào)，產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩，使M停機。優(yōu)點：方法簡單，制動效果好。缺點：能量消耗大。旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子的相對轉(zhuǎn)速為(n1+n)→

I2

→

I1

必須在籠型電動機的定子或繞線式電動機的轉(zhuǎn)子中串入電阻R，以防止燒壞繞組。~~M3

~R3.發(fā)電反響制動

n0nFn>n0當轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n超過旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n1時，這時的轉(zhuǎn)矩是制動轉(zhuǎn)矩。F五、三相異步電動機的調(diào)速

調(diào)速是指同一負載下用人為的方法調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速，以滿足生產(chǎn)過程的需要。根據(jù)異步電動機轉(zhuǎn)速的公式可知，異步電動機調(diào)速的方法有改變定子極對數(shù)p、改變電源頻率f1和改變轉(zhuǎn)差率s三種。

改變定子繞組所形成的磁極對數(shù)與改變電源頻率的調(diào)速方法適用于籠型異步電動機，它們是改變旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速n0的調(diào)速方法。

改變電動機轉(zhuǎn)差率的方法只適用于繞線式異步電動機，它不改變旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n0，而是在轉(zhuǎn)子繞組電路中串聯(lián)電阻，改變轉(zhuǎn)差率，實現(xiàn)對電動機的調(diào)速?！屑壵{(diào)速

變極調(diào)速是通過改變異步電動機定子旋轉(zhuǎn)磁場磁極對數(shù)來改變旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速n0，從而實現(xiàn)調(diào)速。當極對數(shù)增加一倍時，旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n0就降低一半，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速也將降低一半，顯然這種調(diào)速方法是有級調(diào)速。1.變極調(diào)速一般情況下，通過改變電動機定子繞組的連接方式，即可改變旋轉(zhuǎn)磁場的磁極對數(shù)。但由于磁極是成對變化的，所以這種調(diào)速是有級的，不能連續(xù)調(diào)節(jié)。A1X1A2X2iiP=2··A1A2X1X2··NNSSA1X1A2X2ii??P=1采用變極調(diào)速方法的電動機稱作雙速電機，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、磨床等機床上。A1··A2X1X2SNn1=1500

3000r/m

采用改變電源頻率的方法進行調(diào)速稱作變頻調(diào)速。當連續(xù)調(diào)節(jié)電源頻率時，可獲得平滑的調(diào)速，即無級調(diào)速。異步電動機的變頻調(diào)速機械特性如下圖。調(diào)速時，隨頻率的變化機械特性曲線平行地上下移動，特別在低速區(qū)，特性硬度好，調(diào)速范圍大，調(diào)速的相對穩(wěn)定性和平滑性較好，適用于恒轉(zhuǎn)矩負載。2.變頻調(diào)速Tn0f1f

1f

1n

nNn

TN=TLf

1

>f1

>f1

p=

(1–s)

——60

f1n

=(1–s)

n0調(diào)速方法繞線式電動機在轉(zhuǎn)子繞組中串入電阻R2,可改變轉(zhuǎn)差率s和轉(zhuǎn)速n。a.小范圍無級調(diào)速特點:b.R2大→

特性變軟3.改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速OTS＜＜六、三相異步電動機的選擇1.類型的選擇一般應(yīng)用場合應(yīng)盡可能選用鼠籠式電動機。只有在需要調(diào)速、不能采用鼠籠式電動機的場合才選用繞線式電動機。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、防護式、封閉式電動機。電動機的轉(zhuǎn)速愈低那么體積愈大，價格也愈高，功率因數(shù)和效率也就低，因此電動機的轉(zhuǎn)速要根據(jù)機械的要求和傳動裝置的具體情況加以選定。異步電動機的轉(zhuǎn)速有3000r/min；1500r/min；1000r/min；750r/min；600r/min等幾種，這是由于電動機的磁極對數(shù)的不同而定的。電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速由于存在著轉(zhuǎn)差率，一般比同步轉(zhuǎn)速約低2%~5%。一般情況下，可選用同步轉(zhuǎn)速為1500r/min的電動機，因為這個轉(zhuǎn)速下的電動機適應(yīng)性較強，而且功率因數(shù)和效率也高。假設(shè)電動機的轉(zhuǎn)速與該機械的轉(zhuǎn)速不一致，可選取轉(zhuǎn)速稍高的電動機通過機械變速裝置使其一致。3.轉(zhuǎn)速的選擇4.容量的選擇容量選的過大不經(jīng)濟，選的過小電動機容易因過載而損壞?！?〕對于連續(xù)運行的電動機，所選功率應(yīng)等于或略大于生產(chǎn)機械的功率?！?〕對于短時工作的電動機，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)機械的功率。第四節(jié)

單相異步電動機單相異步電動機由單相交流電源供電。這種電動機在小型工業(yè)裝置和家用電器中得到十分廣泛的應(yīng)用。壁扇電機

臺扇電機

全自動洗衣機電機

一、結(jié)構(gòu)特點和根本原理單相異步電動機在結(jié)構(gòu)上與三相籠形異步電動機類似，也包括定子和轉(zhuǎn)子兩局部，其中定子由繞組和鐵心組成。鐵心一般由0.5mm的硅鋼片疊壓而成。繞組分為主繞組和副繞組，主繞組又稱工作繞組，副繞組又稱起動繞組或輔助繞組。單相異步電動機的轉(zhuǎn)子也由鐵心和繞組組成。其中鐵心也由0.5mm的硅鋼片疊壓而成，繞組常為鑄鋁籠型。定子轉(zhuǎn)子定子繞組〔一〕結(jié)構(gòu)特點〔二〕根本原理定子放單相繞組〔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。單相異步電動機的特點：〔1〕自身沒有起動轉(zhuǎn)矩

....F轉(zhuǎn)子導條及電流當定子繞組產(chǎn)生的合成磁場增加時，根據(jù)右手螺旋定那么和左手定那么，可知轉(zhuǎn)子導條左、右受力大小相等方向相反，所以沒有起動轉(zhuǎn)矩?！?〕轉(zhuǎn)子借助其它力量轉(zhuǎn)動后，外力去除后仍按原方向繼續(xù)轉(zhuǎn)動。其原理分析如下：

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：

+

-=

+

-=

mt

m

脈動磁場的分解④⑥⑧⑧

③⑦⑦⑨⑨⑥⑤②①

+

-

①

-

+

+

-

②③④⑤

正反向旋轉(zhuǎn)磁場的合成轉(zhuǎn)矩特性合成轉(zhuǎn)矩(正向)起動轉(zhuǎn)矩為零(反向)正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)反單相異步電動機的力矩特點：為了獲得所需的起動轉(zhuǎn)矩，單相異步電動機的定子進行了特殊設(shè)計。常用的單相異步電動機有電容分相式異步電動機和罩極式異步電動機。他們都采用鼠籠式轉(zhuǎn)子，但定子結(jié)構(gòu)不同?！惨弧畴娙莘窒嗍絾蜗喈惒诫妱訖C

電容分相式異步電動機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差近90o，即可獲得所需的旋轉(zhuǎn)磁場。二、實用成品單相異步電動機電容分相式異步電動機iAS??ABB'???A

~iB設(shè)兩相電流為兩相電流正弦波形如下圖。工作繞組iBiAO起動繞組ABB'A'ABB'A'ABB'A'兩相旋轉(zhuǎn)磁場450900iBiAO實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)的電路改變電容C的串聯(lián)位置，可使單相異步電動機反轉(zhuǎn)。將開關(guān)S合在位置1，電容C與B繞組串聯(lián)，電流iB較iA超前近90

；當將S切換到位置2，電容C與A繞組串聯(lián)，電流iA

較iB

超前近90

。這樣就改變了旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向，從而實現(xiàn)電動機的反轉(zhuǎn)。電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動起來后，利用離心力將開關(guān)S斷開(S是離心開關(guān))，使起動繞組B–B′斷電。S???ABB'???iAiBA

12~M~〔二〕罩極式單相異步電動機~~i

1

2定子繞組鼠籠式轉(zhuǎn)子短路環(huán)極掌(極靴)當電流i流過定子繞組時，產(chǎn)生了一局部磁通1，同時產(chǎn)生的另一局部磁通與短路環(huán)作用生成了磁通2。由于短路環(huán)中感應(yīng)電流的阻礙作用，使得2在相位上滯后1，從而在電動機定子極掌上形成一個向短路環(huán)方向移動的磁場，使轉(zhuǎn)子獲得所需的起動轉(zhuǎn)矩。

罩極式單相異步電動機起動轉(zhuǎn)矩較小，轉(zhuǎn)向不能改變，常用于電風扇、吹風機中；電容分相式單相異步電動機的起動轉(zhuǎn)矩大，轉(zhuǎn)向可改變，故常用于洗衣機等電器中。三、單相異步電動機的反轉(zhuǎn)和調(diào)速1.單相異步電動機的反轉(zhuǎn)分相式電動機的反轉(zhuǎn)改變單相異步電動機的起動繞組或工作繞組的電流方向。就可以改變單相異步電動機的轉(zhuǎn)向，電路原理如下圖。單相罩極式電動機和帶有離心開關(guān)的電動機，一般不能改變轉(zhuǎn)向。2.單相異步電動機的調(diào)速

通過改變電源電壓或電動機結(jié)構(gòu)參數(shù)的方法，從而改變電動機轉(zhuǎn)速的過程，稱為調(diào)速。常用的調(diào)速方法有兩種：第一是外電路降壓法；第二種是通過改變定子繞組的匝數(shù)調(diào)速?！?〕串聯(lián)電抗器調(diào)速

將電動機主、副繞組并聯(lián)后再與電抗器串聯(lián)。調(diào)速開關(guān)接高速檔，電機繞組直接接電源，轉(zhuǎn)速最高；調(diào)速開關(guān)接中、低速檔，電機繞組串聯(lián)不同的電抗器，總電抗增大，轉(zhuǎn)速降低。用此方法調(diào)速比較靈活，電路結(jié)構(gòu)簡單，維修方便，但需要專用電抗器，本錢高，耗能大，低速起動性能差。〔2〕串聯(lián)調(diào)速繞組調(diào)速串聯(lián)調(diào)速繞組調(diào)速，實際上是把電抗器調(diào)速法的電抗嵌入定子槽中，通過改變中間繞組與主、副繞組的連接方式，來調(diào)整磁場的大小和橢圓度，從而調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速。采用這種方法調(diào)速，節(jié)省了電抗器，本錢低、功耗小、性能好，但工藝較復雜。實際應(yīng)用中有L型和T型繞組抽頭調(diào)速兩種方法。1〕L型繞組的抽頭調(diào)速2〕T型繞組的抽頭調(diào)速〔3〕利用晶閘管調(diào)速晶閘管調(diào)壓調(diào)速是通過改變晶閘管的導通角來改變電動機的電壓波形，從而改變電壓的有效值已到達調(diào)速的目的。圖示為吊扇使用的雙向晶閘管調(diào)壓調(diào)速電路。三相異步電動機在運行過程中，假設(shè)其中一相與電源斷開，就成為單相電動機運行。此時電動機仍將繼續(xù)轉(zhuǎn)動。假設(shè)此時還帶動額定負載，那么勢必超過額定電流，時間一長，會使電動機燒壞。這種情況往往不易覺察，在使用電動機時必須注意。如果三相異步電動機在起動前就斷了一線，那么不能起動，此時只能聽到嗡嗡聲，這時電流很大，時間長了，也會使電動機燒壞。☆

三相異步電動機的單相運行第五節(jié)

同步電動機簡介與感應(yīng)電機一樣，同步電機也是由定子及轉(zhuǎn)子兩大局部所組成，定子上有三相交流繞組；轉(zhuǎn)子上那么有勵磁繞組，通入直流電流后，能產(chǎn)生磁場。定子：同步電機的定子有時也稱為電樞，由定子鐵芯、電樞三相繞組、機座和端蓋等部件所組成。轉(zhuǎn)子：同步電機的轉(zhuǎn)子有兩種結(jié)構(gòu)型式，即凸極式和隱極式。這是根據(jù)定轉(zhuǎn)子之間的氣隙的分布情況來定義的。三相交流同步電動機的結(jié)構(gòu)示意圖如下圖。同步電動機的定子與異步電動機的定子相同，定子三相繞組接入三相電源后，產(chǎn)生轉(zhuǎn)速的旋轉(zhuǎn)磁場。但同步電動機的轉(zhuǎn)子不同，它的轉(zhuǎn)子上裝有磁極，勵磁繞組通入直流電流，產(chǎn)生磁場。

同步電動機在定子三相繞組接入三相電源，轉(zhuǎn)子繞組內(nèi)通入直流電流后，轉(zhuǎn)子的磁極在定子旋轉(zhuǎn)磁場的帶動下以旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動，在一定的負載轉(zhuǎn)矩下，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速始終能夠保持與同步轉(zhuǎn)速相同。

同步電動機的另一個特點是功率因數(shù)可以改變，調(diào)節(jié)勵磁電流可以將功率因數(shù)調(diào)整到1或調(diào)節(jié)成電流領(lǐng)先，即成為容性。由于這些特點，一些大功率恒轉(zhuǎn)速的設(shè)備，如大型鼓風機、壓縮機等，多采用同步電動機拖動。

同步電動機在使用時存在著不能自行啟動的問題，因為同步電動機啟動時，由于慣性的原因，轉(zhuǎn)子來不及跟隨旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)動。為了使電動機能自行啟動，通常在同步電動機的轉(zhuǎn)子上還裝有籠型繞組，稱為啟動繞組，使同步電動機異步啟動。當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動起來，轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速時再將轉(zhuǎn)子的勵磁繞組通入直流電，產(chǎn)生轉(zhuǎn)子磁極使電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)入同步運行。

第六節(jié)

直流電機簡介直流電機是機械能和直流電能互相轉(zhuǎn)換的旋轉(zhuǎn)機械裝置。直流電機分直流電動機和直流發(fā)電機兩大類。將直流電能轉(zhuǎn)化為機械能的稱為直流電動機，將機械能轉(zhuǎn)化為直流電能的稱為直流發(fā)電機。直流電機的特點直流電動機

●調(diào)速范圍寬，易于平滑調(diào)節(jié)●過載、起動、制動轉(zhuǎn)矩大●易于控制●調(diào)速時能量損失較小直流發(fā)電機給直流電動機、電解、電鍍、冶煉、充電、交流發(fā)電機勵磁等作為直流電源。主要缺點換向困難，使容量受到限制。有換向器，費工費料、造價昂貴，需要經(jīng)常維護，壽命較短?？煽啃圆?。對環(huán)境要求高。直流電機的用途直流電動機應(yīng)用于對起動和調(diào)速性能要求較高的生產(chǎn)機械，例如電力機車、軋鋼機、大型機床、礦井卷揚機、船舶機械、造紙和紡織機械等都廣泛采用直流電動機作為原動機。(a〕地鐵列車

(b)城市電車

(c〕電動自行車

(d)造紙機

直流電動機的應(yīng)用直流發(fā)電機主要用作各種直流電源，如直流電動機電源、化學工業(yè)中所需的低電壓大電流的直流電源，直流電焊機電源等，如下圖。(a〕電解鋁車間

(b)電鍍車間

直流發(fā)電機的用途

一、直流電機的構(gòu)造旋轉(zhuǎn)部分:靜止部分:定子轉(zhuǎn)子中間有氣隙1.定子定子由機座、磁路〔稱為磁軛〕、主磁極和換向磁極以及電刷裝置等組成。機座是電機的機械支撐，磁軛為磁極間提供磁阻較小的磁通路。主磁極用來產(chǎn)生磁場，它由鐵芯和繞組兩局部組成。磁極的鐵芯由硅鋼片疊成，固定在機座上。繞組由漆包銅線繞制而成，繞組繞在鐵芯上。換向極是裝在兩個主磁極間的小磁極，其作用是改善換向性能。小功率直流電機一般不裝換向極。在小型直流電機中，也有用永久磁鐵作為磁極的。2.轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子又稱電樞，是電機的旋轉(zhuǎn)局部。它由電樞鐵芯和繞組兩局部組成。鐵芯由0.5mm厚的硅鋼片疊成，外表沖有槽，槽中放有繞組。繞組由圓形或矩形漆包銅線繞制而成。3.換向器

換向器又稱整流子，它的作用是把繞組內(nèi)部的交流電動勢用機械換接的方法，轉(zhuǎn)換為直流電動勢。換向器是由很多彼此絕緣的換向片構(gòu)成的。

在換向器外表用彈簧壓著固定的電刷，使轉(zhuǎn)動的電樞繞組得以同外電路連接起來。換向器(a)普通型(b)塑料換向器右圖為直流發(fā)電機的物理模型，N、S為定子磁極，abcd是固定在可旋轉(zhuǎn)導磁圓柱體上的線圈，線圈連同導磁圓柱體稱為電機的轉(zhuǎn)子或電樞。線圈的首末端a、d連接到兩個相互絕緣并可隨線圈一同旋轉(zhuǎn)的換向片上。轉(zhuǎn)子線圈與外電路的連接是通過放置在換向片上固定不動的電刷進行的。

二、直流電機的工作原理直流電動機的根本工作原理載流導體ab、cd在磁場中產(chǎn)生電磁力f形成電磁轉(zhuǎn)矩帶動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)直流電動機工作原理模型產(chǎn)生磁場：〔N、S極〕基于電磁力定律：左手定那么

1.直流發(fā)電機此時，導體ab在N極下，a點高電位，b點低電位〔右手定那么〕；導體cd在S極下，c點高電位，d點低電位；電刷A極性為正，電刷B極性為負。原動機帶動逆時針旋轉(zhuǎn)

因此電刷A的極性總是正的，電刷B的極性總是負的，在電刷A、B兩端可獲得直流電動勢。

當原動機驅(qū)動電機轉(zhuǎn)子逆時針旋轉(zhuǎn)1800

后，如右圖。導體ab在S極下，a點低電位，b點高電位；導體cd在N極下，c點低電位，d