《电工学电动机》PPT课件.ppt

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1、Electric Motor,第6章 电动机,电工与电子技术,电机概述,6.1,6.2,三相异步电动机的基本结构,6.3,三相异步电动机的工作原理,6.4,三相异步电动机的铭牌数据,三相异步电动机的机械特性,6.5,三相异步电动机的起动,6.6,1了解三相异步电动机的构造与转动原理，理解旋转磁场的特性。2了解定子电路和转子电路中的电压、电流关系。3重点掌握电动机电磁转矩和机械特性。4了解异步电动机的起动、调速、反转、制动原理和方法。5理解异步电动机的铭牌数据。6了解单相异步电动机构造与工作原理。,案例6.1 异步电动机应用极为广泛。例如，在工业方面：中小型轧钢设备、各种金属切削机床、轻工机械、

2、矿山机械、通风机、压缩机等；在农业方面：水泵、脱粒机、粉碎机及其他农副产品加工机械等都是用异步电动来拖动的。此外，与人民日常生活密切相关的电扇、洗衣机等设备中都用到异步电动机。,电机(electric machine)是实现能量转换或信号转换的电磁装置。电能 机械能,种类：(1)动力电机：直流电机和交流电机,他励电机 并励电机 串励电机 复励电机,异步电机 同步电机,(2)控制电机 伺服电动机：电压信号转化为角位移或角速度；测速发电机(electirc generator)：将转速转化为电压信号；自 整 角 机：实现角度的传输、变换和接受；步进电动机：电脉冲信号转化为转角或转速；旋转变压器：转

3、角信号变换成电压信号；感应同步器：转角位移或直线位移转换成电压信号。,种类：,三相异步电动机(three-phase asynchronous motor)主要部件是由定子和转子两大部分组成。此外，还有端盖、机座、轴承、风扇等部件。,电动机的外形,三相异步电动机的定子是由机座、定子铁心和定子绕组组成。,基座,铁心,定子绕组,端盖,一.定子,接线柱的连接,星形联结,三角形联结,一.定子,根据转子绕组结构的不同又分为笼型转子和绕线型转子。,笼型转子,绕线型转子,转子铁心,转轴,二.转子,1.二极旋转磁场,旋转磁场由三相电流通过三相对称绕组产生。,对称：,三相对称负载,空间对称分布,旋转磁场是三相异

4、步电动机工作的基础。,电机是利用电与磁的相互转化和相互作用制成的。,一.旋转磁场(revolving magnetic field),三相(多相)绕组中流过三相(多相)电流。,U1 U2 通入 iU V1 V2 通入 iV W1 W2 通入 iW,一.旋转磁场,1.二极旋转磁场,t=0,N,S,i1=0，U1，U2端电流为零,t=0,一.旋转磁场,1.二极旋转磁场,i3为正，W1端流入，W2端流出,i2为负，V1端流出，V2端流入,t=90,N,S,t=90,i1为正，U1端流入，U2端流出i2为负，V1端流出，V2端流入i3为负，W1端流出，W2端流入,一.旋转磁场,1.二极旋转磁场,2.四

5、极旋转磁场,t=0i1=0，U1,U2,U3,U4端电流为零i2为负,V1,V3端流出,V2,V4端流入i3为正,W1,W3端流入,W2,W4端流出,一.旋转磁场,t=90i1为正,U1,U3端流入,U2,U3端流出i2为负,V1,V3端流出,V2,V4端流入i3为负,W1,W3端流出,W2,W4端流入,一.旋转磁场,2.四极旋转磁场,一.旋转磁场,3.旋转磁场的转速,在t=0到90期间，两极旋转磁场旋转了90，而四极旋转磁场旋转了45。磁场的磁极数（极对数p）越多，旋转磁场的转速n0（称为同步转速:synchronous speed）越低。规律是：,f 1=50 Hz 时,不同极对数（p）时

6、的同步转速n0如下:,其中，f 1为定子电流的频率,一.旋转磁场,3.旋转磁场的转速,旋转方向：取决于三相电流的相序。,4.旋转磁场的转向,旋转磁场是沿着：,U1,V1,W1,i1U1，i2V1，i3W1,一.旋转磁场,旋转磁场是沿着：,U1,W1,V1,i1U1，i2W1，i3V1,任意对调两根电源进线，磁场反转。,一.旋转磁场,4.旋转磁场的转向,对称三相绕组通入对称三相电流,旋转磁场(磁场能量),磁场切割转子绕组,转子绕组中产生 e 和 i,转子绕组在磁场中受到电磁力的作用,转子旋转起来,机械负载旋转起来,三相交流电能,输出机械能量,二.工作原理,1.电磁转矩(electromagnet

7、ic torque)的产生,右手定则,左手定则,二.工作原理,转子绕组（铜条）切割旋转磁场产生感应电流 用右手定则判断电流的方向,电流在磁场中受力 用左手定则判断力的方向,工作原理示意图,2.转子转速n 小于磁场同步转速 n0,n n0,称异步电动机,二.工作原理,1.电磁转矩的产生,异步电动机起动时:n=0，s=1在接近同步转速n0时:n n0，s0,3.电动机转速和旋转磁场同步转速的关系：,n 与 n0 方向一致。n n0，,转差率(slip):,起动(堵转)时:n=0，s=1理想空载时:n=n0，s=0正常工作时:0 s 1,故称异步电动机或感应电动机,二.工作原理,起动时：n=0,n=

8、n0 转子电磁感应最强 转子电路电量的频率：f2=f1 当n n 转子电路电流的频率 f2（f1）稳定运行时：n=n0n很小,转子电路频率的变化：,f2=f1 很小,4.转子电流的频率,二.工作原理,例6.2.1：一台三相异步电动机，其额定转速 nN=975 r/min，电源频率 f1=50 Hz。试求电动机的极对数和额定负载下的转差率。,解：,根据异步电动机转子转速与旋转磁场同步转速的关系可知：n0=1000 r/min,即p=3,额定转差率为,例题,5.电磁转矩的方向,转子旋转的方向与旋转磁场的转向相同。,电磁转矩的方向与旋转磁场的转向一致。,任意对调两根电源进线，电动机反转。,二.工作原

9、理,与电动机结构有关的参数转子电流转子电路的功率因数定子绕组的相电压电动机起动（n=0）时转子的电抗,1.电磁转矩：公式,三.电磁转矩,若负载变化，转矩平衡被打破，转子切割旋转磁场的速度变化，转子电路的感应电动势变化，转子电流变化，转矩变化，达到新的平衡。,2.空载转矩,由风阻的轴承摩擦等形成的阻转矩,3.电动机的输出转矩,4.负载转矩：生产机械的阻转矩,5.转矩平衡,忽略空载转矩 时,三.电磁转矩,转轴上输出的转矩为:T2=T T0,电动机稳定运行，即匀速转动:T2=T L,转矩平衡:T=T L+T0,T T L T2,若TL,TTL,n,(n0 n),切割加快,E2,I2,F,T,至T=T

10、L,以较原转速低的n 重新匀速转动,三.电磁转矩,5.转矩平衡,1.电动机（轴上）输出的机械功率P2,2.电动机的输入功率P1,是电动机的规律因数，就是每相定子绕组的功率因数,3.电动机的功率损耗P,包括铜损耗PCu、铁损耗PFe和机械损耗PMe,4.电动机的效率,四.功率关系,例6.2.2：某三相异步电动机，极对数 p=2，定子绕组三角形联结，接于 50 Hz、380 V 的三相电源上工作，当负载转矩 TL=91 Nm 时，测得 I1L=30 A，P1=16 kW，n=1 470 r/min，求该电动机带此负载运行时的 s、P2、和。,=87.5%,解：,例题,三相异步电动机型 号 Y132

11、S6功 率 3 kW 频 率 50Hz电 压 380 V 电 流 7.2 A 联 结 Y转 速 960r/min 功率因数 0.76 绝缘等级 B,1.型号 Y异步电动机，YR绕线式异步电动机，YB防爆型异步电动机。Y132S6,机座长度代码：S短机座，M中机座，L长机座,三相异步电动机,机座中心高度(132mm),磁极数(6),机座长度代码（短机座）,2.额定功率 PN：额定状态下轴上输出机械功率P23.额定电压 UN：额定状态下定子绕组上的线电压UL4.额定电流 IN：额定状态下定子绕组上的线流IL 电动机的额定电压和额定电流与定子三相绕组的接法有关，有些电动机有星形和三角形两种接法。例某

12、三相异步电动机铭牌上表示为：380V/660V，/Y,2/1.15A。,三相异步电动机型 号 Y132S6功 率 3 kW 频 率 50Hz电 压 380 V 电 流 7.2 A 联 结 Y转 速 960r/min 功率因数 0.76 绝缘等级 B,5.额定频率fN：额定状态下，定子绕组所加交流电压的频率6.额定转速nN：额定状态下，转子的转速接近于同步转速n0 7.额定转差率sN：额定状态下，转子的转差率接近于零sN=0.010.098.额定功率因数 额定状态下，定子每相绕组的功率因数 N：cos N,三相异步电动机型 号 Y132S6功 率 3 kW 频 率 50Hz电 压 380 V 电

13、 流 7.2 A 联 结 Y转 速 960r/min 功率因数 0.76 绝缘等级 B,9.绝缘等级：电动机的绝缘等级如下表所示,三相异步电动机型 号 Y132S6功 率 3 kW 频 率 50Hz电 压 380 V 电 流 7.2 A 联 结 Y转 速 960r/min 功率因数 0.76 绝缘等级 B,例6.4.1：Y180M-2型三相异步电动机，PN=22kW，UN=380V，三角形联结，IN=42.2A，N=0.89，fN=50HZ，nN=2 940r/min。求额定状态下运行时的:(1)转差率；(2)定子绕组的相电流；(3)输入有功功率；(4)效率。,例题,解：,(1)(2)(3)(

14、4),固有特性(intrinsic characteristic):在额定电压、额定频率，转子电路不外串电阻或电抗时的 T=f(s)和 n=f(T),人为特性(artificial characteristic):在改变电压、频率及转子电路参数时的 T=f(s)和 n=f(T),n=f(T),T=f(s),转矩特性(torque characteristic):异步机的 T 与 s 之间的关系,机械特性(mechanical characteristic):异步机 n 与T 之间的关系,概念,转 机矩 械特 特性 性,N,M,N,M,S,S,转矩特性,返 回,转矩与转差率之间的关系：,机械特性

15、,1.额定状态,额定转速(rated speed)nN接近于同步转速n0额定转差率(rated slip)sN接近于零，sN=0.010.09额定转矩(rated torque)的计算公式：,三相异步电动机的机械特性具有硬特性(hard characteristic)，负载变化时转速变化不大。,转矩的平衡过程：电动机在运行过程中若负载增大，TLT，则转子转速降低，转子切割旋转磁场的速度增大，转子电流增大，转子转矩增大，达到与负载转矩的平衡。,N,M,N,M,S,S,一.固有特性,转矩特性,返 回,转矩与转差率之间的关系：,机械特性,2.临界状态（最大转矩maximum torque状态）,临界

16、转差率(critical slip)sM可由转矩公式对转差率s求导数得到,导数=0。将sM代入转矩公式就能求得最大转矩TM,三相异步电动机可以短时过载运行，过载时TN TM,这时转子不转动，转子电流很大，时间一长，会烧坏电机。过载系数KM,通常为22.2。,S,S,N,M,N,M,一.固有特性,返 回,3.起动状态,起动转矩(starting torque)必须大于负载转矩，TSTL起动转矩与额定转矩的比值Ks一般为1.62.2起动电流(starting current)与额定电流的比值Kc一般为5.57在转矩公式中，当s=1时，就能求得起动转矩的计算公式：,一.固有特性,转矩与转差率之间的关

17、系：,转矩特性,机械特性,S,S,N,M,N,M,返 回,解：(1)(2)(3),例题,例6.5.1：某三相异步电动机，额定功率PN=45kW，额定转速nN=2 970r/min，KM=2.2，KS=2.0。若TL=200N.m。试问能否带此负载:(1)长期运行；(2)短时运行；(3)直接起动。,由于TN TL，故不能带此负载长期运行。,由于TM TL，故可以带负载短时运行。,由于TSTL，故可以带负载直接起动。,1.降低定子电压U1时的人为特性,转矩特性,机械特性,由最大转矩的计算公式和起动转矩的计算公式，降低定子电压U1时，三相异步电动机的最大转矩TM和起动转矩TS都要减小。,二.人为特性

18、,2.增加转子电阻R2时的人为特性,机械特性,转子电阻R2增加时，最大转矩TM不变转子电阻R2增加时，临界sM增大转子电阻R2增加时，起动转矩TS随之变化。,转矩特性,二.人为特性,异步机的起动特性：起动电流大:IS=KC IN=（57）IN 起动转矩小:TS=KSTN=（1.62.2）TN,影响：频繁起动时造成热量积累,易使电动机过热。大电流使电网电压降低，影响其它负载工作。,良好的起动(startion)性能:起动电流小 起动转矩大,1.直接起动（全压起动）(a)小容量的电动机（二三十千瓦以下）；(b)电源容量足够大时。2.减压起动(a)Y-减压起动：适用于：正常运行为联结的电动机。,起动

19、时,运行时,鼠笼式异步电机的起动,设：定子每相阻抗为 Z，,Y接起动的起动转矩：,Y接起动的起动电流：,：电源电压,2.减压起动,定子线电压比,定子相电压比,起动电流比,起动转矩比,电源电流比,Y形起动与形起动时起动电流和起动转矩比较,定子相电流比,2.减压起动,Y-减压起动的特点：(1)电源电压不变，定子绕组接法改变；(2)降压比为。,2.减压起动,(b)自耦变压器减压起动,降压比,定子线电压比,定子相电压比,定子相电流比,起动电流比,电源电流比,起动转矩比,2.减压起动,1),解:,例6.6.1：一台Y225M-4型的三相异步电动机，定子绕组型联结，其额定数据为：PN=45kW,nN=14

20、80r/min，UN=380V，N=92.3%，cosN=0.88，KC=7.0,Ks=1.9，KM=2.2求：1)额定电流IN?2)额定转差率sN?3)额定转矩TN、最大转矩TM 和起动转矩TS。,例题,2）由nN=1480r/min，可知 p=2（四极电动机）,3）,例题,解：,例6.6.2：在上例中(1)如果负载转矩为 510.2Nm,试问在U=UN 和U=0.9UN两种情况下电动机能否起动？（2）采用Y-换接起动时，求起动电流和起动转矩。（3）当负载转矩为额定转矩的80%和50%时，电动机能否Y-换接起动？,(1)在U=UN时 TS=551.8Nm 510.2 N.m,不能起动,(2)

21、IS=KCIN=784.2=589.4 A,在U=0.9UN 时,能起动,例题,在80%额定负载时,在50%额定负载时,可以起动,(3),不能起动,例题,例6.6.2：一台 Y250M-6 型三相笼型异步电动机，UN380 V，三角形联结，PN=37 kW，nN=985 r/min，IN=72 A，KS=1.8，KC=6.5。已知电动机起动时的负载转矩TL=250 Nm，从电源取用的电流不得超过360 A，试问：(1)能否直接起动？(2)能否采用星形三角形起动？(3)能否采用 KA=0.8 的自耦变压器起动？,解(1)电动机的额定转矩,直接起动时的起动转矩和起动电流,由于I=IS 360 A，所以不能直接起动。,TS=KSTN=1.8359 Nm=646 Nm,IS=KCIN=6.572 A=468 A,例题,(2)星形三角形起动时的起动转矩和起动电流,由于 TSY TL，所以不能采用星形三角形起动。,(3)采用自耦变压器起动转矩和从电源取用的电流,由于 TSa TL，IS 360 A，所以可以采用自耦变压器起动。,例题,习题,