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1、第 6 章 电 动 机,6.1 电机概述,6.2 三相异步电动机的工作原理,6.5 三相异步电动机的机械特性,6.4 三相异步电动机的铭牌数据,6.6 三相异步电动机的起动,6.7 三相异步电动机的调速,*6.8 单相异步电动机,6.3 三相异步电动机的基本结构,*6.9 交流伺服电动机,*6.10 步进电动机,*6.11 三相同步电动机,*6.12 直流电动机,*6.13 电动机的选择,下一章,上一章,返回主页,大连理工大学电气工程系,2,电机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,6.1 电 机 概
2、 述,异步电机 同步电机,大连理工大学电气工程系,3,(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：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。,大连理工大学电气工程系,4,1.旋转磁场的产生,一、旋转磁场,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,6.2 三相异步电动机的工作原理,大连理工大学电气工程系,5,t=0,N,S,t=90,N,S,大连理工大学电
3、气工程系,6,每相绕组都用两个线圈串联组成：,形成的磁场则是两对磁极，即 p=2,N,S,N,S,N,S,N,S,t=0,t=90,大连理工大学电气工程系,7,2.旋转磁场的转速,旋转磁场转速 n0 同步转速,电流变化一周,旋转磁场转一圈,电流每秒变化 50 周,旋转磁场转 50 圈,旋转磁场转 3000 圈,电流每分变化(5060)周,p=1 时：,电流变化一周,旋转磁场转半圈,电流每秒变化 50 周,旋转磁场转 25 圈,旋转磁场转 1500 圈,电流每分变化(2560)周,p=2 时：,大连理工大学电气工程系,8,f=50 Hz 时，不同磁极对数时的同步转速如下：,磁极对数为 p 时,大
4、连理工大学电气工程系,9,3.旋转磁场的转向,旋转磁场的转向为：,U1,V1,W1,与三相绕组中的三相电流的相序 L1 L2 L3 一致,大连理工大学电气工程系,10,二、工作原理,1.电磁转矩的产生,右手定则,左手定则,大连理工大学电气工程系,11,用右手定则判断 转子绕组中感应 电流的方向。,用左手定则判断 转子绕组受到的 电磁力的方向。,电磁力 F 电磁转矩 T。T 与 n0 同方向。,n0,F,n,大连理工大学电气工程系,12,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:,起动(堵转)时:n=0，s=1 理想空载时:n=n0，s=0 正常工作时:0
5、 s 1,故称异步电动机或感应电动机,=sf1(转差频率),转子电流的频率 f2,大连理工大学电气工程系,13,2.电磁转矩的方向,电磁转矩的方向与旋转磁场的转向一致。,3.电磁转矩的大小,T，I2cos2 T=CTmI2cos2,转子轴上输出的转矩为:T2=T T0 T,大连理工大学电气工程系,14,三、转矩平衡,空载转矩：T0,输出转矩：T2=TT0 T,负载转矩：TL,当 T2=TL 稳定运行当 T2 TL 加速运行当 T2 TL 减速运行,大连理工大学电气工程系,15,四、功率传递,输出的机械功率:P2=T2,功率损耗:P=PCuPFePMe,电动机的效率:,输入的有功功率:,P2=P
6、1P,大连理工大学电气工程系,16,例 6.2.1 某三相异步电动机，磁极对数 p=2，定子绕组为三角形联结，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。,解,大连理工大学电气工程系,17,6.3 三相异步电动机的基本结构,三相异步电动机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,大连理工大学电气工程系,18,一、定子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
7、,大连理工大学电气工程系,19,接线柱的连接,星形联结,三角形联结,大连理工大学电气工程系,20,二、转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,大连理工大学电气工程系,21,6.4 三相异步电动机的铭牌数据,三相异步电动机型 号 Y132S6功 率 3 kW 频 率 50 Hz电 压 380 V 电 流 7.2 A 联 结 Y转 速 960 r/min 功率因数 0.76 绝缘等级 B,1.型号 Y132S6,Y系列异步机,机座中心高度,机座长度代号,2p=6,n0=1 000 r/min,2.额定功率 PN PN=3 kW,轴上输出机械功率
8、的额定值,3.额定电压 UN UN=380 V,定子三相绕组应施加的线电压,磁极数,大连理工大学电气工程系,22,4.额定电流 IN IN=7.2 A,三相异步电动机型 号 Y132S6功 率 3 kW 频 率 50 Hz电 压 380 V 电 流 7.2 A 联 结 Y转 速 960 r/min 功率因数 0.76 绝缘等级 B,定子三相绕组的额定线电流,6.额定转速 nN,5.额定功率因数 N=cosN,大连理工大学电气工程系,23,例 6.4.1 Y180M-2 型三相异步电动机，PN=22 kW，UN=380 V，三角形联结，IN=42.2 A，N=0.89,fN=50 Hz、nN=2
9、 940 r/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。,解(1)由型号知该电动机的 2p2，即 p1，,(2)定子三相绕组为三角形联结,(4)效率,(3)输入有功功率,大连理工大学电气工程系,24,固有特性:,人为特性:,在额定电压、额定频率，定子和转子电路不外串参数时的 T=f(s)和 n=f(T),在改变电压、频率及定子电路、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:异步机的 T 与 s 之间的关系,机械特性:异步机 n 与 T 之间的关系,6.5 三相异步电动机的机械特性,大连理工大学
10、电气工程系,25,一、固有特性,转矩特性 机械特性,大连理工大学电气工程系,26,1.额定状态,在 UN 下，以 nN 运行、输出额定功率 PN 时，电动机转轴上输出的转矩为,说明电动机长期运行能力。,临界转差率,(Y 系列:KM=22.2),2.临界状态,过载倍数,大连理工大学电气工程系,27,3.起动状态,TS 体现了电动机直接起动的能力。若 TS TL 电动机能起动，否则将起动不了。起动转矩倍数:,Y系列：KS=1.62.2 KC=5.57.0,起动电流:,大连理工大学电气工程系,28,例6.5.1 某三相异步电动机，额定功率 PN=45 kW，额定转速 nN=2 970 r/min，K
11、M=2.2，KS=2.0。若 TL=200 Nm，试问能否带此负载：(1)长期运行;(2)短期运行;(3)直接起动。,解(1)电动机的额定转矩,由于TN TL，故不能带此负载长期运行。,(2)电动机的最大转矩,TM=KMTN=2.2145 Nm=319 Nm,由于TM TL，故可以带此负载短时运行。,(3)电动机的起动转矩,由于TS TL，故可以带此负载直接运行。,TS=KSTN=2.0145 Nm=290 Nm,大连理工大学电气工程系,29,二、人为特性,1.定子电压降低时的人为特性,UN,0.9UN,R2,R2+R,TM,2.转子电阻增加时的人为特性,转子串联合适的电阻:TS TM,大连理
12、工大学电气工程系,30,异步机的起动特性：起动电流大:IS=KI 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，影响其他负载工作。,6.6 三相异步电动机的起动,良好的起动性能:起动电流小 起动转矩大,大连理工大学电气工程系,31,一、笼型异步电动机的起动,1.直接起动(全压起动)(a)小容量的电动机；(b)电源容量足够大时。,规定：7.5 kW 以下直接起动 7.5 kW 以上，且电源容量能满足起动电流倍数,大连理工大学电气工程系,32,星形三角形减压起动 适用于：正常运行为形联结的电动机。,2.减压
13、起动,起动时,运行时,大连理工大学电气工程系,33,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,大连理工大学电气工程系,34,(2)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,大连理工大学电气工程系,35,(3)软起动器起动,限压起动模式,限流起动模式,大连理工大学电气工程系,36,例6.6.1 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
14、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,大连理工大学电气工程系,37,(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
15、采用自耦变压器起动。,大连理工大学电气工程系,38,二、绕线转子异步电动机的起动方法,1.转子电路串联电阻起动,减小起动电流 增大起动转矩,2.转子电路串频 敏变阻器起动,频敏变阻器：频率高，损耗大，电阻大；频率低，则反之。转子电路起动时:,转子电路运行时:,f2 高，电阻大，,f2 低，电阻小，,自动切除变阻器。,大连理工大学电气工程系,39,(1)改变同步转速 n0 改变频率 f1 和磁极对数 p(2)改变转差率 s,调速方法：,6.7 三相异步电动机的调速,调速：在一定的负载下，根据生产的需要 人为地改变电动机的转速。,一、变频调速,大连理工大学电气工程系,40,二、变极调速,(a)p=
16、2,(b)p=1,大连理工大学电气工程系,41,三、变压调速,四、转子电路串联电阻调速,UN,0.9UN,R2,R2+R,TM,大连理工大学电气工程系,42,五、串级调速,I2,n,s,I2,T,若相位相同,T,若相位相反,I2,n,s,I2,T,T,大连理工大学电气工程系,43,例6.7.1 一台绕线转子异步电动机，转子绕组每相的电阻 R2=0.022，漏电抗 X2=0.275，额定转速 nN=1 440 r/min。(1)要使起动转矩等于最大转矩，在转子绕组的每相电路中应串联多大的起动电阻？(2)在额定负载转矩情况下，在转子绕组的每相电路中应串联多大的调速电阻才能将转速降至1 200 r/
17、min？,O sN sMN s sM s,TTMTN,解,M M,(2)将转子电路串联电阻 前后的转矩特性 OM 段都近似用直线代替。,(1)Rst X2 R2(0.2750.022)0.253,大连理工大学电气工程系,44,未串联调速电阻前的转差率 sN 和临界转差率 sMN,串联调速电阻后的转差率,串联调速电阻后的临界转差率,转子每相绕组的总电阻,应串联的调速电阻 Rst=R2S R2=(0.11 0.022)=0.088,R2S=sMX2=0.40.275=0.11,大连理工大学电气工程系,45,一、脉振磁场,*6.8 单相异步电动机,t1,t2,t3,t4,t5,t6,t7,t8,大连
18、理工大学电气工程系,46,二、工作原理,无起动转矩，有运行转矩。,(a)转子顺时针方向旋转,(b)转子逆时针方向旋转,大连理工大学电气工程系,47,1.两相起动,原理：两相电流,旋转磁场,起动转矩,三、起动方法,2.罩极起动,n,转子,励磁绕组,短路环,大连理工大学电气工程系,48,*6.9 交流伺服电动机,交流伺服电动机是两相异步电动机。,原理图,转速控制方式：幅值控制、相位控制、幅相控制。,大连理工大学电气工程系,49,步进电动机将电信号转变成转角或转速。,*6.10 步进电动机,一、步进电动机的结构,大连理工大学电气工程系,50,(b)V 相通电,通电顺序：U V W U,(a)U 相通
19、电,二、步进电动机的工作原理,每一拍转子转过的角度称步距角。,(c)W 相通电,1.m 相单 m 拍,大连理工大学电气工程系,51,(a)UV 相通电,2.m 相双 m 拍,(b)VW 相通电,(c)WU 相通电,通电顺序：UV VW WU UV,通电顺序：U UV V VW W WU U,3.m 相 2m 拍,步距角 与转子齿数 Z 和拍数 N 的关系,转子每分钟的转速,大连理工大学电气工程系,52,*6.11 三相同步电动机,特点：通过改变转子 If，可以调节电动机的。,原理图,机械特性,大连理工大学电气工程系,53,*6.12 直流电动机,一、工作原理,在两电刷之间加入直流电压，则在绕组
20、中产生电流，通电导体又受到力的作用，产生电磁力矩。由于换向器的作用，在 N(S)极下受力方向不变，使电枢旋转起来。,F,S,N,ia,e,F,e,大连理工大学电气工程系,54,1.电磁转矩,T=CT Ia,式中：每极磁通；Ia 电枢电流；CT 电机结构决定的常数。,2.电动势,E=CE n,E 与 Ia 反向,E 为反电动势，,直流电动机分类：他励、并励、串励、复励电动机。,大连理工大学电气工程系,55,二、他励电动机,励磁电流,电枢电流,电动机转速,转速与转矩的关系,大连理工大学电气工程系,56,他/并励,串励,复励,直流电动机的机械特性,改变电枢电压(2)改变磁通(3)改变电枢电路电阻,直
21、流他励电动机调速方法：,大连理工大学电气工程系,57,三、并励和串励电动机,U=Ua=Uf,I=IaIf,U=UaUf,I=Ia=If,大连理工大学电气工程系,58,四、复励电动机,复励电动机既可以具有串励电动机的某些 优点，适用于负载转矩 变化较大，需要机械特性比较软的设备中，又 可以像并励电动机那样 在空载和轻载下运行。,大连理工大学电气工程系,59,*6.13 电动机的选择,1.种类的选择 优先选用三相笼型异步电动机。,2.功率的选择,3.电压的选择,4.转速的选择,5.外形结构的选择 防护型、封闭式、密封式、防爆式。,6.安装形式的选择,7.型号的选择,大连理工大学电气工程系,60,第 6 章 结 束,下一章,上一章,返回主页,
