三相异步、交流电动机的原理、转矩、机械特性、调速、制动

机电传动控制1目录·第2章第2章交流电动机2-1三相异步电动机的基本结构与工作原理2-2三相异步电动机的定子电路与转子电路2-3三相异步电动机的转矩与机械特性2-4三相异步电动机的启动性能与方法2-5三相异步电动机的调速方法2-6三相异步电动机的制动2-7单相异步电动机2-8同步电动机机电传动控制2第2章交流电动机①了解异步电动机的基本结构和旋转磁场的产生；②掌握异步电动机的工作原理，机械特性，以及启动、调速及制动的各种方法、特点与应用；③学会用机械特性的四个象限来分析异步电动机的运行状态；④掌握单相异步电动机的工作原理和启动方法；⑤了解同步电动机的结构特点、工作原理、运行特性及启动方法。基本要求机电传动控制3第2章交流电动机异步电动机的机械特性，它是基于异步电动机的工作原理而推导出来的；特别是异步电动机的人为机械特性，因为它是分析异步电动机启动、调速、制动工作状态的依据；对异步电动机铭牌数据、额定值的含义要非常熟悉；异步电动机直接启动和Y-△降压启动的条件和优缺点，线绕式异步电动机转子串电阻的启动、调速和制动，以及各种启动方法的应用场合；异步电动机变频调速和变极对数调速的特性与优缺点。定子旋转磁场与转子运动的相对性。电动机的制动过程。重点难点机电传动控制4第2章交流电动机三相鼠笼式异步电动机三相特殊鼠笼式异步电动机三相绕线式异步电动机概述交流电动机异步电动机单相异步电动机同步电动机单相同步电动机三相同步电动机三相双鼠笼式异步电动机三相深槽式异步电动机三相高转差率鼠笼式异步电动机三相异步电动机交流电动机的类型:机电传动控制5第2章交流电动机概述交流电动机的用途:交流电动机在各行各业和日常生活等，都得到了广泛的应用。鼠笼式异步电动机在机电传动控制系统中使用得最为广泛。绕线式异步电动机与鼠笼式相比，其转子结构稍复杂，价格稍贵，一般用于要求起动电流小、起动转距大的场合。交流电动机的优缺点:结构简单，制造、使用和维护方便，运行可靠，成本低，效率高。但是，功率因数低、起动和调速性能差。机电传动控制6第2章交流电动机概述三相异步电动机的额定值额定值的关系：NNNNNηcosIUP3)(VkVUN或额定电压额定运行状态时加在定子绕组上的线电压.)(kWPN额定功率额定条件下转轴上输出的机械功率.)(AIN额定电流在额定运行状态下流入定子绕组的线电流.min)/(rnN额定转速额定运行时电动机的转速NNf额定效率额定频率额定功率因数Ncos机电传动控制7第2章交流电动机2-1三相异步电动机的基本结构与工作原理一.三相异步电动机的基本结构机电传动控制8铁心:由硅钢片叠成，也是磁路的一部分。第2章交流电动机铁心:由导磁性能很好的硅钢片叠成(导磁部分)。绕组:放在定子铁心内圆槽内(导电部分)。机座:固定定子铁心及端盖。定子静止部分转子旋转部分三相异步电动机转子铁心的每个槽内插入一根裸导条，形成一个多相对称短路绕组。转子绕组为三相对称绕组，嵌放在转子铁心槽内。②绕线式：绕组:转轴、轴承、风扇①鼠笼式：一.三相异步电动机的基本结构2-1三相异步电动机的基本结构与工作原理机电传动控制9第2章交流电动机三相绕线式异步电动机结构图一.三相异步电动机的基本结构轴承定子绕组转子定子集电环出线盒转子绕组端盖定子绕组2-1三相异步电动机的基本结构与工作原理机电传动控制10第2章交流电动机三相对称交流绕组模型圆形定子冲片定子铁心一.三相异步电动机的基本结构2-1三相异步电动机的基本结构与工作原理机电传动控制11第2章交流电动机定子绕组用绝缘的铜（或铝）导线绕成，嵌在定子槽内。通常把定子三相绕组的六根出线头都引出，根据实际使用的需要，可接成Y形或△形，如图所示。三相异步电动机的引出线一.三相异步电动机的基本结构△形接法Y形接法2-1三相异步电动机的基本结构与工作原理机电传动控制12第2章交流电动机鼠笼型转子绕组一.三相异步电动机的基本结构2-1三相异步电动机的基本结构与工作原理机电传动控制13第2章交流电动机绕线式异步电机定子转子绕组接线方式一.三相异步电动机的基本结构绕线式转子绕组形式与定子绕组基本相同；3个绕组的末端连接在一起构成星形连接；3个始端连接在3个铜滑环上；电刷引出线连接起动调速变阻器。2-1三相异步电动机的基本结构与工作原理机电传动控制14第2章交流电动机2-1三相异步电动机的基本结构与工作原理二.三相异步电动机的工作原理在定子的三相对称绕组中通入三相对称交流电流，可以产生在空间旋转的圆形合成磁场。磁场旋转方向与电流相序一致。电流相序为A-B-C时，磁场顺时针方向旋转；电流相序为A-C-B时，磁场逆时针方向旋转。旋转磁场的转速n0称为同步转速：n0决定于电流的频率f电机的磁极对数ppfn600（r/min）㈠旋转磁场的产生机电传动控制15第2章交流电动机2-1三相异步电动机的基本结构与工作原理AXBYCZBiAiCi二.三相异步电动机的工作原理240sin120sinsintIitIitIimCmBmAAXYCBZNS同步转速no与磁场磁极对数p的关系：（f＝50Hz时）磁极对数p分别为1、2、3，每个电流周期磁场转过空间角度360°、180°、120°，同步转速no分别为3000、1500、1000r/min如下定子绕组的接法，合成磁场只有一对磁极，即p＝1。㈠旋转磁场的产生机电传动控制16第2章交流电动机2-1三相异步电动机的基本结构与工作原理二.三相异步电动机的工作原理磁极对数p的改变定子每相绕组由两个相等圈数的“半绕组”组成。若如右图示将每相两个“半绕组”串联，形成的磁场则是两对磁极，即p＝2或2p＝4。㈠旋转磁场的产生A'XX'ANSSNZC'Z'CBY'B'YC'Y'ABCXYZA'X'B'Z'Ci240sin120sinsintIitIitIimCmBmABiAi若改变接法将每相两个“半绕组”并联，形成的磁场则是一对磁极，即p＝1或2p＝2。（详见变极调速）机电传动控制17若改变接法将每相两个“半绕组”并联，形成的磁场则是一对磁极，即p＝1或2p＝2。（详见变极调速）第2章交流电动机2-1三相异步电动机的基本结构与工作原理二.三相异步电动机的工作原理㈠旋转磁场的产生YZ'C'BCX'Y'A'XB'ZAA'XX'ANSSNZC'Z'CBY'B'YC'Y'ABCXYZA'X'B'Z'Ci240sin120sinsintIitIitIimCmBmABiAi机电传动控制18第2章交流电动机2-1三相异步电动机的基本结构与工作原理将每相两个“半绕组”并联形成的磁场是一对磁极即p＝1或2p＝2将每相两个“半绕组”串联形成的磁场是两对磁极即p＝2或2p＝4二.三相异步电动机的工作原理㈠旋转磁场的产生A'XX'ANSSNZC'Z'CBY'B'YC'Y'ABCXYZA'X'B'Z'AXYCBZNSCi240sin120sinsintIitIitIimCmBmABiAiCiBiAi240sin120sinsintIitIitIimCmBmAYZ'C'BCX'Y'A'XB'ZA低速高速机电传动控制19第2章交流电动机2-1三相异步电动机的基本结构与工作原理将每相两个“半绕组”并联形成的磁场是一对磁极即p＝1或2p＝2二.三相异步电动机的工作原理㈠旋转磁场的产生AXYCBZNSCi240sin120sinsintIitIitIimCmBmABiAiCiBiAi240sin120sinsintIitIitIimCmBmAYZ'C'BCX'Y'A'XB'ZA单速高速AXBYCZAXYCBZNS将每相两个“半绕组”串联形成的磁场是两对磁极即p＝2或2p＝4低速机电传动控制20第2章交流电动机2-1三相异步电动机的基本结构与工作原理iiAiBiC0ωt磁场n0旋转AXYCBZAXYCBZAXYCBZNS两极旋转磁场示意图120°240°360°AXYCBZNS二.三相异步电动机的工作原理㈠旋转磁场的产生以iA＝0为起动点机电传动控制21第2章交流电动机二.三相异步电动机的工作原理㈠旋转磁场的产生以iA＝IM为起动点两极旋转磁场示意图0°120°240°360°2-1三相异步电动机的基本结构与工作原理机电传动控制22第2章交流电动机2-1三相异步电动机的基本结构与工作原理二.三相异步电动机的工作原理㈠旋转磁场的产生以iA＝IM为起动点四极旋转磁场示意图0°60°120°180°机电传动控制23第2章交流电动机2-1三相异步电动机的基本结构与工作原理二.三相异步电动机的工作原理㈠旋转磁场的产生两极与四极旋转磁场的比较0°120°240°360°0°60°120°180°0°120°240°360°转速低速高速机电传动控制240°120°240°360°第2章交流电动机二.三相异步电动机的工作原理㈠旋转磁场的产生思考上述分析均为磁场顺时针方向旋转的情况，若要求旋转方向改为反时针，则应该如何分析？0°120°240°360°转向0°120°240°360°2-1三相异步电动机的基本结构与工作原理机电传动控制25电流相序A-C-B2.磁生电(右手定则)旋转磁场切割转子导体，转子感应电动势和电流。1.电生磁(右手定则)定子三相绕组通入三相对称电流产生圆形旋转磁场。3.电磁力(左手定则)转子载流（有功分量电流）体在磁场作用下受电磁力作用，形成电磁转矩，驱动电动机旋转，将电能转化为机械能。第2章交流电动机二.三相异步电动机的工作原理㈡转动原理XAZBCYn0n逆时针方向旋转2-1三相异步电动机的基本结构与工作原理＞n机电传动控制26第2章交流电动机二.三相异步电动机的工作原理磁力线切割转子绕组转子绕组产生感应电势转子绕组产生感应电流电流与磁场作用产生电磁力电磁力产生电磁转矩转子运转转速n＜n0定子绕组通入三相交流电流㈡转动原理旋转磁场同步转速n02-1三相异步电动机的基本结构与工作原理机电传动控制27第2章交流电动机2-1三相异步电动机的基本结构与工作原理电动机在正常运转时，其转速n总是稍低于同步转速n0，故称为异步电动机；又因为产生电磁转矩的电流是电磁感应所产生的，也称为感应电动机。二.三相异步电动机的工作原理㈢转差率转差率是异步电动机一个非常重要的参数，它反映了电动机的各种运行情况。00nnnS异步电动机同步转速和转子转速的差值与同步转速之比称为转差率，用S表示，即：机电传动控制28第2章交流电动机2-1三相异步电动机的基本结构与工作原理三相异步电机转速及转差率与运行状态的关系㈢转差率电动机电磁制动发电机二.三相异步电动机的工作原理00nnnS机电传动控制292-2三相异步电动机的定子电路与转子电路第2章交流电动机转子静止时的电路转子静止时的T形等效电路转子转动后的电路(频率折算后的电路)转子转动后的电路(频率折算前的电路)一.定子转子电路示意图机电传动控制30第2章交流电动机2-2三相异步电动机的定子电路与转子电路一.定子转子电路示意图转子静止时的电路转子转动后的T形等效电路转子静止时的T形等效电路转子转动后的电路(频率折算后的电路)机电传动控制31第2章交流电动机2-2三相异步电动机的定子电路与转子电路转子转动后的T形等效电路感应电动机的简化Г形等效电路(转子转动后)一.定子转子电路示意图机电传动控制32第2章交流电动机2-2三相异步电动机的定子电路与转子电路22022202SXRSEI2202222cosSXRR转子每相电路的功率因数为：转子每相绕组的电流为：二.定子电路与转子电路中的几个主要电量异步电动机工作时，其定子每相绕组的感应电势为：E1=4.44f1N1Φ而且，定子每相绕组上施加的电压U1≈E1，可见Φ∝U1。转子每相绕组的感应电势为：E2=4.44f2