交流电动机

电机的分类：交流电动机直流电动机同步～异步～他励、并励电动机串励、复励电动机6.1电机概述控制电机动力电机电动机发电机（按励磁方式分）（按工作原理分）三相～单相～三相同步鼠绕笼线式式按功能分控制电机(信号转换)伺服电动机(电信号→角位移)感应同步器(转角位移→电压)步进电动机(电脉冲→步进角)自整角机(角位移，角速度的接收、变换、传输)………..使用电动机驱动生产机械可：（1）简化生产机械的结构（2）提高生产效率和产品质量（3）能实现自动控制（4）实现远距离操纵（1）基本结构（2）工作原理（3）机械特性（4）起动、制动、反转、调速的基本原理1.定子6.3三相异步电动机的构造铁心：由内周有槽的硅钢片叠成。U1----U2V1----V2W1----W2三相绕组机座：铸钢或铸铁转子:在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电流。2.转子鼠笼转子铁心：由外周有槽的硅钢片叠成。(1)鼠笼式转子铁芯槽内放铜条，端部用短路环形成一体。或铸铝形成转子绕组。(2)绕线式转子同定子绕组一样，有三相，并且接成星形。鼠笼式绕线式鼠笼式电动机与绕线式电动机的的比较：鼠笼式：结构简单、价格低廉、工作可靠；不能人为改变电动机的机械特性。绕线式：结构复杂、价格较贵、维护工作量大；转子外加电阻可人为改变电动机的机械特性。6.2.1旋转磁场UmVmWmIsinωtIsinωt120Isinωt120iii定子三相绕组通入三相交流电(星形联接)ViU1U2V1V2W1W2iUWi1.旋转磁场的产生WiUiViitmIoiWiUiVitmIo规定i的参考方向首端指向末端：i:“+”首端流入，末端流出。i:“–”末端流入，首端流出。0nU1V2W1V1W2U2(•)电流出()电流入U1U2V2W1V1W2U1U2V2W1V1W2WiViUiit三相电流合成磁场的分布情况0t60t合成磁场方向向下合成磁场旋转60°0n6090t合成磁场旋转90°600mIoSNSNU1U2V2W1V1W2NS分析可知：三相电流产生的合成磁场是一个旋转的磁场，并且电流变化一个周期，旋转磁场在空间转过360°，即电流变化一次，磁场旋转一转。2.旋转磁场的旋转方向任意调换两根电源进线iWU1U2V1V2W1W2iUiV0mIWiViUitiomIV1AU1U2V2W1W2AU1U2V2W1V1W2结论：任意调换两根电源进线，则旋转磁场反转。0t60tNSNS取决于三相电流的相序2.旋转磁场的旋转方向iWU1U2V1V2W1W2iUiV0mIWiViUitiomI6000n0t3.旋转磁场的极对数P当三相定子绕组按图示排列时，产生一对磁极的旋转磁场，即：1pWiViUioimItiVU1U2V1V2W1W2iUWiU1U2V2W1V1W2NS若定子每相绕组由两个线圈串联，绕组的始端之间互差60°。V1W3V4U1W1U2V2W2U3U4V3W4iUiVWiU4U3U1U2V1V2V3V4W1W3W4W2U1U4U2W2W1W4V1V2V3V4U3W3极对数2p旋转磁场的磁极对数与三相绕组的排列有关NSSNiViWiUimIt0V1W3V4U1W1U2V2W2U3U4V3W4iUiVWi0t4.旋转磁场的转速分）转/(6010fn工频：Hz501f分）转/(30000np=1时0mIWiViUitiomIU1U2V2W1V1W2NSU1U2V2W1V1W2NSU1U2V2W1V1W2NS0t180t360tU2U3U4U1V1W4W1V2W2W3V4V30t60tp=2时iViWiUitmI0分）转/(150026010fn0n30U1U4U2W2W1W4V1V2V3V4U3W3NSSNNSSN)/(6010分转pfn2p180分）转/(50011p360分）转/(0003极对数每个电流周期磁场转过的空间角度同步转速)f(Hz5013p120分）转/(00014p分）转/(75090旋转磁场转速n0与频率f1和极对数p有关。可见:6.2.2电动机的转动原理1.转动原理定子三相绕组通入三相交流电分）转/(6010pfn方向:顺时针切割转子导体Blv右手定则感应电动势E20旋转磁场感应电流I2旋转磁场Bli左手定则电磁力F电磁转矩Tn0nU1U2V2W1V1W2vFFNSv6.2.3转差率旋转磁场的同步转速和电动机转子转速之差与旋转磁场的同步转速之比称为转差率。由前面分析可知，电动机转子转动方向与磁场旋转的方向一致，但转子转速n不可能与旋转磁场的转速相等，0nn异步电动机如果:0nn转子中无电动势和转子电流转子与旋转磁场间没有相对运动，磁通不切割转子导条无转矩因此，转子转速与旋转磁场转速间必须要有差别。异步电动机运行中:%~s)91(转子转速亦可由转差率求得0)(1nns%10000nnns转差率s例1：一台三相异步电动机，其额定转速n=975r/min，电源频率f1=50Hz。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=1000r/min,即p=3额定转差率为2.5%100%10009751000%10000nnns6.4三相异步电动机铭牌数据1.型号磁极数(极对数p=2)例如：Y132M－4用以表明电动机的系列、几何尺寸和极数。机座长度代号机座中心高（mm）三相异步电动机教材表6.4.1中列出了各种电动机的系列代号。2.接法接线盒定子三相绕组的联接方法。通常联结电机容量Y3kW联结电机容量kW4V1W2U1W1U2V2U2U1W2V1V2W1U1V1W1W2U2V2W2U2V2V1W1U1Y联结W1U1V1W2U2V2联结3.额定电压例如：380/220V、Y/是指线电压为380V时采用Y联结；线电压为220V时采用联结。一般规定，电动机的运行电压不能高于或低于额定值的5%。因为在电动机满载或接近满载情况下运行时，电压过高或过低都会使电动机的电流大于额定值,从而使电动机过热。在额定运行时定子绕组在指定接法下应加的线电压。三相异步电动机的额定电压有380V，3000V,及6000V等多种。4.额定电流例如：Y/6.73/11.64A表示星形联结下电机的线电流为6.73A；三角形联结下线电流为11.64A。两种接法下相电流均为6.73A。5.额定功率与效率12PPcos3NN1IUP鼠笼电机=72~93％电动机在额定运行时定子绕组的线电流值。额定功率是指电机在额定运行时轴上输出的机械功率P2，它不等于从电源吸取的电功率P1。注意：实用中应选择容量合适的电机，防止出现“大马拉小车”的现象。PN7.额定转速电机在额定电压、额定负载下运行时的转速。P2cosO6.额定功率因数(cos1)三相异步电动机的功率因数较低，在额定负载时约为0.7~0.9。空载时功率因数很低，只有0.2~0.3。额定负载时，功率因数最高。0N0Nnnns额定转差率如：nN=1440转/分sN=0.048.绝缘等级指电机绝缘材料能够承受的极限温度等级，分为Y、A、E、B、F、H七级。绝缘等级YAEBFHC极限温度ºC901051201301551801806.5三相异步电动机转矩与机械特性6.5.1转矩公式一、转子中各载流导体在旋转磁场的作用下,受到电磁力所形成的转矩之总和。22TcosψΦICT常数，与电机结构有关旋转磁场每极磁通转子电流转子电路的功率因数ilBF22cos,,IΦT二、根据动力学知识，旋转物体的机械功率等于机械转矩与机械角速度的乘积。MecTP机械功率机械角速度同步角速度电磁功率0(1)(1)sPs00260PPn同步速度6.5.2三相异步电动机的电路分析三相异步电动机的电磁关系与变压器类似。变压器：变化eU1E1=4.44fN1E2=4.44fN2E1、E2频率相同，都等于电源频率。11444Nf.U定子电路转子电路异步电动机每相电路i1u1e1e1e2e2i2+－++++－－－－f1f21R2R一、定子电路1.旋转磁场的磁通异步电动机：旋转磁场切割导体e，U1E1=4.44f1N1每极磁通111444Nf.U1UΦ旋转磁场与定子导体间的相对速度为n0，所以2.定子感应电势的频率f16001pnf感应电势的频率与磁场和导体间的相对速度有关f1=电源频率f二、转子电路1.转子感应电动势频率f2∵定子导体与旋转磁场间的相对速度固定，而转子导体与旋转磁场间的相对速度随转子的转速不同而变化。定子感应电动势频率f1转子感应电动势频率f2转子感应电动势频率f21000026060fspnnnnpnnf旋转磁场切割定子导体和转子导体的速度各不相同2.转子感应电动势E2E2=4.44f2N2=4.44sf1N2当转速n=0(s=1)时，f2最高，且E2最大，有E20=4.44f1N2转子静止时的感应电势即E2=sE20转子转动时的感应电势3.转子感抗X22122222σσLfsLfX当转速n=0(s=1)时，f2最高，且X2最大，有X20=2f1L2即X2=sX204.转子电流I2222222XREI2202220)(sXRsE（转子绕组的感应电流）)(0002nnIs2202220max21XREIs220222222222)(cossXRRXRR202SXRs很小时1cos2202XRss较大时s1cos25.转子电路的功率因数2cos转子绕组的感应电流2202220222222)(XREXREIss转子电路的功率因数2202222)(cosXRRs变化曲线随、SIcos22)(2Isn)cos(2sn结论：转子转动时，转子电路中的各量均与转差率s有关，即与转速n有关。I2cos2s1I2,2cosO21220222TU)(sXRsRKT由此得电磁转矩公式：22TcosψIΦCT22022202)(XREIss2202222)(cosXRRsmΦNfU11144.4由前面分析知：由公式可知21220222TU)(sXRsRKT电磁转矩公式1.T与定子每相绕组电压成正比。U1T21U2.当电源电压U1一定时，T是s的函数。3.R2的大小对T有影响。绕线式异步电动机可外接电阻来改变转子电阻R2，从而改变转距。6.5.3机械特性曲线maxTmSNSOTS曲线)(sfT曲线)(Tfn根据转矩公式22022212T)(sXRUsRKT得转矩特性曲线：NnmaxTstTOnTNT0nstT1NTNnNT1.额定转矩TN（表明电动机长期运行的能力）三个重要转矩OnT0n额定转矩------电动机在额定负载时的转矩。(N•m)PN---电动机轴上输出的额定机械功率。nN---电动机的额定转速。NNNNN()2(/)60()9550(/)PTnPnWKW转分转分NNNNN()2(/)60()9550(/)PTnPnWKW转分转分NNNNN()2(/)60()9550(/)PTnPnWKW转分转分如某普通机床的主轴电机(Y132M-4型)的额定功率为7.5kw,额定转速为1440r/min,则额定转矩为：m.N7.4914405.795509550NNNnPT2.最大转矩Tmax（表明电动机带最大负载的能力）21220222TU)(sXRsRKTOnT0nTmax2021max2XUKT临界转差率0ddST令：202mXRsssm与R2有关，R2smn。绕线式电机改变转子附加电阻R´2可实现调速。工作时，一定令负载转矩，否则电机将停转。致使注意：