电工技术-第7章讲稿.

1第7章交流电动机本章要求：1、了解旋转磁场的产生与作用；2、了解交流电动机的转动原理；3、了解异步电动机的电路分析；4、掌握异步电动机的转矩与机械特性；5、掌握三相异步电动机的起动、调速、制动及铭牌数据的意义。27.1三相异步电动机的构造目录7.2三相异步电动机的转动原理7.3三相异步电动机的电路分析7.4三相异步电动机转矩与机械特性7.5三相异步电动机的起动7.6三相异步电动机的调速7.7三相异步电动机的制动7.8三相异步电动机铭牌数据7.9三相异步电动机的选择7.11单相异步电动机7.10同步电动机(略)3电动机的分类：电动机交流电动机直流电动机三相电动机单相电动机同步电动机异步电动机他励、并励电动机串励、复励电动机41.定子7.1三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5转子:在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电流。2.转子笼型转子铁心：由外周有槽的硅钢片叠成。(1)笼型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)绕线型转子同定子绕组一样，也分为三相，并且接成星形。笼型绕线型6三相异步电动机的结构V2V1W2U2U1W1转子定子定子绕组（三相）机座U、V、W分别代表三个线圈；角标1表示线圈的首端，角标2表示线圈的末端。78三相异步电动机的组成鼠笼式电动机的各部件9笼型电动机与绕线型电动机的的比较：笼型：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。绕线型：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。107.2三相异步电动机的转动原理112n1neiNSF磁铁闭合线圈12磁极旋转导线切割磁力线产生感应电动势vlBe导线长磁感应强度切割速度（右手定则）闭合导线产生电流i通电导线在磁场中受力（左手定则）ilBF2n1neiNSF注意：受力方向与磁场旋转方向一致131.线圈跟着磁铁转→两者转动方向一致结论：异步2.线圈比磁场转得慢12nn2n1neiNSF147.2.1旋转磁场120sin120sinsinm3m2m1tIitIitIi定子三相绕组通入三相交流电(星形联接)2iU1U2V1V2W1W21i3i1.旋转磁场的产生3i1i2iitmIo15U1V2W1V1W2U20n规定i:“+”首端流入，尾端流出。i:“–”尾端流入，首端流出。(•)电流出()电流入i3i1i2itmIo16U1U2V2W1V1W2U1U2V2W1V1W2U1U2V2W1V1W2NS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°6003i2i1iitmIoSNSN17AU1U2W2V1W1V2AU1U2W2V1W1V2分析可知：三相电流产生的合成磁场是一旋转的磁场即：一个电流周期，旋转磁场在空间转过360°2.旋转磁场的旋转方向结论：任意调换两根电源进线，则旋转磁场反转。0t60t任意调换两根电源进线(电路如图)3iU1U2W1W2V1V21i2i取决于三相电流的相序3i2i1i0mIitomINSNS180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p3i2i1ioimItU1U2V2W1V1W2NS2iU1U2V1V2W1W21i3i19若定子每相绕组由两个线圈串联，绕组的始端之间互差60°，将形成两对磁极的旋转磁场。W'1U1V1W1V'11i2i3iU'2U2U'1V2V'2W2W'21U2U2U2W1W1V2V1V2V1U1W2W20极对数2p旋转磁场的磁极对数与三相绕组的排列有关2i3i1iimItONSNS1U2U2U2W1W1V2V1V2V1U1W2WW'1U1V1W1V'11i3i3iU'2U2U'1V2V'2W2W'2214.旋转磁场的转速分）转/(6010fn工频：Hz501f分）转/(30000n旋转磁场的转速取决于磁场的极对数p=1时NSU1V1W2U2W1V2NSU1V1W2U2W1V2NSU1V1W2U2W1V22i3i1iimItO22NSNS1U2U2U2W1W1V2V1V2V1U1W2WNSSN1U2U2U2W1W1V2V1V2V1U1W2W0t60tp=2时2i3i1iitmI0分）转/(150026010fn0n3023旋转磁场转速n0与极对数p的关系)/(6010分转pfn旋转磁场转速n0与频率f1和极对数p有关。可见: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Hz)50(1f3p120分）转/(00014p分）转/(7509024结论(1)在对称的三相绕组中通入三相电流，可以产生在空间旋转的合成磁场。(2)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。(3)磁场转速(同步转速)与电流频率有关，改变电流频率可以改变磁场转速。对两极(一对磁极)磁场，电流变化一周，则磁场旋转一周。同步转速no与磁场磁极对数p的关系为：r/min601opfn257.2.2电动机的转动原理1.转动原理U1U2V2W1V1W2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FF电磁转矩TnvF0nNS267.2.3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不可能达到与旋转磁场的转速相等，即0nn异步电动机如果:0nn无转子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。27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nnns287.3三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异步电动机每相电路i1u1e1e1e2e2i2+－++++－－－－f1f2297.3.1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f307.3.2转子电路1.转子感应电势频率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定子感应电势频率f1转子感应电势频率f2转子感应电势频率f21000026060fspnnnnpnnf旋转磁场切割定子导体和转子导体的速度不同312.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=sX20324.转子电流I25.转子电路的功率因数cos2222222XREI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33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O347.4三相异步电动机转矩与机械特性7.4.1转矩公式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。22TcosIΦKT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3521220222)(UsXRsRKT由此得电磁转矩公式22cosIΦKTT22022202)(XREIss2202222)(cosXRRsmΦNfU11144.4由前面分析知：36由公式可知21220222)(UsXRsRKT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。绕线型异步电动机可外接电阻来改变转子电阻R2，从而改变转距。377.4.2机械特性曲线maxTmSNSOTS曲线)(sfT曲线)(Tfn根据转矩公式22022212)(sXRUsRKT得特性曲线：NnmaxTstTOnTNT0nstT1NT38NnNT电动机在额定负载时的转矩。1.额定转矩TN)/()(9550NNN分转千瓦nPT三个重要转矩OnT0n额定转矩(N•m)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nPnPT955060π2m.N7.4914405.795509550NNNnPT392.最大转矩Tmax转子轴上机械负载转矩T2不能大于Tmax，否则将造成堵转(停车)。电机带动最大负载的能力。21220222UsXRsRKT)(2021max2XUKT0ddST令：求得202mXRss临界转差率OnT0nTmax将sm代入转矩公式，可得40max121max,)1(TUUT当U1一定时，Tmax为定值2021max2XUKT过载系数(能力)NmaxTT一般三相异步电动机的过载系数为2.2~8.1工作时必须使T2Tmax，否则电机将停转。电机严重过热而烧坏。12II(2)sm与R2有关，R2smn。绕线型电机改变转子附加电阻R´2可实现调速。413.起动转矩Tst22022212)(sXRUsRKT22022212stXRURKT电动机起动时的转矩。起动时n=0时，s=1st121st,)1(TUUT(2)Tst与R2有关，适当使R2Tst。对绕线式型电机改变转子附加电阻R´2,可使Tst=Tmax。Tst体现了电动机带载起动的能力。若TstT2电机能起动，否则不能起动。0nOnTTstNststTTK起动能力424.电动机的运行分析电动机的电磁转矩可以随负载的变化而自动调整，这种能力称为自适应负载能力。自适应负载能力是电动机区别于其它动力机械的重要特点（如：柴油机当负载增加时，必须由操作者加大油门，才能带动新的负载)。此过程中，n、sE2,I2I1电源提供的功率自动增加。T2sT2TT=T2nTT´2达到新的平衡T2常用特性段0nnTOn435.U