电工电子技术第六章

6.1三相异步电动机的结构与转动原理6.1.1三相异步电动机的结构6.1.3三相异步电动机的运转原理6.1.2旋转磁场异步电动机是把交流电能转变为机械能的动力机械，广泛应用于工业（如：机床、纺织机械、起重机、矿山机械等）、农业（脱粒机、粉碎机、水泵及加工机械等）、家用电器（电风扇、空调、洗衣机、电冰箱及小功率电动工具等）。电动机发电机电机直流电机交流电机同步电机异步电机（笼型、绕线型）特殊电机三相异步电机单相异步电机本章重点介绍三相异步电机。三相异步电机接线盒转轴6.1.1三相异步电动机的结构机座定子铁心定子绕组接线盒端盖罩壳风扇转子主要部件是由定子和转子两大部分组成。此外，还有端盖、轴承、风扇等部件。转轴1.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。定子绕组机座铁心定子铁心冲片U1U2三相定子绕组（U相）2.转子根据转子绕组结构的不同分为：三相异步电动机的转子是由转子铁心、转子绕组和转轴组成。转子铁心冲片铁心转子绕组转轴笼型转子去掉铁心后的转子导条（转子铁心槽内嵌有铸铝导条）笼型转子绕线型转子（转子铁心槽内嵌有三相绕组）6.1.2旋转磁场1.旋转磁场的产生三相异步电动机的定子铁心中放入三相定子绕组。定子绕组U1U2V1V2W1W2U1V1W1iuiviw定子绕组Y接接入三相对称电源。t02iuiwivitIisinmu)120sin(OmvtIi)120sin(OmwtIit=0°iu=0iv为负值iw为正值U1V1V2W1W2U2++U1V1V2W1W2U2++t=0°360°240°120°t=120°t=240°t=360°U1V1V2W1W2U2++U1V1V2W1W2U2++NSNS2.磁场的旋转方向与绕组中电流的相序一致U-V-W-U。t02iuiwivi空间相差120º角的三相绕组，通入对称三相电流时，产生的是一对磁极的旋转磁场，磁场的旋转方向与绕组中电流的相序一致。如果改变流入三相绕组的电流相序,就能改变旋转磁场的旋转方向，三相异步电动机的旋转方向也就跟着改变。U1V1V2W1W2U2++NS如果电流的相序为U-V-W-U则旋转磁场为顺时针方向。n1U1V1V2W1W2U2++U1V1V2W1W2U2++U1V1V2W1W2U2++NSt0iuiwivit=0°360°240°120°U1V1W1iuiwivU1V1V2W1W2U2++t=120°U1V1V2W1W2U2++U1V1V2W1W2U2++NSt=0°t=240°绕组中电流的相序为U-W-V-U，磁场逆时针旋转。把三相异步电动机的三根线任意调换两根与电源相接，电动机旋转方向反向。t=360°旋转磁场的磁极对数p与取决于三相定子绕组的结构和连接方式。3.旋转磁场的磁极对数p4.旋转磁场的转速n0pfn1160(转/每分）电源频率电动机的磁极对数7501000150030004321pn(转/每分)U1U2V1V2W1W2++SN6.1.3三相异步电动机的运转原理•+ff转子转速n旋转的磁场可以带动转子同方向旋转异步电动机原理图•••+++转子定子磁场转速n1n三相异步电动机转子在旋转磁场的作用下转动起来，其转向与旋转磁场的转向相同。磁场转速n1转子感应电动势(电流)n=(1–s)n1转差率：0ssN=0.01~0.0611nnns例6.1一台额定转速为1450r/min的三相异步电动机，求：额定转差率。解：速）旋转磁场转速（同步转1n转子转速n因为sN=0.01~0.06，所以该电动机为4极电机，旋转磁场转速为1500r/min。033.01500145015001N1Nnnns6.2三相异步电动机的电磁转矩与机械特性6.2.1三相异步电动机的电磁转矩6.2.2三相异步电动机的机械特性6.2.1三相异步电动机的电磁转矩电动机的电磁转矩是由转子电流的有功分量和定子旋转磁场相互作用产生的。电磁转矩的大小与转子电流的有功分量(I2a)、旋转磁场的强弱(0)成正比。220Ta20TemcosICICTTC与电动机结构有关的常数2cos转子回路的功率因数电磁转矩与电动机参数之间的关系：22022221Tem)(sXRsRUCT22022221Tem)(sXRsRUCTTC电动机结构常数U1电动机电源电压，电源电压波动对电动机的转矩影响很大。R2电动机转子绕组电阻。X20电动机转子不转时，转子绕组的漏抗。S电动机的转差率。6.2.2三相异步电动机的机械特性STem10TstTmsmsNTNTem=f(S)TN额定转矩22022221Tem)(sXRsRUCTTm最大转矩Tst起动定转矩电动机的电磁转矩与转差率之间的关系当U1、R2、X20为固定值时，机械特性:电动机的电磁转矩与转速之间的关系曲线。1)1(nsnTem=f(S)n=f(Tem)三相异步电动机的机械特性稳定运行时，电动机轴上输出的转矩等于负载转矩TemT2稳定运行区域：AB段当负载转矩发生变化时，电动机能自动调节到新的稳定运行状态。如：在N点稳定运行，TN=T2，当T2，n,Tem,2emTT时在D点稳定。n0n1TemABTstTmnNTNNDnD2Tn0n1TemTstTmnNTNN1.额定转矩TNNNN9550nPT电动机额定运行时的转矩PN单位：千瓦（kW）nN单位：转每分（r/min）TN单位：牛·米（N·m）例6.2有两台功率相同的异步电动机，一台PN=7.5kW，nN=962r/min，UN=380V，另一台PN=7.5kW，nN=1450r/min，UN=380V，求电动机额定转矩。解第一台NNN9550nPTmN45.749625.79550第二台mN4.4914505.79550NT2.最大转矩Tm22022221Tem)(sXRsRUCT令0ddemST0202mXRS代入得:得临界转差率2021Tm2XUCTsmR2而与U1无关TmU12而与R2无关n0Tem'1U1'1UUU1sm0Tm'2R2'2RRR2Temn3.起动定转矩Tst过载能力(最大转矩倍数)NTTmTY系列三相异步电动机T22.2起动瞬间n=0，s=1当负载转矩T2Tst时，电动机可带负载起动。起动转矩倍数22022221TstXRRUCTTst起动转矩越大，起动就越迅速。Y系列三相异步电动机Kst1.72.2NTTKSTST22022221Tem)(sXRsRUCT6.3三相异步电动机的起动、调速与制动6.3.1三相异步电动机的起动6.3.2三相异步电动机的调速6.3.3三相异步电动机的制动6.3.1三相异步电动机的起动对电动机起动的要求:起动过程:电动机接通电源后，转速由零增至稳定运行状态的过程。起动转矩大起动电流小起动时间短起动过程的特点:2.转子绕组的功率因数低，起动转矩不大。)cos(220TemICT笼型电动机常用起动方法:直接起动降压起动1.起动电流是额定电流的6~7倍。一、直接起动(全压起动)M3~Q直接起动线路缺点：起动电流大。控制电路简单，投资少，起动时间短。优点：允许直接起动的条件：因为起动电流大，引起的线路压降就大，可能影响到其他设备的正常工作，所以大容量电动机不允许直接起动。）电动机容量（）电源容量（kWkVA341IKIK：电动机起动电流倍数二、降压起动1.Y-换接起动电动机在起动时接成Y联结，正常运行时接成联结。只适用于工作时接的电动机。（运行）Q2Y（起动）Q1ΔY31IIΔY31TT缺点：起动转矩小。设备简单，成本低，操作方便，动作可靠。每相定子绕组承受相电压起动，起动电流小。优点：Q1M3~Q2起动运行2.自耦补偿器降压起动三相自耦变压器如果自耦变压器的变比为Ka采用自耦变压器的起动电流、起动转矩为：st2ast1TKTst2ast1IKI绕线式电动机起动时，可在转子绕组中串入电阻，可减小起动电流，还可以增大起动转矩。3.转子串电阻起动0Tm'2R2'2RRR2TemnstTstT绕线式电动机适用于要求起动转矩大的生产机械，如卷扬机、起重机等。例6.3已知一台PN=10kW，IN=20A，UN=380V，nN=1450r/min,接三相笼型电动机，由手册查得：Ist/IN=7，Tst/TN=1.4，拟半载起动,电源容量为200kVA,试选择适当的起动方法,并求此时的起动转矩和起动电流。解（1）直接起动75.510200341kWkVA341）电动机容量（）电源容量（IKKI=75.75不允许接起动。（2）Y-换接起动NNNstst5.047.04.13131TTTTT不能采用Y-换接起动。例6.4已知一台PN=10kW，IN=20A，UN=380V，nN=1450r/min,接三相笼型电动机，由手册查得：Ist/IN=7，Tst/TN=1.4，拟半载起动,电源容量为200kVA,试选择适当的起动方法,并求此时的起动转矩和起动电流。解（3）自耦补偿器起动由题意Nst5.0TTNst4.1TT设：自耦变压器的变比为Ka67.11ast2astKTKT6.067.111aK变压器抽头为（抽头置于60%位置）NN2st2ast504.04.16.0/1TTTKTNN2st2ast52.276.0/1IIIKINNN/9550nPTmN86.651450/109550mN2.3386.65504.0stTA4.502052.2stI6.3.2三相异步电动机的调速调速方法pfsnsn1060)1()1(变频调速（笼型电动机）变极调速（笼型电动机）变转差率调速（绕线型电动机）电动机的转速与电源频率、电机磁极对数、转差率有关。1.变极调速电源频率不变，改变电动机的磁极对数p调速。有级调速U11U21U12U22P=2U11U21U12U22U1U2定子绕组接线电机磁场情况U11U21U12U22P=1U1U2U11U21U12U222.变频调速改变频率（f1)调整电动机的转速，属无级调速，调速性能好，但需有一套专用变频设备。3.变转差率调速~f=50HzM3~变频设备f1可调在绕线式电动机转子绕组中串入可调电阻R,可改变s和n。nTm0'2R2'2RRR2TemnnT2可实现小范围无级调速，但能耗大，效率低，广泛应用于起重设备。特点：n6.3.3三相异步电动机的制动1.能耗制动调节制动电流RPQ2+_能耗制动的特点：制动准确、平稳、能量消耗小。但制动力较弱,且需要有直流电源。固定磁场n1=0制动原理SN•TemM3~Q12.反接制动QRM3~~运行制动n制动原理SN•Tem旋转磁场n1将电源的任意两相对调，产生反向旋转磁场，产生制动转矩。方法简单，制动效果好，但能耗大。特点：制动限流电阻3.回馈制动电动机转速n大于旋转磁场转速n1。如起重机重物下放时。n制动原理SN•Tem旋转磁场n1nn1电动机处于发电运行状态。特点：6.4三相异步电动机的铭牌和技术数据铭牌的作用：向使用者简要说明电动机的一些额定数据和使用方法。例：某电动机铭牌数据如下。三相异步电动机型号Y132M-4功率7.5kW频率50HZ电压380V电流15.4A接法转速1440r/min绝缘等级B工作方式连续年月编号电机厂1.型号Y132M-4三相异步电动机机座中心高(mm)磁极数机座长度代号(S短机座;M中机座;L长机座)2.功率PN额定运行时，轴上输出的机械功率。输入功率COS3NN1IUP效率1N/PP3.电压UN额定运行时，定子绕组上应加的线电压。4.电流IN在UN、PN时，流入定子绕组的线电流。5.转速nN在UN、PN、IN时，电动机转子的转速。1U1V1W2U2V2W1U1V1W2U