电工学B4.

内蒙古工业大学电工电子教学中心第4章电动机本章主要介绍三相交流异步电动机的基本构造、转动原理、机械特性、铭牌数据以及三相交流异步电动机的使用。本章还将对单相异步电动机、直流电动机和个别控制电机作简单的介绍。第4章电动机4.1三相异步电动机的构造4.2三相异步电动机的工作原理4.3三相异步电动机的电路分析4.4三相异步电动机的转矩与机械特性4.5三相异步电动机的起动4.6三相异步电动机的调速*4.7三相异步电动机的制动4.8三相异步电动机的名牌数据4.9单相异步电动机*4.10直流电动机*4.11控制电动机电工学第四章4异步电动机的应用非常广泛：在工业方面：中、小型轧钢设备，机床、轻工机械、起重机械，矿山机械等。在农业方面：脱粒机、粉碎机、排灌机械及加工机械等。在家用电器方面：电风扇、空调机、洗衣机、电冰箱等。电动机的作用是将电能转换成机械能，电动机分交流电动机和直流电动机两大类。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、复励电动机电动机电工学第四章5三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。4.1三相异步电动机的构造（Y系列）三相异步电动机的外形电工学第四章6三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。三相异步电动机的构造三相异步电动机的基本结构示意图端盖机座定子转子转轴风扇电工学第四章7三相异步电动机的基本结构示意图定子转子轴承端盖机座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。三相异步电动机的构造电工学第四章81.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。定子绕组机座定子铁心机座定子铁心定子绕组转子三相异步电动机的构造电工学第四章9定子铁心是由冲有槽孔的硅钢片叠压而成。定子硅钢片1.定子三相异步电动机的构造电工学第四章102.转子根据转子绕组结构的不同分为笼型转子和绕线型转子。笼型转子的电动机称笼型电动机。笼型转子是由嵌放在转子铁心槽内的导电条组成，在转子铁心的两端各用一个导电端环把所有的导电条连接起来。笼型转子鼠笼转子绕组转子三相异步电动机的构造电工学第四章11转子铁心是由相互绝缘的硅钢片叠压而成。转子硅钢片2.转子三相异步电动机的构造电工学第四章12绕线型转子铁心与绕组2.转子根据转子绕组结构的不同分为笼型转子和绕线型转子。绕线型转子的电动机称绕线型电动机。外接电阻电刷滑环转子铁心转子绕组三相异步电动机的构造电工学第四章13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。三相异步电动机的构造电工学第四章14在定子槽孔中放置三相彼此独立的绕组。U1U2V1V2W1W2U1V1W1W2U2V2U1U2V1V2W1W2U1U2V1V2W1W2U1V1W1W2U2V2定子绕组星接定子绕组角接端子三相异步电动机的电路部分首端末端电工学第四章15U1W2V1U2W1V2设：电流的流入端用+表示电流的流出端用•表示定子绕组U1U2V1V2W1W2i1i2i3u1u2u3i1i2i3U1V1W1U2V2W2+++在定子槽孔中放置三相彼此独立的绕组。三相异步电动机的电路部分电工学第四章16定子绕组与转子绕组定子绕组转子绕组U1W2V1U2W1V2+++设：电流的流入端用+表示电流的流出端用•表示三相异步电动机的电路部分电工学第四章174.2三相异步电动机的工作原理电工学第四章18i1i2i3U1V1W1U2V2W2i1=Imsinti2=Imsin(t–120)i3=Imsin(t+120)i1i2i3相序L1-L2-L3-L1对称三相电流流入对称三相绕组。tiO4.2三相异步电动机的工作原理4.2.1旋转磁场(星形联接)电工学第四章19i1t=0°tiU1W2V1U2W1V2i1=0i2为负值i3为正值NS0°设：电流的流入端用+表示i2i3电流的流出端用•表示旋转磁场1.旋转磁场的产生O•三相电流合成磁场的分布情况各相绕组首端与首端或末端与末端之间空间位置相差120o电工学第四章20tt=60°iU1W2V1U2W1V260°i3=0i2为负值i1为正值i1i2i3O1.旋转磁场的产生•三相电流合成磁场的分布情况旋转磁场电工学第四章21t=90°U1W2V1U2W2V2NS90°i1为正值i2为负值i3为负值tii1i2i3O1.旋转磁场的产生•三相电流合成磁场的分布情况旋转磁场电工学第四章22t=180°U1W2V1U2W1V2i1=0i2为正值i3为负值180°NStii1i2i3O1.旋转磁场的产生•三相电流合成磁场的分布情况旋转磁场电工学第四章23t=0°U1W2V1U2W1V2NS0°Nt=180U1W2V1U2W1V2S180°t=90°U1W2V1U2W1V2NS90°t=60U1W2V1XW1V2NS60°1.旋转磁场的产生旋转磁场Flash电工学第四章24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，当电流经过一个周期变化时，磁场也沿着顺时针方向旋转了一周(在空间旋转的角度为360º)。综上分析可以得出：旋转磁场电工学第四章25tii1i2i3OU1V1W1U2V2W2i1i39060°0U1W2V1U2W1V2NS0°U1W2V1U2W1V2NS60°相序L1-L3-L2-L1U1W2V1U2W1V2NS90°i22.旋转磁场的转向旋转磁场电工学第四章26改变流入三相绕组的电流相序，就能改变旋转磁场的转向；改变了旋转磁场的转向，也就改变了三相异步电动机的旋转方向。综上分析可以得出：任意调换两根电源进线，则旋转磁场反转，从而改变了三相异步电动机的旋转方向。旋转磁场电工学第四章27旋转磁场的磁极对数p与三相定子绕组的连接方式有关。3.旋转磁场的磁极对数p0=t当三相定子绕组按图示排列时，产生一对磁极的旋转磁场：1=pU1U2V2W1V1W2NS3iU1U2V1V2W1W21i2i旋转磁场电工学第四章28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。3.旋转磁场的磁极对数p旋转磁场W'1U1V1W1V'11i2i3iU'2U2U'1V2V'2W2W'21U2U2U2W1W1V2V1V2V1U1W2W电工学第四章29磁极对数2=p旋转磁场的磁极对数与三相绕组的排列有关0=t3.旋转磁场的磁极对数p旋转磁场1U2U2U2W1W1V2V1V2V1U1W2WNSSNW'1U1V1W1V'11i2i3iU'2U2U'1V2V'2W2W'22i3i1iimItO电工学第四章304.旋转磁场的转速n0分）转/(6010fn=工频：150Hzf=分）转/(30000=np=1时0mICiBiAitiomI旋转磁场NSU1V1W2U2W1V2NSU1V1W2U2W1V2NSU1V1W2U2W1V20=t180t=360t=电工学第四章31NSNS1U2U2U2W1W1V2V1V2V1U1W2WNSSN1U2U2U2W1W1V2V1V2V1U1W2W0=t=60t2i3i1iitmI0分）转/(150026010==fn0n30p=2时4.旋转磁场的转速n0旋转磁场Flash电工学第四章32—电源的频率—磁极对数若f1=50Hz，p=1，n0=3000r/min；p=2，n0=1500r/min；p=3，n0=1000r/min。4.旋转磁场的转速n0pfn1060=n0的单位：转/每分P12345n0/(r/min)300015001000750600旋转磁场的转速取决于磁场的极对数旋转磁场电工学第四章33•••SNn0ne(i)FF转子导体旋转磁极形成旋转磁场，旋转磁场的转速也称为同步转速。笼型转子在旋转磁场的作用下也转动起来，其转向与旋转磁场的转向相同。4.2.2电动机的转动原理电工学第四章34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。4.2.3转差率s电工学第四章35n=(1–s)n0•转差率0s≤sN=(1~9)%•转子转速转差率s00nnns=[例1]已知一台三相异步电动机，其额定转速n=975r/min，电源频率f1=50Hz。求：电动机的极对数和额定负载下的转差率。[解]p=30010009750.0251000nnsn===nN接近与no而略小于no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,即额定转差率为电工学第四章364.3三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。异步电动机每相电路定子电路i1+u1--e1+-eδ1+f1转子电路i2+e2-+eδ2-f2N1N2电工学第四章37U1E1=4.44f1N1：旋转磁场每极磁通N1：每相定子绕组匝数f1：定子电流频率4.3.1定子电路11111UEERI=忽略漏磁电动势eδ1和电阻压降R1i111EU定子电路i1+u1--e1+-eδ1+f1u1=-e1-eδ1+R1i1或u1≈-e11UΦ旋转磁场与定子导体间的相对速度为n0，所以0160pnf=感应电动势的频率与磁场和导体间的相对速度有关。f1=电源频率f电工学第四章384.3.2转子电路1.转子感应电势频率f260)(02nnpf=1000260)(sfpnnnnf==210.5~4.5Hz(50Hz)ff==转子电路i2+e2-+e2-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旋转磁场切割定子导体和转子导体的速度不同。电工学第四章39E2=4.44f2N2=4.44sf1N2=sE202.转子电动势E2202122222sXLsfLfX===3.转子感抗X2转子电路转子电路i2+e2-+eδ2-f2当转速n=0即s=1（转子静止时）时，f2最高，且E2最大，有E20=4.44f1N2当转速n=0(s=1)时，f2最高，且X2最大，有X20=2f1L2电工学第四章404.转子电路电流2022222222220()sEEIRXRsX==5.转子电路的功率因数cos2220222222222)(cossXRRXRR==I2cos2cos2I2Os1转子电路i2+e2-+eδ2-f2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。sn转子电路电工学第四章41电磁转矩T=KTI2cos2电磁转矩是由旋转磁场和转子电流的有功分量相互作用而产生的。与结构有关的常数4.4三相异步电动机的转矩与机械特性4.4.1转矩公式ilBF=22cosTΦI，，可推出旋转磁场每极磁通转子电流转子电路的功率因数电工学第四章42电磁转矩T=KTI2cos2常数转矩公式22022212)(sXRUsRKT=所以22022202)(XREIss=2202222)(cosXRRs=1114.44UfNΦ=由前面分析知：电工学第四章43由公式可知22122220()sRUTKRsX=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