电动机工作原理PPT

跳转到第一页三相异步电动机的转动原理三相异步电动机使用方法三相异步电动机的运行和控制方法三相异步电动机的机械特性单相异步电动机的转动原理直流电动机的转动原理步进电动机的转动原理学习要点第7章电动机跳转到第一页第7章电动机7.1三相异步电动机的结构及转动原理7.2三相异步电动机的电磁转矩和机械特性7.3三相异步电动机的运行与控制7.4三相异步电动机的选择与使用7.5单相异步电动机7.6直流电动机7.7步进电动机跳转到第一页7.1三相异步电动机的结构及转动原理7.1.1三相异步电动机的结构三相异步电动机由定子和转子构成。定子和转子都有铁心和绕组。定子的三相绕组为AX、BY、CZ。转子分为鼠笼式和绕线式两种结构。鼠笼式转子绕组有铜条和铸铝两种形式。绕线式转子绕组的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个铜集电环上，起动变阻器和调速变阻器通过电刷与集电环和转子绕组相连接。跳转到第一页7.1.2旋转磁场的产生)120sin(2)120sin(2sin2CBAtIitIitIipppAiAiBiCXBYCZ把三相定子绕组接成星形接到对称三相电源，定子绕组中便有对称三相电流流过。跳转到第一页ωtiiAiBiCO120°240°360°×××××······(a)ωt=0°(b)ωt=120°(c)ωt=240°AAAXXXBBBYYYCCCZZZ×跳转到第一页结论：(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跳转到第一页7.1.3三相异步电动机的转动原理··××no·FFn×静止的转子与旋转磁场之间有相对运动，在转子导体中产生感应电动势，并在形成闭合回路的转子导体中产生感应电流，其方向用右手定则判定。转子电流在旋转磁场中受到磁场力F的作用，F的方向用左手定则判定。电磁力在转轴上形成电磁转矩。电磁转矩的方向与旋转磁场的方向一致。跳转到第一页电动机在正常运转时，其转速n总是稍低于同步转速no，因而称为异步电动机。又因为产生电磁转矩的电流是电磁感应所产生的，所以也称为感应电动机。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：%100oonnns转差率是异步电动机的一个重要参数。异步电动机在额定负载下运行时的转差率约为1%~9%。跳转到第一页例：有一台4极感应电动机，电压频率为50Hz，转速为1440r／min，试求这台感应电动机的转差率。解：因为磁极对数2p，所以同步转速为：r/min150025060601opfn转差率为：%4%100150014401500%1000onnns跳转到第一页7.2三相异步电动机的电磁转矩和机械特性7.2.1三相异步电动机的电路分析+u1－e1eσ1i1i2e2eσ21．定子电路分析dtdNdtdiLRieeRiu1111111111)()()()()(1111111111EXIjRIEERIUmNfEU111144.411EU忽略R1和X1上的压降，则：跳转到第一页2．转子电路分析dtdiLRieRie22222222)(22222222)(XIjRIERIE+u1－e1eσ1i1i2e2eσ2202122244.444.4sENsfNfEmm1oooo26060)(sfpnnnnnnpfmNfE212044.4为0n即1s时的转子电动势。20212222222sXLsfLfLX21202LfX为0n即1s时的转子漏抗。跳转到第一页2cosI2，2cosI2Os1转子每相电流：2202220222222)(sXRsEXREI转子的功率因数为：220222222222)(cossXRRXRR可见异步电动机的转子电流和功率因数也都与转差率s有关，如图所示。跳转到第一页7.2.2三相异步电动机的电磁转矩三相异步电动机的电磁转矩T是由旋转磁场的每极磁通与转子电流I2相互作用而产生的，故电磁转矩与转子电流的有功分量22cosI及定子旋转磁场的每极磁通成正比，即：22TcosIKT式中KT是一个与电动机结构有关的常数。将I2、2cos的表达式及与U1的关系式代入上式，得三相异步电动机电磁转矩公式的另一个表示式：22022212)(sXRUsRKT式中K是一常数。可见电磁转矩T也与转差率s有关，并且与定子每相电压U1的平方成正比，电源电压对转矩影响较大。同时，电磁转矩T还受到转子电阻R2的影响。跳转到第一页7.2.3三相异步电动机的机械特性aOTnn0TmaxTqTNnNbcTNTqTmaxTssm1O(a)T=f(s)曲线(b)n=f(T)曲线1．起动转矩22022212XRURKTq电动机刚起动（n=0，s=1）时的转矩称为起动转矩。跳转到第一页2．额定转矩NN2N9550nPTT电动机在额定负载下工作时的电磁转矩称为额定转矩，忽略空载损耗转矩，则额定转矩等于机械负载转矩。式中PN是电动机的额定功率，单位为kW；nN是电动机的额定转速，单位是r/min。跳转到第一页例：有两台功率都为kW5.7NP的三相异步电动机，一台V380NU、r/min962Nn，另一台V380NU、r/min1450Nn，求两台电动机的额定转矩。解：第一台：mN45.749625.795509550NNNnPT第二台：mN4.4914505.795509550NNNnPT跳转到第一页3．最大转矩对应于最大转矩的转差率sm可由0dsdT求得，为202XRsm。最大转矩为：2021max2XUKT过载系数：NmaxTT一般三相异步电动机的2.2~8.1。跳转到第一页7.3三相异步电动机的运行与控制7.3.1三相异步电动机的起动1．直接起动直接起动是利用闸刀开关或接触器将电动机直接接到额定电压上的起动方式，又叫全压起动。优点：起动简单。缺点：起动电流较大，将使线路电压下降，影响负载正常工作。适用范围：电动机容量在10kW以下，并且小于供电变压器容量的20％。跳转到第一页2．降压起动Y-Δ换接起动：在起动时将定子绕组连接成星形，通电后电动机运转，当转速升高到接近额定转速时再换接成三角形。适用范围：正常运行时定子绕组是三角形连接，且每相绕组都有两个引出端子的电动机。优点：起动电流为全压起动时的1／3。缺点：起动转矩均为全压起动时的1／3。Y接起动Δ接运行跳转到第一页起动运行自耦降压起动：利用三相自耦变压器将电动机在起动过程中的端电压降低，以达到减小起动电流的目的。自耦变压器备有40％、60％、80％等多种抽头，使用时要根据电动机起动转矩的要求具体选择。跳转到第一页定子转子电刷滑环电阻绕线式异步电动机转子绕组串入附加电阻后，既可以降低起动电流，又可以增大起动转矩。跳转到第一页7.3.2三相异步电动机的调速pfsnsn1o60)1()1(三相异步电动机的转速：1．变极调速通过改变电动机的定子绕组所形成的磁极对数p来调速。因磁极对数只能是按1、2、3、…、的规律变化，所以用这种方法调速，电动机的转速不能连续、平滑地进行调节。跳转到第一页2．变频调速通过变频器把频率为50Hz工频的三相交流电源变换成为频率和电压均可调节的三相交流电源，然后供给三相异步电动机，从而使电动机的速度得到调节。变频调速属于无级调速，具有机械特性曲线较硬的特点。3．变转差率调速通过改变转子绕组中串接调速电阻的大小来调整转差率实现平滑调速的，又称为变阻调速。调速电阻的接法与起动电阻相同。这种方法只适用于绕线式异步电动机。跳转到第一页7.3.3三相异步电动机的反转因为三相异步电动机的转动方向是由旋转磁场的方向决定的，而旋转磁场的转向取决于定子绕组中通入三相电流的相序。因此，要改变三相异步电动机的转动方向非常容易，只要将电动机三相供电电源中的任意两相对调，这时接到电动机定子绕组的电流相序被改变，旋转磁场的方向也被改变，电动机就实现了反转。跳转到第一页7.3.4三相异步电动机的制动1．能耗制动电动机定子绕组切断三相电源后迅速接通直流电源。感应电流与直流电产生的固定磁场相互作用，产生的电磁转矩方向与电动机转子转动方向相反，起到制动作用。特点：是制动准确、平稳，但需要额外的直流电源。+－M3～×ΦFnn0=0跳转到第一页2．反接制动电动机停车时将三相电源中的任意两相对调，使电动机产生的旋转磁场改变方向，电磁转矩方向也随之改变，成为制动转矩。注意：当电动机转速接近为零时，要及时断开电源防止电动机反转。特点：简单，制动效果好，但由于反接时旋转磁场与转子间的相对运动加快，因而电流较大。对于功率较大的电动机制动时必须在定子电路（鼠笼式）或转子电路（绕线式）中接入电阻，用以限制电流。跳转到第一页M3～×ΦFnn0跳转到第一页3．发电反馈制动电动机转速超过旋转磁场的转速时，电磁转矩的方向与转子的运动方向相反，从而限制转子的转速，起到了制动作用。因为当转子转速大于旋转磁场的转速时，有电能从电动机的定子返回给电源，实际上这时电动机已经转入发电机运行，所以这种制动称为发电反馈制动。×ΦFnnn0n0跳转到第一页7.4.1三相异步电动机的铭牌7.4三相异步电动机的选择与使用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Δ转速1440r/min绝缘等级B工作方式连续年月日编号××电机厂机座中心高度（132mm）Y132M—4磁极数（4极）机座长度代号（中机座）三相异步电动机型号：跳转到第一页功率：电动机在铭牌规定条件下正常工作时转轴上输出的机械功率，称为额定功率或容量。电压：电动机的额定线电压。电流：电动机在额定状态下运行时的线电流。频率：电动机所接交流电源的频率。。转速：额定转速。接线方法：U1V1W1W2U2V2U1V1W1W2U2V2U1V1W1U2V2W2U1V1W1(a)星型连接(b)三角形连接U2V2W2跳转到第一页7.4.2三相异步电动机的选择合理选择电动机关系到生产机械的安全运行和投资效益。可根据生产机械所需功率选择电动机的容量，根据工作环境选择电动机的结构形式，根据生产机械对调速、起动的要求选择电动机的类型，根据生产机械的转速选择电动机的转速。跳转到第一页7.4.3电动机的安装与接地电动机的安装应遵循如下原则：（1）有大量尘埃、爆炸性或腐蚀性气体、环境温度40℃以上以及水中作业等场所，应该选择具有合适防护型式的电动机。（2）一般场所安装电动机，要注意防止潮气。不得已的情况下要抬高基础，安装换气扇排潮。（3）通风条件要良好。环境温度过高会降低电动机的效率，甚至使电动机过热烧毁。（4）灰尘少。灰尘会附在电动机的线圈上，使电动机绝缘电阻降低、冷却效果恶化。（5）安装地点要便于对电动机的维护、检查。跳转到第一页电动机的绝缘如果损坏，运行中机壳就会带电。一旦机壳带电而电动机又没有良好的接地装置，当操作人员接触到机壳时，就会发生触电事故。因此，电动机的安装、使用一定要有接地保护。在电源中性点直接接地系统，采用保护接中性线，在电动机密集地区应将中性线重复接地。在电源中性点不接地系统，应采用保护接地。跳转到第一页7.5单相异步电动机7.5.1单相异步电动机的工作原理与特性t8×·×××···××··ntiOt1t2t3t4t5t6t7t8t1t2t3t4t5t6t7定子绕阻轴线在单相异步电动机的定子绕组通入单相交流电，电动机内产