第7章电动机new

第7章交流电动机交流电动机电动机直流电动机鼠笼式绕线式异步机同步机鼠笼式异步交流电动机授课内容：基本结构、工作原理、机械特性、使用方法电动机的分类电动机是一种根据电磁感应原理，把电能转换为机械能的旋转电气设备。§7-1三相异步电动机的构造一、定子（固定部分）定子是电动机的静止部分，它主要由机座（外壳）、定子铁心和定子绕组等部分组成。U1U2W1W2V1V2三相定子绕组定子绕组:CBA3Y接U1V1W1W2U2V2CBA3接U1V1W1W2U2V2首端末端W1—W2对称三相绕组U1—U2V1—V2U1U2V1W1W2AZCYBXV2机座：机座是用铸铁或铸钢制成，作为安装定子铁心的支架。定子铁心：磁路部分，用0.5mm、相互绝缘的硅钢片压叠成圆筒形。铁芯的内表面上分布有与轴平行的线槽，用来嵌放定子绕组。定子铁心二、转子（旋转部分）转子是电动机的旋转部分，它主要由转轴、转子铁心和转子绕组等部分组成转子绕组：转子绕组分鼠笼式和绕线式两种，由此决定电动机的类型。鼠笼式转子绕线式转子滑环转子绕组电刷三相可变电阻器转子铁心：转子铁心也是电动机磁路的一部分。用厚度为0.5mm、相互绝缘的硅钢片压叠成圆柱体，并紧固在转轴上。铁芯的外表面上分布有均匀的线槽，用来嵌放转子绕组。转子铁心n0nei§7-2三相异步电动机的工作原理f磁铁闭合线圈NS1.线圈跟着磁铁转→两者转动方向一致结论：异步2.线圈比磁铁转得慢0nnn0neiNSf3.磁铁转慢线圈也转慢BiU1U2V1V2W1W2AiCiABC一、旋转磁场的产生240sin120sinsintIitIitIimCmBmA定子绕组中通入三相交流电，产生旋转磁场。U1U2V1W1W2AZCYBXV2t=00U1W2W1V2V1U2NS00240sin120sinsintIitIitIimCmBmAtAiBiCimI(•)电流出()电流入240sin120sinsintIitIitIimCmBmAtAiBiCimI1200t=1200NSU1W2W1V2V1U2旋转120O240sin120sinsintIitIitIimCmBmAtAiBiCimI2400t=2400NSU1W2W1V2V1U2旋转240Ot=3600NS240sin120sinsintIitIitIimCmBmAtAiBiCimI3600旋转360oU1W2W1V2V1U2A-B-CM3~U1V1W1M3~A-B-CU1V1W1可见：1、合成磁场是一个在空间旋转的磁场。2、旋转磁场的转动方向取决于定子绕组中通入三相电流的相序。改变转向，只要任意调换两根电源相线即可。（例如交换B、C相线，转向改变）顺时针逆时针3、旋转磁场的转速分）转/(6010fn一个电流周期，旋转磁场在空间转过360°。则同步转速（旋转磁场的速度）为：旋转磁场的磁极数和三相绕组的安排有关。三相异步电动机的磁极数BiAXBYCZAiCi1p合成磁场只有一对磁极时定子绕组的接法SNU1U1W1V1U2V2U2V1V2W2W1W2U1U2U1U2V1V2V1V2W1W2W1W2ACBBiAiCi将每相绕组分成两段，按图所示放入定子槽内。2p合成磁场有两对磁极时定子绕组的接法SNNSU100t=00tAiBiCimIU2U1U2V1V2V1V2W1W2W1W2极对数2ptAiBiCimIt=12001200U1U2U1U2V1V2V1V2W1W2W1W2SNNS极对数2p旋转60o分）转/(600pfn三相异步电动机的同步转速分）转/(600pfn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)50(Hzf0n3p120分）转/(0001转差率的概念：)(s%10000nnns异步电机运行中:%9~1s转差率为旋转磁场的同步转速和电动机转速之差。即：电动机起动瞬间:1,0sn（转差率最大）理想空载：n=no，s=0i2定、转子电路R1R2i1u1e1e1e2e21、定子电路：电动机每相定子和转子电路相当于变压器原、副绕组1111U4.44KfNΦ§7-3三相异步电动机的电路分析可见当U1、f1一定时，基本不变。Φ1111U4.44KfNΦΦNf4.44KE22222f：转子感应电动势的频率2N：转子线圈匝数100002sfp60nnnnp60nnf2、转子电路：f2取决于转子和旋转磁场的相对速度（no-n）起动时，s=1（n=0）f2=f1最高sN=0.01~0.09则转子的f2N=（0.5~4.5）HzΦNf4.44KE2222202sEE2021222sXLsf2πLf2πX202sXX起动时，s=1（n=0）E2、X2最大R1R2i1u1e1e1e2e22202220222222)(sXRsEXREI其中2021222sXLsf2πLf2πX2021222sEΦNsf4.44ΦNf4.44E转子功率因数220222222222)(sXRRXRRcosφ电磁转矩T：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距之总和。22TcosφIΦKT常数每极磁通转子电流转子电路的2cosφ一、三相异步电动机的电磁转矩§7-4三相异步电动机的电磁转矩、机械特性22022202)(sXRsEI2202222)(sXRRcosφΦN4.44fU111其中：22022221)(sXRsRKUT得到转矩公式二、三相电动机的机械特性f(T)nf(s)TTs10n0Tn得特性曲线：22022221)(sXRsRKUT根据转矩公式转矩特性机械特性转矩特性机械特性如原来工作于P点，T=TP；机械特性曲线上的DA段为稳定工作区。电动机的自适应负载能力：电动机的电磁转矩可以随负载的变化而自动调整n0TTmaxOnDATPPnPQTQnQ当阻转矩TQ,TTQ，n,T，直到T=TQ，电动机工作于Q点。电机在额定电压下，以额定转速运行、输出额定功率时，电机转轴上输出的转矩。三个重要转矩n0Tn1、额定转矩TN:NPNn(r/min)n(kW)P955060πn2PTNNNNN（N•m）NTnN从转矩特性曲线上看，转矩有一最大值Tmax，称为最大转矩或临界转矩。对应的转差率sm称为临界转差率。由转矩公式T=(s)令dT/ds=0得sm=R2/X20将sm代入式T=(s)得Tmax=KU12/2X202、最大转矩Tmax：n0TmaxT过载系数：NmaxTTλ三相异步机2.2~8.1注意：工作时，一定令负载转矩，否则电机将停转。致使maxLTT电机严重过热0n12II1)(s3、起动转矩Tst：n0TnstT21220222U)(sXRsRKT0n1)(s若则21220222stU)(XRRKT体现了电动机带载起动的能力。若电机能起动，否则将起动不了。LstTTstT1U总结：机械特性和电路参数的关系21UT和电压的关系0Tn0)0(nns和转子电阻的关系22'RR2'RR2的改变：鼠笼式电机转子导条的金属材料不同，线绕式电机外接电阻不同。0Tn2RstTstTTTmaxsmOssmR2R2R2R2机械特性的软硬硬特性：负载变化时，转速变化不大，运行特性好。软特性：负载增加转速下降较快，但起动转矩大，起动特性好。硬特性（R2小）软特性（R2大）0Tn不同场合应选用不同的电机。如金属切削，选硬特性电机；重载起动则选软特性电机。一、三相异步机铭牌与技术数据1.型号Y132M－4磁极数(极对数p=2)同步转速1500转/分分）转/(600pfn转差率0.04150014401500s2.转速:电机轴上的转速（n)。如：n=1440转/分§7-5三相异步电动机的铭牌和技术数据3.联接方式：Y/接法：Y接法：接法：ABCABCU1接线盒：V1W1W2U2V2U1U2V1V2W1W2U1U2V1V2W1W24.额定电压UN：定子绕组在指定接法下应加的线电压.一般规定电动机的运行电压不能偏离额定值的5％。1、如Y接误接为接后果会如何？2、如接误接为Y接后果会如何？答：可空载或轻载起动运转，但不能带负载，否则电流增大，时间一长烧毁电机。答：承受的相电压增大，磁通和电流均增大，将烧毁电机。5.额定电流IN：定子绕组在指定接法下的线电流。6.额定功率PN：额定功率指电机在额定运行时轴上输出的功率（），不等于从电源吸收的功率（）。两者的关系为：NP2NP1NNNPP12NNNNCOSIUP31其中鼠笼电机N=72－93％额定负载时一般为0.7~0.9，空载时功率因数很低约为0.2~0.3。额定负载时，功率因数最大。7.功率因数(cosN)：P2PNcos1I1二、工作特性1、电流特性2、功率因数特性3、效率特性P2cos1I1=f（P2）cos1=f（P2）=f（P2）P2=0时，cos1=0.2~0.3PN时，cos1一般为0.7~0.9，功率因数最大。P2I1P2=0时，I1=I10实用中应选择合适容量的电机，防止“大马”拉“小车”的现象P2=0时，=0N=72－93％80%PN时效率最高。I100一、三相异步机的起动中小型鼠笼式电机起动电流为额定电流的5~7倍。定子电流I1原因：起动时转差率s=1（n=0），转子感应电动势E2=E20最大转子电流I2大电流使电网电压降低影响其他负载工作频繁起动时造成热量积累电机过热影响：§7-6三相异步电动机的使用三相异步机的起动方法：全压起动（直接起动）降压起动Y－起动自耦降压起动转子串电阻起动1、鼠笼式电动机的起动方法1）全压起动（直接起动）：2030kW以下的电动机，一般都采用直接起动电机频繁起动，容量小于变压器容量的20%；电机不经常起动，容量小于变压器容量的30%允许直接起动。（2）无独立变压器，与照明共用，电机直接起动时所产生的电压降不超过5%时，允许直接起动。（1）有独立的变压器（1）Y－换接降压起动：Z3UIllY3ZUIllΔ设：电机每相阻抗为z31IIlΔlY2）降压起动AZBYXC正常运行UPABCXYZ起动UP'lYIlIStΔstYT31TPPU31U所以降压起动适合于空载或轻载起动的场合)UT(ST2Y－起动也时ststT,I阻转矩TL必须小于Tst电机才能起动，否则将起动不了。实现方法1）QX系列Y－起动器（九线闸）选用时，应使起动器额定容量大于电动机额定容量。2）三相双投开关三相双投开关Y接起动接起动电动机U1V1W1W2U2V2ABC（2）自耦降压起动U1V1W1M3~S1S2起动运行自耦降压起动是利用三相自耦变压器将电动机在起动时的端电压降低，当转速接近额定值时切除自耦变压器，将电动机直接接到电源上。三相自耦变压器U1V1W1M3~S1S2stIstI线路上的起动电流：stI电动机全压起动电流：stI电动机降压起动电流：stIstIK1st2stI)K1(I)K1(K：自耦变压器变比降压起动转矩St2stT)K1(T转子绕组串电阻起动定子RRR线绕式转子起动时将适当的R串入转子绕组中，起动后将R短路。1222202202stIIR)(XREI2、绕线式电动机的起动方法转子串电阻起动的特点：适于转子为线绕式的电动机起动。（1）（2）R2选的适当，转子串电阻既可以降低起动电流，又可以增加起动力矩。0Tn2'R2R22R'Rst2TRstTstT调速就是在同一负载下能得到不同的转速，以满足生产过程的要求。根据转速公