第8章电动机new

第8章异步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。§8-1三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§8-2三相异步电动机的工作原理f磁铁闭合线圈NS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（左手定则）通电导线在磁场中受力ilBfn0neiNSf1.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0nnn0neiNSfBiU1U2V1V2W1W2AiCiABC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360oU1W2W1V2V1U2BiU1U2V1V2W1W2AiCi60tSN0n60N0tS0nA120tYNS180tNS0n产生了一个顺时针旋转的旋转磁场A-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。3、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4、旋转磁场的转速大小分）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：NSSN0n60NSAiBiCimItBiAXBYCZAiCi1p此种接法下，合成磁场只有一对磁极，则极对数p为1。即：三相异步电动机的极数就是旋转磁场的极数。可以证明，旋转磁场的极数和三相绕组的安排有关。三相异步电动机的极数SNU1U1W1V1U2V2U2V1V2W2W1W2U1U2U1U2V1V2V1V2W1W2W1W2ACBBiAiCi极对数（p）的改变将每相绕组分成两段，按右下图放入定子槽内。形成的磁场则是两对磁极。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电动机转速和旋转磁场同步转速的关系电动机转速:n电机转子转动方向与磁场旋转的方向一致，但异步电动机0nn无转矩转子与旋转磁场间没有相对运动无转子电动势（转子导体不切割磁力线）无转子电流提示：如果0nn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）n=（1-s）no理想空载：n=no，s=0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§8-3三相异步电动机的电磁转矩、机械特性i2定、转子电路R1R2i1u1e1e1e2e2：漏磁通产生的感应电动势。：主磁通产生的感应电动势。e1e2、e1e2、1、定子电路：定子和转子电路相等于变压器的原、副绕组ΦNf4.44KE1111ΦNf4.44KEU11111R1R2i1u1e1e1e2e2忽略定子绕组阻抗压降后，可见当U1、f1一定时，基本不变。Φ22TcosφIΦKT因为所以当U1一定时，T与成正比22cosφIΦNf4.44KE22222f：转子感应电动势的频率2N：转子线圈匝数100002sfp60nnnnp60nnf同理得转子边：2、转子电路：2f取决于转子和旋转磁场的相对速度（no-n）1)2f(e2或i2的频率)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）Hz2）e2202222sEΦNf4.44KE起动时，s=1（n=0）E20=E2最大202sEE2）X22021222sXLsf2πLf2πX起动时，s=1（n=0）X2=X20最大202sXXR1R2i1u1e1e1e2e22202220222222)(sXRsEXREI其中2021222sXLsf2πLf2πX2021222sEΦNsf4.44ΦNf4.44E转子功率因数220222222222)(sXRRXRRcosφ22TcosφΦIKT22022202)(sXRsEI2202222)(sXRRcosφΦN4.44fU111将其中参数代入：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n0TTmaxOnDA如原来工作于P点，T=TP；当阻转矩TL,TTL，n,T，直到T=TQ，这时电动机工作于Q点，这时有nQnP。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，这种能力称为自适应负载能力。TPPnPQTQnQ三个重要转矩n0TnNT额定转矩：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。NPNn1、(r/min)n(kW)P955060πn2PTNNNNN（N•m）NTnNTTmaxsmOssmR2R2R2R2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。TTmaxsmOsTmaxU1U1U1U1由式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：不同R2不同U1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（1）三相异步机的和电压的平方成正比，所以对电压的波动很敏感，使用时要注意电压的变化。maxTmaxLTT（2）电机严重过热0n12II1)(s2021max2X1KUTstT起动转矩：3、电机起动时的转矩。n0TnstT21220222U)(sXRsRKT0n1)(s其中则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1U21220222U)(sXRsRKT机械特性和电路参数的关系21UT和电压的关系0Tn0)0(nnsSTmaxTTU1结论：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mms'sststTT结论：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§8-4三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.说明：一般规定电动机的运行电压不能高于或低于额定值的5％。线电压线电压例：380/220Y/是指：同一台电动机当线电压为380V时采用Y接法；当线电压为220V时采用接法。Y系列电动机3kW及以下者，采用Y接法4kW以上者，采用接法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。如：A./A./486211表示接法下，电机的线电流为11.2A，相电流为6.48A；Y接法时线（相）电流均为6.48A。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。注意：实用中应选择合适容量的电机，防止“大马”拉“小车”的现象。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stI起动电流：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：§8-5三相异步电动机的使用三相异