机电传动控制第四章

第四章交流电动机的工作原理及特性4.1三相异步电动机的结构和工作原理4.2三相异步电动机的定子和转子电路4.3三相异步电动机的转矩与机械特性4.4三相异步电动机的启动4.5三相异步电动机的调速4.6三相异步电动机的制动4.7单相异步电动机4.8同步电动机的工作原理、特点及应用电动机发电机同步电动机感应电动机三相异步电动机交流电动机)(特点:结构简单、容易制造、价格低廉、运行可靠、坚固耐用、运行效率较高和具有适用的工作特性。缺点:功率因数1。对那些单机容量较大、转速又恒定的生产机械一般采用同步电动机拖动。因为同步电动机的功率因数是可调的(可使cosφ=1或领先)。异步电动机(感应电机)运行时，定子绕组接到交流电源上，转子绕组自身短路．由于电磁感应的关系，在转子绕组中产生电动势、电流，从而产生电磁转矩。第四章交流电动机的工原理及特性4.1三相异步电动机的结构和工作原理4.1.1三相异步电动机的基本结构定子和励磁线圈一转子和转子线圈第四章交流电动机的工原理及特性4.1三相异步电动机的结构和工作原理4.1.1三相异步电动机的基本结构三相对称绕组AX，BY，CZ定子和转子硅钢冲片第四章交流电动机的工原理及特性4.1三相异步电动机的结构和工作原理4.1.1三相异步电动机的基本结构鼠笼转子结构鼠笼式,小型鼠笼式转子绕组多用铝离心浇铸而成。不可接入外加电阻线绕式,一般是连接成星形的三相绕组，可接入外加电阻.第四章交流电动机的工原理及特性4.1三相异步电动机的结构和工作原理4.1.1三相异步电动机的基本结构ABC外接变阻器（启动和速度调节）滑环和电刷绕线转子结构第四章交流电动机的工原理及特性4.1三相异步电动机的结构和工作原理三相交流电定子三相绕组N-S主磁场以n0顺时针旋转nTFieM顺时针TM产生条件是n0和n相对运动1.500nnnS转差率n0－同步转速n－转子转速第四章交流电动机的工原理及特性4.1.3三相异步电动机的旋转磁场1.旋转磁场的产生34sin32sinsintIitIitIimcmBmA第四章交流电动机的工原理及特性4.1.3三相异步电动机的旋转磁场1.旋转磁场的产生CBAiiit0006CBAiiiTtCBAiiiTt03CBAiiiTt02ttTtt020主磁场N-S顺时针旋转180度（旋转磁场n0在一对极p=1时）第四章交流电动机的工原理及特性4.1.3三相异步电动机的旋转磁场2.旋转磁场的旋转方向三相交流电流最大值到达的顺序（相序）决定电动机转向。A→B→C电流A→B→C定子绕组（顺时旋转）A→C→B定子绕组（逆时旋转）第四章交流电动机的工原理及特性4.1.3三相异步电动机的旋转磁场1.旋转磁场的产生CBAiiit00CBAiiiTt0603CBAiiiTtCBAiiiTt0234sin32sinsintIitIitIimBmCmA第四章交流电动机的工原理及特性4.1.3三相异步电动机的旋转磁场3.旋转磁场的极对数与旋转速度第四章交流电动机的工原理及特性4.1.3三相异步电动机的旋转磁场3.四极旋转磁场与旋转速度CBAiiit0006CBAiiiTtCBAiiiTt03CBAiiiTt02ttTtt0205.5600pfn旋转磁场转速（同步速）磁场转了90度n0－r/minf－HZp－极对数（p=1、2、3…）第四章交流电动机的工原理及特性4.1.3三相异步电动机的旋转磁场3.四极旋转磁场与旋转速度5.5600pfn旋转磁场转速（同步速）n0－r/minf－HZp－极对数（p=1、2、3…）7501000150030004321500000nnnnPPPPHfZPfSnpfnnnnS/601601000第四章交流电动机的工原理及特性4.1.4定子绕组线端连接方式出线端排列短路片U线=U相铭牌：Y/△－接线方式380/220－不同接线应加的线电压相线UU3例4.1电源线电压为380V，现有两台电动机，其铭牌数据如下，试选择定子绕组的连接方式。(1)Y90S-4,功率1.1kW,电压220/380V,连接方法Δ／Y,电流4.67/2.7A,转速1400r/min,功率因数0.79(2)Y114M-4,功率4.0kW,电压380/660V,连接方法Δ／Y,电流8.8/4.1A,转速1440r/min,功率因数0.82解:Y90S-4电动机应接成星形Y114M-4电动机应接成三星形4.17电动机定子绕组的连接法第四章交流电动机的工原理及特性4.2三相异步电动机的定子电路和转子电路4.2.1定子电路分析定子每相绕组的感应电势为010111190sin90sinsintEtNdtdNetMmm6.544.4222111111mmMNffNEE7.56001fpnf第四章交流电动机的工原理及特性4.2三相异步电动机的定子电路和转子电路4.2.1定子电路分析漏磁电势dtdiLeLL1118.51111111111dtdiLeRieeRiuLL忽略漏磁10.511EU9.511.1.11.1.1.11.1.XIjERIEERIULR1,X1——电阻和漏磁感抗第四章交流电动机的工原理及特性4.2三相异步电动机的定子电路和转子电路4.2.2转子电路分析1210ffSnZ12H50f)3~75.0%6~%5.1ZHfS（11.544.4222NfE12.560)(60)(100002SfpnnnnnnpfdtdNe22(4.12)代入(4.11)13.544.4212NSfE14.514.544.42202120SEENfE第四章交流电动机的工原理及特性4.2三相异步电动机的定子电路和转子电路4.2.2转子电路分析dtdiLeLL22216.522222222dtdiLRieRieLL17.522.22.2.22.2.XIjRIERIEL18.52221222LLLSfLfX20.519.522022120SXXLfXL启动时，n=0,S=1第四章交流电动机的工原理及特性4.2三相异步电动机的定子电路和转子电路4.2.2转子电路分析转子感应电流有效值为21.52202220222222SXRSEXREI讨论：1）2）S=0，n0-n=0,I2=03)S很小，R2SX204)S-1,SX20R2220IEnnnS2202RSEICXEI20202第四章交流电动机的工原理及特性4.2三相异步电动机的定子电路和转子电路4.2.2转子电路分析22.5cos220222222222SXRRXRR转子电路功率因素为(I2迟后E2一个ψ2角)2022022222cos,1cos,1cos,0XRSXRSXSS时时第四章交流电动机的工原理及特性4.2.3三相异步电动机的额定值电动机铭牌上的额定数据1)型号2)额定功率PN(输出的机械功率)3)额定电压UN(220/380V△/Y)4)额定频率f(50HZ)5)额定电流IN(10.35/5.9A△/Y)6)额定转速nN(额定转差率SN)7)工作方式(定额)8)温升(或绝缘等级)9)电动机重量JO2-S1-4三相异步电动机封闭式设计序列号序列号铁心长度顺序号磁极数第四章交流电动机的工原理及特性4.2.3三相异步电动机的额定值电动机铭牌上不标的额定数据额定功率因数cosψN额定效率ηN%100cos3NNNNNIUP额定转矩TN绕线式异步电动机转子静止时滑环电压和转子额定电流通常手册上给出的数据就是额定值第四章交流电动机的工原理及特性4.2.3三相异步电动机的额定值例5-1有一台三相四极的异步电动机，Y连接，其额定技术数据为PN=90kW，UN=380V，IN=22.9A，电源频率f=50Hz，额定转差率SN=2.85％，定子每相绕组匝N1=320，转子每相绕线匝数N2=20，旋转磁场的每极磁通φ＝0.023Wb，试求：(l)定子每相绕组感应电动势E1：(2)转子每相绕组开路电压E20：(3)额定转速时转子每相绕组感应电动势E2N。解(1)E1=4.44f1N1φ=4.44×50×320×0.023＝1634V(2)转子绕组开路时，转子电路电流I2=0，转子转速n=0，转子绕组电动势频率f2=f1=50Hz，故转子每相绕组的感应电动势(即开路电压)E20=4.44f2N2φ=4.44f1N2φ=4.44×50×20×0.023=102V(3)求E2Nf2=SNf1＝0.0285×50Hz=1.43HzE2N=4.44f2N2φ=4.44×1.43×20×0.023=2.9V第四章交流电动机的工原理及特性4.2.3三相异步电动机的额定值例5-2有一台三相四极的异步电动机，其额定技术数据为nN=1440r/min，R2=0.02Ω，X20=0.08Ω，电源频率f1=50Hz，E20=20V，试求：(l)电动机的同步转速n0：(2)电动机启动时的转子电流I2st：(3)电动机在额定转速时转子电动势的频率f2N；(4)电动机在额定转速时的转子电流I2N解(1)n0=60f1/P=60×50/2=1500r/min(2)AXREIst5.24208.002.0202222022202AXSRESINNN4008.004.002.02004.02222022202(3)SN=(n0-nN)/n0=(1500-1440)/1500=0.04f2N=SNf1＝0.04×50Hz=2Hz(4)第四章交流电动机的工原理及特性4.2.4三相异步电动机的能流图输入定子的电功率定子电路中的铜损转子电路中的铜损Pcu2=sPcu输入转子的电磁功率铁损(磁滞和涡流损耗)机械损失功率输出的机械功率1111cos3IUP第四章交流电动机的工原理及特性4.2.4三相异步电动机的能流图23.51112PPPPP电动机的效率NNNP9.07.0～TPTPPPemcu2220电动机的输出功率T----电动机的电磁转矩T2----电动机的输出转矩24.555.9222nPPT第四章交流电动机的工原理及特性4.3.1三相异步电动机的转距特性T2cos对影响第四章交流电动机的工原理及特性4.3三相异步电动机的转距与机械特性4.3.1三相异步电动机的转距直流电动机的转矩2.3atIKT三相异步电动机的转距25.5cos22IKTt220222122202220222222)44.4(21.5SXRNfSISXRSEXREI22.5cos220222222222SXRRXRR第四章交流电动机的工原理及特性4.3三相异步电动机的转距与机械特性4.3.1三相异步电动机的转距三相异步电动机的转距25.5cos22IKTt111111111144.444.46.544.4UNfUNfENfE22022211222220222220221112111144.4)44.444.4(44.41SXRNfNRSUKSXRRS