三相交流电动机

7.1三相异步电动机的构造第7章交流电动机7.2三相异步电动机的转动原理7.3三相异步电动机的电路分析7.4三相异步电动机转矩与机械特性7.5三相异步电动机的起动7.6三相异步电动机的调速7.7三相异步电动机的制动7.8三相异步电动机的铭牌数据电动机的分类：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、复励电动机第7章交流电动机电动机：电能转换成机械能发电机：其他形式的能量转换成电能电动机的作用：鼠笼型异步电动机1.定子7.1三相异步电动机的构造铁心：由内周有槽的硅钢片叠成。A----XB----YC----Z三相绕组机座：铸钢或铸铁作用：产生旋转磁场转子作用:在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电流。2.转子鼠笼式绕线式构成：由铁心和绕组两部分构成铁心也用硅钢片叠成，表面冲有槽，装在转轴上，轴上加机械负载；因绕组不同，可分为鼠笼式和绕线式两种。鼠笼式电动机构造简单、价格低廉、工作可靠、使用方便（2）鼠笼式转子是三相对称绕组，一般采用星形联结。三相绕组的出线端分别接在三个滑环上，经电刷引出，再经串联电阻后短接起来。转子回路串电阻，可以改善电动机的起动性能或实现电动机调速。（2）绕线转子鼠笼式电动机与绕线式电动机的的比较：鼠笼式：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。绕线式：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。V’VW’U’UW三相异步机的结构定子转子7.2三相异步电动机的转动原理0nNS磁极旋转导线切割磁力线产生感应电动势闭合导线产生电流通电导线在磁场中受力1.线圈跟着磁铁转→两者转动方向一致异步2.线圈比磁场转得慢0nn结论：一、旋转磁场120sin120sinsinmCmBmAtIitIitIi定子三相绕组通入三相交流电(星形联接)AXBYCZ1.旋转磁场的产生tmIoAYCBZX(•)电流出()电流入0t合成磁场方向：向下对应电流各时刻的合成磁场方向:1t2t3tBAXYCZ××NBAXYCZ××BAXYCZ××NBAXYCZ××N定子通入三相电流，定子内产生旋转磁场1n1n1n0t分析可知：三相电流产生的合成磁场是一旋转的磁场即：一个电流周期，旋转磁场在空间转过360°tmIo0t1t2t3tAXBYCZAAXYCBZAAXYCBZ2.旋转磁场的旋转方向结论：任意调换两厢电源相序，则旋转磁场反转。0t60t任意调换两根电源进线(电路如图)AXBYCZ0mItomI取决于三相电流的相序改变电机旋转方向的方法：换接其中两相0t3.旋转磁场的极对数PAXBYCZAXYCBZ旋转磁场的极数和三相绕组的安排有关此种接法下，绕组的始端之间相差120度空间角，合成磁场只有一对磁极，则极对数为1。即即：P=1旋转磁场的磁极对数与三相绕组的排列有关若定子每相绕组由两个线圈串联，按右下图放入定子槽内。形成的磁场则是两对磁极。即：P=2YABCZXAAXXZCZ'BYBYACBCABCXYZ′0mItomICZBYAXX’A’B′YZC′4.旋转磁场的转速旋转磁场的转速取决于磁场的极对数在一对磁极的情况下，交流电经历一个周期磁场恰好在空间转过一圈，若定子电流的频率为f1，旋转磁场在每分钟将转过60f1周。旋转磁场具有两对极时，当电流从ωt=0°到ωt=60°经历了60°时磁场在空间仅旋转了30°。比P=1时转速慢了一半，即：60f1/2。XNSASNZB'X'AYC'Z'B'C'Y0t60t'A0nAZ'XXC'Z'CSNSN300mItomI返回磁场的转速为在我国(f1=50Hz)，磁极对数为p的磁场转速n0为123456300015001000750600500所以，旋转磁场的转速n0决定于电流频率f1和磁场的极对数P，可推出：二、电动机的转动原理在电动机定子绕组中通入三相对称交流电流后，产生旋转磁场。旋转磁场的磁力线切割转子导条，导条中就感应出电动势在电动势的作用下，闭合的导条中就有电流，该电流与旋转磁场相互作用，使转子导条受到电磁力作用。由电磁力产生电磁转矩，转子就转动起来。返回三、转差率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。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。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0n异步电动机运行中:%~s)91(转子转速亦可由转差率求得转差率s例1：三相异步电动机p=3，电源f1=50Hz，电机额定转速为960r/min。求：转差率s106060501000/min3fnrp同步转速：001000960100%100%4%1000nnsn转差率：1.三相异步电动机的“电－磁”关系7.3三相异步电动机的电路分析2.定子电路u1R2i2定子电路R1i1e1e1e2e2转子电路定子绕组相当于变压器原边绕组，转子绕组相当于副绕组。即U1E1=4.44f1N1每极磁通（1）旋转磁场的磁通1111122220ueeiReeiR定子边：转子边：222221111110RIIXjERIIjXEU旋转磁场与定子导体间的相对速度为n0，所以（2）定子感应电势的频率f1f1=电源频率f3、转子电路即定子感应电势频率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(1)转子感应电势频率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旋转磁场与转子间的相对转速为0()nn(2)转子感应电动势E2E2=4.44f2N2当转速n=0(s=1)时,f2最高,且E2最大,有E20=4.44f1N2转子静止时的感应电势即E2=sE20转子转动时的感应电势(3)转子感抗X2当转速n=0(s=1)时，f2最高，且X2最大，有X20=2f1L2即X2=sX20=4.44sf1N2(4)转子电流I2(5)转子电路的功率因数cos2转子绕组的感应电流)(0002nnIs2202220max21XREIs220RSXs很小时2cos1220RXss较大时21coss)(2Isn)cos(2sn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。例3：三相异步电动机，p=2，n=1440r/min，转子R2=0.02，X20=0.08，E20=20V，f1=50Hz。求启动时、额定转速时的转子电流。启动时I2（st）额定转速下：s=104.0150014401500sI2（N）7.4三相异步电动机转矩与机械特性一、转矩公式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矩之总和常数每极磁通转子电流转子功率因数由前面分析知：得电磁转矩公式2.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。1、T与定子每相绕组电压成正比。U1T结论：22022202)(XREIss2202222)(cosXRRs二、机械特性曲线OTS根据转矩公式得特性曲线：OT1在U1及R2一定时T仅随S变化00nnsn将代入上式得特性曲线：启动时n=0最大转速n=n0时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。常用特性段n0nT自适应负载能力是电动机区别于其它动力机械的重要特点。（如：柴油机当负载增加时，必须由操作者加大油门，才能带动新的负载。）直至新的平衡。此过程中，时，电源提供的功率自动增加。1.额定转矩TN三个重要转矩额定转矩(N•m)如某普通机床的主轴电机(Y132M-4型)的额定功率为7.5kw,额定转速为1440r/min,则额定转矩为：电机在额定电压下，以额定转速nN运行，输出额定功率PN时，电机转轴上输出的转矩。)/()(955060222分转千瓦NNNnPnPTTN、Tmax、Tst负载转矩用T2表示OTS12.最大转矩Tmax电机带动最大负载的能力。21220222UsXRsRKT)(0ddST令：求得202mXRss将sm代入转矩公式，可得若T2Tmax电动机会因带不动负载而停转过载系数一般三相异步电动机的过载系数为工作时必须使T2Tmax，否则电机将停转。电机严重过热而烧坏。OTS13.起动转矩Tst电动机起动时的转矩:起动时n=0时，s=1nn0TTstTmaxNTnNTst体现了电动机带载起动的能力。正常工作条件:T2Tmax，否则电机将停转。启动条件:TstT2否则电动机不能启动。注意(2)Tst与R2有关，适当使R2Tst。21220222)(UsXRsRKT机械特性和电路参数的关系21~UT和电压的关系0Tn0)0(nns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。21220222)(UsXRsRKT0ST令：得：202XRSm0Tn2Rmsms'stTstT结论：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。例4：三相异步电动机，额定功率P2N=10kW，额定转速nN=1450r/min，启动能力Tst/TN=1.4，过载系数=2.0，效率为87.5%。求额定转矩、启动转矩、最大转矩及额定输入功率。)/()(9550分转千瓦NNNnPT（1）额定转矩TN米牛顿9.651450109550（2）启动转矩TstmNTTNst.2.924.1（3）最大转矩Tmaxmax265.9131.8.NTTNm解：所求量：TN、Tst、Tmax、P1N（4）输入功率P1NkwPpNNN42.115.87/10/21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。7.5三相异步电动机的起动一、起动性能起动问题：起动电流大，起动转矩小。大电流使电网电压降低，影响邻近负载的工作频繁起动时造成热量积累，使电机过热后果：原因：起动：n=0，s=1。起动时，n=0，转子导体切割磁力线速度很大，转子感应电势转子电流一般中小型鼠笼式电机起动电流为额定电流的5~7倍;电动机的起动转矩为额定转矩的(1.0~2.2)倍。如果起动转矩过小，就不能满载起动，应设法提高；如果起动转矩过大，会使传动机构受到冲击而损坏，应设法减小。OTS1二、起动方法(1)直接起动二、三十千瓦以下的异步电动机一般都采用直接起动(2)降压起动：(3)转子串电阻起动★方法简单，但起动电流较大，影响电网上其它负载。★在起动时降低加在电动机定子绕组上的电压，以减小起动电流，鼠笼式电动机常用的降压起动方法有Y－换接起动和自耦降压起动。★起动时将适当的R串入转子绕组中，起动后将R短路★适合于绕线式转子下面主要介绍Y－启动方法Y:3llUIZ星形联结时3llUIZ三角形联结时：Y－换接起动降压起动时的电流为直接起动时的Z+－起动U1U2V1V1W1W2+－Z正常运行U1U2V1V2W1W2设:电机每相阻抗为zlUU31P(a)仅适用于正常运行为三角形联结的电机。)(2StUT(b)Y－起动Y－换接起动适合于空载或轻载起动的