电工学第6章电动机

电工技术第6章电动机6.1电机概述6.2三相异步电动机的工作原理6.5三相异步电动机的机械特性6.4三相异步电动机的铭牌数据6.6三相异步电动机的起动6.7三相异步电动机的调速*6.8单相异步电动机6.3三相异步电动机的基本结构*6.9交流伺服电动机*6.10步进电动机*6.11三相同步电动机*6.12直流电动机*6.13电动机的选择下一章上一章返回主页6.14应用实例第6章电动机2高等教育出版社电机是实现能量转换或信号转换的电磁装置。电能机械能种类：(1)动力电机：直流电机和交流电机他励电机并励电机串励电机复励电机6.1电机概述异步电机同步电机第6章电动机3高等教育出版社(2)控制电机伺服电动机：电压信号转化为角位移或角速度；测速发电机：将转速转化为电压信号；自整角机：实现角度的传输、变换和接受；步进电动机：电脉冲信号转化为转角或转速；旋转变压器：转角信号变换成电压信号；感应同步器：转角位移或直线位移转换成电压信号。第6章电动机4高等教育出版社iUiViWtiO1.旋转磁场的产生一、旋转磁场三相(多相)绕组中流过三相(多相)电流。U1U2V1V2W2W1U1U2通入iUV1V2通入iVW1W2通入iW6.2三相异步电动机的工作原理第6章电动机5高等教育出版社t=0°W2U1V2W1U2V1U1W2V1U2W1V2NSt=90°NSiUiViWtiO第6章电动机6高等教育出版社U1U2U3U4V1V4V2V3W4W1W2W3每相绕组都用两个线圈串联组成：形成的磁场则是两对磁极，即p=2U1U2U3U4V1V2V3V4W1W2W3W4NSNSNSNSU1U2U3U4V1V4V2V3W4W1W2W3t=0°t=90°第6章电动机7高等教育出版社2.旋转磁场的转速旋转磁场转速n0——同步转速电流变化一周→旋转磁场转一圈电流每秒变化50周→旋转磁场转50圈→旋转磁场转3000圈电流每分变化(50×60)周p=1时：电流变化一周→旋转磁场转半圈电流每秒变化50周→旋转磁场转25圈→旋转磁场转1500圈电流每分变化(25×60)周p=2时：第6章电动机8高等教育出版社p123456n0/(r/min)300015001000750600500f=50Hz时，不同磁极对数时的同步转速如下：60f1pn0=磁极对数为p时第6章电动机9高等教育出版社3.旋转磁场的转向旋转磁场的转向为：U1V1W1与三相绕组中的三相电流的相序L1→L2→L3一致L1L2L3L1L2L3n0n0第6章电动机10高等教育出版社二、工作原理1.电磁转矩的产生右手定则左手定则第6章电动机11高等教育出版社NS用右手定则判断转子绕组中感应电流的方向。用左手定则判断转子绕组受到的电磁力的方向。电磁力F→电磁转矩T。T与n0同方向。n0Fn第6章电动机12高等教育出版社电动机转速和旋转磁场同步转速的关系：①n与n0方向一致。②nn0，转差率:起动(堵转)时:n=0，s=1理想空载时:n=n0，s=0正常工作时:0s1故称异步电动机或感应电动机n0－nn0s=f2=p(n1－n)60=sf1(转差频率)=pn160n1－nn1转子电流的频率f2第6章电动机13高等教育出版社2.电磁转矩的方向转子旋转的方向与旋转磁场的转向相同。电磁转矩的方向与旋转磁场的转向一致。3.电磁转矩的大小T∝，I2cos2T=CTmI2cos2T=KTsR2U1f1[R2＋(sX2)2]22T∝U12转子轴上输出的转矩为:T2=T－T0≈T第6章电动机14高等教育出版社三、转矩平衡空载转矩：T0输出转矩：T2=T－T0T负载转矩：TL当T2=TL稳定运行当T2TL加速运行当T2TL减速运行第6章电动机15高等教育出版社四、功率传递输出的机械功率:P2=T2260=nT2功率损耗:P=PCu＋PFe＋PMe电动机的效率:P2P1=100%输入的有功功率:P2=P1－PP1=3U1LI1L=3U1PI1P第6章电动机16高等教育出版社[例6.2.1]某三相异步电动机，磁极对数p=2，定子绕组为三角形联结，接于50Hz、380V的三相电源上工作，当负载转矩TL=91N·m时，测得I1L=30A，P1=16kW，n=1470r/min，求该电动机带此负载运行时的s、P2、和。60f12n0==1500r/minP2=T2=2n602×3.1460×91×1470W=14kW[解]=87.5%P2P1=100%==0.021500－14701500n0－nn0s==P13U1LI1L=0.81第6章电动机17高等教育出版社6.3三相异步电动机的基本结构三相异步电动机主要部件是由定子和转子两大部分组成。此外，还有端盖、机座、轴承、风扇等部件。电动机的外形第6章电动机18高等教育出版社一、定子三相异步电动机的定子是由机座、定子铁心和定子绕组组成。基座铁心定子绕组端盖第6章电动机19高等教育出版社W2U2V2U1V1W1W2U2V2U1V1W1W2U2V2U1V1W1接线柱的连接星形联结三角形联结第6章电动机20高等教育出版社二、转子根据转子绕组结构的不同又分为笼型转子和绕线型转子。笼型转子绕线型转子转子铁心转轴第6章电动机21高等教育出版社6.4三相异步电动机的铭牌数据三相异步电动机型号Y132S－6功率3kW频率50Hz电压380V电流7.2A联结Y转速960r/min功率因数0.76绝缘等级B1.型号Y132S－6Y系列异步机机座中心高度机座长度代号2p=6→n0=1000r/min2.额定功率PNPN=3kW→轴上输出机械功率的额定值3.额定电压UNUN=380V→定子三相绕组应施加的线电压磁极数第6章电动机22高等教育出版社4.额定电流ININ=7.2A三相异步电动机型号Y132S－6功率3kW频率50Hz电压380V电流7.2A联结Y转速960r/min功率因数0.76绝缘等级B→定子三相绕组的额定线电流6.额定转速nN5.额定功率因数N=cosNP1N=3UNINcosNPN=NP1N=3UNINcosNN第6章电动机23高等教育出版社[例6.4.1]Y180M-2型三相异步电动机，PN=22kW，UN=380V，三角形联结，IN=42.2A，N=0.89,fN=50Hz、nN=2940r/min。求额定状态下运行时的：(1)转差率;(2)定子绕组的相电流;(3)输入有功功率;(4)效率。[解](1)由型号知该电动机的2p＝2，即p＝1，(2)定子三相绕组为三角形联结==0.023000－29403000n0－nNn0sN=IN3=A=24.36A42.23I1P=(4)效率(3)输入有功功率P1N=3UNINN=3×380×42.2×0.89W=24.8kWPNP1NN=100%=100%=89%2224.8第6章电动机24高等教育出版社固有特性:人为特性:在额定电压、额定频率，定子和转子电路不外串参数时的T=f(s)和n=f(T)在改变电压、频率及定子电路、转子电路参数时的T=f(s)和n=f(T)n=f(T)T=f(s)转矩特性:异步机的T与s之间的关系机械特性:异步机n与T之间的关系6.5三相异步电动机的机械特性第6章电动机25高等教育出版社一、固有特性转矩特性机械特性TNsN1TSTMsMTOsn0TnOTSTMnM和n=(1－s)n0T=KTsR2U1f1[R2＋(sX2)2]22TNnN第6章电动机26高等教育出版社1.额定状态在UN下，以nN运行、输出额定功率PN时，电动机转轴上输出的转矩为说明电动机长期运行能力。临界转差率(Y系列:KM=2～2.2)2.临界状态过载倍数TMTNKM=R2X2sM=TN==PNN602PNnNMNSTNsN1TSTMsMTOs第6章电动机27高等教育出版社3.起动状态TS体现了电动机直接起动的能力。若TSTL电动机能起动，否则将起动不了。起动转矩倍数:Y系列：KS=1.6～2.2KC=5.5～7.0起动电流:MNSTNsN1TSTMsMTOsTSTNKS=ISINKC=第6章电动机28高等教育出版社[例6.5.1]某三相异步电动机，额定功率PN=45kW，额定转速nN=2970r/min，KM=2.2，KS=2.0。若TL=200N·m，试问能否带此负载：(1)长期运行;(2)短期运行;(3)直接起动。[解](1)电动机的额定转矩由于TNTL，故不能带此负载长期运行。TN==×N·m=145N·m602PNnN602×3.1445×1032970(2)电动机的最大转矩TM=KMTN=2.2×145N·m=319N·m由于TMTL，故可以带此负载短时运行。(3)电动机的起动转矩由于TSTL，故可以带此负载直接运行。TS=KSTN=2.0×145N·m=290N·m第6章电动机29高等教育出版社二、人为特性1.定子电压降低时的人为特性UN0.9UN0.81TM0.81TSR2R2+RTMn0nOT2.转子电阻增加时的人为特性转子串联合适的电阻:TS→TMn0nMnOT第6章电动机30高等教育出版社异步机的起动特性：起动电流大:IS=KIIN=(5～7)IN起动转矩小:TS=KSTN=(1.6～2.2)TN影响：频繁起动时造成热量积累,易使电动机过热。大电流使电网电压降低，影响其他负载工作。6.6三相异步电动机的起动良好的起动性能:起动电流小起动转矩大第6章电动机31高等教育出版社一、笼型异步电动机的起动1.直接起动(全压起动)(a)小容量的电动机；(b)电源容量足够大时。规定：7.5kW以下直接起动7.5kW以上，且电源容量能满足起动电流倍数kW)AkVNSC（）（电机功率电源容量341IIK第6章电动机32高等教育出版社(1)星形－三角形减压起动适用于：正常运行为Δ形联结的电动机。2.减压起动起动时运行时UVWUNI1LYUVWUNI1L△第6章电动机33高等教育出版社定子线电压比定子相电压比起动电流比起动转矩比电源电流比Y形起动与Δ形起动时起动电流和起动转矩比较定子相电流比==1UNUNU1LYU1LΔ==U1PYU1PΔU1PΔU1PY/313==I1PYI1PΔU1PΔU1PY13==ISYISΔI1PΔI1PY133==IYIΔISΔISY13=()=U1PYU1PΔTSYTSΔ213第6章电动机34高等教育出版社(2)自耦变压器减压起动降压比KA=UUN定子线电压比定子相电压比M3~UUN定子相电流比起动电流比电源电流比起动转矩比==KAUUNU1LaU1Lb==KAU1LaU1LbU1PaU1Pb==KAU1PaU1PbI1PaI1Pb==KAI1PaI1PbISaISb==KAKAISaISbIaIb2=()=KAU1PaU1PbTSaTSb22第6章电动机35高等教育出版社(3)软起动器起动3~软起动器M3~uOtuNtsiOtiRtsiL限压起动模式限流起动模式第6章电动机36高等教育出版社[例6.6.1]一台Y250M-6型三相笼型异步电动机，UN＝380V，三角形联结，PN=37kW，nN=985r/min，IN=72A，KS=1.8，KC=6.5。已知电动机起动时的负载转矩TL=250N·m，从电源取用的电流不得超过360A，试问：(1)能否直接起动？(2)能否采用星形－三角形起动？(3)能否采用KA=0.8的自耦变压器起动？[解](1)电动机的额定转矩直接起动时的起动转矩和起动电流由于I△=IS360A，所以不能直接起动。TN==×N·m=359N·m602PNnN602×3.1437×103985TS=KSTN=1.8×359N·m=646N·mIS=KCIN=6.5×72A=468A第6章电动机37高等教育出版社(2)星形－三角形起动时的起动转矩和起动电流由于TSYTL，所以不能采用星形－三角形起动。(3)采用自耦变压器起动转矩和从电源取用的电流由于TSaTL，IS360A，所以可以采用自