电工电子技术第_4_章_电动机（PPT78页)

电工与电子技术第4章电动机4.1三相异步电动机的构造4.3三相异步电动机的电路分析4.2三相异步电动机的工作原理4.4三相异步电动机的转矩与机械特性4.5三相异步电动机的起动4.6三相异步电动机的调速4.7三相异步电动机的制动4.8三相异步电动机的铭牌数据电工与电子技术本章要求•了解三相异步电动机的基本结构、工作原理、机械特性及铭牌标记的含义。•掌握起动和反转的方法。了解调速方法。电工与电子技术电动机的分类：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4章电动机机械能电能发电机电动机电工与电子技术电动机的外形4.1三相异步电动机的构造电工与电子技术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。端盖机座三相异步电动机的基本结构示意图电工与电子技术三相异步电动机的基本结构示意图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。定子电工与电子技术三相异步电动机的基本结构示意图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。定子转子轴承端盖机座电工与电子技术1.定子由机座、定子铁心和定子绕组组成。定子绕组机座铁心电工与电子技术定子铁心是由冲有槽孔的硅钢片叠压而成。定子硅钢片电工与电子技术在定子槽孔中放置三相彼此独立的绕组。AXBYCZABCZXYAXBYCZAXBYCZABCZXY定子绕组星接定子绕组角接端子电工与电子技术AZBXCY设：电流的流入端用+表示电流的流出端用•表示在定子槽孔中放置三相彼此独立的绕组。定子绕组AXBYCZiAiBiCuAuBuCiAiBiCABCXYZ+++电工与电子技术转子铁心是由相互绝缘的硅钢片叠压而成。转子硅钢片2.转子电工与电子技术绕线型转子铁心与绕组2.转子分为笼型转子和绕线型转子。绕线型转子的电动机称绕线型电动机。外接电阻电刷滑环转子铁心转子绕组三相转子绕组通常连接成星形，即三个末端连在一起，三个首端分别与转轴上的三个滑环（滑环与轴绝缘且滑环间相互绝缘）相连，通过滑环和电刷接到外部的变阻器上，以便改善电机的起动和调速性能。电工与电子技术笼型转子是由嵌放在转子铁心槽内的导电条组成，在转子铁心的两端各用一个导电端环把所有的导电条连接起来。笼型转子2.转子笼型转子的电动机称笼型电动机。电工与电子技术4.2三相异步电动机的工作原理电工与电子技术iAiBiCABCXYZiA=ImsintiB=Imsin(t–120)iC=Imsin(t+120)iAiBiC相序A-B-C-A对称三相电流流入对称三相绕组。tiO4.2三相异步电动机的工作原理4.2.1旋转磁场电工与电子技术iAt=0°tiAZBXCYiA=0iB为负值iC为正值NS0°设：电流的流入端用+表示iBiC电流的流出端用•表示4.2.1旋转磁场1.旋转磁场的产生O电工与电子技术tt=60°iAZBXCYNS60°iC=0iB为负值iA为正值iAiBiCO4.2.1旋转磁场1.旋转磁场的产生电工与电子技术t=90°AZBXCYNS90°iA为正值iB为负值iC为负值tiiAiBiCO4.2.1旋转磁场1.旋转磁场的产生电工与电子技术t=180°AZBXCYiA=0iB为正值iC为负值180°NStiiAiBiCO4.2.1旋转磁场1.旋转磁场的产生电工与电子技术t=0°AZBXCYNS0°Nt=180AZBXCYS180°t=90°AZBXCYNS90°t=60AZBXCYNS60°1.旋转磁场的产生电工与电子技术空间相差120º角的三相绕组，通入对称三相电流时，产生的是一对磁极的旋转磁场，当电流经过一个周期变化时，磁场也沿着顺时针方向旋转了一周(在空间旋转的角度为360º)。综上分析可以得出：一个电流周期，旋转磁场在空间转过360°电流频率为fHz，则磁场1/f秒旋转1圈，每秒旋转f圈。每分钟旋转：分）转/(600fn=电工与电子技术tiiAiBiCOABCXYZiAiC9060°0AZBXCYNS0°AZBXCYNS60°相序A-C-B-AAZBXCYNS90°iB2.改变旋转磁场的转向电工与电子技术改变流入三相绕组的电流相序，就能改变旋转磁场的转向；改变了旋转磁场的转向，也就改变了三相异步电动机的旋转方向。综上分析可以得出：电工与电子技术旋转磁场的磁极对数p与三相定子绕组的连接方式有关。—电源的频率—磁极对数若f1=50Hz，p=1，n0=3000r/min；p=2，n0=1500r/min；p=3，n0=1000r/min。3.旋转磁场的磁极对数p4.旋转磁场的转速n0pfn1060=n0的单位：转/每分同步转速电工与电子技术若定子每相绕组由两个线圈串联，绕组的始端之间互差60°，将形成两对磁极的旋转磁场。C'Y'ABCXYZA'X'B'Z'AiBiCiXAAXBYBYCCZZ电工与电子技术极对数2=p旋转磁场的磁极对数与三相绕组的排列有关C'Y'ABCXYZA'X'B'Z'AiBiCiAXXNSZCZBYBYACSNBiCiAiimIt0电工与电子技术XNSAXABZCYZCYBSN0=t=60tp=2时BiCiAiitmI0分）转/(150026010==fn0n30AXXZCZBYBYACNSNS电工与电子技术旋转磁场转速n0与极对数p的关系)/(6010分转pfn=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)f(Hz501=3=p120分）转/(00014=p分）转/(75090旋转磁场转速n0与频率f1和极对数p有关。可见:电工与电子技术1.转动原理AXYCBZ定子三相绕组通入三相交流电分）转/(6010pfn=方向:顺时针切割转子导体Blv右手定则感应电动势E20旋转磁场感应电流I2旋转磁场Bli左手定则电磁力FF电磁转矩TnvF0nNS4.2.2电动机的转动原理电工与电子技术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。由前面分析可知，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0nn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无相对运动，磁通不切割转子导条无转矩4.2.3转差率s转子转速与旋转磁场转速间必须要有差别。电工与电子技术n=(1–s)n0转差率0ssN=0.01~0.09转子转速4.2.3转差率s00nnns=[例1]已知n=975r/m，f1=50Hz。求：p、s。[解]p=302500001975000100.nnns===返回电工与电子技术4.3三相异步电动机的电路分析三相异步电动机的电磁关系与变压器类似。变压器：变化eU1E1=4.44fN1E2=4.44fN2E1、E2频率相同，都等于电源频率。11444Nf.U异步电动机每相电路i1u1e1e1e2e2i2+－++++－－－－f1f2电工与电子技术U1E1=4.44f1N1：旋转磁场每极磁通N1：每相定子绕组匝数f1：定子电流频率4.3.1定子电路11111IREEU=11EU异步电动机每相电路i1u1e1e1e2e2i2+－++++－－－－f1f2忽略6001pnf=电工与电子技术4.3.2转子电路1.转子频率f260)(02nnpf=1000260)(sfpnnnnf==Hz)50(Hz5.4~5.012==ffi1u1e1e1e2e2i2+－++++－－－－f1f22f取决于转子和旋转磁场的相对速度∵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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电工与电子技术E2=4.44f2N2=4.44f1N2s=E20s2222IREE=22IZ=222)j(IXR=2.转子电动势E2转子电动势：202122222sXLsfLfX===3.转子感抗X2转子电路R2jX22I2E2E当转速n=0(s=1)时，f2最高，且E2最大，有E20=4.44f1N2--++转子内阻抗转子静止时的感应电势转子转动时的感应电势当转速n=0(s=1)时，f2最高，且X2最大电工与电子技术转子电路R2jX22I2E2E4.转子电路电流2202220222222)(sXRsEXREI==5.转子电路的功率因数cos2220222222222)(cossXRRXRR==I2cos2cos2I2Os1+-+-电工与电子技术12fsf=22022202)(sXRsEI=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。E2=sE20X2=sX202202222)(cossXRR=电工与电子技术电磁转矩T=KTI2cos2电磁转矩是由旋转磁场和转子电流的有功分量相互作用而产生的，所以与结构有关的常数常数4.4三相异步电动机的转矩与机械特性4.4.1转矩公式22022212)(sXRUsRKT=22022202)(sXRsEI=2202222)(cossXRR=mΦNfU11144.4=E2=4.44f2N2=4.44sf1N2=sE20电工与电子技术由公式可知21220222)(UsXRsRKT=电磁转矩公式1.T与定子每相绕组电压成正比。U1T21U2.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。绕线型异步电动机可外接电阻来改变转子电阻R2，从而改变转距。电工与电子技术sT1OTstTmsmabcsNTNT与U12成正比转矩特性T=f(s)4.4.2机械特性曲线22022212)(sXRUsRKT=电工与电子技术nOn0TabcTstTmnNTNdT2=TN(在d点)机械特性曲线n=f(T)1.额定转矩TN202TTTTTC==60222nPTT=nPT2550.9=NN2N)(550.9nWPT=P2：电动机轴上的输出功率P2单位：瓦(W)n单位：转每分(r/min)T单位：牛·米(N·m))/()(9550NNN分转千瓦nPT=机械损耗转矩电工与电子技术不同电源电压的转矩特性由dT/ds=0,得Sm=–—R2X20sm=–—R2X20取正值sm—称为临界转差率代入T的表达式U12求得最大转矩Tmax2.最大转矩TmaxnOn0TaTstTmaxnNTNd1U11UUU12021max2XUKT=22022212)(sXRUsRKT=电工与电子技术d.sm=R2/X20不同转子电阻的转矩特性结论：a.TmaxU12b.Tmax与R2无关c.过载系数=Tmax/TN=1.82.2sm与U1无关2.最大转矩Tmaxn0n0TaTmax2R22RRR2转子轴上机械负载转矩T2不能大于Tmax，否则造成堵转(停车)。电工与电子技术起动瞬间n=0，s=1U1↓→Tst↓↓R2↑→Tst↑负载转矩T2Tst，不能起动,可空载或轻载起动。负载转矩T2Tst，可带负载起动。st=TstTN一般st=1.02.2起动转矩倍数3.起动转矩Tst22022212XRURKTst=22022212)(sXRUsRKT=电工与电子技术4.电动机的运行分析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。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)。此过程中，n、sE2,I2I1电源提供的功率自动增加。T2sT2TT=T2nTT