電工技術第4章 電動機

1、機座：鑄鋼或鑄鐵機座：鑄鋼或鑄鐵 轉子轉子: 在旋轉磁場作用下，產生感應電動勢或電在旋轉磁場作用下，產生感應電動勢或電流。流。鼠籠轉子鼠籠轉子(1) 鼠籠式轉子鼠籠式轉子 鐵芯槽內放銅條，端鐵芯槽內放銅條，端 部用短路環(huán)形成一體。部用短路環(huán)形成一體。 或鑄鋁形成轉子繞組?；蜩T鋁形成轉子繞組。(2) 繞線式轉子繞線式轉子 結構簡單、價格低廉、工作可靠；不能人為改結構簡單、價格低廉、工作可靠；不能人為改變電動機的機械特性。變電動機的機械特性。 結構復雜、價格較貴、維護工作量大；轉子結構復雜、價格較貴、維護工作量大；轉子外加電阻可人為改變電動機的機械特性。外加電阻可人為改變電動機的機械特性。 120

2、sin120sinsinmCmBmAtIitIitIi BiAXBYCZAiCiCiAiBiitmIoiCiAiBitmIo0n規(guī)定規(guī)定 i : “+” 首端流入，尾端流出。首端流入，尾端流出。 i : “” 尾端流入，首端流出。尾端流入，首端流出。 AYCBZX()電流出電流出( )電流入電流入CiBiAii tAXYCBZAXYCBZAXYCBZNS0 t 60t 0n60 90t 600動畫動畫mIoSNSNAAXZBCYAAXZBCY分析可知：三相電流產生的合成磁場是一旋轉的磁場分析可知：三相電流產生的合成磁場是一旋轉的磁場 即：即：2. .動畫動畫0t 60t 任意調換兩根電源進線任

3、意調換兩根電源進線(電路如圖電路如圖)CiAXCZBYAiBi0mICiBiAi tiomINSNS0t 即：即：1pCiBiAioimI tBiAXBYCZAiCiAXYCBZNSCYABCXYZAXBZAiBiCiX A AXBYB Y CC ZZ 極對數(shù)極對數(shù)2p動畫動畫旋轉磁場的磁極對數(shù)旋轉磁場的磁極對數(shù)與三相繞組的排列有關與三相繞組的排列有關CYABCXYZAXBZAiBiCiAX XNSZ CZBYB Y A C SNBiCiAiimIt 0分分）轉轉 /( 6010fn 工頻：工頻：Hz501 f分分）轉轉 /( 30000 np=1時時0mICiBiAi tiomIAXYCBZ

4、NSAXYCBZNSAXYCBZNSX NSA X ABZCYZ C Y B SN0t 60tp=2時時BiCiAiit mI0分分）轉轉/( 150026010 fn0n30AX XZ CZBYB Y A C NSNS)/( 6010分分轉轉pfn 2p180分）轉/( 50011p360分）轉/( 0003極對數(shù)極對數(shù)每個電流周期每個電流周期磁場轉過的空間角度磁場轉過的空間角度同步轉速同步轉速)f(Hz501 3p120分）轉/( 00014p分分）轉轉/( 75090旋轉磁場轉速旋轉磁場轉速n0與頻率與頻率f1和極對數(shù)和極對數(shù)p有關。有關。AXYCBZ分分）轉轉/( 6010pfn Bl

5、vBliFvF0nNS0nn 如果如果:0nn %s)91( 轉子轉速亦可由轉差率求得轉子轉速亦可由轉差率求得0)(1nns %10000 nnns 例例1 1：一臺三相異步電動機，其額定轉速一臺三相異步電動機，其額定轉速 n= =975 r/min，電源頻率，電源頻率 f1 1= =50 Hz。試求電動機的。試求電動機的極對數(shù)和額定負載下的轉差率。極對數(shù)和額定負載下的轉差率。解：解：根據異步電動機轉子轉速與旋轉磁場同步轉根據異步電動機轉子轉速與旋轉磁場同步轉速的關系可知：速的關系可知：n0=1000 r/min , 2.5%100%10009751000%10000 nnns變壓器：變壓器：

6、 變化變化 eU1 E1= 4.44 f N1 E2= 4.44 f N2 11 444Nf.U i1u1e1e 1e2e 2i2+f1f2異步電動機：異步電動機：旋轉磁場切割導體旋轉磁場切割導體 e， U1 E1= 4.44 f 1N1 每極磁通每極磁通111444Nf.U 1U 旋轉磁場與定子導體間的相對速度為旋轉磁場與定子導體間的相對速度為 n0 ，所以，所以16001pnf 感應電勢的頻率與磁場和導體間的相對速度有關感應電勢的頻率與磁場和導體間的相對速度有關f 1= 電源頻率電源頻率 f定子導體與旋轉磁場間的相對速度固定，而轉子定子導體與旋轉磁場間的相對速度固定，而轉子導體與旋轉磁場間

7、的相對速度隨轉子的轉速不同而導體與旋轉磁場間的相對速度隨轉子的轉速不同而變化變化 定子感應電勢頻率定子感應電勢頻率 f 1 轉子感應電勢頻率轉子感應電勢頻率 f 2 1000026060fspnnnnpnnf 旋轉磁場切割定子導體和轉子導體的速度不同旋轉磁場切割定子導體和轉子導體的速度不同 E20= 4.44 f 1N2 即即E2= s E20 2122222LfsLfX X20= 2 f1L 2即即X2= sX20 222222XREI 2202220)(sXRsE )(0002nnIs 2202220max21XREIs 220222222222)( cossXRRXRR 202SXRs

8、很很小小時時1cos2 202XRss 較較大大時時s1cos2 2202220222222)( XREXREIss 2202222)(cosXRRs 變變化化曲曲線線隨隨、SI cos22 )(2 Isn)cos(2 sn 結論：結論：轉子轉動時，轉轉子轉動時，轉 子電路中的各量均與轉子電路中的各量均與轉 差率差率 s有關，即與轉速有關，即與轉速 n有關。有關。I2cos 2s1I2,2cos O22Tcos IKT 常數(shù)，與電常數(shù)，與電機結構有關機結構有關旋轉磁場旋轉磁場每極磁通每極磁通轉子電流轉子電流轉子電路的轉子電路的功率因數(shù)功率因數(shù)ilBF 22cos, , IT 21220222)

9、(UsXRsRKT 22 cos IKTT 22022202)( XREIss 2202222)(cosXRRs mNfU11144.4 由前面分析知：由前面分析知：21220222)(UsXRsRKT 21UmaxTmSNSOTS曲曲線線)(sfT 曲曲線線)(Tfn 根據轉矩公式根據轉矩公式22022212)(sXRUsRKT 得特性曲線：得特性曲線：NnmaxTstTOnTNT0n動畫動畫stT1NT動畫動畫NnNT)/()(9550NNN分分轉轉千千瓦瓦nPT OnT0n(N m) 如某普通機床的主軸電機如某普通機床的主軸電機(Y132M-4型型) 的額定功的額定功率為率為7.5kw,

10、 額定轉速為額定轉速為1440r/min, 則額定轉矩為則額定轉矩為nPnPT9550602 m.N7 .4914405 .795509550NNN nPT21220222UsXRsRKT)(2021max2XUKT 0dd ST令：令：求得求得202mXRss 臨界轉差率臨界轉差率On0nTmax將將sm代入轉矩公式，可得代入轉矩公式，可得 max121max, )1(TUUT2021max2 XUKT NmaxTT 一般三相異步電動機的過載系數(shù)為一般三相異步電動機的過載系數(shù)為2 .28 .1 12 II(2) sm與與 R2 有關，有關， R2 sm n 。繞線式電。繞線式電機改變轉子附加

11、電阻機改變轉子附加電阻R 2 可實現(xiàn)調速?？蓪崿F(xiàn)調速。 22022212)(sXRUsRKT 22022212stXRURKT 電動機起動時的轉矩。電動機起動時的轉矩。起動時起動時n= 0 時時，s =1 st121st, ) 1 (TUUT(2) Tst與與 R2 有關，有關， 適當使適當使 R2 Tst 。對繞線式。對繞線式 電機改變轉子附加電阻電機改變轉子附加電阻 R 2 , 可使可使Tst =Tmax 。體現(xiàn)了電動機帶體現(xiàn)了電動機帶載起動的能力。載起動的能力。 0nOnTNststTTK 起動能力起動能力T2 sT2 TT =T2n T T 2達到新的平衡達到新的平衡T20nnTOnU

12、 Tm U UTst 22022212stXRURKT 2021m2XUKT 202mXRs 0nNUT2nTOstTTOn0nR2 Tst n maxT2T22022212stXRURKT 2021m2XUKT 202mXRs 不同場合應選用不不同場合應選用不同的電機。如金屬切同的電機。如金屬切削，選硬特性電機；削，選硬特性電機；重載起動則選軟特性重載起動則選軟特性電機。電機。stTTOn0nR2 Tst n maxT2T問題：問題：。 一般中小型鼠籠式電機起動電流為額定電流的一般中小型鼠籠式電機起動電流為額定電流的5 7 倍倍; 電動機的起動電動機的起動 二、三十千瓦以下的異步電動機一般都

13、采用二、三十千瓦以下的異步電動機一般都采用直接起動。直接起動。星形星形-三角形三角形(Y ) 換接起動換接起動自耦降壓起動自耦降壓起動(3) 轉子串電阻起動轉子串電阻起動以下介紹降壓起動和轉子串電阻起動。以下介紹降壓起動和轉子串電阻起動。ZUIll3:Y 星形聯(lián)結時星形聯(lián)結時ZUIll3 三三角角形形聯(lián)聯(lián)結結時時：Z31Y llII31YlIZlU+U1U2V1V1W1W2 lIlU+ZU1U2V1V2W1W2L1L3L2FUU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1動觸點動觸點Y動觸點動觸點靜觸點靜觸點L1L3L2FUU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1

14、U1UPU1+Ul+U2V1V2W1W2 工作工作L1L3L2FUU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1U2Ul+U1V1V2W1W2lUU31P (a) 僅適用于正常運行為三角形聯(lián)結的電機。僅適用于正常運行為三角形聯(lián)結的電機。 )(2StUT (b) Y 起動起動 ststTIY 換接起動適合于空載或輕載起動的場合換接起動適合于空載或輕載起動的場合SYtst31TT UlU1W2V2W1+U2V1UP+Ul+U1W2V2W1U2V1L1L3L2FUQQ2R 12220220)(st2IIRXREIRR滑環(huán)滑環(huán)電刷電刷定子定子轉子轉子起動電阻起動電阻 R2 Tst 220

15、22212stXRURKT 22RR stTTOn0nmaxT2R2R stT M3M3A2849230880380310453. 1)NNN3N2Ncos310 UPI 一臺一臺Y225M-4型的三相異步電型的三相異步電 動機，定子動機，定子繞組繞組型聯(lián)結，其額定數(shù)據為：型聯(lián)結，其額定數(shù)據為：P2N=45kW,nN=1480r/min，UN=380V， N=92.3%，cos N=0.88， Ist/IN=7.0, Tst/TN=1.9，Tmax/TN=2.2，求：，求： 2）由由nN=1480r/min，可知，可知 p=2 （四極電動機）（四極電動機）minr 15000/n 013. 0

16、15001480150000N nnns 3）mN 429014804595509550NN2N .nPTmN 9638429022)(NNmaxmax .TTTTmN 8551429091)(NNstst .TTTT 在在上例中上例中(1)如果負載轉矩為如果負載轉矩為 510.2Nm, 試試問在問在U=UN和和U =0.9UN兩種情況下電動機能否起兩種情況下電動機能否起動？（動？（2）采用）采用Y- 換接起動時，求起動電流和換接起動時，求起動電流和起動轉矩。起動轉矩。 又當負載轉矩為起動轉矩的又當負載轉矩為起動轉矩的80%和和50%時，電動機能否起動？時，電動機能否起動？ (1) Tst =

17、 551.8Nm 510.2 N. m mN2510mN 4478551902st .T (2) Ist =7IN=7 84.2=589.4 AA519645983131st stY.II 在在U = 0.9UN 時時132329183%8042909183%80NstY .TT121459183%5042909183%50NstY .TT起動起動mN918385513131ststY .TT(3) 對對例例8.5.1中的電動機采用自耦變壓器降壓中的電動機采用自耦變壓器降壓起動，設起動時加到電動機上的電壓為額定電壓起動，設起動時加到電動機上的電壓為額定電壓的的64%，求這時的線路起動電流，求這

18、時的線路起動電流Ist和電動機的和電動機的起動轉矩起動轉矩Tst 。設電動機的起動電壓為設電動機的起動電壓為U，電動機的起動，電動機的起動電流為電流為Ist stNst640640I.ZU.ZUI 依據變壓器的一次、二次側電壓電流關系，依據變壓器的一次、二次側電壓電流關系，可求得線路起動電流可求得線路起動電流Ist。64. 0Nstst UUIIA424145890.64 6406406406402st2ststst.I.I.I.I 2 UT 又又22Nstst640 .UUTT mN 226 8551640640 2st2st .T.Tst2stIxI st2stTxT pfsnsn1060

19、11 f=50HzM3 +變頻調速方法變頻調速方法恒轉距調速（恒轉距調速（f1f1N）變頻調速方法可實現(xiàn)無級平滑調速變頻調速方法可實現(xiàn)無級平滑調速,調速性調速性能優(yōu)異，因而正獲得越來越廣泛的應用。能優(yōu)異，因而正獲得越來越廣泛的應用。A1X1A2X2iiP=2A1A2X1X2NNSSA1X1A2X2iiP=1 采用變極調速方法的電動機稱作雙速電機，采用變極調速方法的電動機稱作雙速電機，由于調速時其轉速呈跳躍性變化，因而只用在對由于調速時其轉速呈跳躍性變化，因而只用在對調速性能要求不高的場合，如銑床、鏜床、磨床調速性能要求不高的場合，如銑床、鏜床、磨床等機床上。等機床上。A1A2X1X2SNTn0

20、no22RR2R2R( 變轉差率調速是繞線式電動機特有的一種調變轉差率調速是繞線式電動機特有的一種調速方法。其優(yōu)點是調速平滑、設備簡單投資少，速方法。其優(yōu)點是調速平滑、設備簡單投資少，缺點是能耗較大。這種調速方式廣泛應用于各種缺點是能耗較大。這種調速方式廣泛應用于各種提升、起重設備中。提升、起重設備中。nnTLTLs sTs2R2Ro制動方法制動方法機械制動機械制動電氣制動電氣制動能耗制動能耗制動反接制動反接制動發(fā)電反饋制動發(fā)電反饋制動 在斷開三相電源的同時，給電動機其中兩相在斷開三相電源的同時，給電動機其中兩相繞組通入直流電流，直流電流形成的固定磁場與繞組通入直流電流，直流電流形成的固定磁場

21、與旋轉的轉子作用，產生了與轉子旋轉方向相反的旋轉的轉子作用，產生了與轉子旋轉方向相反的轉距（制動轉距），使轉子迅速停止轉動。轉距（制動轉距），使轉子迅速停止轉動。nF轉子轉子T n0=0 +-運轉運轉制動制動RP運轉運轉nFT n0 當電動機轉子的轉速大于旋轉磁場的轉速當電動機轉子的轉速大于旋轉磁場的轉速時，旋轉磁場產生的電磁轉距作用方向發(fā)生變時，旋轉磁場產生的電磁轉距作用方向發(fā)生變化，由驅動轉距變?yōu)橹苿愚D距。電動機進入制化，由驅動轉距變?yōu)橹苿愚D距。電動機進入制動狀態(tài)，同時將外力作用于轉子的能量轉換成動狀態(tài)，同時將外力作用于轉子的能量轉換成電能回送給電網。電能回送給電網。nF轉子轉子T n0n

22、 n0 磁極數(shù)磁極數(shù)( 極對數(shù)極對數(shù) p = 2 )例如：例如： Y 132 M4 用以表明電動機的系列、幾何尺寸和極數(shù)。用以表明電動機的系列、幾何尺寸和極數(shù)。機座長度代號機座長度代號機座中心高（機座中心高（mm）三相異步電動機三相異步電動機教材表教材表8.8.1中列出了各種電動機的系列代號。中列出了各種電動機的系列代號。異步電動機產品名稱代號異步電動機產品名稱代號接線盒接線盒。通常。通常聯(lián)結聯(lián)結電機容量電機容量Y3kW 聯(lián)聯(lián)結結電電機機容容量量 kW4U2U1W2V1V2W1U1U2W2U2V2V1W1U1W1V1W2V2例如：例如：380/220V、Y/ 是指線電壓為是指線電壓為 380V

23、 時時 采用采用 Y聯(lián)結聯(lián)結；線電壓為；線電壓為 220V 時采用時采用 聯(lián)結聯(lián)結。 表示星形表示星形聯(lián)結聯(lián)結下電機的線電流為下電機的線電流為 6.73A；三角形；三角形聯(lián)結聯(lián)結下線電下線電流為流為 11.64A。兩種接法下相電流均為。兩種接法下相電流均為 6.73A。12PP cos3NN1IUP 鼠籠電機鼠籠電機 =7293電動機在額定運行時定子繞組的電動機在額定運行時定子繞組的額定功率是指電機在額定運行時軸上輸出的機額定功率是指電機在額定運行時軸上輸出的機械功率械功率 P2，它不等于從電源吸取的電功率，它不等于從電源吸取的電功率 P1。PN 三相異步電動機的功率因數(shù)較低，在額定負載三相異

24、步電動機的功率因數(shù)較低，在額定負載時約為時約為 0.7 0.9?？蛰d時功率因數(shù)很低，只有?？蛰d時功率因數(shù)很低，只有 0.2 0.3。額定負載時，功率因數(shù)最高。額定負載時，功率因數(shù)最高。 電機在額定電壓、額定負載下運行時的轉速。電機在額定電壓、額定負載下運行時的轉速。P2cos O 0N0Nnnns 額額定定轉轉差差率率指電機絕緣材料能夠承受的極限溫度等級，分指電機絕緣材料能夠承受的極限溫度等級，分為為A、E、B、F、H五級，五級，A級最低級最低(105C)，H級最高級最高(180C)。 功率選得過大不經濟，功率選得過小電動機功率選得過大不經濟，功率選得過小電動機容易因過載而損壞。容易因過載而損

25、壞。1. 對于連續(xù)運行的電動機，所選功率應等于或略對于連續(xù)運行的電動機，所選功率應等于或略大于生產機械的功率。大于生產機械的功率。2. 對于短時工作的電動機，允許在運行中有短暫對于短時工作的電動機，允許在運行中有短暫的過載，故所選功率可等于或略小于生產機械的過載，故所選功率可等于或略小于生產機械的功率。的功率。 一般應用場合應盡可能選用鼠籠式電動機。一般應用場合應盡可能選用鼠籠式電動機。只有在需要調速、不能采用鼠籠式電動機的場只有在需要調速、不能采用鼠籠式電動機的場合才選用繞線式電動機。合才選用繞線式電動機。 根據工作環(huán)境的條件選擇不同的結構型式，根據工作環(huán)境的條件選擇不同的結構型式，如開啟式

26、、防護式、封閉式電動機。如開啟式、防護式、封閉式電動機。 根據電動機的類型、功率以及使用地點的電根據電動機的類型、功率以及使用地點的電源電壓來決定。源電壓來決定。 Y系列鼠籠電動機的額定電壓只有系列鼠籠電動機的額定電壓只有380V一個一個等級。大功率電動機才采用等級。大功率電動機才采用3000V和和6000V。轉子一般用鼠籠式轉子一般用鼠籠式定子定子定子定子繞組繞組轉子轉子AA NS 定子繞組產生的脈動磁場定子繞組產生的脈動磁場 ，可用，可用正、反兩個正、反兩個旋轉磁場合成來等效。即旋轉磁場合成來等效。即- + - m= + -=m21 t O + - - + + - 02 s121 ss合成轉矩合成轉矩s01 s22 s21 s1T起動轉矩起動轉矩為零為零2T正正轉轉轉轉反反 .F鼠籠式轉子鼠籠式轉子導條及電流導條及電流AAiAABBA iBtIi sinAmA )90sin(BmB tIi 正弦波形如圖所示。正弦波形如圖所示。iBiAmIit O 45t 0 t ABBAo0 t ABBA 90t 0 t ABBA兩相旋轉磁場兩相旋轉磁場動畫動畫450900iBiAmIit OABBiAiBA 12 將開關將開