電工學少學時第六章

1、第第 6 6 章章電動機電動機 第 6 章 電 動 機 電動機電動機是將電能轉換成機械能的裝置。廣是將電能轉換成機械能的裝置。廣泛應用于現(xiàn)代各種機械中作為驅動。泛應用于現(xiàn)代各種機械中作為驅動。由電動機驅動的優(yōu)點：減輕繁重的體力勞動；由電動機驅動的優(yōu)點：減輕繁重的體力勞動；提高生產(chǎn)率；可實現(xiàn)自動控制和遠距離操縱。提高生產(chǎn)率；可實現(xiàn)自動控制和遠距離操縱。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(chǎn)生感應電動勢或電在旋轉磁場作用下，產(chǎn)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(nèi)放銅條，端鐵芯槽內(nèi)放銅條，端 部用端路環(huán)形成一體。部用端路環(huán)形成一體

2、。 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。 120sin120sinsinmCmBmAtIitIitIi 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

3、。 AYCBZX()電流出電流出( )電流入電流入iA t = 0 tiAZBXCYiA= 0iB為為負負值值iC為為正正值值NS0iBiC t t = 60iAZBXCYNS60iC = 0iB為為負負值值iA為為正正值值iAiBiC0 t = 90AZBXCYNS90iA為為正正值值iB為為負負值值iC為為負負值值 tiiAiBiC0 t = 180AZBXCYiA= 0iB為為正正值值iC為為負負值值180NS tiiAiBiC0 t=60 AZBXCYNS60 t=90AZBXCYNS t=0AZBXCYNS90 t=180 AZBXCYNS1800 空間相差空間相差120120 角的

4、三相繞組，通角的三相繞組，通入對稱三相電流時，產(chǎn)生的是一對磁極入對稱三相電流時，產(chǎn)生的是一對磁極的旋轉磁場的旋轉磁場, ,當電流經(jīng)過一個周期變化當電流經(jīng)過一個周期變化時，磁場也沿著順時針方向旋轉了一周時，磁場也沿著順時針方向旋轉了一周 ( (在空間旋轉的角度為在空間旋轉的角度為360360 ) )。 tiiAiBiC0ABCXYZiAiC90 600 AZBXCYNS0AZBXCYNS60相序相序A-C-B-AAZBXCYNS90iB2. . 改變流入三相繞組的電流相改變流入三相繞組的電流相序序, ,就能改變旋轉磁場的轉向就能改變旋轉磁場的轉向; ;改改變了旋轉磁場的轉向變了旋轉磁場的轉向,

5、, 也就改變也就改變了三相異步電動機的旋轉方向。了三相異步電動機的旋轉方向。0t 即：即：1pCiBiAioimI tBiAXBYCZAiCiAXYCBZNSCYABCXYZAXBZAiBiCiX A AXBYB Y CC ZZ iAiBiCABCXYZABCXYZ600 t = 0AZBXCNSXCYAZBY0SN t =6 0NSAZBXCXCYAZBY30SN0 tiiAiBiC0 tiiAiBiC090180 t = 90AZBXCNSXCYAZBY45SN t =180AZBXCNSXCYAZBY90SN90ABCXYZABCXYZiAiBiC 當定子每相中有兩個繞組串聯(lián)當定子每相中

6、有兩個繞組串聯(lián), 且每相繞組在且每相繞組在空間相差空間相差60時時, 通入對稱三相交流電后通入對稱三相交流電后, 也產(chǎn)生一也產(chǎn)生一個旋轉磁場個旋轉磁場, 但它是一個四極旋轉磁場。當電流變但它是一個四極旋轉磁場。當電流變化一周化一周, 旋轉磁場在空間只轉了半周旋轉磁場在空間只轉了半周(180 空間角空間角), 旋轉速度較兩極磁場慢了一半。旋轉速度較兩極磁場慢了一半。分分）轉轉 /( 6010fn 工頻：工頻：Hz501 f分分）轉轉 /( 30000 np=1時時0mICiBiAi tiomIAXYCBZNSAXYCBZNSAXYCBZNSX NSA X ABZCYZ C Y B SN0t 60

7、tp=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 BlvBliFvF0nNS0nn 如果如果:0nn %s)91( 轉子轉速亦可由轉差率求得轉子轉

8、速亦可由轉差率求得0)(1nns 00nnns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= =975r/min，電源頻率電源頻率 f1 1= =50 Hz。試求電動機的極對數(shù)和額定負載。試求電動機的極對數(shù)和額定負載下的轉差率。下的轉差率。解：解：根據(jù)異步電動機轉子轉速與旋轉磁場同步轉根據(jù)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三相異步電動機的電路分析三相異步電動機的電路分析變壓器：變壓器： 變化變化 eU1 E1= 4.44 f N1 E2= 4.

9、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

10、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M3M32.2.電磁轉矩的方向電磁轉矩的方向電磁轉矩的方向與旋轉磁場的轉向一致電磁轉矩的方向與旋轉磁場的轉向一致 轉子旋轉的方向轉子旋轉的方向與旋轉磁場的轉向相同。與旋轉磁場的轉向相同。 T ，I2cos 2 T = CT mI2cos 2T = KTsR2U1f1R2(sX2) 2 22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

11、轉子電流轉子電路的轉子電路的功率因數(shù)功率因數(shù)21222212)(UsXRfsRKTT21U 空載轉矩：空載轉矩：T0輸出轉矩：輸出轉矩：T2 = TT0 T負載轉矩：負載轉矩：TL當當 T2 = TL 穩(wěn)定運行穩(wěn)定運行當當 T2 TL 加速運行加速運行當當 T2 TL 電動機能起動，電動機能起動，否則將起動不了。否則將起動不了。起動轉矩倍數(shù)起動轉矩倍數(shù): : Y系列：系列：KS = 1.62.2 KC = 5.57.0起動電流起動電流: :MNSTNsN1TSTMsMTOsTS TN KS =IS INKC =TL sTL T2TL =T2n T T 2達到新的平衡達到新的平衡T20nnTOn

12、 例例6.5.1 某三相異步電動機，額定功率某三相異步電動機，額定功率 PN = 45 kW，額定轉速額定轉速 nN = 2 970 r/min， KM = 2.2 ，KS = 2.0。若若 TL = 200 Nm，試問能否帶此負載：，試問能否帶此負載：(1) 長期運行長期運行; (2) 短期運行短期運行; (3) 直接起動。直接起動。解解 (1) 電動機的額定轉矩電動機的額定轉矩由于由于TN TL，故可以帶此負載短時運行，故可以帶此負載短時運行。 (3) 電動機的起動轉矩電動機的起動轉矩由于由于TS TL，故可以帶此負載直接運行，故可以帶此負載直接運行。 TS = KSTN = 2.0145

13、 Nm = 290 Nm U Tm U UTst 22221212stXRfURKT2121m2XfUKT 22mXRs0nNUT2nTOstTTOn0nR2 Tst n maxT2T22221212stXRfURKT2121m2XfUKT 22mXRs 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 (全壓起

14、動全壓起動) (a) 小容量的電動機；小容量的電動機； (b) 電源容量足夠大時。電源容量足夠大時。 7.5 kW 以下直接起動以下直接起動 7.5 kW 以上，且電源容量能滿足起動以上，且電源容量能滿足起動電流倍數(shù)電流倍數(shù) 3 + 1 4IS INKC =電源容量電源容量 (kVA)電機功率電機功率 (kW)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：31Y llII31YlIZlU+

15、U1U2V1V1W1W2 lIlU+ZU1U2V1V2W1W2ZL1L3L2FUU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1動觸點動觸點Y動觸點動觸點靜觸點靜觸點L1L3L2FUU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1UPU1+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

16、合于空載或輕載起動的場合SYtst31TT UlU1W2V2W1+U2V1UP+Ul+U1W2V2W1U2V1A2849230880380310453. 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(jù)為：型聯(lián)結，其額定數(shù)據(jù)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 150

17、00/n 013. 015001480150000N nnns 3）mN 429014804595509550NN2N .nPTmN 9 .6384 .2902 . 22 . 2NmaxTTmN 8 .5514 .2909 . 19 . 1NstTT 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。 又當負載轉矩為額定轉矩的又當負載轉矩為額定轉矩的80%和和50%時，電動機能否起動？時，電動

18、機能否起動？ (1) Tst = 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)L1L3L2FUQQ2 對對例例1中的電動機采用自耦變壓器降壓起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的動，設起動時加到電動機上的電壓

19、為額定電壓的64%，求這時的線路起動電流，求這時的線路起動電流Ist和電動機的起和電動機的起動轉矩動轉矩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(jù)變壓器的一次、二次側電壓電流關系，依據(jù)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。NUUstIstI 64. 0Nstst UUIIA424145890.64 6406406406402st2ststst.I.I.I.I 2 UT 又又22Nstst640 .UUTT mN 226 8551640640 2st2st .T.Tst2stIKIA st2stTKTAR 12220220)(st2IIRXREIRR滑環(huán)滑環(huán)電刷電刷定子定子轉子轉子