電工電子 第4章 交流電動機0426

1、異步交流電動機授課內(nèi)容：異步交流電動機授課內(nèi)容： 鼠籠式轉(zhuǎn)子鼠籠式轉(zhuǎn)子定子鐵芯與定子繞組定子鐵芯與定子繞組XACZYB定子定子鐵芯鐵芯B YA XC Z定子鐵芯定子鐵芯：定子三相繞組定子三相繞組：匝數(shù)相同匝數(shù)相同空間排列互差空間排列互差1200（作為導(dǎo)磁路經(jīng)）（作為導(dǎo)磁路經(jīng)）定子繞組定子繞組AXBYCZ首端首端末端末端(1) 鼠籠式轉(zhuǎn)子鼠籠式轉(zhuǎn)子 鐵芯槽內(nèi)放銅條，端鐵芯槽內(nèi)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(zhuǎn)子繞組。或鑄鋁形成轉(zhuǎn)子繞組。(2) 繞線式轉(zhuǎn)子繞線式轉(zhuǎn)子根據(jù)轉(zhuǎn)子的不同，交流異步電動機分為：根據(jù)轉(zhuǎn)子的不同，交流異步電動機分為： 結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、工作可靠

2、；不能人為改結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)復(fù)雜、價格較貴、維護(hù)工作量大；轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價格較貴、維護(hù)工作量大；轉(zhuǎn)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。fNSn0ei放入閉合線圈，由軸承架起放入閉合線圈，由軸承架起線圈導(dǎo)體切割磁力線，感線圈導(dǎo)體切割磁力線，感生電動勢生電動勢 e (右手定則）右手定則）感生電動勢感生電動勢 在線圈在線圈中驅(qū)動電流中驅(qū)動電流 電流電流 在磁場中受力在磁場中受力產(chǎn)生轉(zhuǎn)距，使線圈轉(zhuǎn)動產(chǎn)生轉(zhuǎn)距，使線圈轉(zhuǎn)動可轉(zhuǎn)動閉合線圈可轉(zhuǎn)動閉合線圈 120sin120sinsinmCmBmAtIi

3、tIitIi BiAXBYCZAiCiCiAiBiitmIo i 0: 首端流入，尾端流出。首端流入，尾端流出。 AYCBZX規(guī)定規(guī)定 i 0, iB0, iC0, iB0, iC=0iA=0, iB0AXYCBZAXYCBZAXYCBZNS0 t 60t 60 90t 600動畫動畫SNSNit 0iAiBiC2 900結(jié)論：結(jié)論： 分析可知，三相電流產(chǎn)生的合成磁場是一旋轉(zhuǎn)的分析可知，三相電流產(chǎn)生的合成磁場是一旋轉(zhuǎn)的磁場，磁場， 即：即：AXYCBZAXYCBZAXYCBZNSSNSN2 2. . 從上圖可以看出，從通入從上圖可以看出，從通入iA的繞組轉(zhuǎn)向通入的繞組轉(zhuǎn)向通入iB的繞的繞組再轉(zhuǎn)

4、向通入組再轉(zhuǎn)向通入iC的繞組的繞組1pBiAXBYCZAiCiAXYCBZNS0 t CYABCXYZAXBZAiBiCiX A AXBYB Y CC ZZ iA=0, iB00 t NSSN同理：若定子每相繞組由同理：若定子每相繞組由 n 個線圈串聯(lián)個線圈串聯(lián)則則: 形成形成 n 對磁極的旋轉(zhuǎn)磁場。對磁極的旋轉(zhuǎn)磁場。P = n分分）轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)分分）轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)/ /( (/ /( ( 30006010 fnp=1時時:電流每變化一個周期，旋轉(zhuǎn)磁場在空間旋轉(zhuǎn)一圈電流每變化一個周期，旋轉(zhuǎn)磁場在空間旋轉(zhuǎn)一圈電流每秒變化電流每秒變化 f1周期周期, 工頻：工頻： f1 =50HZ同步轉(zhuǎn)速：同步轉(zhuǎn)速：分分）轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)分分

5、）轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)/ /( (/ /( ( 1500602110 fnp=2時時:電流每變化一個周期，旋轉(zhuǎn)磁場在空間旋轉(zhuǎn)半圈電流每變化一個周期，旋轉(zhuǎn)磁場在空間旋轉(zhuǎn)半圈同步轉(zhuǎn)速：同步轉(zhuǎn)速：p=p時時:電流每變化一個周期，旋轉(zhuǎn)磁場在空間旋轉(zhuǎn)電流每變化一個周期，旋轉(zhuǎn)磁場在空間旋轉(zhuǎn)1/n圈圈分分）轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)/ /( ( 10601fpn 同步轉(zhuǎn)速：同步轉(zhuǎn)速：n0)/( 6010分分轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)pfn 2p180分）轉(zhuǎn)/( 50011p360分）轉(zhuǎn)/( 0003極對數(shù)極對數(shù)每個電流周期每個電流周期磁場轉(zhuǎn)過的空間角度磁場轉(zhuǎn)過的空間角度同步轉(zhuǎn)速同步轉(zhuǎn)速)f(Hz501 3p120分）轉(zhuǎn)/( 00014p分分）轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)/( 75090旋轉(zhuǎn)

6、磁場轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速n0與頻率與頻率f1和極對數(shù)和極對數(shù)p有關(guān)。有關(guān)。AXYCBZ分分）轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)/( 6010pfn BlvBliFvF0nNS%s)91( 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速亦可由轉(zhuǎn)差率求得轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速亦可由轉(zhuǎn)差率求得0)(1nns %10000 nnns 例例1 1：三相異步電動機，其額定轉(zhuǎn)速三相異步電動機，其額定轉(zhuǎn)速 nN = =975 r/min，電，電源頻率源頻率 f1 1= =50 Hz。試求電動機的極對數(shù)和額定負(fù)載下的。試求電動機的極對數(shù)和額定負(fù)載下的轉(zhuǎn)差率。轉(zhuǎn)差率。解：解：由由nN= =975 r/min可知：可知：n0=1000 r/min , 2.5%100%10009751000%1000

7、0 nnns1i2i定子相當(dāng)于變壓器一次，轉(zhuǎn)子相當(dāng)于變壓器二次。定子相當(dāng)于變壓器一次，轉(zhuǎn)子相當(dāng)于變壓器二次?？僧嫵龅刃щ娐罚ㄈ鄬ΨQ，化為一相計算）可畫出等效電路（三相對稱，化為一相計算）定子繞組電阻定子繞組電阻 R R1 1 , ,漏感漏感 L1 ， 主磁通在定子感生電勢主磁通在定子感生電勢 e1轉(zhuǎn)子繞組電阻轉(zhuǎn)子繞組電阻 R R2 2 , ,漏感漏感 L2主磁通在轉(zhuǎn)子感生電勢主磁通在轉(zhuǎn)子感生電勢 e2 ,定子電路：定子電路：轉(zhuǎn)子電路：轉(zhuǎn)子電路：1 1R R1L1e1u2 2R R2L2e轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子短路短路1i2i1 1R R1L1e1u2 2R R2L2e11eeRiu )e(dtdiLRi1

8、111 旋轉(zhuǎn)磁場在空旋轉(zhuǎn)磁場在空間按正弦分布，切間按正弦分布，切割定子和轉(zhuǎn)子繞組，割定子和轉(zhuǎn)子繞組，感生電動勢感生電動勢 均為正均為正弦量弦量) )( () )( (1 11111EEIRU ) )( (L Lj j1 111111EIIR 相量式：相量式：1E 1111444NfEU. 為每極磁通，也等為每極磁通，也等于正弦磁通的最大值于正弦磁通的最大值N1為定子繞組的匝數(shù)為定子繞組的匝數(shù) 旋轉(zhuǎn)磁場的磁通旋轉(zhuǎn)磁場的磁通 每極磁通每極磁通111444Nf.U 1U 旋轉(zhuǎn)磁場與定子導(dǎo)體間的相對速度為旋轉(zhuǎn)磁場與定子導(dǎo)體間的相對速度為 n0 ， 定子感應(yīng)電勢的頻率定子感應(yīng)電勢的頻率 f16001pn

9、f f 1= 電源頻率電源頻率 f1111444NfEU. 定子感應(yīng)電勢的頻率定子感應(yīng)電勢的頻率每切割過一對磁極，電動勢變化一周，每切割過一對磁極，電動勢變化一周，每分鐘割過每分鐘割過 pn0 對磁極對磁極, 所以所以:1i2i1 1R R1L1e1u2 2R R2L2edtdiLiRe22222 222222ILjIRE 相量式：相量式：22222ILfj2IR f2為轉(zhuǎn)子電量的頻率 定子感應(yīng)電勢頻率定子感應(yīng)電勢頻率 f 1 轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢頻率轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢頻率 f 21000026060fspnnnnpnnf 旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子導(dǎo)體間的相對速度為旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子導(dǎo)體間的相對速度為 n2 = n0n

10、，每切割過一對磁極，電動勢變化一周，每切割過一對磁極，電動勢變化一周，每分鐘割過每分鐘割過 p(n0-n) 對磁極對磁極, 所以所以: p60nnf02 只有只有n=0n=0時，時，f1 = f2 ，與變壓器情況相同，與變壓器情況相同 當(dāng)轉(zhuǎn)速當(dāng)轉(zhuǎn)速 n = 0(s=1)時，時， f 2= f1最高，則最高，則 E2 最大，記為最大，記為E20E20= 4.44 f 1N2 即即E2= s E20 2122222LfsLfX 當(dāng)轉(zhuǎn)速當(dāng)轉(zhuǎn)速 n = 0(s =1)時，時， f 2最高，則最高，則 X2 最大，記為最大，記為X20 X20= 2 f1L 2即即X2= sX20 222222XREI

11、2202220)(sXRsE )(0002nnIs 2202220max21XREIs 220222222222)( cossXRRXRR 220RsXs很小時1cos2 202XRss 較較大大時時s1cos2 222222ILfj2IR E由：由：2222IjIRX 2202220222222)( XREXREIss 2202222)(cosXRRs )(2 Isn)cos(2 sn 結(jié)論：結(jié)論：轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，轉(zhuǎn) 子電路中的各量均與轉(zhuǎn)子電路中的各量均與轉(zhuǎn) 差率差率 s有關(guān)，即與轉(zhuǎn)速有關(guān)，即與轉(zhuǎn)速 n有關(guān)。有關(guān)。I2cos 2s1I2,2cos O22Tcos IKT 常數(shù)，與電

12、常數(shù)，與電機結(jié)構(gòu)有關(guān)機結(jié)構(gòu)有關(guān)旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)磁場每極磁通每極磁通轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)子電路的轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)功率因數(shù), , T, , 2I T 2cosT 轉(zhuǎn)子電流的轉(zhuǎn)子電流的有功分量有功分量21220222)(UsXRsRKT 22022202)( XREIss 2202222)(cosXRRs 444111NfU. 將將代入上式代入上式22 cos IKTT 由：由：整理，并將常數(shù)項合并為整理，并將常數(shù)項合并為 K K , , 得：得：21220222)(UsXRsRKT 21UmaxTmSNSOTS曲曲線線)(sfT 曲曲線線)(Tfn 根據(jù)轉(zhuǎn)矩公式根據(jù)轉(zhuǎn)矩公式22022212)(sXRU

13、sRKT 得特性曲線：得特性曲線：NnmaxTstTOnTNT0nstT1NT)/()(9550NNN分分轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)千千瓦瓦nPT (N m)PT2 nPnPPT95506022 轉(zhuǎn)動角轉(zhuǎn)動角速度速度202TTTT （T T0 0為空載損耗轉(zhuǎn)距）為空載損耗轉(zhuǎn)距） 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, 額定轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速為1440r/min, 則額定轉(zhuǎn)矩為則額定轉(zhuǎn)矩為m.N7 .4914405 .795509550NNN nPTOnT0nNnNTOTSNTNS21220222UsXRsRKT)(2021max2XUKT 0dd ST令

14、：令：得得:202mXRss 臨界轉(zhuǎn)差率臨界轉(zhuǎn)差率代入轉(zhuǎn)矩公式，可得代入轉(zhuǎn)矩公式，可得:maxTmSOTSNmaxTT 2 .28 .1 12 II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22022212)(sXRUsRKT 22022212stXRURKT 電動機起動時電動機起動時(n=0或或s=1)的轉(zhuǎn)矩。的轉(zhuǎn)矩。體現(xiàn)了電動機帶載起動的能力。體現(xiàn)了電動機帶載起動的能力。 0nOnTNststTTK 起動能力可用系數(shù)起動能力可用系數(shù)Kst描述描述起動時起動時s=1 : 21maxUT 討論討論: : UU1 1 和和 R R2 2變化對機械特性的影響：變化對機械特性的影響

15、：: 21stUT OTS1(1) U1對機械特性的影響對機械特性的影響22022212stXRURKT 2021m2XUKT 202mXRs max1TU s st tTU1mSmaxTmaxTs st tTs st tT當(dāng)當(dāng)U U1 1變化時：變化時： Tm變化，變化，Tst變化變化, , Sm不變不變T2當(dāng)當(dāng)U U1 1時：若負(fù)載時：若負(fù)載 T2不不變，變，則：則：Sn(2) (2) R R2 2變化對機械特性的影響變化對機械特性的影響22022212stXRURKT 2021m2XUKT 202mXRs OTS1maxTmSmSR2若若 R2變化：變化：Sm變化變化, Tm不變不變當(dāng)當(dāng)

16、 R2時：時：Sm，TstT2繞線式電機改變轉(zhuǎn)子附繞線式電機改變轉(zhuǎn)子附加電阻加電阻R 2 可實現(xiàn)調(diào)速。可實現(xiàn)調(diào)速。對繞線式電機改變轉(zhuǎn)子附對繞線式電機改變轉(zhuǎn)子附加電阻加電阻 R 2 , 可增大可增大Tst，最，最大大可使可使Tst =Tmax 。stT 0nTOnmaxTT2 T2 TT =T2n (s)T2aT 2b設(shè)負(fù)載轉(zhuǎn)距為設(shè)負(fù)載轉(zhuǎn)距為T T2 2，轉(zhuǎn)速為，轉(zhuǎn)速為n n，電機運行與，電機運行與a a點（點（T=TT=T2 2) )若負(fù)載轉(zhuǎn)距變化時若負(fù)載轉(zhuǎn)距變化時T達(dá)到新的平衡，電機運行與達(dá)到新的平衡，電機運行與b b點點一般中小型鼠籠電動機的一般中小型鼠籠電動機的 IstIN= 5 7 (

17、指線電流）指線電流） 一般電動機的一般電動機的 Tst TN= 所以起動所以起動 星形星形-三角形三角形(Y ) 換接降壓起動換接降壓起動自耦降壓起動自耦降壓起動(3) 轉(zhuǎn)子串電阻起動轉(zhuǎn)子串電阻起動二、三十千瓦以下的異步電動機可采用直接起動。二、三十千瓦以下的異步電動機可采用直接起動。將異步電動機直接接到額定電壓電源上啟動。將異步電動機直接接到額定電壓電源上啟動。起動時，將異步電動機接到低于額定電壓電源上。起動時，將異步電動機接到低于額定電壓電源上。ZUIll3:Y 星形聯(lián)結(jié)時星形聯(lián)結(jié)時ZUIll3 三三角角形形聯(lián)聯(lián)結(jié)結(jié)時時：31Y llII31YlIZlU+U1U2V1V1W1W2 lIlU

18、+ZU1U2V1V2W1W2ZlUU31P (a) 僅適用于正常運行為三角形聯(lián)結(jié)的電機。僅適用于正常運行為三角形聯(lián)結(jié)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(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子起動電阻起動電阻 R2 Tst 22022212stXRURKT 22RR stTTOn0nmaxT2R2R stT M3M3 pfsnsn106011 f=50H

19、zM3 +變頻調(diào)速方法變頻調(diào)速方法:f1f1N時，應(yīng)采用恒功率調(diào)速：保持時，應(yīng)采用恒功率調(diào)速：保持U1 U1N(可實現(xiàn)無級調(diào)速可實現(xiàn)無級調(diào)速)A1X1A2X2iiP=2A1A2X1X2NNSSA1X1A2X2iiP=1采用變極調(diào)速方法的電動機稱作雙速電機采用變極調(diào)速方法的電動機稱作雙速電機A1A2X1X2SN22RR 缺點缺點:TLs s2R2RTso繞線式電動機轉(zhuǎn)子串聯(lián)電阻繞線式電動機轉(zhuǎn)子串聯(lián)電阻優(yōu)點優(yōu)點: 調(diào)速平滑、設(shè)備簡單投資少，調(diào)速平滑、設(shè)備簡單投資少，能耗較大。能耗較大。 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)

20、。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7.8.1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(chǎn)品名稱代號異步電動機產(chǎn)品名稱代號接線盒接線盒。通常。通常聯(lián)結(jié)聯(lián)結(jié)電機容量電機容量Y3kW 聯(lián)聯(lián)結(jié)結(jié)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 時時 采用采用 Y聯(lián)結(jié)聯(lián)結(jié)；線電壓為；線電壓為 220V 時采用時采用 聯(lián)結(jié)聯(lián)結(jié)。 表示星形表示星形聯(lián)結(jié)聯(lián)結(jié)下電下電機

21、的線電流為機的線電流為 6.73A；三角形；三角形聯(lián)結(jié)聯(lián)結(jié)下線電流為下線電流為 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(fù)載三相異步電動機的功率因數(shù)較低，在額定負(fù)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.

22、2 0.3。額定負(fù)載時，功率因數(shù)最高。額定負(fù)載時，功率因數(shù)最高。 電機在額定電壓、額定負(fù)載下運行時的轉(zhuǎn)速。電機在額定電壓、額定負(fù)載下運行時的轉(zhuǎn)速。P2cos O 0N0Nnnns 額額定定轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)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)。 一臺一臺Y225M-4型的三相異步電動機，定子繞組型的三相異步電動機，定子繞組型聯(lián)型聯(lián)結(jié)，其額定數(shù)據(jù)為：結(jié)，其額定數(shù)據(jù)為：P2N=45kW,nN=1480r/min，UN=380V， N=92.3%，cos N=0.88， Is

23、t / IN=7.0, Tst / TN=1.9，Tmax / TN=2.2求：求：INsN TN TmaxTNA2849230880380310453. 1) 求求 額定電流額定電流 IN2NNNNN3cosPIU N NN NN N1 1N N cosUIP3 輸入電功率：輸入電功率：效率：效率： N = P2NP1N得：得：由由nN=1480r/min，可知，可知 p=2 （四極電動機）（四極電動機）minr 15000/n 0.013150014801500nnn0N0Ns mN 429014804595509550NN2N .nPTmN 9638429022)(NNmaxmax .T

24、TTTmN 8551429091)(NNstst .TTTT 2 2）求）求額定轉(zhuǎn)差率額定轉(zhuǎn)差率 sN3 3）求）求額定轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩 T TN N 、最大轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩T Tmaxmax 、和起動轉(zhuǎn)矩和起動轉(zhuǎn)矩T TN N 在在上例中上例中 ：如果負(fù)載轉(zhuǎn)矩為如果負(fù)載轉(zhuǎn)矩為 510.2Nm, Tst = 551.8Nm 510.2 N. m 2UT s st tIst =7IN=7 84.2=589.4 AA519645983131st stY.II (1) 試問：試問：在在U=UN時，時，電動機能否起動？電動機能否起動？試問：試問：在在U = 0.9UN 時時，電動機能否起動？電動機能否起動？mN2510mN 4478551902st .T(2)試問：試問：采用采用Y- 換接起動時，求起動電流和起動轉(zhuǎn)矩?fù)Q接起動時，求起動電流和起動轉(zhuǎn)矩mN918385513131ststY .TT132329183%8042909183%80NstY .TT121459183%5042909183%50NstY