電工學講義-電動機

電工學講義-電動機第一頁，共五十二頁，2022年，8月28日基本要求1.了解三相交流異步電動機的基本構造和轉動原理。本章要求：2.理解三相交流異步電動機的轉矩和機械特性，掌握起動的基本方法,了解調速的方法。3.理解三相交流異步電動機銘牌數據的意義。第二頁，共五十二頁，2022年，8月28日電動機的分類：鼠籠式異步交流電動機授課內容：基本結構、工作原理、機械特性、啟動、調速、銘牌電動機交流電動機直流電動機三相電動機單相電動機同步電動機異步電動機他勵、并勵電動機串勵、復勵電動機第三頁，共五十二頁，2022年，8月28日異步電動機的結構定子：轉子：鐵芯、定子繞組和機座轉子鐵心、轉子繞組、風扇及轉子軸籠型轉子繞線式轉子第四頁，共五十二頁，2022年，8月28日異步電動機的結構第五頁，共五十二頁，2022年，8月28日常見鼠籠式轉子的結構第六頁，共五十二頁，2022年，8月28日三相異步電動機的定子繞組共六個出線端，引至機座的出線盒內。Y繞組首端：U1，V1，W1繞組末端：U2，V2，W2根據電源電壓和電動機繞組的額定值三相繞組接為星形或三角形第七頁，共五十二頁，2022年，8月28日三相異步電動機的轉動原理三部曲旋轉磁場的產生轉子電流的產生電磁轉矩的產生轉子轉動第八頁，共五十二頁，2022年，8月28日旋轉磁場的產生電動機三相繞組做“Y”形連接，三相對稱電流通入相應的定子繞組U1U2V1V2W1W2第九頁，共五十二頁，2022年，8月28日規(guī)定

i:“+”首端流入，尾端流出。

i:“–”尾端流入，首端流出。U1V2W1V1W2U2(?)電流出()電流入o第十頁，共五十二頁，2022年，8月28日oAXYCBZAXYCBZU1U2V2W1V1W2三相電流合成磁

場的分布情況600i1=0i2<0(V1出,V2入）i3>0(W1入，W2出）產生一對磁極i1>0i2<0i3=0磁場旋轉60oi1>0i2<0i3<0磁場旋轉90o第十一頁，共五十二頁，2022年，8月28日t=0i1=0i2<0(V1出,V2入）i3>0(W1入，W2出）產生一對磁極t=120i1>0i2=0i3<0磁場旋轉120ot=240i1<0i2>0i3=0磁場旋轉120ot=360i1=0i2<0i3>0磁場旋轉120oi1i2i3旋轉磁場的產生磁場旋轉一周第十二頁，共五十二頁，2022年，8月28日旋轉磁場的產生當電動機三相繞組做“Y”形連接，三相對稱電流通入相應的定子繞組在三相繞組中分別產生磁場合成兩個磁極（磁極對數為1）磁場旋轉產生磁極旋轉電流交變小結U1U2V1V2W1W2第十三頁，共五十二頁，2022年，8月28日極對數（P）的概念此種接法下，合成磁場只有一對磁極，則極對數為1。即：U1U2V2W1V1W2U1U2V1V2W1W2補充第十四頁，共五十二頁，2022年，8月28日極對數（P）的改變W1’V2’U1V1W1U2V2W2U1’U2’V1’W2’將每相繞組分成兩段，按右下圖放入定子槽內。U1U2V1V2W1W2U1’U2’V1’V2’W1’W2’第十五頁，共五十二頁，2022年，8月28日極對數W1’V2’U1V1W1U2V2W2U1’U2’V1’W2’如圖，此時形成的磁極是兩對。第十六頁，共五十二頁，2022年，8月28日旋轉磁場的轉速n0=60f/p(r/min)n0取決于電源頻率f和電動機的磁極對數pn0稱為同步轉速極對數每個電流周期磁場轉過的空間角度同步轉速第十七頁，共五十二頁，2022年，8月28日旋轉磁場的方向當三相電流的相序為：123，旋轉磁場方向為：U1V1W1與相序一致第十八頁，共五十二頁，2022年，8月28日轉子電流的產生磁場以n0順時針旋轉磁場與轉子相對運動轉子以n0逆時針切割磁力線轉子導體中產生感生電動勢轉子電路閉合轉子電路中產生電流(方向同電動勢)磁場轉子大拇指為轉子旋轉方向,四指為電動勢方向NS右手螺旋定則第十九頁，共五十二頁，2022年，8月28日電磁轉矩的產生——轉子旋轉轉子電流產生后導體在磁場中產生電磁力形成電磁轉矩轉子沿磁場旋轉方向以轉速n旋轉磁場n0四指為電流方向,大拇指為電磁力方向轉子nSN左手螺旋定則FFF第二十頁，共五十二頁，2022年，8月28日轉子沿旋轉磁場方向旋轉,若轉子轉速n上升為同步轉速n0，則轉子與旋轉磁場之間沒有相對轉速，轉子中沒有感生電動勢和轉子電流，沒有電磁轉矩的產生磁場n0轉子n又因為轉子導體的電流是由旋轉磁場感應而來的（轉子并不接電源）所以又稱感應電動機轉子轉速只能小于同步轉速，故稱為異步電動機第二十一頁，共五十二頁，2022年，8月28日轉差率是描述異步電動機運行情況的一個重要的概念：電動機啟動瞬時：n=0，S=1,轉差率最大空載運行時：n空

最大，S空

最小額定負載運行時:n<n空，S>S空一般SN=1-6％轉差率:S=(n0-n)/n0

或

S=(n0-n)/n0×100％

n與n0的關系第二十二頁，共五十二頁，2022年，8月28日例1：一臺三相異步電動機，其額定轉速

n=975r/min，電源頻率f1=50Hz。試求電動機的極對數和額定負載下的轉差率。解：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：n0=1000r/min,即額定轉差率為p=3第二十三頁，共五十二頁，2022年，8月28日轉子旋轉方向與旋轉磁場的方向一致,即，與相序方向一致。如何讓電動機反轉？轉子n磁場n0思考第二十四頁，共五十二頁，2022年，8月28日

方法：任意調換電源的兩根進線，電動機反轉。電動機正轉電動機反轉三相異步電動機的正、反轉電源~L1L2L3M3~L1L2L3電源~M3~第二十五頁，共五十二頁，2022年，8月28日三相異步電動機的轉動小結三部曲旋轉磁場的產生轉子電流的產生電磁轉矩的產生轉子轉動第二十六頁，共五十二頁，2022年，8月28日三相異步電動機轉矩與機械特性轉矩

轉子中各載流導體在旋轉磁場的作用下,受到電磁力所形成的轉矩之總和。常數，與電機結構有關2.當電源電壓U1一定時，T是轉差率s的函數。3.轉子導體電阻R2

的大小對

T有影響。繞線式異步電動機可外接電阻來改變轉子電阻R2

，從而改變轉距。1.T與定子每相繞組電源電壓成正比。U1T轉子靜止時，轉子導體漏感抗第二十七頁，共五十二頁，2022年，8月28日轉矩特性曲線OTS根據轉矩公式得轉矩特性曲線：OT1臨界轉差率第二十八頁，共五十二頁，2022年，8月28日電動機在額定負載時的轉矩。1.額定轉矩TN三個重要轉矩OT(N?m)如某普通機床的主軸電機(Y132M-4型)的額定功率為7.5kw,額定轉速為1440r/min,則額定轉矩為第二十九頁，共五十二頁，2022年，8月28日2.最大轉矩Tmax電機帶動最大負載的能力。OTTmax當U1

一定時，Tmax為定值一般三相異步電動機的過載系數為(3)工作時必須使轉子軸上機械負載轉矩T2

<Tmax

，否則電機將嚴重過熱而燒壞過載系數(能力)(2)第三十頁，共五十二頁，2022年，8月28日3.起動轉矩Tst電動機起動時的轉矩。起動時n=0時，s=1(2)Tst與R2有關，適當使

R2Tst。對繞線式電機改變轉子附加電阻

R′2,可使Tst=Tmax

。Tst體現了電動機帶載起動的能力。

若

Tst

>T2電機能起動，否則不能起動。OTTst起動能力第三十一頁，共五十二頁，2022年，8月28日4.U1和R2變化對機械特性的影響

(1)U1變化對機械特性的影響UTOTmTst(2)R2變化

對機械特性的影響TOR2nTst第三十二頁，共五十二頁，2022年，8月28日5.電動機的運行分析電動機的電磁轉矩可以隨負載的變化而自動調整，這種能力稱為自適應負載能力T2snT2

T′2穩(wěn)定運行區(qū)T2常用特性段TO硬特性：負載變化時，轉速變化不大，運行特性好。第三十三頁，共五十二頁，2022年，8月28日

不同場合應選用不同的電機。如金屬切削，選硬特性電機；重載起動則選軟特性電機。TOR2Tstn軟特性：負載增加時轉速下降較快，但起動轉矩大，起動特性好。第三十四頁，共五十二頁，2022年，8月28日異步電動機的起動和調速電動機從接通電源到正常工作的過程叫起動過程。對頻繁起動停車的電動機，其起動性能對生產影響很大。起動轉矩：起動電流：為額定轉矩的1~1.2倍為額定電流的4~7倍（因為轉差率S很高）大的起落電流將引起電路中其他用電設備上電壓不穩(wěn)，必須選用合適的起動方法限制起動電流。定子電流起動時，n=0，轉子導體切割磁力線速度很大，轉子感應電勢轉子電流定子電流

第三十五頁，共五十二頁，2022年，8月28日起動方法全壓直接起動：降壓起動Y–起動補償器（自耦變壓器）起動法適用于小容量電機，二三十千瓦以下的異步電動機一般采用直接起動。繞線式電動機的起動第三十六頁，共五十二頁，2022年，8月28日（1）Y－起動：設：電機每相阻抗為起動+_正常運行+_第三十七頁，共五十二頁，2022年，8月28日Y－起動器接線簡圖L1L3L2FUSU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1△動觸點Y動觸點靜觸點第三十八頁，共五十二頁，2022年，8月28日Y－起動器接線簡圖Y起動L1L3L2FUSU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1

起動UPU1+＿Ul+＿U2V1V2W1W2第三十九頁，共五十二頁，2022年，8月28日Y－起動器接線簡圖工作L1L3L2FUSU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1U2正常運行Ul+＿U1V1V2W1W2第四十頁，共五十二頁，2022年，8月28日(a)僅適用于正常運行為三角形聯結的電機。

(b)Y－起動Y－換接起動適合于空載或輕載起動的場合Y-換接起動應注意的問題正常運行UlU1W2V2W1+＿U2V1UP

起動+＿Ul+＿U1W2V2W1U2V1第四十一頁，共五十二頁，2022年，8月28日(2)自耦降壓起動L1L3L2FUQ

Q2下合：接入自耦變壓器，降壓起動。

Q2上合：切除自耦變壓器，全壓工作。合刀閘開關QQ2

自耦降壓起動適合于容量較大的或正常運行時聯成Y形不能采用Y－起動的鼠籠式異步電動機。第四十二頁，共五十二頁，2022年，8月28日RRR滑環(huán)電刷定子轉子起動時將適當的R串入轉子電路中，起動后將R短路。起動電阻

（3）繞線式電動機轉子電路串電阻起動?第四十三頁，共五十二頁，2022年，8月28日三相異步電動機的調速方法調速：指負載不變的情況下，人為改變電動機的轉速n=(1-S)n0=60(1-S)f1

/p變頻調速變極調速無級調速有級調速第四十四頁，共五十二頁，2022年，8月28日三相異步電動機的調速方法調速：指負載不變的情況下，人為改變電動機的轉速n=(1-S)n0=60(1-S)f1

/p變頻調速變極調速無級調速有級調速

f=50Hz逆變器M3~整流器f1、U1可調+–~第四十五頁，共五十二頁，2022年，8月28日異步電動機的銘牌三相異步電動機型號：Y132M-4功率：7.5KW頻率：50HZ電壓：380V電流：15.4A接法：轉速：1440r/min絕緣等級：B工作方式：連續(xù)

××××年××月編號：××××電機廠第四十六頁，共五十二頁，2022年，8月28日型號：Y132M—4Y：三相異步電動機132：機座中心高度M：機座長度代號（S短機座，M中機座，L長機座）4：磁極數異步電動機產品名稱代號異步電動機Y異繞線式異步電動機YR異繞防爆型異步電動機YB異爆高起動轉矩異步電動機YQ異起第四十七頁，共五十二頁，2022年，8月28日接法：指定子繞組的接法，通常有Y/兩種電壓：380V銘牌上電壓指電動機額定運行時，定子繞組上所加線電壓通常有380V/220V兩種。電流：15.4A指電動機額定運行時，定子繞組上的線電流值第四十八頁，共五十二頁，2022年，8月28日額定轉速：1440r/min電動機額定運行時的轉速，單位：r/min絕緣等級：B按電動機繞組所用的絕緣材料在使用時允許的極限溫度來分級。絕緣等級極限溫度(C)A105E