交流電動(dòng)機(jī)原理及使用

關(guān)于交流電動(dòng)機(jī)原理及使用第1頁(yè)，講稿共51頁(yè)，2023年5月2日，星期三1.定子3.1

三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)鐵心：由內(nèi)周有槽的硅鋼片疊成。A----XB----YC----Z三相繞組機(jī)座：鑄鋼或鑄鐵第2頁(yè)，講稿共51頁(yè)，2023年5月2日，星期三

轉(zhuǎn)子:在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用下，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)或電流。2.轉(zhuǎn)子鼠籠轉(zhuǎn)子鐵心：由外周有槽的硅鋼片疊成。(1)

鼠籠式轉(zhuǎn)子

鐵芯槽內(nèi)放銅條，端部用短路環(huán)形成一體?；蜩T鋁形成轉(zhuǎn)子繞組。(2)

繞線式轉(zhuǎn)子

同定子繞組一樣，也分為三相，并且接成星形。鼠籠式繞線式第3頁(yè)，講稿共51頁(yè)，2023年5月2日，星期三第4頁(yè)，講稿共51頁(yè)，2023年5月2日，星期三鼠籠式電動(dòng)機(jī)與繞線式電動(dòng)機(jī)的的比較：鼠籠式：

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、工作可靠；不能人為改變電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性。繞線式：結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格較貴、維護(hù)工作量大；轉(zhuǎn)子外加電阻可人為改變電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性。第5頁(yè)，講稿共51頁(yè)，2023年5月2日，星期三3.2

三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理第6頁(yè)，講稿共51頁(yè)，2023年5月2日，星期三3.2.1旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)

定子三相繞組通入三相交流電(星形聯(lián)接)AXBYCZ1.旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生o第7頁(yè)，講稿共51頁(yè)，2023年5月2日，星期三o規(guī)定i:“+”首端流入，尾端流出。i:“–”尾端流入，首端流出。AYCBZX(?)電流出()電流入第8頁(yè)，講稿共51頁(yè)，2023年5月2日，星期三tAXYCBZAXYCBZAXYCBZ三相電流合成磁

場(chǎng)的分布情況合成磁場(chǎng)方向向下合成磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)60°合成磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)90°600o第9頁(yè)，講稿共51頁(yè)，2023年5月2日，星期三分析可知：三相電流產(chǎn)生的合成磁場(chǎng)是一旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)

即：一個(gè)電流周期，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在空間轉(zhuǎn)過(guò)360°取決于三相電流的相序2.旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向結(jié)論：任意調(diào)換兩根電源進(jìn)線，則旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)反轉(zhuǎn)。第10頁(yè)，講稿共51頁(yè)，2023年5月2日，星期三3.旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的極對(duì)數(shù)P

當(dāng)三相定子繞組按圖示排列時(shí)，產(chǎn)生一對(duì)磁極的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，即：otAXBYCZAXYCBZ第11頁(yè)，講稿共51頁(yè)，2023年5月2日，星期三

若定子每相繞組由兩個(gè)線圈串聯(lián)

，繞組的始端之間互差60°，將形成兩對(duì)磁極的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。C'Y'ABCXYZA'X'B'Z'AXBYC第12頁(yè)，講稿共51頁(yè)，2023年5月2日，星期三極對(duì)數(shù)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁極對(duì)數(shù)與三相繞組的排列有關(guān)C'Y'ABCXYZA'X'B'Z'0第13頁(yè)，講稿共51頁(yè)，2023年5月2日，星期三4.旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速工頻：

旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速取決于磁場(chǎng)的極對(duì)數(shù)p=1時(shí)0toAXYCBZAXYCBZAXYCBZ第14頁(yè)，講稿共51頁(yè)，2023年5月2日，星期三p=2時(shí)0第15頁(yè)，講稿共51頁(yè)，2023年5月2日，星期三旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速n0與極對(duì)數(shù)p的關(guān)系極對(duì)數(shù)每個(gè)電流周期磁場(chǎng)轉(zhuǎn)過(guò)的空間角度同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速n0與頻率f1和極對(duì)數(shù)p有關(guān)。可見(jiàn):第16頁(yè)，講稿共51頁(yè)，2023年5月2日，星期三3.2.2電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理1.轉(zhuǎn)動(dòng)原理AXYCBZ定子三相繞組通入三相交流電方向:順時(shí)針

切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體右手定則感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E20旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)感應(yīng)電流I2旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)左手定則電磁力FF電磁轉(zhuǎn)矩TnF第17頁(yè)，講稿共51頁(yè)，2023年5月2日，星期三3.2.3轉(zhuǎn)差率

旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的同步轉(zhuǎn)速和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速之差與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的同步轉(zhuǎn)速之比稱為轉(zhuǎn)差率。

由前面分析可知，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)的方向一致，但轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n不可能達(dá)到與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速相等，即異步電動(dòng)機(jī)如果:無(wú)轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)和轉(zhuǎn)子電流

轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)間沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，磁通不切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)條無(wú)轉(zhuǎn)矩因此，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速間必須要有差別。第18頁(yè)，講稿共51頁(yè)，2023年5月2日，星期三異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行中:轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速亦可由轉(zhuǎn)差率求得轉(zhuǎn)差率s

例1：一臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)，其額定轉(zhuǎn)速

n=975r/min，電源頻率f1=50Hz。試求電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)和額定負(fù)載下的轉(zhuǎn)差率。解：根據(jù)異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)同步轉(zhuǎn)速的關(guān)系可知：n0=1000r/min,即p=3額定轉(zhuǎn)差率為第19頁(yè)，講稿共51頁(yè)，2023年5月2日，星期三上次課重點(diǎn)內(nèi)容單相交流電和三相交流電的特點(diǎn)、電源及負(fù)載的接法；工業(yè)企業(yè)的配電、照明的配電；了解單相變壓器原理，三相變壓器繞組接法；三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)動(dòng)原理，轉(zhuǎn)速與極對(duì)數(shù)的關(guān)系、轉(zhuǎn)差率的概念；第20頁(yè)，講稿共51頁(yè)，2023年5月2日，星期三電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)矩。1.額定轉(zhuǎn)矩TNOT額定轉(zhuǎn)矩(N?m)

如某普通機(jī)床的主軸電機(jī)(Y132M-4型)的額定功率為7.5kw,額定轉(zhuǎn)速為1440r/min,則額定轉(zhuǎn)矩為3.3三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性第21頁(yè)，講稿共51頁(yè)，2023年5月2日，星期三2.最大轉(zhuǎn)矩Tmax

轉(zhuǎn)子軸上機(jī)械負(fù)載轉(zhuǎn)矩T2不能大于Tmax

，否則將造成堵轉(zhuǎn)(停車)。電機(jī)帶動(dòng)最大負(fù)載的能力。OTTmax第22頁(yè)，講稿共51頁(yè)，2023年5月2日，星期三過(guò)載系數(shù)(能力)一般三相異步電動(dòng)機(jī)的過(guò)載系數(shù)為工作時(shí)必須使T2

<Tmax

，否則電機(jī)將停轉(zhuǎn)。電機(jī)嚴(yán)重過(guò)熱而燒壞。第23頁(yè)，講稿共51頁(yè)，2023年5月2日，星期三3.起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)矩。起動(dòng)時(shí)n=0時(shí)，s=1Tst體現(xiàn)了電動(dòng)機(jī)帶載起動(dòng)的能力。

若

Tst

>T2電機(jī)能起動(dòng)，否則不能起動(dòng)。OTTst起動(dòng)能力第24頁(yè)，講稿共51頁(yè)，2023年5月2日，星期三3.4

三相異步電動(dòng)機(jī)銘牌數(shù)據(jù)1.型號(hào)

磁極數(shù)(極對(duì)數(shù)p=2)例如：Y132M－4

用以表明電動(dòng)機(jī)的系列、幾何尺寸和極數(shù)。機(jī)座長(zhǎng)度代號(hào)機(jī)座中心高（mm）三相異步電動(dòng)機(jī)教材表8.8.1中列出了各種電動(dòng)機(jī)的系列代號(hào)。第25頁(yè)，講稿共51頁(yè)，2023年5月2日，星期三異步電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品名稱代號(hào)產(chǎn)品名稱異步電動(dòng)機(jī)繞線式異步電動(dòng)機(jī)防爆型異步電動(dòng)機(jī)高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩異步電動(dòng)機(jī)新代號(hào)漢字意義老代號(hào)Y異異繞異爆異起YRYBYQJ、JOJR、JROJB、JBOJQ、JQO第26頁(yè)，講稿共51頁(yè)，2023年5月2日，星期三2.接法接線盒定子三相繞組的聯(lián)接方法。通常V1W2U1W1U2V2U2U1W2V1V2W1U1V1W1W2U2V2W2U2V2V1W1U1Y聯(lián)結(jié)W1U1V1W2U2V2聯(lián)結(jié)第27頁(yè)，講稿共51頁(yè)，2023年5月2日，星期三3.電壓例如：380/220V、Y/是指線電壓為380V時(shí)采用Y聯(lián)結(jié)；線電壓為220V時(shí)采用

聯(lián)結(jié)。說(shuō)明：一般規(guī)定，電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行電壓不能高于或低于額定值的5%。因?yàn)樵陔妱?dòng)機(jī)滿載或接近滿載情況下運(yùn)行時(shí)，電壓過(guò)高或過(guò)低都會(huì)使電動(dòng)機(jī)的電流大于額定值,從而使電動(dòng)機(jī)過(guò)熱。電動(dòng)機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)定子繞組上應(yīng)加的線電壓值。

三相異步電動(dòng)機(jī)的額定電壓有380V，3000V,

及6000V等多種。第28頁(yè)，講稿共51頁(yè)，2023年5月2日，星期三4.電流例如：Y/6.73/11.64A

表示星形聯(lián)結(jié)下電機(jī)的線電流為6.73A；三角形聯(lián)結(jié)下線電流為11.64A。兩種接法下相電流均為6.73A。

5.功率與效率鼠籠電機(jī)

=72~93％電動(dòng)機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)定子繞組的線電流值。額定功率是指電機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)軸上輸出的機(jī)械功率P2，它不等于從電源吸取的電功率P1。第29頁(yè)，講稿共51頁(yè)，2023年5月2日，星期三注意：實(shí)用中應(yīng)選擇容量合適的電機(jī)，防止出現(xiàn)“大馬拉小車”的現(xiàn)象。6.功率因數(shù)PN

三相異步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)較低，在額定負(fù)載時(shí)約為0.7~0.9。空載時(shí)功率因數(shù)很低，只有

0.2~0.3。額定負(fù)載時(shí)，功率因數(shù)最高。7.額定轉(zhuǎn)速電機(jī)在額定電壓、額定負(fù)載下運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速。P2cosO第30頁(yè)，講稿共51頁(yè)，2023年5月2日，星期三如：n

N=1440轉(zhuǎn)/分

sN=0.048.絕緣等級(jí)指電機(jī)絕緣材料能夠承受的極限溫度等級(jí)，分為A、E、B、F、H五級(jí)，A級(jí)最低(105oC)，H級(jí)最高(180oC)。第31頁(yè)，講稿共51頁(yè)，2023年5月2日，星期三3.5

三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)3.5.1起動(dòng)性能

起動(dòng)問(wèn)題：起動(dòng)電流大，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩小。

一般中小型鼠籠式電機(jī)起動(dòng)電流為額定電流的5~7倍;電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的(1.0~2.2)倍。大電流使電網(wǎng)電壓降低，影響鄰近負(fù)載的工作頻繁起動(dòng)時(shí)造成熱量積累，使電機(jī)過(guò)熱后果：原因：起動(dòng)：

n=0，s=1,接通電源。起動(dòng)時(shí)，n=0，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割磁力線速度很大，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢(shì)轉(zhuǎn)子電流定子電流

第32頁(yè)，講稿共51頁(yè)，2023年5月2日，星期三3.5.2

起動(dòng)方法(1)直接起動(dòng)

二、三十千瓦以下的異步電動(dòng)機(jī)一般都采用直接起動(dòng)。(2)降壓起動(dòng)：星形-三角形(Y－)

換接起動(dòng)自耦降壓起動(dòng)（適用于鼠籠式電動(dòng)機(jī)）(3)轉(zhuǎn)子串電阻起動(dòng)（適用于繞線式電動(dòng)機(jī)）以下介紹降壓起動(dòng)和轉(zhuǎn)子串電阻起動(dòng)。第33頁(yè)，講稿共51頁(yè)，2023年5月2日，星期三1.降壓起動(dòng)(1)Y－換接起動(dòng)

降壓起動(dòng)時(shí)的電流為直接起動(dòng)時(shí)的+－

起動(dòng)U1U2V1V1W1W2+－正常運(yùn)行U1U2V1V2W1W2

降壓起動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)矩為直接起動(dòng)時(shí)的第34頁(yè)，講稿共51頁(yè)，2023年5月2日，星期三(2)自耦降壓起動(dòng)L1L3L2FUQQ2下合：接入自耦變壓器，降壓起動(dòng)。Q2上合：切除自耦變壓器，全壓工作。合刀閘開(kāi)關(guān)QQ2

自耦降壓起動(dòng)適合于容量較大的或正常運(yùn)行時(shí)聯(lián)成Y形不能采用Y－起動(dòng)的鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)。第35頁(yè)，講稿共51頁(yè)，2023年5月2日，星期三RRR滑環(huán)電刷定子轉(zhuǎn)子起動(dòng)時(shí)將適當(dāng)?shù)腞串入轉(zhuǎn)子電路中，起動(dòng)后將R短路。起動(dòng)電阻

2.繞線式電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電路串電阻起動(dòng)?第36頁(yè)，講稿共51頁(yè)，2023年5月2日，星期三

若R2選得適當(dāng)，轉(zhuǎn)子電路串電阻起動(dòng)既可以降低起動(dòng)電流，又可以增加起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。常用于要求起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大的生產(chǎn)機(jī)械上。TO轉(zhuǎn)子電路串電阻起動(dòng)的特點(diǎn)第37頁(yè)，講稿共51頁(yè)，2023年5月2日，星期三

方法：任意調(diào)換電源的兩根進(jìn)線，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)三相異步電動(dòng)機(jī)的正、反轉(zhuǎn)電源~UVWM3~UVW電源~M3~第38頁(yè)，講稿共51頁(yè)，2023年5月2日，星期三3.6.1變頻調(diào)速(無(wú)級(jí)調(diào)速)

f=50Hz逆變器M3~整流器f1、U1可調(diào)+–~變頻調(diào)速方法恒轉(zhuǎn)距調(diào)速（f1<f1N）恒功率調(diào)速（f1>f1N）頻率調(diào)節(jié)范圍：0.5~幾百赫茲三種電氣調(diào)速方法3.6

三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速第39頁(yè)，講稿共51頁(yè)，2023年5月2日，星期三3.6.2變極調(diào)速

(有級(jí)調(diào)速)

變頻調(diào)速方法可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)平滑調(diào)速,調(diào)速性能優(yōu)異，因而正獲得越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。A1X1A2X2iiP=2··A1A2X1X2··NNSS第40頁(yè)，講稿共51頁(yè)，2023年5月2日，星期三A1X1A2X2ii??P=1

采用變極調(diào)速方法的電動(dòng)機(jī)稱作雙速電機(jī)，由于調(diào)速時(shí)其轉(zhuǎn)速呈跳躍性變化，因而只用在對(duì)調(diào)速性能要求不高的場(chǎng)合，如銑床、鏜床、磨床等機(jī)床上。A1··A2X1X2SN第41頁(yè)，講稿共51頁(yè)，2023年5月2日，星期三To3.6.3變轉(zhuǎn)差率調(diào)速

(無(wú)級(jí)調(diào)速)

變轉(zhuǎn)差率調(diào)速是繞線式電動(dòng)機(jī)特有的一種調(diào)速方法。其優(yōu)點(diǎn)是調(diào)速平滑、設(shè)備簡(jiǎn)單投資少，缺點(diǎn)是能耗較大。這種調(diào)速方式廣泛應(yīng)用于各種提升、起重設(shè)備中。nn'??TLTLs

′s??Tso第42頁(yè)，講稿共51頁(yè)，2023年5月2日，星期三功率的選擇

功率選得過(guò)大不經(jīng)濟(jì)，功率選得過(guò)小電動(dòng)機(jī)容易因過(guò)載而損壞。1.對(duì)于連續(xù)運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)，所選功率應(yīng)等于或略大于生產(chǎn)機(jī)械的功率。2.對(duì)于短時(shí)工作的電動(dòng)機(jī)，允許在運(yùn)行中有短暫的過(guò)載，故所選功率可等于或略小于生產(chǎn)機(jī)械的功率。三相異步電動(dòng)機(jī)的選擇第43頁(yè)，講稿共51頁(yè)，2023年5月2日，星期三種類和型式的選擇1.種類的選擇

一般應(yīng)用場(chǎng)合應(yīng)盡可能選用鼠籠式電動(dòng)機(jī)。只有在需要調(diào)速、不能采用鼠籠式電動(dòng)機(jī)的場(chǎng)合才選用繞線式電動(dòng)機(jī)。2.結(jié)構(gòu)型式的選擇

根據(jù)工作環(huán)境的條件選擇不同的結(jié)構(gòu)型式，如開(kāi)啟式、防護(hù)式、封閉式電動(dòng)機(jī)。

根據(jù)電動(dòng)機(jī)的類型、功率以及使用地點(diǎn)的電源電壓來(lái)決定。Y系列鼠籠電動(dòng)機(jī)的額定電壓只有380V一個(gè)等級(jí)。大功率電動(dòng)機(jī)才采用3000V和6000V。第44頁(yè)，講稿共51頁(yè)，2023年5月2日，星期三

單相異步電動(dòng)機(jī)主要應(yīng)用于電動(dòng)工具、洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)、電風(fēng)扇等小功率電器中。單相異步電動(dòng)機(jī)的定子中放置單相繞組,轉(zhuǎn)子一般用鼠籠式。定子繞組中通入單相交流電后,形成脈動(dòng)磁場(chǎng)，若不采取措施，將無(wú)法獲得所需的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。3.7.1

單相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理3.7

單相異步電動(dòng)機(jī)

當(dāng)定子繞組產(chǎn)生的合成磁場(chǎng)增加時(shí)，根據(jù)右手螺旋定則和左手定則，可知轉(zhuǎn)子導(dǎo)條左、右受力大小相等方向相反，所以沒(méi)有起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。第45頁(yè)，講稿共51頁(yè)，2023年5月2日，星期三

為了獲得所需的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，單相異步電動(dòng)機(jī)的定子進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)。常用的單相異步電動(dòng)機(jī)有電容分相式異步電動(dòng)機(jī)和罩極式異步電動(dòng)機(jī)。他們都采用鼠籠式轉(zhuǎn)子，但定子結(jié)構(gòu)不同。3.7.2電容分相式異步電動(dòng)機(jī)

電容分相式異步電動(dòng)機(jī)的定子中放置有兩個(gè)繞組，一個(gè)是工作繞組A–A'，另一個(gè)是起動(dòng)繞組B–B',兩個(gè)繞組在空間相隔90o。起動(dòng)時(shí)，B–B'繞組經(jīng)電容接電源，兩個(gè)繞組的電流相位相