電工電子-第7章電動機(jī)

電工技術(shù)第2篇電工技術(shù)電動機(jī)是生產(chǎn)和生活中的主要負(fù)載。了解三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)、原理和特性，理解電動機(jī)的額定值，掌握電動機(jī)的起動、反轉(zhuǎn)和調(diào)速等的正確方法。電動機(jī)第7章第2篇電工技術(shù)

第7章電動機(jī)7.1

電動機(jī)綜述7.2

三相異步電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理7.3異步電動機(jī)的特性7.4三相異步電動機(jī)的起動和調(diào)速7.5三相異步電動機(jī)的額定值第2篇電工技術(shù)三相異步電動機(jī)的工作原理，電動機(jī)的應(yīng)用三相異步電動機(jī)的工作原理第7章電動機(jī)三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)及其工作原理，電動機(jī)的特性和應(yīng)用主要內(nèi)容：重點內(nèi)容：難點內(nèi)容：第7章電動機(jī)三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)及其工作原理。預(yù)習(xí)內(nèi)容：1、三相異步電動機(jī)結(jié)構(gòu)

/us/63316102/19868544.shtml

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2、動畫演示三相異步電機(jī)工作原理|HowdoesanInductionMotorwork?/v_show/id_XNzc2NjU5NDI0.html?tpa=dW5pb25faWQ9MTAyMjEzXzEwMDAwMl8wMV8wMQ#paction3、3D動畫演示三相感應(yīng)電動機(jī)的工作原理/w_19rue5ce0t.html

4、異步電機(jī)原理演示/v_show/id_XMjQ1MDU0MjAw.html

5、7.2

三相異步電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理一、基本結(jié)構(gòu)1、定子鐵心：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7.2

三相異步電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理一、基本結(jié)構(gòu)

轉(zhuǎn)子:在旋轉(zhuǎn)磁場作用下，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢或電流。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。或鑄鋁形成轉(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7.2

三相異步電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理一、基本結(jié)構(gòu)7.2

三相異步電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理一、基本結(jié)構(gòu)鼠籠式電動機(jī)與繞線式電動機(jī)的的比較：鼠籠式：結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、工作可靠；不能人為改變電動機(jī)的機(jī)械特性。繞線式：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(jī)的機(jī)械特性。7.2

三相異步電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理二、工作原理7.2

三相異步電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理二、工作原理

定子三相繞組通入三相交流電(星形聯(lián)接)AXBYCZ1、旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生o7.2

三相異步電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理二、工作原理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7.2

三相異步電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理二、工作原理AXYCBZAXYCBZAXYCBZ

三相電流合成磁

場的分布情況合成磁場方向向下合成磁場旋轉(zhuǎn)60°合成磁場旋轉(zhuǎn)90°600o7.2

三相異步電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理二、工作原理分析可知：三相電流產(chǎn)生的合成磁場是一旋轉(zhuǎn)的磁場

即：一個電流周期，旋轉(zhuǎn)磁場在空間轉(zhuǎn)過360°取決于三相電流的相序2、旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向任意調(diào)換兩根電源進(jìn)線(電路如圖)AXCZBYAXBYCZ7.2

三相異步電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理二、工作原理AAXZBCYAAXZBCY結(jié)論：任意調(diào)換兩根電源進(jìn)線，則旋轉(zhuǎn)磁場反轉(zhuǎn)。

t0o7.2

三相異步電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理二、工作原理3、旋轉(zhuǎn)磁場的極對數(shù)p當(dāng)三相定子繞組按圖示排列時，產(chǎn)生一對磁極的旋轉(zhuǎn)磁場，即：o

tAXBYCZAXYCBZ7.2

三相異步電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理

若定子每相繞組由兩個線圈串聯(lián)

，繞組的始端之間互差60°，將形成兩對磁極的旋轉(zhuǎn)磁場。C'Y'ABCXYZA'X'B'Z'AXBYC3、旋轉(zhuǎn)磁場的極對數(shù)p7.2

三相異步電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理極對數(shù)旋轉(zhuǎn)磁場的磁極對數(shù)與三相繞組的排列有關(guān)C'Y'ABCXYZA'X'B'Z'03、旋轉(zhuǎn)磁場的極對數(shù)p7.2

三相異步電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理4、旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速工頻：旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速取決于磁場的極對數(shù)p=1時

t0oAXYCBZAXYCBZAXYCBZ7.2

三相異步電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理p=2時04、旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速7.2

三相異步電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理4、旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速n0與極對數(shù)p的關(guān)系極對數(shù)每個電流周期磁場轉(zhuǎn)過的空間角度同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速n0與頻率f1和極對數(shù)p有關(guān)?？梢?

5、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動原理異步電動機(jī)名稱的由來？感應(yīng)電動機(jī)名稱的由來？7.2

三相異步電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理AXYCBZ定子三相繞組通入三相交流電方向:順時針

切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體右手定則感應(yīng)電動勢E20旋轉(zhuǎn)磁場感應(yīng)電流I2旋轉(zhuǎn)磁場左手定則電磁力FF電磁轉(zhuǎn)矩TnF7.2

三相異步電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理6、轉(zhuǎn)差率

旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速和電動機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速之差與旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速之比稱為轉(zhuǎn)差率。由前面分析可知，電動機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向與磁場旋轉(zhuǎn)的方向一致，但轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n不可能達(dá)到與旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速相等，即異步電動機(jī)如果:無轉(zhuǎn)子電動勢和轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場間沒有相對運(yùn)動，磁通不切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)條無轉(zhuǎn)矩因此，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速間必須要有差別。7.2

三相異步電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理6、轉(zhuǎn)差率

異步電動機(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：一臺三相異步電動機(jī)，其額定轉(zhuǎn)速

n=975r/min，電源頻率f1=50Hz。試求電動機(jī)的極對數(shù)和額定負(fù)載下的轉(zhuǎn)差率。解：根據(jù)異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場同步轉(zhuǎn)速的關(guān)系可知：n0=1000r/min,即p=3額定轉(zhuǎn)差率為7.3

異步電動機(jī)的特性一、三相異步電動機(jī)的電路分析

三相異步電動機(jī)的電磁關(guān)系與變壓器類似。變壓器：

變化

eU1

E1=4.44fN1

E2=4.44fN2

E1、E2頻率相同，都等于電源頻率。異步電動機(jī)每相電路i1u1e1e

1e2e

2i2+－++++－－－－f1f2一、三相異步電動機(jī)的電路分析1定子電路(1)旋轉(zhuǎn)磁場的磁通

異步電動機(jī)：旋轉(zhuǎn)磁場切割導(dǎo)體e，

U1

E1=4.44

f1N1

每極磁通旋轉(zhuǎn)磁場與定子導(dǎo)體間的相對速度為n0，所以(2)定子感應(yīng)電勢的頻率f1感應(yīng)電勢的頻率與磁場和導(dǎo)體間的相對速度有關(guān)f1=電源頻率f一、三相異步電動機(jī)的電路分析2轉(zhuǎn)子電路(1)轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢頻率f2∵定子導(dǎo)體與旋轉(zhuǎn)磁場間的相對速度固定，而轉(zhuǎn)子導(dǎo)體與旋轉(zhuǎn)磁場間的相對速度隨轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速不同而變化定子感應(yīng)電勢頻率f1

轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢頻率f2

轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢頻率f2旋轉(zhuǎn)磁場切割定子導(dǎo)體和轉(zhuǎn)子導(dǎo)體的速度不同一、三相異步電動機(jī)的電路分析E2=4.44f2N2

=4.44sf1N2

當(dāng)轉(zhuǎn)速n=0(s=1)時，f2最高，且E2最大，有E20=4.44

f1N2

轉(zhuǎn)子靜止時的感應(yīng)電勢即E2=

sE20

轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時的感應(yīng)電勢(3)轉(zhuǎn)子感抗X2當(dāng)轉(zhuǎn)速n=0(s=1)時，f2最高，且X2最大，有X20=2

f1L2即X2=

sX20

(2)轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢E2一、三相異步電動機(jī)的電路分析(4)轉(zhuǎn)子電流I2(5)轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)cos

2轉(zhuǎn)子繞組的感應(yīng)電流一、三相異步電動機(jī)的電路分析轉(zhuǎn)子繞組的感應(yīng)電流轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)結(jié)論：轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，轉(zhuǎn)子電路中的各量均與轉(zhuǎn)差率

s有關(guān)，即與轉(zhuǎn)速

n有關(guān)。I2cos

2s1I2,O7.3

異步電動機(jī)的特性二、電磁轉(zhuǎn)矩特性

轉(zhuǎn)子中各載流導(dǎo)體在旋轉(zhuǎn)磁場的作用下,受到電磁力所形成的轉(zhuǎn)矩之總和。常數(shù)，與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)旋轉(zhuǎn)磁場每極磁通轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)7.3

異步電動機(jī)的特性二、電磁轉(zhuǎn)矩特性由此得電磁轉(zhuǎn)矩公式由前面分析知：7.3

異步電動機(jī)的特性二、電磁轉(zhuǎn)矩特性由公式可知1.T與定子每相繞組電壓成正比。U1

T

2.當(dāng)電源電壓U1一定時，T是

s的函數(shù)。3.R2

的大小對

T有影響。繞線式異步電動機(jī)可外接電阻來改變轉(zhuǎn)子電阻R2

，從而改變轉(zhuǎn)距。7.3

異步電動機(jī)的特性三、機(jī)械特性O(shè)TS根據(jù)轉(zhuǎn)矩公式得特性曲線：OT17.3

異步電動機(jī)的特性三、機(jī)械特性電動機(jī)在額定負(fù)載時的轉(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7.3

異步電動機(jī)的特性三、機(jī)械特性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)帶動最大負(fù)載的能力。令：求得臨界轉(zhuǎn)差率OTTmax將sm代入轉(zhuǎn)矩公式，可得7.3

異步電動機(jī)的特性三、機(jī)械特性當(dāng)U1

一定時，Tmax為定值過載系數(shù)(能力)一般三相異步電動機(jī)的過載系數(shù)為工作時必須使T2

<Tmax

，否則電機(jī)將停轉(zhuǎn)。電機(jī)嚴(yán)重過熱而燒壞。(2)sm與R2有關(guān)，R2

sm

n。繞線式電機(jī)改變轉(zhuǎn)子附加電阻R′2可實現(xiàn)調(diào)速。

2.最大轉(zhuǎn)矩Tmax7.3

異步電動機(jī)的特性三、機(jī)械特性3.起動轉(zhuǎn)矩Tst起動時n=0時，s=1(2)Tst與R2有關(guān)，適當(dāng)使

R2

Tst

。對繞線式電機(jī)改變轉(zhuǎn)子附加電阻

R′2,可使Tst=Tmax

。

Tst體現(xiàn)了電動機(jī)帶載起動的能力。

若

Tst

>T2電機(jī)能起動，否則不能起動。OTTst起動能力4.電動機(jī)的運(yùn)行分析電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩可以隨負(fù)載的變化而自動調(diào)整，這種能力稱為自適應(yīng)負(fù)載能力。

自適應(yīng)負(fù)載能力是電動機(jī)區(qū)別于其它動力機(jī)械的重要特點（如：柴油機(jī)當(dāng)負(fù)載增加時，必須由操作者加大油門，才能帶動新的負(fù)載）。此過程中，n

、s

E2,I2

I1

電源提供的功率自動增加。T2

s

T2>TT=T2n

T

T′2達(dá)到新的平衡T2常用特性段TO7.3

異步電動機(jī)的特性三、機(jī)械特性7.3

異步電動機(jī)的特性三、機(jī)械特性5.U1和R2變化對機(jī)械特性的影響(1)U1變化對機(jī)械特性的影響U

Tm

Tst

T2TO7.3

異步電動機(jī)的特性三、機(jī)械特性(2)R2變化對機(jī)械特性的影響TOR2

Tst

n

硬特性：負(fù)載變化時，轉(zhuǎn)速變化不大，運(yùn)行特性好。軟特性：負(fù)載增加時轉(zhuǎn)速下降較快，但起動轉(zhuǎn)矩大，起動特性好。

不同場合應(yīng)選用不同的電機(jī)。如金屬切削，選硬特性電機(jī)；重載起動則選軟特性電機(jī)。一、三相異步電動機(jī)的起動7.4

三相異步電動機(jī)的起動和調(diào)速1、起動性能起動問題：起動電流大，起動轉(zhuǎn)矩小。

一般中小型鼠籠式電機(jī)起動電流為額定電流的5~7倍;電動機(jī)的起動轉(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)載的工作頻繁起動時造成熱量積累，使電機(jī)過熱后果：原因：起動：

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

一、三相異步電動機(jī)的起動7.4

三相異步電動機(jī)的起動和調(diào)速2、起動方法(1)直接起動

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

)

換接起動自耦降壓起動（適用于鼠籠式電動機(jī)）(3)轉(zhuǎn)子串電阻起動（適用于繞線式電動機(jī)）以下介紹降壓起動和轉(zhuǎn)子串電阻起動。7.4

三相異步電動機(jī)的起動和調(diào)速2、起動方法（1）

降壓起動---Y－

換接起動+－

起動U1U2V1V1W1W2

+－正常運(yùn)行U1U2V1V2W1W2設(shè)：電機(jī)每相阻抗為7.4

三相異步電動機(jī)的起動和調(diào)速2、起動方法（1）

降壓起動---Y－

換接起動(a)僅適用于正常運(yùn)行為三角形聯(lián)結(jié)的電機(jī)。

(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(yīng)注意的問題7.4

三相異步電動機(jī)的起動和調(diào)速（1）

降壓起動---自藕變壓器起動

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。L1L3L2FUQ合刀閘開關(guān)QQ2一、三相異步電動機(jī)的起動7.4

三相異步電動機(jī)的起動和調(diào)速

自耦降壓起動適合于容量較大的或正常運(yùn)行時聯(lián)成Y形不能采用Y－

起動的鼠籠式異步電動機(jī)。（1）

降壓起動---自藕變壓器起動（2）繞線式電動機(jī)轉(zhuǎn)子電路串電阻起動起動時將適當(dāng)?shù)腞串入轉(zhuǎn)子電路中，起動后將R短路。7.4

三相異步電動機(jī)的起動和調(diào)速RRR滑環(huán)電刷定子轉(zhuǎn)子起動電阻?（2）繞線式電動機(jī)轉(zhuǎn)子電路串電阻起動2、起動方法7.4

三相異步電動機(jī)的起動和調(diào)速

若R2選得適當(dāng)，轉(zhuǎn)子電路串電阻起動既可以降低起動電流，又可以增加起動轉(zhuǎn)矩。常用于要求起動轉(zhuǎn)矩較大的生產(chǎn)機(jī)械上。R2-TTst

-TO（2）繞線式電動機(jī)轉(zhuǎn)子電路串電阻起動2、起動方法7.4

三相異步電動機(jī)的起動和調(diào)速3、三相異步電動機(jī)的正、反轉(zhuǎn)

方法：任意調(diào)換電源的兩根進(jìn)線，電動機(jī)反轉(zhuǎn)。電動機(jī)正轉(zhuǎn)電動機(jī)反轉(zhuǎn)電源~UVWM3~UVW電源~M3~二、三相異步電動機(jī)的調(diào)速7.4

三相異步電動機(jī)的起動和調(diào)速1、變頻調(diào)速(無級調(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)速方法二、三相異步電動機(jī)的調(diào)速7.4

三相異步電動機(jī)的起動和調(diào)速

變頻調(diào)速方法可實現(xiàn)無級平滑調(diào)速,調(diào)速性能優(yōu)異，因而正獲得越來越廣泛的應(yīng)用。1、變頻調(diào)速(無級調(diào)速)2、變極調(diào)速(有級調(diào)速)采用變極調(diào)速方法的電動機(jī)稱作雙速電機(jī)，由于調(diào)速時其轉(zhuǎn)速呈跳躍性變化，因而只用在對調(diào)速性能要求不高的場合，如銑床、鏜床、磨床等機(jī)床上。二、三相異步電動機(jī)的調(diào)速7.4

三相異步電動機(jī)的起動和調(diào)速2、變極調(diào)速(有級調(diào)速)A1X1A2X2iip=2··A1A2X1X2··NNSS二、三相異步電動機(jī)的調(diào)速7.4

三相異步電動機(jī)的起動和調(diào)速2、變極調(diào)速(有級調(diào)速)A1X1A2X2ii??p=1A1··A2X1X2SN二、三相異步電動機(jī)的調(diào)速7.4

三相異步電動機(jī)的起動和調(diào)速3、變轉(zhuǎn)差率調(diào)速(無級調(diào)速)To

變轉(zhuǎn)差率調(diào)速是繞線式電動機(jī)特有的一種調(diào)速方法。其優(yōu)點是調(diào)速平滑、設(shè)備簡單投資少，缺點是能耗較大。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??Tso7.5

三相異步電動機(jī)的額定值1.型號

磁極數(shù)(極對數(shù)p=2)例如：Y132M－4

用以表明電動機(jī)的系列、幾何尺寸和極數(shù)。機(jī)座長度代號機(jī)座中心高（mm）三相異步電動機(jī)7.5

三相異步電動機(jī)的額定值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)7