第七章電動(dòng)機(jī)1

電動(dòng)機(jī)的分類：電動(dòng)機(jī)交流電動(dòng)機(jī)直流電動(dòng)機(jī)三相電動(dòng)機(jī)單相電動(dòng)機(jī)同步電動(dòng)機(jī)異步電動(dòng)機(jī)他勵(lì)、并勵(lì)電動(dòng)機(jī)串勵(lì)、復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)第7章交流電動(dòng)機(jī)11.定子7.1

三相異步電動(dòng)機(jī)的構(gòu)造鐵心：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2

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。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3V’VW’U’UW三相異步機(jī)的結(jié)構(gòu)定子轉(zhuǎn)子4三相異步電動(dòng)機(jī)的構(gòu)造返回5§7.2三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理磁鐵閉合線圈6磁極旋轉(zhuǎn)導(dǎo)線切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)導(dǎo)線長(zhǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度切割速度（右手定則）閉合導(dǎo)線產(chǎn)生電流

i（左手定則）通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受力71.線圈跟著磁鐵轉(zhuǎn)→兩者轉(zhuǎn)動(dòng)方向一致

結(jié)論：異步2.線圈比磁場(chǎng)轉(zhuǎn)得慢8返回異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)原理97.2.1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o10o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11

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°600動(dòng)畫(huà)o12AAXZBCYAAXZBCY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)。動(dòng)畫(huà)任意調(diào)換兩根電源進(jìn)線(電路如圖)AXCZBY0

to133.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：o

tAXBYCZAXYCBZ14

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'AXBYC15極對(duì)數(shù)動(dòng)畫(huà)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'0164.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)0

toAXYCBZAXYCBZAXYCBZ17p=2時(shí)018三相異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速極對(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197.2.2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TnF20

7.2.3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。21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227.3

三相異步電動(dòng)機(jī)的電路分析

三相異步電動(dòng)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(dòng)機(jī)每相電路i1u1e1e

1e2e

2i2+－++++－－－－f1f2237.3.1定子電路1.旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁通

異步電動(dòng)機(jī)：旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)切割導(dǎo)體e，

U1

E1=4.44

f1N1

每極磁通旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與定子導(dǎo)體間的相對(duì)速度為n0，所以2.定子感應(yīng)電勢(shì)的頻率f1感應(yīng)電勢(shì)的頻率與磁場(chǎng)和導(dǎo)體間的相對(duì)速度有關(guān)f1=電源頻率fi1u1e1e

1e2e

2i2+－++++－－－－f1f2247.3.2轉(zhuǎn)子電路1.轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢(shì)頻率f2∵定子導(dǎo)體與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)間的相對(duì)速度固定，而轉(zhuǎn)子導(dǎo)體與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)間的相對(duì)速度隨轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速不同而變化定子感應(yīng)電勢(shì)頻率f1

轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢(shì)頻率f2

轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢(shì)頻率f2旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)切割定子導(dǎo)體和轉(zhuǎn)子導(dǎo)體的速度不同252.轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E2E2=4.44f2N2

=4.44sf1N2

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

f1N2

轉(zhuǎn)子靜止時(shí)的感應(yīng)電勢(shì)即E2=

sE20

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

f1L2即X2=

sX20

264.轉(zhuǎn)子電流I25.轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)cos

2轉(zhuǎn)子繞組的感應(yīng)電流27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(dòng)時(shí)，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,O287.4

三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩與機(jī)械特性4.4.1轉(zhuǎn)矩公式

轉(zhuǎn)子中各載流導(dǎo)體在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)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(chǎng)每極磁通轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)29由此得電磁轉(zhuǎn)矩公式由前面分析知：30由公式可知電磁轉(zhuǎn)矩公式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(shí)，T是

s的函數(shù)。3.R2

的大小對(duì)

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

，從而改變轉(zhuǎn)距。317.4.2機(jī)械特性曲線OTS根據(jù)轉(zhuǎn)矩公式得特性曲線：OT動(dòng)畫(huà)1動(dòng)畫(huà)32電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)矩。1.額定轉(zhuǎn)矩TN三個(gè)重要轉(zhuǎn)矩OT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332.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。令：求得臨界轉(zhuǎn)差率OTTmax將sm代入轉(zhuǎn)矩公式，可得34當(dāng)U1

一定時(shí)，Tmax為定值過(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。(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(shí)現(xiàn)調(diào)速。

353.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=1(2)Tst與R2有關(guān)，適當(dāng)使

R2

Tst

。對(duì)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(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364.電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩可以隨負(fù)載的變化而自動(dòng)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(dòng)機(jī)區(qū)別于其它動(dòng)力機(jī)械的重要特點(diǎn)（如：柴油機(jī)當(dāng)負(fù)載增加時(shí)，必須由操作者加大油門(mén)，才能帶動(dòng)新的負(fù)載）。此過(guò)程中，n

、s

E2,I2

I1

電源提供的功率自動(dòng)增加。T2

s

T2>TT=T2n

T

T′2達(dá)到新的平衡T2常用特性段TO37機(jī)械特性和電路參數(shù)的關(guān)系和電壓的關(guān)系結(jié)論：

38和轉(zhuǎn)子電阻的關(guān)系R2的

改變

：鼠籠式電機(jī)轉(zhuǎn)子導(dǎo)條的金屬材料不同，線繞式電機(jī)外接電阻不同。

令：得：結(jié)論：

39機(jī)械特性的軟硬硬特性：負(fù)載變化時(shí)，轉(zhuǎn)速變化不大，運(yùn)行特性好。軟特性：負(fù)載增加轉(zhuǎn)速下降較快，但起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，起動(dòng)特性好。

硬特性（R2小）軟特性（R2大）不同場(chǎng)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(dòng)則選軟特性電機(jī)。407.5.1三相異步機(jī)銘牌與技術(shù)數(shù)據(jù)1.型號(hào)Y132M－4磁極數(shù)(極對(duì)數(shù)p=2)同步轉(zhuǎn)速1500轉(zhuǎn)/分轉(zhuǎn)差率§7.5三相異步電動(dòng)機(jī)的使用2.轉(zhuǎn)速:電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)速（n)。如：n=1440轉(zhuǎn)/分413.聯(lián)接方式：Y/

接法

Y接法：

接法：ABCZXYABCZXYABCXYZAZBYXCABCXYZ接線盒：424.額定電壓：定子繞組在指定接法下應(yīng)加的線電壓.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％。線電壓AZBYXC線電壓ABCXYZ例：380/220Y/

是指：線電壓為380V時(shí)采用Y接法；當(dāng)線電壓為220V時(shí)采用

接法。43電壓波動(dòng)對(duì)電動(dòng)機(jī)的影響445.額定電流：定子繞組在指定接法下的線電流。如：表示三角接法下，電機(jī)的線電流為11.2A，相電流為6.48A；星形接法時(shí)線、相電流均為6.48A。6.額定功率：

額定功率指電機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)軸上輸出的功率（

），不等于從電源吸收的功率（）。兩者的關(guān)系為：

其中鼠籠電機(jī)

=72－93％45額定負(fù)載時(shí)一般為0.7~0.9，空載時(shí)功率因數(shù)很低約為0.2~0.3。額定負(fù)載時(shí)，功率因數(shù)最大。注意：實(shí)用中應(yīng)選擇合適容量的電機(jī)，防止“大馬”拉“小車”的現(xiàn)象。7.功率因數(shù)(cos

1)：P2PNcos

1467.5.2三相異步機(jī)的起動(dòng)起動(dòng)電流：中小型鼠籠式電機(jī)起動(dòng)電流為額定電流的5~7倍。定子電流原因：起動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條切割磁力線速度很大。轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢(shì)轉(zhuǎn)子電流大電流使電網(wǎng)電壓降低影響其他負(fù)載工作頻繁起動(dòng)時(shí)造成熱量積累電機(jī)過(guò)熱影響：47三