電工學講義5-電動機

1、異步電動機的結構異步電動機的結構定子：定子：轉子：轉子：鐵芯、定子繞組和機座鐵芯、定子繞組和機座轉子鐵心、轉子繞組、風扇及轉子軸轉子鐵心、轉子繞組、風扇及轉子軸籠型轉子籠型轉子繞線式轉子繞線式轉子三相異步電動機的定子繞組共六個出線端，引至機座的出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。線盒內。Y繞組首端：繞組首端：U1，V1，W1繞組末端：繞組末端：U2，V2，W2根據電源電壓和電動機繞組根據電源電壓和電動機繞組的額定值三相繞組接為星形的額定值三相繞組接為星形或三角形或三角形三部曲三部曲旋轉磁場的產生旋轉磁場的產生轉子電流的產生轉子電流的產生電磁轉矩的產生電磁轉矩的產生電動機

2、三相繞組做電動機三相繞組做“Y”形連接，形連接，三相對稱電流通入相應的定子繞組三相對稱電流通入相應的定子繞組240sin120sinsin321tIitIitIimmm2iU1U2V1V2W1W21i3i規(guī)定規(guī)定 i : “+” 首端流入，尾端流出。首端流入，尾端流出。 i : “” 尾端流入，首端流出。尾端流入，首端流出。 U1V2W1V1W2U2()電流出電流出( )電流入電流入i3i1i2iomIti3i1i2iomItAXYCBZAXYCBZU1U2V2W1V1W2NS0 t 60t 60 90t 600SNSNi1=0i20 (W1入，入，W2出出 ）產生一對磁極產生一對磁極i10i

3、20i20i30磁場旋轉磁場旋轉90 t =0i1=0i20 (W1入，入，W2出出 ）產生一對磁極產生一對磁極 t =120 i10i2=0i30磁場旋轉磁場旋轉120 t =240 i10i3=0磁場旋轉磁場旋轉120 t =360 i1=0i20磁場旋轉磁場旋轉120i1i2i3旋轉磁場的產生旋轉磁場的產生磁場磁場旋轉旋轉一周一周當電動機三相繞組做當電動機三相繞組做“Y”形連接，形連接，三相對稱電流通入相應的定子繞組三相對稱電流通入相應的定子繞組在三相繞組中在三相繞組中分別產生磁場分別產生磁場合成兩個磁極合成兩個磁極（磁極對數為（磁極對數為1）磁場旋轉產生磁場旋轉產生磁極旋轉磁極旋轉電流

4、交變電流交變小小結結240sin120sinsin321tIitIitIimmm2iU1U2V1V2W1W21i3i極對數（極對數（P P）的概念）的概念1p此種接法下，合成磁場只有一對磁極，則極對數為此種接法下，合成磁場只有一對磁極，則極對數為1 1。即：即：U1U2V2W1V1W2NS2iU1U2V1V2W1W21i3i補充補充極對數（極對數（P P）的改變）的改變W1V2U1V1W1U2V2W2U1U2V1W21i3i2i將每相繞組分成兩段，按右下圖放入定子槽內。將每相繞組分成兩段，按右下圖放入定子槽內。U1U2V1V2W1W2U1U2V1V2W1W2極對數極對數2pNSSNW1V2U1

5、V1W1U2V2W2U1U2V1W21i3i2i如圖，此時形成的磁極是兩對。如圖，此時形成的磁極是兩對。 旋轉磁場的轉速旋轉磁場的轉速n0= 60f / p (r/min)n0稱為同步轉速稱為同步轉速3p120分）轉/( 00011p360分）轉/( 0003極對數極對數每個電流周期每個電流周期磁場轉過的空間角度磁場轉過的空間角度同步轉速同步轉速)50(Hzf 0n2p180分）轉/( 5001旋轉磁場的方向旋轉磁場的方向當三相電流的當三相電流的 相序為：相序為：123，旋轉磁場方向為：旋轉磁場方向為：U1V1W1與相序一致與相序一致磁場以磁場以n0 順時針旋轉順時針旋轉磁場與轉子相對運動磁場

6、與轉子相對運動轉子以轉子以n0逆時針切割磁力線逆時針切割磁力線轉子導體中產生感生電動勢轉子導體中產生感生電動勢轉子電路閉合轉子電路閉合轉子電路中產生電流轉子電路中產生電流(方向同電動勢方向同電動勢)磁場磁場轉子轉子大拇指為轉子旋轉方向大拇指為轉子旋轉方向,四指為電動勢方向四指為電動勢方向NS右手螺旋定則右手螺旋定則電磁轉矩的產生電磁轉矩的產生轉子旋轉轉子旋轉轉子電流產生后轉子電流產生后導體在磁場中產生電磁力導體在磁場中產生電磁力形成電磁轉矩形成電磁轉矩轉子沿磁場旋轉方向以轉速轉子沿磁場旋轉方向以轉速n旋轉旋轉磁場磁場n0四指為電流方向四指為電流方向,大拇指為電磁力方向大拇指為電磁力方向轉子轉子

7、nSN左手螺旋定則左手螺旋定則F轉子沿旋轉磁場方向旋轉轉子沿旋轉磁場方向旋轉, 若轉子轉速若轉子轉速n上升為同步轉速上升為同步轉速n0，則轉子與旋轉磁場之間沒有相對轉速，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，轉子中沒有感生電動勢和轉子電流，沒有電磁轉矩的產生沒有電磁轉矩的產生磁場磁場n0轉子轉子n又因為轉子導體的電流是由旋轉磁場感應而來的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（轉子并不接電源）所以又稱感應電動機感應電動機轉子轉速只能小于同步轉速，故稱為異步電動機轉子轉速只能小于同步轉速，故稱為異步電動機轉差率是描述異步電動機運行情況的一

8、個重要的概念：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：電動機啟動瞬時： n =0， S = 1, 轉差率最大轉差率最大空載運行時：空載運行時： n空空 最大，最大，S空空 最小最小額定負載運行時額定負載運行時: n S空空一般一般 SN=1-6轉轉 差差 率率:S=(n0-n) / n0 或或 S=(n0-n) / n0100 n與與n0的關系的關系例例1 1：一臺三相異步電動機，其額定轉速一臺三相異步電動機，其額定轉速 n= =975 r/min，電源頻率，電源頻率 f1 1= =50 Hz。試求電動機的極對數。試求電動機的極對數和額定負載下的轉差率。和額定負載下的轉

9、差率。解：解：根據根據異步電動機轉子轉速與旋轉磁場同步轉異步電動機轉子轉速與旋轉磁場同步轉速的關系速的關系可知：可知：n0=1000 r/min , 2.5%100%10009751000%10000 nnns與旋轉磁場的方向一致與旋轉磁場的方向一致,即，與相序方向一致。即，與相序方向一致。如何讓電動機反轉？如何讓電動機反轉？轉子轉子n磁場磁場n0M3M3三部曲三部曲旋轉磁場的產生旋轉磁場的產生轉子電流的產生轉子電流的產生電磁轉矩的產生電磁轉矩的產生21220222)(UsXRsRKT 常數，與電常數，與電機結構有關機結構有關21U轉子靜止時，轉子導體漏感抗轉子靜止時，轉子導體漏感抗maxTm

10、SNSOTS轉 矩 特 性 曲 線機 械 特 性 曲 線根據轉矩公式根據轉矩公式22022212)(sXRUsRKT 得轉矩特性曲線：得轉矩特性曲線：NnmaxTstTOnTNT0nstT1NT臨界轉差率臨界轉差率NnNT)/()(9550NNN分分轉轉千千瓦瓦nPT OnT0n(N m) 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, 額定轉速為額定轉速為1440r/min, 則額定轉矩為則額定轉矩為m.N7 .4914405 .795509550NNN nPT2021max2 XUKT On0nTmax max121max, )1(

11、TUUT一般三相異步電動機的過載系數為一般三相異步電動機的過載系數為2 .28 .1 NmaxTT (2)22022212stXRURKT 電動機起動時的轉矩。電動機起動時的轉矩。起動時起動時n= 0 時時，s =1 st121st, ) 1 (TUUT(2) Tst與與 R2 有關，有關， 適當使適當使 R2 Tst 。對繞線式。對繞線式 電機改變轉子附加電阻電機改變轉子附加電阻 R 2 , 可使可使Tst =Tmax 。體現了電動機帶體現了電動機帶載起動的能力。載起動的能力。 0nOnTNststTTK 起動能力起動能力U U U0nUnTOTm Tst TOn0nR2 maxTn Tst

12、 T2 sn T2 T 2穩(wěn)定運行區(qū)穩(wěn)定運行區(qū)T20nnTOn 不同場合應選用不不同場合應選用不同的電機。如金屬切同的電機。如金屬切削，選硬特性電機；削，選硬特性電機；重載起動則選軟特性重載起動則選軟特性電機。電機。stTTOn0nR2 Tst n maxT2T電動機從接通電源到正常工作的過程叫電動機從接通電源到正常工作的過程叫起動過程起動過程。對頻繁起動停車的電動機，其起動性能對生產影響很大。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：起動轉矩：起動電流：起動電流：為額定轉矩的為額定轉矩的11.2倍倍為額定電流的為額定電流的47倍倍（因為轉差率（因為轉差率S 很高）很高）大的

13、起落電流將引起電路中其他用電設備上電壓不穩(wěn)，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。必須選用合適的起動方法限制起動電流。定子電流定子電流起動方法起動方法全壓直接起動：全壓直接起動：降壓起動降壓起動Y 起動起動補償器（自耦變壓器）起動法補償器（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。的異步電動機一般采用直接起動。繞線式電動機的起動繞線式電動機的起動（1）Y 起動：起動：ZUIlY33ZUIl31llYII設：電機每相阻抗為設：電機每相阻抗為z 起動起動UlYI+_ 正常正常運行運行

14、UlI+_L1L3L2FUU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1動觸點動觸點Y動觸點動觸點靜觸點靜觸點L1L3L2FUU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1UPU1+Ul+U2V1V2W1W2 工作工作L1L3L2FUU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1U2Ul+U1V1V2W1W2lUU31P (a) 僅適用于正常運行為三角形聯結的電機。僅適用于正常運行為三角形聯結的電機。 )(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 UlU1W

15、2V2W1+U2V1UP+Ul+U1W2V2W1U2V1L1L3L2FUQQ2RRR滑環(huán)滑環(huán)電刷電刷定子定子轉子轉子起動電阻起動電阻 12IIR三相異步電動機的三相異步電動機的調速方法調速方法調速：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變頻調速變頻調速變極調速變極調速無級調速無級調速有級調速有級調速調速：指負載不變的情況下，人為改變電動機的轉速調速：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變頻調速變頻調速變極調速變極調速無級調速無級調速有級調速

16、有級調速 f=50HzM3 +三相異步電動機三相異步電動機型號：型號：Y132M-4 功率：功率：7.5KW 頻率：頻率：50HZ電壓：電壓： 380V 電流：電流：15.4A 接法：接法：轉速：轉速：1440r/min 絕緣等級：絕緣等級：B 工作方式：連續(xù)工作方式：連續(xù) 年年月月 編號：編號： 電機廠電機廠Y：三相異步電動機：三相異步電動機132：機座中心高度：機座中心高度M：機座長度代號（：機座長度代號（S 短機座，短機座，M中機座，中機座，L長機座）長機座）4：磁極數：磁極數異步電動機異步電動機 Y 異異繞線式異步電動機繞線式異步電動機 YR 異繞異繞防爆型異步電動機防爆型異步電動機

17、YB 異爆異爆高起動轉矩異步電動機高起動轉矩異步電動機 YQ 異起異起指定子繞組的接法，通常有指定子繞組的接法，通常有Y/兩種兩種銘牌上電壓指電動機額定運行時，銘牌上電壓指電動機額定運行時，定子定子繞組上所加繞組上所加線線電壓電壓通常有通常有380V/220V兩種。兩種。電流：電流：15.4A指電動機額定運行時，指電動機額定運行時，定子定子繞組上的繞組上的線線電流值電流值電動機額定運行時的轉速，單位：電動機額定運行時的轉速，單位：r/min按電動機繞組所用的絕緣材料在使用時允許的極限溫度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。來分級。 絕緣等級絕緣等級 極限溫度極限溫度( C)

18、 A 105 E 120 B 130 指電動機額定運行時，軸上輸出的機械功率指電動機額定運行時，軸上輸出的機械功率電動機額定運行時的轉矩。電動機額定運行時的轉矩。 TN=9550PN / nN PN : 額定功率，額定功率， nN : 額定轉速額定轉速指額定運行時，定子繞組每相電路的功率因數指額定運行時，定子繞組每相電路的功率因數異步電動機空載時的電流主要用于產生磁場，異步電動機空載時的電流主要用于產生磁場，功率因數很低，約功率因數很低，約0.2, 0.2, 滿載時為滿載時為0.7-0.90.7-0.9 指滿載時的效率。等于輸出機械功率與輸入機械功指滿載時的效率。等于輸出機械功率與輸入機械功 率之比率之比效率效率: =P2 / P1 *100%=P2/ 3UICOS 線電壓、線電流線電壓、線電流END電磁轉矩特性和電磁轉矩特性和TS曲線曲線最大轉矩最大轉矩Tm啟動轉矩啟動轉矩TS轉差率轉差率v最大轉矩與過載能力最大轉矩與過載能力v啟動轉