電工學(xué)少學(xué)時(shí)第六章

1、第第 6 6 章章電動機(jī)電動機(jī) 第 6 章 電 動 機(jī) 電動機(jī)電動機(jī)是將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的裝置。廣是將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的裝置。廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代各種機(jī)械中作為驅(qū)動。泛應(yīng)用于現(xiàn)代各種機(jī)械中作為驅(qū)動。由電動機(jī)驅(qū)動的優(yōu)點(diǎn)：減輕繁重的體力勞動；由電動機(jī)驅(qū)動的優(yōu)點(diǎn)：減輕繁重的體力勞動；提高生產(chǎn)率；可實(shí)現(xiàn)自動控制和遠(yuǎn)距離操縱。提高生產(chǎn)率；可實(shí)現(xiàn)自動控制和遠(yuǎn)距離操縱。機(jī)座：鑄鋼或鑄鐵機(jī)座：鑄鋼或鑄鐵 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子: 在旋轉(zhuǎn)磁場作用下，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢或電在旋轉(zhuǎn)磁場作用下，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢或電流。流。鼠籠轉(zhuǎn)子鼠籠轉(zhuǎn)子(1) 鼠籠式轉(zhuǎn)子鼠籠式轉(zhuǎn)子 鐵芯槽內(nèi)放銅條，端鐵芯槽內(nèi)放銅條，端 部用端路環(huán)形成一體。部用端路環(huán)形成一體

2、。 或鑄鋁形成轉(zhuǎn)子繞組?；蜩T鋁形成轉(zhuǎn)子繞組。(2) 繞線式轉(zhuǎn)子繞線式轉(zhuǎn)子 結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉、工作可靠；不能人為改結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉、工作可靠；不能人為改變電動機(jī)的機(jī)械特性。變電動機(jī)的機(jī)械特性。 結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格較貴、維護(hù)工作量大；轉(zhuǎn)子結(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機(jī)的機(jī)械特性。外加電阻可人為改變電動機(jī)的機(jī)械特性。 120sin120sinsinmCmBmAtIitIitIi BiAXBYCZAiCiCiAiBiitmIoiCiAiBitmIo0n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

3、。 AYCBZX()電流出電流出( )電流入電流入iA t = 0 tiAZBXCYiA= 0iB為為負(fù)負(fù)值值iC為為正正值值NS0iBiC t t = 60iAZBXCYNS60iC = 0iB為為負(fù)負(fù)值值iA為為正正值值iAiBiC0 t = 90AZBXCYNS90iA為為正正值值iB為為負(fù)負(fù)值值iC為為負(fù)負(fù)值值 tiiAiBiC0 t = 180AZBXCYiA= 0iB為為正正值值iC為為負(fù)負(fù)值值180NS tiiAiBiC0 t=60 AZBXCYNS60 t=90AZBXCYNS t=0AZBXCYNS90 t=180 AZBXCYNS1800 空間相差空間相差120120 角的

4、三相繞組，通角的三相繞組，通入對稱三相電流時(shí)，產(chǎn)生的是一對磁極入對稱三相電流時(shí)，產(chǎn)生的是一對磁極的旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)磁場, ,當(dāng)電流經(jīng)過一個(gè)周期變化當(dāng)電流經(jīng)過一個(gè)周期變化時(shí)，磁場也沿著順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)了一周時(shí)，磁場也沿著順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)了一周 ( (在空間旋轉(zhuǎn)的角度為在空間旋轉(zhuǎn)的角度為360360 ) )。 tiiAiBiC0ABCXYZiAiC90 600 AZBXCYNS0AZBXCYNS60相序相序A-C-B-AAZBXCYNS90iB2. . 改變流入三相繞組的電流相改變流入三相繞組的電流相序序, ,就能改變旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向就能改變旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向; ;改改變了旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向變了旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向,

5、, 也就改變也就改變了三相異步電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。了三相異步電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。0t 即：即：1pCiBiAioimI tBiAXBYCZAiCiAXYCBZNSCYABCXYZAXBZAiBiCiX A AXBYB Y CC ZZ iAiBiCABCXYZABCXYZ600 t = 0AZBXCNSXCYAZBY0SN t =6 0NSAZBXCXCYAZBY30SN0 tiiAiBiC0 tiiAiBiC090180 t = 90AZBXCNSXCYAZBY45SN t =180AZBXCNSXCYAZBY90SN90ABCXYZABCXYZiAiBiC 當(dāng)定子每相中有兩個(gè)繞組串聯(lián)當(dāng)定子每相中

6、有兩個(gè)繞組串聯(lián), 且每相繞組在且每相繞組在空間相差空間相差60時(shí)時(shí), 通入對稱三相交流電后通入對稱三相交流電后, 也產(chǎn)生一也產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場, 但它是一個(gè)四極旋轉(zhuǎn)磁場。當(dāng)電流變但它是一個(gè)四極旋轉(zhuǎn)磁場。當(dāng)電流變化一周化一周, 旋轉(zhuǎn)磁場在空間只轉(zhuǎn)了半周旋轉(zhuǎn)磁場在空間只轉(zhuǎn)了半周(180 空間角空間角), 旋轉(zhuǎn)速度較兩極磁場慢了一半。旋轉(zhuǎn)速度較兩極磁場慢了一半。分分）轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) /( 6010fn 工頻：工頻：Hz501 f分分）轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) /( 30000 np=1時(shí)時(shí)0mICiBiAi tiomIAXYCBZNSAXYCBZNSAXYCBZNSX NSA X ABZCYZ C Y B SN0t 60

7、tp=2時(shí)時(shí)BiCiAiit mI0分分）轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)/( 150026010 fn0n30AX XZ CZBYB Y A C NSNS)/( 6010分分轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)pfn 2p180分）轉(zhuǎn)/( 50011p360分）轉(zhuǎn)/( 0003極對數(shù)極對數(shù)每個(gè)電流周期每個(gè)電流周期磁場轉(zhuǎn)過的空間角度磁場轉(zhuǎn)過的空間角度同步轉(zhuǎn)速同步轉(zhuǎn)速)f(Hz501 3p120分）轉(zhuǎn)/( 00014p分分）轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)/( 75090旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速n0與頻率與頻率f1和極對數(shù)和極對數(shù)p有關(guān)。有關(guān)。AXYCBZ分分）轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)/( 6010pfn BlvBliFvF0nNS0nn 如果如果:0nn %s)91( 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速亦可由轉(zhuǎn)差率求得轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)

8、速亦可由轉(zhuǎn)差率求得0)(1nns 00nnns例例1 1：一臺三相異步電動機(jī)，其額定轉(zhuǎn)速一臺三相異步電動機(jī)，其額定轉(zhuǎn)速 n= =975r/min，電源頻率電源頻率 f1 1= =50 Hz。試求電動機(jī)的極對數(shù)和額定負(fù)載。試求電動機(jī)的極對數(shù)和額定負(fù)載下的轉(zhuǎn)差率。下的轉(zhuǎn)差率。解：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)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：速的關(guān)系可知：n0=1000 r/min , 2.5%100%10009751000%10000 nnns三相異步電動機(jī)的電路分析三相異步電動機(jī)的電路分析變壓器：變壓器： 變化變化 eU1 E1= 4.44 f N1 E2= 4.

9、44 f N2 11 444Nf.U i1u1e1e 1e2e 2i2+f1f2異步電動機(jī)：異步電動機(jī)：旋轉(zhuǎn)磁場切割導(dǎo)體旋轉(zhuǎn)磁場切割導(dǎo)體 e， U1 E1= 4.44 f 1N1 每極磁通每極磁通111444Nf.U 1U 旋轉(zhuǎn)磁場與定子導(dǎo)體間的相對速度為旋轉(zhuǎn)磁場與定子導(dǎo)體間的相對速度為 n0 ，所以，所以16001pnf 感應(yīng)電勢的頻率與磁場和導(dǎo)體間的相對速度有關(guān)感應(yīng)電勢的頻率與磁場和導(dǎo)體間的相對速度有關(guān)f 1= 電源頻率電源頻率 f定子導(dǎo)體與旋轉(zhuǎn)磁場間的相對速度固定，而轉(zhuǎn)子定子導(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)速不同而導(dǎo)體與旋轉(zhuǎn)磁場間的相對速度隨轉(zhuǎn)子

10、的轉(zhuǎn)速不同而變化變化 定子感應(yīng)電勢頻率定子感應(yīng)電勢頻率 f 1 轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢頻率轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢頻率 f 2 1000026060fspnnnnpnnf 旋轉(zhuǎn)磁場切割定子導(dǎo)體和轉(zhuǎn)子導(dǎo)體的速度不同旋轉(zhuǎn)磁場切割定子導(dǎo)體和轉(zhuǎn)子導(dǎo)體的速度不同M3M32.2.電磁轉(zhuǎn)矩的方向電磁轉(zhuǎn)矩的方向電磁轉(zhuǎn)矩的方向與旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向一致電磁轉(zhuǎn)矩的方向與旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向一致 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的方向轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的方向與旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向相同。與旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向相同。 T ，I2cos 2 T = CT mI2cos 2T = KTsR2U1f1R2(sX2) 2 22常數(shù)，與電常數(shù)，與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)磁場每極磁通每極磁通轉(zhuǎn)子電流

11、轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)子電路的轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)功率因數(shù)21222212)(UsXRfsRKTT21U 空載轉(zhuǎn)矩：空載轉(zhuǎn)矩：T0輸出轉(zhuǎn)矩：輸出轉(zhuǎn)矩：T2 = TT0 T負(fù)載轉(zhuǎn)矩：負(fù)載轉(zhuǎn)矩：TL當(dāng)當(dāng) T2 = TL 穩(wěn)定運(yùn)行穩(wěn)定運(yùn)行當(dāng)當(dāng) T2 TL 加速運(yùn)行加速運(yùn)行當(dāng)當(dāng) T2 TL 電動機(jī)能起動，電動機(jī)能起動，否則將起動不了。否則將起動不了。起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù): : Y系列：系列：KS = 1.62.2 KC = 5.57.0起動電流起動電流: :MNSTNsN1TSTMsMTOsTS TN KS =IS INKC =TL sTL T2TL =T2n T T 2達(dá)到新的平衡達(dá)到新的平衡T20nnTOn

12、 例例6.5.1 某三相異步電動機(jī)，額定功率某三相異步電動機(jī)，額定功率 PN = 45 kW，額定轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)速 nN = 2 970 r/min， KM = 2.2 ，KS = 2.0。若若 TL = 200 Nm，試問能否帶此負(fù)載：，試問能否帶此負(fù)載：(1) 長期運(yùn)行長期運(yùn)行; (2) 短期運(yùn)行短期運(yùn)行; (3) 直接起動。直接起動。解解 (1) 電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩由于由于TN TL，故可以帶此負(fù)載短時(shí)運(yùn)行，故可以帶此負(fù)載短時(shí)運(yùn)行。 (3) 電動機(jī)的起動轉(zhuǎn)矩電動機(jī)的起動轉(zhuǎn)矩由于由于TS TL，故可以帶此負(fù)載直接運(yùn)行，故可以帶此負(fù)載直接運(yùn)行。 TS = KSTN = 2.0145

13、 Nm = 290 Nm U Tm U UTst 22221212stXRfURKT2121m2XfUKT 22mXRs0nNUT2nTOstTTOn0nR2 Tst n maxT2T22221212stXRfURKT2121m2XfUKT 22mXRs 不同場合應(yīng)選用不不同場合應(yīng)選用不同的電機(jī)。如金屬切同的電機(jī)。如金屬切削，選硬特性電機(jī)；削，選硬特性電機(jī)；重載起動則選軟特性重載起動則選軟特性電機(jī)。電機(jī)。stTTOn0nR2 Tst n maxT2T問題：問題：。 一般中小型鼠籠式電機(jī)起動電流為額定電流的一般中小型鼠籠式電機(jī)起動電流為額定電流的5 7 倍倍; 電動機(jī)的起動電動機(jī)的起動 (全壓起

14、動全壓起動) (a) 小容量的電動機(jī)；小容量的電動機(jī)； (b) 電源容量足夠大時(shí)。電源容量足夠大時(shí)。 7.5 kW 以下直接起動以下直接起動 7.5 kW 以上，且電源容量能滿足起動以上，且電源容量能滿足起動電流倍數(shù)電流倍數(shù) 3 + 1 4IS INKC =電源容量電源容量 (kVA)電機(jī)功率電機(jī)功率 (kW)星形星形-三角形三角形(Y ) 換接起動換接起動自耦降壓起動自耦降壓起動(3) 轉(zhuǎn)子串電阻起動轉(zhuǎn)子串電阻起動以下介紹降壓起動和轉(zhuǎn)子串電阻起動。以下介紹降壓起動和轉(zhuǎn)子串電阻起動。ZUIll3:Y 星形聯(lián)結(jié)時(shí)星形聯(lián)結(jié)時(shí)ZUIll3 三三角角形形聯(lián)聯(lián)結(jié)結(jié)時(shí)時(shí)：31Y llII31YlIZlU+

15、U1U2V1V1W1W2 lIlU+ZU1U2V1V2W1W2ZL1L3L2FUU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1動觸點(diǎn)動觸點(diǎn)Y動觸點(diǎn)動觸點(diǎn)靜觸點(diǎn)靜觸點(diǎn)L1L3L2FUU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1UPU1+Ul+U2V1V2W1W2 工作工作L1L3L2FUU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1U2Ul+U1V1V2W1W2lUU31P (a) 僅適用于正常運(yùn)行為三角形聯(lián)結(jié)的電機(jī)。僅適用于正常運(yùn)行為三角形聯(lián)結(jié)的電機(jī)。 )(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

16、合于空載或輕載起動的場合SYtst31TT UlU1W2V2W1+U2V1UP+Ul+U1W2V2W1U2V1A2849230880380310453. 1)NNN3N2Ncos310 UPI 一臺一臺Y225M-4型的三相異步電型的三相異步電 動機(jī)，定子動機(jī)，定子繞組繞組型聯(lián)結(jié)，其額定數(shù)據(jù)為：型聯(lián)結(jié)，其額定數(shù)據(jù)為：P2N=45kW,nN=1480r/min，UN=380V， N=92.3%，cos N=0.88， Ist/IN=7.0, Tst/TN=1.9，Tmax/TN=2.2，求：，求： 2）由由nN=1480r/min，可知，可知 p=2 （四極電動機(jī)）（四極電動機(jī)）minr 150

17、00/n 013. 015001480150000N nnns 3）mN 429014804595509550NN2N .nPTmN 9 .6384 .2902 . 22 . 2NmaxTTmN 8 .5514 .2909 . 19 . 1NstTT 在在上例中上例中(1)如果負(fù)載轉(zhuǎn)矩為如果負(fù)載轉(zhuǎn)矩為 510.2Nm, 試試問在問在U=UN和和U =0.9UN兩種情況下電動機(jī)能否起兩種情況下電動機(jī)能否起動？（動？（2）采用）采用Y- 換接起動時(shí)，求起動電流和換接起動時(shí)，求起動電流和起動轉(zhuǎn)矩。起動轉(zhuǎn)矩。 又當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的又當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的80%和和50%時(shí)，電動機(jī)能否起動？時(shí)，電動

18、機(jī)能否起動？ (1) Tst = 551.8Nm 510.2 N. m mN2510mN 4478551902st .T (2) Ist =7IN=7 84.2=589.4 AA519645983131st stY.II 在在U = 0.9UN 時(shí)時(shí)132329183%8042909183%80NstY .TT121459183%5042909183%50NstY .TT起動起動mN918385513131ststY .TT(3)L1L3L2FUQQ2 對對例例1中的電動機(jī)采用自耦變壓器降壓起中的電動機(jī)采用自耦變壓器降壓起動，設(shè)起動時(shí)加到電動機(jī)上的電壓為額定電壓的動，設(shè)起動時(shí)加到電動機(jī)上的電壓

19、為額定電壓的64%，求這時(shí)的線路起動電流，求這時(shí)的線路起動電流Ist和電動機(jī)的起和電動機(jī)的起動轉(zhuǎn)矩動轉(zhuǎn)矩Tst 。設(shè)電動機(jī)的起動電壓為設(shè)電動機(jī)的起動電壓為U，電動機(jī)的起動，電動機(jī)的起動電流為電流為Ist stNst640640I.ZU.ZUI 依據(jù)變壓器的一次、二次側(cè)電壓電流關(guān)系，依據(jù)變壓器的一次、二次側(cè)電壓電流關(guān)系，可求得線路起動電流可求得線路起動電流Ist。NUUstIstI 64. 0Nstst UUIIA424145890.64 6406406406402st2ststst.I.I.I.I 2 UT 又又22Nstst640 .UUTT mN 226 8551640640 2st2st .T.Tst2stIKIA st2stTKTAR 12220220)(st2IIRXREIRR滑環(huán)滑環(huán)電刷電刷定子定子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子