交流電動機(jī)的工作原理及特性PPT課件

1、交流電動機(jī)電動機(jī)直流電動機(jī)鼠籠式繞線式異步電機(jī)同步電機(jī)他勵、并勵、串勵、復(fù)勵異步交流電動機(jī)授課內(nèi)容： 基本結(jié)構(gòu)、工作原理、 機(jī)械特性、控制方法 電動機(jī)的分類第1頁/共117頁異步電機(jī)的特點： 1）結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，運行可靠，價格低廉； 2）具有較好的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)特性。用途： 異步電機(jī)主要用作電動機(jī)，應(yīng)用最廣泛的一種電動機(jī)，廠礦企業(yè)，交通工具，娛樂，科研，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，日常生活都離不開異步電動機(jī)。 類型： 異步電機(jī)主要分為：鼠籠式異步電動機(jī)，繞線式異步電動機(jī)和各種控制用電動機(jī)三大類。 第2頁/共117頁轉(zhuǎn)子鐵心、氣隙和定子鐵心構(gòu)成電動機(jī)的完整磁路 三相異步電動機(jī)主要由定子和轉(zhuǎn)子兩個部分組成，定子是不

2、動的部分，轉(zhuǎn)子是旋轉(zhuǎn)部分，在定子和轉(zhuǎn)子之間有一定的氣隙。如圖所示。第3頁/共117頁由機(jī)座、定子鐵心、定子繞組組成：1、機(jī)座：起固定和支撐定子鐵心的作用，一般用鑄鐵制造。2、定子鐵心：由厚0.5mm的硅鋼片沖疊而成，鐵心內(nèi)開有均勻的槽，嵌放定子繞組。3、定子繞組：由完全相同的三個繞組組成，空間互差120度，可接成Y或。 定子繞組是電動機(jī)的電路部分。三相電動機(jī)的定子繞組分為三個部分對稱地分布在定子鐵心上，稱為三相繞組，分別用AX、BY、CZ表示，其中，A、B、C稱為首端，而X、Y、Z稱為末端。 三相繞組接入三相交流電源，三相繞組中的電流定子鐵心中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。 第4頁/共117頁由轉(zhuǎn)子鐵心和轉(zhuǎn)子

3、繞組組成：1、轉(zhuǎn)子鐵心：和定子鐵心一樣，既是電動機(jī)磁路的一部分，又能安放轉(zhuǎn)子繞組。2、轉(zhuǎn)子繞組：有籠型和繞線型兩種。 （1）籠型繞組：導(dǎo)體用銅條或鋁條，兩頭用端環(huán)聯(lián)接。結(jié)構(gòu)可靠簡單，但是轉(zhuǎn)子電阻固定。 （2）繞線型轉(zhuǎn)子：接成星型的三相繞組通過滑環(huán)與外電路聯(lián)接，便于串入電阻改善電動機(jī)的運行性能。第5頁/共117頁三相異步機(jī)的結(jié)構(gòu)YBZXAC轉(zhuǎn)子定子定子繞組（三相）機(jī) 座轉(zhuǎn)子：在旋轉(zhuǎn)磁場作用下， 產(chǎn)生感應(yīng)電動勢或 電流。三相定子繞組：產(chǎn)生旋轉(zhuǎn) 磁場。線繞式鼠籠式鼠籠轉(zhuǎn)子 轉(zhuǎn)子繞組第6頁/共117頁n0nei三相異步電動機(jī)的工作原理NSf磁鐵閉合線圈e方向用右手定則確定電磁感應(yīng)定律f 方向用左手定則

4、確定磁場旋轉(zhuǎn)基于定子旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子電流的相互作用第7頁/共117頁磁極旋轉(zhuǎn)導(dǎo)線切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢vlBe導(dǎo)線長磁感應(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)線在磁場中受力ilBfn0neiNSf第8頁/共117頁1. 線圈跟著磁鐵轉(zhuǎn)兩者轉(zhuǎn)動方向一致 結(jié)論：n0neiNSf2. 線圈比磁場轉(zhuǎn)得慢0nn異步轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場間沒有相對運動無轉(zhuǎn)子電動勢（轉(zhuǎn)子導(dǎo)體不切割磁力線）無轉(zhuǎn)子電流提示：如果0nn 無轉(zhuǎn)矩第9頁/共117頁 由于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的方向與磁場旋轉(zhuǎn)的方向是一致的，所以如果n=n0，則磁場與轉(zhuǎn)子之間就沒有相對運動，它們之間就不存在電磁感應(yīng)關(guān)系，也就不能在轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中感應(yīng)電

5、動勢、產(chǎn)生電流，也就不能產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。所以，感應(yīng)電動機(jī)的轉(zhuǎn)子速度不可能等于磁場速度。因此，這種電動機(jī)一般也叫做異步電動機(jī)。第10頁/共117頁轉(zhuǎn)差率為旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速 n0 和電動機(jī)轉(zhuǎn)速n之差與同步轉(zhuǎn)速n0的比值。即： 轉(zhuǎn)差率 的概念：)(s%10000nnns第11頁/共117頁AYCBZAiBiCimIt0n()電流出()電流入X240sin120sinsintIitIitIimCmBmA三相異步電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場1、旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生第12頁/共117頁0tAXYCBZNSAiBiCimIBiAXBYCZAiCiY BC Z合成磁場方向：向下按右手螺旋法則確定合成磁場方向t電流 i為正時，從

6、首端流入、末端流出第13頁/共117頁180tXBZ1nAYC 60tAXYCBZSN1n60A120tXYCBZ1n同理分析，可得其它電流角度下的磁場方向：AiBiCitmI第14頁/共117頁nNSTfn1f第15頁/共117頁U1V1W1U2V2W2WVUit分析規(guī)定： 電流 I 為正時，從首端流入、末端流出； 電流 I 為負(fù)時，從首端流出、末端流入。1NS1232NS3NS4 4NS5 5NS6NS6第16頁/共117頁U1V1W1U2V2W2NSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNS第17頁/共117頁旋轉(zhuǎn)方向：取決于三相電流的相

7、序。0n0nAiBiCimItAiCiBimIt2. 旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向改變電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向的方法：改變相序（換接其中兩相）第18頁/共117頁 方法：將與電源相接的任意兩相互換(改變相序)，就可實現(xiàn)反轉(zhuǎn)。 三相異步電動機(jī)的正、反轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)A B CM3電 源ABCM3電 源第19頁/共117頁3、極對數(shù)（P）的概念BiAXBYCZAiCi1p此種接法（每相繞組只有一組線圈）下，合成磁場只有一對磁極，則極對數(shù)為1。即：AXYCBZNS第20頁/共117頁CYABCXYZAXBZAiBiCi 將每相繞組分成兩段，按右下圖放入定子槽內(nèi)。形成的磁場則是兩對磁極。X AAXBYBYCZCZ極對數(shù)（P）的

8、改變第21頁/共117頁極對數(shù)2pAXX ANSSNZCZCBYBYCYABCXYZAXBZAiCiBiAiBiCimIt0t第22頁/共117頁3. 旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速大小分）轉(zhuǎn)/( 600fn 具有一對磁極時， 一個電流周期，旋轉(zhuǎn)磁場在空間轉(zhuǎn)過360電流頻率為 f Hz，則磁場1/f 秒旋轉(zhuǎn)1圈，每秒旋轉(zhuǎn)f 圈。每分鐘旋轉(zhuǎn)：n0稱為同步轉(zhuǎn)速分轉(zhuǎn)/3000,500nHzf第23頁/共117頁XNSASNZBX AYCZBCY0t分）轉(zhuǎn)/( 601pfn 60t A0nAZXXCZCSNSN30極對數(shù)和轉(zhuǎn)速的關(guān)系A(chǔ)iBiCimIt第24頁/共117頁三相異步電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速分）轉(zhuǎn)/( 601pfn

9、 2p180分）轉(zhuǎn)/( 50011p360分）轉(zhuǎn)/( 0003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)50(Hzf 1n3p120分）轉(zhuǎn)/( 0001第25頁/共117頁電動機(jī)轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)磁場同步轉(zhuǎn)速的關(guān)系電動機(jī)轉(zhuǎn)速（額定轉(zhuǎn)速）:n電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向與磁場旋轉(zhuǎn)的方向一致， 但 異步電動機(jī)0nn 無轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場間沒有相對運動無轉(zhuǎn)子電動勢（轉(zhuǎn)子導(dǎo)體不切割磁力線）無轉(zhuǎn)子電流提示：如果0nn 第26頁/共117頁 轉(zhuǎn)差率 的概念：)(s異步電機(jī)運行中:%91s電動機(jī)起動瞬間:1 ,0sn（轉(zhuǎn)差率最大）轉(zhuǎn)差率最小），轉(zhuǎn)子最大轉(zhuǎn)速(00snn10ss范圍：%10000nnns轉(zhuǎn)差率為旋轉(zhuǎn)磁場的同步

10、轉(zhuǎn)速 n0 和電動機(jī)轉(zhuǎn)速n之差與同步轉(zhuǎn)速n0的比值。即：第27頁/共117頁分）轉(zhuǎn)/( 6010pfn %10000nnns轉(zhuǎn)子感生電流的頻率：pnnf6002100060sfpnnnnpnf6001第28頁/共117頁例1：三相異步電動機(jī) p=3，電源f1=50Hz，電機(jī)額定 轉(zhuǎn)速n=960r/min。求：轉(zhuǎn)差率s，轉(zhuǎn)子電動勢的頻率f2min/1000350606011rpfn同步轉(zhuǎn)速：04. 01000960100011nnns轉(zhuǎn)差率：Hzsff25004. 012第29頁/共117頁Y/ 接法：AB CZX YA B CZX YABCXYZAZBYXCABCXYZ接線盒： Y 接法： 接

11、法：第30頁/共117頁 我國電工專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，定子三相繞組出線端是U1、V1、W1，末端是U2、V2、W2 V2U1U2V1W1W2定子繞組在接線盒中布置定子繞組的Y型連接定子繞組的型連接例：380/220 ，Y/是指：線電壓為380V時采用Y接法； 當(dāng)線電壓為220V時采用接法。第31頁/共117頁1.1.三相異步電動機(jī)的三相異步電動機(jī)的“電磁電磁”關(guān)系類似于變壓器關(guān)系類似于變壓器三相異步電動機(jī)的電磁關(guān)系同變壓器類似，定子繞組相當(dāng)于變壓器的原繞組，轉(zhuǎn)子繞組（一般是短接的）相當(dāng)于副繞組。 2.2.旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)磁場 不僅在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)出電動勢，而且在定子繞組中感應(yīng)電動勢一、三相異步電動機(jī)的“

12、電磁”關(guān)系 5.2 三相異步電動機(jī)的定子電路和轉(zhuǎn)子電路第32頁/共117頁三相異步電動機(jī)的“電磁”關(guān)系 定子電路轉(zhuǎn)子電路dtdNeeRiu111111設(shè)：tsin1m則：tNum1111cos定子邊： ：漏磁通產(chǎn)生的漏感應(yīng)電動勢。 ：主磁通產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢。e1e2、e 1e 2、i2R1R2i1u1e1e 1e2e 2第33頁/共117頁mmmNffNNU111111144. 42/22/tNum1111cosmNfUE111144. 4i2R1R2i1u1e1e211144. 4NfUm第34頁/共117頁 定子每相繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為： tNedd11 它也是正弦量，其有效值為： 1

13、111444444fN.Nf.E 式中，f1為e1的頻率。 因為旋轉(zhuǎn)磁場和定子間的相對轉(zhuǎn)速為n0，所以 6001pnf 它等于定子電流的頻率，即 ff 1 定子每相繞組中還要產(chǎn)生漏磁電動勢tiLedd1L1L1 第35頁/共117頁 加在定子每相繞組上的電壓也分成三個分量，即)(dd)()(11L11111111etiLRieeRiuL 如用復(fù)數(shù)表示，則為 )(j)()(1111111111EXIRIEERIUL 式中， 和 ( )為定子每相繞組的電阻和漏磁感抗。1R1XL11 21LfX 由于R1和X1較小，其上電壓降與電動勢E1比較起來，?？珊雎?，于是 EU111EU 第36頁/共117頁

14、二、三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子電路 旋轉(zhuǎn)磁場在轉(zhuǎn)子每相繞組中感應(yīng)出的電動勢為tNedd22 其有效值為 2222444444SfN.Nf.E 式中，f2為轉(zhuǎn)子電動勢e2或轉(zhuǎn)子電流i2相對于旋轉(zhuǎn)磁場的頻率. 因為旋轉(zhuǎn)磁場和轉(zhuǎn)子間的相對轉(zhuǎn)速為 n0-n1000026060Sfpnnnn)nn(pf 在 n=0 ，即S=1時，轉(zhuǎn)子電動勢為 2120444Nf.E 為轉(zhuǎn)子最大電動勢202SEE 可見轉(zhuǎn)子電動勢E2與轉(zhuǎn)差率S有關(guān)。第37頁/共117頁 和定子電流一樣，轉(zhuǎn)子電流也要產(chǎn)生漏磁通，從而在轉(zhuǎn)子每相繞組中還要產(chǎn)生漏磁電動勢。tiLedd2L2L2 因此，對于轉(zhuǎn)子每相電路，有 tiLRieRiedd)(2

15、L222L2222 如用復(fù)數(shù)表示，則為 22222222j)(XIRIERIEL 式中，R2和X2轉(zhuǎn)子每相繞組的電阻和漏磁感抗 L21L22222LSfLfX L21202LfX 202SXX 在 n=0 ，即 S=1 時，轉(zhuǎn)子感抗為為轉(zhuǎn)子最大感抗 可見轉(zhuǎn)子感抗E2與轉(zhuǎn)差率S有關(guān)。第38頁/共117頁 轉(zhuǎn)子每相電路的電流為 2202220222222)SX(RSEXREI 可見轉(zhuǎn)子電流I2也與轉(zhuǎn)差率S有關(guān)。當(dāng)S增大，即轉(zhuǎn)速n降低時，轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場間的相對轉(zhuǎn)速增加，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體被磁力線切割的速度提高，于是E2增加，I2也增加。 轉(zhuǎn)子功率因數(shù)220222222222)(cossXRRXRR第39頁/共

16、117頁例2：三相異步電動機(jī)，p=2，n=1440 r/min，轉(zhuǎn)子R2=0.02，X20=0.08 ， E20=20V， f1= 50Hz。啟動時I2（st）額定轉(zhuǎn)速下的I2（N）22022202)(sXRsEIs=1A242)08.0()02.0(20)(222202220XRE04. 0150014401500sA40)08.004.0()02.0(2004.0)(222202220sXRsE第40頁/共117頁一、三相異步機(jī)銘牌與技術(shù)數(shù)據(jù)1. 型號 Y 132M4 磁極個數(shù)(極對數(shù) p=2)機(jī)座長度代號分）轉(zhuǎn) /( 601pfn5.2.3 三相異步電動機(jī)的額定值異步電動機(jī)機(jī)座中心高度1

17、32mmS短機(jī)座；M中機(jī)座；L長機(jī)座YR-繞線式異步機(jī)YB防爆型異步機(jī)YQ高啟動轉(zhuǎn)矩異步機(jī)第41頁/共117頁2. 額定功率P2： PN 額定功率指電機(jī)在額定運行時軸上輸出的功率（ ），不等于從電源吸收的功率（ ）。兩者的 關(guān)系為： 2P1P12PPCOSIUPNN31其中鼠籠電機(jī)=7293第42頁/共117頁3. 額定電壓：定子繞組在指定接法下應(yīng)加的線電壓. 說明：一般規(guī)定電動機(jī)的運行電壓不能高于或低于額定值的 5 。線電壓AZBYXC線電壓ABCXYZ例：380/220 ，Y/是指：線電壓為380V時采用Y接法； 當(dāng)線電壓為220V時采用接法。第43頁/共117頁4. 額定頻率：在額定運行

18、情況下，定子外加電壓的頻率我國 f 50Hz5. 額定電流：定子繞組在指定接法下的線電流。如：A48. 6/A2 .11/ 表示：三角形接法時，電機(jī)的線電流為11.2A，相電流為6.48A；星形接法時線、相電流均為6.48A。6. 額定轉(zhuǎn)速 nN：在額定頻率、額定電壓和軸上輸出額定功率時，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。與此轉(zhuǎn)速對應(yīng)的轉(zhuǎn)速差稱為額定轉(zhuǎn)差率sN第44頁/共117頁 額定負(fù)載時一般為0.7 0.9 ， 空載時功率因數(shù)很低約為0.2 0.3。額定負(fù)載時，功率因數(shù)最大。注意：實用中應(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)(cos1)：在額定頻率、額定電壓和軸上輸出額定功率時，

19、定子相電流與電壓之間相位的余弦。此外還有絕緣等級等參數(shù)，不一 一介紹。P2PNcos1第45頁/共117頁 一般不標(biāo)在電動機(jī)銘牌上的幾個額定值如下 ： 1.額定功率因數(shù) ：在額定頻率、額定電壓和電動機(jī)軸上輸出額定功率時，定子相電流與相電壓之間相位差的余弦。Ncos 2.額定效率 ：在額定頻率、額定電壓和電動機(jī)軸上輸出額定功率時，電動機(jī)輸出機(jī)械功率與輸入電功率之比，其表達(dá)式為N %100cos3NNNN IUPN 3.額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩TN ：電動機(jī)在額定轉(zhuǎn)速下輸出額定功率時軸上的負(fù)載載矩。 4.線繞式異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子靜止時的滑環(huán)電壓和轉(zhuǎn)子的額定電流。 通常手冊上給出的數(shù)據(jù)就是電動機(jī)的額定值。 第46頁

20、/共117頁電磁轉(zhuǎn)矩 T：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)距之總和。22cosIKTmT常數(shù)每極磁通轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)子電路的2cos轉(zhuǎn)矩公式的推導(dǎo) （牛頓米）5.3 三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩與機(jī)械特性第47頁/共117頁22cosIKTmT21220222)(UsXRsRKT得到轉(zhuǎn)矩公式22022202)(sXRsEI2202222)(cossXRR將其中參數(shù)代入：11144. 4NfUmmNfE212044. 4第48頁/共117頁三相電動機(jī)的機(jī)械特性 在異步電動機(jī)中，轉(zhuǎn)速 n=(1-S)n0，為了符合習(xí)慣畫法，可將曲線換成轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系曲線，即稱為異步電動機(jī)的機(jī)械特性。

21、 1固有機(jī)械特性 異步電動機(jī)在額定電壓和額定頻率下，用規(guī)定的接線方式，定子和轉(zhuǎn)子電路中不串聯(lián)任何電阻或電抗時的機(jī)械特性稱為固有（自然）機(jī)械特性。 三相異步電動機(jī)的固有機(jī)械特性曲線如圖所示。 從特性曲線上可以看出，其上有四個特殊點可以決定特性曲線的基本形狀和異步電動機(jī)的運行性能，這四個特殊點是：21220222)(UsXRsRKT根據(jù)轉(zhuǎn)矩公式第49頁/共117頁)(SfT 21220222)(UsXRsRKT根據(jù)轉(zhuǎn)矩公式Ts10n1Tn得特性曲線：啟動時n=0最大轉(zhuǎn)速n=n1時11nnns)(Tfn 第50頁/共117頁 0010 S,nn,T 電動機(jī)處于理想空載工作點，此時電動機(jī)的轉(zhuǎn)速為理想空

22、載轉(zhuǎn)速。 NNN,2SSnnTT 電動機(jī)額定工作點。此時額定轉(zhuǎn)矩和額定轉(zhuǎn)差率為 NnPTNN55. 9 0N0NnnnS 式中， PN電動機(jī)的額定功率； nN電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)速，一般 SN電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)差率，一般 TN電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩。0N)985. 094. 0(nn 015. 006. 0N S第51頁/共117頁 1, 0,3st SnTT電動機(jī)的啟動工作點。 將S=1代入轉(zhuǎn)矩公式中，可得2202222stXRURKT 可見，異步電動機(jī)的啟動轉(zhuǎn)矩Tst與U、 R2及X20有關(guān)。當(dāng)施加在定子每相繞組上的電壓降低時，啟動轉(zhuǎn)矩會明顯減??；當(dāng)轉(zhuǎn)子電阻適當(dāng)增大時，啟動轉(zhuǎn)矩會增大；而若增大轉(zhuǎn)子電抗則會

23、使啟動轉(zhuǎn)矩大為減小。 通常把在固有機(jī)械特性上啟動轉(zhuǎn)矩Tst與額定轉(zhuǎn)矩TN之比 st=Tst/TN 作為衡量異步電動機(jī)啟動能力的一個重要數(shù)據(jù)。一般 2 . 10 . 1st 第52頁/共117頁 mmmax,4SSnnTT 電動機(jī)的臨界工作點。欲求轉(zhuǎn)矩的最大值，可令 0 dndT得臨界轉(zhuǎn)差率 202m/ XRS 再將Sm代入轉(zhuǎn)矩公式中，即可得202max2XUKT 通常把在固有機(jī)械特性上最大電磁轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩之比Nmaxm/TT 稱為電動機(jī)的過載能力系數(shù)。它表征了電動機(jī)能夠承受沖擊負(fù)載的能力大小，是電動機(jī)的又一個重要運行參數(shù)。 鼠籠式異步電動機(jī) 2 . 28 . 1m 線繞式異步電動機(jī)8 . 2

24、5 . 2m 第53頁/共117頁三個重要轉(zhuǎn)矩n1TnNT額定轉(zhuǎn)矩 ：電機(jī)在額定電壓下，以額定轉(zhuǎn)速 運行，輸出額定功率 時，電機(jī)轉(zhuǎn)軸上輸出的轉(zhuǎn)矩。NPNn( 1 )/()(9550602分轉(zhuǎn)千瓦NNNNNnPnPT（牛頓米）NTnN第54頁/共117頁 如果 電機(jī)將會因帶不動負(fù)載而停轉(zhuǎn)。maxTTL最大轉(zhuǎn)矩 ：( 2 )maxT電機(jī)帶動最大負(fù)載的能力。求解0ST21220222)(UsXRsRKTTs10smTm202XRsm2021max21XKUT第55頁/共117頁過載系數(shù)：NTTmax三相異步機(jī)2 .28 .1 工作時，一定令負(fù)載轉(zhuǎn)矩 ，否則電機(jī)將停轉(zhuǎn)。致使注意： （1）三相異步機(jī)的

25、和電壓的平方成正比，所以對電壓的波動很敏感，使用時要注意電壓的變化。maxTmaxTTL （2）電機(jī)嚴(yán)重過熱0n121)(s II2021max21XKUT第56頁/共117頁stT起動轉(zhuǎn)矩 ：( 3 )電機(jī)起動時的轉(zhuǎn)矩。n1TnstT21220222)(UsXRsRKT0n1)(s 其中則21220222)(UXRRKTstLstTT stT體現(xiàn)了電動機(jī)帶載起動的能力。若 電機(jī)能起動，否則將起動不了。第57頁/共117頁n1TnTmTst)(Tfn 機(jī)械特性曲線TL啟動： TstTL (負(fù)載轉(zhuǎn)矩)，電機(jī)啟動轉(zhuǎn)速n，轉(zhuǎn)矩T cc點：轉(zhuǎn)矩達(dá)最大Tm ，轉(zhuǎn)速n繼續(xù)，T，沿cb走bb點：T=TL，轉(zhuǎn)

26、速n不再上升，穩(wěn)定運行 電動機(jī)的自適應(yīng)負(fù)載能力 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。常用特性段s=0s=1第58頁/共117頁TISnTL2 直至新的平衡。此過程中， 時， 電源提供的功率自動增加。2 I1 I第59頁/共117頁例3（7-7）：三相異步電動機(jī)，額定功率PN=10kW，額定轉(zhuǎn)速nN=1450r/min，啟動能力Tst/TN=1.2，過載系數(shù)=1.8。)/()(9550分轉(zhuǎn)千瓦NNNnPT（牛頓米）（1）額定轉(zhuǎn)矩TN米牛頓9 .651450109550（2）啟動轉(zhuǎn)矩Tst792.1NstTT（3）最大轉(zhuǎn)矩Tm6 .1189 .658 . 1Nm

27、TT#（4）用Y 方法起動時的Tst3.263/793/)()(stYstTT第60頁/共117頁2人為機(jī)械特性 由上述分析可知：異步電動機(jī)的機(jī)械特性與電動機(jī)的參數(shù)有關(guān)，也與外加電源電壓、電源頻率有關(guān)，將關(guān)系式中的參數(shù)人為地加以改變而獲得的特性稱為異步電動機(jī)的人為機(jī)械特性。 改變定子電壓U、定子電源頻率f、定子電路串入電阻或電抗、轉(zhuǎn)子電路串入電阻或電抗等，都可得到異步電動機(jī)的人為機(jī)械特性。第61頁/共117頁1U21220222)(UsXRsRKT 人為機(jī)械特性（機(jī)械特性和電路參數(shù)的關(guān)系）21UT 1. 和電壓的關(guān)系0Tn0) 0(nnsSTTTUmax1結(jié)論： 電壓下降導(dǎo)致電機(jī)過載能力和啟動

28、轉(zhuǎn)矩降低n0和Sm不變202XRsm第62頁/共117頁 （1）降低電動機(jī)電源電壓時的人為特性 Nmax2202222st202max0m0202m0260TTXRURKTXUKTnnnXRSpfn 0n不變mS不變maxT隨著電壓的減小而大大地減小stT隨著電壓的減小而大大地減小 改變電源電壓時的人為特性如圖所示： 如當(dāng)定子繞組外加電壓為UN、0.8UN、0.5UN時，轉(zhuǎn)子輸出最大轉(zhuǎn)矩分別為Ta=Tmax、 Ta=0.64Tmax和Ta=0.25Tmax ?？梢姡妷河?，人為特性曲線愈往左移。 第63頁/共117頁 由于異步電動機(jī)對電網(wǎng)電壓的波動非常敏感，運行時，如電壓降低太多，會大大降低

29、它的過載能力與啟動轉(zhuǎn)矩，甚至使電動機(jī)發(fā)生帶不動負(fù)載或者根本不能啟動的現(xiàn)象。NN22NNmmax98. 07 . 02TTUUTT 例如，電動機(jī)運行在額定負(fù)載 TN 下，即使 m=2 ，若電網(wǎng)電壓下降到 70%UN ，則由于這時 此外，電網(wǎng)電壓下降 ，在負(fù)載不變的條件下，將使電動機(jī)轉(zhuǎn)速下降，轉(zhuǎn)差率S 增大，電流增加，引起電動機(jī)發(fā)熱甚至燒壞。電動機(jī)也會停轉(zhuǎn)第64頁/共117頁 fKfXTTXRURKTXUKTnnnXRSpfn1,26020Nmax2202222st202max0m0202m0注意到：注意到： 一般變頻調(diào)速采用恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，即希望最大轉(zhuǎn)矩保持為恒值，為此在改變頻率的同時，電源電壓也要

30、作相應(yīng)的變化，使 U/f =C ，這在實質(zhì)上是使電動機(jī)氣隙磁通保持不變。 fn 0fS/1m fT/1st 不不變變maxT 因此，改變電源頻率的機(jī)械特性2.改變定子電源頻率時的人為特性第65頁/共117頁1. 保持U1/f1不變,即保持1常數(shù)2. Tmax，nm與頻率無關(guān)，機(jī)械特性平行，硬度相同，類似于直流電動機(jī)的降壓調(diào)速，屬于調(diào)速。第66頁/共117頁3. 定子電路接入電阻或電抗時的人為特性隨著轉(zhuǎn)速的上升和啟動電流的減小，在電阻和電抗上的壓降減小，而加到定子繞組上的端電壓增大第67頁/共117頁 4. 和轉(zhuǎn)子電阻的關(guān)系22RR 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)

31、外接電阻不同。 2 R2Rmsms0TnstTstT mmssststTT結(jié)論：21220222)(UsXRsRKT0ST令：得：202XRSm202XRsmSm隨電阻的增加而增加, Tmax不變機(jī)械特性變軟第68頁/共117頁 在三相線繞式異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子電路中串入電阻后轉(zhuǎn)子電路中的電阻為2r2RR Nmax2202222st202max0m0202m0260TTXRURKTXUKTnnnXRSpfn 0n不變maxT不變mS隨著串接電阻的增加而增大， 此時的人為特性將是一根比固有特性較軟的一條曲線，如圖所示。 第69頁/共117頁機(jī)械特性的軟硬 硬特性：負(fù)載變化時，轉(zhuǎn)速變化不大，運行特性好

32、。軟特性：負(fù)載增加轉(zhuǎn)速下降較快，但起動轉(zhuǎn)矩大，起 動特性好。 硬特性 （R2?。┸浱匦裕≧2大）0Tn 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)。第70頁/共117頁2 R2R1ms0TnstT2 R) 1 ()(S第71頁/共117頁 5.4 三相異步機(jī)的啟動特性電動機(jī)的啟動要求：1. 足夠大的啟動轉(zhuǎn)矩，保證生產(chǎn)機(jī)械正常啟動；2. 滿足啟動轉(zhuǎn)矩要求下，啟動電流越小越好； 1 和 2 是衡量電動機(jī)啟動性能的的主要技術(shù)指標(biāo)3. 啟動平滑；4. 啟動設(shè)備安全可靠，力求結(jié)構(gòu)簡單，操作方便5. 啟動過程中損耗越少越好。第72頁/共117頁啟動電流 ：stI中小型鼠籠式

33、電機(jī)啟動電流為額定電流的5 7 倍。0n定子電流 原因：起動時 ，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條切割磁力線速度很大。轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢轉(zhuǎn)子電流第73頁/共117頁大電流使電網(wǎng)電壓降低 影響其他負(fù)載工作頻繁起動時造成熱量積累 電機(jī)過熱影響：但是啟動時 S1，轉(zhuǎn)子功率因數(shù)很低，所以啟動轉(zhuǎn)矩卻不大一般NstTT)5.18.0(第74頁/共117頁（1） 直接起動（全壓啟動） 二三十千瓦以下的異步電動機(jī)一般采用直接起動。（2） 降壓起動Y 起動自耦降壓起動定子串電阻或電抗器降壓啟動延邊三角形啟動第75頁/共117頁 電動機(jī)容量相對于電網(wǎng)容量很小時，可以直接起動 如果生產(chǎn)機(jī)械對轉(zhuǎn)矩要求不大，則只考慮限制電流； 如生產(chǎn)機(jī)械對轉(zhuǎn)矩要求

34、較高，則既要限制電流，又要保證需要的轉(zhuǎn)矩。第76頁/共117頁1.1.直接起動（全壓啟動）直接起動（全壓啟動） 利用閘刀或者接觸器把電動機(jī)直接接到具有利用閘刀或者接觸器把電動機(jī)直接接到具有額定電壓的電源上。額定電壓的電源上。第77頁/共117頁1. 設(shè)備和操作簡單，在電網(wǎng)容量相對較大的情況下采用。 2. 頻繁起動電動機(jī)： 電動機(jī)容量/供電變壓器容量20%允許直接起動；3. 不頻繁起動電動機(jī)：電動機(jī)容量/供電變壓器容量30%允許直接起動； 4.如果沒有獨立的供電變壓器，則限制電網(wǎng)電壓降不能超過5%，經(jīng)驗公式 電動機(jī)功率電源總?cè)萘款~定電流啟動電流443stNII第78頁/共117頁2. 2. 定子

35、串電阻或電抗器降壓啟動若電源供電變壓器的容量不夠大時，就采取降壓起動。由于轉(zhuǎn)矩也隨著電壓下降而平方地下降，所以這種方法適合于對轉(zhuǎn)矩要求不高的場合。第79頁/共117頁 在定子繞組的電路中串入一個三相電阻器或者電抗器來分擔(dān)一部分電源電壓，使得電機(jī)繞組的實際電壓降低，達(dá)到降低啟動電流的目的。 串電阻器起動時，要消耗較大的功率；串電抗器起動時，當(dāng)K2短接起動電抗器時換產(chǎn)生較大的短路電流，所以串電抗適合于起動轉(zhuǎn)矩要求不大且起動不頻繁的場合。 第80頁/共117頁3. Y 降壓起動： 正常運行l(wèi)UAZBYXClI 起動ABCXYZlUlYIZUIllY33ZUIll設(shè)：電機(jī)每相阻抗為z31llYII第8

36、1頁/共117頁（a ）直接啟動ZUIINS33NUU 1第82頁/共117頁31333IIIIIIYSS （b）起動YSII3311NUUUZUZUIINYS31Y第83頁/共117頁AZBYXC正常運行UPABCXYZ啟動UPStstYTT31PPUU31（2）Y 起動應(yīng)注意的問題：（1）僅適用于正常接法為三角形接法的電機(jī)。 所以降壓起動適合于空載或輕載起動的場合)(2UTSTY 起動也時ststTI,。第84頁/共117頁例4:三相異步電動機(jī)，電源電壓 =380V，三相定子繞組接法運行，額定電流IN=20A，啟動電流Ist/IN=7，求： （1）接法時的啟動電流Ist （2）若啟動時改為

37、Y接法，求 Ist Y（1）Ist =7 IN =720=140A解：（2）31llYIIIst Y = Ist /3=140/3=47A第85頁/共117頁4 . 自耦變壓器 降壓起動：KNNIIKNNUU112212121ABP1u2u1i2iLR1N2N原繞組匝數(shù)為 ，副線圈繞組匝數(shù)為 ， 2NstIKKII221從電網(wǎng)吸收的電流為直接啟動時的電流的 K2 倍12KUU 啟動時加在電機(jī)定子繞組的電壓為全壓啟動時的K倍啟動轉(zhuǎn)矩為全壓啟動時的K2 倍1N第86頁/共117頁實際應(yīng)用的自耦變壓器需要設(shè)計為多抽頭式的，按一定比例設(shè)計。例如QJ2和QJ3系列自耦變壓器都設(shè)計為三抽頭。對于QJ2型，

38、抽頭的匝數(shù)比分別為55%、64%、73%（出廠時接到73%抽頭上）；對于QJ3型，抽頭得匝數(shù)比分別為41%、60%、80%（出廠時接在60%抽頭上）。由于抽頭可供選擇，自耦變壓器降壓起動在較大容量的鼠籠式異步電動機(jī)上廣泛應(yīng)用。第87頁/共117頁5 . 延邊三角形啟動采用延邊三角形起動的電動機(jī)，其繞組接法必須專門設(shè)計，設(shè)計比較復(fù)雜，其定子繞組的抽頭比分別為1：1， 2：1， 5：3等，可根據(jù)用戶要求選用，但目前還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)系列產(chǎn)品。因為，延邊三角形起動的電動機(jī)制成后，抽頭不能隨意變動，從而限制了延邊三角形起動方法的應(yīng)用。 第88頁/共117頁線繞式異步電機(jī)的啟動方法 對于重載和頻繁起動的生

39、產(chǎn)機(jī)械，三相鼠籠式異步電動機(jī)難以滿足要求時，才選用三相繞線式異步電動機(jī)。因為，繞線式異步電動機(jī)與鼠籠式異步電動機(jī)相比較，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，控制維護(hù)較困難，制造成本較高，價格較貴 啟動方法:在轉(zhuǎn)子電路串接電阻逐級切除電阻法頻敏變阻器啟動法1. 逐級切除電阻法第89頁/共117頁1. 逐級切除電阻法第90頁/共117頁(1)1C閉合，2C,3C,4C斷開，額定電壓，串入電阻（R+R+R）,起動點在3的a點，起動轉(zhuǎn)矩T2TM; (2)轉(zhuǎn)速上升到b時，T=T1,閉合2C，切除電阻R，則工作點從3的b跳到2的c,T=T2 (3)轉(zhuǎn)速上升到d時，T=T1,閉合3C，切除電阻R，則工作點從2的d跳到1的e,T=T

40、2 (4)轉(zhuǎn)速上升到f時，T=T1,閉合4C，切除電阻R，則工作點從1的f跳到0的g,T=T2 (5)轉(zhuǎn)速繼續(xù)上升經(jīng)h到達(dá)穩(wěn)定運行點j。第91頁/共117頁2 . 頻敏變阻器啟動法頻敏變阻器是一個三相鐵芯線圈，它的鐵芯由實芯鐵板或鋼板疊成，板的厚度為3050mm時，稱為板式鐵芯結(jié)構(gòu)；它的鐵芯由厚壁鋼板制成的鐵芯發(fā)和上下層厚鋼板制成的鐵軛組成時，稱為發(fā)式鐵芯結(jié)構(gòu)。第92頁/共117頁轉(zhuǎn)子回路串頻敏變阻器起動過程是隨著轉(zhuǎn)子回路頻率 的降低，頻敏變阻器的阻抗 自動減小的過程，從而起動過程中，既限制了啟動電流，又得到較大的起動轉(zhuǎn)矩。 12sff ppPjxrz第93頁/共117頁5.5 三相異步電動機(jī)

41、的調(diào)速特性pfsnsn11601111nnns3. 改變電源頻率 (變頻調(diào)速) 無級調(diào)速1. 改變極對數(shù) 有級調(diào)速。p2. 改變轉(zhuǎn)差率 s無級調(diào)速調(diào)速方法：1f第94頁/共117頁變頻電源 可變Uf ,Hz50 此種調(diào)速方法發(fā)展很快，且調(diào)速性能較好。其主要環(huán)節(jié)是研制變頻電源（常由整流器、逆變器等組成）。pfsnsn116011第95頁/共117頁制動方法： 1. 抱閘：加機(jī)械抱閘5.6 三相異步電動機(jī)的制動特性反接制動時，定子旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子的相對轉(zhuǎn)速很大。為限制電流，在制動時要在定子或轉(zhuǎn)子中串電阻。即切割磁力線的速度很大，造成 ，引起 。2I1I注意：4. 能耗制動2. 反饋制動 3. 反接制

42、動 第96頁/共117頁 令電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速超過旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速，便 會產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩。nFno兩種情況：1）負(fù)載轉(zhuǎn)矩為位能性轉(zhuǎn)矩的起重機(jī)械在下放重物時的反饋制動運行狀態(tài)，重物快速下降0nn2）另一種是電動機(jī)在變極調(diào)速或者變頻調(diào)速過程中，極對數(shù)突然增多或者供電頻率突然降低，而導(dǎo)致同步轉(zhuǎn)速突然降低第97頁/共117頁1）電源反接制動停車時，將電動機(jī)接電源的意兩相反接，使電動機(jī)由原來的旋轉(zhuǎn)方向反過來，以達(dá) 制動的目的； 反接制動時，定子旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子的相對轉(zhuǎn)速很大。為限制電流，在制動時要在定子或轉(zhuǎn)子中串電阻。即切割磁力線的速度很大，造成 ，引起 。2I1I注意：2）倒拉制動出現(xiàn)在位能負(fù)載轉(zhuǎn)矩超過電磁

43、轉(zhuǎn)矩的時候分析見書 p80第98頁/共117頁a 反接制動對于準(zhǔn)確停車?yán)щy b 反饋制動比較經(jīng)濟(jì)，但是只能在高于同步轉(zhuǎn)速時用能耗制動：停車時，斷開交流電源，接至低壓直流 電源上，直流電流在定子繞組產(chǎn)生恒定磁場，此磁場與轉(zhuǎn)子中電流作用產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩；M3+-運行制動nF轉(zhuǎn)子第99頁/共117頁單相異步電動機(jī)的工作原理結(jié)構(gòu)：定子放單相繞組（其中通單相交流電）； 轉(zhuǎn)子一般用鼠籠式。定子轉(zhuǎn)子定子繞組定子中通入單相交流電后，形成脈動磁場。其磁感應(yīng)強(qiáng)度按正弦分布，且隨時間按正弦變化。第100頁/共117頁 定子繞組產(chǎn)生的脈動磁場（），可用正、反兩個旋轉(zhuǎn)磁場合成而等效。即：- + -= + -= mtm第10

44、1頁/共117頁脈動磁場的分解- + + - 第102頁/共117頁單相異步電動機(jī)的特點：自身沒有起動轉(zhuǎn)矩.F轉(zhuǎn)子導(dǎo)條及電流 當(dāng)定子繞組產(chǎn)生的合成磁場增加時，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，所以沒有起動轉(zhuǎn)矩。第103頁/共117頁02s121ss1T2T合成轉(zhuǎn)矩s起動轉(zhuǎn)矩為零。01s22s21s（正向）（反向）正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)反第104頁/共117頁1、電容分相式起動單相異步電動機(jī)的啟動方法KDU1I2ICWSTW: 主繞組ST：起動繞組K：離心開關(guān)起動時開關(guān)K閉合，使兩繞組電流 相位差約為90，從而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，電機(jī)轉(zhuǎn)起來；轉(zhuǎn)動正常以后離心開關(guān)被甩開，起動繞組被切斷。21II、工作原理第105頁/共117頁2、罩極式單相電機(jī)定子磁極轉(zhuǎn)子短路環(huán) 定子通入電流以后，部分磁通穿過短路環(huán)，并在其中產(chǎn)生感應(yīng)電流。短路環(huán)中的電流阻礙磁通的變化，致使有短路環(huán)部分和沒有短路環(huán)部分產(chǎn)生的磁通有了相位差，從而形成旋轉(zhuǎn)磁場，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)起來。 圖中電機(jī)的轉(zhuǎn)動方向：瞬時