發(fā)電機與電動機

1、1) 了解三相異步電動機的基本結構、工作原理。2）了解三相異步電動機的機械特性，掌握起動、調速、反轉和制動。3）了解車用交流發(fā)電機。4）了解直流電機的基本結構和工作原理。5）了解直流并勵、他勵、串勵電動機的機械特性及其應用。6）了解直流電動機的起動、反轉和調速。實現(xiàn)電能與機械能相互轉換的電工設備總稱為電機。機械能電能發(fā)電機電動機直流電動機的最大特點優(yōu)良的調速性能起動轉矩也比較大生產(chǎn)成本較高需要使用直流電源維護要求較高應用：軋鋼機、龍門刨床等主傳動機構某些電力牽引和起重設備電車及電力機車 異步電動機構造簡單、價格便宜、工作可靠、使用維護方便應用：應用：金屬切削機床、起重機、傳送帶、功率不大的水泵

2、、通風機在全國電動機總容量中有85以上是三相異步電動機。籠型電機的各部件0.5mm厚機座：鑄鐵或鋼板焊接機座：鑄鐵或鋼板焊接支撐鐵心和固定電機支撐鐵心和固定電機裝有三相繞組的定子定子繞組定子繞組接線盒接線盒。通常。通常聯(lián)結聯(lián)結電機容量電機容量Y3kW 聯(lián)聯(lián)結結電電機機容容量量 kW4XAZBYCAXZXYBCACBZY籠型籠型 轉子轉子: 在旋轉磁場作用下，在旋轉磁場作用下，產(chǎn)生感應電動勢或電流產(chǎn)生感應電動勢或電流,產(chǎn)生旋轉力矩轉軸轉子鐵心轉子繞組0.5mm的硅鋼片疊壓籠型轉子籠型轉子(1)籠型轉子籠型轉子 鐵芯槽內放銅條，端鐵芯槽內放銅條，端 部用短路環(huán)形成一體。部用短路環(huán)形成一體。 或鑄鋁

3、形成轉子繞組?；蜩T鋁形成轉子繞組。(2) 繞線式轉子繞線式轉子三相轉子繞組通常連接成星形，即三個末端連在一起，三個首端分別與轉軸上的三個滑環(huán)（滑環(huán)與軸絕緣且滑環(huán)間相互絕緣）相連，通過滑環(huán)和電刷接到外部的變阻器上，以便改善電機的起動和調速性能。繞線式轉子繞組與外接變阻器的連接CiAXCZBYAiBiiCiAiBitmIo4.2.1旋轉磁場的產(chǎn)生iCiAiBitmIo0n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。 AYCBZX()電流出電流出( )電流入電流入三相對稱交流繞組通入三相對稱交流電流時，將在電機氣隙空間產(chǎn)生

4、旋轉磁場；（動畫1，動畫2）CiBiAii tAXYCBZAXYCBZAXYCBZNS0 t 60t 0n60 90t 600mIoSNSNAAXZBCYAAXZBCY分析可知：三相電流產(chǎn)生的合成磁場是一旋轉的磁場分析可知：三相電流產(chǎn)生的合成磁場是一旋轉的磁場 即：即：1、0t 60t 任意調換兩根電源進線任意調換兩根電源進線NSNSBiAXBYCZAiCiCYABCXYZAXBZAiBiCiX A AXBYB Y CC ZZ 極對數(shù)極對數(shù)2p動畫動畫旋轉磁場的磁極對數(shù)旋轉磁場的磁極對數(shù)與三相繞組的排列有關與三相繞組的排列有關CYABCXYZAXBZAiBiCiAX XNSZ CZBYB Y

5、A C SNBiCiAiimIt 01160 (/nf轉 分 ）工頻：工頻：Hz501 f13000 (/n 轉 分 ）p=1時時0mICiBiAi tiomINSAXYCBZNSAXYCBZNSAXYCBZNSX NSA X ABZCYZ C Y B SN0t 60tp=2時時BiCiAiit mI011601500 (/2fn 轉 分）1n30AX XZ CZBYB Y A C NSNS1160 (/)fnp轉 分2p180分）轉/( 50011p360分）轉/( 0003極對數(shù)極對數(shù)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)f(Hz501 3p120分

6、）轉/( 00014p分分）轉轉/( 75090旋轉磁場轉速旋轉磁場轉速 與頻率與頻率f1和極對數(shù)和極對數(shù)p有關。有關。AXYCBZ1160 (/fnp轉 分）BlvBliFnF1nNS1nn如果如果:1nn%s)91( 轉子轉速亦可由轉差率求得轉子轉速亦可由轉差率求得1(1)nns11100%nnsn 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。試求電動機的極對數(shù)和額定負載下的轉差率。極對數(shù)和額定負載下的轉差率。解：解：根據(jù)異步電動機轉子轉速與旋轉磁場同步轉根據(jù)異步電動機轉子

7、轉速與旋轉磁場同步轉速的關系可知：速的關系可知：n1=1000 r/min , 111000975100%100%2.5%1000nnns 磁極數(shù)磁極數(shù)( 極對數(shù)極對數(shù) p = 2 )例如：例如： Y 132 M4 用以表明電動機的系列、幾何尺寸和極數(shù)。用以表明電動機的系列、幾何尺寸和極數(shù)。機座長度代號機座長度代號機座中心高（機座中心高（mm）三相異步電動機三相異步電動機例如：例如：380/220V、Y/ 是指線電壓為是指線電壓為 380V 時時 采用采用 Y聯(lián)結聯(lián)結；線電壓為；線電壓為 220V 時采用時采用 聯(lián)結聯(lián)結。電動機在額定運行時定子繞組的電動機在額定運行時定子繞組的 表示星形表示星

8、形聯(lián)結聯(lián)結下電機的線電流為下電機的線電流為 6.73A；三角形；三角形聯(lián)結聯(lián)結下線電下線電流為流為 11.64A。兩種接法下相電流均為。兩種接法下相電流均為 6.73A。12PP cos3NN1IUP 籠型電機籠型電機 =7293額定功率是指電機在額定運行時軸上輸出的機額定功率是指電機在額定運行時軸上輸出的機械功率械功率 P2，它不等于從電源吸取的電功率，它不等于從電源吸取的電功率 P1。PN 三相異步電動機的功率因數(shù)較低，在額定負載三相異步電動機的功率因數(shù)較低，在額定負載時約為時約為 0.7 0.9?？蛰d時功率因數(shù)很低，只有。空載時功率因數(shù)很低，只有 0.2 0.3。額定負載時，功率因數(shù)最高

9、。額定負載時，功率因數(shù)最高。 電機在額定電壓、額定負載下運行時的轉速。電機在額定電壓、額定負載下運行時的轉速。P2cos O 0N0Nnnns 額額定定轉轉差差率率22Tcos IKT 常數(shù)，與電常數(shù)，與電機結構有關機結構有關旋轉磁場旋轉磁場每極磁通每極磁通轉子電流轉子電流轉子電路的轉子電路的功率因數(shù)功率因數(shù)ilBF 22cos, , IT 21220222)(UsXRsRKT 22 cos IKTT 21220222)(UsXRsRKT 21UmaxTmSNSOTS曲曲線線)(sfT 曲曲線線)(Tfn 根據(jù)轉矩公式根據(jù)轉矩公式22022212)(sXRUsRKT 得特性曲線：得特性曲線：N

10、nmaxTstTOnTNT0n動畫動畫stT1NT動畫動畫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nPnPT9550602 m.N7 .4914405 .795509550NNN nPT21220222UsXRsRKT)(2021max2XUKT 0dd ST令：令：求得求得202mXRss 臨界轉差率臨界轉差率On0nTmax將將sm代入轉矩公式，可得代入轉矩公式，可得 max121m

11、ax, )1(TUUT2021max2 XUKT NmaxTT 一般三相異步電動機的過載系數(shù)為一般三相異步電動機的過載系數(shù)為2 .28 .1 12 II(2) sm與與 R2 有關，有關， R2 sm n 。繞線式電。繞線式電機改變轉子附加電阻機改變轉子附加電阻R 2 可實現(xiàn)調速。可實現(xiàn)調速。 22022212)(sXRUsRKT 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

12、轉子附加電阻 R 2 , 可使可使Tst =Tmax 。體現(xiàn)了電動機帶體現(xiàn)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T2 sT2 TT =T2n T T 2達到新的平衡達到新的平衡T20nnTOn問題：問題：。 一般中小型鼠籠式電機起動電流為額定電流的一般中小型鼠籠式電機起動電流為額定電流的4 7 倍倍; 電動機的起動電動機的起動 7.5千瓦以下的異步電動機一般都采用直接起千瓦以下的異步電動機一般都采用直接起動。動。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轉子串電阻起動轉子串電阻起動以下介紹降壓起動和轉子串電阻起動。以下

13、介紹降壓起動和轉子串電阻起動。ZUIll3:Y 星形聯(lián)結時星形聯(lián)結時ZUIll3 三三角角形形聯(lián)聯(lián)結結時時：Z31Y llII31YlIZlU+U1U2V1V1W1W2 lIlU+ZU1U2V1V2W1W2lUU31P (a) 僅適用于正常運行為三角形聯(lián)結的電機。僅適用于正常運行為三角形聯(lián)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 UlU1W2V2W1+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 R2 Tst

14、 22022212stXRURKT 22RR stTTOn0nmaxT2R2R stT pfsnsn106011 f=50HzM3 +變頻調速方法變頻調速方法恒轉距調速（恒轉距調速（f1f1N）變頻調速方法可實現(xiàn)無級平滑調速變頻調速方法可實現(xiàn)無級平滑調速,調速性調速性能優(yōu)異，因而正獲得越來越廣泛的應用。能優(yōu)異，因而正獲得越來越廣泛的應用。A1X1A2X2iiP=2A1A2X1X2NNSSA1X1A2X2iiP=1 采用變極調速方法的電動機稱作雙速電機，采用變極調速方法的電動機稱作雙速電機，由于調速時其轉速呈跳躍性變化，因而只用在對由于調速時其轉速呈跳躍性變化，因而只用在對調速性能要求不高的場合

15、，如銑床、鏜床、磨床調速性能要求不高的場合，如銑床、鏜床、磨床等機床上。等機床上。A1A2X1X2SNTn0no22RR2R2R( 變轉差率調速是繞線式電動機特有的一種調變轉差率調速是繞線式電動機特有的一種調速方法。其優(yōu)點是調速平滑、設備簡單投資少，速方法。其優(yōu)點是調速平滑、設備簡單投資少，缺點是能耗較大。這種調速方式廣泛應用于各種缺點是能耗較大。這種調速方式廣泛應用于各種提升、起重設備中。提升、起重設備中。nnTLTLs sTs2R2RoM3M3制動方法制動方法機械制動機械制動電氣制動電氣制動能耗制動能耗制動反接制動反接制動發(fā)電反饋制動發(fā)電反饋制動 在斷開三相電源的同時，給電動機其中兩相在斷

16、開三相電源的同時，給電動機其中兩相繞組通入直流電流，直流電流形成的固定磁場與繞組通入直流電流，直流電流形成的固定磁場與旋轉的轉子作用，產(chǎn)生了與轉子旋轉方向相反的旋轉的轉子作用，產(chǎn)生了與轉子旋轉方向相反的轉距（制動轉距），使轉子迅速停止轉動。轉距（制動轉距），使轉子迅速停止轉動。nF轉子轉子T n0=0 +-運轉運轉制動制動RP運轉運轉nFT n0 當電動機轉子的轉速大于旋轉磁場的轉速當電動機轉子的轉速大于旋轉磁場的轉速時，旋轉磁場產(chǎn)生的電磁轉距作用方向發(fā)生變時，旋轉磁場產(chǎn)生的電磁轉距作用方向發(fā)生變化，由驅動轉距變?yōu)橹苿愚D距。電動機進入制化，由驅動轉距變?yōu)橹苿愚D距。電動機進入制動狀態(tài)，同時將外力

17、作用于轉子的能量轉換成動狀態(tài)，同時將外力作用于轉子的能量轉換成電能回送給電網(wǎng)。電能回送給電網(wǎng)。nF轉子轉子T n0n n0定子定子轉子轉子鐵心、鐵心、繞組、繞組、換向器換向器作用是產(chǎn)生磁場和作電機的機械支撐產(chǎn)生感應電動勢實現(xiàn)能量轉換的關鍵部分。直流電機的主要結構：直流電機的主要結構： 直流電機按照勵磁方式可分為他勵電動機直流電機按照勵磁方式可分為他勵電動機、并勵電動機、串勵電動機和復勵電動機、并勵電動機、串勵電動機和復勵電動機UUfIaM+_+_IffR stRIaUM+_IffR stR+_IEUIa+_IfM復勵復勵U+_IMIa電機軸上輸出的機械功率。電機軸上輸出的機械功率。額定工作情況

18、下的電樞上加額定工作情況下的電樞上加 的直流電壓。（例：的直流電壓。（例：110V，220V，440V） 額定電壓下軸上輸出額定功額定電壓下軸上輸出額定功 率時的電流（并勵包括勵磁和電樞電流）。率時的電流（并勵包括勵磁和電樞電流）。 （ ：效率）：效率）額定轉速額定轉速nN: 在在PN , UN , IN 時的轉速。時的轉速。 直流電機的轉速一般在直流電機的轉速一般在500500r/min 以上。特以上。特 殊的直流電機轉速可以做到很低（如每分殊的直流電機轉速可以做到很低（如每分 鐘幾轉）或很高（每分鐘鐘幾轉）或很高（每分鐘30003000轉以上）。轉以上）。調速時對于沒有調速要求的電機，最大

19、轉速調速時對于沒有調速要求的電機，最大轉速 不能超過不能超過1.2nN 。 。IU+SbNacd 直流電從兩電刷之間通入電樞繞組，電樞電流直流電從兩電刷之間通入電樞繞組，電樞電流方向方向如圖所示。由于換向片和電源固定聯(lián)接，無論如圖所示。由于換向片和電源固定聯(lián)接，無論線圈怎樣轉動，總是線圈怎樣轉動，總是S極有效邊的電流方向向里極有效邊的電流方向向里, N極有效邊的電流方向向外。電動機電極有效邊的電流方向向外。電動機電樞樞繞組通電繞組通電后中受力后中受力(左手定則左手定則)按順時針方向旋轉按順時針方向旋轉。U+U+電刷電刷換向片換向片U+IFFTn換向器作用：換向器作用：將外部直流電將外部直流電轉

20、換成內部的轉換成內部的直流電，以保直流電，以保持轉矩方向不持轉矩方向不變。變。U+EETnSbNdFFacII換向片換向片電刷電刷Ce : 與電機結構有關的常數(shù)與電機結構有關的常數(shù)n: 電動機轉速電動機轉速 ：磁通磁通Ea=Ce nU+EETnSbNdFFacII換向片換向片電刷電刷aaaaaEUEI RKnI R RaIaE+UM20emTTT設外加電樞電壓設外加電樞電壓 U 一定，一定，T=T2 (平衡平衡)，此時，此時，若若T2突然增加，則調整過程為突然增加，則調整過程為達到新的平衡點達到新的平衡點(Ia 、 P入入 ) 。T2 n Ia Tem E aaaREUI aemTTC IEa

21、=Ce naaaUEI R由圖可求得由圖可求得aaaUEIRffRUI aafIIII 由上分析可知：由上分析可知： 當電源電壓當電源電壓U和勵磁回路的電阻和勵磁回路的電阻Rf一定時一定時, 勵勵磁電流磁電流If和磁通和磁通則則IaUM+_IffR stR+_IEnnn 0a2emTeRnTC C 0eUnC 令：令：a2emeTeRUnTC C C aaaaeTUEI RECCane em mT TI I由以下公式由以下公式IaUM+_IffR stR+_IE轉速降轉速降0:eUnC 理理想想空空載載轉轉速速式中：式中：n0nNTN改變電樞電壓和電樞回路串電阻可得人工特性曲線改變電樞電壓和電

22、樞回路串電阻可得人工特性曲線n0Ta02emeTeRUnTnnC C C a2emTeRnTC C 太大會使換向器產(chǎn)生嚴重的火花太大會使換向器產(chǎn)生嚴重的火花, ,燒壞換向器；燒壞換向器；NaaNast)2010(IRUI 1. 起動問題：起動問題：(1) 起動電流大起動電流大(2) 起動轉矩大起動轉矩大 起動轉矩為起動轉矩為(1020)TN , 造成機械沖擊，使傳造成機械沖擊，使傳動機構遭受損壞。動機構遭受損壞。tasIT NstaNast)5 . 25 . 1 (IRRUI 直流電動機在起動和工作時，勵磁電路一定要直流電動機在起動和工作時，勵磁電路一定要接通接通, ,不能讓它斷開不能讓它斷開

23、, ,而且起動時要滿勵磁。否則，而且起動時要滿勵磁。否則，磁路中只有很少的剩磁，可能產(chǎn)生事故：磁路中只有很少的剩磁，可能產(chǎn)生事故：aastNstRIUR (3)如果電機在空載運行，可能造成飛車，使電機遭如果電機在空載運行，可能造成飛車，使電機遭受嚴重的機械損傷，而且因電受嚴重的機械損傷，而且因電電流過大而將繞組電流過大而將繞組燒壞燒壞。（ Ea Ia Tem T0 n 飛車）飛車）電磁轉矩：電磁轉矩： 1 1）調速均勻平滑，可以無級調速。）調速均勻平滑，可以無級調速。 2 2）調速范圍大，調速比可達）調速范圍大，調速比可達200 以上以上, ,因此機械因此機械變速所用的齒輪箱可大大簡化。變速所

24、用的齒輪箱可大大簡化。由轉速公式由轉速公式:aaeUI RnC可見直流電機調速方法有三種?？梢娭绷麟姍C調速方法有三種。 保持電樞電壓保持電樞電壓U不變，改變勵磁電流不變，改變勵磁電流If (調調Rf)以以改變磁通改變磁通 。由式由式0n 0n0nTnO動畫動畫a2emeTeRUnTC C C (1)調速平滑，可得到無級調速；但只能向上調，受調速平滑，可得到無級調速；但只能向上調，受 機械本身強度所限，機械本身強度所限，n不能太高。不能太高。(2) 調速設備簡單，經(jīng)濟，電流小，便于控制。調速設備簡單，經(jīng)濟，電流小，便于控制。(3) 機械特性較硬，穩(wěn)定性較好。機械特性較硬，穩(wěn)定性較好。(4) 對專

25、門生產(chǎn)的調磁電動機對專門生產(chǎn)的調磁電動機, ,其調速幅度可達其調速幅度可達, 例如例如5302120 r/min及及3101 240 r/min 。(1) (2) n0n0Tcn0nT0a02emTeRUnTnCTCeC C )(a一定一定和和R(1)工作時電壓不允許超過工作時電壓不允許超過 ，而，而, 所以調速所以調速 只能向下調只能向下調。(2)機械特性較硬，并且電壓降低后硬度不變，穩(wěn)機械特性較硬，并且電壓降低后硬度不變，穩(wěn) 定性好。定性好。(3)均勻調節(jié)電樞電壓，可得到平滑無級調速。均勻調節(jié)電樞電壓，可得到平滑無級調速。(4)調速幅度較大。調速幅度較大。電樞串電樞串 電樞中串入電阻電樞中

26、串入電阻, ,使使 n 、 n0不變，即電機的特性曲線不變，即電機的特性曲線變陡變陡( (斜率變大斜率變大) )，在相同力，在相同力矩下矩下, ,n 。特性曲線如圖。特性曲線如圖。Rann0Ta02emeTeRRUnTnnC C C 特點：特點：(1) 設備簡單，操作方便。設備簡單，操作方便。(2)機械特性軟，穩(wěn)定性差。機械特性軟，穩(wěn)定性差。(3)能量損耗大，只用于小型直流機。能量損耗大，只用于小型直流機。Ra + R由直流電動機、單向傳動機構和操縱機構三大部分組成.直流電動機直流電動機是起動機的核心。其作用是產(chǎn)生發(fā)動機起動時所需的電磁轉矩。單向傳動機構單向傳動機構的作用是傳遞或切斷發(fā)動機與起動機之間的扭矩。4.5.4車用起動機1、車用起動機基本組成操縱機構操縱機構的作用是接通或切斷起動機與蓄電池之間的主電路。車用起動機的直流電動機主要由磁極、電樞、換向器等部件組成。一般采用串勵式直流電動機。一般的車用起動機的電動機有四個