(上課)第4章 交流電動機的工作原理及特性1

1、 在工業(yè)方面：中、小型軋鋼設備，機床、輕工機械、起重機在工業(yè)方面：中、小型軋鋼設備，機床、輕工機械、起重機 械，礦山機械等。械，礦山機械等。在農(nóng)業(yè)方面：脫粒機、粉碎機、排灌機械及加工機械。在農(nóng)業(yè)方面：脫粒機、粉碎機、排灌機械及加工機械。在家用電器方面：電風扇、空調機、洗衣機、電冰箱等。在家用電器方面：電風扇、空調機、洗衣機、電冰箱等。 交流電動機的作用是將交流電能轉換成機械能交流電動機的作用是將交流電能轉換成機械能, , 交流電動機分異步電動機和同步電動機兩大類。交流電動機分異步電動機和同步電動機兩大類。1. 按電機定子相數(shù)分：三相異步電動機、兩相異步電動機、按電機定子相數(shù)分：三相異步電動機、

2、兩相異步電動機、 單相異步電動機。單相異步電動機。2.按電機的轉子結構分：籠型異步電動機、繞線型異步電動機按電機的轉子結構分：籠型異步電動機、繞線型異步電動機.三相異三相異步電動機步電動機定子定子轉子轉子定子繞組定子繞組定子鐵心定子鐵心機座機座轉子繞組轉子繞組轉子鐵心轉子鐵心饒線式饒線式鼠籠式鼠籠式A、B、C三相繞組三相繞組A、B、C 三相繞組三相繞組電動機的外形電動機的外形三相異步電動機主要部件是由定子和轉子兩大部分組成。三相異步電動機主要部件是由定子和轉子兩大部分組成。此外，還有端蓋、機座、軸承、風扇等部件。此外，還有端蓋、機座、軸承、風扇等部件。這這是是三三相相異異步步電電動動機機的的基

3、基本本結結構構示示意意圖圖三相異步電動機主要部件是由定子和轉子兩大部分組成。三相異步電動機主要部件是由定子和轉子兩大部分組成。此外，還有端蓋、機座、軸承、風扇等部件。此外，還有端蓋、機座、軸承、風扇等部件。端蓋端蓋機座機座這這是是三三相相異異步步電電動動機機的的基基本本結結構構示示意意圖圖三相異步電動機主要部件是由定子和轉子兩大部分組成。三相異步電動機主要部件是由定子和轉子兩大部分組成。此外，還有端蓋、機座、軸承、風扇等部件。此外，還有端蓋、機座、軸承、風扇等部件。定子定子這這是是三三相相異異步步電電動動機機的的基基本本結結構構示示意意圖圖三相異步電動機主要部件是由定子和轉子兩大部分組成。三相

4、異步電動機主要部件是由定子和轉子兩大部分組成。此外，還有端蓋、機座、軸承、風扇等部件。此外，還有端蓋、機座、軸承、風扇等部件。定子定子轉子轉子軸承軸承端蓋端蓋機座機座這這是是三三相相異異步步電電動動機機的的基基本本結結構構示示意意圖圖三相異步電動機的定子是由機座、定子鐵心和定子繞三相異步電動機的定子是由機座、定子鐵心和定子繞 組組成。組組成。這是機座定子鐵心和定子繞組示意圖定子繞組定子繞組機座機座定子鐵心定子鐵心定子鐵心是由沖有槽孔的硅鋼片疊壓而成這是定子硅鋼片這是定子硅鋼片在定子槽孔中放置三相彼此獨立的繞組定子繞組定子繞組AZBXCYY接法接法AXBYCZA XB YC Z首端首端:A,B,

5、C末端末端:X,Y,Z 接法接法AXBYCZ轉子鐵心是由相互絕緣的硅鋼片疊壓而成。這這是是轉轉子子硅硅鋼鋼片片這這是是繞繞線線型型轉轉子子鐵鐵心心與與繞繞組組根據(jù)轉子繞組結構的不同又分為籠型轉子和繞線型轉子根據(jù)轉子繞組結構的不同又分為籠型轉子和繞線型轉子鼠籠型轉子的電機稱鼠籠式電動機鼠籠型轉子的電機稱鼠籠式電動機繞線型轉子的電機稱繞線式電動機繞線型轉子的電機稱繞線式電動機外接電阻外接電阻電刷電刷滑環(huán)滑環(huán)轉子鐵心轉子鐵心轉子繞組轉子繞組轉子三相繞組接成轉子三相繞組接成Y型型 鼠鼠籠型轉子是由嵌放在轉子鐵心槽內(nèi)的導電條組成，在籠型轉子是由嵌放在轉子鐵心槽內(nèi)的導電條組成，在轉子鐵心的兩端各用一個導電

6、端環(huán)把所有的導電條連接起來。轉子鐵心的兩端各用一個導電端環(huán)把所有的導電條連接起來。這這是是籠籠型型轉轉子子三相異步電動機的基本結構示意圖三相異步電動機的基本結構示意圖轉子轉子用手搖動手柄使磁極轉動，轉子跟著旋轉。搖得快，轉子用手搖動手柄使磁極轉動，轉子跟著旋轉。搖得快，轉子轉得快；搖得慢，轉子轉得慢。反搖時，轉子馬上反轉。轉得快；搖得慢，轉子轉得慢。反搖時，轉子馬上反轉。對稱三相電流流入對稱三相電流流入 對稱對稱三相繞組三相繞組：i 正方向規(guī)定正方向規(guī)定：首端首端 末端末端如：如： iA ：A X iA 0 X A iA 0iAiBiCiA=Imsin tiB=Imsin( t-120 )iC

7、=Imsin( t+120 )相序相序A-B-C-A ti0AXBYCZ空間相差空間相差120120 角的三相繞組角的三相繞組iAiBiC60iA 0iB 0iC = 00iA = 0iB 0iC 0電流的流入端用電流的流入端用 表示表示 電流的流出端用電流的流出端用 表示表示iAiiBiC120iA= 0iB 0iC 0 t當電流相序為當電流相序為 ：A-B-C-AA-B-C-A，旋轉磁場的方向為順時針方向，旋轉磁場的方向為順時針方向旋轉磁場的反轉旋轉磁場的反轉： 改變流入三相繞組的電流相序（即改變流入三相繞組的電流相序（即對調對調 定子繞組接至電源的三根導線中任意定子繞組接至電源的三根導線

8、中任意 兩根兩根）旋轉磁場的方向旋轉磁場的方向： 由由電流電流超前超前的線圈的線圈轉向轉向電流電流滯后滯后的線圈的線圈空間相差空間相差120120 角的三相繞組，通入對稱三相電流，當電流角的三相繞組，通入對稱三相電流，當電流隨時間交變時，產(chǎn)生的兩極磁場在空間旋轉。隨時間交變時，產(chǎn)生的兩極磁場在空間旋轉。 定子旋轉磁場定子旋轉磁場結論：改變流入三相繞組的電流相序改變流入三相繞組的電流相序, ,就能改變旋轉就能改變旋轉磁場的轉向磁場的轉向; ;相序相序A-B -C -A相序相序A-C-B-AiAiBiCABYCZXAXCZBY t = 0AZBX CXCYAZBYSNAZBXCYNS0（P = 1

9、P = 1）（P = 2P = 2）iAiBiCAXBYCZ12060N0SiA = 0iB 0iC 0600 t =6 0NSAZBXCXCYAZBY30SN0 tiiAiBiC0iAiBiCABYCZXAXCZBY t = 0AZBXCNSXCYAZBY0SNiA 0iB 0iC = 0結論結論：當定子每相中有當定子每相中有 n n個線圈串聯(lián)個線圈串聯(lián), , 且每相繞組始端且每相繞組始端在空間相差在空間相差120120/n /n 時時, , 通入對稱三相交流電后通入對稱三相交流電后, , 產(chǎn)生產(chǎn)生一個一個2n2n極旋轉磁場。極旋轉磁場。 （P = nP = n）pn0 = 60 f1電源的

10、頻率電源的頻率 磁極對數(shù)磁極對數(shù)P=1 n0 =3000 r/min P=2 n0 =1500 r/min P=3 n0 =1000 r/min P=4 n0 =750 r/min 是定子旋轉磁場和轉子電流的相互作用的結果是定子旋轉磁場和轉子電流的相互作用的結果-基于電磁感應定律和電磁力定律基于電磁感應定律和電磁力定律n0S = n0nn = (1S) n00 T TL L, , 能起動，能起動， T Tstst T T TL L, , 電動機才能正常工作，否則電動機才能正常工作，否則 電動機將停轉，造成電動機將停轉，造成嚴重過載嚴重過載。鼠籠式電動機鼠籠式電動機： m= = 2.0 2.5繞

11、線式電動機繞線式電動機： m= = 2.5 3.0 當當X20不變時不變時, ,臨界轉差率臨界轉差率Sm隨隨R2增大而增加增大而增加。c. Sm=R2 /X20a. Tmax U2b. Tmax與與 R2無關無關，Sm與與 U無關無關，U TmaxT = K _SR2U 2R22 +(SX20)2工程上采用規(guī)格化轉矩工程上采用規(guī)格化轉矩轉差率特性求得轉差率特性求得T-不易得到不易得到T = 2Tmax+ SSmSSm 降低電源電壓降低電源電壓U a. n n0 0不變不變Tmax n0TnmsSmn n0 0Tst Ts tTmaxb. （）U1Tmax2UNTmax=（）U1Tst2UNTs

12、t=c. 特性變軟特性變軟 Tmax U2，Tst U2， Sm與與 U無關無關4943536361 f1 fN f1 改變電源頻率改變電源頻率f（=f1） fN n0TTmaxTstsn n0 0SmTs tn n0 0Sma. n n0 0 ， Sm U =常數(shù)常數(shù)fd. 不變不變pn0 = 60 f1R2Sm= X20b. Tmax不變不變Tmax= K U22X20c. Tst K R2UX2022Tst以保證以保證 不變，從而不變，從而保證保證 T Tmaxmax不變不變U=4.44 f1N1 在調整電源頻率在調整電源頻率 f f 時時, , 應同時調整電應同時調整電源電壓源電壓 U

13、 U U Uf f保持：保持：= = 常數(shù)常數(shù)注意注意 ：Tmax= K U22X20 定子回路串入電阻定子回路串入電阻R1sTmax n0TnmsSmn n0 0Tst + Ts tTmaxi1R1uNu1R1s串入電阻串入電阻R R1s1s，將使定子每，將使定子每相繞組上的電壓相繞組上的電壓U U1 1降低，降低，類似于類似于降低電源電壓降低電源電壓U U的情況的情況49 轉子回路串入電阻轉子回路串入電阻R2s R2n0TTmaxTstsn n0 0Sme2i2R2s R2 +R2s Ts tSmpn0 = 60 f1R2+R2sSm= X20Tmax= K U22X20 K （R2+R2

14、s ）U 2X202Tst4365 a. n n0 0不變不變， Sm d. b. Tmax不變不變c. Tst R2n0TTmaxTstsn n0 0Sm R2 +R2s Ts tSm啟動初始瞬間，啟動初始瞬間，n=0，S=11. 起動電流起動電流Ist大，大，Ist= （57） IN。v 過大的起動電流在短時間內(nèi)會在線路上造成較大的過大的起動電流在短時間內(nèi)會在線路上造成較大的電壓降落，影響鄰近負載的正常工作。電壓降落，影響鄰近負載的正常工作。2. 起動轉矩起動轉矩Tst不大不大 -Tst = （0.81.5）TNv 頻繁起動會使電動機過熱。頻繁起動會使電動機過熱。v雖然剛起動時轉子電流較大

15、，但轉子的功率因數(shù)很低雖然剛起動時轉子電流較大，但轉子的功率因數(shù)很低, , 不能滿載不能滿載起動起動。1. 足夠大的足夠大的Tst （Tst TL ）2. 較小的較小的 IstL1 L2 L3 優(yōu)點：優(yōu)點：簡單、方便、經(jīng)濟、起動過程快，適用于中小型簡單、方便、經(jīng)濟、起動過程快，適用于中小型籠型異步電動機籠型異步電動機適用于：適用于：Ist IN3 +414 電源總容量電源總容量電動機功率電動機功率U1 = U啟動時把電動機的定子繞組直接接入電網(wǎng)啟動時把電動機的定子繞組直接接入電網(wǎng)特點：特點： 起動轉矩??；起動電流大，比額定值大起動轉矩??；起動電流大，比額定值大5757倍倍 啟動時降低電動機定子

16、繞組的相電壓，待電動機轉速啟動時降低電動機定子繞組的相電壓，待電動機轉速接近穩(wěn)定轉速時，再把電壓恢復正常接近穩(wěn)定轉速時，再把電壓恢復正常。FUW2U1U2V1V2W1Q1轉子轉子定子定子繞組繞組 Q2YU1U2V1W1V2W2W1V1U1U2V2W2啟動時接成星型啟動時接成星型啟動完畢接成三角形啟動完畢接成三角形 特點：特點：1. 起動電流和起動轉矩都降低到直起動電流和起動轉矩都降低到直 接起動時的三分之一接起動時的三分之一2. 2. 只適用于正常運行時為只適用于正常運行時為 接法的接法的 電動機電動機3. 3. 空載或輕載啟動空載或輕載啟動IstYUlUPIpZIstUlUPIPZIstY

17、= Ist31TstY = Tst31啟動器啟動器49 Ist =(0.55)2 Ist自耦變壓器抽頭有自耦變壓器抽頭有 0.55, 0.64, 0.73 等等Ist= (0.55) Ist 則變壓器副方電流則變壓器副方電流而變壓器原方電流而變壓器原方電流電動機起動轉矩電動機起動轉矩Tst =(0.55)2 Tst變壓器變比變壓器變比K為為 = 0.55N2N1自耦變壓器自耦變壓器電動機起動電流電動機起動電流I Istst和起動轉矩和起動轉矩T Tstst均為直接起動的均為直接起動的K K2 2。啟動時，開關啟動時，開關1KM打開，打開，串入串入Rst（Xst）降壓啟動。）降壓啟動。當電動機的

18、轉速接近穩(wěn)當電動機的轉速接近穩(wěn)定值時定值時, 再將開關再將開關 1KM合合上上,切除切除Rst（Xst）。）。 起動轉矩起動轉矩T Tstst 。 2. RstRst消耗功率。消耗功率。 3.3.用于不經(jīng)常啟動且空載或輕載的場合。用于不經(jīng)常啟動且空載或輕載的場合。Xst每相繞組有兩個線圈每相繞組有兩個線圈, 將三相繞組中一個線將三相繞組中一個線圈接為圈接為 Y 形形 , 另一個另一個線圈接為線圈接為 形形 , 電動電動機起動電流機起動電流ABCIsty Ist f1U =常數(shù)常數(shù)fna調速前：穩(wěn)定運行在調速前：穩(wěn)定運行在a a點點af=fN，n =nanbb調速后：穩(wěn)定運行在調速后：穩(wěn)定運行在

19、b b點點f=f1，n =nbT TL L 特點特點：（1 1）調速范圍大。調速范圍大。 （2 2）實現(xiàn)無級實現(xiàn)無級調速。調速。 （3 3）T Tmaxmax不變，不變， 不變不變 （4 4）當轉子的轉速當轉子的轉速n n超過旋轉磁場的轉速超過旋轉磁場的轉速n no o時，這時的轉時，這時的轉矩是制動轉矩。電動機進入反饋制動狀態(tài)。矩是制動轉矩。電動機進入反饋制動狀態(tài)。fffE E2(I2)n0Tn0電動狀態(tài)電動狀態(tài)反饋制動反饋制動nT反饋制動反饋制動電動狀態(tài)電動狀態(tài)n0Tn01電動電動狀態(tài)狀態(tài)反饋制動反饋制動abcnancTLTLfNf1將三相中的任意兩相對調，將三相中的任意兩相對調，產(chǎn)生制動

20、轉矩，使產(chǎn)生制動轉矩，使M停機。停機。旋轉磁場與轉子的相對轉速旋轉磁場與轉子的相對轉速為為 (n0+n) I2 I1必須在籠型電動機的定子或必須在籠型電動機的定子或繞線式電動機的轉子中串入繞線式電動機的轉子中串入電阻電阻R，以防止燒壞繞組。，以防止燒壞繞組。fEf方法簡單，制動效果好。方法簡單，制動效果好。能量消耗大。能量消耗大。E2(I2)n0Tn0電動狀態(tài)電動狀態(tài)反接制動反接制動斷開電源，否則斷開電源，否則電機將反轉電機將反轉制動時將定子繞組從三制動時將定子繞組從三相電源斷開，然后接入相電源斷開，然后接入低壓直流電源。產(chǎn)生固低壓直流電源。產(chǎn)生固定磁場定磁場, 旋轉的轉子導旋轉的轉子導條內(nèi)產(chǎn)

21、生條內(nèi)產(chǎn)生e2及及i2 ，i2與固與固定磁場相互作用，產(chǎn)生定磁場相互作用，產(chǎn)生與與n相反的電磁轉矩相反的電磁轉矩-制動制動轉矩，使轉矩，使n減速。減速。當當 n0,0, i20,0,T0 0 制動制動: 動能動能電能電能熱能熱能能耗小，制動準確、平穩(wěn)，不會反轉能耗小，制動準確、平穩(wěn)，不會反轉需要另外加直流電源需要另外加直流電源ffEE2(I2)n0電動狀態(tài)電動狀態(tài)能耗制動能耗制動n0Tabn=0時，切斷直流電源時，切斷直流電源TL 用途：用途：功率不大的電動工具：如電鉆、攪拌器等功率不大的電動工具：如電鉆、攪拌器等功率：功率：一般為幾一般為幾 幾百瓦。幾百瓦。單相異步電動機單相異步電動機:轉子

22、采用鼠籠式轉子轉子采用鼠籠式轉子家用電器：如電風扇、電冰箱、洗衣機、家用電器：如電風扇、電冰箱、洗衣機、抽油煙機等抽油煙機等 4 鼠籠式轉子繞組鼠籠式轉子繞組隱極式隱極式凸極式凸極式 121 定子定子2 定子繞組定子繞組3 轉子轉子 43ff 當定子單相繞組中通入單相交流電后產(chǎn)生的磁場為當定子單相繞組中通入單相交流電后產(chǎn)生的磁場為正正弦交變脈振磁場：弦交變脈振磁場： 軸線固定，幅值隨時間正弦交變軸線固定，幅值隨時間正弦交變 i=Imsin t ti0 = msin t t 0可將可將脈振磁場脈振磁場分解為兩個幅值相等、以同一轉速分解為兩個幅值相等、以同一轉速 n0向相反方向旋轉的磁通。向相反方

23、向旋轉的磁通。0t0t1t2t3 t4t5t6t7t8t + -t0 + -t4 + -t8 - +t1 + -t3 - +t6 + -t5 + -t7 + +t2 n0n0 += = 12T（合成轉矩）（合成轉矩） 脈振磁場可以脈振磁場可以分解為兩個幅值相等分解為兩個幅值相等 轉速相同轉速相同 (均為均為 n0)、轉向相反的旋轉、轉向相反的旋轉磁場磁場。 pn0 = 60 f1 -n0 + +n0T+ T+ （正向轉矩）（正向轉矩）T T （反向轉矩）（反向轉矩）T011S+S220T+TS S+ + = = S S =1=1時時, ,T= T+ Tn + -n0n02. 2. 若有外力將轉

24、子推一下，若有外力將轉子推一下， T T+ + T T ，電動機可以，電動機可以啟啟 動，轉動方向取決于外力方向。動，轉動方向取決于外力方向。n合成轉矩合成轉矩 T = T+ T + -n0n0若三相異步電動機運行時斷了一根線，相當于單相若三相異步電動機運行時斷了一根線，相當于單相異步電動機，稱為三相異步電動機的異步電動機，稱為三相異步電動機的單相單相運行，或運行，或缺相缺相運行。運行。禁止禁止外力外力外力外力例例: 三相異步電動機在電源斷掉一根線后為什么不能起三相異步電動機在電源斷掉一根線后為什么不能起 動？在運行中斷掉一根線為什么還能繼續(xù)轉動？長動？在運行中斷掉一根線為什么還能繼續(xù)轉動？長

25、 時間運行是否可以？時間運行是否可以？ (1) 三相異步電動機在電源斷掉一根線時，就成為三相異步電動機在電源斷掉一根線時，就成為 單相電動機運行。在起動時斷了一線，因起動單相電動機運行。在起動時斷了一線，因起動 轉矩為零而不能起動，只能聽到嗡嗡聲，這時轉矩為零而不能起動，只能聽到嗡嗡聲，這時 電流很大，時間長了，就將電動機燒壞。電流很大，時間長了，就將電動機燒壞。(2) 如果在運行中斷了一線，則電動機仍將繼續(xù)轉如果在運行中斷了一線，則電動機仍將繼續(xù)轉 動。若此時還帶動額定負載，則勢必超過額定動。若此時還帶動額定負載，則勢必超過額定 電流。時間一長，也會使電動機燒壞電流。時間一長，也會使電動機燒

26、壞答答:設設 iA=Imsin tiB=Imsin( t+90 )iA tiiB0n0BYAX t = 45iA、iB均為均為正正值值 BYAX t = 90iA為為正正值，值，iB= 0 BYAX t = 0iA= 0，iB為為正正值值 (1) 在空間相差在空間相差90的兩個繞組，分別流入在相位上的兩個繞組，分別流入在相位上 相差相差90的兩相電流，也能產(chǎn)生的兩相電流，也能產(chǎn)生旋轉磁場。旋轉磁場。(2) 如果兩個繞組的參數(shù)相同，兩相電流的幅值相等，如果兩個繞組的參數(shù)相同，兩相電流的幅值相等， 產(chǎn)生的是圓形產(chǎn)生的是圓形旋轉磁場。旋轉磁場。 (3) 如果兩個繞組的參數(shù)不對稱，兩相電流的幅值不如果

27、兩個繞組的參數(shù)不對稱，兩相電流的幅值不 相等，或者兩相電流的相位差小于相等，或者兩相電流的相位差小于90時，產(chǎn)生時，產(chǎn)生 的是橢圓形的是橢圓形旋轉磁場。旋轉磁場。 (4) 旋轉磁場旋轉磁場的轉向是從電流相位超前的繞組的軸線的轉向是從電流相位超前的繞組的軸線 位置轉向電流相位滯后的繞組的軸線位置位置轉向電流相位滯后的繞組的軸線位置, 所以所以, 改變兩個繞組中電流的相位關系改變兩個繞組中電流的相位關系, 可以改變可以改變旋轉旋轉 磁場磁場的轉向的轉向,也就改變了電動機的轉向。也就改變了電動機的轉向。1. 適當選擇適當選擇C，使二使二繞組中的電流繞組中的電流iB超前超前iA 90 ,即可產(chǎn)生旋轉磁

28、場。旋轉磁場的方向：即可產(chǎn)生旋轉磁場。旋轉磁場的方向：從電流超前的線圈轉向電流滯后的線圈。從電流超前的線圈轉向電流滯后的線圈。3. 在電機起動后，有的電動機利用離心開在電機起動后，有的電動機利用離心開 關關 S 切斷起動繞組切斷起動繞組BY。XY定子上放置：定子上放置：起動繞組起動繞組BYBY工作繞組工作繞組AXAX在空間在空間相隔相隔90 串聯(lián)串聯(lián) C2. 在旋轉磁場的作用下，轉子隨著旋轉磁在旋轉磁場的作用下，轉子隨著旋轉磁 場轉動。場轉動。n方向同方向同n0n0niB=Imsin( t+90 )iA=Imsin t答答: 只要改變旋轉磁場的只要改變旋轉磁場的方向即可改變電容分相異方向即可改變電容分相異步電動機的轉向。故只要步電動機的轉向。故只要改變電容改變電容C C的串聯(lián)位置，讓的串聯(lián)位置，讓i iA A超前超前i iB B90900 0，即可實現(xiàn)旋，即可實現(xiàn)旋轉磁場的反向，從而實現(xiàn)轉磁場的反向，從而實現(xiàn)電動機的反轉。電動機的反轉。實現(xiàn)正反轉電路實現(xiàn)正反轉電路s s1: 1: 順時針旋轉順時針旋轉s s2: 2: 逆時針旋轉逆時針旋轉在電動機的極靴上加入短路銅環(huán)稱為罩極。在電動機的極靴上加入短路銅環(huán)稱為罩極。磁極極靴磁極極靴短路銅環(huán)短路銅環(huán)罩極內(nèi)外的磁通產(chǎn)生相位差形成旋轉磁場。罩極內(nèi)外的磁通產(chǎn)生相位差形成旋轉磁場。它使鼠籠形轉