第二章電動機

1、2022年4月22日星期五1第二章 異步電動機2022年4月22日星期五2第一節(jié)第一節(jié) 三相異步電動機三相異步電動機一一. 三相異步三相異步電動機的分類電動機的分類異步（感應(yīng)）電動機：應(yīng)用廣泛。異步（感應(yīng)）電動機：應(yīng)用廣泛。同步電動機：用于功率較大，不需要同步電動機：用于功率較大，不需要 調(diào)速，長期工作的機械。調(diào)速，長期工作的機械。交流交流直流：他勵，并勵，串勵，復(fù)勵。直流：他勵，并勵，串勵，復(fù)勵。電動機電動機2022年4月22日星期五3三相異步機的結(jié)構(gòu)三相異步機的結(jié)構(gòu)YBZXAC轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子定子定子定子繞組定子繞組（三相）（三相）機機 座座轉(zhuǎn)子：在旋轉(zhuǎn)磁場作用下，轉(zhuǎn)子：在旋轉(zhuǎn)磁場作用下， 產(chǎn)生感

2、應(yīng)電動勢或產(chǎn)生感應(yīng)電動勢或 電流。電流。三相定子繞組：產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)三相定子繞組：產(chǎn)生旋轉(zhuǎn) 磁場。磁場。線繞式線繞式鼠籠式鼠籠式鼠籠轉(zhuǎn)子鼠籠轉(zhuǎn)子 2022年4月22日星期五4三相定子繞組：三相定子繞組：產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。組成：組成：定子鐵心、定子繞組和機座。定子鐵心、定子繞組和機座。2022年4月22日星期五5 轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)子：在旋轉(zhuǎn)磁場作用下，產(chǎn)生在旋轉(zhuǎn)磁場作用下，產(chǎn)生 感應(yīng)電動勢或電流。感應(yīng)電動勢或電流。組成：組成：轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)軸。轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)軸。2022年4月22日星期五6一一. 轉(zhuǎn)動原理：轉(zhuǎn)動原理： 2 2 三相異步電動機的工作原理三相異步電動機的工作原理 2022

3、年4月22日星期五7 實際的異步電動機中，實際的異步電動機中，轉(zhuǎn)子之所以轉(zhuǎn)動，是由于轉(zhuǎn)子之所以轉(zhuǎn)動，是由于旋轉(zhuǎn)磁場的作用。旋轉(zhuǎn)磁場的作用。2022年4月22日星期五8二、旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生二、旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生AYCBZ異步機中異步機中,旋轉(zhuǎn)磁場代替了旋轉(zhuǎn)磁極旋轉(zhuǎn)磁場代替了旋轉(zhuǎn)磁極AiBiCimIt0n()電流出電流出( )電流入電流入X240sin120sinsintIitIitIimCmBmA2022年4月22日星期五9三相對稱繞組通入三相對稱電流就形成三相對稱繞組通入三相對稱電流就形成旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)磁場。0wt2022年4月22日星期五10060wt090wt2022年4月22日星期五11旋轉(zhuǎn)磁場

4、的旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速大小轉(zhuǎn)速大小分）轉(zhuǎn) /( 600fn 一個電流周期，旋轉(zhuǎn)磁場在空間轉(zhuǎn)過一個電流周期，旋轉(zhuǎn)磁場在空間轉(zhuǎn)過360。則。則 同步轉(zhuǎn)速（旋轉(zhuǎn)磁場的速度）為：同步轉(zhuǎn)速（旋轉(zhuǎn)磁場的速度）為：AXYCBZNSAXYCBZSN0n60AXYCBZNSAiBiCimIt2022年4月22日星期五12極對數(shù)（極對數(shù)（P）的概念）的概念BiAXBYCZAiCi1p此種接法下，合成磁場只有一對磁極，則極對數(shù)為此種接法下，合成磁場只有一對磁極，則極對數(shù)為1。即：即：AXYCBZNS2022年4月22日星期五13極對數(shù)（極對數(shù)（P）的改變）的改變CYABCXYZAXBZAiBiCi 將每相繞組分成兩段，按

5、右下圖放入定子槽內(nèi)。形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。成的磁場則是兩對磁極。X AAXBYBYCZCZ2022年4月22日星期五14極對數(shù)極對數(shù)2pAXX ANSSNZCZCBYBYCYABCXYZAXBZAiCiBiAiBiCimIt2022年4月22日星期五15XNSASNZBX AYCZBCY0t分）轉(zhuǎn)/( 600pfn 60t A0nAZXXCZCSNSN30極對數(shù)和轉(zhuǎn)速的關(guān)系極對數(shù)和轉(zhuǎn)速的關(guān)系A(chǔ)iBiCimIt2022年4月22日星期五16三相異步電動機的同步轉(zhuǎn)速三相異步電動機的同步轉(zhuǎn)速分）轉(zhuǎn)/( 600pfn 2p180分）轉(zhuǎn)/( 50011p36

6、0分）轉(zhuǎn)/( 0003極對數(shù)極對數(shù)每個電流周期每個電流周期磁場轉(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)50(Hzf 0n3p120分）轉(zhuǎn)/( 00012022年4月22日星期五17電動機轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)磁場同步轉(zhuǎn)速的關(guān)系電動機轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)磁場同步轉(zhuǎn)速的關(guān)系電動機轉(zhuǎn)速電動機轉(zhuǎn)速:n電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向與磁場旋轉(zhuǎn)的方向一致，電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向與磁場旋轉(zhuǎn)的方向一致， 但但 異步異步電動機電動機0nn無轉(zhuǎn)距無轉(zhuǎn)距轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場間沒有相對運動轉(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)子電動勢（轉(zhuǎn)子導(dǎo)體不切割磁力線）無轉(zhuǎn)子電流無轉(zhuǎn)子電流提示提示：如果如果0nn 2022年4月22日星

7、期五18 轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)差率 的概念：的概念：)(s%10000nnns異步電機運行中異步電機運行中:%91s轉(zhuǎn)差率為旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速和電動機轉(zhuǎn)速之差。即：轉(zhuǎn)差率為旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速和電動機轉(zhuǎn)速之差。即：電動機起動瞬間電動機起動瞬間:1 , 0sn（轉(zhuǎn)差率最大）（轉(zhuǎn)差率最大）2022年4月22日星期五19旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)方向：取決于三相電流的相序。：取決于三相電流的相序。0n0n改變電機的旋轉(zhuǎn)方向：換接其中兩相改變電機的旋轉(zhuǎn)方向：換接其中兩相AiBiCimItAiCiBimIt旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向2022年4月22日星期五20 方法：和電源相接的任意兩相互換，就可實現(xiàn)方法：和電源相接的

8、任意兩相互換，就可實現(xiàn)反轉(zhuǎn)。反轉(zhuǎn)。 正轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)A B CM3電電 源源ABCM3電電 源源2022年4月22日星期五21一、一、 三相異步電動機的三相異步電動機的“電磁電磁”關(guān)系關(guān)系 i2轉(zhuǎn)、定子電路轉(zhuǎn)、定子電路R1R2i1u1e1e 1e2e 2 ：漏磁通：漏磁通產(chǎn)生的感應(yīng)電動產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢。勢。 ：主磁通產(chǎn)：主磁通產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢。生的感應(yīng)電動勢。e1e2、e 1e 2、dtdNeeeRiu1111111設(shè)：設(shè)：tsin1m則：則：tNum1111cos定子邊：定子邊：3 3 三相異步電動機的機械特性三相異步電動機的機械特性2022年4月22日星期五22三個重要轉(zhuǎn)矩三個重要轉(zhuǎn)矩n0

9、TnNT額定轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩 ：電機在額定電壓下，以額電機在額定電壓下，以額定轉(zhuǎn)速定轉(zhuǎn)速 運行，輸出額運行，輸出額定功率定功率 時，電機轉(zhuǎn)軸時，電機轉(zhuǎn)軸上輸出的轉(zhuǎn)矩。上輸出的轉(zhuǎn)矩。NPNn( 1 )/()(9550602分轉(zhuǎn)千瓦NNNNNnPnPT（牛頓（牛頓米）米）NTnN（電動機在額定負(fù)載時的轉(zhuǎn)矩。）（電動機在額定負(fù)載時的轉(zhuǎn)矩。）2022年4月22日星期五23 如果如果 電機將會電機將會因帶不動負(fù)載而停轉(zhuǎn)。因帶不動負(fù)載而停轉(zhuǎn)。maxTTL最大轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩 ：( 2 )maxT電機帶動最大負(fù)載的能力。電機帶動最大負(fù)載的能力。n0TnmaxT求解求解0ST21220222)(UsXRsRKT202

10、1max21XKUT2022年4月22日星期五24過載系數(shù)：過載系數(shù)：NTTmax三相異步機三相異步機2 .28 .1 工作時，一定令負(fù)載轉(zhuǎn)矩工作時，一定令負(fù)載轉(zhuǎn)矩 ，否則，否則電機將停轉(zhuǎn)。致使電機將停轉(zhuǎn)。致使注意：注意： （1）三相異步機的）三相異步機的 和電壓的平方成正比，所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。以對電壓的波動很敏感，使用時要注意電壓的變化。maxTmaxTTL （2）電機嚴(yán)重過熱電機嚴(yán)重過熱0n121)(s II2021max21XKUT2022年4月22日星期五25stT起動轉(zhuǎn)矩起動轉(zhuǎn)矩 ：( 3 )電機起動時的轉(zhuǎn)矩。電機起動時的轉(zhuǎn)矩。n0

11、TnstT21220222)(UsXRsRKT0n1)(s 其中其中則則21220222)(UXRRKTstLstTT stT體現(xiàn)了電動機帶載起動的能力。若體現(xiàn)了電動機帶載起動的能力。若 電機能電機能起動，否則將起動不了。起動，否則將起動不了。2022年4月22日星期五264 4 三相異步電動機的使用三相異步電動機的使用2022年4月22日星期五27一、一、 三相異步機的起動三相異步機的起動stI起動電流起動電流 ：中小型鼠籠式電機起動電流為額定電流的中小型鼠籠式電機起動電流為額定電流的5 7 倍。倍。0n定子電流定子電流 原因：起動時原因：起動時 ，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條切割磁力線速度很大。，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條切割

12、磁力線速度很大。轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)子電流大電流使電網(wǎng)電壓降低大電流使電網(wǎng)電壓降低 影響其他負(fù)載工作影響其他負(fù)載工作頻繁起動時造成熱量積累頻繁起動時造成熱量積累 電機過熱電機過熱影響：影響：2022年4月22日星期五28三相異步機的起動方法：三相異步機的起動方法：（1） 直接起動。二三十千瓦以下的異步電動機一般直接起動。二三十千瓦以下的異步電動機一般 采用直接起動。采用直接起動。（2） 降壓起動。降壓起動。Y 起動起動自耦降壓起動自耦降壓起動（3）智能型軟智能型軟起動。起動。以下介紹以下介紹Y 起動和起動和智能軟啟動智能軟啟動。2022年4月22日星期五29 2.2. 三相異步電

13、動機的銘牌數(shù)據(jù)三相異步電動機的銘牌數(shù)據(jù) Y132M-4型電動機型電動機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(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速1440 r/min 絕緣等級絕緣等級 B 工作方式：連續(xù)工作方式：連續(xù)功率因數(shù)功率因數(shù) 0.85 效率效率(%) 87 年年 月月 編號編號 XX電機廠電機廠2022年4月22日星期五301. 型號型號：表明不同用途，不同環(huán)境。表明不同用途，不同環(huán)境。三相異步電動機三相異步電動機機座中心高機座中心高機座長度代號機座長度代號磁極數(shù)磁極數(shù)Y 132 M-4磁極數(shù)磁極數(shù)(極對數(shù)極對數(shù) p

14、=2)同步轉(zhuǎn)速同步轉(zhuǎn)速1500轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)/分分分）轉(zhuǎn)/( 600pfn 2022年4月22日星期五31轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)差率0.04 150014401500s2. 轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速: 電機軸上的轉(zhuǎn)速（電機軸上的轉(zhuǎn)速（n)。如：如： n =1440 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)/分分2022年4月22日星期五323. 聯(lián)接方式：聯(lián)接方式：Y/ 接法：接法： Y 接法：接法： 接法：接法：AB CZX YA B CZX YABCXYZAZBYXCABCXYZ接線盒：接線盒：2022年4月22日星期五33圖圖1 圖圖22022年4月22日星期五344.聯(lián)接方式：聯(lián)接方式：智能型軟起動智能型軟起動：基本接線圖基本接線圖軟起動原理圖軟起動原理圖20

15、22年4月22日星期五352022年4月22日星期五364. 額定電壓：定子繞組在額定電壓：定子繞組在指定接法指定接法下應(yīng)加的下應(yīng)加的線電壓線電壓. 說明：一般規(guī)定電動機的運行電壓不能高于或低于額說明：一般規(guī)定電動機的運行電壓不能高于或低于額定值的定值的 5 。線線電電壓壓AZBYXC相相電電壓壓ABCXYZ例：例：380/220 Y/ 是指：線電壓為是指：線電壓為380V時采用時采用Y接法；接法； 當(dāng)線電壓為當(dāng)線電壓為220V時采用時采用 接法。接法。2022年4月22日星期五3711IUNfU11144.4電壓波動對電動機的影響電壓波動對電動機的影響1U1I11IUsnnns02E202s

16、EE 2I1I1Un小1U大1UTnI2022年4月22日星期五385. 額定電流：額定電流：定子繞組在定子繞組在指定接法指定接法下的下的線電流。線電流。如：如：A48. 6/A2 .11/ 表示三角接法下，電機的線電流為表示三角接法下，電機的線電流為11.2A，相電，相電流為流為6.48A；星形接法時線、相電流均為；星形接法時線、相電流均為6.48A。6. 額定功率：額定功率： 額定功率指電機在額定運行時軸上輸出的額定功率指電機在額定運行時軸上輸出的功率功率（ ），不等于從電源吸收的功率（），不等于從電源吸收的功率（ ）。兩者的）。兩者的 關(guān)系為：關(guān)系為： 2P1P12PPCOSIUPNN3

17、1其中其中鼠籠電機鼠籠電機 =72932022年4月22日星期五39 額定負(fù)載時一般為額定負(fù)載時一般為0.7 0.9 ， 空載時功率因數(shù)很空載時功率因數(shù)很低約為低約為0.2 0.3。額定負(fù)載時，功率因數(shù)最大。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，注意：實用中應(yīng)選擇合適容量的電機，防止防止“大馬大馬” 拉拉“小車小車”的現(xiàn)象。的現(xiàn)象。7. 功率因數(shù)功率因數(shù)(cos 1)：P2PN此外還有此外還有絕緣等級絕緣等級等參數(shù)，不一等參數(shù)，不一 一介紹。一介紹。cos 1第二節(jié)第二節(jié) 三相同步電動機三相同步電動機 大型直聯(lián)傳動水泵機組一般采用立式同步電動機。大型立式電機為分散式結(jié)構(gòu)，

18、需在泵站現(xiàn)場安裝組合。由于機組轉(zhuǎn)動部分重量和作用在葉片上的軸向水推力全部靠電動機上機架中的推力軸承支承，故又稱懸吊式電機。 一、同步電機結(jié)構(gòu) 立式同步電動機的定子和轉(zhuǎn)子，是產(chǎn)生電磁作用的主要部件，上機架、下機架、推力軸承，上下導(dǎo)軸承、炭刷及滑環(huán)、頂蓋等是支持或輔助部件。轉(zhuǎn)子及主軸為轉(zhuǎn)動部件，它與泵軸用剛性聯(lián)軸器連接，帶動葉輪旋轉(zhuǎn)作功。 800kW立式同步電動機結(jié)構(gòu) 1.6 m彎管式軸流泵配用800 kW立式同步電動機，其結(jié)構(gòu)形式如圖所示. 圖 3-1 800kW立式同步電動機1-定子；2-轉(zhuǎn)子；3-上機架；4-推力瓦；5-上導(dǎo)軸承；6-推力頭； 7-炭刷架；8-集電環(huán)； 9-下機架；10-下導(dǎo)

19、軸承93125461078 一、定子 定子由機座、鐵芯和線圈等部件組成，其結(jié)構(gòu)作用如下。 （1）機座。即定子的外殼，一般用鋼板焊接而成，它必須具有較大的剛度，以免變形和振動。機座的上法蘭面支承著上機架傳來的全部重量和作用力；下法蘭面是整個電機的基礎(chǔ)；四周筒壁是定子鐵芯等部件的支承部分，筒壁上開有若干圓孔，供電機散熱用。1 - 機 座 ； 2 - 脫 板 ； 3 - 拉 緊 螺 桿 ； 4 - 線 圈 ；圖 3 - 2 定 子5 - 鐵 芯 ； 6 - 工 字 墊 條 ； 7 - 齒 壓 板17651231 （2）鐵芯。它由0.350.5 mm厚的扇形矽鋼片兩面涂有絕緣漆經(jīng)疊壓而成。 空冷式鐵芯

20、，其高度常分為若干段，每段高4045 mm，段與段之間放10 mm厚的工字形襯條，作為通風(fēng)散熱的風(fēng)溝，鐵芯上下端放齒壓板，用拉緊螺桿把矽鋼片收緊，鐵芯外圓有燕尾槽，通過托板和拉緊螺桿，將整個鐵芯固定在機座上，鐵芯內(nèi)圈有嵌線槽，供嵌放繞組線圈用。 （3）線圈 定子線圈用帶有絕緣的扁銅線外包絕緣布繞制而成。6 kV定子線圈采用疊繞式，即在定子鐵芯槽內(nèi)放上下兩層線圈，嵌線時把疊繞線圈的兩層相連，并分別嵌入相鄰的指定槽內(nèi)，分上層和下層依次疊裝，使之聯(lián)成一體。 二、轉(zhuǎn)子 轉(zhuǎn)子由主軸、輪輻、磁軛、磁極等部件組成 圖 3-4 轉(zhuǎn) 子10-磁 極 襯 墊 ； 11-雙 頭 螺 栓6-阻 尼 條 ； 7-鐵 芯

21、 ； 8-極 靴 壓 板 ； 9-磁 極 線 圈1-電 機 軸 ； 2-輪 輻 ； 3-磁 軛 ； 4-風(fēng) 扇 ； 5-阻 尼 環(huán) ；98765432176910 （1）主軸。它用來傳遞轉(zhuǎn)矩并承受轉(zhuǎn)子部分的軸向力，800 kW同步電動機主軸為實心軸，800 kW以上電機為配合全調(diào)節(jié)葉輪，一般為空心軸。 （2）磁軛。它用作產(chǎn)生轉(zhuǎn)動慣量和固定磁極用，同時也是磁路的一部分。一般用熱套的方法套在主軸上，磁軛外圓上設(shè)有T形槽或螺孔，供固定磁極用。 1磁軛2T型鍵(固定)3傳動鍵4轉(zhuǎn)子中心體5墊片 （3）磁極。它是產(chǎn)生磁場的主要部件，由磁極鐵芯、勵磁線圈及阻尼條三部分組成，用T形或螺桿式接頭固定在磁軛上，

22、通過改變磁極與磁軛之間木墊板厚度調(diào)整磁極外緣的不圓度。 磁極鐵芯是用11.5 mm厚的矽鋼片，經(jīng)沖壓成形后疊壓而成，上下加極靴壓板，并用雙頭螺栓拉緊，鐵芯勵磁線圈用扁銅條匝在磁極鐵芯上，匝層間用粘貼石棉紙或玻璃絲布作為絕緣隔層。 三、上機架 上機架為輻射式十字形荷重機架，安裝在定子的上端面，用來承受電動機轉(zhuǎn)子、水泵轉(zhuǎn)動部分的重量以及葉片上的水壓力。 上機架頂部裝有罩殼，內(nèi)裝炭刷架，中間為上油槽（又稱上油缸），槽底為推力軸承座，上面裝有8只抗重螺絲，頂著8塊推力瓦，支承著轉(zhuǎn)動部分的重量。油槽中設(shè)有導(dǎo)軸瓦架，上面裝有4塊上導(dǎo)軸瓦，用來控制主軸的徑向位移；油槽內(nèi)裝有供潤滑、冷卻用的透平油，油面控制在上導(dǎo)軸瓦的中心位置，油由裝在油槽內(nèi)的4只管組式油冷卻器通水冷卻。9罩 殼 ； 2-鍵 ； 3-分 半 式 卡 環(huán) ； 4-推 力 頭 ； 5-油 冷 卻 器 ； 6-擋 油 筒 ； 7-觀 察 窗8-上 導(dǎo) 軸 瓦