第19章 電磁與電動器件34

1、19-2 三相異步電動機三相異步電動機電動機直流交流單相三相異步機同步機電機發(fā)電機電動機電能 )(機械能機械能 )(電能鼠籠式繞線式按相數(shù)按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)按輸入電能形式按內(nèi)部磁場與軸轉(zhuǎn)速的關(guān)系定子鐵心定子繞組轉(zhuǎn)子接線盒機座：鐵心： 由互相絕緣的硅鋼組成鑄鐵或鑄鋼制成繞組： 線圈的復(fù)雜組合 對稱的三相繞組接線盒一、定子與轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)1 定子“”型連接“Y” 型連接W1U1V1V2W2U2電源W1U1V1V2W2U2電源W1U1V1V2W2U2U1V1W1U2V2W2軸：繞組： 帶動機械負載 轉(zhuǎn)動，輸出機械能鐵心：產(chǎn)生感應(yīng)電流繞線式繞線式2 轉(zhuǎn)子圓柱型，表面有槽鼠籠式鼠籠式 由互相絕緣的硅鋼組成 結(jié)構(gòu)簡單、

2、價格低廉、工作可靠；不能人為改結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、工作可靠；不能人為改變電動機的機械特性。變電動機的機械特性。 結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價格較貴、維護工作量大；轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價格較貴、維護工作量大；轉(zhuǎn)子外加電阻可人為改變電動機的機械特性。外加電阻可人為改變電動機的機械特性。二、三相異步電動機的工作原理閉合，產(chǎn)生閉合，產(chǎn)生 i產(chǎn)生產(chǎn)生 F = Bli在在T = Fr 作用下轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)動方向作用下轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)動方向與磁場旋轉(zhuǎn)的方向相同。與磁場旋轉(zhuǎn)的方向相同。切割磁力線切割磁力線 e = BlvSN n1FnF1 工作原理二、三相異步電動機的工作原理U1W2W1V2V1U22 旋轉(zhuǎn)磁場(1) 旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生 i

3、A = Im sinw wtiB = Im sin (w wt - -120 )iC = Im sin (w wt + +120 )twiiBiCiA0NSU1W2W1U2V2V10 tw w 60tw wNSU1U2W2W1V2V1 90tw wNS旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)大小不變大小不變 合成磁場合成磁場(2) 旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向 旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向與對稱三相電流的相序一致U1U2W2W1V2V1twiiBiCiA0(iA)(iB)(iC)n1怎樣實現(xiàn)電動機的反向旋轉(zhuǎn)(逆時針方向)?任意兩接線端倒位(3) 旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速 n1 n1決定于磁場的極數(shù) 極數(shù)與三相繞組的安排有關(guān) 當磁極對數(shù) p=1時，n1=

4、60f1?AU1U2W2V1W1V2AU1U2W2V1W1V20tw w 60tw w任意調(diào)換兩根電源進線任意調(diào)換兩根電源進線(電路如圖電路如圖)3iU1U2V1V2W1W21i2iNSNS0tw w即：即：1pU1U2V2W1V1W2NS2iU1U2V1V2W1W21i3imI3i1i2iitoCYABCXYZAXBZAiBiCiX A AXBYB Y CC ZZ 極對數(shù)極對數(shù)2p旋轉(zhuǎn)磁場的磁極對數(shù)旋轉(zhuǎn)磁場的磁極對數(shù)與三相繞組的排列有關(guān)與三相繞組的排列有關(guān)CYABCXYZAXBZAiBiCiAX XNSZ CZBYB Y A C SNBiCiAiimItw w0U1U2U1 /U2 /V1V

5、2V1 /V2 /W1W2W1 /W2/- - - - - - - -2121UUUU串聯(lián):并聯(lián):0 tw w 60tw wU1U2U1 /U2 /V1V2V1 /V2 /W1W2W1 /W2/NSNSSSNN30 當磁極對數(shù) p=2時n12121UUUU - - - -，n1= 60f1/2 n1與磁極對數(shù) p 的關(guān)系pfn1160 tw iiBiCiA00nn 如果如果:0nn 3 三相異步電動機的轉(zhuǎn)速n與轉(zhuǎn)差率s%s)91( 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速亦可由轉(zhuǎn)差率求得轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速亦可由轉(zhuǎn)差率求得0)(1nns- - %10000 - - nnns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

6、率最大）轉(zhuǎn)差率特點： 啟動 或 堵轉(zhuǎn) (電機卡住 )n = 0 理想狀態(tài) (沒有摩擦 )n = n1 s=0 一般情況n 從從 0 n1， s 從從 1 0s = 1例：例：一臺三相異步電動機，其額定轉(zhuǎn)速一臺三相異步電動機，其額定轉(zhuǎn)速 n=975 r/min，電源頻率，電源頻率 f1=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(zhuǎn)差率。極對數(shù)和額定負載下的轉(zhuǎn)差率。解：解：根據(jù)異步電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場同步轉(zhuǎn)根據(jù)異步電動機轉(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

7、4 反轉(zhuǎn)U1U2W2W1V2V1twiiBiCiA0實現(xiàn)電動機的反向旋轉(zhuǎn)(逆時針方向): :任意將三相電源的兩根線對調(diào)位置（如對調(diào)B、C兩相、對調(diào)A、C兩相、對調(diào)A、B兩相），即可使電動機反轉(zhuǎn)。(iA)(iB)(iC)n1變壓器：變壓器： 變化變化 eU1 E1= 4.44 f1 N1 E2= 4.44 f2 N2 i1u1e1e 1e2e 2i2+f1f2定子相當于變壓器的一次繞組定子相當于變壓器的一次繞組轉(zhuǎn)子相當于變壓器的二次繞組轉(zhuǎn)子相當于變壓器的二次繞組三、三相異步電動機電路分析異步電動機：異步電動機：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

8、極磁通111444Nf.U 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 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)子導(dǎo)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)速不同而變化體與旋轉(zhuǎn)磁場間的相對速度隨轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速不同而變化 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 2100002fs60pnnnnp60nnf - - - - 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)體的速度不同旋轉(zhuǎn)磁場通過轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢

9、為：旋轉(zhuǎn)磁場通過轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為： E20= 4.44 f 1N2 即即E2= s E20 2122222LfsLfX X20= 2 f1L 2即即X2= sX20 222222XREI+ + 2202220)sX(RsE+ + )(0002nnIs 2202220max21XREIs+ + 220222222222)( cossXRRXRR+ + + + 202SXRs 很很小小時時1cos2 202XRss 較較大大時時s1cos2 2202220222222)( XREXREIss+ + + + 2202222)(cosXRRs+ + 變變化化曲曲線線隨隨、SI cos22 )

10、(2 Isn)cos(2 sn 結(jié)論：結(jié)論：轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，轉(zhuǎn) 子電路中的各量均與轉(zhuǎn)子電路中的各量均與轉(zhuǎn) 差率差率 s有關(guān)，即與轉(zhuǎn)速有關(guān)，即與轉(zhuǎn)速 n有關(guān)。有關(guān)。I2cos 2s1I2,2cos O四、電磁轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)速的關(guān)系U1 n1 v E2 I2 F T n電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩 cos 22m ICT m T 2I cos2 222222XREI+ + 222222cosXRR+ + pfn260 12 sff n=0 s=1 f2 = f1 E20=4.44f1N2 mE2 = sE20120UE 2222 LfX 212Lsf 202 sXX 1snn 44. 4111mNfU

11、220222121)( sXRsRfUCT+ + 22022221T)( sXRsRUC+ + 22022221T22m)(cos sXRsRUCICT+ + 1 T與s有著直接的關(guān)系 s 很小 0， T ss 很大 ，T 1/1/s0Ts1 最大轉(zhuǎn)矩 起動轉(zhuǎn)矩TstTm 額定轉(zhuǎn)矩 TNscsN臨界轉(zhuǎn)差率額定轉(zhuǎn)差率2 T U1，并與R2有關(guān)U1U10TsR 2R 20Ts12sff E2 = sE20120UE 202sXX 3 異步電動機的機械特性n=f (T2)T2=T - - T0忽略T0 ，所以有 n =f (T )0T s1n0n1TstTm0n1nT只有TL= T ，電動機才能拖動

12、負載運行。90 五、工作特點機械特性曲線 n=f(T)TstTm0n1nTTLABLT LT A 1 運行工作點T =TL 達到力學(xué)平衡(A、B 兩點兩點)2 工作點的穩(wěn)定性A點為穩(wěn)定點B點為不穩(wěn)定點), 0(cnn 為不穩(wěn)定區(qū)),(1cnnn 為穩(wěn)定區(qū)TLn 很小，s只有5%左右，稱其具有硬特性則則n1 =?若若nN = 960 r/min，( n1 =1000 r/min )?ncTstTm機械特性曲線 n=f(T)0n1nT3 額定工作點1) 額定轉(zhuǎn)矩TN 12LIIsnT電動機軸上輸出的機械功率2) 額定轉(zhuǎn)速nN3) 額定功率PNL2L 602TTnPT NN2N29550 9550n

13、PTnPT T : N.m P : kW n : r/min4) 機械過載能力NmmTT 一般一般1.8 2.25) 起動能力NststTTK 一般一般 1.4 2.2TNnN4 電源電壓對電磁轉(zhuǎn)矩T 的影響0Tn2R 2Rn1U1n11U 0TnT U12T與與R2有關(guān)有關(guān)5 轉(zhuǎn)子電阻對電磁轉(zhuǎn)矩T的影響22022221T22m)(cos sXRsRUCICT+ + A2849230880380310453. 1)NNNN2NcosU3PI 一臺一臺Y225M-4型的三相異步電型的三相異步電 動機，定子動機，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=148

14、0r/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=2minr 15000/n 013. 015001480150000N - - - - nnns 3）mN 429014804595509550NN2N .nPTmN 9638429022)(NNmaxmax .TTTTmN 8551429091)(NNstst .TTTT五 銘牌數(shù)據(jù)類型代號類型代號 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) - - 極數(shù)極數(shù)PN：電動機工作在額定條電動機工作在額定條件下輸出的機械功率件下輸

15、出的機械功率工作頻率工作頻率 f1N定子繞組上應(yīng)加的線電壓定子繞組上應(yīng)加的線電壓UNnN：380V/220V10A/17.3AY/ /定子繞組的線電流定子繞組的線電流INTN nN = 9550 PN TN其他技術(shù)數(shù)據(jù)：其他技術(shù)數(shù)據(jù)：Tst /TNTm /TNIst /IN六 起動1. 全壓起動 ( (直接起動直接起動) ) 用于2030kW電動機21UT 21stUT st1TU2. 降壓起動2 降壓起動(1) “(1) “- -”換接起動法 stst 1 :ITU、，每相繞組電壓直接 stst 1 :ITU 、，每相繞組電壓起動 Y 311UU 3ststTT ZUZUII11Y3 113

16、UU stst31II (2) 自耦降壓起動1) 起動補償器2) 抽頭k =0.8、0.6或或0.4)(12NNk 電動機電動機電源電源根據(jù)對起動轉(zhuǎn)矩的要求選用3) stst 1 :ITU、，電壓全壓stst 1 :ITU 、，電壓降壓起動11kUU 2121ststUUTT st2stTkT st*stkII *ststIkI stI *stI st2stIkI (3) 軟起動法1) 限流起動模式2) 限壓起動模式電動機按用戶期望的起動特性完成起動過程軟起動器軟起動器M3UVWL1L2L3ILIm1Im2It0Ut0UNU0t13 繞線型電動機的起動方法0Tn2R 2Rn1stTstT 適用

17、起動轉(zhuǎn)矩較大的生產(chǎn)機械起重機例如: 起重機22RR 七 調(diào)速在同一負載下得到不同的轉(zhuǎn)速。人為改變電動機的機械特性pfsnsn1160)1()1( - - - - 改變電源頻率f1、極對數(shù)p、轉(zhuǎn)差率s1. 變磁極對數(shù)調(diào)速NSNSU1U21U 2U U1U21U 2U U1U21U 2U p=2p=1NSU1U21U 2U 特點: 有級調(diào)速p = 1 p = 2, p = 2 p = 4 主要用于調(diào)速范圍大的地方2. 變轉(zhuǎn)差率 s 調(diào)速220222121)( sXRsRfUCT+ + 據(jù) R2I2N， 適用于繞線型電動機適用于繞線型電動機 220IsEsR 2R 20Tnn13 變頻調(diào)速1) 恒磁

18、通- -+ + f = 50= 50HzHz逆逆變變器器3 M整整流流器器T不變f 可變可變 小小太小TI2 大大太大PI2 m11444 1Nf.U nUf11不變 )cos(22m ICT )(11恒定 fU( (恒轉(zhuǎn)矩恒轉(zhuǎn)矩-T 不變不變)2) 恒功率 1f TP 2 nP2 不變 1N1UU m T 無級調(diào)速無級調(diào)速, , 便于自動控制便于自動控制 節(jié)能節(jié)能變頻調(diào)速特點:機械特性變軟機械特性變軟機械特性相互平行機械特性相互平行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)電反饋制動抱閘抱閘：加機械抱閘加機械抱閘 電動機在切斷電源的同時給電

19、動機一個和實際轉(zhuǎn)電動機在切斷電源的同時給電動機一個和實際轉(zhuǎn)向相反的電磁力矩向相反的電磁力矩(制動力矩制動力矩)使電動迅速停止的方法。使電動迅速停止的方法。最常用的方法有：反接制動和能耗制動。最常用的方法有：反接制動和能耗制動。 M3+-運行運行制動制動電動機切斷交流電源的同時給定子繞組的任意二相電動機切斷交流電源的同時給定子繞組的任意二相加一直流電源，以產(chǎn)生靜止磁場，依靠轉(zhuǎn)子的慣性加一直流電源，以產(chǎn)生靜止磁場，依靠轉(zhuǎn)子的慣性轉(zhuǎn)動切割該靜止磁場產(chǎn)生制動力矩的方法。轉(zhuǎn)動切割該靜止磁場產(chǎn)生制動力矩的方法。nF轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子T n0=0運轉(zhuǎn)運轉(zhuǎn) 在電動機切斷正常運轉(zhuǎn)電在電動機切斷正常運轉(zhuǎn)電源的同時改變電動機