第7章交流電動機

1、鼠籠式異步交流電動機授課內(nèi)容：鼠籠式異步交流電動機授課內(nèi)容： 機座：鑄鋼或鑄鐵機座：鑄鋼或鑄鐵 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子: 在旋轉(zhuǎn)磁場作用下，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢或電在旋轉(zhuǎn)磁場作用下，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢或電流。流。鼠籠轉(zhuǎn)子鼠籠轉(zhuǎn)子 1) 鼠籠式轉(zhuǎn)子鼠籠式轉(zhuǎn)子 鐵芯槽內(nèi)放銅條，端鐵芯槽內(nèi)放銅條，端 部用短路環(huán)形成一體。部用短路環(huán)形成一體。 或鑄鋁形成轉(zhuǎn)子繞組。或鑄鋁形成轉(zhuǎn)子繞組。2) 繞線式轉(zhuǎn)子繞線式轉(zhuǎn)子 結(jié)構(gòu)簡單、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

2、動機的機械特性。外加電阻可人為改變電動機的機械特性。 120120tIitIitIimCmBmAsinsinsinBiAXBYCZAiCiCiAiBiitmI0n規(guī)定規(guī)定iCiAiBitmI 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AXYCBZNS0 t 60t 0nAXYCBZSN60AXYCBZSN 90t CiBiAit0imI600AAXYCBZNS分析可知：分析可知：三相電流產(chǎn)生的合成磁場是一旋轉(zhuǎn)的磁場三相電流產(chǎn)生的合成磁場是一旋轉(zhuǎn)的磁場 即：即：2. .返回返回動

3、畫動畫BiAXCZBYAiCi0t AAXYCBZNS60t BiCiAiimIt0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)BiCiAiimIt00t AXYCBZNSBiAXBYCZAiCi即：即：1pCYABCXYZAXBZAiBiCiX AAXBYBYCZCZBiCiAiimIt0AX XNSZCZ C BYB Y NSA 極對數(shù)極對數(shù)2pCYABCXYZAXBZAiCiBi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)分分）轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) /( 6010fn 工頻：工頻：Hz501 f分）分）轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)/( 30000 np=1時時AXYCBZNSAX

4、YCBZNSBiCiAiimIt0AXYCBZNSZXCZCSNSNA X A0t 60tp=2時時AX XNSZCZ C BYB Y NSA BiCiAiitmI0分）分）轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)/( 150026010 fn0n30)/( 6010分分轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)pfn 2p180分）轉(zhuǎn)/( 50011p360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)f(Hz501 3p120分）轉(zhuǎn)/( 00014p分分）轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)/( 75090旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速n0與頻率與頻率f1和極對數(shù)和極對數(shù)p有關(guān)有關(guān)AXYCBZNS分）分）轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)/( 6010pfn Blv

5、BliFvF0n0nn 如果如果:0nn %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)(1nSn %10000 nnns例：例：一臺三相異步電動機，額定轉(zhuǎn)速一臺三相異步電動機，額定轉(zhuǎn)速n= =975 r/min，電源頻率電源頻率 f1 1= =50 Hz。試求電動機的極數(shù)和額定負載。試求電動機的極數(shù)和額定負載下的轉(zhuǎn)差率。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變壓器：變壓器： 變化變化 eU1 E1

6、= 4.44 f N1 E2= 4.44 f N2 11 444Nf.U i1u1e1e 1e2e 2i2+f1f2異步電動機機：異步電動機機：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 每極磁通每極磁通111444Nf.U 1U 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 感應(yīng)電勢的頻率與磁場和導(dǎo)體間的相對速度有關(guān)感應(yīng)電勢的頻率與磁場和導(dǎo)體間的相對速度有關(guān)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)

7、速不同而導(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 2 1000026060fspnnnnpnnf 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 E20= 4.44 f 1N2 即即E2= s E20 2122222LsfLfX X20= 2 f1L 2即即X2= sX20 222222XREI 2202220)(sXRsE )(0002nnIS 2202220max21XREIS 220222222222)( cossXRRXRR 202:SXRS 很很小小時時12

8、cos202:SXRS 較較大大時時S1cos2 2202220222222)(SXRSEXREI 2202222)(cosSXRR 變變化化曲曲線線隨隨、SI cos22 )(2 Isn)cos(2 snI2cos 2 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)。S1I2,2cos 22 cosIKTT 常數(shù)，與電常數(shù)，與電機結(jié)構(gòu)有關(guān)機結(jié)構(gòu)有關(guān)旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)磁場每極磁通每極磁通轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)子電路的轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)功率因數(shù)ilBF 22cos, I,T 21220222)(UsXRsRKT 2

9、2 cos IKTT 22022202)(SXRSEI 2202222)(cosSXRR mNfU 11144.4由前面分析知：由前面分析知：21220222)(UsXRsRKT 21UmaxTmSNSstT10TSNT曲線曲線)(sfT 曲線曲線)(Tfn 根據(jù)轉(zhuǎn)矩公式根據(jù)轉(zhuǎn)矩公式22022212)(sXRUsRKTT 得特性曲線：得特性曲線：動畫動畫NnmaxTstT0nTNT0n)/()(9550NNN分分轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)千瓦千瓦nPT NnNT0nT0n(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(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速為1440

10、r/min, 則額定轉(zhuǎn)矩為則額定轉(zhuǎn)矩為nPnPT9550602 m.N7 .4914405 . 795509550NNN nPT21220222UsXRsRKT)(20212XUKTmax 0dSdT令：令：求得求得202XRSSm臨界轉(zhuǎn)差率臨界轉(zhuǎn)差率0n0nTmax將將Sm代入轉(zhuǎn)矩公式，可得代入轉(zhuǎn)矩公式，可得maxmax,TUUT121 )120212XUKTmax NTTmax 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 II2) Sm與與 R2 有關(guān)，有關(guān)， R2 Sm n 。繞線式電。繞線式電機改變轉(zhuǎn)子附加電阻機改變轉(zhuǎn)子附加電阻R 2 可實現(xiàn)調(diào)速。可

11、實現(xiàn)調(diào)速。 22022212)(sXRUsRKTT 22022212TstXRURKT 電動機起動時的轉(zhuǎn)矩。電動機起動時的轉(zhuǎn)矩。起動時起動時n= 0 時時，s =1 st121st, )1TUUT2) Tst與與 R2 有關(guān)，有關(guān)， 適當(dāng)使適當(dāng)使 R2 Tst 。對繞線式。對繞線式 電機改變轉(zhuǎn)子附加電阻電機改變轉(zhuǎn)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。 0n0nTNststTTK 起動能力起動能力T2 sT2 TT =T 2n T T 2達到新的平衡達到新的平衡T20n0nTnU Tm U UTst 動畫動畫22022212

12、XRURKTTst 20212XUKTTm 202XRsm0n0nTNUT22TstTT0n0nmaxTR2 Tst n 22022212XRURKTTst 20212XUKTTm 202XRsm 不同場合應(yīng)選用不不同場合應(yīng)選用不同的電機。如金屬切同的電機。如金屬切削，選硬特性電機；削，選硬特性電機；重載起動則選軟特性重載起動則選軟特性電機。電機。2TstTT0n0nmaxTR2 Tst n 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5 7 倍倍; 電動機的起動電動機的起動 二、三十千瓦以下的異步電動機一般都采用二、三十千瓦以下的異步電動機

13、一般都采用直接起動。直接起動。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3. 轉(zhuǎn)子串電阻起動。轉(zhuǎn)子串電阻起動。以下介紹降壓起動和轉(zhuǎn)子串電阻起動。以下介紹降壓起動和轉(zhuǎn)子串電阻起動。ZUIllY3: 星形聯(lián)接時星形聯(lián)接時ZUIll3 聯(lián)聯(lián)接接時時：Z31 llYII lIlUAZBYXC+ZABCXYZlYIZlU+31L1L3L2FUU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1動觸點動觸點Y動觸點動觸點靜觸點靜觸點L1L3L2FUU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1UPU1+Ul+U2V1V2W1W2 工作工作L1L3L2FU

14、U1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1U2Ul+U1V1V2W1W2lPUU31 (a) 僅適用于正常運行為三角形接法的電機。僅適用于正常運行為三角形接法的電機。 )(2UTST (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UlAZBYXC+UPABCXYZ+Ul+ StstYTT312）自耦降壓起動自耦降壓起動L1L3L2FUQQ2R 122202202)(IIRXREIstRR滑環(huán)滑環(huán)電刷電刷定子定子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子起動電阻起動電阻 R2 Tst 22022212TstXRURKT 22RRstTT0n0nmaxT

15、2R2R stT M3M3 一臺一臺Y225M-4型的三相異步電型的三相異步電 動機，動機，定子繞組定子繞組型連接，其額定數(shù)據(jù)為：型連接，其額定數(shù)據(jù)為：P2N=45kWnN=1480r/min，UN=380V， N=92.3%，cos N=0.88， Ist/IN=7.0, Tst/TN=1.9，Tmax/TN=2.2， 求：求：A2849230880380310453. 1)NNN3N2N310 cosUPI 2）由由nN=1480r/min，可知，可知 p=2 （四極電動機）（四極電動機）minr 15000/n 013015001480150000.nnnSN 3）mN 42901480

16、4595509550NN2N .nPTmN 9638429022)(NNmaxmax .TTTTmN 8551429091)(NNstst .TTTT 在在上例中（上例中（1）如果負載轉(zhuǎn)矩為）如果負載轉(zhuǎn)矩為 510.2Nm，試問在，試問在U=UN和和U=0.9UN兩種情況下電動兩種情況下電動機能否起動？（機能否起動？（2）采用）采用Y- 換接起動時，求起換接起動時，求起動電流和起動轉(zhuǎn)矩。動電流和起動轉(zhuǎn)矩。 又當(dāng)負載轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩又當(dāng)負載轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的的80%和和50%時，電動機能否起動？時，電動機能否起動？ 1） Tst = 551.8Nm 510.2 N. m mN2510mN 44785

17、51902st .T 2）Ist =7IN=7 87.2=589.4 AA519645983131st stY.II 在在U= 0.9UN 時時mN918385513131ststY .TT132329183%8042909183%80NstY .TT121459183%5042909183%50NstY .TT起動起動3) pfsnsn106011 f=50HzM3 +變頻調(diào)速方法變頻調(diào)速方法電壓電流成比例變化（電壓電流成比例變化（f1f1N）變頻調(diào)速方法可實現(xiàn)無級平滑調(diào)速變頻調(diào)速方法可實現(xiàn)無級平滑調(diào)速,調(diào)速性調(diào)速性能優(yōu)異，因而正獲得越來越廣泛的應(yīng)用。能優(yōu)異，因而正獲得越來越廣泛的應(yīng)用。A1

18、X1A2X2iiP=2A1A2X1X2NNSSA1X1A2X2iiP=1 采用變極調(diào)速方法的電動機稱作雙速電機，采用變極調(diào)速方法的電動機稱作雙速電機，由于調(diào)速時其轉(zhuǎn)速呈跳躍性變化，因而只用在對由于調(diào)速時其轉(zhuǎn)速呈跳躍性變化，因而只用在對調(diào)速性能要求不高的場合，如銑床、鏜床、磨床調(diào)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。A1A2X1X2SNT0n0n0TS2R2R22RR 2R2R( 變轉(zhuǎn)差率調(diào)速是繞線式電動機特有的一種調(diào)變轉(zhuǎn)差率調(diào)速是繞線式電動機特有的一種調(diào)速方法。其優(yōu)點是調(diào)速平滑、設(shè)備簡單投資少，速方法。其優(yōu)點是調(diào)速平滑、設(shè)備簡單投資少，缺點是能耗較大。這種調(diào)速方式廣泛應(yīng)用

19、于各種缺點是能耗較大。這種調(diào)速方式廣泛應(yīng)用于各種提升、起重設(shè)備中。提升、起重設(shè)備中。nnTLTLSS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(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子作用，產(chǎn)生了與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相反的旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子作用，產(chǎn)生了與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相反的轉(zhuǎn)距（制動轉(zhuǎn)距），使轉(zhuǎn)子迅速停止轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)距（制動轉(zhuǎn)距），使轉(zhuǎn)子迅速停止轉(zhuǎn)動。nF轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子T n0=0 +-運轉(zhuǎn)運轉(zhuǎn)制動制動RP運轉(zhuǎn)運轉(zhuǎn)nFT n0 當(dāng)

20、電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速大于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速當(dāng)電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速大于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速時，旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)距作用方向發(fā)生變時，旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)距作用方向發(fā)生變化，由驅(qū)動轉(zhuǎn)距變?yōu)橹苿愚D(zhuǎn)距。電動機進入制化，由驅(qū)動轉(zhuǎn)距變?yōu)橹苿愚D(zhuǎn)距。電動機進入制動狀態(tài)，同時將外力作用于轉(zhuǎn)子的能量轉(zhuǎn)換成動狀態(tài)，同時將外力作用于轉(zhuǎn)子的能量轉(zhuǎn)換成電能回送給電網(wǎng)。電能回送給電網(wǎng)。nF轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子T n0n n0 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表表7.8.1中列出了各種電動機的系列代號。中列出了各種電動機的系列代號。接線盒接線盒。通常。通常接接法法電電機機容容量量Y3KW 接接法法電電機機容容量量KW4U2U1W2V1V2W1U1U2W2U2V2V1W1U1W1V1W2V2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 接法；線電壓為接法；線電壓為 220V 時采用時