《機電傳動》第04章 交流電動機工作原理及特性(江蘇大學(xué))

1、缺點：結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，價格較高，換向器與電刷處缺點：結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，價格較高，換向器與電刷處有火花放電，需定期維護有火花放電，需定期維護 （無刷直流電（無刷直流電動機不必）。動機不必）。 三相電動機三相電動機單相電動機單相電動機異步電動機異步電動機同步電動機同步電動機4.1 的結(jié)構(gòu)和工作原理的結(jié)構(gòu)和工作原理鼠籠轉(zhuǎn)子鼠籠轉(zhuǎn)子鑄鋁形成轉(zhuǎn)子繞組鑄鋁形成轉(zhuǎn)子繞組 240tsinIi120tsinIitsinIimCmBmABiAXBYCZAiCiAYCBZXAXYCBZAXYCBZAXYCBZNS0 t 60t 0n60 90t SNSN 240tsinIi120tsinIitsinIimCmBmACiBiA

2、i t600mIo 360可見：可見：三相電流產(chǎn)生的合成磁場為旋轉(zhuǎn)磁場，三相電流產(chǎn)生的合成磁場為旋轉(zhuǎn)磁場，旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)AAXZBCYAAXZBCY2. .0t 60t 任意調(diào)換兩根電源進任意調(diào)換兩根電源進線就使磁場反轉(zhuǎn)。線就使磁場反轉(zhuǎn)。0mICiBiAi tiomINSNSCiAXBYCZAiBi 240tsinIi120tsinIitsinIimCmBmACYABCXYZAXBZAiBiCiAX XNSZ CZBYB Y A C SNBiCiAiimIt 0分分）轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) /( f60n10 時時頻頻率率Hz50f1 分分）轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) /( 30000 np=1時，時，旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速磁場轉(zhuǎn)速60 (/f

3、np轉(zhuǎn) 分）X NSA X ABZCYZ C Y B SN0t 60tp=2時時BiCiAiit mI0分分）轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)/( 150026010 fn0n30AX XZ CZBYB Y A C NSNS)/( 6010分分轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)pfn 所以所以%100nnns00 %65 . 1S 例例1 1：一臺三相異步電動機，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 1= =50 Hz。試求電動機的極對。試求電動機的極對數(shù)和額定負(fù)載下的轉(zhuǎn)差率。數(shù)和額定負(fù)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

4、可知：速的關(guān)系可知：n0=1000 r/min , 2.5%100%10009751000%10000 nnns)/( 6010分分轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)pfn 定子三相繞組的六個出線頭可根據(jù)需要靈活地接定子三相繞組的六個出線頭可根據(jù)需要靈活地接成星形（成星形（Y形）或三角形（形）或三角形（形）。形）。聯(lián)結(jié)聯(lián)結(jié)Y聯(lián)結(jié)聯(lián)結(jié)定子繞組的連接方式定子繞組連線方法的選用定子繞組連線方法的選用 定子繞組連線方法的選用定子繞組連線方法的選用三相異步電動機的額定值12()3/45/678()NNNNNNNPUYfIYnSCosT、型號、額定功率額定情況下電機軸上的輸出功率、額定電壓，、額定頻率、額定電流，、額定轉(zhuǎn)速和額定轉(zhuǎn)差率

5、、額定功率因數(shù)、額定轉(zhuǎn)矩額定功率和額定轉(zhuǎn)速下軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩額定功率 額定電壓 額定頻率、電流和速度 其它額定值三相異步電動機的能流圖11 11121122222/min3cos 9.55 ewwNmrad srPU IPPPPPPTPTPPTwn12111:cosPPUI異步電機輸入功率：銘牌上的額定功率定子繞組的線電壓定子繞組的線電流：電動機的功率因數(shù)4.24.2定子定子和轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)子1) 異步電動機中定子和轉(zhuǎn)子繞組相當(dāng)于異步電動機中定子和轉(zhuǎn)子繞組相當(dāng)于變壓器的變壓器的原、副繞組。原、副繞組。2）變壓器：）變壓器： 變化變化 e U1 E1=4.44 f N1 異步電動機：異步電動機： 旋轉(zhuǎn)旋

6、轉(zhuǎn) e U1 E1=4.44 f N1 3）變壓器：）變壓器：I2 增大增大 I1增大，增大，以保持以保持 基本不變，基本不變，以達(dá)到傳遞能量的目的。以達(dá)到傳遞能量的目的。 異步電動機：當(dāng)負(fù)載增加時，轉(zhuǎn)子電流異步電動機：當(dāng)負(fù)載增加時，轉(zhuǎn)子電流I2 增大增大 I1增大，增大，以保持以保持 基本不變，以達(dá)到傳遞能量的目的?；静蛔儯赃_(dá)到傳遞能量的目的。副繞組副繞組異步異步電動機的電動機的副繞組副繞組是旋轉(zhuǎn)的且短路。是旋轉(zhuǎn)的且短路。異步異步電動電動機中的定機中的定子和轉(zhuǎn)子之間是有不大的氣隙。子和轉(zhuǎn)子之間是有不大的氣隙。異步電動機中轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢的頻率是隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)異步電動機中轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢的頻率是隨轉(zhuǎn)

7、子轉(zhuǎn)速改變的。速改變的。i1u1e1eL1i2R1e2eL2R211L111eeRiu 為漏磁電感為漏磁電感1L11L1LLdtdiLe 為為定定子子一一相相繞繞組組的的匝匝數(shù)數(shù)1111NdtdNe 2L222eRie 其其有有效效值值記記為為為為磁磁通通，tsin1m1 111111Nf44. 4NKf44. 4Ee 有有效效值值為為R1為為111L1111L111edtdiLRieeRiu 1L11Lf2X 漏磁感抗漏磁感抗60pnfpf60n,ef011011 可可寫寫出出由由磁磁場場轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速即即交交流流電電源源頻頻率率的的頻頻率率為為 11111Nf44. 4NKf44. 4E1111

8、111L111EXIjRIEERIU 表表示示為為有有效效值值可可用用復(fù)復(fù)數(shù)數(shù))(i1e1eL1i2R1e2eL2R2u1因因R1、X1小小,可近似認(rèn)為可近似認(rèn)為U1=E1因因轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn),故轉(zhuǎn)故轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢頻率子感應(yīng)電勢頻率 f 2 定定子感應(yīng)電勢頻率子感應(yīng)電勢頻率 f 110000201Sf60pnnnnp60nnf60npf 可可得得類類比比i1e1eL1i2R1e2eL2R22L222eRie E20= 4.44 f 1N2 故故E2= S E20 有有錯錯書書轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子定定子子58P,dtdNe,dtdNe222111 X20= 2 f1LL2故故X2= SX20 為為轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子

9、漏漏磁磁電電感感2L22L2LLdtdiLe dtdiLRieRie22L222L222 22222L222XIjRIERIE 2L12L22LSf2Lf2X 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子漏漏磁磁感感抗抗 222222XREI 2202220)SX(RSE 0I)nn( 020 s2202220max2XREI) 0n( 1s 220222222222)SX(RRXRRcos 202SXR)(s 高高速速很很小小時時1cos2 2ISn2cos 202XRSf11f12f11f12f1減小，減小，Tmax基本不變，基本不變，Tst增大增大2. 在額定頻率以上變頻在額定頻率以上變頻交流電頻率增大時，轉(zhuǎn)速將增交流電頻

10、率增大時，轉(zhuǎn)速將增大，但因大，但因電壓不能超過額定電電壓不能超過額定電壓，故只能保持壓，故只能保持U不變，不變，變小，所以轉(zhuǎn)矩變小，所以轉(zhuǎn)矩T也變小，屬也變小，屬恒功率調(diào)速。恒功率調(diào)速。特點：機械特性特點：機械特性硬硬，效率高，拖動能力下降，效率高，拖動能力下降，屬恒功率調(diào)速。屬恒功率調(diào)速。OnTfNf4.44.4啟動特性啟動特性一般啟動轉(zhuǎn)矩一般啟動轉(zhuǎn)矩Tst=0.8 1.5TN，而啟動電流而啟動電流Ist=5 7IN常用于常用于10kW以下的電動機，也可按教材以下的電動機，也可按教材P67處理處理3131線繞式異步電動機的線繞式異步電動機的逐級切除啟動電阻逐級切除啟動電阻maxTstTOnT

11、0nS1R2 R2 轉(zhuǎn)子串轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器頻敏變阻器啟動啟動頻敏變阻器實質(zhì)上是鐵芯損頻敏變阻器實質(zhì)上是鐵芯損耗很大的電抗器，轉(zhuǎn)子感應(yīng)耗很大的電抗器，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流頻率低時阻抗小，適合電流頻率低時阻抗小，適合正常轉(zhuǎn)速；感應(yīng)電流頻率高正常轉(zhuǎn)速；感應(yīng)電流頻率高時阻抗大，適合啟動；時阻抗大，適合啟動；高轉(zhuǎn)差率高轉(zhuǎn)差率電阻大，啟動性能好，稱為啟動籠。電阻大，啟動性能好，稱為啟動籠。注：集膚效應(yīng)注：集膚效應(yīng)又叫趨膚效應(yīng)又叫趨膚效應(yīng),當(dāng)當(dāng)交變電流交變電流通過導(dǎo)體時通過導(dǎo)體時,電流將集中在電流將集中在導(dǎo)體表面流過導(dǎo)體表面流過,這種現(xiàn)象叫這種現(xiàn)象叫集膚效應(yīng)集膚效應(yīng)。是電流或電壓以頻率較高的。是電流或電壓以頻率較高

12、的電子在導(dǎo)體中傳導(dǎo)時電子在導(dǎo)體中傳導(dǎo)時,會聚集于總導(dǎo)體表層會聚集于總導(dǎo)體表層,而非平均分布于整個導(dǎo)而非平均分布于整個導(dǎo)體的截面積中。體的截面積中。 4.54.5制動特性制動特性O(shè)nTMT0nMT OnTMT0nMT OnT0n 斷開三相電源，向定子繞組通入直流電，形成固定斷開三相電源，向定子繞組通入直流電，形成固定磁場，轉(zhuǎn)子電磁感應(yīng)產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)距，與直流電動機磁場，轉(zhuǎn)子電磁感應(yīng)產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)距，與直流電動機能耗制動原理相同。能耗制動原理相同。OnTMT0nMT 4.64.6脈動磁場脈動磁場可用可用正、反兩正、反兩個方向的旋轉(zhuǎn)磁場來等效，故個方向的旋轉(zhuǎn)磁場來等效，故正、反兩個方向的旋轉(zhuǎn)磁場（正、反兩個

13、方向的旋轉(zhuǎn)磁場（P84）B1B2BB2B1BB B2B1BB1B2B2B1B1B2BBB1B2BB2B1iAABYXiBiBiAmIit OABYiAiBX12 將開關(guān)將開關(guān)S合在位置合在位置1，電容，電容C與與B繞組串聯(lián)，電流繞組串聯(lián)，電流 iB較較iA超前近超前近90 ；當(dāng)；當(dāng)將將S切換到位置切換到位置2，電容，電容C與與A繞組串聯(lián)，電流繞組串聯(lián)，電流iA 較較iB 超超前近前近90 。這樣就改變了旋轉(zhuǎn)磁。這樣就改變了旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向，從而實現(xiàn)電動機的場的轉(zhuǎn)向，從而實現(xiàn)電動機的反轉(zhuǎn)。反轉(zhuǎn)。i 1 2定子繞組定子繞組鼠籠式轉(zhuǎn)子鼠籠式轉(zhuǎn)子短路環(huán)短路環(huán)極掌極掌(極靴極靴)當(dāng)電流流過定子繞組時，產(chǎn)生了一部分磁通當(dāng)電流流過定子繞組時，產(chǎn)生了一部分磁通 1 ，同，同時產(chǎn)生的另一部分磁通與短路環(huán)作用生成了磁通時產(chǎn)生的另一部分磁通與短路環(huán)作用生成了磁通 2 。由于短路環(huán)中感應(yīng)電流的阻礙作用，使得由于短路環(huán)中感應(yīng)電流的阻礙作用，使得 2在相位在相位上滯后上滯后 1