第四章交流電機原理

第四 交流電動機的工作原理及特本章要點:4.1三相異步電動機的結(jié)構(gòu)和工作原

4.1三相異步電動機的結(jié)構(gòu)和

4.1

n轉(zhuǎn)子與定子的轉(zhuǎn)速不 nSSn0S通常為 電流正從各相繞組的首端流到端為正A——B——C——+Z+ZB過程分旋轉(zhuǎn)磁結(jié)論：任意兩根導(dǎo)線對調(diào)就可以改變磁場旋轉(zhuǎn)磁場的方向與三相電流的相序旋轉(zhuǎn)磁場的的極數(shù)與旋轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)磁場每分鐘旋轉(zhuǎn)若將定子做如旋轉(zhuǎn)磁場的的極數(shù)與旋轉(zhuǎn)速電流變化了半個周期，磁場在空間轉(zhuǎn)過1/4 圖4.14出線端排 圖4.15星形連 圖4.16三角形連3當電源的線電壓(Ul)等于電動機的額定相電壓(UP)3如：銘牌標有和380/220時，電源線電壓為380V時接成星形，為220V型號，如Y90S-4、Y112M-額定功率PN：在額定電壓UN：在額定情況下，定子繞組應(yīng)加的線電壓值額定頻率f額定電流IN：在額定情況下，定子的線電流值額定轉(zhuǎn)速nN(SN)：在額定情況下,電動 A級E級B級F級H級最高允許溫度（℃）:105120130155額定功率因數(shù)：在額定頻率、額定電壓和電動機軸上輸出額定功率定子相電流與相電壓之間相位差的余弦cosφN額定效率：在額定頻率、額定電壓和電動機軸上輸出額定功率時．電機輸出機械功率與輸入電功率之比，其表達式3UN3UNIN額定負載轉(zhuǎn)矩TN：電動機在額定轉(zhuǎn)速下輸出額定功率時軸上的負載轉(zhuǎn) 3U1I1η

{w}rad/

9.55、旋轉(zhuǎn)磁場通過每相定子上的投影分量為m在定子繞組上產(chǎn)生的感應(yīng)電勢為eNd 其有效值為{E1}V4.44Kf1}HzN1{}Wb，K繞組系數(shù)因為旋轉(zhuǎn)磁場和定子的相對轉(zhuǎn)速為n0，所{

p{n0}r/定子電流還產(chǎn)生漏磁通,漏磁電動勢

加上電阻，定子回路的電壓平衡方程式為u1i1R1iR

L1其復(fù)數(shù)表達式

1 1 、在轉(zhuǎn)子繞組上產(chǎn)生的感應(yīng)電勢e2 其有效值{E2}V4.44{f2}Hz因為旋轉(zhuǎn)磁場和轉(zhuǎn)子的相對轉(zhuǎn)速為n0n，所{

{n}r/S{{E2}V4.44S{f1}Hz{E20}V4.44{f1}Hz{E2}V2、轉(zhuǎn)子電流除產(chǎn)生主磁通外，還產(chǎn)生漏磁因此還產(chǎn)生漏磁電動

加上電阻，轉(zhuǎn)子回路的電壓平衡方程式e2i2R2

其復(fù)數(shù)表達

2 IRjI2 式中，X2為漏磁感抗，X22πf2L2X20 X2SX2 2

R2X R2（SX 當S很小時，R》X SE20

E20X由于感抗，I2的相位滯后于E2，功率因cosφ2

R2

2cosφ2

csφ2

1/I2、X20、cos2等都與轉(zhuǎn)差率S有關(guān)，也即與轉(zhuǎn)速n有關(guān)。 直流電動機：T交流電動機：TKt?I2：討：當cosφ2=1，純電阻性負載，I2與E2cosφ21，認為此時線圈中的電流是I2’=I2cosφ2參數(shù)表達式T

TKt?I22R2)SRU2R2)2 注意：K與電機結(jié)構(gòu)有關(guān)常數(shù)，K 1 2πf 1討論①當S較小時，忽略感抗，則T與S近似線性關(guān)系②當S超過臨界值時，隨著轉(zhuǎn)速的下降，轉(zhuǎn)矩也變異步電動機在UN和fN空載工作四個空載工作額定工作額定工作額定工作點 nnN,TNSSN

9.55 n四個特殊點啟動n＝0，(S＝1)，臨界工作啟臨界工作啟動工作

K R2X臨界工作點

Tst/TN1.0~T＝Tmax，n＝nm，(S＝Sm)，最大臨界轉(zhuǎn)差Sm=R2/X20

λmTmax/λm2.0~λm2.5~T SSm 其中RRXTmax Sm T

SR

RUSUR22)2( R22)

R S

(X20)改變定子電壓U、定子電路頻率f等，都可得到異步電特點n060fp不變；SmR2X20不變UTmax

隨電壓的減小而變小2 R22RXKTRXK

隨電壓的減特點n0=60fp不變；SmR2X20不變

KU

變小，虛線2所示，要比降壓的2 R2U2RXKTRXK

2SRR)TK 2SRR)22 2n0=60fp當f變小，n0SmR2/X

KU2

不變，一般變頻調(diào)速采用恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，T20保持恒值，改變f時，U也作應(yīng)的變化，使U／f=常數(shù)，使氣隙磁通不K R2UK

RXTRX

特點n0=60f/pSmR2/X20

U2X

R2 2T2

R2

2X2

增大此時的人為特性將是一條比固有特性較軟的一條啟動電流IST對電動機啟動的主要要求TstKt?I2st特點：直接啟動電流大（5~7鼠籠型異步電動機的啟動方直接啟動條件獨立變壓器供電時電動機啟動頻繁，電動機功率小于變壓器容量的20％；電動不經(jīng)常啟動，電動機功率小于變壓器沒有獨立的變壓器供電(即與照明共用電電動機啟動比較頻繁，滿足下列關(guān)系則可直接啟動啟動電流Ist3額定電流

4x啟動時降低加在電動機定子繞組上的電壓，當轉(zhuǎn)速接近額定值時，再將壓恢復(fù)到額定值，使之在全電壓降壓啟動只適用于啟動時負載轉(zhuǎn)矩不大的情況，如輕載或空載。由于機電動機一般都為空載啟動，所以常采用降壓啟動方式常用的降壓啟動方式有：△降壓啟動、自耦變壓器降壓啟動等。定子電路串電阻或電抗器降壓啟啟動轉(zhuǎn)矩隨定子電壓的平方關(guān)系降，故它只適用于空載或輕載啟Y-△降壓啟啟動時，定子繞組先連成Y形，轉(zhuǎn)速接近額定轉(zhuǎn)速時，將電動機定子繞組連成△形,電動機進IstYIstYIstΔ

T

同時： 缺點：啟動轉(zhuǎn)矩?。粏与妷翰荒馨磳嶋H需要適用場合：空載或輕載啟動,且正常運行時定子繞組為三角形連接的異步電動自耦變壓器。。啟動原U2/Ul=N2/Nl=K，I1/I2=K，K<1，全壓啟IST=Ul/Z降壓啟動時：I2=U2/Z=KU1/Z=KIST此時原邊從電網(wǎng)吸取的電流I1KI2K2IST啟動電流變小相對于Y-△降1K是可以調(diào)節(jié)的，因此啟動電壓、啟動轉(zhuǎn)矩可通過不同的抽頭來調(diào)節(jié)調(diào)整啟動設(shè)備體積大，價格貴、維 應(yīng)用場合通常只用于啟動大型和特殊用途電動機舉例1:一臺Y280S-4三相鼠籠式異步電動機,PN=75kW,nN=1480r/min,Tst/TN=1.9,電動機由320kVA的變壓器單獨供電,電動機所帶負載轉(zhuǎn)矩TL=200Nm,問(1)電動機頻繁啟動時，能否直接起動?(2)電動機能否用Y-△降壓起動?解(1)電動機額定功率與供電變壓器容量之比電動機不宜直接起動(2)電動機的額定轉(zhuǎn)矩和起動轉(zhuǎn)矩分別為如果采用 △降壓起動,則起動轉(zhuǎn)矩僅為起動轉(zhuǎn)矩的三分之一,因此,可以采用 △降壓起動調(diào)速電動機的調(diào)速度調(diào)節(jié)&速度變異步電動機的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速公式

0r/ 可知，要改變轉(zhuǎn)速n，則可以通過改變S、f、p幾個參nn0(1S)60f(1p在實際中，存在大量的生產(chǎn)機械，只需要幾種特定的轉(zhuǎn)速，且對動性能沒有太高要求，在這種情況下，可用變極對數(shù)的調(diào)速磁極對數(shù)p取決于電動機定子繞組的接線方式。通過改變改變極對數(shù)調(diào)速（單繞組雙速電機） NSNS(SNNSX2(Y-YY屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào) △-YY屬于恒功率調(diào)在變極調(diào)速時，不僅使轉(zhuǎn)速發(fā)生變化，且使電流相序也發(fā)生變化因此在變極同時需要改變相序特點n0=60f/p不變，Sm不變，TST、Tmax能夠?qū)崿F(xiàn)無級調(diào)速對于恒轉(zhuǎn)矩負載，D較小，對于通風(fēng)負載，D低速時發(fā)熱嚴重，穩(wěn)在定子電路中串電阻(或電抗)和用晶閘管調(diào)壓調(diào)速都是屬于這種調(diào)速方

{T}Nm{n0}r/min/{T}Nm{n}r/min/

{P

{n0}

S{P

N

特點n0，Tmax不變，Sm隨R2增加有級調(diào)速，調(diào)速范圍小，相對穩(wěn)定性差適用于線繞式異步電動機，其啟兼作調(diào)速電阻應(yīng)用場例如，在起重 設(shè)

適合于額定頻率f1N以下調(diào) 1

1

m m

U1K f為了保持Tm不變，調(diào)速時需要保持磁不變；因此需要保持U1/f1=常數(shù)改變電源頻率需要專門的變頻裝置，控制電路復(fù)雜、成本較高，但范圍的無級調(diào)速，是一種理想的調(diào)速方法基頻以下屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，基頻以上基本上屬于恒功率調(diào)速調(diào)速范圍調(diào)速平滑性靜態(tài)特性和動態(tài)特性可以和直流調(diào)經(jīng)濟效益 tI2co因某種原因異步電動機的運行速度高于它的同步速度，異步電動機NnSNnS正反正反情況一負載轉(zhuǎn)矩為位能性轉(zhuǎn)矩如：起重機下放重物改變轉(zhuǎn)子電路串入的電阻，可以調(diào)節(jié)重物下降速度，為了不致因電機轉(zhuǎn)速太高而造成運行事故，轉(zhuǎn)子附加電阻的情況二在變極調(diào)速或變頻調(diào)速過程中，使n0 Nn0nS由于反接制動時電流很大．對鼠籠式電動機常在定子電路中串接電阻；對線繞式電動機則在轉(zhuǎn)子電路中串接電阻，以Nn0nS位能負載轉(zhuǎn)矩超過電出現(xiàn)倒拉反接制動重機下放重物，為了使下速度不致太快，就常用這種工作SSNNn優(yōu)缺點制動平穩(wěn),可以通過調(diào)節(jié)直流電If=(2-不會反