第7章交流電動(dòng)機(jī)

第7章交流電動(dòng)機(jī)7.1

三相異步電動(dòng)機(jī)的構(gòu)造7.2

三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理7.4

三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩與機(jī)械特性7.5

三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)7.8

三相異步電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)7.7

三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)7.6

三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速電動(dòng)機(jī)的分類：籠型電動(dòng)機(jī)線繞型電動(dòng)機(jī)同步電動(dòng)機(jī)異步電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)交流電動(dòng)機(jī)直流電動(dòng)機(jī)他勵(lì)、并勵(lì)電動(dòng)機(jī)串勵(lì)、復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)第7章交流電動(dòng)機(jī)7.1

三相異步電動(dòng)機(jī)的構(gòu)造1.定子鐵心：由內(nèi)周有槽的硅鋼片疊成。U1U2

V1V2W1W2三相繞組機(jī)座：鑄鋼或鑄鐵2.轉(zhuǎn)子(1)籠型轉(zhuǎn)子

鐵心槽內(nèi)放銅條,端

部用短路環(huán)連成一體,

或鑄鋁形成轉(zhuǎn)子繞組?；\型繞線型鐵心：由外周有槽的硅鋼片疊成?；\型轉(zhuǎn)子鑄鋁的籠型轉(zhuǎn)子風(fēng)葉

轉(zhuǎn)子:在旋轉(zhuǎn)磁場作用下,產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢、電流。(2)

繞線型轉(zhuǎn)子

同定子繞組一樣，也分為三相，并且接成星形。繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)的構(gòu)造籠型電動(dòng)機(jī)與繞線型電動(dòng)機(jī)的比較。籠型：

結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉、工作可靠；不能人為改變電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性。繞線型：

結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格較貴、維護(hù)工作量大；轉(zhuǎn)子外加電阻可人為改變電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性。Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)YR系列繞線轉(zhuǎn)子三相異步電動(dòng)機(jī)7.2.1旋轉(zhuǎn)磁場

定子三相繞組中通入三相交流電(星形聯(lián)結(jié))。1.旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生7.2

三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理(?)電流出()電流入

三相電流合成磁

場的分布情況。合成磁場方向向下合成磁場旋轉(zhuǎn)60°合成磁場旋轉(zhuǎn)90°600三相電流產(chǎn)生的合成磁場是一旋轉(zhuǎn)的磁場，

即一個(gè)電流周期內(nèi)，旋轉(zhuǎn)磁場在空間轉(zhuǎn)過360°。2.旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向結(jié)論：任意調(diào)換兩根電源進(jìn)線，則旋轉(zhuǎn)磁場反轉(zhuǎn)。調(diào)換兩根電源進(jìn)線。取決于三相電流的相序。3.旋轉(zhuǎn)磁場的極數(shù)

當(dāng)三相定子繞組按圖示排列時(shí)，產(chǎn)生一對磁極的旋轉(zhuǎn)磁場，即旋轉(zhuǎn)磁場的極數(shù)與三相繞組的排列有關(guān)。

若定子每相繞組由兩個(gè)線圈串聯(lián)

，繞組的始端之間互差60°,將形成兩對磁極的旋轉(zhuǎn)磁場。p=2時(shí)

若定子每相繞組由三個(gè)線圈串聯(lián)

,繞組的始端之間互差40°,將形成三對磁極的旋轉(zhuǎn)磁場。6004.旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速工頻

旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速取決于磁場的極對數(shù)pp=1時(shí)p=2時(shí)旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速p對磁極時(shí)旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速(同步轉(zhuǎn)速)n0與磁極對數(shù)p的關(guān)系旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速n0與頻率f1和磁極對數(shù)p有關(guān)。可見:不同磁極對數(shù)時(shí)的旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速pn0/(r/min)1300021500310004750560065007.2.2電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理定子三相繞組中通入三相交流電

切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體右手定則E20旋轉(zhuǎn)磁場感應(yīng)電流I2旋轉(zhuǎn)磁場左手定則電磁力F電磁轉(zhuǎn)矩Tn0n方向:順時(shí)針轉(zhuǎn)子導(dǎo)體e(i)nFF7.2.3轉(zhuǎn)差率

旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速之差與旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速之比稱為轉(zhuǎn)差率S。

電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)方向與磁場旋轉(zhuǎn)的方向一致，但轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n不可能達(dá)到與旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速相等，即異步電動(dòng)機(jī)如果n=n0

轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場間沒有相對運(yùn)動(dòng)，磁通不切

割轉(zhuǎn)子導(dǎo)條，無轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢和轉(zhuǎn)子電流，無轉(zhuǎn)矩，因此，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速間必須要有差別。異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行中轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速亦可由轉(zhuǎn)差率求得7.4

三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩與機(jī)械特性7.4.1轉(zhuǎn)矩公式

常數(shù)，與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)旋轉(zhuǎn)磁場每極磁通轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)X20----轉(zhuǎn)子感抗R2----轉(zhuǎn)子電阻U1----定子每相繞組電壓由公式可知1.T與定子每相繞組電壓成正比。U1T3.當(dāng)電源電壓U1一定時(shí)，T是

s的函數(shù)。2.R2

的大小對

T有影響。繞線型異步電動(dòng)機(jī)可外接電阻來改變轉(zhuǎn)子電阻R2

，從而改變轉(zhuǎn)矩。7.4.2機(jī)械特性曲線根據(jù)轉(zhuǎn)矩公式得特性曲線電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)矩1.額定轉(zhuǎn)矩TN三個(gè)重要轉(zhuǎn)矩(N?m)

如：某普通車床的主軸電機(jī)(Y3-132M-4型)的額定功率為7.5kW,額定轉(zhuǎn)速為1440r/min,則額定轉(zhuǎn)矩為2.最大轉(zhuǎn)矩Tmax電機(jī)帶動(dòng)最大負(fù)載的能力。臨界轉(zhuǎn)差率將sm代入轉(zhuǎn)矩公式，可得Tmax令，求得當(dāng)U1

一定時(shí)，Tmax為定值。過載系數(shù)(能力)一般三相異步電動(dòng)機(jī)的過載系數(shù)

工作時(shí)必須使負(fù)載轉(zhuǎn)矩T2

<Tmax

，否則電動(dòng)機(jī)將停轉(zhuǎn)。若不停轉(zhuǎn)，電動(dòng)機(jī)的電流馬上升高6、7倍，電動(dòng)機(jī)嚴(yán)重過熱，以致燒壞。(2)sm與R2有關(guān)，R2smn

。繞線型電動(dòng)機(jī)改變轉(zhuǎn)子附加電阻R2可實(shí)現(xiàn)調(diào)速?！?.起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)矩。起動(dòng)時(shí)n=0，s=1，則Tst體現(xiàn)了電動(dòng)機(jī)帶載起動(dòng)的能力。

若

Tst

>T2，電機(jī)能起動(dòng)，否則不能起動(dòng)。起動(dòng)能力Tst(2)Tst與R2有關(guān)，

R2Tst。對繞線型

電機(jī)改變轉(zhuǎn)子附加電阻

R2,可使Tst=Tmax

。′4.電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析

電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩可以隨負(fù)載的變化而自動(dòng)調(diào)整，這種能力稱為自適應(yīng)負(fù)載能力。

自適應(yīng)負(fù)載能力是電動(dòng)機(jī)區(qū)別于其他動(dòng)力機(jī)械的重要特點(diǎn)（如：柴油機(jī)當(dāng)負(fù)載增加時(shí)，必須由操作者加大油門，才能帶動(dòng)新的負(fù)載)。此過程中，n、sI2

I1電源提供的功率自動(dòng)增加。T2sT2>TT=T2nT

T′2達(dá)到新的平衡T2常用特性段7.5

三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)7.5.1起動(dòng)性能

起動(dòng)問題：起動(dòng)電流大，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩小。

一般中小型籠型電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流為額定電流的5~7倍;電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的1.0~2.2倍。大電流使電網(wǎng)電壓降低，影響鄰近負(fù)載的工作頻繁起動(dòng)時(shí)造成熱量積累，使電機(jī)過熱后果：原因：起動(dòng)：

n=0，s=1,接通電源。起動(dòng)時(shí)，n=0，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割磁通速度很大，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)勢轉(zhuǎn)子電流定子電流

7.5.2

起動(dòng)方法(2)降壓起動(dòng)：星-三角(Y─)

換接起動(dòng)自耦降壓起動(dòng)（適用于籠型電動(dòng)機(jī)）(3)轉(zhuǎn)子電路串電阻起動(dòng)（適用于繞線型電動(dòng)機(jī)）以下介紹降壓起動(dòng)和轉(zhuǎn)子電路串電阻起動(dòng)。(1)直接起動(dòng)

一般規(guī)定7.5kW以下或小于10kW的異步電動(dòng)機(jī)可直接起動(dòng)。1.降壓起動(dòng)(1)Y－換接起動(dòng)設(shè)：電機(jī)每相阻抗為L?LLYLY－起動(dòng)器接線簡圖△動(dòng)觸點(diǎn)Y動(dòng)觸點(diǎn)靜觸點(diǎn)Y－起動(dòng)器接線簡圖Y起動(dòng)LYLY－起動(dòng)器接線簡圖工作LL(a)僅適用于正常運(yùn)行為三角形聯(lián)結(jié)的電機(jī)。

(b)Y－起動(dòng)Y－換接起動(dòng)適合于空載或輕載起動(dòng)的場合Y-換接起動(dòng)應(yīng)注意的問題LL(2)自耦降壓起動(dòng)S2下合：

接入自耦變

壓器，降壓

起動(dòng)。S2上合：

切除自耦變

壓器，全壓

工作。合刀閘開關(guān)SQ2

自耦降壓起動(dòng)適合于容量較大的或正常運(yùn)行時(shí)連成Y形不能采用Y－換接起動(dòng)的籠型異步電動(dòng)機(jī)。SS2滑環(huán)起動(dòng)時(shí)將適當(dāng)?shù)腞串入轉(zhuǎn)子電路中，起動(dòng)后將R短路。起動(dòng)電阻2.繞線型電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電路串電阻起動(dòng)電刷轉(zhuǎn)子定子

若R2選得適當(dāng)，轉(zhuǎn)子電路串電阻起動(dòng)既可以降低起動(dòng)電流，又可以增加起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。常用于要求起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大的生產(chǎn)機(jī)械上。轉(zhuǎn)子電路串電阻起動(dòng)的特點(diǎn)R2-TTst

-

方法：任意調(diào)換電源的兩根進(jìn)線，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)三相異步電動(dòng)機(jī)的正、反轉(zhuǎn)例1:

(1)解:

一臺(tái)Y225M-4型三相異步電動(dòng)機(jī)，定子繞組△形聯(lián)結(jié)，其額定數(shù)據(jù)為P2N=45kW,nN=1480r/min，UN=380V，N=92.3%，cosN=0.88，Ist/IN=7.0,Tst/TN=1.9，Tmax/TN=2.2，求：(1)額定電流IN?(2)額定轉(zhuǎn)差率sN?(3)額定轉(zhuǎn)矩TN、最大轉(zhuǎn)矩Tmax和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst。(2)由nN=1480r/min，可知p=2（四極電動(dòng)機(jī)）(3)7.6

三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速7.6.1變頻調(diào)速頻率調(diào)節(jié)范圍：0.5~320Hz三種電氣調(diào)速方法直流電交流電f1、U1可調(diào)三相籠型電動(dòng)機(jī)

變頻調(diào)速方法可實(shí)現(xiàn)無級平滑調(diào)速,調(diào)速性能優(yōu)異,正獲得越來越廣泛的應(yīng)用(如家用電器中的應(yīng)用)。7.6.2變極調(diào)速

(有級調(diào)速)p=2··NNSS改變磁極對數(shù)p，可改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。由公式p=1

采用變極調(diào)速方法的電動(dòng)機(jī)稱作雙速電動(dòng)機(jī)，由于調(diào)速時(shí)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、磨床等機(jī)床上。常見的多速電動(dòng)機(jī)有雙速、三速、四速幾種。SN7.6.3變轉(zhuǎn)差率調(diào)速

(無級調(diào)速)

變轉(zhuǎn)差率調(diào)速是繞線型電動(dòng)機(jī)特有的一種調(diào)速方法。其優(yōu)點(diǎn)是調(diào)速平滑，設(shè)備簡單投資少，缺點(diǎn)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。

在繞線型電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子電路中接入一個(gè)調(diào)速電阻R2，改變電阻的大小，在負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變時(shí)，就可得到平滑調(diào)速。n?n'?TL7.7

三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)7.7.1

能耗制動(dòng)

在斷開三相電源的同時(shí)，給電動(dòng)機(jī)其中兩相繞組通入直流電流，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)方向相反的轉(zhuǎn)矩(制動(dòng)轉(zhuǎn)矩)，使轉(zhuǎn)子迅速停止轉(zhuǎn)動(dòng)。7.7.2

反接制動(dòng)

停車時(shí)，將接入電動(dòng)機(jī)的三相電源線中的任意兩相對調(diào)，使電動(dòng)機(jī)定子產(chǎn)生一個(gè)與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反的旋轉(zhuǎn)磁場，從而獲得所需的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子迅速停止轉(zhuǎn)動(dòng)。

7.7.3

發(fā)電反饋制動(dòng)

當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速大于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速時(shí)，旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩作用方向發(fā)生變化，由驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩變?yōu)橹苿?dòng)轉(zhuǎn)矩。電動(dòng)機(jī)進(jìn)入制動(dòng)狀態(tài)，同時(shí)將外力作用于轉(zhuǎn)子的能量轉(zhuǎn)換成電能回送給電網(wǎng)。n>n07.8

三相異步電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)1.型號

用以表明電動(dòng)機(jī)的系列、幾何尺寸和極數(shù)。n0=1500r/min磁極數(shù)(極對數(shù)p=2)例如：Y3－132M－4

機(jī)座長度代號機(jī)座中心高（mm）第3次更新設(shè)計(jì)三相異步電動(dòng)機(jī)異步電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品名稱和代號及其漢字意義Y,Y2,Y32.接法定子三相繞組的連接方法:Y聯(lián)結(jié)聯(lián)結(jié)接線盒3.電壓說明：

一般規(guī)定，電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行電壓不能高于或低于額定值的5%。因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)在滿載或接近滿載情況下運(yùn)行時(shí),電壓過高或過低都會(huì)使電動(dòng)機(jī)的電流大于額定值，從而使電動(dòng)機(jī)過熱。