電工技術-第7章講稿

第7章交流電動機電工技術本章要求：1、了解旋轉磁場的產(chǎn)生與作用；2、了解交流電動機的轉動原理；3、了解異步電動機的電路分析；4、掌握異步電動機的轉矩與機械特性；5、掌握三相異步電動機的起動、調速、制動及銘牌數(shù)據(jù)的意義。17.1三相異步電動機的構造目錄7.2三相異步電動機的轉動原理7.3三相異步電動機的電路分析7.4三相異步電動機轉矩與機械特性7.5三相異步電動機的起動7.6三相異步電動機的調速7.7三相異步電動機的制動7.8三相異步電動機銘牌數(shù)據(jù)7.9三相異步電動機的選擇7.11單相異步電動機7.10同步電動機(略)電工技術2電動機的分類：電動機交流電動機直流電動機三相電動機單相電動機同步電動機異步電動機他勵、并勵電動機串勵、復勵電動機電工技術31.定子7.1三相異步電動機的構造鐵心：由內周有槽的硅鋼片疊成。U1---U2

V1---V2W1---W2三相繞組機座：鑄鋼或鑄鐵電工技術4

轉子:在旋轉磁場作用下，產(chǎn)生感應電動勢或電流。2.轉子籠型轉子鐵心：由外周有槽的硅鋼片疊成。(1)籠型轉子鐵芯槽內放銅條，端部用短路環(huán)形成一體,或鑄鋁形成轉子繞組。(2)繞線型轉子同定子繞組一樣，也分為三相，并且接成星形?；\型繞線型電工技術5三相異步電動機的結構V2V1W2U2U1W1轉子定子定子繞組（三相）機座U、V、W分別代表三個線圈；角標1表示線圈的首端，角標2表示線圈的末端。電工技術6電工技術7三相異步電動機的組成

鼠籠式電動機的各部件

電工技術8籠型電動機與繞線型電動機的的比較：籠型：

結構簡單、價格低廉、工作可靠；不能人為改變電動機的機械特性。繞線型：結構復雜、價格較貴、維護工作量大；轉子外加電阻可人為改變電動機的機械特性。電工技術97.2三相異步電動機的轉動原理電工技術10磁鐵閉合線圈電工技術11磁極旋轉導線切割磁力線產(chǎn)生感應電動勢導線長磁感應強度切割速度（右手定則）閉合導線產(chǎn)生電流i通電導線在磁場中受力（左手定則）注意：受力方向與磁場旋轉方向一致電工技術121.線圈跟著磁鐵轉→兩者轉動方向一致結論：異步2.線圈比磁場轉得慢電工技術137.2.1旋轉磁場

定子三相繞組通入三相交流電(星形聯(lián)接)U1U2V1V2W1W21.旋轉磁場的產(chǎn)生o電工技術14U1V2W1V1W2U2規(guī)定i:“+”首端流入，尾端流出。i:“–”尾端流入，首端流出。(?)電流出()電流入o電工技術15U1U2V2W1V1W2U1U2V2W1V1W2U1U2V2W1V1W2三相電流合成磁

場的分布情況合成磁場方向向下合成磁場旋轉60°合成磁場旋轉90°600to電工技術16AU1U2W2V1W1V2AU1U2W2V1W1V2分析可知：三相電流產(chǎn)生的合成磁場是一旋轉的磁場

即：一個電流周期，旋轉磁場在空間轉過360°2.旋轉磁場的旋轉方向結論：任意調換兩根電源進線，則旋轉磁場反轉。任意調換兩根電源進線(電路如圖)U1U2W1W2V1V2取決于三相電流的相序0to173.旋轉磁場的極對數(shù)P當三相定子繞組按圖示排列時，產(chǎn)生一對磁極的旋轉磁場，即：otU1U2V2W1V1W2U1U2V1V2W1W2電工技術18

若定子每相繞組由兩個線圈串聯(lián)

，繞組的始端之間互差60°，將形成兩對磁極的旋轉磁場。W'1U1V1W1V'1U'2U2U'1V2V'2W2W'2電工技術19極對數(shù)旋轉磁場的磁極對數(shù)與三相繞組的排列有關OW'1U1V1W1V'1U'2U2U'1V2V'2W2W'2電工技術204.旋轉磁場的轉速工頻：旋轉磁場的轉速取決于磁場的極對數(shù)p=1時U1V1W2U2W1V2U1V1W2U2W1V2U1V1W2U2W1V2O電工技術21p=2時0電工技術22旋轉磁場轉速n0與極對數(shù)p的關系旋轉磁場轉速n0與頻率f1和極對數(shù)p有關?？梢?極對數(shù)每個電流周期磁場轉過的空間角度同步轉速電工技術23結論電工技術

(1)在對稱的三相繞組中通入三相電流，可以產(chǎn)生在空間旋轉的合成磁場。(2)磁場旋轉方向與電流相序一致。電流相序為A-B-C時磁場順時針方向旋轉；電流相序為A-C-B時磁場逆時針方向旋轉。(3)磁場轉速(同步轉速)與電流頻率有關，改變電流頻率可以改變磁場轉速。對兩極(一對磁極)磁場，電流變化一周，則磁場旋轉一周。同步轉速no與磁場磁極對數(shù)p的關系為：247.2.2電動機的轉動原理1.轉動原理U1U2V2W1V1W2定子三相繞組通入三相交流電方向:順時針

切割轉子導體右手定則感應電動勢E20旋轉磁場感應電流I2旋轉磁場左手定則電磁力FF電磁轉矩TnF電工技術257.2.3轉差率

旋轉磁場的同步轉速和電動機轉子轉速之差與旋轉磁場的同步轉速之比稱為轉差率。由前面分析可知，電動機轉子轉動方向與磁場旋轉的方向一致，但轉子轉速n不可能達到與旋轉磁場的轉速相等，即異步電動機如果:無轉子電動勢和轉子電流轉子與旋轉磁場間沒有相對運動，磁通不切割轉子導條無轉矩因此，轉子轉速與旋轉磁場轉速間必須要有差別。電工技術26異步電動機運行中:轉子轉速亦可由轉差率求得轉差率s

例1：一臺三相異步電動機，其額定轉速n=975r/min，電源頻率f1=50Hz。試求電動機的極對數(shù)和額定負載下的轉差率。解：根據(jù)異步電動機轉子轉速與旋轉磁場同步轉速的關系可知：n0=1000r/min,即p=3額定轉差率為電工技術277.3三相異步電動機的電路分析

三相異步電動機的電磁關系與變壓器類似。變壓器：變化eU1E1=4.44fN1

E2=4.44fN2E1、E2頻率相同，都等于電源頻率。異步電動機每相電路i1u1e1e

1e2e

2i2+－++++－－－－f1f2電工技術287.3.1定子電路1.旋轉磁場的磁通異步電動機：旋轉磁場切割導體e，

U1

E1=4.44

f1N1每極磁通旋轉磁場與定子導體間的相對速度為n0，所以2.定子感應電勢的頻率f1感應電勢的頻率與磁場和導體間的相對速度有關f1=電源頻率f電工技術297.3.2轉子電路1.轉子感應電勢頻率f2∵定子導體與旋轉磁場間的相對速度固定，而轉子導體與旋轉磁場間的相對速度隨轉子的轉速不同而變化定子感應電勢頻率f1轉子感應電勢頻率f2

轉子感應電勢頻率f2旋轉磁場切割定子導體和轉子導體的速度不同電工技術302.轉子感應電動勢E2E2=4.44f2N2=4.44sf1N2

當轉速n=0(s=1)時，f2最高，且E2最大，有E20=4.44

f1N2轉子靜止時的感應電勢即E2=

sE20

轉子轉動時的感應電勢3.轉子感抗X2當轉速n=0(s=1)時，f2最高，且X2最大，有X20=2

f1L2即X2=

sX20

電工技術314.轉子電流I25.轉子電路的功率因數(shù)cos2轉子繞組的感應電流電工技術32轉子繞組的感應電流轉子電路的功率因數(shù)結論：轉子轉動時，轉子電路中的各量均與轉差率s有關，即與轉速

n有關。I2cos2s1I2,O電工技術337.4三相異步電動機轉矩與機械特性7.4.1轉矩公式

轉子中各載流導體在旋轉磁場的作用下,受到電磁力所形成的轉矩之總和。常數(shù)，與電機結構有關旋轉磁場每極磁通轉子電流轉子電路的功率因數(shù)34由此得電磁轉矩公式由前面分析知：電工技術35由公式可知電磁轉矩公式1.T與定子每相繞組電壓成正比。U1T2.當電源電壓U1一定時，T是s的函數(shù)。3.R2

的大小對T有影響。繞線型異步電動機可外接電阻來改變轉子電阻R2，從而改變轉距。電工技術367.4.2機械特性曲線OTS根據(jù)轉矩公式得特性曲線：OT1電工技術37電動機在額定負載時的轉矩。1.額定轉矩TN三個重要轉矩OT額定轉矩(N?m)如某普通機床的主軸電機(Y132M-4型)的額定功率為7.5kw,額定轉速為1440r/min,則額定轉矩為電工技術382.最大轉矩Tmax轉子軸上機械負載轉矩T2不能大于Tmax，否則將造成堵轉(停車)。電機帶動最大負載的能力。令：求得臨界轉差率OTTmax將sm代入轉矩公式，可得電工技術39當U1一定時，Tmax為定值過載系數(shù)(能力)一般三相異步電動機的過載系數(shù)為工作時必須使T2

<Tmax，否則電機將停轉。電機嚴重過熱而燒壞。(2)sm與R2有關，R2smn。繞線型電機改變轉子附加電阻R′2可實現(xiàn)調速。電工技術403.起動轉矩Tst電動機起動時的轉矩。起動時n=0時，s=1(2)Tst與R2有關，適當使

R2Tst。對繞線式型電機改變轉子附加電阻

R′2,可使Tst=Tmax

。Tst體現(xiàn)了電動機帶載起動的能力。

若

Tst

>T2電機能起動，否則不能起動。OTTst起動能力電工技術414.電動機的運行分析電動機的電磁轉矩可以隨負載的變化而自動調整，這種能力稱為自適應負載能力。

自適應負載能力是電動機區(qū)別于其它動力機械的重要特點（如：柴油機當負載增加時，必須由操作者加大油門，才能帶動新的負載)。此過程中，n、sE2,I2

I1電源提供的功率自動增加。T2sT2>TT=T2nT

T′2達到新的平衡T2常用特性段TO425.U1和R2變化對機械特性的影響(1)

U1變化對機械特性的影響UTmTstT2TO電工技術43(2)R2變化對機械特性的影響TOR2Tstn硬特性：負載變化時，轉速變化不大，運行特性好。軟特性：負載增加時轉速下降較快，但起動轉矩大，起動特性好。電工技術44(2)R2變化對機械特性的影響

不同場合應選用不同的電機。如金屬切削，選硬特性電機；重載起動則選軟特性電機。TOR2Tstn硬特性：負載變化時，轉速變化不大，運行特性好。軟特性：負載增加時轉速下降較快，但起動轉矩大，起動特性好。電工技術457.5三相異步電動機的起動7.5.1起動性能起動問題：起動電流大，起動轉矩小。

一般中小型籠型電機起動電流為額定電流的5~7倍;電動機的起動轉矩為額定轉矩的(1.0~2.2)倍。大電流使電網(wǎng)電壓降低，影響鄰近負載的工作頻繁起動時造成熱量積累，使電機過熱后果：原因：起動：

n=0，s=1,接通電源。起動時，n=0，轉子導體切割磁力線速度很大，轉子感應電勢轉子電流定子電流

電工技術467.5.2起動方法(1)直接起動

二、三十千瓦以下的異步電動機一般都采用直接起動。(2)降壓起動：星形-三角形(Y－)換接起動自耦降壓起動（適用于籠型電動機）(3)轉子串電阻起動（適用于繞線型電動機）以下介紹降壓起動和轉子串電阻起動。電工技術471.降壓起動(1)Y－換接起動

降壓起動時的電流為直接起動時的+－

起動U1U2V1V1W1W2正常運行+－U1U2V1V2W1W2設：電機每相阻抗為電工技術48Y－起動器接線簡圖L1L3L2FUSU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1△動觸點Y動觸點靜觸點電工技術49Y－起動器接線簡圖Y起動L1L3L2FUSU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1

起動UPU1+＿Ul+＿U2V1V2W1W250Y－起動器接線簡圖工作L1L3L2FUSU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1正常運行+－U1U2V1V2W1W251(a)僅適用于正常運行為三角形聯(lián)結的電機。

(b)Y－起動Y－換接起動適合于空載或輕載起動的場合Y-換接起動應注意的問題+－

起動U1U2V1V1W1W2正常運行+－U1U2V1V2W1W2電工技術52L1L3L2FUQ(2)自耦降壓起動Q2下合：接入自耦變壓器，降壓起動。Q2上合：切除自耦變壓器，全壓工作。合刀閘開關QQ2

自耦降壓起動適合于容量較大的或正常運行時聯(lián)成Y形不能采用Y－起動的籠型異步電動機。電工技術53滑環(huán)電刷定子轉子起動時將適當?shù)腞串入轉子電路中，起動后將R短路。起動電阻

2.繞線型電動機轉子電路串電阻起動Rst?RstRst54

若R2選得適當，轉子電路串電阻起動既可以降低起動電流，又可以增加起動轉矩。常用于要求起動轉矩較大的生產(chǎn)機械上。R2-TTst

-TO轉子電路串電阻起動的特點電工技術55

方法：任意調換電源的兩根進線，電動機反轉。電動機正轉電動機反轉三相異步電動機的正、反轉電源~UVWM3~UVW電源~M3~電工技術56例1:

(1)解:

一臺Y225M-4型的三相異步電動機，定子繞組△型聯(lián)結，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)額定轉差率sN?(3)額定轉矩

TN、最大轉矩Tmax、和起動轉矩TN。電工技術57(2)由nN=1480r/min，可知p=2（四極電動機）(3)電工技術58(1)在U=UN時

Tst=551.8N?m>510.2N.m解：在上例中(1)如果負載轉矩為510.2N?m,試問在U=UN和U′=0.9UN兩種情況下電動機能否起動？（2）采用Y-換接起動時，求起動電流和起動轉矩。又當負載轉矩為起動轉矩的80%和50%時，電動機能否起動？不能起動(2)Ist=7IN=784.2=589.4A

在U′=0.9UN時能起動例2:59在80%額定負載時不能起動在50%額定負載時可以起動(3)電工技術60例3:

對例1中的電動機采用自耦變壓器降壓起動,起動時加到電動機上的電壓為額定電壓的64%，求這時的線路起動電流Ist′′和電動機的起動轉矩Tst′。解：設電動機的起動電壓為U'，電動機的起動電流為Ist依據(jù)變壓器的一次、二次側電壓電流關系，可求得線路起動電流Ist′′。電工技術61電工技術62采用自耦降壓法起動時，若加到電動機上的電壓與額定電壓之比為x，則線路起動電流Ist"為電動機的起動轉距Tst′為結論：電工技術637.6.1變頻調速(無級調速)

f=50Hz逆變器M3~整流器f1、U1可調+–~變頻調速方法恒轉距調速（f1<f1N）恒功率調速（f1>f1N）頻率調節(jié)范圍：0.5~幾百赫茲三種電氣調速方法7.6三相異步電動機的調速電工技術647.6.2變極調速(有級調速)

變頻調速方法可實現(xiàn)無級平滑調速,調速性能優(yōu)異，因而正獲得越來越廣泛的應用。U11U21U12U22iiP=2··U11U12U21U22··NNSS電工技術65U11U21U12U22ii??P=1采用變極調速方法的電動機稱作雙速電機，由于調速時其轉速呈跳躍性變化，因而只用在對調速性能要求不高的場合，如銑床、鏜床、磨床等機床上。U11··U12U21U22SN電工技術66To7.6.3變轉差率調速

(無級調速)

變轉差率調速是繞線型電動機特有的一種調速方法。其優(yōu)點是調速平滑、設備簡單投資少，缺點是能耗較大。這種調速方式廣泛應用于各種提升、起重設備中。nn'??TLTLs

′s??Tso電工技術677.7三相異步電動機的制動7.7.1能耗制動制動方法機械制動電氣制動能耗制動反接制動發(fā)電反饋制動

在斷開三相電源的同時，給電動機其中兩相繞組通入直流電流，直流電流形成的固定磁場與旋轉的轉子作用，產(chǎn)生了與轉子旋轉方向相反的轉距（制動轉距），使轉子迅速停止轉動。電工技術68nF轉子Tn0=07.7.2反接制動停車時，將接入電動機的三相電源線中的任意兩相對調，使電動機定子產(chǎn)生一個與轉子轉動方向相反的旋轉磁場，從而獲得所需的制動轉矩，使轉子迅速停止轉動。

運轉制動M3~電工技術69M3~運轉制動?nF轉子Tn07.7.3發(fā)電反饋制動

當電動機轉子的轉速大于旋轉磁場的轉速時，旋轉磁場產(chǎn)生的電磁轉距作用方向發(fā)生變化，由驅動轉距變?yōu)橹苿愚D距。電動機進入制動狀態(tài)，電工技術70同時將外力作用于轉子的能量轉換成電能回送給電網(wǎng)。nF轉子Tn0n>n0電工技術717.8三相異步電動機銘牌數(shù)據(jù)1.型號

磁極數(shù)(極對數(shù)p=2)例如：Y132M－4

用以表明電動機的系列、幾何尺寸和極數(shù)。機座長度代號機座中心高（mm）三相異步電動機電工技術72異步電動機產(chǎn)品名稱代號產(chǎn)品名稱異步電動機繞線型異步電動機防爆型異步電動機高起動轉矩異步電動機新代號漢字意義老代號Y異異繞異爆異起YRYBYQJ、JOJR、JROJB、JBOJQ、JQO電工技術732.接法定子三相繞組的聯(lián)接方法。通常U2U1W2V1V2W1Y聯(lián)結聯(lián)結W2U2V2V1W1U1接線盒V1W2U1W1U2V2W1U1V1W2U2V2接電源W1U1V1W2U2V2接電源電工技術743.電壓例如：380/220V、Y/是指線電壓為380V時采用Y聯(lián)結；線電壓為220V時采用

聯(lián)結。說明：一般規(guī)定，電動機的運行電壓不能高于或低于額定值的5%。因為在電動機滿載或接近滿載情況下運行時，電壓過高或過低都會使電動機的電流大于額定值,從而使電動機過熱。電動機在額定運行時定子繞組上應加的線電壓值。三相異步電動機的額定電壓有380V，3000V,及6000V等多種。電工技術754.電流例如：Y/6.73/11.64A

表示星形聯(lián)結下電機的線電流為6.73A