交流電機(jī)資料

第五章溝通電動(dòng)機(jī)的工作原理及特性溝通電動(dòng)機(jī)——異步電動(dòng)機(jī)、同步電動(dòng)機(jī)。本章主要內(nèi)容：了解三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理，定子電路和轉(zhuǎn)子電路；駕馭三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性及啟動(dòng)特性、調(diào)速特性、制動(dòng)特性；了解單相異步電動(dòng)機(jī)和同步電動(dòng)機(jī)工作原理、特點(diǎn)及應(yīng)用。5.1三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理5.1.1三相異步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)1）定子：定子由鐵心,繞組與機(jī)座組成定子：圖片2）轉(zhuǎn)子：由鐵心與繞組組成鼠籠式轉(zhuǎn)子（鋁鑄的鼠籠式轉(zhuǎn)子）；線繞式轉(zhuǎn)子繞組與外加變阻器的連接。鼠籠式轉(zhuǎn)子鼠籠轉(zhuǎn)子照片繞線轉(zhuǎn)子照片5.1.2三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理 三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理是基于定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)(定子繞組內(nèi)三相電流所產(chǎn)生的合磁場(chǎng)）和轉(zhuǎn)子電流（轉(zhuǎn)子繞組內(nèi)的電流）的相互作用。動(dòng)畫(huà)演示1nNSTfn0f轉(zhuǎn)差率s=(n0-n)/n0

定子合成磁場(chǎng)是旋轉(zhuǎn)的，n0；轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)，n；總是有n<n05.1.3三相異步電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)1.旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生動(dòng)畫(huà)演示2定子三相繞組、三相電流的波形圖、兩極旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)三相電流的波形圖三相電流的波形圖圖6.2.2二極旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)2.旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向?qū)C兩根線對(duì)調(diào)變更繞組中的電流相逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)的兩極旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)3旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的極數(shù)與旋轉(zhuǎn)速度產(chǎn)生四極旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的定子繞組四極旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)三相異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速600pfn=min）r/(

p123456n0/(r/min)300015001000750600500f=50Hz時(shí),不同極對(duì)數(shù)時(shí)的同步轉(zhuǎn)速如下:表6.2.1同步轉(zhuǎn)速p為隨意值時(shí)：5.1.4定子繞組線端連接方式出線端的排列星形連接三角形連接電動(dòng)機(jī)定子繞組的連接5.2三相異步電動(dòng)機(jī)的定子電路和轉(zhuǎn)子電路5.2.1定子電路的分析定子和轉(zhuǎn)子電路的感應(yīng)電勢(shì)三相異步電動(dòng)機(jī)的一相電路5.2.2轉(zhuǎn)子的電路分析5.2.3三相異步電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)

三相異步電動(dòng)機(jī)型號(hào)Y132S－6功率3kW頻率

50Hz電壓380V電流7.2A連接Y轉(zhuǎn)速960r/min

功率因數(shù)

0.76

絕緣等級(jí)

B1.型號(hào)

Y132S－6Y系列異步機(jī)機(jī)座中心高度機(jī)座長(zhǎng)度代號(hào)

2p=6→n0=1000r/min2.額定功率PN

PN=3kW→軸上輸出機(jī)械功率的額定值3.額定電壓UN

UN=380V→定子三相繞組應(yīng)施加的線電壓磁極數(shù)

三相異步電動(dòng)機(jī)型號(hào)Y132S－6功率3kW頻率

50Hz電壓380V電流7.2A聯(lián)結(jié)Y轉(zhuǎn)速960r/min

功率因數(shù)

0.76

絕緣等級(jí)

B4.額定電流IN

IN=7.2A→定子三相繞組的額定線電流5.額定功率因數(shù)λN=cosNP1N=√3UNINcosNPN=ηNP1N=√3UNINcosNηN6.額定轉(zhuǎn)速nN5.2.3三相異步電動(dòng)機(jī)的額定值5.2.4三相異步電機(jī)的能流圖5.3三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩與機(jī)械特性

5.3.1三相異步電動(dòng)機(jī)的（電磁）轉(zhuǎn)矩

T=KtΦi2COSψ2（式5.25）（5.27）5.3.2三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性動(dòng)畫(huà)演示31.固有機(jī)械特性四個(gè)特殊點(diǎn)：志向空載點(diǎn)（0，n0）額定工作點(diǎn)（TN,nN）啟動(dòng)工作點(diǎn)（Tst,0）臨界工作點(diǎn)（Tmax,nm）2.人為機(jī)械特性

1）降低電源電壓時(shí)的人為機(jī)械特性snsm10TLUN0TstTmaxTemn1A0.8UN0.64Tst0.64Tmax紅色線為干脆降低電源電壓的人為特性，黑色線為定子電路串入電阻R1S或電抗X1S人為特性10TmTemsms

n0n1Tm’xstsm’r2+Rs3Tst2sm2r2+Rs2Tst1sm1r2+Rs110TstTmTems

n0n1smr24）轉(zhuǎn)子電路串入電阻R2S或電抗X2S人為特性5.4三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)特性

啟動(dòng)要求：

啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩足夠大；

啟動(dòng)電流盡量??；

加速過(guò)程平滑；

設(shè)備簡(jiǎn)潔、牢靠；

功率損耗小。

啟動(dòng)特點(diǎn)：

電流大；轉(zhuǎn)矩小。5.4.1鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)方法1.干脆啟動(dòng)（全壓?jiǎn)?dòng)）將電動(dòng)機(jī)的定子繞組通過(guò)閘刀開(kāi)關(guān)或接觸器干脆接入電源，在額定電壓下進(jìn)行啟動(dòng)。（圖5。29）條件：電動(dòng)機(jī)功率應(yīng)滿足電源總?cè)萘恳蟆＂儆刑氐氐膭?dòng)力供電變壓器時(shí)，假如電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)頻繁，則電動(dòng)機(jī)功率小于變壓器容量的20％時(shí)允許干脆啟動(dòng)；②有特地的動(dòng)力供電變壓器時(shí)，假如電動(dòng)機(jī)不常常啟動(dòng)，則電動(dòng)機(jī)功率小于變壓器容量的30％時(shí)允許干脆啟動(dòng)；③沒(méi)有特地的動(dòng)力供電變壓器時(shí)，估算時(shí)應(yīng)滿足公式（5.35)2.電阻或電阻器降壓?jiǎn)?dòng)

定子串電阻或電抗器

降壓?jiǎn)?dòng)，升速后，

切除啟動(dòng)電阻。

特點(diǎn)：

啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩小，

只適用空載或輕載；

能耗大，啟動(dòng)設(shè)備

成本高、體積大。3.Y-Δ降壓?jiǎn)?dòng)

啟動(dòng)時(shí)，KM、1KM合，2KM開(kāi)，星形

接線；

升速后，1KM開(kāi)，2KM合，三角形接線。

YΔ1Ist3Ist1Tst3Tst方法——接觸器限制；Y－Δ啟動(dòng)器。特點(diǎn)——簡(jiǎn)潔、經(jīng)濟(jì)，啟動(dòng)電流小。啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩小，電壓不行調(diào)整。應(yīng)用——4kw以上，380v，Δ連接。4.自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)啟動(dòng)時(shí)，KM開(kāi)，1KM、2KM合，星形接線，降壓運(yùn)行；

升速后，KM合，1KM、2KM開(kāi)，

全壓運(yùn)行。

特點(diǎn)：?jiǎn)?dòng)電壓、電流、轉(zhuǎn)矩可調(diào)；設(shè)備（啟動(dòng)補(bǔ)償器）困難。

應(yīng)用：?jiǎn)?dòng)不頻繁，轉(zhuǎn)矩大，容量大。啟動(dòng)電壓、電流、轉(zhuǎn)矩變?yōu)镵2

K＝N2/N1＝U2/U1

鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)幾種常用啟動(dòng)方法

啟動(dòng)方法啟動(dòng)電壓相對(duì)值KU=

Ut/UN啟動(dòng)電流相對(duì)值KI=I’st/Ist

啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩相對(duì)值KT=T’st/Tst

直接啟動(dòng)111定子電路串電阻或電抗器降壓?jiǎn)?dòng)0.80.650.50.640.650.50.640.420.25Y-降壓?jiǎn)?dòng)0.570.330.33自藕變壓器降壓?jiǎn)?dòng)0.80.650.50.250.420.250.640.420.25例5.3有臺(tái)拖動(dòng)空氣壓縮機(jī)的鼠籠式異步電動(dòng)機(jī),PN=40KW,nN=1465r/min,啟動(dòng)電流,Ist=5.5IN,啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst.6TN,運(yùn)行條件要求啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩必需大于,(0.9-1.0)TN,電網(wǎng)允許電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流不得超過(guò)3.5IN。試問(wèn)應(yīng)當(dāng)用何種啟動(dòng)方法。

解:按要求,啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的相對(duì)值保證為

啟動(dòng)電流的相對(duì)值保證為

查表5.2,只有當(dāng)自耦變壓器降壓比為0.8時(shí),才可以滿足KT≥0.56和KI≤0.64的條件,孤選用自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)方法,變壓器的降壓比為0.85.4.2線繞式異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)方法

1.逐級(jí)切除啟動(dòng)電阻法操作方法——啟動(dòng)變阻器；鼓形限制器。2.頻敏變阻器啟動(dòng)法組成——三相電抗器（鐵心、線圈）

原理——頻敏（即電阻和電抗對(duì)頻率的敏感)。

工作過(guò)程——啟動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子電流的頻率f2＝Sf高，鐵損（與f2成正比）大，相當(dāng)于串入大電阻和電抗，限制啟動(dòng)電流；另外，啟動(dòng)鐵損大提高了轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)，增大了啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。升速后，f2漸漸減小，使鐵損削減，相當(dāng)于電阻和電抗被逐步切除。

特點(diǎn)——可平滑調(diào)整，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，牢靠，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩并不很高，不能用于調(diào)速。

應(yīng)用——啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩不大，常常正反轉(zhuǎn)的線繞式異步電動(dòng)機(jī)。對(duì)于大容量電動(dòng)機(jī)，可串聯(lián)運(yùn)用。5.4.3特殊鼠籠式電動(dòng)機(jī)1）雙鼠籠式電動(dòng)機(jī)2）深槽式電動(dòng)機(jī)3）高轉(zhuǎn)差率鼠籠式電動(dòng)機(jī)5.5三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速特性5.5.1調(diào)壓調(diào)速5.5.2轉(zhuǎn)子電路串電阻調(diào)速5.5.3變更極對(duì)數(shù)調(diào)速5..5.4變頻調(diào)速

n=(1－s)n0=(1－s)p60f1(1)調(diào)壓調(diào)速UNn0TnOsMTL（2）轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速R2R2+RCn0TnOTMM3~3~RCTL上一頁(yè)下一頁(yè)返回上一節(jié)下一節(jié)r2+Rs3Tst2sm2r2+Rs2Tst1sm1r2+Rs110TstTmTems

n0n1smr25.5.3變更極對(duì)數(shù)調(diào)速U1U2U3U4U1U2U3U4××××(a)p=2(b)p=1SSNNSN（4）變頻調(diào)速

U、f可變M3~3~整流電路逆變電路50Hz控制電路n0TnOfNf1＜fN

直流動(dòng)畫(huà)演示f2＜f1圖6.6.1變頻調(diào)速返回

返回5.6三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)特性5.6.1反饋制動(dòng)1.位能性負(fù)載2.調(diào)速過(guò)程中的反饋制動(dòng)5.6.2反接制動(dòng)

1.電源反接

2.倒拉制動(dòng)5.6.3能耗制動(dòng)5.7單相異步電動(dòng)機(jī)5.7.1單項(xiàng)異步電動(dòng)機(jī)的磁場(chǎng)×定子繞組定子×（1）自身沒(méi)有起動(dòng)轉(zhuǎn)矩（2）轉(zhuǎn)子借助其它力氣轉(zhuǎn)動(dòng)后，外力去除后仍按原方向接著轉(zhuǎn)動(dòng)。怎樣產(chǎn)生起動(dòng)轉(zhuǎn)矩？工作原理上一頁(yè)下一頁(yè)返回上一節(jié)下一節(jié)（1）兩相起動(dòng)工作繞組起動(dòng)繞組◆原理：兩相電流→旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)~Q轉(zhuǎn)子CWSiwis→起動(dòng)轉(zhuǎn)矩上一頁(yè)下一頁(yè)返回上一節(jié)下一節(jié)圖5.7.3單相電容電動(dòng)機(jī)一個(gè)空間軸線固定而大小按爭(zhēng)弦規(guī)律變更的脈動(dòng)磁場(chǎng)（用B表示），可以分解為兩個(gè)轉(zhuǎn)速相等而相反的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng).

1m

2mm

1m

2m

－m

tOt1t2t3t4t5t6t7t8

2m

1m圖5.7.1脈振磁場(chǎng)單項(xiàng)異步電動(dòng)機(jī)T－S（轉(zhuǎn)矩－轉(zhuǎn)差率）曲線5.7.2單項(xiàng)異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)方法1.電容分相式異步電動(dòng)機(jī)留意：電機(jī)反轉(zhuǎn)必需變更電容的接線位置。2.罩極式單相異步電動(dòng)機(jī)5.8.1同步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)同步電動(dòng)機(jī)按轉(zhuǎn)子主磁極的形態(tài)分為隱極式和凸極式兩種。5.8同步電動(dòng)機(jī)的工作原理、特點(diǎn)及應(yīng)用同步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖

5.8.2同步電動(dòng)機(jī)的工作原理和運(yùn)行特性