電工學(xué)講義-電動機

電工學(xué)講義-電動機第一頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期一基本要求1.了解三相交流異步電動機的基本構(gòu)造和轉(zhuǎn)動原理。本章要求：2.理解三相交流異步電動機的轉(zhuǎn)矩和機械特性，掌握起動的基本方法,了解調(diào)速的方法。3.理解三相交流異步電動機銘牌數(shù)據(jù)的意義。第二頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期一電動機的分類：鼠籠式異步交流電動機授課內(nèi)容：基本結(jié)構(gòu)、工作原理、機械特性、啟動、調(diào)速、銘牌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(fù)勵電動機第三頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期一異步電動機的結(jié)構(gòu)定子：轉(zhuǎn)子：鐵芯、定子繞組和機座轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組、風(fēng)扇及轉(zhuǎn)子軸籠型轉(zhuǎn)子繞線式轉(zhuǎn)子第四頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期一異步電動機的結(jié)構(gòu)第五頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期一常見鼠籠式轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)第六頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期一三相異步電動機的定子繞組共六個出線端，引至機座的出線盒內(nèi)。Y繞組首端：U1，V1，W1繞組末端：U2，V2，W2根據(jù)電源電壓和電動機繞組的額定值三相繞組接為星形或三角形第七頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期一三相異步電動機的轉(zhuǎn)動原理三部曲旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生轉(zhuǎn)子電流的產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動第八頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期一旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生電動機三相繞組做“Y”形連接，三相對稱電流通入相應(yīng)的定子繞組U1U2V1V2W1W2第九頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期一規(guī)定

i:“+”首端流入，尾端流出。

i:“–”尾端流入，首端流出。U1V2W1V1W2U2(?)電流出()電流入o第十頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期一oAXYCBZAXYCBZU1U2V2W1V1W2三相電流合成磁

場的分布情況600i1=0i2<0(V1出,V2入）i3>0(W1入，W2出）產(chǎn)生一對磁極i1>0i2<0i3=0磁場旋轉(zhuǎn)60oi1>0i2<0i3<0磁場旋轉(zhuǎn)90o第十一頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期一t=0i1=0i2<0(V1出,V2入）i3>0(W1入，W2出）產(chǎn)生一對磁極t=120i1>0i2=0i3<0磁場旋轉(zhuǎn)120ot=240i1<0i2>0i3=0磁場旋轉(zhuǎn)120ot=360i1=0i2<0i3>0磁場旋轉(zhuǎn)120oi1i2i3旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生磁場旋轉(zhuǎn)一周第十二頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期一旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生當(dāng)電動機三相繞組做“Y”形連接，三相對稱電流通入相應(yīng)的定子繞組在三相繞組中分別產(chǎn)生磁場合成兩個磁極（磁極對數(shù)為1）磁場旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生磁極旋轉(zhuǎn)電流交變小結(jié)U1U2V1V2W1W2第十三頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期一極對數(shù)（P）的概念此種接法下，合成磁場只有一對磁極，則極對數(shù)為1。即：U1U2V2W1V1W2U1U2V1V2W1W2補充第十四頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期一極對數(shù)（P）的改變W1’V2’U1V1W1U2V2W2U1’U2’V1’W2’將每相繞組分成兩段，按右下圖放入定子槽內(nèi)。U1U2V1V2W1W2U1’U2’V1’V2’W1’W2’第十五頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期一極對數(shù)W1’V2’U1V1W1U2V2W2U1’U2’V1’W2’如圖，此時形成的磁極是兩對。第十六頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期一旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n0=60f/p(r/min)n0取決于電源頻率f和電動機的磁極對數(shù)pn0稱為同步轉(zhuǎn)速極對數(shù)每個電流周期磁場轉(zhuǎn)過的空間角度同步轉(zhuǎn)速第十七頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期一旋轉(zhuǎn)磁場的方向當(dāng)三相電流的相序為：123，旋轉(zhuǎn)磁場方向為：U1V1W1與相序一致第十八頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期一轉(zhuǎn)子電流的產(chǎn)生磁場以n0順時針旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子相對運動轉(zhuǎn)子以n0逆時針切割磁力線轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中產(chǎn)生感生電動勢轉(zhuǎn)子電路閉合轉(zhuǎn)子電路中產(chǎn)生電流(方向同電動勢)磁場轉(zhuǎn)子大拇指為轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向,四指為電動勢方向NS右手螺旋定則第十九頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期一電磁轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生——轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生后導(dǎo)體在磁場中產(chǎn)生電磁力形成電磁轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)子沿磁場旋轉(zhuǎn)方向以轉(zhuǎn)速n旋轉(zhuǎn)磁場n0四指為電流方向,大拇指為電磁力方向轉(zhuǎn)子nSN左手螺旋定則FFF第二十頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期一轉(zhuǎn)子沿旋轉(zhuǎn)磁場方向旋轉(zhuǎn),若轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n上升為同步轉(zhuǎn)速n0，則轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場之間沒有相對轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子中沒有感生電動勢和轉(zhuǎn)子電流，沒有電磁轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生磁場n0轉(zhuǎn)子n又因為轉(zhuǎn)子導(dǎo)體的電流是由旋轉(zhuǎn)磁場感應(yīng)而來的（轉(zhuǎn)子并不接電源）所以又稱感應(yīng)電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速只能小于同步轉(zhuǎn)速，故稱為異步電動機第二十一頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期一轉(zhuǎn)差率是描述異步電動機運行情況的一個重要的概念：電動機啟動瞬時：n=0，S=1,轉(zhuǎn)差率最大空載運行時：n空

最大，S空

最小額定負載運行時:n<n空，S>S空一般SN=1-6％轉(zhuǎn)差率:S=(n0-n)/n0

或

S=(n0-n)/n0×100％

n與n0的關(guān)系第二十二頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期一例1：一臺三相異步電動機，其額定轉(zhuǎn)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(zhuǎn)差率。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)速的關(guān)系可知：n0=1000r/min,即額定轉(zhuǎn)差率為p=3第二十三頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期一轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向與旋轉(zhuǎn)磁場的方向一致,即，與相序方向一致。如何讓電動機反轉(zhuǎn)？轉(zhuǎn)子n磁場n0思考第二十四頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期一

方法：任意調(diào)換電源的兩根進線，電動機反轉(zhuǎn)。電動機正轉(zhuǎn)電動機反轉(zhuǎn)三相異步電動機的正、反轉(zhuǎn)電源~L1L2L3M3~L1L2L3電源~M3~第二十五頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期一三相異步電動機的轉(zhuǎn)動小結(jié)三部曲旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生轉(zhuǎn)子電流的產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動第二十六頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期一三相異步電動機轉(zhuǎn)矩與機械特性轉(zhuǎn)矩

轉(zhuǎn)子中各載流導(dǎo)體在旋轉(zhuǎn)磁場的作用下,受到電磁力所形成的轉(zhuǎn)矩之總和。常數(shù)，與電機結(jié)構(gòu)有關(guān)2.當(dāng)電源電壓U1一定時，T是轉(zhuǎn)差率s的函數(shù)。3.轉(zhuǎn)子導(dǎo)體電阻R2

的大小對

T有影響。繞線式異步電動機可外接電阻來改變轉(zhuǎn)子電阻R2

，從而改變轉(zhuǎn)距。1.T與定子每相繞組電源電壓成正比。U1T轉(zhuǎn)子靜止時，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體漏感抗第二十七頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期一轉(zhuǎn)矩特性曲線OTS根據(jù)轉(zhuǎn)矩公式得轉(zhuǎn)矩特性曲線：OT1臨界轉(zhuǎn)差率第二十八頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期一電動機在額定負載時的轉(zhuǎn)矩。1.額定轉(zhuǎn)矩TN三個重要轉(zhuǎn)矩OT(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(zhuǎn)速為1440r/min,則額定轉(zhuǎn)矩為第二十九頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期一2.最大轉(zhuǎn)矩Tmax電機帶動最大負載的能力。OTTmax當(dāng)U1

一定時，Tmax為定值一般三相異步電動機的過載系數(shù)為(3)工作時必須使轉(zhuǎn)子軸上機械負載轉(zhuǎn)矩T2

<Tmax

，否則電機將嚴重過熱而燒壞過載系數(shù)(能力)(2)第三十頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期一3.起動轉(zhuǎn)矩Tst電動機起動時的轉(zhuǎn)矩。起動時n=0時，s=1(2)Tst與R2有關(guān)，適當(dāng)使

R2Tst。對繞線式電機改變轉(zhuǎn)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起動能力第三十一頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期一4.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UTOTmTst(2)R2變化

對機械特性的影響TOR2nTst第三十二頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期一5.電動機的運行分析電動機的電磁轉(zhuǎn)矩可以隨負載的變化而自動調(diào)整，這種能力稱為自適應(yīng)負載能力T2snT2

T′2穩(wěn)定運行區(qū)T2常用特性段TO硬特性：負載變化時，轉(zhuǎn)速變化不大，運行特性好。第三十三頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期一

不同場合應(yīng)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軟特性：負載增加時轉(zhuǎn)速下降較快，但起動轉(zhuǎn)矩大，起動特性好。第三十四頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期一異步電動機的起動和調(diào)速電動機從接通電源到正常工作的過程叫起動過程。對頻繁起動停車的電動機，其起動性能對生產(chǎn)影響很大。起動轉(zhuǎn)矩：起動電流：為額定轉(zhuǎn)矩的1~1.2倍為額定電流的4~7倍（因為轉(zhuǎn)差率S很高）大的起落電流將引起電路中其他用電設(shè)備上電壓不穩(wěn)，必須選用合適的起動方法限制起動電流。定子電流起動時，n=0，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割磁力線速度很大，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢轉(zhuǎn)子電流定子電流

第三十五頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期一起動方法全壓直接起動：降壓起動Y–起動補償器（自耦變壓器）起動法適用于小容量電機，二三十千瓦以下的異步電動機一般采用直接起動。繞線式電動機的起動第三十六頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期一（1）Y－起動：設(shè)：電機每相阻抗為起動+_正常運行+_第三十七頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期一Y－起動器接線簡圖L1L3L2FUSU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1△動觸點Y動觸點靜觸點第三十八頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期一Y－起動器接線簡圖Y起動L1L3L2FUSU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1

起動UPU1+＿Ul+＿U2V1V2W1W2第三十九頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期一Y－起動器接線簡圖工作L1L3L2FUSU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1U2正常運行Ul+＿U1V1V2W1W2第四十頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期一(a)僅適用于正常運行為三角形聯(lián)結(jié)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(yīng)注意的問題正常運行UlU1W2V2W1+＿U2V1UP

起動+＿Ul+＿U1W2V2W1U2V1第四十一頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期一(2)自耦降壓起動L1L3L2FUQ

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(guān)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－起動的鼠籠式異步電動機。第四十二頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期一RRR滑環(huán)電刷定子轉(zhuǎn)子起動時將適當(dāng)?shù)腞串入轉(zhuǎn)子電路中，起動后將R短路。起動電阻

（3）繞線式電動機轉(zhuǎn)子電路串電阻起動?第四十三頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期一三相異步電動機的調(diào)速方法調(diào)速：指負載不變的情況下，人為改變電動機的轉(zhuǎn)速n=(1-S)n0=60(1-S)f1

/p變頻調(diào)速變極調(diào)速無級調(diào)速有級調(diào)速第四十四頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期一三相異步電動機的調(diào)速方法調(diào)速：指負載不變的情況下，人為改變電動機的轉(zhuǎn)速n=(1-S)n0=60(1-S)f1

/p變頻調(diào)速變極調(diào)速無級調(diào)速有級調(diào)速

f=50Hz逆變器M3~整流器f1、U1可調(diào)+–~第四十五頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期一異步電動機的銘牌三相異步電動機型號：Y132M-4功率：7.5KW頻率：50HZ電壓：380V電流：15.4A接法：轉(zhuǎn)速：1440r/min絕緣等級：B工作方式：連續(xù)

××××年××月編號：××××電機廠第四十六頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期一型號：Y132M—4Y：三相異步電動機132：機座中心高度M：機座長度代號（S短機座，M中機座，L長機座）4：磁極數(shù)異步電動機產(chǎn)品名稱代號異步電動機Y異繞線式異步電動機YR異繞防爆型異步電動機YB異爆高起動轉(zhuǎn)矩異步電動機YQ異起第四十七頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期一接法：指定子繞組的接法，通常有Y/兩種電壓：380V銘牌上電壓指電動機額定運行時，定子繞組上所加線電壓通常有380V/220V兩種。電流：15.4A指電動機額定運行時，定子繞組上的線電流值第四十八頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期一額定轉(zhuǎn)速：1440r/min電動機額定運行時的轉(zhuǎn)速，單位：r/min絕緣等級：B按電動機繞組所用的絕緣材料在使用時允許的極限溫度來分級。絕緣等級極限溫度(C)A105E