電工學第五章電動機

電工學第五章電動機第1頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月圖片1上一頁下一頁返回第2頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月圖片2齒輪減速三相異步電動機上一頁下一頁返回第3頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月圖片3防爆式上一頁下一頁返回第4頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月圖片4繞線式異步機上一頁下一頁返回第5頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月鼠籠式繞線式圖片5上一頁返回第6頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月轉子定子殼體圖片6上一頁下一頁返回第7頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月圖片7轉子上一頁下一頁返回第8頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月圖片8轉子上一頁下一頁返回第9頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月圖片9定子繞組上一頁下一頁返回第10頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月圖片10上一頁下一頁返回第11頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月圖片11直流電機上一頁下一頁返回第12頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月圖片12小直流電機上一頁返回第13頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月圖片13步進電機下一頁返回第14頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月圖片14步進電機上一頁下一頁返回第15頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月圖片15交流伺服電機下一頁返回第16頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月圖片16同步電動機下一頁返回第17頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月圖片17三相同步電機上一頁下一頁返回第18頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月上一頁下一頁返回圖片18單相電容起動電動機第19頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月圖片19第20頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月圖片20第21頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月圖片21第22頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月圖片22第23頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月第五章電動機§5-1三相異步電動機三相異步電動機的結構異步電動機轉動原理三相異步電動機的特性三相異步電動機的啟動與調速三相異步電動機的額定值作業(yè)：5-1，5-2第24頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月電動機交流電動機直流電動機鼠籠式繞線式異步機同步機電動機的分類

第25頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月三相異步電動機的組成

鼠籠式電動機的各部件

第26頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月一、三相異步電動機的結構V2V1W2U2U1W1轉子定子定子繞組（三相）機座§5.1三相異步電動機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。第27頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月定子由定子鐵心、定子繞組、機座三部分組成。定子鐵心:一般采用0.5mm厚并涂有絕緣漆的硅鋼片疊壓而成，形狀為環(huán)行，沿內圓表面均勻軸向開槽。作用：一是導磁，二是安放繞組。1、定子定子繞組：由漆包線繞制而成。連接方式有三角形或星形兩種。*

作用：形成旋轉磁場。機座：中小型電機采用鑄鐵機座；大型電機采用鋼板焊接機座。作用：支撐定子鐵心。第28頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月定子硅鋼片裝有三相繞組的定子第29頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月注意：機座外有一接線盒，選擇不同的接線方式可以使定子繞組的接線形式選為星形或為三角形。U1U2V2V1W2W1接線盒第30頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月Y接法：U1U1U2U2V2V2V1V1W1W1W2W2

接法：V2U1U1U2U2V2V1V1W2W2W1W1注：定子繞組的連接方式分別為星形連接與三角形連接。第31頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月2、轉子轉子主要由轉子鐵心和轉子繞組組成。轉子鐵心:它用0.5mm厚且外圓周沖有轉子槽形的硅鋼片疊壓而成。作用：一是導磁，二是安放繞組。轉子繞組繞線式由漆包線繞制而成。用于要求大啟動轉矩時使用。鼠籠式作用：產生電磁轉矩第32頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月2三相異步電動機的工作原理磁鐵閉合線圈一、三相異步電動機的工作原理第33頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月磁極旋轉導線切割磁力線產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第34頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月1.線圈跟著磁鐵轉→兩者轉動方向一致結論：異步2.線圈比磁場轉得慢第35頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月電動機的幾個問題怎樣產生磁場？（在定子上加怎樣的電流？）產生什么樣的磁場？轉子上如何產生電流？（感生的還是外加？）產生怎樣的電磁轉矩？直流產生固定磁場，交流產生交變磁場。磁場的規(guī)律與外加電壓的規(guī)律相同轉子線圈的磁通發(fā)生改變，產生轉矩旋轉。第36頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月V2V1W2U2U1W1定子使固定在鐵心上的，如何產生旋轉磁場？通以交流電第37頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月二、旋轉磁場的產生異步電動機中,旋轉磁場代替了旋轉磁極U1V2W1V1W2(?)電流出(

)電流入U2約定:電流為正時，電流由線圈的首端流進，末端流出；電流為負時，電流由線圈的末端流進，首端流出。條件：把三相定子繞組接成星形接到對稱三相電源，定子繞組中便有對稱三相電流流過。產生旋轉磁場。第38頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月U1U2V2w1V1w2U1U2V1V2W1W2電動機內部合成磁場方向：向下第39頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月同理分析，可得其它電流角度下的磁場方向：U1U2V2W1V1W2U2V1W2U1V2W1AU2V2W1V1W2U1U1U2V2w1V1w2第40頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月三、旋轉磁場的轉速大小交流電變化

一個周期，旋轉磁場在空間轉過360°。則同步轉速（旋轉磁場的速度）為：W1U1U2V2V1W2U1U2V2V1W2W1W1U1U2V2V1W2W1t第41頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月三相異步電動機的同步轉速（旋轉磁場轉速）磁極對數P=1P=3P=4P=5P=6P=2同步轉速n1(f=50HZ)3000轉/分1500轉/分1000轉/分750轉/分600轉/分500轉/分第42頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月旋轉方向：取決于三相電流的相序。注意：只要將接入定子繞組的三相交流電任意換接其中兩相，旋轉磁場的方向改變，電機的旋轉方向也改變。

四、旋轉磁場的旋轉方向第43頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月結論：(1)在對稱的三相繞組中通入三相電流，可以產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。交換任意兩相輸入就可以使電機反轉。(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p的關系為：第44頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月五轉子轉動原理和轉差率旋轉磁場→轉子電流→電磁轉矩→使轉子沿著旋轉磁場的方向旋轉。靜止的轉子與旋轉磁場之間有相對運動，在轉子導體中產生感應電動勢，并在形成閉合回路的轉子導體中產生感應電流，其方向用右手定則判定。轉子電流在旋轉磁場中受到磁場力F的作用，F的方向用左手定則判定。電磁力在轉軸上形成電磁轉矩。電磁轉矩的方向與旋轉磁場的方向一致。第45頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月電動機在正常運轉時，其轉速n總是稍低于同步轉速no，因而稱為異步電動機。

異步電動機同步轉速和轉子轉速的差值與同步轉速之比稱為轉差率，用s表示，即：

轉差率是異步電動機的一個重要參數。異步電動機在額定負載下運行時的轉差率約為1%~9%。電動機起動瞬間:（轉差率最大）第46頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月例：有一臺4極感應電動機，電壓頻率為50Hz，轉速為1440r／min，試求這臺感應電動機的轉差率。

解：因為磁極對數：所以同步轉速為：轉差率為：第47頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月

空載運行是指電動機通電后已經轉動但沒有帶機械負載的情況。特點：空載電流小，功率因數和效率都很低。注意：選則電動機時，不要用大容量的電動機去拖動小功率的機械負載（俗稱“大馬拉小車”）。

有載運行是指電動機拖動一個生產機械運轉，電動機的轉速和電流會隨著負載的變化而變化。一、空載運行二、有載運行第48頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月三、三相異步電動機的特性1．轉子電路分析相對轉速為sn0，電流（大小和頻率）決定于S。第49頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月相對轉速為旋轉磁場轉速減轉子轉速，為sn0為n=0，即s-1時的轉子漏抗。

第50頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月結論：轉子電流隨轉差率減小而減小。在啟動時最大。第51頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月電磁轉矩T：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距之總和。跟轉子電流的有功分量I2和cosφ2和磁通有關。常數每極磁通轉子電流轉子電路的轉矩公式的推導

第52頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月將其中參數代入：得到轉矩公式第53頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月2、三相電動機的特性10n1Tn2電動機的機械特性曲線：電動機產生的電磁轉矩T與轉子轉速n的關系曲線。轉矩特性曲線機械特性曲線S=0S=1根據：額定轉矩額定轉速第54頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月Tn1n23、三個重要轉矩

當電動機的啟動轉矩TST大于負載阻轉矩TL時，電動機轉動起來。否則將起動不了。

起動轉矩：電動機起動時的轉矩。S=1第55頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月n1Tn2額定轉矩：電機在額定電壓下，以額定轉速運行，輸出額定功率

時，電機轉軸上輸出的轉矩。式中PN是電動機的額定功率，單位為kW；nN是電動機的額定轉速，單位是r/min。TN單位:（牛頓?米）nN第56頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月解：第一臺：第二臺：第57頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月如果電機將會因帶不動負載而停轉。最大轉矩：電機帶動最大負載的能力。n1Tn2電動機的啟動能力,約為1.0~2.2。籠式異步電動機為1.0~1.2。電動機的過載能力，約為1.6~2.5。一般異步電動機約為2.第58頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月電動機的自適應負載能力

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。常用特性段n1n2T

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。）直至新的平衡。此過程中，根據能量守恒，電源提供的功率自動增加。

第59頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月4、電磁轉矩與電源電壓的關系結論：

電動機的電磁轉矩對電壓很敏感，電磁轉矩T與電動機定子繞組所加電壓U的平方成正比。T∝U2第60頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月例已知某三相異步電動機UN=380V，cosφN=0.82效率η=84%，額定功率PN=4KW，額定轉速nN=1440r/min，試求：額定電流、額定轉矩TN、啟動轉矩Tst、最大轉矩Tm（過載能力為2.2，啟動能力為1.8）。試問在電壓降低30%（即電壓為額定值的70%）、負載阻轉矩為額定值的80%的重載情況下，能否啟動？為什么？滿載時能否啟動？為什么？解:因為所以求得IN=8.8A第61頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月當電壓降低30%時,根據T∝U2，對應的啟動轉矩最大轉矩Tm=2.2TN=2.2×26.5=58.4(N·m)啟定轉矩Tst=1.8TN=1.8×26.5=47.8(N·m)額定轉矩第62頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月當負載滿載時＜∴不可以啟動當負載阻轉矩為額定值的80%的重載情況下＞TL=21.2N·m∴可以啟動第63頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月四.三相異步電動機的啟動、調速、制動1、三相異步電動機的啟動

電動機從接通電源至加速到正常轉速的過程，稱為啟動過程。

對于小型電機需幾秒種，大型電機則需十幾秒甚至幾十秒。起動電流Ist：中小型鼠籠式電機起動電流為額定電流的5-7倍。第64頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月大電流使電網電壓降低頻繁起動時造成熱量積累電機過熱影響：定子電流很大原因：起動時n2=0，轉子導條切割磁力線速度很大。轉子感應電動勢很大轉子電流很大影響其它負載正常工作第65頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月三相異步機的起動方法：（1）直接起動。十千瓦以下的異步電動機一般采用直接起動。（2）降壓起動。Y－

起動自耦降壓起動（3）轉子串電阻起動。第66頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）Y－

起動應注意的問題：（1）僅適用于正常接法為三角形接法的電機。所以降壓起動適合于空載或輕載起動的場合。Y－

起動Y－

起動

起動U1V1W1U2V2W2U1W2V1V2U2W1正常運行第67頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月U1W2V1V2W1UPU2正常運行設：電機每相阻抗為ZIlΔU1BW1U2V2W2起動UP'IlY第68頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月自耦變壓器上備有抽頭，以便根據所要求的起動轉矩來選擇不同的電壓。自耦變壓器降壓啟動優(yōu)點:不受電動機繞組接線方法的限制，常用于起動容量較大的電動機。缺點:是設備費用高，不宜頻繁起動。全壓運行FUL1L2L3降壓啟動SA1SA2M3~第69頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月轉子串電阻起動定子RRR線繞式轉子起動時將適當的R串入轉子繞組中，起動后將R短路?！ァ-T122IIR電動機啟動時達到限制啟動電流的目的第70頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月2、三相異步電動機的調速1.變頻調速無級調速變頻電源可變

此種調速方法發(fā)展很快，且調速性能較好。其主要環(huán)節(jié)是變頻電源（常由整流器、逆變器等組成）。

隨著電子器件的成本不斷降低和可靠性不斷提高，這種調速方法的應用將越來越廣泛。調速方法：第71頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月2.變極調數有級調速。3.改變轉差率無級調速ST

通過改變定子繞組的接法來改變磁極對數p，達到調速的目的。注意：只能實現小范圍調速。調速性能差第72頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月電風扇調速電路第73頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月制動方法：

1.抱閘：加機械抱閘；

2.反接制動：停車時，將電動機接電源的任意兩相反接，使電動機產生的旋轉磁場方向與原來的旋轉方向相反，以達制動的目的；

3、三相異步電動機的制動注意：為限制電流，在制動時要在定子或轉子中串電阻。反接制動時，定子旋轉磁場與轉子的相對轉速很大。即切割磁力線的速度很大，造成I2，引起I1。第74頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月M3~+-運行制動n2

F轉子3.能耗制動：停車時，斷開交流電源，將任意兩相接到直流電源上，產生制動轉矩；第75頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月五、三相異步電動機銘牌數據三相異步電動機型號編號某某電機廠標準編號工作制S1B級絕緣年月防護等級IP44接法Δ50HZ45Kg380V1440r/minLW82dBY-112M-44.0KW8.8A第76頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月圖片15電動機的銘牌上一頁下一頁返回第77頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月1.型號Y112M－4磁極數４(磁極對數p=2)Y系列異步電動機中心機座高度112mmM表示中機座，L表示長機座，S表示短機座。2.額定功率P2N：

4.0KW指電機在額定運行時轉軸上輸出的機械功率。3.額定頻率fN（50Hz）電動機所接交流電的頻率。第78頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月4.額定