電工技術(shù)第七章 電動機

第七章電動機第一節(jié)三相異步電動機的結(jié)構(gòu)第二節(jié)三相異步電動機的轉(zhuǎn)動原理第三節(jié)三相異步電動機的電路分析第五節(jié)三相異步電動機的啟動第四節(jié)三相異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩與機械特性第六節(jié)三相異步電動機的制動第七節(jié)三相異步電動機的調(diào)速第八節(jié)三相異步電動機的選擇與使用第九節(jié)單相異步電動機第十節(jié)直流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他勵、并勵、串勵、復(fù)勵電動機的分類電動機：電能轉(zhuǎn)換成機械能電動機的作用優(yōu)點使用電動機驅(qū)動生產(chǎn)機械可以：（1）簡化生產(chǎn)機械的結(jié)構(gòu)（2）提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量（3）能實現(xiàn)自動控制（4）實現(xiàn)遠(yuǎn)距離操縱

（1）基本結(jié)構(gòu)（2）工作原理（3）機械特性（4）起動、制動、反轉(zhuǎn)、調(diào)速的基本原理（5）應(yīng)用場合和正確使用主要內(nèi)容異步電動機的模型：第一節(jié)三相異步電動機的結(jié)構(gòu)微型三相異步電動機的實體照片：1、定子2、轉(zhuǎn)子定子鐵心定子繞組機座異步機的結(jié)構(gòu)(1)定子鐵心：由互相絕緣的內(nèi)圓周表面沖有很多槽的硅鋼片疊成。(2)定子繞組：可以Y接，也可以△接三相繞組對稱分布在定子鐵芯的圓周上，接線盒2轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)子鐵心轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)軸繞線式轉(zhuǎn)子鼠籠式轉(zhuǎn)子注：轉(zhuǎn)子電路必須是閉合的:三相對稱繞組Y接回路中可外接附加電阻：由外圓周沖有槽的硅鋼片疊成V2V1W2U2U1W1轉(zhuǎn)子定子轉(zhuǎn)子作用：產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，并輸出機械能。定子作用：產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，從電網(wǎng)吸收電能線繞式鼠籠式結(jié)構(gòu)示意圖第二節(jié)三相異步電動機的轉(zhuǎn)動原理感應(yīng)電動勢方向用右手定則確定受力F方向用左手定則確定假設(shè)磁場旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動原理(1)轉(zhuǎn)子跟隨磁場轉(zhuǎn)動;

結(jié)論：(2)轉(zhuǎn)子比旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)得慢。旋轉(zhuǎn)磁場是如何產(chǎn)生的呢？(3)轉(zhuǎn)子要能轉(zhuǎn)動，必須要有旋轉(zhuǎn)磁場。一、定子的旋轉(zhuǎn)磁場U1V2W1V1W2定子三相對稱繞組U1U2,V1V2,W1W2

通入三相對稱電流，就會在空間產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場?！?”電流流出“

”電流流入U2U1U2V2W1V1W2合成磁場方向：向下NS假設(shè)電流正方向：從首端流入，尾端流出。V2U1U2V1W1W2同理分析，可得其它瞬間產(chǎn)生的磁場方向：U1U2V2W1V1W2NSU1U2V2W1V1W2NSAU2V2W1V1W2NSU1SNU1U2V1V2W1W2與通入定子三相繞組U1U2,V1V2,W1W2的三相電流的相序有關(guān)。改變磁場的旋轉(zhuǎn)方向：改變定子三相電流的相序。o二、旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向o轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動方向與磁場的旋轉(zhuǎn)方向一致。電動機如何實現(xiàn)反轉(zhuǎn)呢？將電動機同電源相接的三根導(dǎo)線中任意互換兩根即可。正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)L1L2L3M3~U1V1W1電源~M3~L1L2L3U1V1W1電源~*異步電動機實現(xiàn)反轉(zhuǎn)的方法三、旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速1、極對數(shù)旋轉(zhuǎn)磁場的極對數(shù)p與定子三相繞組的排列有關(guān)。此種接法下，合成磁場只有一對磁極。即：U1U2V2W1V1W2NSV2U1U2V1W1W2

若定子每相繞組由兩個線圈串聯(lián)，繞組的首端之間互差60°，則形成兩對磁極的旋轉(zhuǎn)磁場。U1U1'U2U2'V1V2V1'V2'W1W2W1'W2'W1'V2'U1V1W1U2V2W2U1'U2'V1'W2'極對數(shù)U1U2U1'U2'V1V2V1'V2'W1W2W1'W2'0W1'V2'U1V1W1U2V2W2U1'U2'V1'W2'U1W2'V1U2W1V2U1'W2V1'U2'W1'V2'0U1U2U1'U2'0

旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速取決于磁場的極對數(shù)和電源頻率2、旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速電流變化一個周期，旋轉(zhuǎn)磁場在空間轉(zhuǎn)1圈電流頻率為f1，則每分鐘電流變化60f1周，磁場旋轉(zhuǎn)n0圈。即：n0稱為同步轉(zhuǎn)速p=2時：p=1時：異步電動機旋轉(zhuǎn)磁場的轉(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)速磁極數(shù)(同步轉(zhuǎn)速)感應(yīng)電動勢方向用右手定則確定受力F方向用左手定則確定假設(shè)磁場旋轉(zhuǎn)四、電動機的轉(zhuǎn)動原理(1)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動方向與磁場的旋轉(zhuǎn)方向一致;

結(jié)論：(2)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速小于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速“異步”

轉(zhuǎn)差率s：電動機起動瞬間:（轉(zhuǎn)差率最大）異步電機額定運行中:略小于

旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速之差與旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速之比稱為轉(zhuǎn)差率。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速五、轉(zhuǎn)差率空載轉(zhuǎn)差率一般<0.5%轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流的頻率：例1：三相異步電動機額定轉(zhuǎn)速nN=960r/min，電源f1=50Hz,求：額定轉(zhuǎn)差率SN

，轉(zhuǎn)子電動勢的頻率f2N同步轉(zhuǎn)速：額定轉(zhuǎn)差率：極對數(shù)：p=3解：由額定轉(zhuǎn)速

nN略小于

n0

，可知額定轉(zhuǎn)差率例2：一臺四極電動機,額定轉(zhuǎn)差率SN=0.02,電源頻率

f1=50Hz。試求電動機的額定轉(zhuǎn)速nN解：根據(jù)四極電動機，可知極對數(shù)：p=2額定轉(zhuǎn)差率：同步轉(zhuǎn)速n0=1500r/min額定轉(zhuǎn)速：

三相異步電動機的電磁關(guān)系與變壓器類似。

：主磁通產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢。e1e2、定子電路i2r1、X1r2、X2i1u1e1e2轉(zhuǎn)子電路+--++-異步電動機每相電路第三節(jié)三相異步電動機的電路分析一、定子電路定子每相電路r1、X1i1u1e1+--+定子繞組中變化的電流設(shè)：則有效值

變化的磁場

感應(yīng)電動勢e1定子電路r1、X1i1u1e1+--+（U1為定子每相繞組電壓）：定子電流的頻率：定子線圈匝數(shù)其中取決于轉(zhuǎn)子和旋轉(zhuǎn)磁場的相對速度同理可得：二、轉(zhuǎn)子電路分析定子電路i2r1、X1r2、X2i1u1e1e2轉(zhuǎn)子電路+--++-：轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢的頻率：轉(zhuǎn)子線圈匝數(shù)其中即1.轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢頻率3.轉(zhuǎn)子漏電抗4.轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電流5.轉(zhuǎn)子電路功率因數(shù)2.轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢i2r2、X2e2+-(其中(其中轉(zhuǎn)子電路中的各個物理量：

結(jié)論：轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，轉(zhuǎn)子電路中的各量均與轉(zhuǎn)差率

s有關(guān)，即與轉(zhuǎn)速n有關(guān)。轉(zhuǎn)子電路中各物理量隨s變化曲線:I21s0f2X2E2(1)(4)(5)(3)(2)1n0n0nN電磁轉(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)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)第四節(jié)三相異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩與機械特性一、轉(zhuǎn)矩公式得到電磁轉(zhuǎn)矩公式由前面分析知：由公式可知（2）s，r2一定時，T與定子每相繞組電壓成正比。（1）當(dāng)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，因此繞線式異步電動機可以外接電阻來改善啟動性能和調(diào)速性能。OTS根據(jù)轉(zhuǎn)矩公式得：OT1機械特性曲線O一、機械特性曲線n0Tn1、額定轉(zhuǎn)矩電機在額定電壓下，以額定轉(zhuǎn)速運行，輸出額定功率時，電機轉(zhuǎn)軸上輸出的轉(zhuǎn)矩。（牛頓?米）nN*理想空載與硬特性：OTbcaa點：電動機空載且不存在電動機損耗理想空載ac段為穩(wěn)定運行區(qū)da-c段：電動機轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)矩的增加而略微下降為穩(wěn)定工作區(qū)硬特性c-d段：不穩(wěn)定工作區(qū)在穩(wěn)定運行區(qū)，電動機具有自動適應(yīng)負(fù)載的能力。2、最大轉(zhuǎn)矩Tm：

轉(zhuǎn)軸上機械負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL不能大于Tm

，否則將造成堵轉(zhuǎn)(停車)電機帶動最大負(fù)載的能力0Ts1求解臨界轉(zhuǎn)差率過載系數(shù)：三相異步機注意：

（1）三相異步機的

和電壓的平方成正比所以對電壓的波動很敏感，使用時要注意電壓的變化。

工作時，一定令負(fù)載轉(zhuǎn)矩，否則電機將停轉(zhuǎn)。致使

（2）電機嚴(yán)重過熱燒壞3、起動轉(zhuǎn)矩Tst電動機起動時的轉(zhuǎn)矩起動時，n=0（s=1）Tst體現(xiàn)了電動機帶負(fù)載起動的能力。OTTst起動能力1.1~2.0

U1變化對機械特性的影響結(jié)論：U

TLTOs=0s=1U1

和R2變化對機械特性的影響

R2變化對機械特性的影響r2增大n

r2的

改變

：適合繞線式電機，外接電阻時，可增大啟動轉(zhuǎn)矩。

結(jié)論：TOs=0s=1可以調(diào)速啟動：

Tst>TL

，電機啟動轉(zhuǎn)速n

，轉(zhuǎn)矩T

c點：轉(zhuǎn)矩達(dá)最大Tm

，轉(zhuǎn)速n繼續(xù)，T

，沿c-b走b點：T=TL，轉(zhuǎn)速n不再上升，穩(wěn)定運行當(dāng)TL

s

TL

>Tn

T

達(dá)到新的平衡I2

穩(wěn)定運行區(qū)TOcb

電動機的電磁轉(zhuǎn)矩可以隨負(fù)載的變化而自動調(diào)整，這種能力稱為自適應(yīng)負(fù)載能力。電動機自動適應(yīng)負(fù)載的能力再次低速穩(wěn)定運行

有一臺4極三相籠型異步電動機，其額定功率PN=7.5kW，額定轉(zhuǎn)速nN=1450r/min，Tmax/TN=1.8,Tst/TN=1.2,電源頻率f=50HZ，求這臺電動機的額定轉(zhuǎn)矩TN，最大轉(zhuǎn)矩Tmax，啟動轉(zhuǎn)矩Tst和額定轉(zhuǎn)差率。例解最大轉(zhuǎn)矩為：額定轉(zhuǎn)矩為：啟動轉(zhuǎn)矩為：同步轉(zhuǎn)速為：p=2額定轉(zhuǎn)差率一、啟動性能啟動瞬間：

n=0，s=1。啟動電流

大：一般中小型鼠籠式電機啟動電流為額定電流的5~7倍。起動時n=0，轉(zhuǎn)子繞組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

后果：原因：第五節(jié)三相異步電動機的啟動影響同一電網(wǎng)其他負(fù)載工作頻繁起動時造成熱量積累大電流I21s0f2X2E21電機過熱電機剛啟動時，n=0，s=1，轉(zhuǎn)子電流I2雖然很大，但轉(zhuǎn)子功率因數(shù)cosφ2很低，因而啟動轉(zhuǎn)矩Tst并不大。通常電動機的起動轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的(1.1-2.0)倍。起重冶金用的電機Tst/TN可達(dá)2.5～3.1。啟動轉(zhuǎn)矩

?。涸颍汉蠊弘姍C啟動時間拖長或不能帶負(fù)載啟動。OT1.直接啟動2.減壓啟動采用降低定子繞組電壓的方法啟動，以減小啟動電流。啟動后待電動機轉(zhuǎn)速接近額定值時再換接額定電壓。Y－

換接啟動自耦變壓器降壓啟動降壓方法二、啟動方法

電機容量不大于直接供電變壓器容量的20％-30％，可以采用直接起動。小容量20-30千瓦以下的異步電動機一般都采直接起動。正常運行時，定子繞組為△接啟動時，把定子繞組接成星形YY－

降壓啟動：△接：Y接：

降壓啟動時的電流為直接啟動時的1/3+－U1U2V1V2W1W2啟動正常運行+－U1U2V1V2W1W2

采用Y—△降壓啟動，啟動轉(zhuǎn)矩為直接啟動時的1/3Y接時，相電壓為△接時，相電壓為∴∵啟動轉(zhuǎn)矩和相電壓的平方成正比啟動轉(zhuǎn)矩分析：(1)僅適用于正常運行為三角形(△)接法的電機。Y-

降壓起動應(yīng)注意的問題Y－

降壓起動適合于空載或輕載起動的場合。(2)Y－

起動啟動電流、啟動轉(zhuǎn)矩為直接啟動時的1/3。自耦減壓起動利用三相自耦變壓器降低電動機啟動時的電壓原理：起動時，先合上開關(guān)Q1，將手柄Q2扳到‘起動’位置操作：自耦減壓起動接線圖達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時，迅速將手柄扳到‘工作’位置適用于容量較大的或正常工作時為星形聯(lián)接，不能采用星-三角起動的籠型電動機適用范圍繞線式異步電動機的啟動主要采用轉(zhuǎn)子回路串聯(lián)外接電阻的方法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?有一臺三相異步電動機的技術(shù)數(shù)據(jù)如下：PN(kW)

UN(V)nN(r/min)接法1038014500.880.866.52.12.0△求(1)額定電流IN和啟動電流Ist(3)若在額定負(fù)載及負(fù)載轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的65%的情況下電動機能否采用Y－△啟動？例(2)

額定轉(zhuǎn)矩

TN

、最大轉(zhuǎn)矩Tm和啟動轉(zhuǎn)矩Tst；解:（1）（2）（3）額定負(fù)載不能Y－△啟動，額定負(fù)載的65%時可以采用Y－△啟動一、

能耗制動：

停車時，斷開交流電源，接至直流電源上，產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩。制動轉(zhuǎn)矩的大小與直流電流的大小有關(guān)直流電流的大小一般為電動機額定電流的0.5-1倍制動能量消耗小制動平穩(wěn)，但需要直流電源M3~+-運行制動n

F轉(zhuǎn)子第六節(jié)三相異步電動機的制動

二、

反接制動

停車時，將電動機接到電源的三根線中的任意兩根的一端對調(diào)位置，使旋轉(zhuǎn)磁場反向旋轉(zhuǎn)，電動機的轉(zhuǎn)矩方向與電動機原來的旋轉(zhuǎn)方向相反，起制動的作用。

反接制動時，定子旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子的相對轉(zhuǎn)速很大。即切割磁力線的速度很大，造成轉(zhuǎn)子電流增大，引起定子電流增大。為限制電流，在制動時要在定子或轉(zhuǎn)子中串電阻簡單、效果好但能量消耗大返回注意措施

三、發(fā)電反饋制動：

當(dāng)電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速超過旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速時，這時的轉(zhuǎn)矩也是制動轉(zhuǎn)矩。n

Fno當(dāng)起重機快速下放重物時當(dāng)多速電動機從高速調(diào)到低速的過程中電動機已轉(zhuǎn)入發(fā)電機運行，將重物的位能轉(zhuǎn)換為電能而反饋到電網(wǎng)里去，所以稱為發(fā)電反饋制動返回第七節(jié)三相異步電動機的調(diào)速調(diào)速方法：2.變極調(diào)速3.變轉(zhuǎn)差率調(diào)速1.變頻調(diào)速1.變頻調(diào)速

此種調(diào)速方法發(fā)展很快，且調(diào)速性能較好。其主要環(huán)節(jié)是研制變頻電源恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速：低于額定轉(zhuǎn)速時，保持U1/f1的比值近似不變，這時磁通Φ和轉(zhuǎn)矩也都近似不變。恒功率調(diào)速：高于額定轉(zhuǎn)速時，應(yīng)保持U1=U1N，這時磁通Φ和轉(zhuǎn)矩都減小。轉(zhuǎn)速增大，轉(zhuǎn)矩減小，使功率近似不變。無級調(diào)速2.改變極對數(shù)有級調(diào)速。3.改變轉(zhuǎn)差率

無級調(diào)速適用于繞線式電動機方法：在繞線式電動機的轉(zhuǎn)子電路中接入調(diào)速電阻，改變電阻的大小，就可得到平滑調(diào)速。返回三相異步電動機型號：YR180L-8

功率：11kW頻率：50Hz電壓：380V電流：25.2A接法：△轉(zhuǎn)速：760r/min效率：86.5%功率因數(shù)：0.77工作方式：連續(xù)

絕緣等級：B重量

kg標(biāo)準(zhǔn)編號

出廠日期

××電機廠銘牌數(shù)據(jù)（YR180L-8）一、三相異步電動機的銘牌第八節(jié)三相異步電動機的選擇和使用型號磁極數(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）三相異步電動機它不等于從電源吸取的電功率。額定功率電動機在額定運行時軸上輸出的機械功率P2N

。UN=380/220V、Y/

接指：線電壓為

380V時采用

Y接法；

線電壓為

220V時采用

接法。電動機在額定運行時，定子繞組在指定接法下應(yīng)加的線電壓值。額定電壓：兩種接法情況下，相電壓均為220V(每相繞組的額定電壓)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％。例說明額定電流：電動機在額定運行時，定子繞組在指定接法下的線電流值。

頻率

轉(zhuǎn)速電動機接交流電源的工作頻率，我國工頻電源為50HZ電動機額定工作狀態(tài)下轉(zhuǎn)子每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)

接法指定子三相繞組的聯(lián)接方法。有三個首端U1、V1、W1，三個尾端U2、V2、W2，可以Y接或接定子三相繞組U1U2、V1V2、W1W2U1V1W1W2U2V2W1U1V1W2U2V2Y接法：

接法：

接法指定子三相繞組的聯(lián)接方法。定子三相繞組U1U2、V1V2、W1W2有三個首端U1、V1、W1，三個尾端U2、V2、W2，可以Y接或接V1W2U1W1U2V2U2U1W2V1V2W1工作方式工作方式分為連續(xù)、短時、斷續(xù)三種絕緣等級按照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的。

極限溫度，是指電動機絕緣結(jié)構(gòu)中最熱點的最高容許溫度。

絕緣等級絕緣等級極限溫度AEBFH指定子每相繞組的功率因數(shù)。功率因數(shù)軸上輸出機械功率與定子輸入電功率P1N的比值。

額定效率：二、

三相異步電動機的選擇

功率的選擇連續(xù)工作：短時運行：:生產(chǎn)機械效率:傳動效率:電動機過載系數(shù)某離心式水泵的技術(shù)參數(shù)為：流量Q=0.03m3/s,揚程H=20m，轉(zhuǎn)速為1460r/min機械效率η1=0.55；籠型電動機與水泵聯(lián)軸器直接連接，即η2=1，試選用該水泵的拖動電動機的功率。例解:查相關(guān)資料，選用Y160M-4型電動機，其PN>11kW第九節(jié)單相異步電動機

單相異步電動機常用于功率不大的電動工具（如手電鉆、攪拌器等）和眾多的家用電器（洗衣機、電冰箱、電風(fēng)扇等）。單相異步電動機的工作原理結(jié)構(gòu)：

定子放單相繞組（也稱工作繞組，其中通入單相交流電）；轉(zhuǎn)子一般用鼠籠式。返回定子轉(zhuǎn)子

定子繞組定子中通入單相交流電后，形成脈動磁場。其磁感應(yīng)強度按正弦分布，且隨時間按正弦變化。返回

....F轉(zhuǎn)子導(dǎo)條及電流

當(dāng)定子繞組產(chǎn)生的合成磁場增加時，根據(jù)右手螺旋定則和左手定則，可知轉(zhuǎn)子導(dǎo)條左、右受力大小相等方向相反，所以沒有起動轉(zhuǎn)矩。返回一、電容分相式異步電動機在電動機定子中放置一個起動繞組B，與工作繞組在空間相隔

90°，起動繞組B與電容器串聯(lián)，使兩個繞組中的電流在相位上近于相差90°，這就是分相。由這兩相電流也能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場ABAB返回分相實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)改變C的串聯(lián)位置，可使電動機反轉(zhuǎn)。將開關(guān)合在1，電容與V繞組串聯(lián)，電流超前近90°；將開關(guān)切換到2，電容與U繞組串聯(lián)，電流超前近90°。如此便改變了旋轉(zhuǎn)磁場的方向，實現(xiàn)反轉(zhuǎn)。二、罩極式單相電機定子磁極轉(zhuǎn)子短路環(huán)

定子通入電流以后，部分磁通穿過短路環(huán)，并在其中產(chǎn)生感應(yīng)電流。短路環(huán)中的電流阻礙磁通的變化，致使有短路環(huán)部分和沒有短路環(huán)部分產(chǎn)生的磁通有了相位差，從而形成旋轉(zhuǎn)磁場，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)起來。結(jié)構(gòu)：單相繞組繞在磁極上，在磁極的約1/3部分套一短路環(huán)返回三相異步電動機的單相運行

三相異步電動機運行過程中，若其中一相和電源斷開，則變成單相運行。此時和單相電動機一樣，電動機仍會按原來方向運轉(zhuǎn)。但若負(fù)載不變，三相供電變?yōu)閱蜗喙╇?，電流將變大，?dǎo)致電動機過熱。

使用中要特別注意這種現(xiàn)象

三相異步電動機若在啟動前有一相斷電，和單相電動機一樣將不能啟動。此時只能聽到嗡嗡聲，長時間啟動不了，也會過熱，必須趕快排除故障。返回第十節(jié)直流電動機

是直流電能轉(zhuǎn)化為機械能的旋轉(zhuǎn)機械裝置。直流電動機雖然比三相交流異步電動機結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維修也不便，但由于它的調(diào)速性能較好和起動轉(zhuǎn)矩較大，因此，對調(diào)速要求較高的生產(chǎn)機械或者需要較大起動轉(zhuǎn)矩的生產(chǎn)機械往往采用直流電動機驅(qū)動。直流電動機的優(yōu)點：(1)調(diào)速性能好,調(diào)速范圍廣,易于平滑調(diào)節(jié)。

(2)起動、制動轉(zhuǎn)矩大,易于快速起動、停車。

(3)易于控制。應(yīng)用:1)軋鋼機、電氣機車、中大型龍門刨床、礦山豎井提升機以及起重設(shè)備等調(diào)速范圍大的大型設(shè)備。

2)用蓄電池做電源的地方，如汽車、拖拉機等NS············NS一、直流電動機的結(jié)構(gòu)及分類極掌極心勵磁繞組機座轉(zhuǎn)子直流電動機的磁極和磁路

直流電機由定子(磁極)、轉(zhuǎn)子(電樞)和換向器等部分構(gòu)成。（一）直流電動機的結(jié)構(gòu)2.轉(zhuǎn)子(電樞)

由鐵心、繞組（線圈）、換向器組成。1.磁極永磁式:

由永久磁鐵做成。勵磁式:

磁極上繞線圈，線圈中通過直流電，形成電磁鐵。勵磁:

磁極上的線圈通以直流電產(chǎn)生磁通，稱為勵磁。電樞鐵心：由硅鋼片疊裝而成。電樞繞組：單個繞組元件組成。用來在電動機中產(chǎn)生磁場。1.他勵電動機勵磁繞組和電樞繞組分別由兩個直流電源供電。（二）直流電動機的分類

直流電機按照勵磁方式可分為他勵電動機、并勵電動機、串勵電動機和復(fù)勵電動機。2.并勵電動機勵磁繞組和電樞繞組并聯(lián)，由一個直流電源供電。UUfIaM+_+_If他勵I(lǐng)aUM+_If+_IE并勵4.復(fù)勵電動機勵磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞的聯(lián)接有串有并，接在同一電源上。3.串勵電動機勵磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞串聯(lián)接到同一電源上。串勵UIa+_IfM復(fù)勵U+_IMIa二、直流電機的基本工作原理和機械特性IU＋－SbNacd

直流電從兩電刷之間通入電樞繞組，電樞電流方向如圖所示。由于換向片和電源固定聯(lián)接，無論線圈怎樣轉(zhuǎn)動，總是S極有效邊的電流方向向外,N極有效邊的電流方向向里。電動機電樞繞組通電后中受力(左手定則)按逆時針方向旋轉(zhuǎn)。電刷換向片IFFTn換向器作用：將外部直流電轉(zhuǎn)換成內(nèi)部的直流電，以保持轉(zhuǎn)矩方向不變。1.轉(zhuǎn)動原理U＋－EETnSbNdFFacII換向片電刷

線圈在磁場中旋轉(zhuǎn)，將在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。由右手定則，感應(yīng)電動勢的方向與電流的方向相反。Ce:

與電機結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)n:

電動機轉(zhuǎn)速

：磁通（1）電樞感應(yīng)電動勢

E=Cen2.電磁轉(zhuǎn)矩與電壓平衡方程U＋－EETnSbNdFFacII換向片電刷

由圖可知，電樞感應(yīng)電動勢E與電樞電流或外加電壓方向總是相反，所以稱反電勢。式中：U—外加電壓

Ra

—繞組電阻（2）電樞回路電壓平衡式–RaIaE+–+UMCm:與電機結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)

:

線圈所處位置的磁通Ia：電樞繞組中的電流單位:

(韋伯)，Ia

(安)，T(牛頓?米)

直流電動機電樞繞組中的電流(電樞電流Ia)與磁通

相互作用，產(chǎn)生電磁力和電磁轉(zhuǎn)矩，直流電機的電磁轉(zhuǎn)矩公式為轉(zhuǎn)矩平衡關(guān)系

電動機的電磁轉(zhuǎn)矩T為驅(qū)動轉(zhuǎn)矩,它使電樞轉(zhuǎn)動。在電機運行時，電磁轉(zhuǎn)矩必須和機械負(fù)載轉(zhuǎn)矩及空載損耗轉(zhuǎn)矩相平衡，即T=Cm

Ia

當(dāng)電動機軸上的機械負(fù)載發(fā)生變化時，通過電動機轉(zhuǎn)速、電動勢、電樞電流的變化，電磁轉(zhuǎn)矩將自動調(diào)整，以適應(yīng)負(fù)載的變化，保持新的平衡。轉(zhuǎn)矩平衡過程T2:機械負(fù)載轉(zhuǎn)矩T0:空載轉(zhuǎn)矩例：設(shè)外加電樞電壓U一定，T=T2

(平衡)，此時，若T2突然增加，則調(diào)整過程為達(dá)到新的平衡點(Ia

、P入

)

。T2

n

Ia

T

E

3.

直流電動機的機械特性特點:

勵磁繞組與電樞并聯(lián)由圖可求得由上分析可知：

當(dāng)電源電壓U和勵磁回路的電阻Rf一定時,勵磁電流If和磁通

不變，即

=常數(shù)。則IaUM+_If+_IE令：T=Cm

Ia=Cm

Ia

即：并勵電動機的磁通

=常數(shù)，轉(zhuǎn)矩與電樞電流成正比。

由以下公式求得IaUM+_If+_IE式中：n=f(T)

特性曲線n0nNTN

并勵電動機在負(fù)載變化時，轉(zhuǎn)速n的變化不大—硬機械特性（自然特性）。改變電樞電壓和電樞回路串電阻可得人工特性曲線n0T

n

例:有一并勵電動機，其額定數(shù)據(jù)如下：P２=22KW,

UN=110V,

nN=1000r/min,

=0.84,并已知

Rf=27.5

，Ra=0.04,試求:(1)額定電流I,額定電樞電流Ia及額定勵磁電流If

;(2)損耗功率PaCu,及PO

;(3)額定轉(zhuǎn)矩T;(4)反電動勢E。解：(1)P2是輸出功率，額定輸入功率為額定電流額定勵磁電流額定電樞電流（2）電樞電路銅損勵磁電路銅損總損失功率空載損耗功率（3）額定轉(zhuǎn)矩（4）反電動勢三、直流電動機（并勵、他勵)的運行與控制

直流電動機的基本運行與控制過程包括起動、正反轉(zhuǎn)、調(diào)速和制動等。1.起動直流電動機不允許在額定電壓UN下直接起動。Iast太大會使換向器產(chǎn)生嚴(yán)重的火花,燒壞換向器；起動時,n=0

(1)起動電流大(2)起動轉(zhuǎn)矩大

起動時，起動轉(zhuǎn)矩為(10~20)TN,造成機械沖擊，使傳動機構(gòu)遭受損壞。一般Iast限制在(1.5~2.5)IN。*起動方法注意事項(1)電樞串電阻起動法(2)降壓起動法：

直流電動機在起動和工作時，勵磁電路一定要接通,不能讓它斷開,而且起動時要滿勵磁。否則，磁路中只有很少的剩磁，可能產(chǎn)生事故：在滿磁下將Rst置最大處，逐漸減小Rst使n升高。最大起動電壓Ust為(1)如果電動機是靜止的，由于轉(zhuǎn)矩太小(T=Cm

Ia),

電機將不能起動，這時反電動勢為零，電樞電流很大，電樞繞組有被燒壞的危險。

(2)如果電動機在有載運行時斷開勵磁回路，反電動勢

E立即減小而使電樞電流增大，同時由于所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩不滿足負(fù)載的需要，電動機必將減速而停轉(zhuǎn)，更加促使電樞電流的增大，以至燒毀電樞繞組和換向器。

(3)如果電機在空載運行，可能造成飛車，使電機遭受嚴(yán)重的機械損傷，而且因電樞電流過大而將繞組燒壞。（

E

Ia

T>>

T0

n

飛車）*反轉(zhuǎn)例：串勵的單相手電鉆，利用勵磁電流和電樞電流兩者的方向同時改變時而轉(zhuǎn)向不變的原理，采用特別的串勵電動機，使手電鉆用單相交流電源或直流電源供電均可。電磁轉(zhuǎn)矩：T=Cm

Ia

(1)改變勵磁電流的方向。

(2)改變電樞電流的方向。注意：改變轉(zhuǎn)動方向時，勵磁電流和電樞電流兩者的方向不能同時變。改變直流電機轉(zhuǎn)向的方法有兩種：2、直流電動機（并勵、他勵)的調(diào)速并勵(他勵)電動機與異步電動機相比，雖然結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格高，維護(hù)也不方便，但在調(diào)速性能上由其獨特的優(yōu)點。

1.調(diào)速均勻平滑，可以無級調(diào)速(注：異步機改變極對數(shù)調(diào)速的方法叫有級調(diào)速)。

2.調(diào)速范圍大，調(diào)速比可達(dá)200以上(調(diào)速比等于最大轉(zhuǎn)速和最小轉(zhuǎn)速之比）,因此機械變速所用的齒輪箱可大大簡化。主要優(yōu)點：由轉(zhuǎn)速公式:可見直流電機調(diào)速方法有三種?？梢姡涸赨一定的情況下，改變

可改變轉(zhuǎn)速n。a.

改變磁通調(diào)速

保持電樞電壓U不變，改變勵磁電流If(調(diào)Rf)以改變磁通

。由式Rf

If

n

一般只采用減少勵磁電流(減弱磁通)的方法調(diào)速,即

改變磁通調(diào)速的方法：減小磁通，n只能上調(diào)。改變

時的機械特性如圖。TLTn（

減?。㏑f增加

O調(diào)速過程:直至T=TC達(dá)到新的平衡。電壓U保持一定,減小磁通

。

Rf

E

Iａ

n

Ia

E

瞬間T

>T２T

(1)調(diào)速平滑，可得到無級調(diào)速；但只能向上調(diào)，受機械本身強度所限，n不能太高。(2)調(diào)速設(shè)備簡單，經(jīng)濟，電流小，便于控制。(3)機械特性較硬，穩(wěn)定性較好。(4)對專門生產(chǎn)的調(diào)磁電動機,其調(diào)速幅度可達(dá)３~４,

例如530~2120r/min及310~1240r/min。

減小

調(diào)速的特點：(1)若調(diào)速后

Ia

保持不變，電動機在高速運轉(zhuǎn)時其負(fù)載轉(zhuǎn)矩必須減小。(2)這種調(diào)速方法只適用于恒功率調(diào)速(如用于切削機床)。使用調(diào)磁調(diào)速時應(yīng)注意：b.

改變電壓調(diào)速由轉(zhuǎn)速公式知：調(diào)電壓U，n0變化，但斜率不變，所以調(diào)速特性是一組平行曲線。n0"n0'電壓降低Tc特性曲線n0nT0改變電壓調(diào)速的特點:(1)工作時電壓不允許超過UN

，而n

U,所以調(diào)速只能向下調(diào)。(2)機械特性較硬，并且電壓降低后硬度不變，穩(wěn)定性好。(3)均勻調(diào)節(jié)電樞電壓，可得到平滑無級調(diào)速。(4)調(diào)速幅度較大。調(diào)速過程:保持If

為額定,減小電樞電壓。

U

Ia

T

T