第7章-航空交流電機(jī)1

第7章航空交流電機(jī)交流電機(jī)（Alternating-currentMachine）異步電動(dòng)機(jī)（InductionMotor）同步發(fā)電機(jī)（SynchronousGenerator）第7章變壓器與交流電機(jī)7.1航空三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)7.2航空三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理7.3航空三相異步電動(dòng)機(jī)的電路分析7.4航空三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩與機(jī)械特性7.5航空三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、調(diào)速和制動(dòng)7.6永磁式同步電動(dòng)機(jī)7.7航空同步發(fā)電機(jī)7.8直流異步電動(dòng)機(jī)37.1三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)

三相異步電動(dòng)機(jī)由定子（靜止部分）和轉(zhuǎn)子（旋轉(zhuǎn)部分）組成，它們之間留有一定的間隙。籠型和繞線型1-端蓋；2-定子繞組；3-定子鐵心；4-散熱片；6-機(jī)殼；6-定子繞組引出線；7-轉(zhuǎn)軸；8-軸承；9-轉(zhuǎn)子；10-端蓋圖7.1.1籠型異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖4機(jī)座：鐵心：

由互相絕緣的硅鋼組成鑄鐵或鑄鋼制成繞組：

線圈的復(fù)雜組合

對(duì)稱的三相繞組接線盒?7.1.1定子5“△”型連接“Y”型連接W1U1V1V2W2U2電源W1U1V1V2W2U2電源W1U1V1V2W2U2定子繞組接法7.1.1定子67.1.2轉(zhuǎn)子軸：繞組：

帶動(dòng)機(jī)械負(fù)載

轉(zhuǎn)動(dòng)，輸出機(jī)械能鐵心：由互相絕緣的硅鋼組成圓柱型，表面有槽產(chǎn)生感應(yīng)電流繞線式鼠籠式77.1.2轉(zhuǎn)子（a）銅條式（b）鑄鋁式1-籠條；2-端環(huán)；3-風(fēng)扇葉；4-籠條圖7.1.2籠型繞組結(jié)構(gòu)圖視頻87.1.2轉(zhuǎn)子圖7.1.3繞線型轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)圖97.2航空三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理10AXBYCZiAiCiB7.2.1旋轉(zhuǎn)磁場

t=0°1.旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生iiBiCiA0ZCY

XBA11

t=60°AXBYCZiAiCiBiiBiCiA0ZCYXBA

t=90°ZCYXBA7.2.1旋轉(zhuǎn)磁場12n0n0n0ZCY

XBA

ZCYXBA

ZCYXBA7.2.1旋轉(zhuǎn)磁場1.旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生p=1132.旋轉(zhuǎn)磁場的極對(duì)數(shù)7.2.1旋轉(zhuǎn)磁場

n0AZCYBXXYAZBCL1L3L2n0

30

AZCXYBAXBYCZiCiBiAp=214三相電流的相序決定

n0

0ti

n03.旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向與轉(zhuǎn)速ZCYXBAZCYXBA7.2.1旋轉(zhuǎn)磁場153.旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向與轉(zhuǎn)速7.2.1旋轉(zhuǎn)磁場163.旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向與轉(zhuǎn)速n0n0n0ZCY

XBA

ZCYXBA

ZCYXBA7.2.1旋轉(zhuǎn)磁場17

n0AZCXYB同步轉(zhuǎn)速：n0

30

AZCXYB3.旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向與轉(zhuǎn)速7.2.1旋轉(zhuǎn)磁場18

NSn0n+F轉(zhuǎn)動(dòng)的條件1、旋轉(zhuǎn)磁場；2、轉(zhuǎn)子是閉合回路；3、轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速與磁場的轉(zhuǎn)速不同F(xiàn)7.2.2基本工作原理1.基本工作原理19n0：旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速（同步轉(zhuǎn)速）n:電機(jī)的轉(zhuǎn)速注意：

s的取值范圍2.轉(zhuǎn)差率7.2.2基本工作原理20★當(dāng)異步電動(dòng)機(jī)在靜止?fàn)顟B(tài)或剛接上電源的一瞬間，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n=0，則對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)差率s=1?！锶甾D(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n=n1，則轉(zhuǎn)差率s=0?！锂惒诫妱?dòng)機(jī)在正常狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)差率s在0~1之間變化。s的取值范圍2.轉(zhuǎn)差率7.2.2基本工作原理217.2.3三相異步電動(dòng)機(jī)的三種工作狀態(tài)1）電動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)（0<n<n0）2）發(fā)電機(jī)工作狀態(tài)（n>n0）3）電磁制動(dòng)工作狀態(tài)（n<0）227.3航空三相異步電動(dòng)機(jī)的電路分析11

f1f2

e1e

1

e2

e

2

u1

定子電路轉(zhuǎn)子電路N1N27.3.1定子電路分析用相量表示為：KVL方程：R1和X1分別為定子繞組的電阻和感抗（漏磁感抗）23旋轉(zhuǎn)磁場和定子間的相對(duì)轉(zhuǎn)速為n0和變壓器類似：7.3.1定子電路分析7.3航空三相異步電動(dòng)機(jī)的電路分析241.轉(zhuǎn)子電流頻率f2與轉(zhuǎn)差率s的關(guān)系f2與s有關(guān)，即n有關(guān)11

f1f2

e1e

1

e2

e

2

u1

定子電路轉(zhuǎn)子電路N1N27.3.2轉(zhuǎn)子電路分析25在n=0，即s=1時(shí)，f2=f1，轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢最大為E20:旋轉(zhuǎn)磁場在轉(zhuǎn)子每相繞組中的感應(yīng)電動(dòng)勢：2.轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢E2與轉(zhuǎn)差率s的關(guān)系E2與s有關(guān)，即n有關(guān)7.3.2轉(zhuǎn)子電路分析263.轉(zhuǎn)子的感抗X2與轉(zhuǎn)差率s的關(guān)系在n=0,即s=1時(shí),轉(zhuǎn)子感抗為X2與s有關(guān)，即n有關(guān)11

f1f2

e1e

1

e2

e

2

u1

定子電路轉(zhuǎn)子電路N1N27.3.2轉(zhuǎn)子電路分析27轉(zhuǎn)子每相電路的電流:4.轉(zhuǎn)子電流I2與轉(zhuǎn)差率s的關(guān)系5.功率因數(shù)與轉(zhuǎn)差率s的關(guān)系0s1I2cos

2I2,cos

2I2和cos

2與轉(zhuǎn)差率的關(guān)系7.3.2轉(zhuǎn)子電路分析7.4.1轉(zhuǎn)矩公式7.4航空三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩與機(jī)械特性7.4.2機(jī)械特性

一定的電源電壓U1和轉(zhuǎn)子電阻R2下，電磁轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)速n之間的關(guān)系7.4三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩與機(jī)械特性1.額定轉(zhuǎn)矩TN

則其額定轉(zhuǎn)矩：當(dāng)電動(dòng)機(jī)等速運(yùn)轉(zhuǎn)：TC：阻轉(zhuǎn)矩；T2：機(jī)械負(fù)載轉(zhuǎn)矩；T0：空載損耗轉(zhuǎn)矩7.4.2機(jī)械特性kWW7.4三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩與機(jī)械特性2.最大轉(zhuǎn)矩TmaxTmax與U12成正比，與R2無關(guān)；Sm與R2有關(guān)，R2越大，Sm也越大，亦即n越小。7.4.2機(jī)械特性7.4三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩與機(jī)械特性最大轉(zhuǎn)矩又表示電動(dòng)機(jī)的短時(shí)間過載能力，用過載系數(shù)表示。7.4.2機(jī)械特性7.4三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩與機(jī)械特性圖6.5.2電壓變化對(duì)應(yīng)的機(jī)械特性曲線圖6.5.3轉(zhuǎn)子電阻變化對(duì)應(yīng)的機(jī)械特性曲線3.啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst結(jié)論：

Tst與U12及R2有關(guān)。當(dāng)n=0、s=1時(shí)通常用啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)來表示電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)能力一般

=0.8～2之間。7.4.2機(jī)械特性7.4三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩與機(jī)械特性【例7.4.1】已知一臺(tái)航空三相異步電動(dòng)機(jī)的額定功率為PN=15kW，頻率為f1=400Hz，額定轉(zhuǎn)速nN=5850r/min，求該電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩是多少？【解】電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩為7.4三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩與機(jī)械特性357.4三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩與機(jī)械特性【例7.4.2】一臺(tái)航空三相異步電動(dòng)機(jī)的額定功率為PN=18.5kW,額定電壓UN=200V，頻率f1=400Hz，額定轉(zhuǎn)速nN=5800r/min，形聯(lián)接，功率因數(shù)cos

2=0.85，效率

=0.855，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)λst=2.0，過載系數(shù)λm=2.2。求：（1）額定輸入功率（2）額定轉(zhuǎn)差率（3）額定轉(zhuǎn)矩TN（4）額定電流（5）轉(zhuǎn)子頻率（6）最大轉(zhuǎn)矩（7）啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩∴【解】367.4三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩與機(jī)械特性377.5.1起動(dòng)性能1.起動(dòng)電流Ist大。5-7倍2.起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst。1.直接起動(dòng)

直接起動(dòng)的特點(diǎn)是設(shè)備簡單，操作方便，啟動(dòng)迅速，但起動(dòng)電流過大。7.5.2起動(dòng)方法7.5三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、調(diào)速和制動(dòng)38（1）容量在30kW以下的異步電動(dòng)機(jī)；（2）電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流在供電線路中引起的電壓降不超過正常電壓15%，如果與照明共用，沒有獨(dú)立變壓器，則不應(yīng)超過5%。（3）用戶有獨(dú)立變壓器供電時(shí)，頻繁啟動(dòng)的電動(dòng)機(jī)容量小于變壓器容量的20%；不頻繁啟動(dòng)，容量小于變壓器容量的30%。應(yīng)用場合：7.5航空三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、調(diào)速和調(diào)速392.降壓起動(dòng)（1）星形—三角形換接起動(dòng)+

Ul星形時(shí)：三角形時(shí)：7.5航空三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、調(diào)速和制動(dòng)40

7.5航空三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、調(diào)速和調(diào)速41（2）自耦降壓起動(dòng)

自耦變壓器降壓起動(dòng)的變壓器通常有幾個(gè)抽頭，使其輸出電壓分別為電源電壓的80％、60％、40％或73％、64％、55％，供用戶選擇使用。

自耦變壓器降壓起動(dòng)適合于容量較大或正常運(yùn)行時(shí)Y型連接的鼠籠式三相異步電動(dòng)機(jī)。2.降壓起動(dòng)7.5航空三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、調(diào)速和調(diào)速42電動(dòng)機(jī)電源7.5航空三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、調(diào)速和調(diào)速43（3）繞線式電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子串電阻起動(dòng)

繞線式異步電動(dòng)機(jī)可以重載起動(dòng)。適合于起動(dòng)頻繁，要求起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大的機(jī)械，如吊車、卷揚(yáng)機(jī)等。2.降壓起動(dòng)7.5航空三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、調(diào)速和調(diào)速441.變極調(diào)速

通過改變異步電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)p，達(dá)到改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。變極調(diào)速適合于定子每相繞組有多個(gè)線圈、且有多個(gè)引出頭的電動(dòng)機(jī)，這種電動(dòng)機(jī)通常是特制的，稱為多速電動(dòng)機(jī)。轉(zhuǎn)速通常只有雙速或三速。變極調(diào)速屬于有級(jí)調(diào)速。7.5.2三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速7.5航空三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、調(diào)速和調(diào)速452.變頻調(diào)速變頻調(diào)速裝置

可以實(shí)現(xiàn)平滑的無級(jí)調(diào)速，調(diào)速范圍大，具有硬的機(jī)械特性?！玣1=400Hz整流器逆變器M3～7.5航空三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、調(diào)速和調(diào)速46

繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速所用電阻與串電阻啟動(dòng)所用電阻為同一電阻箱，改變電阻時(shí)是有級(jí)的，因而轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速是有級(jí)的。負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變的情況下，如串入的電阻的阻值增大，轉(zhuǎn)速下降，轉(zhuǎn)差率也變化，因此又稱為改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速。

優(yōu)點(diǎn)是調(diào)速平滑、設(shè)備簡單、投資少；但能量損耗較大，廣泛用于起重設(shè)備中。3.變轉(zhuǎn)差率調(diào)速7.5航空三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、調(diào)速和調(diào)速471.能耗制動(dòng)7.5.3三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)7.5航空三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、調(diào)速和調(diào)速7.5.5能耗制動(dòng)斷開三相交流電源后，給定子繞組加一直流電源，使之產(chǎn)生一個(gè)不旋轉(zhuǎn)的直流磁場482.反接制動(dòng)7.5航空三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、調(diào)速和調(diào)速7.5.6反接制動(dòng)改變?nèi)嚯娫吹南嘈?，使定子繞組產(chǎn)生反向旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場493.發(fā)電反饋制動(dòng)7.5航空三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、調(diào)速和調(diào)速7.5.7反饋制動(dòng)使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速超過旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速507.6永磁式同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子速度“失速”：如果軸上的負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩超出一定限度，轉(zhuǎn)子不再以同步轉(zhuǎn)速運(yùn)行，轉(zhuǎn)速出現(xiàn)降低甚至停轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。7.6.1永磁式同步電動(dòng)機(jī)工作原理圖

517.6永磁式同步電動(dòng)機(jī)影響永磁式同步電動(dòng)機(jī)的主要因素：

1）轉(zhuǎn)子本身存在慣性；

2）定子、轉(zhuǎn)子磁場之間轉(zhuǎn)速相差過大。7.6.2永磁式同步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩

527.6永磁式同步電動(dòng)機(jī)（1）永久磁鋼（2）鼠籠式起動(dòng)繞組7.6.3永磁式同步電動(dòng)機(jī)