7 交流電動機ppt課件

1、7.1 三相異步電動機的構造,第7章 交流電動機,7.2 三相異步電動機的轉動原理,7.3 三相異步電動機的電路分析,7.4 三相異步電動機轉矩與機械特性,7.5 三相異步電動機的起動,7.6 三相異步電動機的調速,7.7 三相異步電動機的制動,7.8 三相異步電動機銘牌數(shù)據(jù),7.9 三相異步電動機的選擇,7.11 單相異步電動機,7.10 同步電動機(略),1. 了解三相交流異步電動機的基本構造和轉動 原理。,本章要求：,2. 理解三相交流異步電動機的機械特性，掌握 起動和反轉的基本方法, 了解調速和制動的 方法。,3. 理解三相交流異步電動機銘牌數(shù)據(jù)的意義。,第7章 交流電動機,電動機的分

2、類：,鼠籠式異步交流電動機授課內(nèi)容： 基本結構、工作原理、 機械特性、控制方法,第7章 交流電動機,1.定子,7.1 三相異步電動機的構造,轉子: 在旋轉磁場作用下，產(chǎn)生感應電動勢或電流。,2.轉子,鼠籠轉子,鐵心：由外周有槽的硅鋼片疊成。,(2) 繞線式轉子,同定子繞組一樣，也分為三相，并且接成星形。,鼠籠式電動機與繞線式電動機的的比較：,鼠籠式： 結構簡單、價格低廉、工作可靠；不能人為改變電動機的機械特性。,繞線式： 結構復雜、價格較貴、維護工作量大；轉子 外加電阻可人為改變電動機的機械特性。,7.2 三相異步電動機的轉動原理,7. 2. 1 旋轉磁場,定子三相繞組通入三 相交流電(星形聯(lián)

3、接),1.旋轉磁場的產(chǎn)生,規(guī)定,()電流出,()電流入,三相電流合成磁 場 的分布情況,合成磁場方向向下,合成磁場旋轉60,合成磁場旋轉90,動畫,o,分析可知：三相電流產(chǎn)生的合成磁場是一旋轉的磁場 即：一個電流周期，旋轉磁場在空間轉過360,取決于三相電流的相序,2.旋轉磁場的旋轉方向,結論： 任意調換兩根 電源進線，則旋轉 磁場反轉。,動畫,任意調換兩根電源進線 (電路如圖),3.旋轉磁場的極對數(shù)P,當三相定子繞組按圖示排列時，產(chǎn)生一對磁極的旋轉磁場，即：,若定子每相繞組由兩個線圈串聯(lián) ，繞組的始端 之間互差60，將形成兩對磁極的旋轉磁場。,極對數(shù),動畫,旋轉磁場的磁極對數(shù) 與三相繞組的排

4、列有關,4.旋轉磁場的轉速,工頻：,旋轉磁場的轉速取決于磁場的極對數(shù),p=1時,p=2時,旋轉磁場轉速n0與極對數(shù) p 的關系,7. 2. 2 電動機的轉動原理,1. 轉動原理,A,X,Y,C,B,Z,定子三相繞組通入三相交流電,感應電動勢 E20,電磁力F,7. 2. 3 轉差率,旋轉磁場的同步轉速和電動機轉子轉速之差與 旋轉磁場的同步轉速之比稱為轉差率。,由前面分析可知，電動機轉子轉動方向與磁場 旋轉的方向一致，但轉子轉速 n 不可能達到與旋轉磁場的轉速相等，即,如果:,因此，轉子轉速與旋轉磁場轉速間必須要有差別。,異步電動機運行中:,轉子轉速亦可由轉差率求得,轉差率s,例1：一臺三相異步

5、電動機，其額定轉速 n=975 r/min，電源頻率 f1=50 Hz。試求電動機的極對數(shù)和額定負載下的轉差率。,解：,根據(jù)異步電動機轉子轉速與旋轉磁場同步轉 速的關系可知：n0=1000 r/min , 即,p=3,額定轉差率為,7.3 三相異步電動機的電路分析,三相異步電動機的電磁關系與變壓器類似。,變壓器： 變化 e U1 E1= 4.44 f N1 E2= 4.44 f N2,E1 、E2 頻率相同，都等于電源頻率。,7. 3. 1 定子電路,1.旋轉磁場的磁通,異步電動機：旋轉磁場切割導體 e， U1 E1= 4.44 f 1N1,每極磁通,旋轉磁場與定子導體間的相對速度為 n0 ，

6、所以,2.定子感應電勢的頻率 f1,感應電勢的頻率與磁場和導體間的相對速度有關,f 1= 電源頻率 f,7. 3. 2 轉子電路,1. 轉子感應電勢頻率 f 2,定子導體與旋轉磁場間的相對速度固定，而轉子 導體與旋轉磁場間的相對速度隨轉子的轉速不同而 變化, 定子感應電勢頻率 f 1 轉子感應電勢頻率 f 2,轉子感應電勢頻率 f 2,旋轉磁場切割定子導體和轉子導體的速度不同,2. 轉子感應電動勢E 2,E2= 4.44 f 2N2 = 4.44s f 1N2,當轉速 n = 0(s=1)時， f 2最高，且 E2 最大，有,E20= 4.44 f 1N2,轉子靜止時 的感應電勢,即E2= s

7、 E20,轉子轉動時 的感應電勢,3. 轉子感抗X 2,當轉速 n = 0(s =1)時， f 2最高，且 X2 最大，有,X20= 2 f1L2,即X2= sX20,4. 轉子電流 I2,5. 轉子電路的功率因數(shù) cos2,轉子繞組的感應電流,轉子繞組的感應電流,轉子電路的功率因數(shù),結論：轉子轉動時，轉 子電路中的各量均與轉 差率 s有關，即與轉速 n有關。,7.4 三相異步電動機轉矩與機械特性,7. 4. 1 轉矩公式,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矩之總和。,常數(shù)，與電 機結構有關,旋轉磁場 每極磁通,轉子電流,轉子電路的 功率因數(shù),由此得電磁轉矩公式,由公式可

8、知,電磁轉矩公式,1. T 與定子每相繞組電壓 成正比。U 1 T ,2. 當電源電壓 U1 一定時，T 是 s 的函數(shù)。,3. R2 的大小對 T 有影響。繞線式異步電動機可外 接電阻來改變轉子電阻R2 ，從而改變轉距。,7. 4. 2 機械特性曲線,根據(jù)轉矩公式,得特性曲線：,動畫,動畫,電動機在額定負載時的轉矩。,1.額定轉矩TN,三個重要轉矩,額定轉矩,(N m),如某普通機床的主軸電機(Y132M-4型) 的額定功率為7.5kw, 額定轉速為1440r/min, 則額定轉矩為,2.最大轉矩 Tmax,轉子軸上機械負載轉矩T2 不能大于Tmax ，否則將 造成堵轉(停車)。,電機帶動最

9、大負載的能力。,臨界轉差率,將sm代入轉矩公式，可得,當 U1 一定時，Tmax為定值,過載系數(shù)(能力),一般三相異步電動機的過載系數(shù)為,工作時必須使T2 T2電機能起動，否則不能起動。,起動能力,4. 電動機的運行分析,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。,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） 。,此過程中， n 、sE2 , I2 I1 電源提供的功率自動增加。,T2,s,T2 T,T =T2,n ,T ,達到新的平衡,5. U1 和 R2變化對機械特性的影響,(1)

10、U1 變化對機械特性的影響,T2,(2) R2 變化對機械特性的影響,R2,Tst ,n,硬特性：負載變化時，轉速變化不大，運行特性好。,軟特性：負載增加時轉速下降較快，但起動轉矩大，起動特性好。 ,(2) R2 變化對機械特性的影響,不同場合應選用不同的電機。如金屬切削，選硬特性電機；重載起動則選軟特性電機。,7.5 三相異步電動機的起動,7. 5. 1 起動性能,起動問題：起動電流大，起動轉矩小。 一般中小型鼠籠式電機起動電流為額定電流的5 7 倍; 電動機的起動轉矩為額定轉矩的(1.02.2)倍。,后果：,原因：,起動： n = 0，s =1, 接通電源。,7.5.2 起動方法,(1)

11、直接起動 二、三十千瓦以下的異步電動機一般都采用直接起動。,（適用于鼠籠式電動機）,(3) 轉子串電阻起動,（適用于繞線式電動機）,以下介紹降壓起動和轉子串電阻起動。,設：電機每相阻抗為,1. 降壓起動,(1) Y 換接起動,降壓起動時的電流 為直接起動時的,Y 起動器接線簡圖,靜觸點,Y 起動器接線簡圖,Y起動,Y 起動器接線簡圖, 工作,(a) 僅適用于正常運行為三角形聯(lián)結的電機。,Y 換接起動適合于空載或輕載起動的場合,Y- 換接起動應注意的問題,(2) 自耦降壓起動,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Q,Q2,自耦降壓起動

12、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。,R,R,R,定子,轉子,起動時將適當?shù)腞 串入轉子電路中，起動后將R 短路。,起動電阻,2.繞線式電動機轉子電路串電阻起動,若R2選得適當，轉子電路串電阻起動既可以降低起動電流，又可以增加起動轉矩。,常用于要求起動轉矩較大的生產(chǎn)機械上。,R2 Tst ,轉子電路串電阻起動的特點,方法：任意調換電源的兩根進線，電動機反轉。,電動機 正轉,電動機 反轉,三相異步電動機的正、反轉,例1:,1),解:,一臺Y225M-4型的三相異步電 動機，定子 繞組型聯(lián)結，其額定數(shù)據(jù)為：P2N=45kW, nN=1480r/min，UN=3

13、80V，N=92.3%，cosN= 0.88， Ist/IN=7.0, Tst/TN=1.9，Tmax/TN=2.2，求： 1) 額定電流IN? 2) 額定轉差率sN? 3) 額定轉矩 TN 、最大轉矩Tmax 、和起動轉矩TN 。,2）由nN=1480r/min，可知 p=2 （四極電動機）,3）,解：,在上例中(1)如果負載轉矩為 510.2Nm, 試問在U=UN和U=0.9UN兩種情況下電動機能否起動？（2）采用Y- 換接起動時，求起動電流和起動轉矩。 又當負載轉矩為起動轉矩的80%和50%時，電動機能否起動？,(1) 在U=UN時 Tst = 551.8Nm 510.2 N. m,不能

14、起動,(2) Ist =7IN=784.2=589.4 A,在U= 0.9UN 時,能起動,例2:,在80%額定負載時,不能起動,在50%額定負載時,可以起動,(3),例3:,對例7.5.1中的電動機采用自耦變壓器降壓起動，設起動時加到電動機上的電壓為額定電壓的64%，求這時的線路起動電流Ist和電動機的起動轉矩Tst。,解：,設電動機的起動電壓為U，電動機的起動 電流為Ist,依據(jù)變壓器的一次、二次側電壓電流關系， 可求得線路起動電流Ist。,采用自耦降壓法起動時，若加到電動機上的 電壓與額定電壓之比為 x ，則線路 起動電流Ist 為,電動機的起動轉距Tst為,結論：,8.6.1 變頻調速

15、 (無級調速),頻率調節(jié)范圍：0.5幾百赫茲,7.6 三相異步電動機的調速,7.6.2 變極調速 (有級調速),變頻調速方法可實現(xiàn)無級平滑調速,調速性 能優(yōu)異，因而正獲得越來越廣泛的應用。,P=2,P=1,采用變極調速方法的電動機稱作雙速電機， 由于調速時其轉速呈跳躍性變化，因而只用在對 調速性能要求不高的場合，如銑床、鏜床、磨床 等機床上。,7.6.3 變轉差率調速 (無級調速),變轉差率調速是繞線式電動機特有的一種調 速方法。其優(yōu)點是調速平滑、設備簡單投資少， 缺點是能耗較大。這種調速方式廣泛應用于各種 提升、起重設備中。,7.7 三相異步電動機的制動,7.7.1 能耗制動,制動方法,能耗

16、制動 反接制動 發(fā)電反饋制動,在斷開三相電源的同時，給電動機其中兩相 繞組通入直流電流，直流電流形成的固定磁場與 旋轉的轉子作用，產(chǎn)生了與轉子旋轉方向相反的 轉距（制動轉距），使轉子迅速停止轉動。,7.7.2 反接制動,停車時，將接入電動機的三相電源線中的任意兩相對調，使電動機定子產(chǎn)生一個與轉子轉動方向相反的旋轉磁場，從而獲得所需的制動轉矩，使轉子迅速停止轉動。,7.7.3 發(fā)電反饋制動,當電動機轉子的轉速大于旋轉磁場的轉速 時，旋轉磁場產(chǎn)生的電磁轉距作用方向發(fā)生變 化，由驅動轉距變?yōu)橹苿愚D距。電動機進入制,動狀態(tài)，同時將外力作用于轉子的能量轉換成 電能回送給電網(wǎng)。,n n0,7.8 三相異步

17、電動機銘牌數(shù)據(jù),1. 型號,例如： Y 132 M4,用以表明電動機的系列、幾何尺寸和極數(shù)。,教材表7.8.1中列出了各種電動機的系列代號。,異步電動機產(chǎn)品名稱代號,2. 接法,接線盒,定子三相繞組的聯(lián)接方法。通常,Y 聯(lián)結, 聯(lián)結,3. 電壓,例如：380/220V、Y/ 是指線電壓為 380V 時 采用 Y聯(lián)結；線電壓為 220V 時采用 聯(lián)結。,說明：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% 。因為在電動機滿載或接近 滿載情況下運行時，電壓過高 或過低都會使 電動機的電流大于額定值, 從而使電動機過熱。,電動機在額定運行時定子繞組上應加的線電壓值。,三相異步電動機的額定電

18、壓有380V，3000V, 及6000V等多種。,4. 電流,例如： Y / 6.73 / 11.64 A 表示星形聯(lián)結下電機的線電流為 6.73A；三角形聯(lián)結下線電流為 11.64A。兩種接法下相電流均為 6.73A。,5. 功率與效率,電動機在額定運行時定子繞組的線電流值。,額定功率是指電機在額定運行時軸上輸出的機 械功率 P2，它不等于從電源吸取的電功率 P1。,注意：實用中應選 擇容量合適的電機，防止出現(xiàn) “大馬拉 小車” 的現(xiàn)象。,6. 功率因數(shù),三相異步電動機的功率因數(shù)較低，在額定負載 時約為 0.7 0.9?？蛰d時功率因數(shù)很低，只有 0.2 0.3。額定負載時，功率因數(shù)最高。,7

19、. 額定轉速,電機在額定電壓、額定負載下運行時的轉速。,如： n N =1440 轉/分 sN = 0.04,8. 絕緣等級,指電機絕緣材料能夠承受的極限溫度等級，分 為A、E、B、F、H五級，A級最低(105C)，H級最高(180C)。,7.9.1 功率的選擇,功率選得過大不經(jīng)濟，功率選得過小電動機容易因過載而損壞。,1. 對于連續(xù)運行的電動機，所選功率應等于或略大于生產(chǎn)機械的功率。,2. 對于短時工作的電動機，允許在運行中有短暫的過載，故所選功率可等于或略小于生產(chǎn)機械的功率。,7.9 三相異步電動機的選擇,7.9.2 種類和型式的選擇,1. 種類的選擇,一般應用場合應盡可能選用鼠籠式電動機

20、。 只有在需要調速、不能采用鼠籠式電動機的場 合才選用繞線式電動機。,2. 結構型式的選擇,根據(jù)工作環(huán)境的條件選擇不同的結構型式， 如開啟式、防護式、封閉式電動機。,7.9.3 電壓和轉速的選擇,根據(jù)電動機的類型、功率以及使用地點的電源電壓來決定。,Y系列鼠籠電動機的額定電壓只有380V一個 等級。大功率電動機才采用3000V和6000V。,單相異步電動機主要應用于電動工具、洗衣機、電冰箱、空調、電風扇等小功率電器中。單相異步電動機的定子中放置單相繞組,轉子一般用鼠籠式。 定子繞組中通入單相交流電后, 形成脈動磁場，若不采取措施，將無法獲得所需的起動轉矩。,定子,定子 繞組,轉子,7.11.1

21、 單相異步電動機的工作原理,7.11 單相異步電動機,定子繞組產(chǎn)生的脈動磁場，可用正、反兩個 旋轉磁場合成來等效。即,脈動磁場的分解,正反向旋轉磁場的合成轉矩特性,合成轉矩,(正向),(反向),鼠籠式轉子 導條及電流,當定子繞組產(chǎn)生的合成磁場增加時，根據(jù) 右手螺旋定則和左手定則，可知轉子導條左、 右受力大小相等方向相反，所以沒有起動轉矩。,A,A,為了獲得所需的起動轉矩，單相異步電動 機的定子進行了特殊設計。常用的單相異步電 動機有電容分相式異步電動機和罩極式異步電 動機。他們都采用鼠籠式轉子，但定子結構不 同。,7.11.2 電容分相式異步電動機,電容分相式異步電動機的定子中放置有兩個 繞組，一個是工作繞組 AA，另一個是起動繞 組 BB ,兩個繞組在空間相隔90。起動時， B B 繞組經(jīng)電容接電源，兩個繞組的電流相位相 差近90