1、7-1,7-1,第七章 交流电动机,7-2,7-2,第七章 交流电动机,7.1 三相异步电动机的构造7.2 三相异步电动机的转动原理7.3 三相异步电动机的电路分析7.4 三相异步电动机的转矩与机械特性7.5 三相异步电动机的起动7.6 三相异步电动机的调速7.7 三相异步电动机的制动7.8 三相异步电动机的铭牌数据7.9 三相异步电动机的选择7.11 单相异步电动机,7-3,7-3,交流：异步机、同步机。,电动机,直流：他励、并励、串励、复励。,分类：,概 述,作用：将电能转换成机械能。,异步机：三相-广泛用于各种生产机械。单相-常用于功率不大的电动工具和某些家用电器中。 同步机：常用于功率
2、较大、不需调速、长期工作的各种生产机械。 直流机：常用于需均匀调速的生产机械、某些电力牵引和起动设备中。,7-4,7-4,转子：由转子绕组、转子铁心组成。它在旋转磁场作用下，可产生感应电动势或电流，从而产生转矩。,定子：由机座、定子铁心、定子绕组组成。绕组可接成Y形或形。它能产生旋转磁场。,7.1 三相异步电动机的构造,定子绕组,定子铁心,机座,转子,7-5,转子外形 笼型绕组 鼠笼型转子,绕线型异步电动机的构造,转子：笼型 绕线型,异步电动机结构图,定子铁芯固定在机座上，机座外面有散热筋（散热片）帮助定子散热，机座由铸铁或铸钢铸造。,定子,定子铁芯由硅钢片叠成，在铁芯内圆有许多槽，嵌放着定子
3、绕组，即三相交流线圈，接入三相交流电源就可产生旋转磁场。,定子,转子铁芯也由硅钢片叠成，在铁芯外周也有许多槽，用来嵌放着转子绕组，即鼠笼。,转子,鼠笼由铜(铝)条与铜(铝)端环组成，但应用最广的小型异步电动机采用在转子铁芯上直接浇铸熔化的铝液形成鼠笼转子，并同时铸出散热风叶，简单又结实。,转子,转子装上转轴，在转轴上还有电动机散热的风扇，这就是异步电动机的转动部分。,转子,将转子插入定子中间，装上轴承，用端盖把转子支撑起来，装上风扇与风罩，就组成三相交流异步电动机。,异步电动机,异步电动机散热,7-14,7-14,（左手定则）,7.2 三相异步电动机的转动原理,磁极旋转,磁感应强度,导线长,切
4、割速度,磁铁,闭合线圈,7-15,7-15,异步,2. 线圈比磁场转得慢,7-16,7-16,旋转磁场的产生,异步机中，旋转磁场代替了旋转磁极。,()电流出,()电流入,7-17,7-17,合成磁场方向： 向下,7-18,7-18,同理分析可得其它电流角度下的磁场方向：,7-19,7-19,旋转方向：取决于三相电流的相序。,改变电机的旋转方向：换接其中两相。,旋转磁场的旋转方向,7-20,7-20,旋转磁场的转速大小,一个电流周期，旋转磁场在空间转过360。则同步转速（旋转磁场的速度）为：,7-21,7-21,极对数（p）的概念,此接法下，合成磁场只有一对磁极，则极对数p为1。,7-22,7-
5、22,极对数（p）的改变,若将每相绕组分成两段，按右下图放入定子槽内，则形成的磁场是两对磁极：p=2。,7-23,7-23,极对数,7-24,7-24,极对数和转速的关系,7-25,7-25,三相异步电动机的同步转速,7-26,7-26,电动机的转动原理,7-27,电动机转速和旋转磁场同步转速的关系,电动机转速: n,7-28,7-28,转差率 (s) 的概念,异步电机运行中:,转差率：可表示电动机转速与同步转速相差程度。即：,7-29,7-29,例：已知：一台三相异步电动机的额定转速 n = 975r/min，电源频率 f1 = 50Hz。 试求：电动机极对数，额定负载时转差率。,解：, n
6、0=60f1/p n p60f1/n=3.073n0=60f1/p=1000r /mins = (n0-n)100% /n0 = 2.5%,7-30,：漏磁通 产生的感应电动势。,：主磁通产 生的感应电动势。,7.3 三相异步电动机的电路分析,磁通经定、转子铁心闭合,N 1,N2,u1 、i 1 ：三相电源电压、电流。,i 2 ：转子电流。,N1 、N2 ：定子、转子每相绕组匝数。,7-31,7-31,设：,则：,定子,: 取决于转子和旋转磁场的相对速度,同理得转子边：,其中：,转子功率因数,7-34,7-34,起动瞬间I2大，转子的功率因数小,7-35,7-35,课堂练习,1、若将电动机转子
7、抽掉，给定子加额定电压，会产生何后果？,2、额定频率为60Hz的电动机接在50Hz的电源上会发生何现象？,解：空气隙变大，磁通无法经转子铁心闭合，磁路磁阻Rm增大，磁通势F增大，电流增大，严重的会烧毁。 U 4.44fNm,P227:7.3.4,7.3.5,解：n0 =60f1/p，n0、n会降低，由U1 4.44f1N1m， ，知：f1，m，PFe，I，电动机发热。,7-36,例:若电源频率f1 = 50Hz，某台三相异步电动机的 额定转速nN=1470r/min。则在以下三种情况下：(a)起动瞬间；(b)转子转速为同步转速的2/3时；(c)转差率为0.02 时。试问：,(1) 定子旋转磁场
8、对定子的转速 (2) 定子旋转磁场对转子的转速 (3) 转子旋转磁场对转子的转速 (4) 转子旋转磁场对定子的转速 (5) 转子旋转磁场对定子旋转磁场的转速 不管转子转速如何变化，转子旋转磁场和定子旋转磁场按同一大小方向旋转。,P257:7.4.9, n0, n0-n = sn0, sn0, n0, 0,7-37,7-37,电磁转矩 T：转子中各载流导体在旋转磁场的作用下，受到电磁力所形成的转矩之总和。,7.4 三相异步电动机的转矩与机械特性,常数,每极磁通,转子电流,转子电路的,7-38,7-38, 转矩公式,转矩与电压的平方成正比,7-39,7-39,三相电动机的机械特性,根据转矩公式:,
9、机械特性：T = f (s)，n = f (T)。,前提：R2 X20 U1一定时,7-40,7-40,电动机的自适应负载能力,电动机的电磁转矩可以随负载的变化而自动调整， 这种能力称为自适应负载能力。,直至新的平衡。此过程中， 时， 电源提供的功率自动 增加。,常用特 性段,7-41,7-41,课堂练习,已知：电动机额定转速为1460r/min，试问：当TL= TN/2时，其转速为多少？,解： n0 = 1500r/min，n = 1480r/min,n0,近似为直线,P231:7.4.4,7-42,7-42,一、额定转矩TN ：,电机在额定电压下，以额定转速 nN 运行，输出额定功率 PN
10、 时，电机转轴上输出的转矩。,TN单位：牛顿米（N m）,电动机的三个重要转矩,7-43,7-43,如果 TL Tmax电机将会 因带不动负载而停转。,二、最大转矩 Tmax ：,电机带动最大负载的能力。,由,与R2无关,7-44,7-44,过载系数： = Tmax / TN,通常三相异步机的过载系数为：= 1.8 2.2,（2）三相异步机工作时，一定令负载转矩 TL Tmax ，否则电机将停转。致使,注意：,（1）三相异步机的 Tmax 和电压平方成正比，所以对电压波动很敏感，使用时应注意电压变化。,电机严重过热,7-45,7-45,三、起动转矩Tst ：,电机起动时的转矩。,Tst体现了电
11、动机带载起动的能力。若 Tst TL电 机能带载起动，否则将起动不了。,与X20、R2有关,7-46,7-46,课堂练习,1、电动机正常运转时，若转子突然被卡住，会产生何后果？,2、电动机在满载和空载起动时，起动电流和起动转矩是否一样？,解： n=0，s=1，I2 ，I1 ，若时间长，严重会烧毁 。,解：起动瞬间，n=0，s=1，起动电流和起动转 矩均一样。,P231:7.4.2, P237:7.5.1,带载起动转子加速慢，起动时间长,7-47,机械特性和电路参数的关系, 和电压的关系,结论：,7-48, 和转子电阻的关系,R2的 改变 ：笼型电机转子导条的金属材料不同，绕线型电机外接电阻不同
12、。,结论：R2 Tst,R2小,R2大,7-49,7-49, 机械特性的软硬,硬特性：负载变化时，转速变化不大，运行特性好。 软特性：负载增加转速下降较快，但起动转矩大，起 动特性好。,不同场合应选用不同的电机。如金属切削，选硬 特性电机；重载起动则选软特性电机。,7-50,7-50,课堂练习,例：电动机的负载转矩一定时，若电压 降低，则 电动机转矩、电流、转速有无变化？,解：T不变，n，s ,P231:7.4.1,7-51,7-51,起动电流 Ist ：中小型笼型电机起动电流为额定电流的5 7 倍。,原因：起动时 n = 0，转子导条切割磁力线速度很大。,影响：,7.5 三相异步电动机的起动
13、,7-52,起动转矩 Tst ：电动机刚起动时，起动电流虽大，但因转子的功率因数很低，故实际的起动转矩并不大，它与额定转矩之比约为 1.0 2.2 。,起动转矩过小：电动机不能带载起动，起动时应设法提高。,起动转矩过大：电动机起动时，将会使传动机构受冲击而损坏，起动时应设法减小。,7-53,7-53,三相异步机的起动方法,（1） 直接起动：二三十千瓦以下的异步电动机一般采用直接起动。,（2） 降压起动：,Y 换接起动,自耦降压起动,（3）转子串电阻起动。,适用于笼型,适用于绕线型,7-54,7-54,一、Y 起动：,设：电机每相阻抗为 Z,7-55,7-55,（2）Y换接起动是降压启动, 比直
14、接起动时Ist小，Tst也小, 因TstU2，所以降压起动适合于空载或轻载起动的场合。,Y换接起动应注意的问题,（1）仅适用于正常接法为三角形接法的电机。,7-56,7-56,左扳为 正常工作,右扳为 起动,动触点,静触点,星三角起动器接线图,优点： 体积小，成本低，寿命长，动作可靠。,电源,开关,定子绕组,保险,7-57,7-57,二、自耦降压起动：,适于容量较大或正常运行时接成Y形的笼型异步电动机。,电源,开关,定子绕组,保险,扳上为 正常工作,扳下为 启动,7-58,7-58,三、转子串电阻起动,起动时将适当的R串入转子绕组中，起动后将R短路。,7-59,转子串电阻起动的特点,（1）适于
15、转子为绕线型的电动机起动。,（2）若R2选的恰当，则转子串电阻既可以降低起动电流，又可以增加起动转矩。,7-60,7-60,1. 型号：Y 132M4,同步转速 :,则：转差率 s =(1500-1440)/1500 = 0.04,2. 转速 n : 电机轴上的转速,若： n =1440 转/分,7.8 三相异步电动机的铭牌数据,名称代号机座中心高(mm)机座长度代号,7-61,7-61,3. 联接方式 ： Y/ 接法,P 3kW,P 4kW,7-62,7-62,4. 额定电压：定子绕组在指定接法下应加的线电压.,说明：一般规定电动机的运行电压不能高于或低于 额定值的 5 。,例：380/22
16、0 Y/是指：线电压为380V时，采用Y接法；当线电压为220V时，采用接法。,7-63,7-63,电压波动对电动机的影响,7-64,7-64,5. 额定电流：定子绕组在指定接法下的线电流。,如：,表示三角接法下，电机的线电流为11.2A，相电流为6.48A；星形接法时线、相电流均为6.48A。,其中,6. 额定功率与效率：,额定功率指电机在额定运行时，轴上输出的功率（P2），它不等于从电源吸收的功率（P1）。两者的关系为：,鼠笼电机 =7293,7-65,7-65,额定负载时，一般为0.7 0.9；空载时，功率因数很低，约为0.2 0.3。额定负载时，功率因数最大。,注意：实用中应选择合适容
17、量的电机，防止“大马”拉“小车”的现象。,7. 功率因数(cos1)：,7-66,7-66,课堂练习,已知：电动机额定电压为380/220V，定子绕组可有两种接法。试问：如何确定定子绕组的连接方式两种连接方式下，电动机的额定PN、Up、Ul、Ip、Il 、功率因数有无变化？,解： 380V：Y接；220V：接, PN、Up、Ip、功率因数不变，380V： Ul = 1.732Up Il = Ip 220V： Il = 1.732 Ip Ul = Up,P245:7.8.2,7-67,例：有一台Y225M-4型三相异步电动机，其额定数据如下：,试求: 1）额定电流ININ = P2 / ( 3
18、UNcos)= 45000/ (3 380 0.88 0.923)= 84.2A 2）额定转差率sN n = 1480r/minn0=1500r/min sN = (n0n)/n0 = (15001480)/1500 =0.013,解：,P236:例7.5.1，7.5.2，7.5.3,7-68,7-68,试求: 3）额定转矩TN 、最大转矩Tmax 、起动转矩TstTN = 9550 P2 / n = 955045/1480=290.4 Nm Tmax=(Tmax/TN)TN =2.2290.4= 638.9 NmTst =(Tst /TN)TN = 1.9 290.4 =551.8 Nm,解
19、：,7-69,7-69,试求: 4)若：负载转矩为 510.2 Nm，则：U=UN 、U=0.9UN时，电动机可否起动？,解：, U = UN时，Tst = 551.8 Nm 510.2 Nm 电动机可起动 U = 0.9UN时，Tst = 0.92 Tst = 447Nm 510.2 Nm 电动机不可起动,7-70,7-70,试求: 5）采用Y- 换接起动，起动电流和起动转矩 为多少？若：负载转矩为额定转矩的80%和50%时，则：电动机可否起动？,I st = 7I N =784.2 =589.4 A I st Y = I st / 3 = 589.4/3= 196.5 A T st = T
20、 st = 551.8 Nm T st Y = T st / 3 = 551.8/3=183.9 Nm 80%TN=0.8290.4=232.3NmTstY=183.9 Nm 电动机不可起动 50%TN=0.5290.4=145.2NmTstY=183.9Nm 电动机可起动,解：,7-71,7-71,试求: 6）若：电动机采用自耦降压起动，且起动时的端电压降到电源电压的64%。则：线路起动电流和电动机的起动转矩为多少？,直接起动：Ist = 7IN = 589.4 A 降压起动：Ist = 0.64 Ist = 377.2 A U1 / U2 = 1 / 0.64 I1 / I2 = 0.64
21、 Ist = 0.64 Ist = 0.642 Ist = 241.4 A 转矩和输入电压的平方成正比 Tst =0.642Tst=0.642551.8 =226 Nm,解：,7-72,7-72,改变极对数 p 有级调速 (笼型),2. 改变转差率 s 无级调速 (绕线型),3. 改变电源频率 (变频调速) 无级调速(笼型),7.6 三相异步电动机的调速,7-73,7-73,改变极对数p的调速方法,定子绕组串接,定子绕组并接,p=2,p=1,7-74,7-74,改变转差率的调速方法,R n s,特点：设备简单，投资少，能耗大。常用于起重设备中,R2小,R2大,7-75,7-75,降低转速f1f
22、N，且保持U1/f1 不变：U1 4.44 f1N1，T = KTI2cos 、T近似不变，可实现恒转矩调速。,增加转速f1fN，且保持U1UN不变： ，T，而 n P2= TN n / 9550 可实现恒功率调速。,( f = 0.5Hz320Hz ),变频调速装置,7-76,7-76,三相异步电动机的正、反转,正转,反转,7.7 三相异步电动机的制动,任意两相互换,7-77,7-77,三相异步电动机的制动,1. 抱闸 2. 反接制动 3. 能耗制动 4. 发电反馈制动,7-78,7-78,一、反接制动：停车时，将电动机接电源的任意两相反接，使电动机由原来的旋转方向反过来，以达制动的目的。
23、当转速接近零时，利用某种控制电器将电源自动切断，以防反转。,注意：反接制动时，定子旋转磁场与转子的相对转速很大。即切割磁力线的速度很大，造成I2，引起I1 。为限制电流，在制动时要在定子或转子中串电阻。,简单、效果较好，但能耗大,7-79,7-79,二、能耗制动：停车时，断开交流电源，接至直流电源上，旋转磁场不转，n0=0，产生制动转矩。,能耗小，制动平稳但需直流电源,因此法采用消耗转子的动能转换为电能来制动，故称能耗制动。,7-80,7-80,三、发电反馈制动：当电机转子的转速超过旋转磁场的同步转速时，便会产生制动转矩。,方式： 当起重机快速下放重物时，n n0，重物受到制动而等速下降。此时
24、，重物的位能可转换为电能反馈到电网中，故称发电反馈制动。 多速电动机由高速调到低速时也可发生。,7-81,7-81,功率选择 种类选择 结构形式选择 电压和转速选择,7.9 三相异步电动机的选择,7-82,电容分相式异步电动机的定子中放置有两个绕组，工作绕组A与起动绕组B在空间相隔90。起动时开关S闭合，B绕组经电容接电源，两个绕组的电流相位相差近90，即可获得所需的旋转磁场。,7.11 单相异步电动机,一、电容分相式异步电动机,7-83,设两相电流为,两相电流,正弦波形如图所示。,7-84,两相旋转磁场,转动正常以后离心开关S被断开，起动绕组被切断。,7-85,改变电容C的串联位置，可使 单
25、相异步电动机反转。,将开关S合在位置1，电容C与 B绕组串联，电流 iB较iA超前近 90；当将S切换到位置2，电容 C与A绕组串联，电流iA 较iB 超 前近90。这样就改变了旋转磁 场的转向，从而实现电动机的 反转。,实现正反转的电路,7-86,7-86,二、罩极式单相电机,定子通入电流以后，部分磁通穿过短路环，并在其中产生感应电流。而短路环中的电流阻碍磁通的变化，致使有短路环部分和没有短路环部分产生的磁通有了相位差，从而形成旋转磁场，使转子转起来。图中电机的转动方向：顺时针旋转。因为没有短路环部分的磁通比有短路环部分的磁通领先。,转子,定子 磁极,短路环,结构图,移动磁场,7-87,7-
26、87,单相电机的应用,单相异步电动机的功率小，主要制成小型电机。它的应用非常广泛，如家用电器（洗衣机、电冰箱、电风扇）、电动工具（如手电钻）、医用器械、自动化仪表等。,7-88,7-88,三相异步电动机的单相运行,三相异步电动机在启动时，若有一相断电，将不能启动。此时只能听到嗡嗡声，长时间启动不了，将会过热，必须赶快排除故障。三相异步电动机在运行过程中，若其中一相和电源断开，则变成单相运行。此时和单相电机一样，电机仍会按原来方向运转。但若负载不变，三相供电变为单相供电，电流将变大，导致电机过热。使用中要特别注意这种现象。,7-89,7-89,结 束,7-90,第七章作业,P257：7.4.11
27、 - 知铭牌，一般计算 P258：7.4.13 - 一般计算，含磁场 7.5.4 - Y/换接 7.5.5 - 自耦变压器,7-91,第七章课堂例题及练习,P227：7.3.2 - 起动时电流、功率因数7.3.4 - 抽掉转子7.3.5 - 电源频率不同对电动机的影响 P231: 7.4.1 - U对 I、T、n的影响7.4.2 - 闷车对 I 及电动机的影响7.4.4 - 负载大小对n的影响7.4.5 - T、 U、f 对n、I的影响 P237: 7.5.1 - 满载、空载时的Tst、 Ist P245: 7.8.2 - 电动机定子绕组的连接方式 P257: 7.4.9 - 电动机旋转磁场转速,
