1、第七章 电动机,电动机的作用,将电能转换为机械能。,7.1 概述,电动机的分类,电动机,电动机的组成,7.2 三相异步电动机的结构,定子,转子,图7.2.1 三相异步电动机的结构,定子,铁心：,绕组:,机座:,由硅钢片叠装而成，组成磁路,固定和支撑定子铁心,漆包线绕制，组成电路,转子,铁心：,绕组:,转轴:,由硅钢片叠装而成，组成磁路,鼠笼式转子,绕线式转子,绕线式转子滑环,鼠笼式电动机与绕线式电动机的的比较：,鼠笼式：结构简单、价格低廉、工作可靠、控制简单；应用广泛。不能人为改变电动机的机械特性。,绕线式：结构复杂、价格较贵、维护工作量大；转子外加电阻可人为改变电动机的机械特性。,7.3 三
2、相异步电动机的转动原理,9,7.3.1 旋转磁场,旋转磁场的产生,图7.3.2 三相对称电流,定子绕组接到对称三相电源上,产生三相电流,10,规定,电流的正方向：从绕组首端流入、末端流出。,电流流出,电流流入,11,磁场,磁场,定子绕组通入对称的三相电流时，将在气隙中将产生旋转磁场。,结论：,12,旋转磁场的方向,取决于三相电流的相序,正序,负序,任意调换 两根电源进线,结论：,任意调换两根电源进线，则旋转磁场反转。,13,旋转磁场的转速,极对数 P =1,14,改变定子绕组布置,极对数：P =2,15,极对数 P =2,结论：,旋转磁场的转速取决于磁场的极对数,旋转磁场转速n0与极对数 p
3、的关系,在我国，工频,表7.3.1 磁极对数与旋转磁场转速对应表,7.3. 2 电动机的转动原理,定子三相绕组通入三相交流电,感应电动势 E20,电磁力F,A,U1,U2,W2,V1,W2,V2,7.3.6 电动机的工作原理,7.3.3 转差率,转差率s：表征转子转速与同步转速的相差程度 。,旋转磁场转速也常称为同步转速n0 ，转子的转动方向与旋转磁场方向相同，但转子转速,因此，转子转速与旋转磁场转速间必须要有差别。,因为，如果n=n0，则转子与旋转磁场间不存在相对运动，导线也不切割磁力线，因而其感应电动势、电流和电磁转矩均为零 。,电动机带额定负载时， 转差率较小，约为16,转子转速亦可由转
4、差率求得,【解】,由于正常运行转差率较小，电动机转速应接近同步转速 。,【例7-1-1】 一台三相异步电动机的额定转速为960r/min。试求电动机的极数和额定负载时的转差率。电源频率 。,所以极对数 p=3，同步转速n0=1500r/min,7.4.1电磁转矩,7.4 三相异步电动机的机械特性,电磁转矩是由转子导体中的电流与旋转磁场每极磁通相互作用而产生的。,常数，与电 机结构有关,旋转磁场 每极磁通,转子电流,转子电路的 功率因数,电磁转矩公式,可见转矩T与定子每相电压U1的平方成正比，所以当电源电压有所波动时，对转矩的影响很大。此外转矩T还受转子R2电阻影响。,7.4.2 机械特性曲线,
5、根据转矩公式,得特性曲线：,电动机在额定负载时的转矩。,1.额定转矩TN,三个重要转矩,电动机匀速时，忽略损耗转矩，输出转矩T应等于负载的机械转矩,注意P2是电动机转轴上输出的机械功率。单位为千瓦（kW）,2.最大转矩 Tmax,最大转矩表示电动机的短时过载能力, 允许电动机短时过载而不超过最大转矩。,电机带动最大负载的能力,临界转差率,将sm代入转矩公式，可得,过载系数(能力),一般三相异步电动机的过载系数为,工作时必须使T2 Tmax ，否则电机将停转。,电流增大到起动电流，稍长会严重烧坏电动机。,3. 起动转矩 Tst,电动机起动时的转矩。,起动时n= 0 时，s =1,Tst体现了电动
6、机带载起动的能力。若 Tst T2电机能起动，否则不能起动。,当电源电压降低时，起动转矩会减小,当转子电阻适当增大时，起动转矩会增大,【解】 ：（1）,【例7-4-1】一台三相鼠笼式异步电动机技术数据如下：,（2）若,电动机能否直接起动？,能否短时间运行？,（2）,电压变化对机械特性的影响,R2 变化对机械特性的影响,7.5 三相异步电动机的起动,一般小型笼型电机起动电流为额定电流的5 10倍;,起动时： n = 0，s =1,转子导体切割磁力线快，电动势高，使定、转子电流大,影响： 大电流使电网电压降低，影响其他负载工作。 频繁起动时造成热量积累,易使电动机过热。,起动方法,(1) 直接起动
7、小功率电动机一般都是采用直接起动的。主要看电动机起动时所产生的电压降不应超过允许值,(3) 转子串电阻起动,绕线型电动机,笼型电动机,降压起动,采用降压起动，就是在起动时降低加在电动机定子绕组上的电压，以减小起动电流。,星形三角形（Y）换接起动,自耦降压起动,另外还有定子绕组串接电阻起动和软起动技术,Y换接起动适用于：正常运行为联结的电动机。,起 动 时,运 行 时,TUp2,Y型起动的起动转矩：,Y型起动的起动电流：, Y型起动的起动转矩为：, Y型起动的起动电流为：,Y 换接起动适合于空载或轻载起动的场合,自耦降压起动,降压变比为:K,Ul= KUN,定子电压：,定子起动电流：KIst,线
8、路起动电流：,自耦降压起动的起动电流为：,自耦降压起动的起动转矩为：,起动时将适当的R 串入转子电路中，起动后将R 短路。,转子电路串电阻起动,绕线型电动机,若R2选得适当，转子电路串电阻起动既可以降低起动电流，又可以增加起动转矩。,常用于要求起动转矩较大的生产机械上。,R2 Tst ,7.6.1 变频调速,7.6 三相异步电动机的调速,变频调速方法可实现无级平滑调速,调速性 能优异，因而正获得越来越广泛的应用。,无级调速,fN,f1, fN,f2, f1,7.6.2 变极调速,P=2,有级调速,P=1,采用变极调速方法的电动机称作双速电机，只用在对调速性能要求不高的场合，双速电动机在机床上用
9、得较多 。,7.6.3 变转差率调速 (无级调速),绕线式电动机可以通过变转差调速。变转差率调速设备简单、投资少，但能量损耗较大。变转差调速广泛应用于起重设备中。,7.7 三相异步电动机的反转与制动,要使电动机反转只需任意调换其中两根电源进线,7.7.1 三相异步电动机的反转,异步电动机的旋转方向与旋转磁场的旋转方向一致，而磁场的旋转方向又与三相电源的相序一致。,7.7.2 三相异步电动机的制动,1 能耗制动,制动方法,能耗制动 反接制动 发电反馈制动,断开三相电源，向电动机定子绕组通入直流电流，产生静止的磁场，并与旋转的转子作用，产生了与转子旋转方向相反的转距，使电动机迅速停车。,2 反接制
10、动,停车时，将接入电动机的三相电源线中的任意两相对调，使电动机定子产生一个与转子转动方向相反的旋转磁场，从而获得所需的制动转矩，使转子迅速停止转动。,3 发电反馈制动,当电动机转子的转速大于旋转磁场的转速时，旋转磁场产生的电磁转距作用方向发生变化，由驱动转距变为制动转距。电动机进入制动状态，,同时将外力作用于转子的能量转换成电能回送给电网。,n n0,7.8 三相异步电动机铭牌数据,1.型号 Y132M-2,Y系列异步机,机座中心高度,机座长度代号,2p =2,n0=3000r/min,2.电压,磁极数,电动机在额定运行时定子绕组上应加的线电压值。,当电压过高时，将引起励磁电流增加，磁通增大，
11、进而引起定子铁损增加，导致定子铁心过热。,当电压低于额定值。将引起电动机转速下降，转差增加，从而导致电流增加。如果在满载或接近满载的情况下，电流的增加将超过额定值，使绕组过热。,例如：380/220V、Y/ 是指线电压为 380V 时采用 Y联结；线电压为 220V 时采用 联结。,3. 电流,例如： Y / 6.73 / 11.64 A 表示星形联结下电机的线电流为 6.73A；三角形联结下线电流为 11.64A。两种接法下相电流均为 6.73A。,4. 功率与效率,电动机加以额定电压，在其轴上输出额定功率时，定子从电源取用的线电流值称为额定电流。,额定状态下运行时，转轴上输出的机械功率称为
12、额定功率 P2，它不等于从电源吸取的电功率 P1。,注意：实用中应选择容量合适的电机，防止出现 “大马拉小车” 的现象。,5. 功率因数,三相异步电动机的功率因数较低，在额定负载时约为0.70.9，而在轻裁和空载时更低，空载时只有0.20.3。,6. 转速,在额定状态下运行时的转速称为额定转速。,电动机的额定转速接近旋转磁场的转速。,7. 绝缘等级,绝缘等级是按电动机绕组所用的绝缘材料在使用时容许的极限温度来分级的。,8. 接法,大容量电机通常采用三角形接法，小容量电机采用星形接法较多。,在只有单相电源、小容量的场合应用较多，如电动工具，家用电器等。,7.9 单相异步电动机,定子绕组中通入单相
13、交流电后, 形成脉动磁场，若不采取措施，将无法获得所需的起动转矩。,定子绕组,定子,定子绕组产生的脉动磁场，可用正、反两个 旋转磁场合成来等效。即,脉动磁场的分解,正反向旋转磁场的合成转矩特性,合成转矩,(正向),(反向),鼠笼式转子 导条及电流,当定子绕组产生的合成磁场增加时，根据 右手螺旋定则和左手定则，可知转子导条左、 右受力大小相等方向相反，所以没有起动转矩。,A,A,为了获得所需的起动转矩，单相异步电动 机的定子进行了特殊设计。常用的单相异步电 动机有电容分相式异步电动机和罩极式异步电 动机。他们都采用笼型转子，但定子结构不同。,7.9.1 电容分相异步电动机,电容分相式异步电动机的
14、定子中放置有两个 绕组，一个是工作绕组 AA，另一个是起动绕 组 BB ,两个绕组在空间相隔90。起动时， B 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。,电容分相式异步电动机,设两相电流为,两相电流,正弦波形如图所示。,起动绕组,工作绕组,两相旋转磁场,改变电容C的串联位置，可使 单相异步电动机反转。,7.11.2 罩极式单相异步电机,定子绕组,鼠笼式转子,短路环,极掌(极靴),当电流i 流过定子绕组时，产生了一部分磁 通1 ，同时产生的另一部分磁通与短路环作用 生成了磁通2 。由于短路环中感应电流的阻碍 作用，使得2在相位上滞后1 ，从而在电动机 定子极掌上形成一个向短路环方向移动的磁场，使转子获得所需的起动转矩。,罩极式单相异步电动机起动转矩较小，转向 不能改变，常用于电风扇、吹风机中；电容分相 式单相异步电动机的起动转矩大，转向可改变， 故常用于洗衣机等电器中。,
