交流电动机基本知识学习 学习课件教学课件PPT.ppt

第 7 章 交流电动机,电动机是将电能转换成机械能的装置。,主要用作机械驱动。,电动机,直流电动机,交流电动机,同步电动机,异步电动机,单相电动机,三相电动机,三相异步交流电动机,主要内容,三相异步电动机的构造原理,三相异步电动机的电路分析与机械特性,三相异步电动机的起动、调速与制动,71 三相异步电动机的构造,基本部分：,定子(固定部分)、,转子(旋转部分),71 三相异步电动机的构造,71 三相异步电动机的构造,71 三相异步电动机的构造,71 三相异步电动机的构造,鼠笼式转子,71 三相异步电动机的构造,71 三相异步电动机的构造,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；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。,71 三相异步电动机的构造,72 三相异步电动机的转动原理,转子为什么能转？,(1)有一个旋转的磁场,(2)转子跟着磁场转动,721 旋转磁场,1.旋转磁场 的产生,i1,i2,i3,合成磁场方向向下,721 旋转磁场,1.旋转磁场 的产生,i1,i2,i3,合成磁场方向向下,合成磁场旋转60,合成磁场旋转90,721 旋转磁场,1.旋转磁场 的产生,i1,i2,i3,2.旋转磁场 的转向,顺时针,分析可知：三相电流产生的合成磁场是一旋转的磁场 即：一个电流周期，旋转磁场在空间转过360,721 旋转磁场,逆时针,磁场的转向 与电源相序有关。,V1相通过i3W1相通过i2,721 旋转磁场,1.旋转磁场 的产生,i1,i2,i3,2.旋转磁场 的转向,顺时针,任意调换两根电源进线,721 旋转磁场,3.旋转磁场的极数,与三相绕组的安排有关,每相一个线圈,空间角,磁极对数,每相两个线圈,空间角,721 旋转磁场,磁极对数,旋转磁场的极对数等于每相绕组的线圈数,空间角,721 旋转磁场,4.旋转磁场的转速,决定于磁场的极数,一对磁极,电源电流频率,f1,磁场转速,n0,=,f1,60,二对磁极,n0=,p对磁极,磁场转速,单位：,转每分(r/min),r/min,721 旋转磁场,工频f1=50Hz,n0=3000/p,3000,1500,1000,750,600,500,极数越高，转速越低。,722 电动机的转动原理,旋转磁场的转速 n0,同步转速,转子的转速 n,电机运行时的实际转速,转子转速总是小于、,但接近于,723 转差率,n n0,用转差率表示转子转速n与磁场转速n0 相差的程度：,或,通常 s=1%9%,n=0时，smax=1,磁场转速。,例题,解：,f1=50Hz时，,n0 对应于磁极对数p有一系列固定值,n小于并接近于n0,（f1=50Hz),73 三相异步电动机的电路分析,731 定子电路,是通过每相绕组的磁通最大值，,在数值上等于旋转磁场的每极磁通。,f1 是 i1 的频率，,即电源或定子电流频率。,83 三相异步电动机的电路分析,732 转子电路,1 转子电流频率f2,f2与s有关，,也就是与n有关。,s=1(即n=0)时，,f2最大,f2=f1。,额定转速时,s=1%9%，,则 f2=0.5 4.5 Hz。,73 三相异步电动机的电路分析,732 转子电路,2 转子电动势 E2,当n=0(即s=1)时，,转子电动势最大，,E2与s有关，,也就是与n有关。,转子转动时的感应电势,转子静止时的感应电势,73 三相异步电动机的电路分析,732 转子电路,3 转子感抗 X2,n=0(即s=1)时，,转子感抗最大，,X2与s有关，,也就是与n有关。,73 三相异步电动机的电路分析,732 转子电路,4 转子电流 I2,I2与s有关，,也就是与n有关。,s 增大,n 降低,n0-n 增加,转子导体切割磁通的速度提高,E2增加,I2增加,73 三相异步电动机的电路分析,732 转子电路,5 转子电路的功率因数,与s有关，,也就是与n有关。,s 增大,X2 增大,cos 2 减小,转子电路中：,E2,I2,f2,X2,cos 2,都与s(n)有关。,74 三相异步电动机的转矩与机械特性,电磁转矩 T：,三相异步电动机的重要物理量之一,机械特性：,电动机的主要特性。,741 转矩公式,电动机的转矩是由旋转磁场的每极磁通 与转子电流 I2 的相互作用产生的：,KT常数,由公式可知,1.T 与定子每相绕组电压 成正比。U 1 T,2.当电源电压 U1 一定时，T 是 s 的函数。,3.R2 的大小对 T 有影响。绕线式异步电动机可外 接电阻来改变转子电阻R2，从而改变转矩。,741 转矩公式,742 机械特性曲线,U1与R2一定时，,T与s的关系：,或n与T的关系：,n0,n0,三个转矩:,额定转矩TN,最大转矩Tmax,起动转矩Tst,nN,TN,nN,sN,TN,Tmax,sm,nm,Tmax,nm,Tst,Tst,742 机械特性曲线,1.额定转矩TN,额定转矩是电动机在额定负载时的转矩。,千瓦(W),转每分(r/min),牛米(Nm),例如某电动机：P2N=7.5kW,nN=1440 r/min，,则额定转矩为：,742 机械特性曲线,2.最大转矩Tmax,(临界转矩),过载系数,一般,转子轴上机械负载转矩T2 不能大于Tmax，否则将造成堵转(停车)。,电机带动最大负载的能力。,742 机械特性曲线,3.起动转矩Tst,Tst体现了电动机带载起动的能力。若 Tst T2电机能起动，否则不能起动。,起动能力,1.02.2,电动机的运行分析,这种能力称为自适应负载能力。,自适应负载能力是电动机区别于其它动力机械的重要特点（如：柴油机当负载增加时，必须由操作者加大油门，才能带动新的负载）。,此过程中，n、sE2,I2 I1 电源提供的功率自动增加。,T2,s,T2 T,T=T2,n,T,达到新的平衡,75 三相异步电动机的起动,751 起动性能,1.起动电流Ist,刚起动时，,转子电流很大，,定子电流也很大，,2.起动转矩Tst,起动转矩过小，,电动机不能在满载下起动；,起动转矩过大，,会使传动机构受到冲击而损坏。,后果：,起动：n=0，s=1,接通电源。,起动转矩为额定转矩的(1.02.2)倍,752 起动方法,鼠笼式电动机的起动方法,直接起动,降压起动,绕线式电动机的起动方法,直接起动,接入起动电阻,1.直接起动,利用闸刀开关或接触器将电动机直接接到额定电源上。,方法简单，,但起动电流大，,起动电流与额定电流之比为57。,二三十千瓦以下的异步电动机 一般采用直接起动的方法。,752 起动方法,2.降压起动,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。,(1)星形三角形(Y-)换接起动,该方法只适合于电动机在工作时，其定子绕组联接成三角形时的情况（4100kW）。,起动时，先将定子绕组联接成星形；,转速接近额定值时，再将定子绕组换接成三角形；,设：电机每相阻抗为,2.降压起动,(1)Y 换接起动,降压起动时的电流为直接起动时的,降压起动时的电压为直接起动时的,星三角起动器,2.降压起动,星三角起动器,2.降压起动,星三角起动器,2.降压起动,星三角起动器,降压起动时的起 动电压是直接起动 时的,降压起动时的起 动转矩为直接起动 时的,1/3,只适用于空载或 轻载起动。,2.降压起动,752 起动方法,(2)自耦降压起动,起动电流和起动 转矩减小。,适用于容量较大 的或正常运行时联 成星形不能采用星 三角起动器的鼠笼 式异步电动机。,只适用于空载或 轻载起动。,752 起动方法,(2)自耦降压起动,适用于容量较大 的或正常运行时联 成星形不能采用星 三角起动器的鼠笼 式异步电动机。,752 起动方法,(2)自耦降压起动,适用于容量较大 的或正常运行时联 成星形不能采用星 三角起动器的鼠笼 式异步电动机。,滑环,起动时将适当的Rst串入转子电路中，起动后将Rst短路。,起动电阻,电刷,转子,定子,752 起动方法,适用于绕线式电动机。,(3)接起动电阻起动,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,转子电路串电阻起动的特点：,方法：任意调换电源的两根进线，电动机反转。,电动机正转,电动机反转,三相异步电动机的正、反转,例题1有一Y225M-4型三相异步电动机，其额定数据如表。试求：(1)额定电流；(2)额定转差率SN；(3)额定转矩TN、最大转矩Tmax、起动转矩Tst。,解：,(1),4100KW的电动机通常都是380V、联接。,(2),铭牌上的额定电流IN为定子绕组的线电流,Ist/IN,Tst/TN,Tmax/TN,解：,(3),例题1有一Y225M-4型三相异步电动机，其额定数据如表。试求：(1)额定电流；(2)额定转差率SN；(3)额定转矩TN、最大转矩Tmax、起动转矩Tst。,Ist/IN,Tst/TN,Tmax/TN,例题2,在上题中：(1)若负载转矩为510.2Nm，试问在U=UN和U=0.9UN两种情况下，能否起动？(2)采用Y-换接起动时，求起动电流和起动转矩。又当负载转矩为额定转矩TN的80%和50%时，电动机能否起动？,解：,(1),在U=UN时,可以起动,在U=0.9UN时,不能起动,例题2,在上题中：(1)若负载转矩为510.2Nm，试问在U=UN和U=0.9UN两种情况下，能否起动？(2)采用Y-换接起动时，求起动电流和起动转矩。又当负载转矩为额定转矩TN的80%和50%时，电动机能否起动？,解：,(2),三角形直接起动时,星形换接起动时,80%额定转矩时,不能起动,50%额定转矩时,可以起动,例题3,在上题中：若采用自耦降压起动，设起动时电 动机的端电压降到电源电压的64%，求线路起动电流和 电动机的起动转矩。,解：,直接起动时,单相绕组,降压起动时,自耦变压器,变比,原边线路电流,(起动电流),起动转矩,76 三相异步电动机的调速,调速就是在同一负载下能得到不同的转速。,转速公式：,改变电动机转速：,(1)改变电源频率 f1,(2)改变极对数 p,(3)改变转差率 s,用于鼠笼式电动机,用于绕线式电动机,761 变频调速,改变电源电压的频率,改变电动机的转速,50Hz三相 交流电,直流电,三相交流电,频率可调f1,电压可调U1,频率调节范围：0.5320Hz,变频调速方法可实现无级平滑调速,调速性能优异,正获得越来越广泛的应用(如家用电器中的应用)。,762 变极调速,改变定子磁场的极对数,改变电动机的转速,p=2,p=1,有级调速,采用变极调速方法的电动机称作双速电机，由于调速时其转速呈跳跃性变化，因而只用在对调速性能要求不高的场合，如铣床、镗床、磨床等机床上。,常见的多速电动机有双速、三速、四速几种。,763 变转差率调速,在绕线式电动机的转子电路中接入一个调速电阻。,改变电阻大小,改变转差率,无级调速,变转差率调速是绕线型电动机特有的一种调速方法。其优点是调速平滑、设备简单投资少，缺点是能耗较大。这种调速方式广泛应用于各种提升、起重设备中。,77 三相异步电动机的制动,771 能耗制动,n0=0,固定磁场,77 三相异步电动机的制动,772 反接制动,旋转磁场,77 三相异步电动机的制动,773 发电反馈制动,n n0,7.8 三相异步电动机的铭牌数据,1.型号,例如：Y 132 M4,用以表明电动机的系列、几何尺寸和极数。,三相异步电动机型 号 Y132M-4 功 率 7.5 kW 频 率 50Hz电 压 380V 电 流 15.6 A 接 法 转 速 1440r/min 绝缘等级 F 工作方式 连续,n0=1 500 r/min,S-短机座；M-中机座；L-长机座；,异步电动机产品名称代号,Y 系 列,YR系列绕线型,防爆电机,78 三相异步电动机的铭牌数据,2.接法,定子三相绕组的联接方法:,78 三相异步电动机的铭牌数据,3.电压,电动机在额定运行时定子绕组上应加的线电压。,4.电流,电动机在额定运行时定子绕组的线电流。,5.功率,6.效率,输出功率与输入功率的比值。,额定功率是指电机在额定运行时轴上输出的机械功率 P2，它不等于从电源吸取的电功率 P1。,78 三相异步电动机的铭牌数据,7.功率因数cos,电动机是电感性负载；,8.转速,9.绝缘等级,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。,三相异步电动机的功率因数较低，在额定负载时约为 0.7 0.9。空载时功率因数很低，只有0.2 0.3。额定负载时，功率因数最高。,电机在额定电压、额定负载下运行时的转速。,79 三相异步电动机的选择,791 功率选择,1.连续运行电动机功率的选择,稍大于生产机械功率即可。,2.短时运行电动机功率的选择,电动机的额定功率可以是生产机械所要求功率的。,功率选得过大不经济，功率选得过小电动机容易因过载而损坏。,79 三相异步电动机的选择,792 种类和形式的选择,1.种类的选择,根据机械特性、,调速、,起动、,维护、,价格等要求选择。,无特殊调速、起动要求,要求硬的机械特性,采用鼠笼式异步电动机,要求平滑调速,要求满载起动,采用绕线式异步电动机,2.结构型式的选择,根据电动机的工作环境选择。,(1)开启式,(2)防护式,(3)封闭式,(4)防爆式,79 三相异步电动机的选择,793 电压和转速的选择,1.电压的选择,根据电动机类型、功率、电源电压选择。,中小型异步电动机,380V,大功率异步电动机,3000V、6000V,2.转速的选择,根据生产机械的要求选择。,通常不低于 500r/min,功率一定时，,转速越低，,尺寸越大，,价格越贵，,4个极(p=2)，n0=1500r/min,