《交流电动机 》PPT课件.ppt

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1、第7章 交流电动机,本章内容,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,7.4 三相异步电动机机械特性,7.5 三相异步电动机的起动,7.6 三相异步电动机的调速,7.8 三相异步电动机铭牌数据,7.9 电动机的选择(略),7.11 单相异步电动机,7.10 同步电动机(略),7.12 直线异步电动机(略),7.0 电机概述,7.7 三相异步电动机的制动,本章要求,了解三相交流异步电动机的基本构造 和转动原理。,2.理解三相交流异步电动机的机械特性，掌握异步电动机的起动、反转、调速和 制动的方法。,3.理解三相异步电动机铭牌数据的意义。,7.0 电动机概述,电动机的分类：

2、,电机,动力电机(能量转换),控制电机(信号转换),伺服电动机(电压位移),测速发电机(转速电压),旋转变压器(转角函数关系电压)感应同步器(转角位移电压),步进电动机(脉冲转角),自整角机(角度的接收、变换、传输),7.0 电动机概述,电动机的分类：,电动机,交流电动机,直流电动机,同步电动机,他励电动机并励电动机串励电动机复励电动机,异步电动机,7.1 三相异步电动机的结构,接线盒,转轴,机座,7.1 三相异步电动机的结构,端盖,转子,机壳,风扇,罩壳,定子铁芯及绕组,7.1 三相异步电动机的结构,1、定子,定子铁心：由内周有槽的硅钢片叠成。,A-X、B-Y、C-Z,三相绕组：,2、转子,

3、转子铁心：由外周有槽的硅钢片叠成。,转子绕组：鼠笼式、绕线式。,7.1 三相异步电动机的结构,鼠笼转子,(1)鼠笼式转子,转子铁芯槽内放铜条，端部用短路环形成一体。或铸铝形成转子绕组。,(2)绕线式转子,同定子绕组一样，也分为三相，并且接成星形。,2、转子,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；可人为改变电动机的机械特性。,7.1 三相异步电动机的结构,一、三相异步电动机的转动原理,7.2 三相异步电动机的工作原理,二、旋转磁场,三相定子绕组通入三相交流电(星形联接),(1)旋转磁场的产生,7.2 三相异步电动机的工作原

4、理,i 0 首端流入，尾端流出。,i 0 尾端流入，首端流出。,7.2 三相异步电动机的工作原理,()电流出,()电流入,三相电流合成磁场 的分布情况,合成磁场方向向下,合成磁场旋转60,合成磁场旋转90,动画,7.2 三相异步电动机的工作原理,(2)旋转磁场的旋转方向,结论：任意调换两根电源进线，则旋转磁场反转。,动画,任意调换两根电源进线(如图),结论：三相电流产生的合成磁场是一个旋转的磁场。即：一个电流周期，旋转磁场在空间转过360,7.2 三相异步电动机的工作原理,(3)旋转磁场的极对数P,当三相定子绕组按图示排列时，产生一对磁极的旋转磁场，即：,7.2 三相异步电动机的工作原理,若定

5、子每相绕组由两个线圈串联，绕组的始端之间互差60，将形成两对磁极的旋转磁场。,(3)旋转磁场的极对数P,7.2 三相异步电动机的工作原理,极对数,动画,旋转磁场的磁极对数与三相绕组的排列有关,7.2 三相异步电动机的工作原理,(4)旋转磁场的转速,工频：,旋转磁场的转速取决于磁场的极对数,p=1时,7.2 三相异步电动机的工作原理,p=2时,7.2 三相异步电动机的工作原理,旋转磁场转速n0与极对数 p 的关系,7.2 三相异步电动机的工作原理,三、电动机的转动原理,1、转动原理,A,X,Y,C,B,Z,定子三相绕组通入三相交流电,感应电动势 E20,电磁力F,7.2 三相异步电动机的工作原理

6、,2、转差率,旋转磁场的同步转速和电动机转子转速之差与旋转磁场的同步转速之比称为转差率。,由前面分析可知，电动机转子转动方向与磁场旋转的方向一致，但转子转速 n 不可能达到与旋转磁场的转速相等，即,如果:,因此，转子转速与旋转磁场转速间必须要有差别。,7.2 三相异步电动机的工作原理,三、电动机的转动原理,异步电动机运行中:,转子转速亦可由转差率求得,转差率S,例1：一台三相异步电动机，其额定转速 n=975 r/min，电源频率 f1=50 Hz。试求电动机的极对数和额定负 载下的转差率。,解：,根据异步电动机转子转速与旋转磁场同步转速的关系可知：n0=1000 r/min,即,p=3,额定

7、转差率为,7.2 三相异步电动机的工作原理,溶解到下节,7.3 三相异步电动机的电路分析,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。,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,一、电磁转矩,7.4 三相异步电动机的机械特性,一、电磁转矩,7.4 三相异步电动机的机械特性,1.旋转磁场的磁通,三相异步电动机的电磁关系类似变压器。,变压器：变化 eU1 E1=4.44 f N1 E2=4.44 f N2,E1、E2 频率相同，都等于电源频率。,一、电磁转矩,7.4 三相异步电动机的机械特性,1.旋转磁场的磁通,旋转磁场切割导体 ee的大小与导体切

8、割磁场的速度有关。,每极磁通,E1=4.44 f 1 N1,E1=4.44 f 2 N1,一、电磁转矩,7.4 三相异步电动机的机械特性,f 1=电源频率 f,定子导体切割磁场的相对速度为 n0,e1频率为：,2.感应电势的频率 f1、f2,感应电势的频率与导体切割磁场的速度有关。,转子导体切割磁场的速度为n0,e2频率为：,一、电磁转矩,7.4 三相异步电动机的机械特性,3.转子感应电动势E2,E2=4.44 f2N2,当转速 n=0(s=1)时，f 2最高，且 E2 最大，有,E20=4.44 f1 N2,转子静止时的感应电势,即：E2=s E20,转子转动时的感应电势,=4.44s f1

9、N2=s4.44f1N2,4.转子感抗X 2,=s X20,一、电磁转矩,7.4 三相异步电动机的机械特性,5.转子电流 I2,一、电磁转矩,7.4 三相异步电动机的机械特性,6.转子电路的功率因数 cos2,一、电磁转矩,7.4 三相异步电动机的机械特性,2、机械特性曲线,机械特性是n=f(T)的函数关系,T=f(s)的函数关系,7.4 三相异步电动机的机械特性,2、机械特性曲线,7.4 三相异步电动机的机械特性,2、机械特性曲线,7.4 三相异步电动机的机械特性,电动机在额定负载时的转矩。,额定转矩TN,三个重要转矩,(N m),如某机床的主轴电机(Y132M-4型)的额定功率为7.5kw

10、,额定转速为1440r/min,则额定转矩是:,最大转矩 Tmax,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)。,电机带动负载的最大能力。,临界转差率,将sm代入得,2、机械特性曲线,7.4 三相异步电动机的机械特性,O,过载系数(能力),一般三相异步电动机,最大转矩 Tmax,2、机械特性曲线,7.4 三相异步电动机的机械特性,起动转矩 Tst,起动转矩是n=0 或s=1时的T,Tst体现了电机带负载的起动能力。若 Tst T2能起动，否则不能。,起动能力,1.62.2,电动机的运行分析,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。,自适应

11、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）。,过程:n nE2 I2 I1电源提供的P自动增加。,T2,T2 T,T=T2,n,T,达到新的平衡,7.4 三相异步电动机的机械特性,U1和R2变化对机械特性的影响,U1 变化对机械特性的影响,T2,2、机械特性曲线,7.4 三相异步电动机的机械特性,R2 变化对机械特性的影响,R2,Tst,n,硬特性：负载变化时,转速变化不大,运行特性好。,软特性：负载增加时转速下降较快,但起动转矩大,起动特性好。,2、机械特性曲线,7.4 三相异步电动机的机械特性,不同场合应选用不同的电机。如

12、金属切削，选硬特性电机；重载起动则选软特性电机。,一、起动性能,问题：起动电流大，起动转矩小。,大电流使电网电压降低,影响邻近负载工作。,频繁起动时造成热量积累,使电机过热。,后果：,原因：,起动时：n=0，s=1,接通电源。,7.5 三相异步电动机的起动,二、起动方法,有厂内变压器且S4PN（电机功率）可直接启动。,15KW以下的电机可采用直接启动,直接起动,7.5 三相异步电动机的起动,降压起动,转子串电阻起动,自耦变压器降压启动。,星形三角形(Y-)降压启动,适用鼠笼式电动机。,适用线饶式电动机。,1、降压起动,Y 换接起动,降压起动时的电流为直接起动时的,起动,正常运行,设：电机每相阻

13、抗为,7.5 三相异步电动机的起动,星 形 联 接 时：,Y 起动器接线简图,静触点,7.5 电动机的起动,Y起动器Y启动接线图,Y起动,7.5 电动机的起动,工作,7.5 电动机的起动,Y起动器运行接线图,仅适用于正常运行为三角形联结的电机。,Y 换接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,7.5 三相异步电动机的起动,自耦降压起动,Q2下合：接入自耦变 压器，降压 起动。,Q2上合：切除自耦变 压器，全压 工作。,合刀闸开关Q,自耦降压起动适合于容量较大或Y形接法异步电动机。,7.5 三相异步电动机的起动,Q2,定子,转子,起动时将R串入电路，起动后将R 短路。,起动电阻

14、,2、绕线式电动机转子电路串电阻起动,7.5 三相异步电动机的起动,滑环,转轴,3、绕线式电动机转子电路串电阻起动的特点,7.5 三相异步电动机的起动,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。,R2,Tst,R2Tst,常用于要求起动转矩较大的生产机械上。,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、三相异步电动机的正、反转,7.5 三相异步电动机的起动,1.变频调速(无级调速),频率调节范围：0.5几百赫兹,变频调速可实现无级平滑调速,调速性能优异。,7.6 三相异步电动机的调速,2.变极调速(有级调速),P=2,P=1,采用变极

15、调速方法的电动机称作双速电机，转速跳跃变化。,7.6 三相异步电动机的调速,3.变转差率调速(无级调速),变转差率调速是绕线式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。,7.6 三相异步电动机的调速,1、制动方法概述,制动方法,机械制动,电气制动,能耗制动,7.7 三相异步电动机制动,反接制动,发电反馈制动,2、能耗制动,在断开电源的同时，给电动机通直流电流，形成固定磁场旋转的转子产生了与转子旋转方向相反的转距，使转子迅速停动。,7.7 三相异步电动机制动,2、反接制动,停车时，将接入电动机的三相电源线中的任意两相对

16、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。,7.7 三相异步电动机制动,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 n0,7.7 三相异步电动机制动,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。,教材表P224中列出了各种电动机的系列代号。,7.8 三相异步电动机的铭牌数据,表异步电动机产品名称代号,7.8 三相异步电动机的铭牌数据,1.型号,2.接法,接线盒,

17、定子三相绕组的联接方法。通常,Y 联结,联结,7.8 三相异步电动机的铭牌数据,3.电压,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。,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%。因为在电动机满载或接近 满载情况下运行时，电压过高 或过低都会使 电机的电流大于额定值,从而使电动机过热。,电机在额定运行时定子绕组上应加的线电压。,三相异步电动机的额定电压:有380V，3000V,及6000V等多种。,7.8 三相异步电动机的铭牌数据,4.电流,例如：Y/6.73/11.64 A 表示星形联结下电机的线电流为 6.73

18、A；三角形联结下线电流为 11.64A。两种接法下相电流均为 6.73A。,5.功率与效率,电动机在额定运行时定子绕组的线电流值。,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。,7.8 三相异步电动机的铭牌数据,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。,6.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 0.7 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。,7.8 三相异步电动机的铭牌数据,如：n N=1440 转/分 sN=0.04,8.绝缘等级,指电机绝缘材料能够承受的极限温度等级

19、，分为七级。,7.8 三相异步电动机的铭牌数据,7.额定转速,电机在额定电压、额定负载下运行时的转速。,7.9 电动机的选择,一、功率的选择,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。,1.对于连续运行的电动机，所选功率应等于或略大于生产机械的功率。,2.对于短时工作的电动机，允许在运行中有短暂的过载，故所选功率可等于或略小于生产机械的功率。,7.9 电动机的选择,二、种类和型式的选择,1.种类的选择,一般应用场合应尽可能选用鼠笼式电动机。只有在需要调速、不能采用鼠笼式电动机的场合才选用绕线式电动机。,2.结构型式的选择,根据工作环境的条件选择不同的结构型式，如开启式、防护式、封

20、闭式电动机。,7.9 电动机的选择,三、电压和转速的选择,根据电动机的类型、功率以及使用地点的电源电压来决定。,Y系列鼠笼电动机的额定电压只有380V一个等级。大功率电动机才采用3000V和6000V。,自学,7.10 同步电动机,三相异步电动机在运行过程中，若其中一相与电 源断开，就成为单相电动机运行。此时电动机仍 将继续转动。若此时还带动额定负载，则势必超 过额定电流，时间一长，会使电动机烧坏。,0、三相异步电动机的单相运行,7.11 单相异步电动机,如果三相异步电动机在起动前就断了一线，则不 能起动，此时只能听到嗡嗡声，这时电流很大，时间长了，也会使电动机烧坏。,为什么三相异步电动机单相

21、不能起动，且有嗡 嗡声，时间长了，也会烧坏电动机。,单相异步电动机主要应用于电动工具、洗衣机、电冰箱、空调、电风扇等小功率电器中。,定子,定子绕组,转子,一、单相异步电动机的概述,定子绕组通单相交 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。,定子是单相绕组,转子一般用鼠笼式。,7.11 单相异步电动机,定子绕组产生的脉动磁场，分解为两个大小相等，转向相反，转速相同的旋转磁场。即：,7.11 单相异步电动机,一、单相异步电动机的概述,脉动磁场的等效,脉动磁场的分解,7.11 单相异步电动机,结论：定子绕组产生的脉动磁场，可用两个 大小相等，转向相反，转速相同的旋转 磁场

22、的合成来等效代替。,正反向旋转磁场的合成转矩特性,合成转矩,(正向),起动转矩为零,(反向),7.11 单相异步电动机,一、单相异步电动机的概述,单相异步电动机为了获得起动转矩，对定子进行了特殊设计。常用的有电容裂相式异步电动机和罩极式异步电动机。,1.电容裂相式异步电动机,电容裂相式的定子有有两个绕组,7.11 单相异步电动机,二、单相异步电动机的工作原理,起动绕组串接起动电容。,电容的大小使两个绕组的 电流相位相差近 90,工作绕组,起动绕组,电容裂相式的结构,起动电容,1.电容裂相式异步电动机,7.11 单相异步电动机,二、单相异步电动机的工作原理,设两相电流为,两个绕组在空间上相隔90

23、。,动画,7.11 单相异步电动机,二、单相异步电动机的工作原理,电容裂相式的两相旋转磁场,7.11 单相异步电动机,1.电容裂相式异步电动机,二、单相异步电动机的工作原理,电容裂相式的两相旋转磁场,实现正反转的电路,改变电容C的串联位置，可使单相异步电动机反转。,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。,电动机转子转动起来后，利用离心力将开关S断开(S是离心开关)，使起动绕组BB断电。,7.11 单相异步电动机,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),7.11 单相异步电动机,二、单相异步电动机的工作原理,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。,7.11 单相异步电动机,自学,7.12 直线异步电动机,作 业,P238：7.4.3 7.4.4 7.4.6 7.5.1,