《04交流电动机.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《04交流电动机.ppt（101页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、6.3 三相异步电动机的基本结构,6.2 三相异步电动机的工作原理,6.5 三相异步电动机的机械特性,6.4 三相异步电动机的铭牌数据,6.6 三相异步电动机的起动,6.7 三相异步电动机的调速,6.8 单相异步电动机,教学基本要求,第 6 章 电 动 机,分析与思考,练习题,返回主页,6.1 电机概述,1. 了解三相异步电动机的结构，分清笼式和绕线式两种 转子的结构特点； 2. 理解旋转磁场和三相异步电动机的工作原理； 3. 掌握三相异步电动机改变转子转向的方法； 4. 理解三相异步电动机的转矩平衡关系和功率平衡关系； 5. 理解三相异步电动机的固有机械特性以及额定状态、 临界状态和起动状态
2、的意义； 6. 了解定子电压和转子电阻改变时的人为机械特性； 7. 理解三相异步电动机的铭牌数据的意义； 9. 掌握三相异步电动机的起动方法；,上一页,下一页,返 回,教学基本要求,10. 掌握三相异步电动机的调速方法； 11. 了解单相异步电动机的工作原理和起动方法； 12. 了解三相异步电动机一相或一线断路后的后果。,上一页,下一页,返 回,6.1 电机概述,发电机,直流电动机,同步电动机,鼠笼型,将机械能转换为电能； 将电能转换为机械能。,绕线型,电动机,交流电动机,异步电动机,电机：实现能量转换或信号转换的电磁装置,（动力电机）,（控制电机）,单相,三相,单相,三相,6.2 三相异步电
3、动机的工作原理,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,（1）旋转磁场的产生,（一）旋转磁场,旋转磁场是三相异步电动机工作的基础。,电机是利用电与磁的相互转化和相互作用制成的。,旋转磁场由三相电流通过三相对称绕组产生。,对称：,三相对称负载,空间对称分布,上一页,下一页,返回,上一节,下一节,二极旋转磁场, 极对数（p）的概念：,（2）旋转磁场的转速,旋转磁场转速 n0 同步转速 如何改变旋转磁场的转速？,以 Y 型接法为例，当每相 绕组只有一个线圈时，按右图放入定子槽内，合成的旋转磁场只有一对磁极，则极对数为 1。 即 p = 1,上一页,下一页,返回,上一节,下一节,以 Y 型接法为例，将
4、每相绕组都改用两个线圈串联组成。,按下图放入定子 槽内。 形成的磁场则是两对磁极。 即 p = 2,上一页,下一页,返回,上一节,下一节,三相绕组,四极旋转磁场,上一页,下一页,返回,上一节,下一节,上一页,下一页,返回,上一节,下一节,三相异步电动机的同步转速,f 1= 50 Hz 时,不同极对数时的同步转速如下:,同步转速,p 为任意值时：,上一页,下一页,返回,上一节,下一节,旋转方向：取决于三相电流的相序。,（3）旋转磁场的转向,旋转磁场是沿着：,U1,V1,W1,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,i1U1， i2V1， i3W1, 与三相绕组中的三相电流的相序：L1 L2 L3
5、 一致，通入导前电流的绕组通入滞后电流的绕组。,旋转磁场是沿着：,U1,W1,V1,i1U1， i2W1， i3V1,任意对调两根电源进线，磁场反转。,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,（二）工作原理,对称三相绕组 通入对称三相电流,旋转磁场 (磁场能量),磁场切割 转子绕组,转子绕组中 产生 e 和 i,转子绕组在磁场中 受到电磁力的作用,转子旋转起来,机械负载 旋转起来,三相交流电能,输出机械能量,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,（1）电磁转矩的产生, 用右手定则判断转子绕组中感应电流的方向, 用左手定则判断转子绕组受到的电磁力的方向,电磁力电磁转矩 T T 与 n0 同方向
6、。,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,工作原理示意图,电动机转速 n 和旋转磁场同步转速 n0的关系：,电机转子转动方向与磁场旋转的方向一致， 但 n n0,转差率 :,起动时: n = 0， s = 1 额定运行时: s = 0.01 0.09,称异步电动机或感应电动机,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,0s 1,转子转速亦可由转差率求得,例：一台三相异步电动机，其额定转速 nN =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,额定转
7、差率为,转差率 :,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,起动时：n = 0, n = n0 转子电磁感应最强 转子电路电量的频率： f2 = f1 当n n 转子电路电量的频率 f2 （ f1） 稳定运行时： n = n0n 很小, 转子电路频率的变化：,f2 = f1 很小,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,（2）电磁转矩的方向,电磁转矩的方向与旋转磁场的转向一致。,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,任意对调两根电源进线，电动机反转。,（3）电磁转矩 T 的大小,T U1p2,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,常数，与电 机结构有关,旋转磁场 每极磁通,转子电流,转子电
8、路 功率因数,转子中各载流导体在旋转磁场的作用下,受到电磁力形成转矩。,R2 的大小对 T 有影响,（三）转矩平衡,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,转轴上输出的转矩为: T2 = T T0,电动机稳定运行，即匀速转动: T2 = T L,转矩平衡: T = T L + T0,T T L T2,若TL, TTL, n, (n0 n) , 切割加快, E2 , I2 , F , T , 至T = TL, 以较原转速低的n 重新匀速转动,（四）功率关系,输出的机械功率: P2 = T2 ,空载损耗: P0 = PCu+PFe + PMe,电动机的效率:,上一页,下一页,返回,上一节,下一节,
9、输入的电功率:,P2 = P1P0,PN：kW,nN：r/min,TN：Nm,例 ： 某三相异步电动机，极对数 p = 2，定子绕 组三角形联结，接于 50 Hz、380 V 的三相电源上工作，当 负载转矩 TL= 91 Nm 时，测得 I1l = 30 A，P1= 16 kW，n = 1 470 r/min，求该电动机带此负载运行时的 s 、P2 、 和。,= 87.5%,解：,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,6.3 三相异步电动机的基本结构,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,1.定子,铁心：由内周有槽 的硅钢片叠成。,机座：铸钢或铸铁,端盖：固定、支撑、防护,转子: 在旋转磁
10、场作用下，产生感应电动势或电流。,2.转子,鼠笼转子,铁心：由外周有槽的硅钢片叠成。,(2) 绕线式转子,同定子绕组一样，也分为三相，并且接成星形。,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,另一端分别接滑环，可外接电阻,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。,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,异步电动机的结构,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,三相笼式异步电动机的部件图,6.4 三相异步电动机的铭牌数据,三相异步电动机 型 号
11、 Y132S6 功 率 3 kW 频 率 50Hz 电 压 380 V 电 流 7.2 A 联 结 Y 转 速 960r/min 功率因数 0.76 绝缘等级 B,1.型号 Y132S6,Y系列异步机,机座中心高度,机座长度代号,2p = 6,n0 = 1 000 r/min,2. 额定功率 PN PN = 3 kW,轴上输出机械功率的额定值,3. 额定电压 UN UN = 380 V,定子三相绕组应施加的线电压,磁极数,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,4. 额定电流 IN IN = 7.2A,三相异步电动机 型 号 Y132S6 功 率 3 kW 频 率 50Hz 电 压 380 V
12、 电 流 7.2 A 联 结 Y 转 速 960r/min 功率因数 0.76 绝缘等级 B,定子三相绕组的额定线电流,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,6. 额定转速nN,电机在额定电压、额定负载下运行时的转子转速。,5. 联结方式,通常三相异步电动机3kW以下者，联结成星形，4kW以上者，联结成三角形。,三相异步电动机 型 号 Y132S6 功 率 3 kW 频 率 50Hz 电 压 380 V 电 流 7.2 A 联 结 Y 转 速 960r/min 功率因数 0.76 绝缘等级 B,8. 绝缘等级,指电机绝缘材料能够承受的极限温度等级，分 为A、E、B、F、H五级，A级最低(10
13、5C)，H级最高(180C)。,7. 额定功率因数N = cosN,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,固有特性:,人为特性:,在额定电压、额定频率，转子电路不外串电阻或电抗时的 T = f (s) 和 n = f (T),在改变电压、频率及转子电路参数时的 T = f (s) 和 n = f (T),n = f (T),T = f (s),转矩特性: 异步机的 T 与 s 之间的关系,机械特性: 异步机 n 与T 之间的关系,6.5 三相异步电动机的机械特性,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,和 n = (1 s) n0,（一）固有特性,转矩特性 机械特性 固有特性,上一页,下一页
14、,返 回,上一节,下一节,（1）额定状态,在额定 UN 下， 以额定转速 nN 运行、 输出额定功率 PN 时， 电动机转轴上输出的转矩为,机械特性,M,额定状态说明了电动机长期运行能力。,上一页,下一页,返回,上一节,下一节,N,S,额定状态、临界状态、起动状态代表三个重要的工作状态。,临界转速,临界转差率 sM:,Y 系列: KM = 22.2,（2）临界状态,过载倍数 KM：,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,M,N,S,机械特性,最大转矩TM:,电动机带动最大负载的能力,转轴上机械负载转矩不能大于TM ，否则将造成堵转(停车),(3) 起动状态,TS 体现了电动机直接起动的能力。
15、 若 TSTL 电机能起动，否则将起动不了。,Y系列: KS = 1.62.2 KC = 5.57.0,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,机械特性,起动电流倍数：,起动转矩倍数：,（二）人为特性,（1）降低定子电压时的人为特性,UN,0.9UN,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,定子电压降低时的人为机械特性,T U1p2,（2）增加转子电阻时的人为特性,R2,R2 +R,TS +T,转子电阻增加时的人为机械特性, 转子串联合适的电阻，可使 TS = TM,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,（三）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：负载增加时
16、，转速下降较快，起动特性好。,硬特性,软特性,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。,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,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。,（四）电动机的自适应负载能力,电动机工作在特性曲线的 哪一点上？ 应当运行于与负载机械特性的交点上。,上一页,下一页,返回,上一节,下一节,TL,TL,工作段,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） 。,a 点TLnI2T,直至新的平衡,I1 P1, a点,上一页,下一
17、页,返回,上一节,下一节,异步机的起动特性： 起动电流大: IS = KC IN =（57）IN 起动转矩小: TS = KSTN =（1.62.2）TN,影响： 频繁起动时造成热量积累,易使电动机过热。 大电流使电网电压降低，影响其他负载工作。,6.6 三相异步电动机的起动,不好!,良好的起动性能: 起动电流小 起动转矩大,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,（一）鼠笼式异步电动机的起动,（1）直接起动（全压起动） (a) 小容量的电动机（二三十千瓦以下）； (b) 电源容量足够大时。 （2）减压起动 (a) Y 减压起动： 适用于：正常运行为联结的电动机。,起 动 时,运 行 时,上一
18、页,下一页,返 回,上一节,下一节,设：定子每相阻抗为 Z,TUp2, Y接起动的起动转矩：, Y接起动的起动电流：,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节, Y接起动的起动转矩为：, Y接起动的起动电流为：,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,(b) 自耦变压器减压起动,Ul,降压比为:,Ul= KAUN,定子电压：,定子电流： KA Is,线路电流： KA2Is, 自耦变压器降压起动的起动电 流为：, 自耦变压器降压起动的起动转 矩为：,UN,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,自耦变压器降压起动的特点： 定子绕组接法不变，改变定子绕组的电压； 降压比 KA可调: 0.5、0.65
19、、0.8； 0.55、0.64、0.73,自耦变压器降压起动的使用条件： IsaImax （线路中允许的最大电流）； TsaTL ，适用于轻载或空载起动 否则不能采用此法。 选择 KA的方法： KA2Is Imax KA2Ts TL,需要两者 均满足,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,(二)绕线式异步机的起动：,R,R,R,定子,转子,起动电阻,起动时将适当的R 串入转子电路中，起动后将R 短路。,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,(1) 转子电路串电阻起动,减小起动电流 增大起动转矩,(2) 转子电路串频敏变阻器起动, 频敏变阻器： 频率高，损耗大，电阻大； 频率低，则反之。 转
20、子电路起动时:, 转子电路运行时:,f2 高，电阻大，,Ts 大， Is 小。,f2 低，电阻小，,自动切除变阻器。,R2R2,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,例1:,1),解:,一台Y225M-4型的三相异步电动机，定子 绕组型联结，其额定数据为：PN=45kW, nN=1480r/min，UN=380V，N=92.3%，cosN= 0.88， KC = 7.0, Ks = 1.9，KM = 2.2 求：1) 额定电流IN? 2) 额定转差率sN? 3) 额定转矩TN 、最大转矩TM 和起动转矩TS 。,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,2）由nN=1480r/min，可知 p
21、=2 （四极电动机）,3）,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,解：,在上例中(1)如果负载转矩为 510.2Nm , 试问在U=UN 和U =0.9UN两种情况下电动机能否起动？（2）采用Y- 换接起动时，求起动电流和起动转矩。 （3） 当负载转矩为额定转矩的80%和50%时，电动机能否Y- 换接起动？,(1) 在U=UN时 TS = 551.8Nm 510.2 N. m,不能起动,(2) IS =KCIN=784.2=589.4 A,在U= 0.9UN 时,能起动,例2:,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,在80%额定负载时,在50%额定负载时,可以起动,(3),不能起动,上一页
22、,下一页,返 回,上一节,下一节,1. 改变磁极对数 p 2. 改变转差率 s 3. 改变电源频率 f1 (变频调速),调速方法：,6.7 三相异步电动机的调速,有级调速,无级或有级调速,无级调速,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,在负载不变的前提下，人为改变电动机的转速,（一）变频调速,U、f 可 变,整流电路,逆变电路,50 Hz,fN,f1, fN,f2, f1,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,变频调速,TL,频率降低，转速下降,（二）变极调速,(a) p = 2,(b) p = 1,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,每相绕组由两个线圈组成，可串联、并联,（三）变转差
23、率调速,（1）变压调速,UN,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,电压降低，转速下降,（2）转子串电阻调速,R2,R2+RC,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,电阻增大，转速下降,（一）脉振磁场 定子：单相绕组；,6.8 单相异步电动机,定子绕组,定子,转子：鼠笼型。,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节, 定子单相绕组产生的脉振磁场的分析:,1m= 2m = m / 2, 脉振磁场的分解:,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,t4,t8,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,脉振磁场,（1）自身没有起动转矩 （2）转子借助其它力量 转动后，外力去除后仍按 原方向继续转动。
24、怎样产生起动转矩？,（二）工作原理,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,（1） 两相起动,工作绕组,起动绕组, 原理：两相电流,旋转磁场,起动转矩,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,单相电容电动机,转子,（2） 罩极起动,短路环,定子 磁极,定子,线圈,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,单相罩极式异步电动机,图片0 柴油发电机,返回,图片1,上一页,下一页,返 回,图片2,上一页,下一页,返 回,图片3A 齿轮减速三相异步电动机,上一页,下一页,返 回,图片3B 防爆式,上一页,下一页,返 回,图片4 绕线式异步机,上一页,下一页,返 回,图片5,上一页,返 回,图片6,上一页
25、,下一页,返 回,图片7 转子,上一页,下一页,返 回,图片8 转子,上一页,下一页,返 回,图片9 定子绕组,上一页,下一页,返 回,图片10,上一页,下一页,返 回,图片11,下一页,返 回,图片12 直流电机,上一页,下一页,返 回,图片13 直流电机,上一页,下一页,返 回,图片14 小直流电机,上一页,返 回,图片15 电动机的铭牌,上一页,下一页,返 回,图片16 步进电机,下一页,返 回,图片17 步进电机,上一页,下一页,返 回,第六章 异步电动机,图片18 步进电机,第六章 异步电动机,上一页,下一页,返 回,图片19 步进电机,上一页,下一页,返 回,图片20 步进电机,上一页,返 回,图片21A 交流伺服电机,下一页,返 回,图片21B 交流伺服电机,上一页,下一页,返 回,图片22A 交流伺服电机,上一页,下一页,返 回,图片22B 交流伺服电机,上一页,下一页,返 回,图片23 同步电动机,下一页,返 回,图片24 同步发电机,上一页,下一页,返 回,图片25 三相同步电机,上一页,下一页,返 回,图片26 同步电机,上一页,返 回,上一页,下一页,返 回,图片27 单相电容起动电动机,图片28,图片29 异步机,图片30,图片31,图片32,图片33,图片34,返 回,