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第7章 交流电动机
第八章 交流电动机- 113 -第七章 交流电动机★ 主要内容1、三相异步电动机的构造 2、三相异步电动机的转动原理 3、三相异步电动机的电路分析 4、三相异步电动机的转矩与机械特性 5、三相异步电动机的起动 6、三相异步电动机的调速 7、三相异步电动机的制动 8、三相异步电动机的铭牌数据 9、单相异步电动机
★ 教学目的和要求1、理解三相异步电动机的工作原理、机械特性，了解结构特点和铭牌数据的 意义，会正确使用。 2、了解三相电动机的起动和反转的方法，了解调速方法及其发展。 3、了解单相异步电动机的工作原理和正反转。★ 学时数：10 学时 ★ 重难点重点：①旋转磁场和三相异步电动机的工作原理； ②三相异步电动机的铭牌和主要技术参数； ③三相异步电动机起动转矩、额定转矩、最大转矩和过载能力⑼ 难点：①三相异步电动机的绕线分析； ②三相异步电动机的电路分析； ③三相异步电动机的转矩与机械特性★ 本章作业布置：课本习题P238―239页，7.4.1，7.4.2，7.4.4，7.4.6，7.5.1，7.5.2电工学教案第八章 交流电动机- 114 -第七章 交流电动机? ? ?三相异步电动机 ? ?异步电动机 ? ?交流电动机 ? ?单相异步电动机 电动机 ? ? ? ?同步电动机 ? ?直流电动机：他励、并 励、串励和复励四种几种电动机的特点： (1)异步电动机：结构简单、价格低廉、坚固耐用、维护方便，因此在工农业中 获得广泛的应用。 (2)同步电动机：主要用于功率较大，不需调速，长期工作的场合。如：压缩机、 水泵、通风机等。 (3)直流电动机：调速均匀、但价格较高。如：火车电机一般用直流电动机。§7.1 三相异步电动机的构造三相异步电动机分为两个基本部分：定子(固定部分)和转子(旋转部分)，其 外形如下图所示：定子铁心定子绕组接线盒转轴 转子风扇轴承盖 端盖轴承 机座图7.1-1罩壳1． 定子 由定子铁心、定子绕组和机座三部分组成。 (1)定子铁心：铁心是由互相绝缘的硅钢片叠成的，其内圆周冲有均匀分布的槽 孔，用来放Z对称三相绕组。 (2)定子绕组：由漆包线绕成匝数相同的三相线圈，按一定规律嵌入铁心内圆周 的线槽中。 例如： 如图7.1-2所示， 磁极对数P = 1异步电动机定子三相绕组， AX、 o BY、CZ，三相绕组始端互成120 角，对称均匀地嵌放在铁心槽内。图7.1-2电工学教案图7.1-3第八章 交流电动机- 115 -根据电动机的铭牌规定，定子绕组可接成Y形、 ? 形，如图7.1-3所示。 2． 转子 电动机的转动部分。由转轴、转子铁心、转子绕组、风扇等部分组成。转子 铁心由硅钢片叠成，转子绕组放在铁心的线槽内。 三相异步电动机的转子根据构造上的不同分为两种： (1)鼠笼式转子：在转子铁心线槽中嵌入铜条作为绕组导体，铜条的两端用短路 环焊接起来。如图7.1-4。 中小型电动机的转子常在铁心线槽中浇铸铝液，把铝条两端接成短路环，构 成转子绕组。如图7.1-5。 这种转子若去掉铁心，则转子绕组就像一只鼠笼，故称为鼠笼式转子。铸铝条风叶转子铁心图7.1-2 图7.1-3(2)绕线式转子：在转子铁芯的线槽中放Z对称的三相绕组。三个绕组的末 端接在一起作星型联接，三个始端分别接到轴上三个彼此绝缘的铜滑环上。如图 7.1-6，这种转子的异步电动机称为绕线式异步电动机。定子绕组 转子绕组 W2 U1U2电刷 滑环W 1V2V 1(b) 绕线式转子形状(a) 结构示意图图7.1-4§7.2 三相异步电动机的转动原理图7.2-1介绍了一个演示实验。 一个装有手柄的蹄形磁铁， 磁极间有一个可以 自由转动的，由铜条组成的转子。铜条两端分别用铜环联接起来，形成鼠笼式转 子。 磁极与转子之间没有机械联系。 当摇动磁极时， 发现转子跟着磁极一起转动。 摇得快，转子转得也快；摇得慢，转的也慢；反摇，转子马上反转。从这个演示 实验说明了转子会跟着旋转磁场转动。异步电动机转子转动的原理也相似，即磁 场旋转，转子跟着旋转。(为什么、请大家自行分析)。电工学教案第八章 交流电动机- 116 -NS一 旋转磁场1． 旋转磁场的产生图7.2-1图7.2-2为一磁极对数 p ? 1 的三相异步电动机的定子绕组接线图。三相对称 绕组AX、BY、CZ在空间互差 120o ，对称地嵌放在定子铁心的线槽中。绕组作Y 形联接， 三个绕组的始端接三相电源A、 B、 C， 在三相绕组上形成三相对称电流。 i ? I sin ? t ?A m ? o ?i B ? I m sin(?t ? 120 ) ? o ?i C ? I m sin(?t ? 120 ) 规定绕组电流参考方向：始端→末端。 当 i ? 0 ，方向由始端→末端；当 i ? 0 ，方向由末端→始端图7.2-2下面取ωt=0o、60o、90o三个位Z分析三相绕组产生的合磁场方向。各绕组 电流的实际方向和合磁场分布如图7.2-3所示。AYn0Z YAZ YAZn0C(a) ?t ? 0B XC(b) ?t ? 60oB XC(c) ?t ? 90on0 BX图7.2-3这种绕组产生的合磁场是两磁极的，即磁极对数 p ? 1 ，当定子绕组通入三 相交流电时，它们的合磁场将随三相电流变化而在空间顺时针不断地旋转，形成 了旋转磁场。交流电变化90o相位，合磁场在空间也旋转90o；交流电变化一周期，电工学教案第八章 交流电动机- 117 -合磁场在空间也旋转一周即360o。因此： (1)三相绕组在空间互差120o，对称地嵌放在定子铁心线槽中，产生两极磁场， 即磁极对数p=1。 (2) p=1的电动机，交流电变化一周，合磁场在空间也旋转一周，即360o。 2． 旋转磁场的转向A A Zn0Y Z n0 BA YBC(a)B X ?t ? 0(b)CCX ?t ? 60o(c)图7.2-4只要将定子三相绕组中任意两相电源对换一下，电动机反转(旋转磁场反 转)。因此，旋转磁场的方向与通入三相绕组的电流相序有关，如图8.2-4所示。 3． 旋转磁场的极数 三相异步电动机的极数就是旋转磁场的磁极数，用p表示磁级对数。磁极对 数与三相绕组的安排有关。以上分析中 p ? 1 ，每相绕组只有一个线圈；若每相 绕组有两个线圈串联，则旋转磁场有两对极 p ? 2 ； 如图7.2-5，12槽4极，每相绕组有两个线圈串联，绕组的始端之间相差60o 空间角，则产生的旋转磁场具有两对极，即p=2。图7.2-5定子绕组的布Z规则（补充）： 常用电动机有：24槽4极；36槽4极。 电角度：使旋转磁场旋转一周，需要交流电变化的 相位角。电角度=p×360o 例如：24槽4极，则： （1）每相占8槽，有4个线圈串联。电工学教案图7.2-6第八章 交流电动机- 118 -?? （2） 极距： 合磁场中两个相邻磁极中心位Z相隔的线槽数。（3）在一个极距内，每相占槽数： q ??324 ? 6（槽） 4? 2 （槽），按ACB顺序安排。（4）相邻二绕组始端相隔电角度120o，空间角度 ? 相邻二绕组始端所跨槽数 ? 下图为24槽4极定子绕组分布图120o ? 60o p120o ? 24 ? 4 （槽） p ? 360o4． 旋转磁场的转速 旋转磁场的转速no，也称为同步转速。旋转磁场的转速no与磁场的极数 有关。与分析p=1旋转磁场方法相似，也可以分析p=2的旋转磁场(iA、iB、iC 波形→电流实际方向→合磁场)。如图7.2-6，为4极12槽的定子结构，画出了 p ? 2 的三相异步电动机在 ?t ? 0 o 和 60o 的合磁场方向，可知当电流的相位 ωt变化了60o，而磁场在空间仅旋转了30o；当交流电变化一周，磁场仅旋转 了半转。 (1)当p=1时， n 0 ? 60f1 ? 60? 50 ? 3000 (r / min) 60f1 60 ? 50 ? ? 1500 (r / min) (2)当p=2时， n 0 ? 2 2 所以，当旋转磁场具有p对极时，磁场的转速为 60f 1 ------------------------------------ (7.2-1) n0 ? p表7.2-1p1 30002 15003 10004 7505 6006 500n 0 (r/min)电工学教案第八章 交流电动机- 119 -小结： (1)产生定子：三相对称电流→旋转磁场，以 p ? 1 三相电动机为例说明。 (2)转向：任调二相电源。 (3)极数：即旋转磁场磁极数。二极12槽、四极14槽绕组分布与三相绕组安排有 关。 60f 1 (4)同步转速： n 0 ? p二 电动机的转动原理三相定子绕组产生旋转磁场时，切割转子导体，引起感 应电流。根据右手定则，标出感应电流方向。载流导体在磁 场中受到电磁力作用方向由左手定则确定，如图所示，由电 磁力产生的电磁转矩，方向与旋转磁场的方向相同，使转子 沿着旋转磁场的方向转动起来，其转速用n表示。三 转差率图7.2-7转子的转速要小于旋转磁场的同步转速 n 0 、 n ? n 0 ，否则转 子与旋转磁场之间无相对运动，因而磁通就不切割转子，则转子导条中不产生感 应电流，故称为异步电动机。 转差率s：描述转子转速与旋转磁场同步转速之差的程度。 n ?n 或 n ? (1 ? s)n 0 --------------------------- (7.2-2) s? 0 n0 电动机刚起动时，n=0，s=1；电动机额定负载运行时，其额定转速与同步转 速很接近，故 s N 很小， s N ? 2% ~ 6% 【例8.2-1】有一台三相异步电动机，其额定转速 n ? 975 r / min ，求p、s，已 知 f1 ? 50Hz 。 解：由于额定转速略低于同步转速，查表8.2-1可得 60f1 ?3 n 0 ? 1000 r / min ， p ? n0 n ? n
s? 0 ? ? 25% n0 1000§7.3 三相异步电动机的电路分析三相异步电动机的每相定子绕组和转引绕 组，和变压器相比，定子绕组相当于变压器的原 绕组，转子绕组相当于副绕组。其电磁关系同变 压器类似。三相定子绕组的电流产生旋转磁场， 其磁通通过定子和转子铁心而闭合， 分别在定子 绕组和转子绕组上感应出电动势 e 1 和 e 2 。此外， 还有漏磁感应电动势 e ?1 和 e ? 2 。图7.3-1电工学教案第八章 交流电动机- 120 -一 定子电路di1 dt ? ? ? ? ? ? ?) 用相量表示为： U1 ? R1 I1 ? (? E? 1 ) ? (? E1 ) ? R1 I1 ? jX ? 1 I1 ? (? E 1由KVL定律： u1 ? R1i1 ? (? e? 1 ) ? (? e1 ) ? R1i1 ? (? e1 ) ? L? 1(7.3-1) (7.3-2)其中， X ?1 为每相定子绕组的漏磁感抗。 ? ? ?E ? 忽略线圈电阻和漏磁电动势后， U 1 1 据交流铁心线圈分析， E1 与 ? 的关系为 (7.3-3) E1 ? 4.44k1f1 N1? m 其中， k 1 为绕组系数(∵电动机每相绕组分布在不同的槽中，而引入的近似 为1的系数)； N1 为定子绕组的匝数。 f 1 为e1的频率，即为电源的频率，它与旋转磁场和定子间的相对转速n0的关 pn0 f1 ? 系： (7.3-4) 60二 转子电路di2 dt ? ? ? ? ? 用相量表示为： E2 ? R2 I 2 ? (? E? 2 ) ? R2 I 2 ? jX ? 2 I 2 其中 R 2 和 X ?2 分别为转子每相绕组的电阻和感抗。由KVL定律： e2 ? R2 i2 ? (? e? 2 ) ? R2 i2 ? L? 2(7.3-5) (7.3-6)1．转子的频率 f 2 f 2由旋转磁场与转子的相对转速（n 0-n）决定。 p(n0 ? n) n0 ? n pn0 f2 ? ? ? ? sf 1 60 n0 60 可见转子电源的频率 f 2 与转差率s有关，是成正比关系的。 在电动机起动瞬间， n ? 0 ， s ? 1 ， f 2 ? f1 2. 转子绕组中的主磁感应电动势E2 据交流铁心线圈分析， E 2 与 ? 的关系为 (7.3-8) E2 ? 4.44k 2 f 2 N 2 ? m 在电动机起动瞬间，即 n ? 0 ， s ? 1 时，转子的主磁感应电动势 E20 ? 4.44k 2 f1 N 2 ? m 所以， E2 ? sE20 (7.3-9) 转子的主磁感应电动势E2与转差率s有关。 3． 转子感抗(7.3-7)X 2 ? 2?f 2 L? 2 ? s ? (2?f 20 L? 2 ) ? sX 20 在在电动机起动瞬间，转子感抗最大。4． 转子电流 I 2 如图7.3-2等效电路， I 2 ?E2 R ?X2 2 2 2(7.3-9)?sE 20 R ? (sX 20 ) 22 2(7.3-10)电工学教案第八章 交流电动机- 121 -图7.3-2图7.3-34． 转子电路的功率因数 cos? 2cos ? 2 ? R22 R2 2 ? X2?R22 R2 2 ? (sX 20 )(7.3-11)因此，f2、E2、I2、 cos? 2 都是与转差率s有关，如图7.3-3曲线图。 小结： ? E1 ? 4.44k1 N1 f1? m 60 f1 ? ?? (1) U I1 ? 旋转磁场 ， n0 ? ?? 1 p ? E 2 ? 4.44k 2 N 2 f 2 ? m (2)定子和转子电路 ? ? I I1 2?R1? U 1 ?jX 1 ? E 1图8.3-3jX 2R2? E 2? ? jX I ? ? ? ? ?E ? ，E U 2 2 2 ? R2 I 2 1 1 sE 20 E2 ? ? ?I 2 ? 2 2 2 R2 ? X2 R2 ? ( sX 20 ) 2 ? ? ? f 2 ? sf 1，E 2 ? sE 20 ? R2 R2 ?cos? 2 ? ? 2 2 2 ? R2 ? X 2 R2 ? ( sX 20 ) 2 ?§7.4 三相异步电动机的转矩与机械特性转矩是异步电动机的重要物理量之一。机械特性是它的主要特性，它表征了 一台电动机拖动负载能力的大小和运行性能。一 转矩公式驱动转子转动的电磁转矩是由旋转磁场与转子电流I2相互作用产生的。由于 ? 比转子电动势 E ? 滞后 ? 角，因此电磁转矩还与 转子电路是感性的，转子电流 I 2 2 2 转子绕组的功率因数 cos? 2 有关。 T ? ?I 2 cos?电工学教案第八章 交流电动机- 122 -T ? KT ?I 2 cos?2 ? KT ?? KT ?E202 2sE202 R2 ? (sX 20 ) 2R22 R2 ? (sX 20 ) 2sR2 R ? ( sX 20 ) 2 ∵ U1 ? 4.44k1f1 N1? ， E 20 ? 4.44k 2 f1 N 2 ? m ∴ ? ? U1 ， E 20 ? ? ? U1 ，则2 sR 2 U1 T?K 2 R 2 ? (sX 20 ) 2 2 (1)转矩与 U1 成正比。 (2)转矩与S有关，即与转子的转速有关。 由此可画出转矩随s变化曲线，如图7.4-1所示。 n T n0 a nN Tm(7.4-1)a? bTst TNcn0n0sm nN图7.4- 11s0TN Tst图7.4-2TmT二 机械特性曲线T ? f ( s) 曲线(s为转差率)，这种曲线用来分析电动机不够直观，常把它转换 为 n ? f (T ) 曲线。 n ? f (T ) 称为电动机的机械特性曲线。 ∵ n ? (1 ? s)n0 ∴ s ? 0 ， n ? n 0 ， T ? 0 ； s ? 1 ， n ? 0 (启动时) 因此 n ? f (T) 与 T ? f (s) 相比，相当于把 T ? f (s) 曲线转动 90o 方向，如图 7.4-2所示。 机械特性曲线是异步电动机的重要特征， 它是分析异步电动机运行性 能的主要依据，应记住。下面介绍三个重要的转矩。1． 额定转矩 TN 电动机匀速运行时，其电磁转矩 T ? 阻力矩 TC 。电动机的阻力矩主要是轴上 机械负载的转矩 T2 ，外加很小的电动机机械摩擦转矩 T0 。 ∴ T ? T2 ? T0 (7.4-2) (1)电动机匀速运行时的转矩 P P ? 103 P T ? T2 ? 2 ? 2 ? ?n ? n 60电工学教案(7.4-3)第八章 交流电动机- 123 -式中 P2 是电动机轴上输出的机械功率， P2 以KW为单位；n以r/min为单位。 (2)额定转矩 TN 是电动机在额定负载时的转矩，它可从电动机铭牌上所标志的 额定输出功率和额定转速中求出。 P (7.4-4) TN ? 9550 N nN 电动机处于额定状态时， 它的输出功率、 转速、 转差率均为额定值。 如图8.4-2 中机械特性曲线中 a ? 点。 通常三相异步电动机应工作在机械特性曲线的ab段。当 负载转矩增大时，在开始阶段 T ? TC ，它的转速n下降。随着转速n的下降，电动 机转矩T增加了。当 T ? TC 时，电动机在新的稳定状态运行。因此，处于ab段工 作区，电动机能通过调整转速自动调节转矩，而保持稳定运行。因此ab段称为电 动机的稳定运行区。而且由于ab段比较平坦，负载转矩变化对转速影响不大，这 种特性称为硬机械特性。 2． 最大转矩 Tm 最大转矩 Tm 是三相异步电动机所能产生的最大转矩，在机械特性曲线中的b 点。它所对应的转速 n m 、转差率 s m 称为临界转速和临界转差率。 dT =0 求极值，得出： n m 、 s m 可由 ds U2 R ， Tm ax ? K 1 (7.4-5) sm ? 2 2 X 20 X 202 由上式可见，Tm ? U1 ，与转子电阻 R 2 无关；s m 与 R 2 有关，R 2 越大，s m 也 越大。 n U? ? U n R 2 ? R ?2 1 1? U10R2 U1T图8.4-3R ?20(b)(a)T过载系数 ? ：定义为电动机最大转矩与额定转矩之比。? ? Tmax / TN ----------------------------------- (7.4-6)一般三相异步电动机的过载系数 ? 为1.8~2.2。 若 T2 ? Tm ax ，电动机转速下降，将越过机械特性曲线的b点，而沿bc段下降， 转速减小。T↓→n↓最后 n ? 0 而停转，发生所谓闷车现象。若不及时切除电源， 电动机将迅速过热而烧坏。 3． 起动转矩 Tst 起动时， n ? 0 ， s ? 1 ，则起动转矩 R U2 Tst ? K 2 2 1 2 R 2 ? X 202 (1) Tst ? U1 ，电源电压 U1 下降， Tst 也下降。(7.4-7)电工学教案第八章 交流电动机- 124 -(2) Tst 与 R 2 有关。适当增大 R 2 ，可以增大 Tst 。 电动机要起动条件： Tst ? T2 。 定义起动系数：? st ? Tst / TN 。鼠笼式电动机 ? st 为1.0~2.0。从 n ? 0 开始转速 n上升，加速运行(∵T↑、 T ? T2 )。沿机械特性曲线c点开始，经b点后，由于T 随n↑而减小，故加速度也逐渐减小，直到 a ? 点时 T ? T2 ，电动机恒速运行。§7.5 三相异步电动机的起动电动机的起动是指将它由停转状态到匀速转动状态过程。一 启动性能1． 起动电流大 起动电流约为额定电流的5~7倍。这是因为，起动时， n ? 0 ， s ? 1 ，旋转磁 场切割转子导体的相对速度最大， 这时转子绕组中感应出的电动势和产生的转子 电流最大。和变压器原理一样，转子电流大，定子绕组电流也很大。一般中小型 鼠笼式电动机的定子起动电流与额定电流之比值约为5~7。 起动电流虽大，但时间很短，只要不是频率起动，一般不会引起电动机明显 温度上升， 对电动机本身影响不大。 但是， 电动机的起动电流对线路是有影响的。 过大的起动电流在短时间内会引起线路上较大的电压降落， 影响接在同一母线上 电气设备的正常工作。如：电灯瞬间变暗，运行中电动机减速，甚至停转。 2． 起动转矩不大 起动转矩 Tst 不大，约为额定转矩的1.0~2.2倍二 起动方法异步电动机起动时的主要缺点是电流较大。为了减小起动电流，必须采用适 当的起动方法。 1． 直接起动 又称全压启动法。即按照电动机铭牌上规定的接法，将所要求的额定电压， 利用闸刀开关或接触器直接接到电动机上。这种方法，起动电流较大，其操作要 领是要求以一定的速度合上三刀开关，务使三刀同时接通电源，此时电动机应立 即转动起来，若不转动并发出咕咕声响时，通常有一相绕组没电，应随手将开关 拉开，检查原因，排除故障后，再重新起动。 一台电动机能否直接起动，有一定规定，有的地区规定：用电单位如有独立 变压器，则在电动机起动频繁时，电动机容量应小于变压器容量的20%时允许直 接起动。如果电动机不经常起动，它的容量小于变压器容量的30%时允许直接起 动。如果没有独立的变压器，电动机直接起动时所产生的线路压降不能超过5%。 二三千瓦以下的异步电动机一般都是采用直接起动的。 2． 降压起动 所谓降压起动就是在电动机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。常用下面两种方法：电工学教案第八章 交流电动机- 125 -(1) Y ? ? 换接起动 起动时先将电动机三相定子绕组联成星形， 待转速接近额定值时再换接成三 角形。其接线如图7.5-1所示。 Y形联接：将 U 2 、 V2 、 W2 三端联在一起。 ? 形联接： U 2 与 V1 ， V2 与 W1 ， W2 与 U1 相联。 3U ? U? 3U P U ? 形联接时 I l? ? 3I P? ? Y形联接时 I lY ? I PY ? P ? ， ? Z Z Z 3Z 则I lY 1 ? I l? 31 即起动电流降为直接 ? 形接法起动的 。 3 2 又∵ Tst ? U1 ， U1 为每相绕组的相电压，则2 TstY U lY 1 1 ? 2 ? ( )2 ? Tst ? U l? 3 3 因此， Y ? ? 起动方法，电路的线电流和起动转矩都降为直接起动的 1 / 3 ， 这种方法只适合于空载或轻载起动。图7.5-1图7.5-2(2)自耦降压起动 利用三相自耦变压器将电动机起动时的输入电压降低，减小起动电流，待转 速接近额定值时，再切除自耦变压器，如图7.5-2所示。起动时先把开关 K 2 扳到 “起动”位Z，使电动机的定子绕组接到自耦变压器的副边而降压起动。待电动 机转速升到接近额定转速时，再将 K 2 扳到“工作”位Z，使电动机定子绕组直 接接通电源，在额定电压下进行。 自耦变压器备有抽头，以便得到不同的电压(73%、64%、55%)，根据起动电工学教案第八章 交流电动机- 126 -转矩的要求而选用。 例如：73%电压抽头。起动时变压器副边电流，即电动机的起动电流 I 2 为 I 2 ? 73%I st ， I st 为全压起动时的起动电流。 N 变压器原边电流： I1 ? 2 I 2 ? (73%) 2 I st N1 2 ? ? (73%) 2 Tst 又? Tst ? U1 ，则起动转矩： Tst 【例7.5-1】有一Y225M-4型三相异步电动机，其额定数据如下表所示。求： (1)额定电流；(2)额定转差率；(3)额定转矩TN、最大转矩Tmax、起动转矩Tst。 功率 45KW 转速 1480r/min 电压 380V 效率 92.3% 功率因数 0.88 Ist/IN 7.0 Tst/TN 1.9 Tm/TN 2.2解： (1)4~100KW的电动机通常是380V， ? 联接 P2 45? 103 IN ? ? ? 84.2( A) 3U cos?? 3 ? 380? 0.88? 0.923 (2)由 n ? 1480 r / min ，可知 p ? 2 ， n 0 ? 1500 r / min ，则 n ? n
sN ? 0 ? ? 0.013 n0 1500 (3)额定转矩 TN 、最大转矩 Tm 、起动转矩 Tst 为 P 45 TN ? 9550 2 ? 9550? ? 290.1( N ? m) n 1480 T Tm ? ( m )TN ? 2.2 ? 290.4 ? 638.9( N ? m) TNTst ? (Tst )TN ? 1.9 ? 290.4 ? 551.8( N ? m) TN【例7.5-2】在上题中：(1)如果负载转矩为510.2 N ? m ，试问在 U ? U N 和 U? ? 0.9U N 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。又当负载转矩为额定转矩 TN 的80%和50%时，电动机能否转动？ 解： (1)当 U ? U N 时， Tst ? 551.8 ? 510.2N ? m ，所以能起动；? ? 0.92 ? 551.8 ? 447 ? 510.2N ? m ，所以不能起动。 当 U? ? 0.9U N 时， Tst (2)当采用 Y ? ? 换接起动时 I st ? ? 7 I N ? 7 ? 84.2 ? 589.4(A )I stY ? TstY 1 1 I st ? ? ? 589.4 ? 196.5(A ) 3 3 1 1 ? Tst ? ? ? 551.8 ? 183.9( N ? m) 3 3在80%额定转矩时电工学教案第八章 交流电动机- 127 -80%TN ? 80% ? 290.4 ? 232.3 ? TstY ，不能起动； 在50%额定转矩时 50%TN ? 50% ? 290.4 ? 145.2 ? TstY ，可以起动。§7.6 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。 60 f1 由 n ? (1 ? s)n0 ? (1 ? s) 可知，改变电动机的转速有三种方法： p 1． 变频调速 通过改变电源的频率 f 1 进行调速。 变频调速器主要由整流器和逆变器两部分 组成。 f1、U1 可调 ? f ? 50Hz M ~ 整流器 逆变器 3~ ?图7.6-1两种变频调速方式：U1 比值不变。 f1 ?U1 ? 4.44 f1 N1? ，T ? KT ?I 2 cos? 2 ，可保持 ? 、T不变，这是恒转矩调速。 若转速调低时， U1 不变，则在减小 f 1 时磁通 ? 增加，会使磁路饱和，从而 增加励磁电流和损耗，导致电机过热，这是不允许的。 (2) f1 ? f1N ，即高于额定转速调速时，应保持 U1 ? U1N 不变。这时 ? 和T减(1) f1 ? f1N ，即低于额定转速调速时，应保持小，转速增大，转矩减小，电动机功率近于不变，这是恒功率调速。 U1 此时，若 不变，在增加 f 1 的同时， U1 也要求增加，超过额定电压是不允 f1 许的。 2． 变极调速 60 f1 变极调速即改变定子绕组的接线，从而改变磁极对数的方法。 n0 ? p 3． 变转差率调速 在绕线式电动机转子电路中接入一调速电阻改变电阻大小， 就可得到平滑的 调速。见P218页图7.5-4。§7.7 三相异步电动机的制动因为电动机的转子有惯性，所以把电源切断后，电动机还会继续转动一定时 间后停止。为了缩短工时，提高生产率，往往要求电动机能迅速停车和反转。这 就是对电动机的制动问题。下列介绍几种常用的制动方法：一 能耗制动这种制动方法是在切断三相电源的同时，接通直流电源，使直流电流通入定电工学教案第八章 交流电动机- 128 -子绕组。如图7.7-1所示。此时，直流磁场是固定不变的。转子由于惯性继续沿原 来方向转动，转子导体切割直流磁场，产生感应电流(由右手定则判断方向)，受 到磁场作用力(由左手定则判断方向)，其转矩方向与电动机转动方向相反，从而 起制动作用。制动转矩的大小与直流电流大小有关。直流电流大小一般为电动机 额定电流的 0.5 ~ 1 倍。 这种方法是用消耗转子的动能来进行制动的，所以称能耗制动。 这种制动方法制动平稳，但需直流电源。在有些机床中采用这种方法制动。? ?n0n0 ? 0? ?FnFnM 3~RPM 3~图7.7-2图7.7-1二 反接制动在电动机停车时，可将电源三根导线中任意两根对调位Z，使旋转磁场反向 旋转，对转子产生反向转矩，进行制动作用。当转速接近零时，利用某种控制电 器将电源自动切断，否则电动机将会反转。 由于反转制动时旋转磁场与转子的相对转速( n 0 ? n )很大，因而定子绕组和 转子绕组电流较大，为了限制电流，对于功率较大的电动机进行反接制动时，必 须在定子电路或转子电路(绕线式)中接入电阻。 这种制动比较简单，效果较好，但能量消耗较大。对于中型车床和铣床的主 轴电机采用这种方法。三 发电反馈制动当转子的转速n超过旋转磁场的转速 n 0 时，这时的转矩 也是制动的(如图7.7-3所示)。转子导体相对旋转磁场顺时钟 旋转，产生感应电流(右手定则判断方向)，受磁场作用力的 方向向左(由左手定则判断)， 其转矩与转子的转动方向相反， F 起制动作用。 当起重机快速下放重物时， 就会发生这种情况。 当转子在重物的拖动下，快速下降，使其 n ? n 0 ，重物受到 制动转矩而转速下降。 实际上这时电动机已转入发电机运行 状态，将重物的势能转换为电能而反馈到电网去。所以称为 发电机反馈制动。? n0n图7.7-3n ? n0电工学教案第八章 交流电动机- 129 -§7.8 三相异步电动机的铭牌数据在电动机机座上都钉有一块铭牌，上面标有这台电动机的主要技术数据。为 了正确使用、选择和维护电动机，必须熟悉这些铭牌的含义。现以Y132M-4型电 动机的铭牌为例，加以说明。 三相异步电动机型号 Y132M-4 功 率 电压 380V 电 流 转速 1440r/min 绝缘等级 B 年 月 编号 7.5KW 15.4A 频 率 50Hz 接 法 △ 工作方式 连续 ? ? 电机厂1． 型号：为适应不同用途和环境，电动机制成各种不同的型号，例如： Y 132 4 M三相异步鼠笼式机座中心高(mm )Y：鼠笼式异步电动机 (定子绕组铜线 )磁极数机座长度代号 (S ? 长，M ? 中，L ? 长)Y ? L：鼠笼式异步电动机(定子绕组铝线)2． 接法 鼠笼式电动机的接线盒有六根引出线，标有 U1 、 V1 、 W1 、 U 2 、 V2 、 W2 ， 其中： U1 、 U 2 是第一相绕组的两端； V1 、 V2 是第二相绕组的两端； W1 、 W2 是 第三相绕组的两端。 如果 U1 、 V1 、 W1 分别是三相绕组的首端，则 U 2 、 V2 、 W2 是相应的末端。 这六个引出端在接电源之前，必须正确联接。联接方法有 Y 形和 ? 形两种， 如图7.8-1。通常3KW以下的三相异步电动机，联接成Y形；4KW以上的，联成 ? 形。图7.8-1当电动机绕组各相引出线标志脱落时，必须先判明哪两根引出线属于同一 相，再判明哪端是首端，哪端是末端，这是对电机进行正确接线的前提。判定异 步电动机绕组首、末端的方法主要有串灯法： 首先，确定每相绕组的两个线端，而后用下面方法确定每相染组的头尾。电工学教案第八章 交流电动机- 130 -图7.8-2任意规定一根绕组的首、末端(如 U1 、U 2 )，并将另一相(如Ｂ相)的任意一端 与 U 2 相连，将串联起来的这二相绕组的另外两端接到低压电源上(40～100V)， 其余那一相(Ｃ相)的两端接灯泡，当合上开关后，如果灯泡发亮，可断定与 U 2 相 联的那一根即为该相的首端( V1 )； 如灯泡不亮， 则为末端( V2 )， 实验电路如图7.8-2 所示。 用同样的方法可以判断另一相的首、末端。图中接入开关Ｓ是为了使通电时 间尽量短些，以保护电机绕组。 本实验方法的原理如下：如A、B二相绕组是首、末端相联，通入交流电所 产生的合磁通会穿过Ｃ相绕组，因此Ｃ相绕组产生感应电动势而使灯泡发亮，如 图7.8-3(a)所示；如A、B二相绕组是末端与末端相连，通入交流电后产生的合磁 通不穿过C相绕组，C相绕组不产生感应电动势，灯泡当然不亮，如图7.8-3(b)所 示。 U1 U1V2W2V2W2W1 U2(a)V1W1 U2(b)V1图7.8-33． 电压 表示定子绕组允许加的额定线电压。 铭牌上若标有两种电压值 220 V / 380 V ， 表示当电源的线电压为220V时， ? 联接；380V时，Y形联接。 4． 电流 当电动机空载运行时，转子转速接近于旋转磁场的转速，两者之间的相对转 速很小，转子电流很小，这时定子电流几乎全为建立旋转磁场的励磁电流。当输 出功率增大时，定子电流都随着相应增大。 5． 功率与效率 功率：指电动机在额定运行时轴上输出的机械功率值( PN )。 效率：输出功率与输入电功率不相等，其差值表示电动机本身的损耗功率， 包括铜损、铁损及机械损耗等，所谓效率 ? 就是输出功率 P2 N 与输入电功率 P1N 之 比。电工学教案第八章 交流电动机- 131 -P2 N ? 100% ， P 3U ? I ? cos? 1N ? P1N 功率与与额定转矩 TN 关系： P T ? T2 ? T0 ? T2 ? 9550 2 n 其中， P2 以KW为单位，n以 r / min 为单位。??当电动机轴上带动额定机械负载时的转矩称为额定转矩： TN ?? 9550 其中， PN 、 n N 为电动机铭牌上标注的额定输出功率和额定转速。 6． 功率因数PN nN电动机是电感性负载，定子相电流比相电压滞后一个 ? 角， cos ? 就是功率 因数。 三相异步电动机的功率因数较低，在额定负载时约 0.7 ~ 0.9 ，而在轻载和 空载时仅有 0.2 ~ 0.3 。 7． 转速 指电动机的额定转速，与异步电动机的磁极数及负载大小有关。 8． 绝缘等级 绝缘等级是按电动机绕组所用绝缘材料在使用时容许的极限温度来分级的， 分为A、E、B、F、H等。 【例7.8-1】(书P228练习与思考7.8.1)电动机的额定功率是指输出功率，还是输入 功率？额定电压是指线电压，还是相电压？额定电流是指定子绕组的线电流，还 是相电流？功率因数 cos ? 的 ? 角是定子相电流与相电压间的相位差，还是线电 流与线电压的相位差？ 解：(1)电动机的额定功率是指电动机在额定运行时轴上输出的机械功率值； (2)额定电压是指电动机额定运行时定子绕组上应加的线电压值； (3)额定电流是指电动机额定运行时定子绕组的线电流值； (4)功率因数 cos ? 的 ? 角是定子相电流与相电压间的相位差。 【例7.8-2】 (书P228练习与思考7.8.4)Y112M-4型异步电动机的技术数据如下， 求： (1)额定转差率sN；(2)额定电流IN；(3)起动电流Ist；(4)额定转矩TN；(5)起动转矩 Tst；(6)最大转矩Tm；(7)额定输入功率P1。表7.8-1功率 4KW转速1440 r / min接法 △效率 84.5%功率因数 0.82Ist/IN 7.0Tst/TN 2.2Tm/TN 2.2解： (1)由 n ? 1480 r / min ，可知 p ? 2 ， n 0 ? 1500 r / min ，则sN ?(2)额定电流： I N ?n 0 ? n N
? ? 0.04 n0 1500P2 3U cos???45? 103 3 ? 380? 0.82 ? 0.845电工学教案? 98.7(A)第八章 交流电动机- 132 -(3)起动电流： I st ? (I st / I N )I N ? 7 ? 98.7 ? 690.9(A)P 4 (4)额定转矩： TN ? 9550 N ? 9550? ? 26.5( N ? m) nN 1440 (5)起动转矩： Tst ? (Tst / TN )TN ? 2.2 ? 26.5 ? 58.3( N ? m) (6)最大转矩 Tm ： Tm ? (Tm / TN )TN ? 2.2 ? 26.5 ? 58.3( N ? m)(7)额定输入功率： P1 ? P2 / ? ? 4 / 0.845 ? 4.73(KW)§7.9 三相异步电动机的选择(自学) §△7.10 同步电动机 (不要求) §7.11 单相异步电动机在单相电源作用下运行的异步电动机，称为单相异步电动机。单相异步电动 机常用于功率不大的电动机工具(如电钻、 搅拌工具等)和众多的家用电器(如洗衣 机、电冰箱、电风扇等)。在三相异步电动机上通上单相电源，是不会产生旋转 磁场的。 那么单相异步电动机是如何产生旋转磁场而转动呢？其结构原理如何？ 下面介绍两种常用的单相异步电动机结构原理。一 电容分相式异步电动机1． 结构 定子绕组通入单相电源，转子大多数是鼠笼式。 (1)定子绕组有两个：AX、BY。其中AX为工作绕组，BY为起动绕组，两个绕 组在定子圆周上空间位Z相差90o，如图7.11-1所示。 (2)接线：起动绕组BY与电容器串联后，再与工作绕组AX并联接单相电源。~S? I2ACA? I1? UCAX YBYiBB XiAY? I2 B?2 ?1? U(a)X? I1(a) (b)(b)图7.11-1图7.11-2(3) ? I1 、 ? I 2 的相位关系 ? ? 角。 如图7.11-2，工作绕组AX为电感性电路，其电流 ? I 1 相位滞后于电压 U 1 ? ? 角， 起动绕组BY电路为电容性电路(只要C足够大)， 其电流 ? 选择 I 2 相位超前 U 2 o ? ? 适当的电容值C，可使 I 、 I 相位差 ? ? ? ? ? ? 90 。1 2 1 2电工学教案第八章 交流电动机- 133 -例如：双缸洗衣机电机、洗衣桶电容用 400V / 8?F 。 2． 原理 (1)旋转磁场的产生及转动原理i A A Ai1i2B YB YB Y0 45o 90 o(a) ?t ? 0X(b) ?t ? 45 oX(c) ?t ? 90oX图7.11-3图7.11-4如图7.11-3的 i 1 、 i 2 的波形，令电流参考方向从始端→末端。 i ? 0 表示电流 从始端入、末端出； i ? 0 则始端出、末端入。分别作出 ?t ? 0 o 、 45o 、 90o 等定 子绕组产生的合磁场。如图7.11-4所示，可知定子绕组产生的磁场是旋转的。 在旋转磁场作用下，转子导体产生感应电流，受到磁场作用力，跟着磁场方 向转动，但其转速比旋转磁场转速更慢些，也存在转差率。 (2)电容分相式单相异步电动机的反转 调换工作绕组和起动绕组，可使单相异步电动机反转，如图7.11-5将开关S 合在位Z1，电容器与B绕组串联，i B 相位超前 i A 90o ；当S合在位Z2时，电容器 与A绕组串联， i A 相位超前 i B 90o ，可以分析这两种情况旋转磁场转向相反。洗 衣机中的电动机就是由定时器的转换开关来实现这种自动切换的。 ~ 220V2S1 AX~~i B图7.11-5?1?2Y图7.11-6 图7.11-7二 罩极式异步电动机罩极式电动机其定子铁心磁极结构如图7.11-6所示。单相绕组在磁极上，在 磁极约 1 / 3 部分套一短路铜环(称为罩极)。 当绕组通入交流电i时，i产生磁通 ? 1 ， ? 2 是i产生的磁通与短路环中感应电 流所产生磁通的合成磁通。由于短路环中感应电流阻碍穿过短路环磁通的变化， 使 ? 1 与 ? 2 之间产生相位差 ? ，即 ? 2 滞后 ? 1 。当 ? 1 达到最大值时， ? 2 尚小； 而当 ? 1 减小时， ? 2 才增大到最大值。这相当于在电动机内形成一个向罩极部分 移动的磁场，它使鼠笼式转子产生转矩而起动。 罩极式单相异步电动机结构简单、工作可靠，但起动转矩较小，常用于对起 动转矩要求不高的设备中，如风扇、电吹风等。电工学教案
第七章交流电动机 1、 有一四极三相异步电动机,额定转速 nN=1 440 r/min,转子每相 电阻 R2 =0.02 Ω ,感抗 X20=0.08Ω ,转子电动势 E20=20 V,电源...第7章 交流电动机_理学_高等教育_教育专区。第七章 交流电动机一、填空题: 1.由于三相异步电动机的转矩是由_ 转子导条 对运动产生的,所以称为“异步”。 2...第7章 电机的统一理论_军事/政治_人文社科_专业...dqo 变换推广应用到 异步机更表明三相交流电机都可...24 和 e 的正方向都按电动机惯例规定,已见于图 ...第七章-交流电动机第七章-交流电动机隐藏&& 电工技术 课程授课教案课题第7章 三相异步电动机 授课类型 讲授与多媒体相结合 ①②③④⑤⑥ 课 时 数 8 教目...电工技术作业习题(第七章)答案_财会/金融考试_资格考试/认证_教育专区。班级: ...在三相异步交流电动机的调速控制中, (B)的表述是错误的。 A.变转差率调速可...第8章 交流电动机电动机的作用是将电能转换成机械能。现代各种生产机械都广泛 ...当旋转磁场反转时,电动机也跟着反转。 6 8.2.3 转差率 由图 8.2.7 ...第七章 机电传动控制系统中电动机的选择 7.1、 电动机的温升与哪些因素有关...生产机械要求的转速 nN=1450r/min, 试选一台容量合适的交流电动机来拖动此生产...第7章 交流电动机 暂无评价 59页 免费 4 控制电机 143页 免费 控制电机 177页 免费如要投诉违规内容,请到百度文库投诉中心;如要提出功能问题或意见建议,请点击...电机学7 河南科技学院 电机学期末考试 题库河南科技学院 电机学期末考试 题库隐藏&& 第七章 三相异步电动机的运行原理一、单项选择题 1、三相交流异步电动机的电...第7章异步电动机转差功_物理_自然科学_专业资料。第 7 章异步电动机转差功 ...但我们注意到, 转子回路中串有机械调节变阻器的绕线转子异步电 机可能是交流...
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