（高职）第5章 电动机ppt课件.pptx

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1、第5章 电动机低压变频器应用与维护 主讲 王兆义 高等教育出版社（第4 版） 第第 5 5 章章 电电 动动 机机 【知识学习知识学习】5.1 三相异步电动机的结构三相异步电动机的结构 三相异步电动机主要由定子和转子两个基本部分组成，三相异步电动机主要由定子和转子两个基本部分组成，转子分为笼型转子和绕线转子转子分为笼型转子和绕线转子 两种，结构原理见下图两种，结构原理见下图 。 第第 5 5 章章 电电 动动 机机5.1.1 定定 子子 定子是用来产生旋转磁场的。定子是用来产生旋转磁场的。 定子主要由铁心、定子定子主要由铁心、定子绕组和机座三部分组成。绕组和机座三部分组成。 定子铁心是电动机磁

2、路的一部分，定子铁心是电动机磁路的一部分，由由0.5mm厚的硅钢片叠制而成。厚的硅钢片叠制而成。 硅钢片之间相互硅钢片之间相互 绝缘，可绝缘，可以减少由于交变磁通而引起的涡流损耗。以减少由于交变磁通而引起的涡流损耗。 定子硅钢片内圆定子硅钢片内圆上冲有均匀分布的槽口，上冲有均匀分布的槽口， 用来安装定子绕组。用来安装定子绕组。 第第 5 5 章章 电电 动动 机机5.1.2 转子转子 转子由转子铁心、转子绕组和转轴组成。转子由转子铁心、转子绕组和转轴组成。 转子铁心也是转子铁心也是用用0.5mm厚的硅钢片叠制而成，也是电动机的磁路部分。厚的硅钢片叠制而成，也是电动机的磁路部分。 转转子铁心外子

3、铁心外 圆上冲有均匀分布的槽口，用来放置转子绕组。圆上冲有均匀分布的槽口，用来放置转子绕组。 转转子绕组的作用是产生感应电流，形成电磁转矩，使电动机转子绕组的作用是产生感应电流，形成电磁转矩，使电动机转动起来。动起来。 转子绕组分为铸转子绕组分为铸 铝和绕线两大类。铝和绕线两大类。 笼型转子导体和笼型转子导体和端环是用熔化的铝液整体浇注出来的，呈笼形状，如所示。端环是用熔化的铝液整体浇注出来的，呈笼形状，如所示。笼型转子笼型转子铸铝转子铸铝转子 第第 5 5 章章 电电 动动 机机绕线转子电动机主要用于带载启动的场合。因为结构复杂，故障率高，绕线转子电动机主要用于带载启动的场合。因为结构复杂，

4、故障率高，逐渐被淘汰。逐渐被淘汰。 第第 5 5 章章 电电 动动 机机 5.2 三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理5.2.1 旋转磁场和同步转速旋转磁场和同步转速 1.绕组分布绕组分布 三相异步电动机的定子绕组分布如图所示，它是由在空间三相异步电动机的定子绕组分布如图所示，它是由在空间彼此相隔彼此相隔120机械角机械角 的三组相同的线圈（即三相对称绕组）的三组相同的线圈（即三相对称绕组）组成。组成。 第第 5 5 章章 电电 动动 机机2. 三相旋转磁场三相旋转磁场 第第 5 5 章章 电电 动动 机机3. 同步转速同步转速 当通入工频当通入工频50Hz交流电，则旋转磁场在交流

5、电，则旋转磁场在1s内转内转50r，即转，即转速为速为50r/s。 当通入频率当通入频率 为为 f1的交流电，则旋转磁场的转速的交流电，则旋转磁场的转速为为 f1 （r/s）。）。 通常旋转磁场的转速都以通常旋转磁场的转速都以r/min为单位，则为单位，则 频频率为率为 f1的交流电旋转磁场的转速为的交流电旋转磁场的转速为 旋转磁场转速还与磁极的对数有关系，其关系为旋转磁场转速还与磁极的对数有关系，其关系为 这是计算电动机同步转速的基本公式。这是计算电动机同步转速的基本公式。 第第 5 5 章章 电电 动动 机机5.2.2 三相异步电动机的转动原理三相异步电动机的转动原理1. 转动原理转动原理

6、 当三相异步电动机的定子绕组当三相异步电动机的定子绕组接通三相电源，在定子表面产生接通三相电源，在定子表面产生旋转磁场。静止的转子与旋转磁旋转磁场。静止的转子与旋转磁场之间就有了相对运动，场之间就有了相对运动， 转子导转子导体因切割磁感线而产生感应电流，体因切割磁感线而产生感应电流，此载流导体又处在旋转磁场中，此载流导体又处在旋转磁场中，受电磁力的作用而对转轴产生电受电磁力的作用而对转轴产生电磁转矩，用左手定则判断其作用磁转矩，用左手定则判断其作用方向与旋转磁场方向与旋转磁场 方向一致，因此，方向一致，因此，转子就顺着旋转磁场的旋转方向转子就顺着旋转磁场的旋转方向转动起来。转动起来。 第第 5

7、 5 章章 电电 动动 机机2. 转差率转差率 由异步电动机的工作原理可知，三相异步电动机以转速由异步电动机的工作原理可知，三相异步电动机以转速 n运转时，转子与旋转磁场之间运转时，转子与旋转磁场之间 的相对转速为的相对转速为 n1n 。此。此相对转速与同步转速之比，称为异步电动机的转差率，用相对转速与同步转速之比，称为异步电动机的转差率，用 s表示，即表示，即 或：或： 转差率是分析异步电动机运行特性的一个重要参数。转差率是分析异步电动机运行特性的一个重要参数。 当当三相异步电动机刚接通电源，三相异步电动机刚接通电源， 而转子尚未转动时而转子尚未转动时，n=0，s=1 ；当电动机空载时，；当

8、电动机空载时， n趋近于趋近于 n1， s趋近于零。趋近于零。 可见，可见，三相异三相异 步电动机转差率的变化范围在步电动机转差率的变化范围在01之间。之间。 三相异步三相异步电动机在额定负载下运行时，其转差率电动机在额定负载下运行时，其转差率 很小，很小，sN约等于约等于0.020.06。 第第 5 5 章章 电电 动动 机机3.定子电压、定子与转子电流的关系定子电压、定子与转子电流的关系 异步电动机和变压器的工作原理有很多相似之处，如二者异步电动机和变压器的工作原理有很多相似之处，如二者都是依靠磁通传递能量。都是依靠磁通传递能量。 异异 步电动机定子绕组的感应电动步电动机定子绕组的感应电动

9、势势E1也近似与外加电压也近似与外加电压U1相平衡，有相平衡，有式中，式中， k1为定子绕组系数，与电动机的定子结构有关；为定子绕组系数，与电动机的定子结构有关； 为为旋转磁场的每极平均磁通，当电动机的定子电压和频率一定旋转磁场的每极平均磁通，当电动机的定子电压和频率一定时，时， 为常数。定子电流为常数。定子电流 I1和转子电流和转子电流 I2的比值近似为常数，的比值近似为常数，即即式中，式中，ki为异步电动机的电流系数，常数。当电动机定型后，为异步电动机的电流系数，常数。当电动机定型后，有：有： 第第 5 5 章章 电电 动动 机机 5.3异步电动机的电磁转矩异步电动机的电磁转矩5.3.1

10、转子各量之间的关系转子各量之间的关系 1.转子绕组的感应电动势转子绕组的感应电动势 与变压器的分析类似，当转子切割磁感线产生感应电动势与变压器的分析类似，当转子切割磁感线产生感应电动势时，其有效值的表达式为时，其有效值的表达式为 （1）式中，式中， f2为转子电流的频率；为转子电流的频率； k2为转子绕组系数。为转子绕组系数。 因为电动因为电动机的旋转磁场和转子的相对转速为机的旋转磁场和转子的相对转速为 n1-n，所以有，所以有由式中可知，转子电流频率由式中可知，转子电流频率 f2与与 s 有关，与有关，与 n 有关。将（有关。将（2）式代入（式代入（1）式，有）式，有（2） 第第 5 5 章

11、章 电电 动动 机机式中，式中， ，为转子静止时的感应电动，为转子静止时的感应电动势，是感应电动势的最大值。势，是感应电动势的最大值。转子的感应电动势转子的感应电动势E2与与s成正比。成正比。2.转子感抗转子感抗X2 转子的感应电流产生的磁通一小部分没有通过定子绕组，转子的感应电流产生的磁通一小部分没有通过定子绕组，称为漏磁通，由漏磁通产生漏电感，转子的感应电流产生的磁称为漏磁通，由漏磁通产生漏电感，转子的感应电流产生的磁通一小部分没有通过定子绕组，称为漏磁通，由漏磁通产生漏通一小部分没有通过定子绕组，称为漏磁通，由漏磁通产生漏电感电感 L2，由漏电感形成漏感抗由漏电感形成漏感抗X2 。 漏感

12、抗的表达式为漏感抗的表达式为式中，式中， X20 为转子静止时的漏感抗。为转子静止时的漏感抗。 第第 5 5 章章 电电 动动 机机3. 转子电与功率因数转子电与功率因数cos 2 根据电阻电感串联电路的阻抗三角形关系和有效值欧姆定根据电阻电感串联电路的阻抗三角形关系和有效值欧姆定律，可写出转子电路电流有律，可写出转子电路电流有 效值表达式为效值表达式为由式可知，转子电流由式可知，转子电流随着转差率的增大而随着转差率的增大而增大，其变化规律如增大，其变化规律如图图5-8所示。所示。 因感应因感应电流电流 和感应电动势存和感应电动势存在相位差在相位差 2 ，其功率，其功率因数见下式：因数见下式：

13、 第第 5 5 章章 电电 动动 机机由上式可知，转子的功率因数由上式可知，转子的功率因数cos2 随随 s 的增大而的增大而 减小，减小，当转子停止时，当转子停止时，s =1，功率因数最低，其变化规律如，功率因数最低，其变化规律如图图 5-8 所示。所示。笼型异步电动机的这个笼型异步电动机的这个特点，在电动机启动时，特点，在电动机启动时，因为功率因数最低，电因为功率因数最低，电动机转子电流很大，但动机转子电流很大，但是功率因数很低，电动是功率因数很低，电动机的转矩很低，不能带机的转矩很低，不能带载启动。载启动。 第第 5 5 章章 电电 动动 机机5.3.2 三相异步电动机的电磁转矩三相异步

14、电动机的电磁转矩 1.电磁转矩电磁转矩T 三相异步电动机的电磁转矩表达式为三相异步电动机的电磁转矩表达式为 式中，式中， CT为电动机常数，与电动机的结构有关。将前面公式为电动机常数，与电动机的结构有关。将前面公式分别整理一同分别整理一同 代入上式，可得到另一电磁转矩表达式为代入上式，可得到另一电磁转矩表达式为式中，式中，K为比例常数；为比例常数； s为转差率；为转差率； U1为定子绕组电压；为定子绕组电压； X20为转子静止时的绕为转子静止时的绕 组感抗，为常数；组感抗，为常数； R2为转子每相绕组的电为转子每相绕组的电阻，在绕阻，在绕 线式转子中可外接可变电阻改变线式转子中可外接可变电阻改

15、变 R2值。值。 （1）（2） 第第 5 5 章章 电电 动动 机机转矩特性转矩特性R2-Tm特性特性2. 转矩特性分析转矩特性分析 将上述公式特性线画在同一个坐标图上，进行特点分析。将上述公式特性线画在同一个坐标图上，进行特点分析。（1）当）当 s 很小时，很小时， ， （公式（公式2） 。 第第 5 5 章章 电电 动动 机机（2）当）当s 很大时，很大时， （3）当其他参数不变时，）当其他参数不变时，转矩转矩T U 2。电动机在。电动机在工作中，工作电压高一些，工作中，工作电压高一些，电动机输出转矩大，工作电动机输出转矩大，工作电流会小一些；工作电压电流会小一些；工作电压低，会使工作电流

16、上升，低，会使工作电流上升，造成电动机过热。造成电动机过热。（4）改变电阻）改变电阻 R2，可改，可改变变sm值，通过改变值，通过改变R2 ，可以使启动时有最大转矩。可以使启动时有最大转矩。用于电动机带载启动。用于电动机带载启动。，启动转矩小。，启动转矩小。 第第 5 5 章章 电电 动动 机机5.3.3 电动机机械特性电动机机械特性 电动机转速和转矩的关系，称为机械特性。电动机转速和转矩的关系，称为机械特性。 1.额定转矩额定转矩 TN 图中图中TN为额定转矩，处在机械特性线的线性部分，工作在为额定转矩，处在机械特性线的线性部分，工作在额定状态，电动机的转矩变化，转速基本不变，有较硬的机额定

17、状态，电动机的转矩变化，转速基本不变，有较硬的机械特性。械特性。 2.最大转矩最大转矩Tm 当转矩达到当转矩达到Tm时，电动机堵时，电动机堵转。转。 3. 启动转矩启动转矩Tst 电动机启动时的转矩。电动机启动时的转矩。 第第 5 5 章章 电电 动动 机机4. 过载能力过载能力 为了衡量电动机的过载能力，定义过载参数为了衡量电动机的过载能力，定义过载参数，定义式为，定义式为 = Tm/TN 式中，式中， 称为过载能力，笼型电动机一般过载称为过载能力，笼型电动机一般过载能力为能力为1.82.2。5. 启动能力启动能力st为了衡量电动机的起动能力，定为了衡量电动机的起动能力，定义起动能力参数义起

18、动能力参数st，定义式为，定义式为 st=Tm/Tst笼型电动机一般起动能力为笼型电动机一般起动能力为2左右，左右，但是因为启动电流为额定电流的但是因为启动电流为额定电流的48倍，笼型电动机不能带载启动。倍，笼型电动机不能带载启动。 第第 5 5 章章 电电 动动 机机5.3.4 三相异步电动机功率计算三相异步电动机功率计算 三相异步电动机应用时，必须掌握功率的计算方法。三相异步电动机应用时，必须掌握功率的计算方法。1. 额定转矩计算额定转矩计算 电动机在额定电压下拖动额定负载（即电动机输出电动机在额定电压下拖动额定负载（即电动机输出 额定额定机械功率）工作的状态，称为电动机的额定运行，此机械

19、功率）工作的状态，称为电动机的额定运行，此 时的时的转矩称为额定转矩。转矩称为额定转矩。 电动机的额定功率电动机的额定功率 PN、额定、额定 转速转速 nN 、额定转矩额定转矩 TN之间的关系为之间的关系为 式中，式中， TN为额定转矩，单位为为额定转矩，单位为Nm； PN为额定功率，单位为额定功率，单位为为kW； nN为额定转速，单位为为额定转速，单位为r/min。 第第 5 5 章章 电电 动动 机机2. 额定功率计算额定功率计算 PN 额定功率是指电动机转轴上输出的机械功率。可以用机械额定功率是指电动机转轴上输出的机械功率。可以用机械功率公式计算也可以用电功率公式进行计算。功率公式计算也

20、可以用电功率公式进行计算。 （1）机械功率公式计算）机械功率公式计算式中单位和上述额定转矩中相同。式中单位和上述额定转矩中相同。（2）电功率公式计算）电功率公式计算NNNnTP95501式中，式中， N电动机效率。电动机效率。 N = PN/P1N， P1N= ； UN额定电压，单位额定电压，单位V； IN额定电流，单位额定电流，单位A；PN额定功率，单额定功率，单位位W。NNNIUcos3 第第 5 5 章章 电电 动动 机机3. 电动机铭牌电动机铭牌 电动机出厂时，生产厂家要把该电动电动机出厂时，生产厂家要把该电动 机的型号、性能、机的型号、性能、技术数据和使用条件等在技术数据和使用条件等

21、在 电动机的铭牌中加以说明，以供用电动机的铭牌中加以说明，以供用户作为户作为 选用的依据。选用的依据。 因此使用者先要看懂铭牌，了因此使用者先要看懂铭牌，了 解了电解了电动机的技术数据后，才能通电使用。动机的技术数据后，才能通电使用。 第第 5 5 章章 电电 动动 机机（1）型号的意义）型号的意义 （2）额定参数）额定参数 电动机长期工作，不被烧毁的电压、电流、频率等参数，电动机长期工作，不被烧毁的电压、电流、频率等参数，称为额定值。称为额定值。 额定电压额定电压UN ； 额定电流额定电流IN； 额定频率额定频率fN; 额定额定功率功率kW； 额定转速额定转速r/min；额定效率；额定效率N

22、 第第 5 5 章章 电电 动动 机机5.3.5 总结总结 （1）结构特点）结构特点 笼型异步电动机的转子是压铸成型的笼型导条，结构牢固，笼型异步电动机的转子是压铸成型的笼型导条，结构牢固，故障率极低。电动机是密封工作，粉尘、污物不能进到电动故障率极低。电动机是密封工作，粉尘、污物不能进到电动机内部，能够工作在恶劣环境，免维护，寿命很长。机内部，能够工作在恶劣环境，免维护，寿命很长。 （2）机械特性）机械特性 笼型异步电动机机械特性硬，速度稳定；过载能力强，一笼型异步电动机机械特性硬，速度稳定；过载能力强，一般情况下不堵转。很多负载需要这种机械特性。般情况下不堵转。很多负载需要这种机械特性。

23、（3）不足之处）不足之处 启动电流大，为额定电流的启动电流大，为额定电流的47倍，启动时对电源冲击大。倍，启动时对电源冲击大。功率因数功率因数cos 2是转子电流是转子电流I2变化率的函数，变化率的函数， I2变化率越大，变化率越大，功率因数功率因数cos 2越小。造成启动时电流很大，但启动转矩小；越小。造成启动时电流很大，但启动转矩小；快速性差，提速慢。快速性差，提速慢。 第第 5 5 章章 电电 动动 机机【工程应用工程应用】 5.4 三相异步电动机的控制三相异步电动机的控制 三相异步电动机是一个工作电器，工作过程中要进行控制。三相异步电动机是一个工作电器，工作过程中要进行控制。5.4.1

24、 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 电动机接通电源后，转速从零上升到稳定转速的过程称为电动机接通电源后，转速从零上升到稳定转速的过程称为起动。在起动瞬间的电起动。在起动瞬间的电 流称为起动电流。流称为起动电流。 起动电流很大，其起动电流很大，其值约等于额定电流的值约等于额定电流的47倍。倍。 过大的起动电流会使电过大的起动电流会使电 网电压网电压产生波动，影响同一线路上的其他用电设备正常工作；电动产生波动，影响同一线路上的其他用电设备正常工作；电动机频繁起动，还会造成其机频繁起动，还会造成其 严重发热而损坏。严重发热而损坏。 因此，对于功率因此，对于功率较大的电动机（较大的电动机（10

25、kW以上），在起动时需要采取措施把以上），在起动时需要采取措施把 起动起动电流限制在一定的数值范围内。电流限制在一定的数值范围内。 第第 5 5 章章 电电 动动 机机1.直接起动直接起动 这种方法是在定子绕组上直接加上额定这种方法是在定子绕组上直接加上额定电压来起动。电压来起动。 一般情况下，对于使用公共一般情况下，对于使用公共动力动力 电网供电的电动机，只要其容量不超电网供电的电动机，只要其容量不超过过10kW，便可采用直接起动。，便可采用直接起动。 直接起动直接起动的优点是：起的优点是：起 动设备简单，操作方便，起动设备简单，操作方便，起动过程短。动过程短。 图中图中QS是隔离开关，是隔

26、离开关，KM是接触器，当是接触器，当QS闭合后，接触器吸合，电动机通电起闭合后，接触器吸合，电动机通电起动。因为电动机没有采用任何的降压措施，动。因为电动机没有采用任何的降压措施，是直接起动。是直接起动。 第第 5 5 章章 电电 动动 机机2. 降压起动降压起动 电动机在起动时，利用起动设备使加在定子绕组上的电压电动机在起动时，利用起动设备使加在定子绕组上的电压降低，以达到限制起动电流的降低，以达到限制起动电流的 目的，称为降压起动。目的，称为降压起动。 （1）Y-D 降压起动降压起动 起动时作三角形联结，使加在定子绕组上的相电压降低起动时作三角形联结，使加在定子绕组上的相电压降低到额定电压

27、的到额定电压的1/ ，启动后改接成三角形联结。，启动后改接成三角形联结。3起动起动过程过程 第第 5 5 章章 电电 动动 机机起动时，起动时，QS2的三个动触的三个动触点打到下面，使三相绕组点打到下面，使三相绕组的尾端的尾端U2、V2、W2连在连在一起，电动机做一起，电动机做Y连接。连接。当电动机起动后，当电动机起动后，QS2开开关打到上端，使三相绕组关打到上端，使三相绕组首尾连接，首尾连接， 型运行。型运行。 第第 5 5 章章 电电 动动 机机 （2）自耦变压器降压起动）自耦变压器降压起动 对容量较大或正常运行时规定用星形联结的笼型异步电动对容量较大或正常运行时规定用星形联结的笼型异步电

28、动机，在不允许直接起动的情机，在不允许直接起动的情 况下，可采用自耦变压器起动。况下，可采用自耦变压器起动。 起动时起动时QS2动触点打到下面，动触点打到下面，通过自耦变压器降压，以减通过自耦变压器降压，以减小起动电流。当电动机转速小起动电流。当电动机转速达到额定值，将达到额定值，将QS2动触点动触点打到上面，自耦变压器降压打到上面，自耦变压器降压切除，电动机在电网电压运切除，电动机在电网电压运行。行。 优点是起动平稳，对电网优点是起动平稳，对电网冲击小。缺点投资大。冲击小。缺点投资大。 第第 5 5 章章 电电 动动 机机 （3）软起动器降压起动）软起动器降压起动 软起动器是近年来出现的一项

29、新技术。通过晶闸管交流斩波，软起动器是近年来出现的一项新技术。通过晶闸管交流斩波，控制加在电动机上的电压高低，达到降压起动目的。控制加在电动机上的电压高低，达到降压起动目的。 第第 5 5 章章 电电 动动 机机5.4.2 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 调速是指在负载不变的情况下，通过人为的方法来改变电动调速是指在负载不变的情况下，通过人为的方法来改变电动机转速的过程。机转速的过程。 异步电动异步电动 机的转速与定子的磁极对数机的转速与定子的磁极对数 p 、转、转差率差率 s和电源的频率和电源的频率 f1之间的关系为之间的关系为 因此，可以通过改变电动机的磁极对数因此，可以通过改变

30、电动机的磁极对数 p、转差率转差率 s和电源的和电源的频率频率 f1等方法来调节电等方法来调节电 动机的转速。动机的转速。 1. 改变定子绕组的磁极对数改变定子绕组的磁极对数 p 来调速来调速 这种电动机定子每相都由多个独立的绕组组成，调速时可这种电动机定子每相都由多个独立的绕组组成，调速时可通过改变各相绕组的连接方通过改变各相绕组的连接方 法（串联或并联）来改变磁场的法（串联或并联）来改变磁场的磁极对数，以达到改变电动机转速的目的。过去应用较多。磁极对数，以达到改变电动机转速的目的。过去应用较多。 第第 5 5 章章 电电 动动 机机2. 改变转子电路的电阻改变转子电路的电阻R2调速调速 这

31、种调速方法只适用于绕线转子异步电动机。这种调速方法只适用于绕线转子异步电动机。 调速时需在调速时需在电动机的转子电路中接入一电动机的转子电路中接入一 个三相变阻器个三相变阻器R2 ，根据下图，根据下图T-s曲曲线可见，线可见， R2越大，转速越低。越大，转速越低。 缺点是缺点是R2要消耗大量的电要消耗大量的电能，损耗大故障率高。能，损耗大故障率高。 第第 5 5 章章 电电 动动 机机3.变频调速变频调速 随着变流技术的迅速发展，交流变频器已经广泛应用于异随着变流技术的迅速发展，交流变频器已经广泛应用于异步电动机的调速系统。步电动机的调速系统。 关于关于 变频器在电力电子技术应用一变频器在电力

32、电子技术应用一章中再做介绍。章中再做介绍。 第第 5 5 章章 电电 动动 机机5.4.3 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动 当电动机被切断电源后，由于转子的转动惯量比较大，转子当电动机被切断电源后，由于转子的转动惯量比较大，转子仍要继续转动一段时间才能仍要继续转动一段时间才能 停下来。停下来。 但许多生产机械要求电动但许多生产机械要求电动机在切断电源后应能及时地停止，因此需要对电动机进机在切断电源后应能及时地停止，因此需要对电动机进 行制动。行制动。 1. 反接制动反接制动 当要求电动机从运行状态迅速停止时，先将定子绕组的接线当要求电动机从运行状态迅速停止时，先将定子绕组的接线端由正

33、端由正 转连接改为反转连接（即调换三相电源中任意两相之间转连接改为反转连接（即调换三相电源中任意两相之间的位置即可）。的位置即可）。 此此 时电动机的旋转磁场将由原来的正转变为反时电动机的旋转磁场将由原来的正转变为反转，转子也将随之由正转向转，转子也将随之由正转向 反转过渡。反转过渡。 当转子的转速下降到接当转子的转速下降到接近于零时，立即切断电源，电动机便能近于零时，立即切断电源，电动机便能 迅速停止。迅速停止。 第第 5 5 章章 电电 动动 机机 右图是反接制动控制电路。右图是反接制动控制电路。 这种制动方法形成的制这种制动方法形成的制 动转动转矩大，因而制动速度快。矩大，因而制动速度快

34、。 但但电动机的转速接近为零时，电动机的转速接近为零时，应立即切断电应立即切断电 源，以免电动源，以免电动机反向起动。机反向起动。 制动方法的使用一般是：制动方法的使用一般是： 在停机时先点动反转按钮，在停机时先点动反转按钮，随后就按点动停机按钮，立随后就按点动停机按钮，立即停机。即停机。 此制动方法不适应频繁制此制动方法不适应频繁制动。动。 第第 5 5 章章 电电 动动 机机2.能耗制动能耗制动 能耗制动电气控制电路如下图所示。能耗制动电气控制电路如下图所示。 制动时，在切断电动制动时，在切断电动机的交机的交 流电源的同时，将一直流电源引入任意两相定子绕组流电源的同时，将一直流电源引入任意

35、两相定子绕组中，直流电流在定子中，直流电流在定子制动电路制动电路制动原理制动原理绕组中产生一个固定不绕组中产生一个固定不动的磁场。动的磁场。 转子导线切转子导线切割此磁场磁力线产生感割此磁场磁力线产生感应电流，该电流又和磁应电流，该电流又和磁场作用产生制动力，转场作用产生制动力，转子在此制动力作用下停子在此制动力作用下停机。机。 该制动连续应用转子该制动连续应用转子会严重发热。会严重发热。 第第 5 5 章章 电电 动动 机机5.4.4 电动机启动停机应用案例电动机启动停机应用案例 1.水泵电动机控制方案水泵电动机控制方案 一台一台55kW三相笼型异步电动机，驱动水泵工作，控制没有三相笼型异步

36、电动机，驱动水泵工作，控制没有太高要求，停机不用制动，选择控制方案。太高要求，停机不用制动，选择控制方案。 起动方式选择起动方式选择：55kW电动机功率较大（超过直接起动电动机功率较大（超过直接起动10kW），需采用降压起动。降压起动方法有多种，最简单、），需采用降压起动。降压起动方法有多种，最简单、造价又比较低的是造价又比较低的是Y起动。根据水泵起动转矩很小，起动。根据水泵起动转矩很小， Y起动能满足起动要求，故选择起动能满足起动要求，故选择Y降压起动。降压起动。 因为停机无要求，停机时采用断电自由停机。因为停机无要求，停机时采用断电自由停机。 第第 5 5 章章 电电 动动 机机2. 卷绕

37、机控制方案卷绕机控制方案 有一卷绕机，将加工成型的金属丝卷成直径有一卷绕机，将加工成型的金属丝卷成直径1m，长，长1.5m的的线轴，线轴的转动速度较高。采用线轴，线轴的转动速度较高。采用30kW电动机驱动，要求停电动机驱动，要求停机有制动。机有制动。 分析分析：该例采用：该例采用30kW电动机，需要降压起动。又有停机制电动机，需要降压起动。又有停机制动要求，可选用软启动器进行起动、停机控制。动要求，可选用软启动器进行起动、停机控制。 软启动器起动电流设置软启动器起动电流设置：30kW的电动机额定电流在的电动机额定电流在60A左左右，起动电流一般为额定电流的右，起动电流一般为额定电流的2倍，可设

38、置为倍，可设置为120A。 停机制动设置停机制动设置：可设置为：可设置为“力矩斜坡停机力矩斜坡停机”，即能耗制动停，即能耗制动停机，通过设置制动电流的大小，可以准确的控制停机时间。机，通过设置制动电流的大小，可以准确的控制停机时间。 软启动器选择软启动器选择：软启动功率的选择要比电动机高出一个功率：软启动功率的选择要比电动机高出一个功率档次，即选择档次，即选择45kW。 第第 5 5 章章 电电 动动 机机 【知识学习知识学习】 5.5 单相电动机单相电动机 除了三相交流电动机之外，还有很多不同功能的单相专用除了三相交流电动机之外，还有很多不同功能的单相专用电动机，这些专用电动机和我们的工作、

39、生活密切相关。电动机，这些专用电动机和我们的工作、生活密切相关。5.5.1 电容分相单相异步电动机工作原理电容分相单相异步电动机工作原理 1. 定子有两相绕组，定子有两相绕组，U相和相和Z相，相，Z1相通过电容相通过电容C和和U1相并联，相并联，Z2U2连连接到公共点。见右图。接到公共点。见右图。 第第 5 5 章章 电电 动动 机机 2. 绕组在定子上的分布见结构图，两个绕组互差绕组在定子上的分布见结构图，两个绕组互差90。两个绕组的电流在相位上相差两个绕组的电流在相位上相差90相位差，见定子电流波形相位差，见定子电流波形图。图。 第第 5 5 章章 电电 动动 机机 3. 旋转磁场。在旋转

40、磁场。在i1、 i2定定子电流的作用下，定子表面子电流的作用下，定子表面产生旋转磁场。定子在旋转产生旋转磁场。定子在旋转磁场作用下转动。磁场作用下转动。 第第 5 5 章章 电电 动动 机机4. 电动机用途电动机用途 电容分相单相电动机功率从几十电容分相单相电动机功率从几十瓦瓦几千瓦，主要应用在转速比较低，几千瓦，主要应用在转速比较低，功率比较小的家用电器、冷却风机、功率比较小的家用电器、冷却风机、不移动的加工设备上。不移动的加工设备上。 第第 5 5 章章 电电 动动 机机5.5.2 罩极单相电动机罩极单相电动机 1.电动机工作原理电动机工作原理 （1）旋转磁场的形成）旋转磁场的形成 当定子

41、线圈中通入当定子线圈中通入交流电流（见右图），交流电流（见右图），在定子铁心中产生主在定子铁心中产生主磁通磁通m。一部分。一部分/m主磁通穿过短路环时，在短路环中产生感应电流，该电流产主磁通穿过短路环时，在短路环中产生感应电流，该电流产生阻碍磁通生阻碍磁通k，k落后于主磁通落后于主磁通/m,并与并与/m合并为磁通合并为磁通s输出输出。 s在相位上落后于在相位上落后于m接近接近 90相位角，相位角，形成旋转磁形成旋转磁场。转子导线切割磁感应线产生电磁力旋转。场。转子导线切割磁感应线产生电磁力旋转。 第第 5 5 章章 电电 动动 机机（2）结构原理与应用）结构原理与应用 电动机结构如图示，电动机

42、结构如图示，线圈绕组安装在铁芯上，线圈绕组安装在铁芯上，上下端盖支撑转子转动。上下端盖支撑转子转动。该电动机结构简单，工作该电动机结构简单，工作可靠，噪音低，寿命长。可靠，噪音低，寿命长。 该电机属于微型电机，该电机属于微型电机，主要应用在仪器、仪表、主要应用在仪器、仪表、微型风扇等场合，功率在微型风扇等场合，功率在100W以下。以下。 第第 5 5 章章 电电 动动 机机5.5.3 串励交流电动机串励交流电动机 在生产中，人们需要一种功率大，重量轻，可以手持操在生产中，人们需要一种功率大，重量轻，可以手持操作的电动工具。串励交流电动机满足此要求。作的电动工具。串励交流电动机满足此要求。 串励

43、交流电动机没有旋转磁场，是通过换向器工作的电动串励交流电动机没有旋转磁场，是通过换向器工作的电动机。其转子转速很高，能够产生较大的反电动势，以平衡输机。其转子转速很高，能够产生较大的反电动势，以平衡输入电压，所以体积小，功率大，是便携电器的首选。入电压，所以体积小，功率大，是便携电器的首选。 1. 工作原理工作原理 右图是原理图，在定子右图是原理图，在定子的两个极靴上分别绕制两个的两个极靴上分别绕制两个绕组，两绕组再与转子绕组绕组，两绕组再与转子绕组通过换向器串联。通过换向器串联。 第第 5 5 章章 电电 动动 机机 当电流由当电流由A流进，流进，B流出，为正半周时，极靴的磁极方向和流出，为

44、正半周时，极靴的磁极方向和转子的电流方向如图示，根据楞次左手定则，可判断转子顺转子的电流方向如图示，根据楞次左手定则，可判断转子顺时针转动。当电流为负半周，极靴的磁极方向和转子的电流时针转动。当电流为负半周，极靴的磁极方向和转子的电流方向同时反向，转子的转动方向不变（见波形图）。方向同时反向，转子的转动方向不变（见波形图）。转子转速转子转速n和转子电流和转子电流i成正比，和转矩成正比，和转矩T成正比。当外加电压成正比。当外加电压恒定，转子的转速恒定。恒定，转子的转速恒定。 第第 5 5 章章 电电 动动 机机2. 工程应用工程应用 电动机外形如图示。因为电动机外形如图示。因为该电动机转子的转速

45、和电磁该电动机转子的转速和电磁力大小有关，和电源的频率力大小有关，和电源的频率无关，转子的转速可以做的无关，转子的转速可以做的很高。转子转速越高，反电很高。转子转速越高，反电动势就越大，电动机的体积就越小。动势就越大，电动机的体积就越小。 串励电动机是交直流两用电动机。该电动机因为体积小，串励电动机是交直流两用电动机。该电动机因为体积小，重量轻，功率大，广泛应用于手持电动工具。如手电钻、手重量轻，功率大，广泛应用于手持电动工具。如手电钻、手持砂轮、手持切割机、吸尘器等持砂轮、手持切割机、吸尘器等一切轻便电器上一切轻便电器上。该电动机。该电动机的缺点因为是碳刷导电，转子的速度又高，换向器容易损坏

46、，的缺点因为是碳刷导电，转子的速度又高，换向器容易损坏，电动机的寿命短。电动机的寿命短。 第第 5 5 章章 电电 动动 机机【工程应用工程应用】 5.6 电动机的选择及应用电动机的选择及应用5.6.1 工程应用电动机的选择工程应用电动机的选择 1. 电动机容量的选择电动机容量的选择 在电动机的铭牌上，规定了一系列的电动机额定工作值，在电动机的铭牌上，规定了一系列的电动机额定工作值，这些额定工作值是电动机长期安全工作的保证。电动机长期这些额定工作值是电动机长期安全工作的保证。电动机长期工作必须工作在额定状态。如果电动机容量选择的过大，大工作必须工作在额定状态。如果电动机容量选择的过大，大马拉小

47、车，造成浪费；选择的小，电动机工作过载，造成电马拉小车，造成浪费；选择的小，电动机工作过载，造成电动机过早老化或因过热而损坏。动机过早老化或因过热而损坏。 第第 5 5 章章 电电 动动 机机 （1） 电动机工作在风机、水泵上，按风机水泵铭牌上规电动机工作在风机、水泵上，按风机水泵铭牌上规定的功率选择即可。定的功率选择即可。 （2） 在机械传动上，因工况复杂，如间歇工作、冲击性在机械传动上，因工况复杂，如间歇工作、冲击性负载、工作环境通风不良、安装位置限制、电源电压的限制，负载、工作环境通风不良、安装位置限制、电源电压的限制，就要根据具体情况来考虑，要留出一定的功率裕量。就要根据具体情况来考虑

48、，要留出一定的功率裕量。 （3）计算法）计算法 电动机连续工作，但负载不稳定，忽大忽小。在一个电流电动机连续工作，但负载不稳定，忽大忽小。在一个电流周期中有最大电流周期中有最大电流I1和等效电流和等效电流Ieq ，电动机选择的原则是：，电动机选择的原则是： 选择连续工作制的电动机（电动机分连续工作和间歇选择连续工作制的电动机（电动机分连续工作和间歇工作两类，间歇工作制的电动机做连续工作会烧毁）。工作两类，间歇工作制的电动机做连续工作会烧毁）。 第第 5 5 章章 电电 动动 机机nnnttttItItI 212222121eqI变化负载的电流图变化负载的电流图 电动机的堵转电流要高于负载的最大

49、电流电动机的堵转电流要高于负载的最大电流I1（电动机的（电动机的堵转电流为额定电流的堵转电流为额定电流的倍）；电动机的额定电流倍）；电动机的额定电流IN要高于要高于负载的等效电流负载的等效电流Ieq。 Ieq的计算公式为：的计算公式为：式中，式中， I1是在一个电流周期中是在一个电流周期中的最大值，的最大值， Ieq是在一个电流周是在一个电流周期中的等效值。见右图。期中的等效值。见右图。 第第 5 5 章章 电电 动动 机机（4）类比选择法）类比选择法 类比法（经验法），就是通过与同类型的生产机械所用类比法（经验法），就是通过与同类型的生产机械所用电动机的功率进行类比，确定电动机的容量。因为电

50、动机电动机的功率进行类比，确定电动机的容量。因为电动机在各种工作场合的应用都已经很成熟，用类比法选择简单、在各种工作场合的应用都已经很成熟，用类比法选择简单、可靠。可靠。2. 电动机转速的选择电动机转速的选择 磁极对数不同，有不同的额定转速。相同功率的电动机，磁极对数不同，有不同的额定转速。相同功率的电动机，极数越多，转速越低，体积越大，价格越贵。因此，选择极数越多，转速越低，体积越大，价格越贵。因此，选择电动机的转速即要考虑速度合适，还要考虑电动机的体积电动机的转速即要考虑速度合适，还要考虑电动机的体积价格。一般电动机要通过减速器和负载进行速度匹配，这价格。一般电动机要通过减速器和负载进行速