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1、电工技术-第7章讲稿1第1页，共54页，编辑于2022年，星期日电动机电动机交流电动机交流电动机直流电动机直流电动机鼠笼式鼠笼式 绕线式绕线式异步机异步机同步机同步机他励、异励、串励、复励他励、异励、串励、复励电动机的分类电动机的分类 2第2页，共54页，编辑于2022年，星期日7.1 7.1 三相异步电动机的构造三相异步电动机的构造三相异步电动机由定子和转子构成。定子和转子都三相异步电动机由定子和转子构成。定子和转子都有铁心和绕组。有铁心和绕组。定子的三相绕组为定子的三相绕组为AXAX、BYBY、CZCZ。转子分为鼠笼式和绕线式两种结构。转子分为鼠笼式和绕线式两种结构。鼠笼式转子绕组有铜条和
2、铸铝两种形式。鼠笼式转子绕组有铜条和铸铝两种形式。绕线式转子绕组的形式与定子绕组基本相同，绕线式转子绕组的形式与定子绕组基本相同，3 3个绕组个绕组的末端连接在一起构成星形连接，的末端连接在一起构成星形连接，3 3个始端连接在个始端连接在3 3个铜个铜集电环上，起动变阻器和调速变阻器通过电刷与集集电环上，起动变阻器和调速变阻器通过电刷与集电环和转子绕组相连接。电环和转子绕组相连接。3第3页，共54页，编辑于2022年，星期日三相异步电动机的组成三相异步电动机的组成鼠笼式电动机的各部件4第4页，共54页，编辑于2022年，星期日三相异步电动机的结构三相异步电动机的结构V2V1W2U2U1W1转子
3、转子定子定子定子绕组定子绕组（三相）（三相）机座机座U、V、W分别代表分别代表三个线圈；角标三个线圈；角标1表表示线圈的首端，角示线圈的首端，角标标2表示线圈的末端。表示线圈的末端。5第5页，共54页，编辑于2022年，星期日定子由定子由定子铁心定子铁心、定子绕组定子绕组、机座机座三部分组成。三部分组成。定子铁心定子铁心:一般采用一般采用0.5mm0.5mm厚并涂有绝缘漆的硅钢片叠压而成，形状为环厚并涂有绝缘漆的硅钢片叠压而成，形状为环行，沿内圆表面均匀轴向开槽。行，沿内圆表面均匀轴向开槽。作用：一是导磁，二是安放绕组。作用：一是导磁，二是安放绕组。1、定子、定子定子绕组定子绕组：由漆包线绕制
4、而成。连接方式有三角形或星形两种。：由漆包线绕制而成。连接方式有三角形或星形两种。作用：形成旋转磁场。作用：形成旋转磁场。机座机座：中小型电机采用铸铁机座；大型电机采用钢板焊接机座。：中小型电机采用铸铁机座；大型电机采用钢板焊接机座。作用：支撑定子铁心。作用：支撑定子铁心。6第6页，共54页，编辑于2022年，星期日定子硅钢片装有三相绕组的定子7第7页，共54页，编辑于2022年，星期日 机座外有一接线盒，选择不同的接线方式可以使机座外有一接线盒，选择不同的接线方式可以使定子绕组的接线形式选为星形或为三角形。定子绕组的接线形式选为星形或为三角形。U1U2V2V1W2W1接线盒接线盒8第8页，共
5、54页，编辑于2022年，星期日 Y 接法：接法：U1U1U2U2V2V2V1V1W1W1W2W2 接法：接法：V2U1U1U2U2V2V1V1W2W2W1W1注：定子绕组的连接方式分别为星形连接与三角形注：定子绕组的连接方式分别为星形连接与三角形连接。连接。9第9页，共54页，编辑于2022年，星期日2、转子、转子转子主要由转子主要由转子铁心转子铁心和和转子绕组转子绕组组成。组成。转子铁心转子铁心:它用它用0.5mm厚且外圆周冲有转子槽形的硅钢厚且外圆周冲有转子槽形的硅钢片叠压而成。片叠压而成。作用：一是导磁，二是安放绕组。作用：一是导磁，二是安放绕组。转子绕组转子绕组线绕式线绕式由漆包线绕
6、制而成。由漆包线绕制而成。鼠笼式鼠笼式作用：产生电磁转矩作用：产生电磁转矩10第10页，共54页，编辑于2022年，星期日磁磁 铁铁闭闭 合合线线 圈圈7.2 7.2 三相异步电动机的转动原理三相异步电动机的转动原理11第11页，共54页，编辑于2022年，星期日磁极旋转磁极旋转导线切割磁力线产生感应电动势导线切割磁力线产生感应电动势导线长导线长磁感应强度磁感应强度切割速度切割速度（右手定则）（右手定则）闭合导线产生电流闭合导线产生电流 i通电导线在磁场中受力通电导线在磁场中受力（左手定则）（左手定则）注意：注意：受力方向与磁场旋转受力方向与磁场旋转方向一致方向一致12第12页，共54页，编辑
7、于2022年，星期日1.线圈跟着磁铁转线圈跟着磁铁转两者转动方向一两者转动方向一 致致 结论：结论：异步异步2.线圈比磁场转得慢线圈比磁场转得慢13第13页，共54页，编辑于2022年，星期日 把三相定子绕组接成星形接到对称三相电源，定把三相定子绕组接成星形接到对称三相电源，定子绕组中便有对称三相电流流过。子绕组中便有对称三相电流流过。异步电动机中异步电动机中,旋转磁场代替了旋转磁极旋转磁场代替了旋转磁极7.2.1 7.2.1 旋转磁场旋转磁场14第14页，共54页，编辑于2022年，星期日15第15页，共54页，编辑于2022年，星期日旋转方向旋转方向：取决于三相电流的相序。：取决于三相电流
8、的相序。注意：注意：只要将接入定子绕组的三相交流电任意只要将接入定子绕组的三相交流电任意换接换接其中其中两两相相，旋转磁场的方向改变旋转磁场的方向改变，电机的旋转方向也改变电机的旋转方向也改变。旋转磁场的旋转方向旋转磁场的旋转方向CBA16第16页，共54页，编辑于2022年，星期日磁极对数（磁极对数（P）的概念）的概念ABXYCZ此种接法下，合成磁场只有一对磁极，则磁极对数为此种接法下，合成磁场只有一对磁极，则磁极对数为1。即：即：AXZBCYABC17第17页，共54页，编辑于2022年，星期日磁极对数（磁极对数（P）的改变）的改变 将每相绕组分成两段，按右下图放入定子槽内。则形成两对将每
9、相绕组分成两段，按右下图放入定子槽内。则形成两对磁极的磁场。磁极的磁场。P=2AACZCYBCXYZAXBZAXXBYYBCZABC18第18页，共54页，编辑于2022年，星期日三相异步电动机的同步转速三相异步电动机的同步转速磁极对数磁极对数P=1P=3P=4P=5P=6P=2同步转速同步转速n0(f=50HZ)3000转转/分分1500转转/分分1000转转/分分750转转/分分600转转/分分500转转/分分旋转磁场的转速决定于磁场的极数。旋转磁场的转速决定于磁场的极数。019第19页，共54页，编辑于2022年，星期日结论结论 (1)(1)在对称的三相绕组中通入三相电流，可以产在对称的
10、三相绕组中通入三相电流，可以产生在空间旋转的合成磁场。生在空间旋转的合成磁场。(2)(2)磁场旋转方向与电流相序一致。电流相序为磁场旋转方向与电流相序一致。电流相序为A-B-CA-B-C时磁场顺时针方向旋转；电流相序为时磁场顺时针方向旋转；电流相序为A-C-BA-C-B时磁场逆时磁场逆时针方向旋转。时针方向旋转。(3)(3)磁磁场场转转速速(同同步步转转速速)与与电电流流频频率率有有关关，改改变变电电流流频频率率可可以以改改变变磁磁场场转转速速。对对两两极极(一一对对磁磁极极)磁磁场场，电电流流变变化化一一周周，则则磁磁场场旋旋转转一一周周。同同步步转转速速n no o与与磁磁场场磁磁极极对对
11、数数p p的关系为：的关系为：20第20页，共54页，编辑于2022年，星期日7.2.2 7.2.2 三相异步电动机的转动原理三相异步电动机的转动原理 静静止止的的转转子子与与旋旋转转磁磁场场之之间间有有相相对对运运动动，在在转转子子导导体体中中产产生生感感应应电电动动势势，并并在在形形成成闭闭合合回回路路的的转转子子导导体体中中产产生生感感应应电电流流，其其方方向向用用右右手手定定则则判判定定。转转子子电电流流在在旋旋转转磁磁场场中中受受到到磁磁场场力力F F的的作作用用，F F的的方方向向用用左左手手定定则则判判定定。电电磁磁力力在在转转轴轴上上形形成成电电磁磁转转矩矩。电电磁磁转转矩矩的
12、的方方向与旋转磁场的方向一致。向与旋转磁场的方向一致。21第21页，共54页，编辑于2022年，星期日 电电动动机机在在正正常常运运转转时时，其其转转速速n n总总是是稍稍低低于于同同步步转转速速n no o，因因而而称称为为异异异异步步步步电电电电动动动动机机机机。又又因因为为产产生生电电磁磁转转矩矩的的电电流流是是电电磁磁感感应应所所产产生生的的，所所以以也也称称为为感感感感应应应应电电电电动机动机动机动机。当旋转磁场反转时，电动机也跟着反转。当旋转磁场反转时，电动机也跟着反转。22第22页，共54页，编辑于2022年，星期日7.2.3 7.2.3 转差率转差率 异异步步电电动动机机同同步
13、步转转速速和和转转子子转转速速的的差差值值与与同同步步转转速速之比称为之比称为转差率转差率转差率转差率，用，用s s表示，即：表示，即：转差率是异步电动机的一个重要参数。异步电动机在转差率是异步电动机的一个重要参数。异步电动机在额定负载下运行时的转差率约为额定负载下运行时的转差率约为1%9%1%9%。电动机起动瞬间电动机起动瞬间:（转差率最大）（转差率最大）23第23页，共54页，编辑于2022年，星期日7.3 7.3 三相异步电动机的电路分析三相异步电动机的电路分析7.3.1 7.3.1 7.3.1 7.3.1 定子电路定子电路定子电路定子电路忽略忽略R R1 1和和X X1 1上的压降，则
14、：上的压降，则：24第24页，共54页，编辑于2022年，星期日7.3.27.3.2转子电路转子电路25第25页，共54页，编辑于2022年，星期日26第26页，共54页，编辑于2022年，星期日7.4 7.4 三相异步电动机的转矩与机械特性三相异步电动机的转矩与机械特性7.4.1 7.4.1 转矩公式转矩公式27第27页，共54页，编辑于2022年，星期日7.4.2 7.4.2 机械特性曲线机械特性曲线1 1 1 1额定转矩额定转矩额定转矩额定转矩 T T T TN N N N 电动机在额定负载下工作时的电磁转矩称为电动机在额定负载下工作时的电磁转矩称为额定转矩额定转矩额定转矩额定转矩，忽略
15、空载损耗转矩，则额定转矩等于，忽略空载损耗转矩，则额定转矩等于机械负载转矩。机械负载转矩。stst28第28页，共54页，编辑于2022年，星期日 式中式中P PN N是电动机的额定功率，单位为千瓦是电动机的额定功率，单位为千瓦（kWkW）；）；n nN N是电动机的额定转速，单位是转是电动机的额定转速，单位是转/分分（r/minr/min）。）。单位单位:（牛顿（牛顿米）米）29第29页，共54页，编辑于2022年，星期日2.2.最大转矩最大转矩 TmaxTmax30第30页，共54页，编辑于2022年，星期日3.3.起动转矩起动转矩 TstTst电动机刚起动（电动机刚起动（n=0，s=1）
16、时的转矩称为）时的转矩称为起动起动转矩转矩。st 当电动机的启动转矩当电动机的启动转矩T TSTST大于负载阻转矩大于负载阻转矩T TL L时，电时，电动机转动起来。否则将起动不了。动机转动起来。否则将起动不了。电动机的启动能力电动机的启动能力,约为约为1.42.2。31第31页，共54页，编辑于2022年，星期日电磁转矩与电源电压的关系电磁转矩与电源电压的关系结论结论：电动机的电磁转矩对电电动机的电磁转矩对电压很敏感，电磁转矩压很敏感，电磁转矩T与与电动机定子绕组所加电压电动机定子绕组所加电压U的平方成正比。的平方成正比。TU232第32页，共54页，编辑于2022年，星期日7.5 7.5
17、三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动7.5.1 7.5.1 起动性能起动性能1 1、起动电流、起动电流IstIst的影响的影响2 2、起动转矩的影响、起动转矩的影响异步电动机起动时的主要缺点：起动电流较大异步电动机起动时的主要缺点：起动电流较大起动电流较大，当频繁起动时，使电动机过起动电流较大，当频繁起动时，使电动机过热。热。如果起动转矩过小，电动机不能满载起动；如如果起动转矩过小，电动机不能满载起动；如果起动转矩过大，会使传动机构受到冲击而损果起动转矩过大，会使传动机构受到冲击而损坏。坏。33第33页，共54页，编辑于2022年，星期日7.5.2 7.5.2 起动方法起动方法（1）直接起
18、动。十千瓦以下的异步电动机一般直接起动。十千瓦以下的异步电动机一般 采用直接起动。采用直接起动。（2）降压起动。降压起动。Y 起动起动自耦降压起动自耦降压起动（3）转子串电阻起动。）转子串电阻起动。34第34页，共54页，编辑于2022年，星期日1 1 1 1直接起动直接起动直接起动直接起动直接起动是利用闸刀开关或接触器将电动机直接直接起动是利用闸刀开关或接触器将电动机直接接到额定电压上的起动方式，又叫全压起动。接到额定电压上的起动方式，又叫全压起动。优点优点优点优点：起动简单。：起动简单。缺点缺点缺点缺点：起动电流较大，将使线路电压下降，影响：起动电流较大，将使线路电压下降，影响负载正常工作
19、。负载正常工作。适用范围适用范围适用范围适用范围：电动机容量在：电动机容量在10kW10kW以下，并且小于供以下，并且小于供电变压器容量的电变压器容量的2020。35第35页，共54页，编辑于2022年，星期日2 2 2 2降压起动降压起动降压起动降压起动Y-Y-Y-Y-换换换换接接接接起起起起动动动动：在在起起动动时时将将定定子子绕绕组组连连接接成成星星形形，通通电电后后电电动动机机运运转转，当当转转速速升升高高到到接接近近额额定定转转速速时时再再换换接接成成三角形。三角形。适适适适用用用用范范范范围围围围：正正常常运运行行时时定定子子绕绕组组是是三三角角形形连连接接，且且每每相相绕绕组组都
20、都有有两两个个引引出出端端子的电动机。子的电动机。优点优点优点优点：起动电流为全压起动时的起动电流为全压起动时的1 13 3。缺缺缺缺点点点点：起起动动转转矩矩均均为为全全压压起起动动时时的的1 13 3。36第36页，共54页，编辑于2022年，星期日U1W2V1V2W1UPU2正常正常运行运行设：电机每相阻抗为设：电机每相阻抗为ZIlU1BW1U2V2W2起动起动UPIlY Y37第37页，共54页，编辑于2022年，星期日 自耦变压器上备有自耦变压器上备有40、60、80等等抽头，以便根据所要抽头，以便根据所要求的起动转矩来选择不同的电压。求的起动转矩来选择不同的电压。自耦变压器降压启动
21、自耦变压器降压启动优点优点:不受电动机绕组接线方法不受电动机绕组接线方法的限制，常用于起动容量较大的限制，常用于起动容量较大的电动机。的电动机。缺点缺点:是设备费用高，不宜是设备费用高，不宜频繁起动。频繁起动。全压运行FUL1L2L3降压启动SA1SA2M338第38页，共54页，编辑于2022年，星期日绕线式异步电动机转子绕组串入附加电阻后，既可绕线式异步电动机转子绕组串入附加电阻后，既可以降低起动电流，又可以增大起动转矩。以降低起动电流，又可以增大起动转矩。3、转子串电阻起动、转子串电阻起动起动时将适当的起动时将适当的R串入转子绕组中，起动后将串入转子绕组中，起动后将R短路。短路。电动机启
22、动时电动机启动时122IIR达到限制启动达到限制启动电流的目的电流的目的39第39页，共54页，编辑于2022年，星期日 已知某三相异步电动机已知某三相异步电动机UN=380V，cosN=0.82效率效率=84%=84%，额定功率额定功率PN=4KW，额定转速，额定转速nN=1440r/min，试求：额定，试求：额定电流、额定转矩电流、额定转矩TN、启动转矩、启动转矩Tst、最大转矩、最大转矩Tm（过载能力（过载能力为为2.2，启动能力为，启动能力为1.8）。试问在电压降低）。试问在电压降低30%（即电压为（即电压为额定值的额定值的70%）、负载阻转矩为额定值的）、负载阻转矩为额定值的80%的
23、重载情况下，的重载情况下，能否启动？为什么？满载时能否启动？为什么？能否启动？为什么？满载时能否启动？为什么？解解:因为因为所以求得所以求得IN=8.8A例：例：40第40页，共54页，编辑于2022年，星期日当电压降低当电压降低30%时时,根据根据TU2，对应的启动转矩，对应的启动转矩最大转矩最大转矩Tm=2.2TN=2.226.5=58.4(Nm)启定转矩启定转矩Tst=1.8TN=1.826.5=47.8(Nm)额定转矩额定转矩41第41页，共54页，编辑于2022年，星期日当负载满载时当负载满载时不可以启动不可以启动当负载阻转矩为额定值的当负载阻转矩为额定值的80%的重载情况下的重载情
24、况下 TL=21.2Nm可以启动可以启动42第42页，共54页，编辑于2022年，星期日7.6 7.6 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速三相异步电动机的转速：三相异步电动机的转速：7.6.1 7.6.1 变频调速变频调速通过变频器把频率为通过变频器把频率为50Hz工频的三相交流电源变工频的三相交流电源变换成为频率和电压均可调节的三相交流电源，然换成为频率和电压均可调节的三相交流电源，然后供给三相异步电动机，从而使电动机的速度得后供给三相异步电动机，从而使电动机的速度得到调节。变频调速属于无级调速，具有机械特性到调节。变频调速属于无级调速，具有机械特性曲线较硬的特点。曲线较硬的特点。变频
25、电源变频电源 可变可变无级调速无级调速43第43页，共54页，编辑于2022年，星期日主要有以下主要有以下2 2种变频调速方式：种变频调速方式：1、当、当 f1 f1N，即高于额定转速调速时，采用恒，即高于额定转速调速时，采用恒功率调速。功率调速。8.6.2 8.6.2 8.6.2 8.6.2 变极调速变极调速变极调速变极调速通过改变电动机的定子绕组所形成的磁极对数通过改变电动机的定子绕组所形成的磁极对数p p来来调速。因磁极对数只能是按调速。因磁极对数只能是按1 1、2 2、3 3、的规律、的规律变化，所以用这种方法调速，电动机的转速不能连变化，所以用这种方法调速，电动机的转速不能连续、平滑
26、地进行调节。续、平滑地进行调节。有级调速。有级调速。44第44页，共54页，编辑于2022年，星期日8.6.3 8.6.3 8.6.3 8.6.3 变转差率调速变转差率调速变转差率调速变转差率调速通过改变转子绕组中串接调速电阻的大小来调整通过改变转子绕组中串接调速电阻的大小来调整转差率实现平滑调速的，又称为变阻调速。调速转差率实现平滑调速的，又称为变阻调速。调速电阻的接法与起动电阻相同。这种方法只适用于电阻的接法与起动电阻相同。这种方法只适用于绕线式异步电动机。绕线式异步电动机。ST无级调速无级调速45第45页，共54页，编辑于2022年，星期日7.7 7.7 三相异步电动机的制动三相异步电动
27、机的制动7.7.17.7.17.7.17.7.1能耗制动能耗制动能耗制动能耗制动电电动动机机定定子子绕绕组组切切断断三三相相电电源源后后迅迅速速接接通通直直流流电电源源。感感应应电电流流与与直直流流电电产产生生的的固固定定磁磁场场相相互互作作用用，产产生生的的电电磁磁转转矩矩方方向向与与电电动动机机转转子子转转动动方方向向相相反反，起起到到制动作用。制动作用。特点特点特点特点：是制动准确、平稳，但需要额外的直流电源。是制动准确、平稳，但需要额外的直流电源。46第46页，共54页，编辑于2022年，星期日7.7.27.7.27.7.27.7.2反接制动反接制动反接制动反接制动电电动动机机停停车车
28、时时将将三三相相电电源源中中的的任任意意两两相相对对调调，使使电电动动机机产产生生的的旋旋转转磁磁场场改改变变方方向向，电电磁磁转转矩矩方方向向也也随随之之改改变，成为制动转矩。变，成为制动转矩。注注注注意意意意：当当电电动动机机转转速速接接近近为为零零时时，要要及及时时断断开开电电源源防防止止电电动机反转。动机反转。特特特特点点点点：简简单单，制制动动效效果果好好，但但由由于于反反接接时时旋旋转转磁磁场场与与转转子子间间的的相相对对运运动动加加快快，因因而而电电流流较较大大。对对于于功功率率较较大大的的电电动动机机制制动动时时必必须须在在定定子子电电路路（鼠鼠笼笼式式）或或转转子子电电路路（
29、绕绕线线式式）中接入电阻，用以限制电流。中接入电阻，用以限制电流。47第47页，共54页，编辑于2022年，星期日48第48页，共54页，编辑于2022年，星期日7.7.3 7.7.3 7.7.3 7.7.3 发电反馈制动发电反馈制动发电反馈制动发电反馈制动电动机转速超过旋转磁场的转速电动机转速超过旋转磁场的转速时，电磁转矩的方向与转子的运时，电磁转矩的方向与转子的运动方向相反，从而限制转子的转动方向相反，从而限制转子的转速，起到了制动作用。因为当转速，起到了制动作用。因为当转子转速大于旋转磁场的转速时，子转速大于旋转磁场的转速时，有电能从电动机的定子返回给电有电能从电动机的定子返回给电源，实
30、际上这时电动机已经转入源，实际上这时电动机已经转入发电机运行，所以这种制动称为发电机运行，所以这种制动称为发电反馈制动。发电反馈制动。49第49页，共54页，编辑于2022年，星期日7.8 7.8 三相异步电动机的铭牌数据三相异步电动机的铭牌数据型号型号：50第50页，共54页，编辑于2022年，星期日功率功率功率功率：电动机在铭牌规定条件下正常工作时转轴上输出的机电动机在铭牌规定条件下正常工作时转轴上输出的机械功率，称为额定功率或容量。械功率，称为额定功率或容量。电压电压电压电压：电动机的额定线电压。：电动机的额定线电压。电流电流电流电流：电动机在额定状态下运行时的线电流。：电动机在额定状态
31、下运行时的线电流。频率频率频率频率：电动机所接交流电源的频率。：电动机所接交流电源的频率。转速转速转速转速：额定转速。：额定转速。接线方法接线方法接线方法接线方法：51第51页，共54页，编辑于2022年，星期日防护等级防护等级IP44：防护等级由字母防护等级由字母IP和两个数字组成，和两个数字组成，IP是是(International 国际国际)与与(Protection防护防护)的首写字母，的首写字母，IP后面的第一个数字代表第一种防护型式后面的第一个数字代表第一种防护型式(防尘防尘)的等级，的等级，第二个数字代表第二种防护型式第二个数字代表第二种防护型式(防水防水)的等级的等级,数字越大
32、，数字越大，防护能力越强。防护能力越强。效率效率N 电动机额定输出的功率电动机额定输出的功率P2N与在额定负载下的与在额定负载下的输入功率输入功率P1N之比。之比。功率因数功率因数()：额定负载时定子电路的功率因数，一般为额定负载时定子电路的功率因数，一般为0.7 0.9 空载时功率因数很低约为空载时功率因数很低约为0.2 0.3。额定负载时，功率因。额定负载时，功率因数最大。数最大。52第52页，共54页，编辑于2022年，星期日工作方式工作方式 S1S1是指电动机可以在铭牌标出的额定状态下是指电动机可以在铭牌标出的额定状态下连续运行，即连续工作制。连续运行，即连续工作制。S2S2表示短时工作制表示短时工作制，S3S3表示表示断续周期工作制。断续周期工作制。绝缘等级：绝缘等级：B级绝缘决定了电动机的允许温升。级绝缘决定了电动机的允许温升。温升温升:指工作温度与环境温度的差值。指工作温度与环境温度的差值。注注:我国规定的标准环境温度为我国规定的标准环境温度为404053第53页，共54页，编辑于2022年，星期日7.9 7.9 三相异步电动机的选择三相异步电动机的选择54第54页，共54页，编辑于2022年，星期日