交流电机资料.ppt

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1、第五章第五章 交流电动机的工作原理及特性交流电动机的工作原理及特性 交流电动机交流电动机异步电动机、同步电动机。异步电动机、同步电动机。本章主要内容：本章主要内容：了了解解三三相相异异步步电电动动机机的的结结构构和和工工作作原原理理，定定子子电电路路和和转转子子电电路路；掌掌握握三三相相异异步步电电动动机机的的机机械械特特性性及及启启动动特特性性、调调速速特特性性、制制动动特特性性；了了解解单单相相异异步步电电动动机机和和同同步步电电动机工作原理、特点及应用。动机工作原理、特点及应用。5.1 三相异步电动机的结构和工作三相异步电动机的结构和工作原理原理l5.1.1三相异步电机的基本结构1）定子

2、：定子由铁心定子由铁心,绕组与机座组成绕组与机座组成 定子：图片图片 2）转子：由铁心与绕组组成由铁心与绕组组成l鼠笼式转子（铝铸的鼠笼式转子）；l线绕式转子绕组与外加变阻器的连接。鼠笼式转子鼠笼转子照片绕线转子照片5.1.2三相异步电动机的工作原理 三相异步电动机的工作原理是基于定子旋转磁场(定子绕组内三相电流所产生的合磁场）和转子电流（转子绕组内的电流）的互相作用。动画演示1nNSTfn0f转差率转差率 s=(n0-n)/n0 定子合成磁场是定子合成磁场是旋转的，旋转的，n0；转子绕；转子绕组感应出电动势，组感应出电动势，n；总是有；总是有nn05.1.3三相异步电动机的旋转磁场1.旋转磁

3、场的产生 动画演示2 定子三相绕组、三相电流的波形图、两极旋转磁场三相电流的波形图三相电流的波形图图图 6.2.2 二极旋转磁场二极旋转磁场2.旋转磁场的旋转方向l将BC两根线对调l改变绕组中的电流相逆时针方向旋转的两极旋转磁场3 旋转磁场的极数与旋转速度l产生四极旋转磁场的定子绕组l四极旋转磁场三相异步电动机的同步转速三相异步电动机的同步转速600pfn=min）r/(p12 3456n0/(r/min)300015001000750600500 f=50 Hz 时时,不同极对数时的同步转速如下不同极对数时的同步转速如下:表表 6.2.1 同步转速同步转速p 为任意值时：为任意值时：5.1.

4、4定子绕组线端连接方式l出线端的排列l星形连接l三角形连接l电动机定子绕组的连接5.2三相异步电动机的定子电路和转子电路5.2.1定子电路的分析定子和转子电路的感应电势三相异步电动机的一相电路5.2.2转子的电路分析转子的电路分析5.2.35.2.3三相异步电动机的铭牌数据三相异步电动机的铭牌数据 三相异步电动机三相异步电动机型型 号号 Y132S6功功 率率 3 kW 频频 率率 50Hz电电 压压 380 V 电电 流流 7.2 A 连连 接接 Y转转 速速 960r/min 功率因数功率因数 0.76 绝缘等级绝缘等级 B1.1.型号型号 Y132S6Y系列异步机系列异步机机座中心高度机

5、座中心高度机座长度代号机座长度代号 2p=6n0=1 000 r/min2.额定功率额定功率 PN PN=3 kW轴上输出机械功率的额定值轴上输出机械功率的额定值3.额定电压额定电压 UN UN=380 V定子三相绕组应施加的线电压定子三相绕组应施加的线电压磁极数磁极数 三相异步电动机三相异步电动机型型 号号 Y132S6功功 率率 3 kW 频频 率率 50Hz电电 压压 380 V 电电 流流 7.2 A 联联 结结 Y转转 速速 960r/min 功率因数功率因数 0.76 绝缘等级绝缘等级 B4.额定电流额定电流 IN IN=7.2A定子三相绕组的额定线电流定子三相绕组的额定线电流5.

6、额定功率因数额定功率因数N=cos NP1N=3 UNIN cos NPN=NP1N=3 UNIN cos NN6.额定转速额定转速 nN5.2.3三相异步电动机的额定值5.2.4三相异步电机的能流图5.3三相异步电动机转矩与机械特性5.3.15.3.1三相异步电动机的（电磁）转矩三相异步电动机的（电磁）转矩T=KT=Kt tii2 2COSCOS2 2（式式式式5.255.25）（5.275.27）5.3.2三相异步电动机的机械特性 动画演示动画演示3 31.固有机械特性固有机械特性四个特殊点：理想空载点（0，n0）额定工作点（TN,nN）启动工作点（Tst,0）临界工作点（Tmax,nm）

7、2.人为机械特性1）降低电源电压时的人为机械特性snsm10TLUN0TstTmaxTemn1A0.8UN0.64Tst0.64Tmax红色线为直接降低电源电压的人为特性，黑色线为红色线为直接降低电源电压的人为特性，黑色线为定子电路串入电阻定子电路串入电阻R1S或电抗或电抗X1S人为特性人为特性1 0TmTemsms n0n1Tmxstsmr2+Rs3Tst2sm2r2+Rs2Tst1sm1r2+Rs11 0TstTmTems n0n1smr24）转子电路串入电阻）转子电路串入电阻R2S或电抗或电抗X2S人为特性人为特性5.4三相异步电动机的启动特性启动要求：启动转矩足够大；启动电流尽量小；加

8、速过程平滑；设备简单、可靠；功率损耗小。启动特点：电流大；转矩小。5.4.1鼠笼式异步电动机的启动方法1.直接启动直接启动（全压启动）将电动机的定子绕组通过闸刀开关或接触器直接接入电源，在额定电压下进行启动。（图5。29）条件：电动机功率应满足电源总容量要求。有专门的动力供电变压器时，如果电动机启动频繁，则电动机功率小于变压器容量的20时允许直接启动；有专门的动力供电变压器时，如果电动机不经常启动，则电动机功率小于变压器容量的30时允许直接启动；没有专门的动力供电变压器时，估算时应满足公式（5.35)2.电阻或电阻器降压启动电阻或电阻器降压启动 定子串电阻或电抗器降压启动，升速后，切除启动电阻

9、。特点：启动转矩小，只适用 空载或轻载；能耗大，启动设备成本高、体积大。3.Y-降压启动启动时，KM、1KM合，2KM开，星形接线；升速后，1KM开，2KM 合，三角形接线。Y1 Ist3 Ist1 Tst3 Tst方法方法接触器控制；Y启动器。特点特点简单、经济，启动电流小。启动转矩小，电压不可调节。应用应用4kw以上，380v，连接。4.自耦变压器降压启动 启动时，KM开，1KM、2KM合，星形接线，降压运行；升速后，KM合，1KM、2KM开，全压运行。特点：启动电压、电流、转矩可调；设备（启动补偿器）复杂。应用：启动不频繁，转矩大，容量大。启动电压、电流、转矩变为K2 KN2/N1U2/

10、U1 鼠笼式异步电动机几种常用启动方法 启动方法启动电压相对值KU=Ut/UN 启动电流相对值K KI I=I=Istst/I/Istst 启动转矩相对值K KT T=T=Tstst/T/Tstst 直接启动111定子电路串电阻或电抗器降压启动0.80.650.50.640.650.50.640.420.25Y-降压启动 0.570.330.33自藕变压器降压启动0.80.650.50.250.420.250.640.420.25例例例例5.3 5.3 5.3 5.3 有台拖动空气压缩机的鼠笼式异步电动机有台拖动空气压缩机的鼠笼式异步电动机有台拖动空气压缩机的鼠笼式异步电动机有台拖动空气压缩机

11、的鼠笼式异步电动机,PN=40KW,PN=40KW,PN=40KW,PN=40KW,nNnNnNnN=1465r/min,=1465r/min,=1465r/min,=1465r/min,启动电流启动电流启动电流启动电流,IstIstIstIst=5.5IN,=5.5IN,=5.5IN,=5.5IN,启动启动启动启动转矩转矩转矩转矩Tst.6TN,Tst.6TN,Tst.6TN,Tst.6TN,运行条件要求启动转矩必须大于运行条件要求启动转矩必须大于运行条件要求启动转矩必须大于运行条件要求启动转矩必须大于,(0.9-,(0.9-,(0.9-,(0.9-1.0)TN,1.0)TN,1.0)TN,

12、1.0)TN,电网允许电动机的启动电流不得超过电网允许电动机的启动电流不得超过电网允许电动机的启动电流不得超过电网允许电动机的启动电流不得超过3.5IN3.5IN3.5IN3.5IN。试问应该用何种启动方法。试问应该用何种启动方法。试问应该用何种启动方法。试问应该用何种启动方法。解解解解:按要求按要求按要求按要求,启动转矩的相对值保证为启动转矩的相对值保证为启动转矩的相对值保证为启动转矩的相对值保证为 启动电流的相对值保证为启动电流的相对值保证为启动电流的相对值保证为启动电流的相对值保证为查表查表查表查表5.2,5.2,5.2,5.2,只有当自耦变压器降压比为只有当自耦变压器降压比为只有当自耦

13、变压器降压比为只有当自耦变压器降压比为0.80.80.80.8时时时时,才可以满才可以满才可以满才可以满足足足足KTKTKTKT0.560.56和和和和KIKI0.640.64的条件的条件的条件的条件,孤选用孤选用孤选用孤选用自耦变压器降压自耦变压器降压自耦变压器降压自耦变压器降压启动方法启动方法启动方法启动方法,变压器的降压比为变压器的降压比为变压器的降压比为变压器的降压比为0.80.80.80.85.4.2线绕式异步电动机的启动方法线绕式异步电动机的启动方法 1.1.逐级切除启动电阻法逐级切除启动电阻法操作方法操作方法启动变阻器；鼓形控制器。启动变阻器；鼓形控制器。2.频敏变阻器启动法组成

14、组成组成组成三相电抗器三相电抗器（铁心、线圈铁心、线圈）原理原理原理原理频敏（即电阻和电抗对频率频敏（即电阻和电抗对频率频敏（即电阻和电抗对频率频敏（即电阻和电抗对频率的敏感的敏感的敏感的敏感)。工作过程工作过程工作过程工作过程启动时，转子电流的启动时，转子电流的频率频率f2f2SfSf高，铁损（与高，铁损（与f2f2成正比）大，成正比）大，相当于串入大电阻和电抗，限制启动相当于串入大电阻和电抗，限制启动电流；另外，启动铁损大提高了转子电流；另外，启动铁损大提高了转子电路的功率因数，增大了启动转矩。电路的功率因数，增大了启动转矩。升速后，升速后，f2f2逐渐减小，使铁损减少，相逐渐减小，使铁损

15、减少，相当于电阻和电抗被逐步切除。当于电阻和电抗被逐步切除。特点特点特点特点可平滑调节，结构简单，可可平滑调节，结构简单，可靠，启动转矩并不很高，不能用于调靠，启动转矩并不很高，不能用于调速。速。应用应用启动转矩不大，经常正反转启动转矩不大，经常正反转的线绕式异步电动机。对于大容量电的线绕式异步电动机。对于大容量电动机，可串联使用。动机，可串联使用。5.4.3特殊鼠笼式电动机1）双鼠笼式电动机2）深槽式电动机3）高转差率鼠笼式电动机5.5三相异步电动机的调速特性5.5.1调压调速5.5.2转子电路串电阻调速5.5.3改变极对数调速5.5.4变频调速变频调速 n=(1 s)n0=(1 s)p60

16、 f1(1)调压调速UNn0TnOsMTL（2）转子串电阻调速）转子串电阻调速R2R2+RCn0TnOTMM33RCTL上一页上一页下一页下一页返返 回回上一节上一节下一节下一节r2+Rs3Tst2sm2r2+Rs2Tst1sm1r2+Rs11 0TstTmTems n0n1smr25.5.3改变极对数调速U1U2U3U4U1U2U3U4(a)p=2(b)p=1SSNNSN（4）变频调速）变频调速 U、f 可可 变变M33整流电路整流电路逆变电路逆变电路50 Hz控制控制电路电路n0TnOfNf1 fN 直直 流流动画演示动画演示f2 f1图图 6.6.1 变频调速变频调速返返 回回 返回返回

17、5.6三相异步电动机的制动特性5.6.1反馈制动 1.位能性负载2.调速过程中的反馈制动5.6.2反接制动 1.电源反接 2.倒拉制动5.6.3能耗制动5.7单相异步电动机5.7.1单项异步电动机的磁场 定子绕组定子绕组定子定子（1）自身没有起动转矩）自身没有起动转矩（2）转子借助其它力量）转子借助其它力量转动后，外力去除后仍按转动后，外力去除后仍按原方向继续转动。原方向继续转动。怎样产生起动转矩？怎样产生起动转矩？工作原理工作原理 上一页上一页下一页下一页返返 回回上一节上一节下一节下一节（1）两相起动两相起动工作绕组工作绕组起动绕组起动绕组 原理：两相电流原理：两相电流旋转磁场旋转磁场Q转

18、子转子CWSiwis起动转矩起动转矩上一页上一页下一页下一页返返 回回上一节上一节下一节下一节图图 5.7.3 单相电容电动机单相电容电动机一个空间轴线固定而大小按争弦规律变化的脉动磁场（用B表示），可以分解为两个转速相等而相反的旋转磁场.1m 2m m 1m 2m m tOt1t2t3t4t5t6t7t8 2m 1m图图 5.7.1 脉振磁场脉振磁场单项异步电动机TS（转矩转差率）曲线5.7.2单项异步电动机的启动方法1.电容分相式异步电动机 注意：电机反转必须改变电容的接线位置。2.罩极式单相异步电动机5.8.1同步电动机的基本结构 同步电动机按转子主磁极的形状分为隐极式和凸极式两种。5.8同步电动机的工作原理、特点及应用同步电动机的工作原理、特点及应用同步电动机的结构示意图 5.8.2同步电动机的工作原理和运行特性 电枢绕组通以对称三相交流电后，气隙中便产生一电枢旋转磁场，其转速为同步转速n0r/min=60fHZ/p f-三线交流电源的频率；p-定子旋转磁场的极对数同步电动极的机械特性5.8.3同步电动机的启动 同步电动机具有功率因数可以调节的优点，但没得到广泛应用，不仅因为结构复杂、价格贵，而且他启动困难。为了启动同步电动机，采用了异步启动法，即在转子磁场的极掌上装有和鼠笼绕组相似的启动绕阻。如右图所示。同步电机异步启动法原理接线图