第四章電動機

1、第4章,電動機,交流電動機,直流電動機,,他勵、并勵、串勵、復勵,電動機的分類,,電動機：電能轉換成機械能,發(fā)電機：其他形式的能量轉換成電能,電動機的作用,優(yōu)點,使用電動機驅動生產機械可： （1）簡化生產機械的結構 （2）提高生產效率和產品質量 （3）能實現自動控制 （4）實現遠距離操縱,（1）基本結構 （2）工作原理 （3）機械特性 （4）起動、制動、反轉、調速的基本原理 （5）應用場合

2、和正確使用,主要內容,,,,4.1 三相異步電動機的構造,轉子,定子（固定部分） 轉子（旋轉部分）,,分為兩個基本部分：,構成：由機座、鐵心和定子繞組組成,定子,機座是用鑄鐵或鑄剛制成，鐵心由 互相絕緣的硅鋼片疊成，內圓周表面沖有槽，用以放置對稱三相繞組；對稱三相繞組有的聯接成星形、有的聯接成三角形,作用： 產生旋轉磁場,機座,,定子繞組,,銘牌數

3、據,,出線端子,,定子鐵心,定子繞組,,,鼠籠式電動機構造簡單、價格低廉、工作可靠、使用方便,轉子,構成：由鐵心和繞組兩部分構成,鐵心也用硅鋼片疊成，表面沖有槽，裝在轉軸上，軸上加機械負載；因繞組不同，可分為鼠籠式和繞線式兩種。,作用：在旋轉磁場作用下，產生感應電動勢或電流。,鼠籠式轉子,轉軸,,軸承,,轉子,,繞線式轉子,鐵心,,繞組,,,轉軸,鼠籠式電動機與繞線式電動機的的比較：,鼠籠式： 結構簡單、價格低廉、工作可

4、靠；不能人為改變電動機的機械特性。,繞線式： 結構復雜、價格較貴、維護工作量大；轉子外加電阻可人為改變電動機的機械特性。,演示實驗,（右手定則）,（左手定則）,磁極旋轉,導線切割磁力線產生感應電動勢,,,閉合導線產生電流,通電導線在磁場中受力,,1. 線圈跟著磁鐵轉 →兩者轉動方向一致,異步,2. 線圈比磁場轉得慢,結論,4.2.1 旋轉磁場,,1. 旋轉磁場的產生,在三相異步電動機的定子鐵心中放有三相

5、對稱繞組，在該三相對稱繞組中通入三相對稱交流電流，就可產生一“旋轉磁場”代替演示實驗中的磁鐵,合成磁場方向：向下,,同理分析，可得其它電流角度下的磁場方向,可見，當定子繞組中通入三相電流后，它們共同產生的合成磁場是隨著電流的交變而在空間不斷地旋轉著，這就是旋轉磁場。,2. 旋轉磁場的轉向,當通入定子繞組的三相電流的相序為A-B-C時，旋轉磁場的轉向與這個順序是一致的，可見磁場的轉向與定子繞組中的電流相序有關。,旋轉方向

6、,取決于三相電流的相序。,,改變電機旋轉方向的方法：換接其中兩相,,3. 旋轉磁場的極數,此種接法下，繞組的始端之間相差120度空間角，合成磁場只有一對磁極，則極對數為1。,旋轉磁場的極數和三相繞組的安排有關,,即：P=1,,將每相繞組分成兩段，按右下圖放入定子槽內，繞組的始端之間相差60度空間角，形成的磁場則是兩對磁極。,,即：P=2,4. 旋轉磁場的轉速,,,旋轉磁場的轉速決定于磁場的極數，在一對極的情況下，當電流交變一次時，磁

7、場恰好在空間旋轉了一周。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,旋轉磁場具有兩對極時，當電流從ωt=0°到ωt=60°經歷了60°時，磁場在空間僅旋轉了30°。比P=1時轉速慢了一半，即：,所以，旋轉磁場的轉速n0決定于電流頻率f1和磁場的極對數P，可推出：,,極對數,每個電流周期磁場轉過的空間角度,同步轉速,,,,,,,,5. 電動機轉速和旋轉磁場同步轉速的關系,電動機轉速:,無轉距,

8、,,轉子與旋轉磁場間沒有相對運動,,無轉子電動勢（轉子導體不切割磁力線）,,無轉子電流,提示：如果,,4.2.2 電動機的轉動原理,在電動機定子繞組中通入三相對稱交流電流后，產生旋轉磁場。,旋轉磁場的磁力線切割轉子導條，導條中就感應出電動勢。,在電動勢的作用下，閉合的導條中就有電流，該電流與旋轉磁場相互作用，使轉子導條受到電磁力作用。由電磁力產生電磁轉矩，轉子就轉動起來。,,,,異步電機運行中:,轉差率：,,4.2.3 轉差率,,,同步

9、轉速： 旋轉磁場的轉速,1. 三相異步電動機的“電－磁”關系,4.3 三相異步電動機的電路分析,,2.定子電路,定子繞組相當于變壓器原邊繞組，轉子繞組相當于副繞組。,設：,設：,取決于轉子和旋轉磁場的相對速度,（1）轉子頻率,（2）轉子電動勢,3.轉子電路,（4）轉子功率因數,（3）轉子電流,4.4.1 電磁轉矩 ： 轉子中各載流導體在旋轉磁場的作用下, 受到電 磁力所形成的轉矩之總和。,4.4 轉矩與機械特性

10、,即,,其中：,代入可得,,4. 4. 2 機械特性曲線,根據轉矩公式,得特性曲線：,,,（1）額定轉矩 ：,電動機在額定電壓下，以額定轉速 運行，輸出額定功率 時，電動機轉軸上輸出的轉矩。,（牛頓?米）,,,如果 電機將會因帶不動負載而停轉。,（2）最大轉矩 ：,電機帶動最大負載的能力。,求解,,,過載系數：,三相異步機,（a）三相異步機的 和電壓的平方成正比，所以對電壓的波動很敏感，

11、使用時要注意電壓的變化。,工作時，一定令負載轉矩 ，否則電機將停轉。致使,（b）,注意,,電機嚴重過熱,原因,(3)起動轉矩 Tst,電動機起動時的轉矩。,起動時n= 0 時，s =1,(2) Tst與 R2 有關， 適當使 R2?? Tst ?。對繞線式 電機改變轉子附加電阻 R´2 , 可使Tst =Tmax 。,Tst體現了電動機帶載起動的能力。 若 Tst &g

12、t; T2電機能起動，否則不能起動。,起動能力,電動機的電磁轉矩可以隨負載的變化而自動調整，這種能力稱為自適應負載能力。,自適應負載能力是電動機區(qū)別于其它動力機械的重要特點。（如：柴油機當負載增加時，必須由操作者加大油門，才能帶動新的負載。）,電動機的自適應負載能力,直至新的平衡。此過程中， 時， 電源提供的功率自動增加。,硬特性：負載變化時，轉速變化不大，運行特性好。軟特性：負載增加轉速下降較快，但起動轉

13、矩大，起 動特性好。 ,,不同場合應選用不同的電動機。如金屬切削，選硬特性電機；重載起動則選軟特性電動機。,機械特性的軟硬,U1 和 R2變化對機械特性的影響,(1) U1 變化對機械特性的影響,,,,,,,,T2,R2的改變 ： 鼠籠式電動機轉子導條的金屬材料不同 繞線式電動機外接電阻不同,(2) R2 變化對機械特性的影響,（1）起動電流 ：,中小型鼠籠式電機起動電流為額定電流的5-

14、7 倍。,原因：起動時 ，轉子導條切割磁力線速度很大。,定子電流,,轉子感應電勢,,,轉子電流,,,,4.5 三相異步電動機的起動,4.5.1 起動性能,,,B 大電流使電網電壓降低,A 頻繁起動時造成熱量積累,影響：,（2）起動轉矩,起動時，雖然轉子電流較大，但因轉子的功率因數很低，因此起動轉矩并不是很大的，與額定轉矩之比為1.0-2.2。,如果起動轉矩過小，就不能滿載起動，應設法提高；如果起動轉矩過大，會使傳動機構受

15、到沖擊而損壞，應設法減小。,電機過熱,影響其他負載工作,,4.5.2.三相異步機的起動方法,1. 直接起動 20-30千瓦以下的異步電動機一般采用直接起動。,2. 降壓起動,在起動時降低加在電動機定子繞組上的電壓，以減小起動電流，鼠籠式電動機常用的降壓起動方法有Y－?換接起動和自耦降壓起動。,方法簡單，但起動電流較大，影響電網上其他負載正常工作。,（1）Y－ ? 起動,,,Y－ ? 起動器接線簡圖,Y起動

16、,Y－ ? 起動器接線簡圖,? 工作,,（c）,Y－ ? 起動應注意的問題：,（b）僅適用于正常接法為三角形接法的電動機。,Y－ ? 起動時，起動電流減小的同時，起動轉矩也減小了。,所以降壓起動適合于空載或輕載起動的場合,（a）可采用星三角起動器來實現。,（2）自耦降壓起動,（a）利用三相自耦變壓器將電動機在起動過程中的端電壓降低。,（b）起動電流和起動轉矩減小。,（c）適用于容量較大的或正常運行時聯成星形不能采用三角起動器的籠型異步

17、電動機。,(2) 自耦降壓起動,,,,,Q2下合： 接入自耦變 壓器，降壓 起動。,Q2上合： 切除自耦變 壓器，全壓 工作。,合刀閘開關Q,Q2,自耦降壓起動適合于容量較大的或正常運行時聯成 Y形不能采用Y－?起動的鼠籠式異步電動機。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,R,,,,,,R,,,,,R,,,,,,,,,,定子,轉子,起動時將適當的R 串入轉子電路中，起動后將R

18、 短路。,起動電阻,,2.繞線式電動機轉子電路串電阻起動,?,轉子串電阻起動的特點：,（2）R2選的適當，轉子串電阻既可以降低起動電流， 又可以增加起動轉矩。常用于要求起動轉矩較大 的生產機械上，如卷揚機、鍛壓機、起重機等。,方法：任意調換電源的兩根進線，電動機反轉。,電動機正轉,電動機反轉,三相異步電動機的正、反轉,例1:,1),解:,一臺Y225M-4型的三相異步電 動機，定子繞組△型聯結，其額定數據為：P

19、2N=45kW,nN=1480r/min，UN=380V，?N=92.3%，cos?N=0.88， Ist/IN=7.0, Tst/TN=1.9，Tmax/TN=2.2，求： 1) 額定電流IN? 2) 額定轉差率sN? 3) 額定轉矩 TN 、最大轉矩Tmax 、和起動轉矩TN 。,2）由nN=1480r/min，可知 p=2 （四極電動機）,3）,解：,在上例中(1)如果負載轉矩為 510.2N?m, 試問

20、在U=UN和U´=0.9UN兩種情況下電動機能否起動？（2）采用Y- ? 換接起動時，求起動電流和起動轉矩。 又當負載轉矩為起動轉矩的80%和50%時，電動機能否起動？,(1) 在U=UN時 Tst = 551.8N?m > 510.2 N. m,不能起動,(2) Ist ?=7IN=7?84.2=589.4 A,在U´= 0.9UN 時,能起動,例2:,在80%額定負載時,不能

21、起動,在50%額定負載時,可以起動,(3),4.6 三相異步電動機銘牌數據,1. 型號,例如： Y 132 M－4,用以表明電動機的系列、幾何尺寸和極數。,教材表8.8.1中列出了各種電動機的系列代號。,異步電動機產品名稱代號,2. 接法,接線盒,定子三相繞組的聯接方法。通常,,Y 聯結,? 聯結,3. 電壓,例如：380/220V、Y/? 是指線電壓為 380V 時 采用 Y聯結；線電壓為 220V 時采

22、用 ? 聯結。,說明：一般規(guī)定，電動機的運行電壓不能高于或低 于額定值的 5% 。因為在電動機滿載或接近 滿載情況下運行時，電壓過高 或過低都會使 電動機的電流大于額定值, 從而使電動機過熱。,電動機在額定運行時定子繞組上應加的線電壓值。,三相異步電動機的額定電壓有380V，3000V, 及6000V等多種。,4. 電流,例如： Y

23、/ ? 6.73 / 11.64 A 表示星形聯結下電機的線電流為 6.73A；三角形聯結下線電流為 11.64A。兩種接法下相電流均為 6.73A。,5. 功率與效率,電動機在額定運行時定子繞組的線電流值。,額定功率是指電機在額定運行時軸上輸出的機械功率 P2，它不等于從電源吸取的電功率 P1。,注意：實用中應選擇容量合適的電機，防止出現 “大馬拉小車” 的現象。,6. 功率因數,,三相異步電動機的功率因數較