电工学课件第7章交流电动机.ppt
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1、7.1 三相异步电动机的构造,第7章 交流电动机,7.2 三相异步电动机的转动原理,7.3 三相异步电动机的电路分析,7.4 三相异步电动机转矩与机械特性,7.5 三相异步电动机的起动,7.6 三相异步电动机的调速,7.7 三相异步电动机的制动,7.8 三相异步电动机铭牌数据,7.9 三相异步电动机的选择,7.11 单相异步电动机,7.10 同步电动机,7.12 直线异步电动机,1. 了解三相交流异步电动机的基本构造和转动 原理。,本章要求:,2. 理解三相交流异步电动机的机械特性,掌握 起动和反转的基本方法, 了解调速和制动的 方法。,3. 理解三相交流异步电动机铭牌数据的意义。,第7章 交
2、流电动机,电动机的分类:,电动机,交流电动机,直流电动机,三相电动机 单相电动机,同步电动机 异步电动机,他励、并励电动机 串励、复励电动机,鼠笼式 绕线式,电机:实现电能和机械能相互转换的电气设备。 有发电机和电动机两种运行形式。,1.定子,7.1 三相异步电动机的构造,转子电路的特点:自行闭合,不外接电力负载。,2.转子,鼠笼转子,铁心:由外周有槽的硅钢片叠成。,(2) 绕线式绕组,同定子绕组一样,也分为三相,并且接成星形。,鼠笼式电动机与绕线式电动机的的比较:,鼠笼式: 结构简单、价格低廉、工作可靠;不能人为改变电动机的机械特性。,绕线式: 结构复杂、价格较贵、维护工作量大;转子 外加电
3、阻可人为改变电动机的机械特性。,7.2 三相异步电动机的转动原理,7. 2. 1 旋转磁场,定子三相绕组通入三 相交流电(星形联接),1.旋转磁场的产生,规定:,()电流出,()电流入,三相电流合成磁 场 的分布情况,合成磁场方向向下,合成磁场旋转60,合成磁场旋转90,分析可知:三相电流产生的合成磁场是一旋转的磁场 且一个电流周期,旋转磁场在空间转过360,取决于三相电流的相序,2.旋转磁场的旋转方向,结论: 任意调换两根 电源进线,则旋转 磁场反转。,3.旋转磁场的极对数P,当三相定子绕组按图示排列时,产生一对磁极的旋转磁场,即:,若定子每相绕组由两个线圈串联 ,绕组的始端 之间互差60,
4、将形成两对磁极的旋转磁场。,极对数,旋转磁场的磁极对数 与三相绕组的排列有关,4.旋转磁场的转速,工频:,旋转磁场的转速取决于磁场的极对数,p=1时,p=2时,旋转磁场转速n0与极对数 p 的关系,7. 2. 2 电动机的转动原理,1. 转动原理,A,X,Y,C,B,Z,定子三相绕组通入三相交流电,感应电动势 E20,电磁力F,2. 转子转向,3. 转子转速,转子的转动方向与旋转磁场的方向一致。,故将三根电源进线任意对调两根,可使电动机反转。,如果:,且一定,4. 电动机正常运行情况,转矩,电磁转矩T,阻转矩TC = T2+T0,机械负载转矩T2,空载损耗转矩T0,T2,电动机长期稳定运行时,
5、T = T2,即匀速转动。,若T2, TT2, n, (n0 n) , 切割加快, E2 , I2 , F , T , 至T = T2, 以较原转速低的n 重新匀速转动,7. 2. 3 转差率,旋转磁场的同步转速和电动机转子转速之差与 旋转磁场的同步转速之比称为转差率。,描述转子转速与旋转磁场转速相差的程度。,运行中:,起动瞬间:s = 1,亦可由转差率求转子转速,例:一台三相异步电动机,其额定转速 n = 975 r/min,电源频率 f1 = 50 Hz。试求电动机的极对数和额定负载下的转差率。,解:,根据异步电动机转子转速与旋转磁场同步转 速的关系可知:n0=1000 r/min , 即
6、,p=3,额定转差率为,7.3 三相异步电动机的电路分析,三相异步电动机的电磁关系与变压器类似。,变压器: 变化 e U1 E1= 4.44 f N1 E2= 4.44 f N2,E1 、E2 频率相同,都等于电源频率。,定子绕组一次绕组,转子绕组二次绕组,旋转磁通主磁通,转子电路自行闭合,且转子转动,7. 3. 1 定子电路,1.旋转磁场的磁通,异步电动机:旋转磁场切割导体 e, U1 E1= 4.44 f 1N1,每极磁通,旋转磁场与定子导体间的相对速度为 n0 ,所以,2.定子感应电动势的频率 f1,感应电动势的频率与磁场和导体间的相对速度有关,f 1= 电源频率 f,7. 3. 2 转
7、子电路,1. 转子感应电动势频率 f 2,定子导体与旋转磁场间的相对速度固定,而转子 导体与旋转磁场间的相对速度随转子的转速不同而 变化, 定子感应电势频率 f 1 转子感应电势频率 f 2,转子感应电势频率 f 2,旋转磁场切割定子导体和转子导体的速度不同,2. 转子感应电动势E 2,E2= 4.44 f 2N2 = 4.44s f 1N2,当转速 n = 0(s=1)时, f 2最高,且 E2 最大,有,E20= 4.44 f 1N2,转子静止时 的感应电势,即E2= s E20,转子转动时 的感应电势,3. 转子感抗X 2,当转速 n = 0(s =1)时, f 2最高,且 X2 最大,
8、有,X20= 2 f1L2,即X2= sX20,4. 转子电流 I2,5. 转子电路的功率因数 cos2,转子绕组的感应电流,转子绕组的感应电流,转子电路的功率因数,结论:转子转动时,转 子电路中的各量均与转 差率 s有关,即与转速 n有关。,7.4 三相异步电动机转矩与机械特性,7. 4. 1 转矩公式,转子中各载流导体在旋转磁场的作用下,受到电磁力所形成的转矩之总和。,常数,与电 机结构有关,旋转磁场 每极磁通,转子电流,转子电路 功率因数,由此得电磁转矩公式,由公式可知,电磁转矩公式,1. T 与定子每相绕组电压 成正比。U 1 T ,2. 当电源电压 U1 一定时,T 是 s 的函数。
9、,3. R2 的大小对 T 有影响。绕线式异步电动机可外 接电阻来改变转子电阻R2 ,从而改变转距。,7. 4. 2 机械特性曲线,根据转矩公式,得特性曲线:,0,n,n0,电动机在额定负载时的转矩。,1.额定转矩TN,三个重要转矩,额定转矩,(N m),如某普通机床的主轴电机(Y132M-4型) 的额定功率为7.5kw, 额定转速为1440r/min, 则额定转矩为,2.最大转矩 Tmax,转子轴上机械负载转矩T2 不能大于Tmax ,否则将 造成堵转(停车)。,电机带动最大负载的能力。,临界转差率,将sm代入转矩公式,可得,当 U1 一定时,Tmax为定值,过载系数(能力),一般三相异步电
10、动机的过载系数,工作时必须使T2 Tmax ,否则电机将停转。,电机严重过热而烧坏。,3. 起动转矩 Tst,电动机起动时的转矩。,起动时n= 0 时,s =1,(2) Tst与 R2 有关, 适当使 R2 Tst 。 绕线式电机改变转子附加电阻R2 , 可使Tst =Tmax 。,R2X20时, R2 Tst ;,R2X20时, R2 Tst,Tst体现了电动机带载起动的能力。 若 Tst T2,电机能起动,否则不能起动。,起动能力,例:一台三相异步电动机,其起动能力Kst = 1.2, 起动时负载转矩T2 = 0.8TN。如果起动时定子电压降低20%,问能否启动?,解:,U = UN时,,
11、Tst= 1.2TN;,U = 80%UN时,,Tst= 0.64Tst,= 0.641.2TN,= 0.768TN, T2,不能起动,4. 电动机的运行分析,电动机的电磁转矩可以随负载的变化而自动调 整,这种能力称为自适应负载能力。,自适应负载能力是电动机区别于其它动力机械 的重要特点(如:柴油机当负载增加时,必须由操作者加大油门,才能带动新的负载) 。,此过程中 n 、sE2 , I2 I1 电源提供的功率自动增加。,T2,s,T2 T,T =T2,n ,T ,达到新的平衡,T2,s,T2 T,n ,T ,电动机停车, n , n = 0,T2 ,S ,T2 T,n ,T ,稳定运行, n
12、 , 越过临界点,进入稳定区, T , T =T2,T2,电动机起动后,很快经过非稳定区进入稳定区 ,正常工作。,5. U1 和 R2变化对机械特性的影响,(1) U1 变化对机械特性的影响,T2,(2) R2 变化对机械特性的影响,R2,Tst ,n,硬特性:负载变化时,转速变化不大,运行特性好。,软特性:负载增加时转速下降较快,但起动转矩大,起动特性好。 ,(2) R2 变化对机械特性的影响,不同场合应选用不同的电机。如金属切削,选硬特性电机;重载起动则选软特性电机。,7.5 三相异步电动机的起动,7. 5. 1 起动性能,起动问题:起动电流大,起动转矩小。 一般中小型鼠笼式电机起动电流为
13、额定电流的5 7 倍; 电动机的起动转矩为额定转矩的(1.02.2)倍。,后果:,原因:,起动: n = 0,s =1, 接通电源。,7.5.2 起动方法,(1) 直接起动 二、三十千瓦以下的异步电动机一般都采用直接起动。简单,但起动电流大。,(适用于鼠笼式电动机),(3) 转子串电阻起动,(适用于绕线式电动机),以下介绍降压起动和转子串电阻起动。,1. 降压起动,(1) Y 换接起动,降压起动时的电流 为直接起动时的,设:电机每相阻抗为,Y 起动器接线简图,静触点,Y 起动器接线简图,Y起动,Y 起动器接线简图, 工作,(a) 仅适用于正常运行为三角形联结的电机。,Y 换接起动适合于空载或轻
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