《電工學電動機》PPT課件

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1、第第6章章 電動機電動機電工與電子技術電機概述電機概述三相異步電動機的基本結構三相異步電動機的基本結構三相異步電動機的工作原理三相異步電動機的工作原理三相異步電動機的銘牌數據三相異步電動機的銘牌數據三相異步電動機的機械特性三相異步電動機的機械特性三相異步電動機的起動三相異步電動機的起動1了解三相異步電動機的構造與轉動原理，理解了解三相異步電動機的構造與轉動原理，理解旋轉磁場旋轉磁場的特性。的特性。2了解定子電路和轉子電路中的電壓、電流關系。了解定子電路和轉子電路中的電壓、電流關系。3重點掌握電動機重點掌握電動機電磁轉矩和機械特性電磁轉矩和機械特性。4了解異步電動機的起動、調速、反轉、制動原了解

2、異步電動機的起動、調速、反轉、制動原理和方法。理和方法。5理解異步電動機的理解異步電動機的銘牌數據銘牌數據。6了解單相異步電動機構造與工作原理。了解單相異步電動機構造與工作原理。異步電動機應用極為廣泛。例如，在工業方面：異步電動機應用極為廣泛。例如，在工業方面：中小型軋鋼設備、各種金屬切削機床、輕工機械、中小型軋鋼設備、各種金屬切削機床、輕工機械、礦山機械、通風機、壓縮機等；在農業方面：水泵、礦山機械、通風機、壓縮機等；在農業方面：水泵、脫粒機、粉碎機及其他農副產品加工機械等都是用脫粒機、粉碎機及其他農副產品加工機械等都是用異步電動來拖動的。此外，與人民日常生活密切相異步電動來拖動的。此外，與

3、人民日常生活密切相關的電扇、洗衣機等設備中都用到異步電動機。關的電扇、洗衣機等設備中都用到異步電動機。電機電機(electric machine)是實現能量轉換或信號轉換的電磁裝置。是實現能量轉換或信號轉換的電磁裝置。電能電能 機械能機械能 直流電機和交流電機直流電機和交流電機 他勵電機他勵電機 并勵電機并勵電機 串勵電機串勵電機 復勵電機復勵電機 異步電機異步電機 同步電機同步電機 電壓信號轉化為角位移或角速度；電壓信號轉化為角位移或角速度；將轉速轉化為電壓信號；將轉速轉化為電壓信號；實現角度的傳輸、變換和接受；實現角度的傳輸、變換和接受；電脈沖信號轉化為轉角或轉速；電脈沖信號轉化為轉角或轉

4、速；轉角信號變換成電壓信號；轉角信號變換成電壓信號；轉角位移或直線位移轉換成電壓信號。轉角位移或直線位移轉換成電壓信號。三相異步電動機三相異步電動機(three-phase asynchronous motor)主要部主要部件是由定子和轉子兩大部分組成。此外，還有端蓋、機座、件是由定子和轉子兩大部分組成。此外，還有端蓋、機座、軸承、風扇等部件。軸承、風扇等部件。三相異步電動機的定子是由機座、定子鐵心和定子繞組三相異步電動機的定子是由機座、定子鐵心和定子繞組組成。組成?；?鐵心鐵心 定子繞組定子繞組 端蓋端蓋 W2U2V2U1V1W1W2U2V2U1V1W1W2U2V2U1V1W1 星形聯

5、結星形聯結三角形聯結三角形聯結根據轉子繞組結構的不同又分為籠型轉子和繞線型轉子。根據轉子繞組結構的不同又分為籠型轉子和繞線型轉子?；\型轉子籠型轉子繞線型轉子繞線型轉子 轉子鐵心轉子鐵心 轉軸轉軸 旋轉磁場由三相電流通過三相旋轉磁場由三相電流通過三相對稱對稱繞組產生。繞組產生。對稱：對稱：三相對稱負載三相對稱負載空間對稱分布空間對稱分布旋轉磁場是三相異步電動機工作的基礎。旋轉磁場是三相異步電動機工作的基礎。電機是利用電與磁的相互轉化和相互作用制成的。電機是利用電與磁的相互轉化和相互作用制成的。iUiViW tiO三相三相(多相多相)繞組中流過三相繞組中流過三相(多相多相)電流。電流。U1U2V1

6、V2W2W1U1 U2 通入通入 iU V1 V2 通通入入 iV W1 W2 通通入入 iW t=0U1W2V1U2W1V2NSiUiViW tiOi1=0，U1，U2端電流為零端電流為零U1V1 W1V2U2W2 t=0i3為正，為正，W1端流入，端流入，W2端流出端流出i2為負，為負，V1端流出，端流出，V2端流入端流入W2U1V2W1U2V1 t=90NS t=90i1為正，為正，U1端流入端流入，U2端流出端流出i2為負，為負，V1端流出，端流出，V2端流入端流入i3為負，為負，W1端流出，端流出，W2端流入端流入iUiViW tiOU1V1 W1V2U2W2t=0i1=0，U1,U

7、2,U3,U4端電流為零端電流為零i2為負為負,V1,V3端流出端流出,V2,V4端流入端流入i3為正為正,W1,W3端流入端流入,W2,W4端流出端流出t=90i1為正為正,U1,U3端流入端流入,U2,U3端流出端流出i2為負為負,V1,V3端流出端流出,V2,V4端流入端流入i3為負為負,W1,W3端流出端流出,W2,W4端流入端流入電流變化一周電流變化一周 旋轉磁場轉一圈旋轉磁場轉一圈電流每秒鐘變化電流每秒鐘變化 50 周周 旋轉磁場轉旋轉磁場轉 50 圈圈 旋轉磁場轉旋轉磁場轉 3000 圈圈電流每分鐘變化電流每分鐘變化(5060)周周p=1 時：時：電流變化一周電流變化一周 旋轉磁

8、場轉半圈旋轉磁場轉半圈電流每秒鐘變化電流每秒鐘變化 50 周周 旋轉磁場轉旋轉磁場轉 25 圈圈 旋轉磁場轉旋轉磁場轉 1500 圈圈電流每分鐘變化電流每分鐘變化(2560)周周p=2 時：時：在在t=0到到90期間，兩極旋轉磁場旋轉了期間，兩極旋轉磁場旋轉了90，而，而四極旋轉磁場旋轉了四極旋轉磁場旋轉了45。磁場的磁極數（極對數。磁場的磁極數（極對數p）越多）越多，旋轉磁場的轉速，旋轉磁場的轉速n0（稱為（稱為同步轉速同步轉速:synchronous speed）越低。規律是：越低。規律是：f 1=50 Hz 時時,不同極對數（不同極對數（p）時的同步轉速）時的同步轉速n0如下如下:其中，

9、其中，f 1為定子電流的頻率為定子電流的頻率1060=(/min)fnrp旋轉方向：取決于三相電流的相序。旋轉方向：取決于三相電流的相序。旋轉磁場是沿著：旋轉磁場是沿著：U1V1W1U1U2V1V2W2W1i1i2L1L3L2U1U2V1V2W1W2i3i1i2ImOti3i1U1，i2V1，i3W1旋轉磁場是沿著：旋轉磁場是沿著：U1W1V1U1U2V1V2W2W1L1L3L2U1U2V1V2W1W2i2i1i3i1U1，i2W1，i3V1任意對調兩根電源進線，磁場反轉。任意對調兩根電源進線，磁場反轉。對稱三相繞組對稱三相繞組通入對稱三相電流通入對稱三相電流旋轉磁場旋轉磁場(磁場能量磁場能量

10、)磁場切割磁場切割轉子繞組轉子繞組轉子繞組中轉子繞組中產生產生 e 和和 i轉子繞組在磁場中轉子繞組在磁場中受到電磁力的作用受到電磁力的作用轉子旋轉起來轉子旋轉起來機械負載機械負載旋轉起來旋轉起來三相交流電能三相交流電能輸出機械能量輸出機械能量 右手定則右手定則 左手定則左手定則轉子繞組（銅條）切割旋轉磁場轉子繞組（銅條）切割旋轉磁場產生感應電流產生感應電流 用右手定則判斷電流的方向用右手定則判斷電流的方向電流在磁場中受力電流在磁場中受力 用左手定則判斷力的方向用左手定則判斷力的方向 工作原理示意圖工作原理示意圖n n0稱異步電動機稱異步電動機00nnsn異步電動機起動時異步電動機起動時:n=

11、0，s=1在接近同步轉速在接近同步轉速n0時時:n n0，s0 n 與與 n0 方向一致。方向一致。n n0，轉差率轉差率(slip):起動起動(堵轉堵轉)時時:n=0，s=1理想空載時理想空載時:n=n0，s=0正常工作時正常工作時:0 s T，則轉子轉速，則轉子轉速降低，轉子切割旋轉磁場的速度增大，轉子電流增大，轉子轉矩增大，降低，轉子切割旋轉磁場的速度增大，轉子電流增大，轉子轉矩增大，達到與負載轉矩的平衡。達到與負載轉矩的平衡。NMNMSST=kTsR2U1p2R22+(sX2)2 轉矩特性轉矩特性 返返 回回轉矩與轉差率之間的關系：轉矩與轉差率之間的關系：機械特性機械特性臨界轉差率臨界

12、轉差率(critical slip)sM可由轉矩公式對轉差可由轉矩公式對轉差率率s求導數得到求導數得到,導數導數=0。將將sM代入轉矩公式就能求得最大轉矩代入轉矩公式就能求得最大轉矩TM2M2s=XR三相異步電動機可以短時過載運行，三相異步電動機可以短時過載運行，過載時過載時TN TL TM,這時轉子不轉動，轉子電流很大，時間這時轉子不轉動，轉子電流很大，時間一長，會燒壞電機。一長，會燒壞電機。過載系數過載系數KM,通常為。通常為。21M12T=K2f XPTUSSNMNMMMNK=TT返返 回回起動轉矩起動轉矩(starting torque)必須必須大于負載轉矩，大于負載轉矩，TSTL起動

13、轉矩與額定轉矩的比值起動轉矩與額定轉矩的比值Ks一般為一般為起動電流起動電流(starting current)與額定電流的比值與額定電流的比值Kc一般為一般為5.57在轉矩公式中，當在轉矩公式中，當s=1時，就能求得起動轉矩的計算公式：時，就能求得起動轉矩的計算公式：SSNK=TT221S22122)T=Kf(R+XPTR USCNK=IIT=kTsR2U1p2R22+(sX2)2 轉矩與轉差率之間的關系：轉矩與轉差率之間的關系：轉矩特性轉矩特性 機械特性機械特性SSNMNM返返 回回例題例題例例6.5.1：某三相異步電動機，額定功率某三相異步電動機，額定功率PN=45kW，額定轉，額定轉速

14、速nN=2 970r/min，KM，KS。若。若TL。試問能否帶此負載試問能否帶此負載:(1)長期運行；長期運行；(2)短時運行；短時運行；(3)直接起動。直接起動。NNN606045 000N m=145N m22 3.14 2 970PT=n由于由于TN TL，故可以帶負載短時運行。，故可以帶負載短時運行。SSN2.0 145N m=290N mT=K T 由于由于TSTL，故可以帶負載直接起動。，故可以帶負載直接起動。221S22122)PTR UT=Kf(R+X21M12PTUT=K2f X轉矩特性轉矩特性 機械特性機械特性由最大轉矩的計算公式和起動轉矩的計算公式，降低定由最大轉矩的計

15、算公式和起動轉矩的計算公式，降低定子電壓子電壓和起動轉矩和起動轉矩都要減小。都要減小。R2機械特性機械特性轉子電阻轉子電阻R2增加時，最大轉矩增加時，最大轉矩TM不變不變轉子電阻轉子電阻R2增加時，臨界增加時，臨界sM增大增大轉子電阻轉子電阻R2增加時，起動轉矩增加時，起動轉矩TS隨之變化。隨之變化。轉矩特性轉矩特性 21M12T=K2f XPTU2M2s=XR221S22122)T=Kf(R+XPTR U 起動電流大起動電流大:IS=KC IN=（57）IN 起動轉矩小起動轉矩小:TS=KSTN=（）（）TN 頻繁起動時造成熱量積累頻繁起動時造成熱量積累,易使電動機過熱。易使電動機過熱。大電

16、流使電網電壓降低，影響其它負載工作。大電流使電網電壓降低，影響其它負載工作。起動電流小起動電流小 起動轉矩大起動轉矩大 (a)小容量的電動機（二三十千瓦以下）；小容量的電動機（二三十千瓦以下）；(b)電源容量足夠大時。電源容量足夠大時。(a)Y-減壓減壓起動：起動：適用于：正常運行為適用于：正常運行為聯結聯結的電動機。的電動機。起起動動時時運運行行時時UVWUNI1LYUVWUNI1L設：定子每相阻抗為設：定子每相阻抗為 Z，Y接起動的起動轉矩：接起動的起動轉矩：Y接起動的起動電流：接起動的起動電流：Y 起起動動起起動動Y 起起 動動與與全壓起動全壓起動時起動電流和起動轉矩比較時起動電流和起動

17、轉矩比較UVWUNI1LYUVWUNI1LN1PY1LY/3UUIZZN1P1L33UUIZZ21PY1PP13UUTUSYS13IISYS13TTNU：電源電壓：電源電壓定子線電壓比定子線電壓比定子相電壓比定子相電壓比起動電流比起動電流比起動轉矩比起動轉矩比電源電流比電源電流比Y形起動與形起動與形起動時起動電流和起動轉矩比較形起動時起動電流和起動轉矩比較定子相電流比定子相電流比=1UNUNU1LYU1L=U1PYU1PU1PU1PY/313=I1PYI1PU1PU1PY13=ISYISI1PI1PY133=IYIISISY13=()=U1PYU1PTSYTS213 Y-減壓減壓起動的特點：起

18、動的特點：(1)電源電壓不變，定子繞組接法改變；電源電壓不變，定子繞組接法改變；(2)降壓比為降壓比為 。TsYTL，適用于輕載或空載起動適用于輕載或空載起動 否則不能采用此法。否則不能采用此法。Y-減壓減壓起動的使用條件：起動的使用條件：13(b)自耦變壓器自耦變壓器減壓減壓起動起動降壓比降壓比KA=UUN定子線電壓比定子線電壓比定子相電壓比定子相電壓比M3U UN定子相電流比定子相電流比起動電流比起動電流比電源電流比電源電流比起動轉矩比起動轉矩比=KAUUNU1LaU1Lb=KAU1LaU1LbU1PaU1Pb=KAU1PaU1PbI1PaI1Pb=KAI1PaI1PbISaISb=KAK

19、AISaISbIaIb2=()=KAU1PaU1PbTSaTSb22A2849230880380310453.1)NNN3NNcos310 UPI 解解:例例6.6.1：一臺一臺Y225M-4型的三相異步電動機，定子繞組型的三相異步電動機，定子繞組型型聯結，其額定數據為：聯結，其額定數據為：PN=45kW,nN=1480r/min，UN=380V，N=92.3%，cos N，KC =7.0,Ks，KM 求：求：1)1)額定電流額定電流IN?2)?2)額定轉差率額定轉差率sN?3)3)額定轉矩額定轉矩TN 、最大轉矩最大轉矩TM 和起動轉矩和起動轉矩TS。例題例題 2）由由nN=1480r/mi

20、n，可知，可知 p=2（四極電動機）（四極電動機）minr 15000/n 013.01500148015000N0N nnns 3）NNN606045290.4 N m221480PTnmN 9.6384.2902.2NMM TKTmN 8.5514.2909.1NSS TKT例題例題解解：例例6.6.2：在上例中在上例中(1 1)如果負載轉矩為如果負載轉矩為 510.2Nm,試問在試問在U=UN 和和N兩種情況下電動機能否起動？（兩種情況下電動機能否起動？（2 2）采用）采用Y-換接換接起動時，求起動電流和起動轉矩。起動時，求起動電流和起動轉矩。（3 3）當負載轉矩為額定當負載轉矩為額定轉

21、矩的轉矩的80%和和50%時，電動機能否時，電動機能否Y-Y-換接起動？換接起動？(1)在在U=UN時時 TSm 510.2 N.m mN2.510mN 4478.5519.02S T不能起動不能起動 (2)IS =KCIN=7 84.2=589.4 A 在在U N 時時能起動能起動mN9.1838.5513131ssY TTA5.1964.5983131 sSY II例題例題在在80%額定負載時額定負載時13.2329.183%804.2909.183%80NsY 360 A，所以不能直接起動。，所以不能直接起動。TN=Nm=359 Nm60 2 PN nN60 23.1437103985TS=KSTN=1.8359 Nm=646 NmIS=KCIN=6.572 A=468 A 例題例題(2)星形三角形起動時的起動轉矩和起動電流星形三角形起動時的起動轉矩和起動電流由于由于 TSY TL，IS 360 A，所以可以采用自耦變，所以可以采用自耦變壓器起動。壓器起動。TSY=TS=646 Nm=215 Nm1313 ISY=IS=468 A=156 A1313TSa=KATS=0.8 646 Nm=413 Nm22IS=KAIb=KAI=0.8 468 A=300 A222例題例題習題