电机拖动原理 PPT

2 N1Φm 2f1 / 2
Φm

U1 4.44 f1N1
E1 U1 4.44 f1N1Φm
R1
E1 U1 4.44 f1N1Φm u1 i1 e1
i2
e2
R2
同理可得：
E2
4.44
f
2
N
Φ
2m
f 2 ：转子感应电动势的频率
N2 ：转子线圈匝数
f 2 取决于转子和旋转磁场的相对速度
ZX
Y
C
B
Z XY
接法：
ABC ZA
C
X
Y
B
Z XY
4. 额定电压：定子绕组在指定接法下应加的线电压.
A
线
线
电
ZX
电
压
CY
B
压
ZA
C
X
Y
B
例：380/220 Y/是指：线电压为380V时采用Y接法； 当线电压为220V时采用接法。
说明：一般规定电动机的运行电压不能高于或低于额 定值的 5 ％。
iA
A
X A'
Z' X'
iC
C' Y' Y Z B'
C
B
iB
A
Y'
Z'
C'
B
X'
X
B'
C
Z A' Y
iA
A
X A'
Z' X'
iC
C'
Z C
Y' B'
Y
B
iB
I m iA iB iC
t
Y' C'
A Z'
N
B

X' S

B'
N

SX
C
Z
Y A'
t 0
极对数 p 2
极对数和转速的关系
Y' C'
60
（牛顿•米）
( 2电)机最带大动转最矩大T负ma载x ：的能力。TTm
如果TL Tmax电机将会
s
因带不动负载而停转。
0 sm
1
T

K
R22
sR2 (sX 20 )2
U12
Tm a x

KU12
1 2 X 20
求解 T 0 S
sm

R2 X 20
过载系数： Tm ax
同步转速： n1

60 f1 p

60 50 3
1000
r
/ min
转差率： s n1 n 1000 960 0.04
n1
1000
f2 sf1 0.04 50 2Hz
§8.2 三相异步电动机的机械特性 一、三相异步电动机的“电－磁”关系
e1 、e2 ：主磁通产
n1

60 f1 p
(转/分）
s


n1 n1
n

100%
f1

n1 60
p
转子感生电流的频率：
f2

n1 n 60
p
n1 n n1 n1 60
p sf1
例1：三相异步电动机 p=3，电源f1=50Hz，电机额定 转速n=960r/min。
求：转差率s，转子电动势的频率f2
n1 60 f (转/分）
n1称为同步转速
f 50Hz, n1 3000 转 / 分
极对数（P）的概念
iA
iC C iB
A
ZX Y B
A
Y NZ
C
B
S
X
此种接法下，合成磁场只有一对磁极，则极对数为1。
即： p 1
极对数（P）的改变
将每相绕组分成两段，按右下图放入定子槽内。形 成的磁场则是两对磁极。
R22 (sX 20 )2
转矩公式的推导
电磁转矩 T：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距之总和。
T KTΦm I2 cos2（牛顿米）
常数 每极磁通
转子电流
转子电路的
cos2
T KT mI2 cos2
将其中参数代入： I2
sE20 R22 (sX 20 )2
f2 sf1
转子电流
I2
E2
R22

X
2 2
R1
i1
u1
e1
i2
e2
R2
E2 4.44 f2N2Φm 4.44 sf1N2Φm sE20 E20 4.44 f1N2Φm, s 1时的E（2 E2的最大值） X 2 2 f2L2 2 sf1L2 sX 20
A
Y
Z
N
CS
B
X
t 60
n1
A
Y
Z
C
B
X
t 120
n1
A
Y
Z
C
B
X
t 180
旋转磁场的旋转方向
旋转方向：取决于三相电流的相序。
iA iB iC
iA iC
Im
Im
t
iB
t
n1
n1
改变电机的旋转方向：换接其中两相。
旋转磁场的转速大小
一个电流周期，旋转磁场在空间转过360°
电流频率为 f Hz，则磁场1/f秒旋转1圈，每秒旋 转f圈。每分钟旋转：
T T f (S)
n
n
1
s
0
最大转速n=n1时
1
启动时n=0
n f (T )
T
三个重要转矩
( 1 ) 额定转矩 TN ：
电机在额定电压下，以额
n
n nN 1
定转速 nN 运行，输出额 定功率 PN 时，电机转轴
上输出的转矩。
T
TN
TN

PN
2nN

9550
PN (千瓦) nN (转 / 分)

E20 R22 ( X 20 )2
20 242A
(0.02)2 (0.08)2
额定转速下的I2（N）
s 15001440 0.04
1500

sE20 R22 (sX 20 )2
0.04 20 (0.02)2 (0.04 0.08)2
I2
sE20
40A
例：交流电动机
三相异步电动机的结构与工作原理 三相异步电动机的机械特性 三相异步电动机的使用
电动机的分类
电动机
交流电动机
异步机 同步机
鼠笼式 绕线式
直流电动机 他励、异励、串励、复励
鼠笼式异步交流电动机授课内容： 基本结构、工作原理、 机械特性、控制方法
§8.1 三相异步电动机的结构与工作原理
5. 额定电流：定子绕组在指定接法下的线电流。
如： / 11.2A / 6.48A
表示三角接法下，电机的线电流为11.2A，相电流 为6.48A；星形接法时线、相电流均为6.48A。
6. 额定功率：
额定功率指电机在额定运行时轴上输出的功率
（ P2），不等于从电源吸收的功率（P1）。两者的
关系为： P2 P1
p 1 p2 p3
360 180 120
3000 (转/分） 1500 (转/分） 1000 (转/分）
电动机转速和旋转磁场同步转速的关系
n 电动机转速（额定转速）:
电机转子转动方向与磁场旋转的方向一致，
但 n n1
异步电动机
提示：如果 n n1
转子与旋转磁场间没有相对运动
无转子电动势（转子导体不切割磁力线）
TN
三相异步机 1.8 ~ 2.2
Tm a x

KU12
1 2 X 20
注意：
（1）三相异步机的
Tm
a
和电压的平方成正比，所
x
以对电压的波动很敏感，使用时要注意电压的变化。
（2） 工作时，一定令负载转矩
TL

Tm
，否则
ax
电机将停转。致使
n 0 (s 1) I2 I1 电机严重过热
cos2
R2 R22 (sX 20 )2
E20 4.44 f1N2Φm
Φm

U1 4.44 f1N1
得到转矩公式
T

K
R22
sR2 (sX 20)2
U12
二、 三相电动机的机械特性
根据转矩公式
T

K
R22
sR2 (sX 20 )2
U12
得特性曲线：
s n1 n n1
（2）启动转矩Tst Tst 1.2TN 79
（3）最大转矩Tm
Tm TN 1.8 65.9 118 .6
#（4）用Y－ 方法起动时的Tst' Tst (Y ) Tst () / 3 79 / 3 26.3（牛顿•米）
机械特性和电路参数的关系 和电压的关系
T

K
R22
sR2 (sX 20 )2
U12
T
~
U
2 1
n
(s 0) n n0
结论：
U1 U1 Tmax
TST
0
T
和转子电阻的关系
n
sm
R2
R2 R'2
R'2
结论： T st Tst
sm s'm
s'm
T
0
Tst Tst
R2的 改变 ： 鼠笼式电机转子导条的金属材料不同，线绕式电
机外接电阻不同。
机械特性的软硬
硬特性：负载变化时，转速变化不大，运行特性好。
软特性：负载增加转速下降较快，但起动转矩大，起
动特性好。
n
硬特性 （R2小）
软特性
（R2大）
T
0
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。
三相异步电动机的使用 一、三相异步机铭牌与技术数据
n n 2. 线圈比磁场转得慢
1
异步
N
n1 f
n
ei
S
三相异步机的结构
三相定子绕组：产生旋转 磁场。
转子：在旋转磁场作用下， 产生感应电动势或 电流。 线绕式
定子绕组 （三相）
A
Y
定子
Z
C
B
鼠笼式
转子
X
鼠笼转子
机座
旋转磁场的产生
异步机中,旋转磁场代替了旋转磁极
(•)电流出
Y
n A
1
Z
iA Im sin t
iB Im sint 120 iC Im sint 240
C
B
iA iB iC
Im
X
t
()电流入
iA
A
iA iB பைடு நூலகம்C
ZX
Im
iC C
Y
t
B
iB
Y
A
NZ
t 0
合成磁场方向：
C
B
S
X
向下
同理分析，可得
其它电流角度下 的磁场方向：
Im
iA iB iC
t
n1 60
( 3 ) 起动转矩 Tst：
电机起动时的转矩。
n
n
1
T

K
R22
sR2 (sX 20 )2
U12
T
其中 n 0 (s 1)
Tst
则
Tst

K
R22
R2 ( X 20 )2
U12
Tst体现了电动机带载起动的能力。若Tst TL 电机能
起动，否则将起动不了。
机械特性曲线 n f (T )
鼠笼电机
其中 P1 3UN I NCOS =72－93％
7. 功率因数(cos1)：
额定负载时一般为0.7 ~ 0.9 ， 空载时功率因数很 低约为0.2 ~ 0.3。额定负载时，功率因数最大。
cos1
P2 PN 注意：实用中应选择合适容量的电机，防止“大马” 拉“小车”的现象。
n 常用特
性段
电动机的自适应负载能力 s=0 n
b
1
电动机的电磁转矩可以随负
c
载的变化而自动调整，这种 s=1 能力称为自适应负载能力。
T TL Tst Tm
启动： Tst>TL (负载转矩)，电机启动
转速n，转矩T
c点：转矩达最大Tm ，转速n继续，T，沿cb走
b点：T=TL，转速n不再上升，稳定运行
磁铁
磁场旋转
n1 f
n
N
ei
S
e方向用 右手定则
确定
f方向用 左手定则
确定
闭合 线圈
磁极旋转
导线切割磁力线产生感应电动势
e B l v （右手定则）
磁感应强度 导线长 切割速度
闭合导线产生电流 i
N
通电导线在磁场中受力 n1 f
f Bli
n
ei
（左手定则）
S
结论：1. 线圈跟着磁铁转→两者转动方向一致
1. 型号 Y 132M－4
磁极数(极对数 p=2)
n1

60 f p
(转/分）
同步转速1500转/分
2. 转速: 电机轴上的转速（n)。如： n =1440 转/分 转差率 s 15001440 0.04 1500
3. 联接方式 ： Y/ 接法 接线盒：
AB C ZX Y
Y 接法：
A A BC
若TL ，暂时T< TL,n s I2 T n
例3（7-7）：三相异步电动机，额定功率PN=10kW， 额定转速nN=1450r/min，启动能力Tst/TN=1.2，过载 系数=1.8。
（1）额定转矩TN
TN
9550
PN (千瓦) nN (转 / 分)
9550 10 65.9牛顿 米 1450
R1
生的感应电动势。
i1
u1
e1
i2
e2
R2
定子电路 转子电路
d
定子边： u1 i1R1 e1 e1 N1 dt
设： Φmsin1t 则：u1 N1Φm1cos1t
R1
i1
u1 N1Φm1cos1t u1
e1
i2
e2
R2
U1 N1Φm1 /
4.44 f1N1Φm
I2
sE20 R22 (sX 20 )2
转子功率因数
cos2
R2
R22

X
2 2
R2 R22 (sX 20)2
例2：三相异步电动机，p=2，n=1440 r/min，转子
R2=0.02，X20=0.08 ， E20=20V， f1= 50Hz。
启动时I2（st）
s=1
无转子电流
无转距
转差率 (s) 的概念：
转差率为旋转磁场的同步转速和电动机转速之差。即：
s


n1 n1
n
100%