电工技术-第7章讲稿

• 三个重要转矩 n0 nN 1.额定转矩TN 电动机在额定负载时的转矩。
n
P P T 9550 2πn n 60 额定转矩
PN ( 千瓦 ) T N 9550 nN (转 / 分 )
P
O
TN
T
(N • m)
4极电机,P=2
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 PN 7 .5 T N 9550 9550 49 . 7 N . m nN 1440 39
第7章 交流电动机
本章要求： 1、了解旋转磁场的产生与作用； 2、了解交流电动机的转动原理； 3、了解异步电动机的电路分析； 4、掌握异步电动机的转矩与机械特性； 5、掌握三相异步电动机的起动、调速、制动 及铭牌数据的意义。
1
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。 • 电动机的分类： 交流电动机 电动机 直流电动机 同步电动机 异步电动机 三相电动机 单相电动机 鼠笼式 绕线式
Bli
左手定则
n
26
电动机的工作原理流程
定子绕组 通入三相 交流电
产生旋 转磁场 转子产生 感生电流
转子受电 磁力矩
于是转子顺旋转磁场转动
但转子转速 n 可能达不到与旋转磁场的 转速相等，即
n n1
异步电动机
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当旋转磁场反转时，电动机也跟着反转。 电动机在正常运转时，其转速n 总是稍低于 同步转速 no ，因而称为异步电动机。又因为产 生电磁转矩的电流是电磁感应所产生的，所以 也称为感应电动机。
2.最大转矩 Tmax 电机带动最大负载的能力。
n n0
sR2 2 TK 2 U1 2 R2 ( sX 20 )
dT 令： 0 dS
求得
U 12 T max K 临界转差率 2 X 20 转子轴上机械负载转矩TL 不能大于Tmax ，否则将
R2 s sm X 20
Tmax 将sm代入转矩公式，可得
iA 2 I p sin t iB 2 I p sin(t 120) iC 2 I p sin(t 120)
iB C iC
19
iA
A Z X Y B
i
iA
iB
iC
ω t
O 1 2 0 ° 2 4 0 ° 3 6 0 °
A Y × Z Y
A × · × Z Y ·
A · Z
作用：一是导磁，二是安放绕组。
定子绕组：由漆包线绕制而成。连接方式有三角形或星形两种。
作用：形成旋转磁场。
机座：中小型电机采用铸铁机座；大型电机采用钢板焊接机座。
作用：支撑定子铁心。
7
A
定子硅钢片
装有三相绕组的定子
8
定子铁芯冲片
9
定子绕组
•
绕
10
机座外有一接线盒，选择不同的接线方式可以 使定子绕组的接线形式选为星形或为三角形。
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7.3 三相异步电动机的电路分析
7.3.1 定子电路
u1 i1 R1 (e 1 ) (e1 ) i1 R1 L 1 di1 d N1 dt dt
i1 + e 1 u1 e － σ1 i2 e2 eσ2
I R ( E ) ( E )I R jI X ( E ) U 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
iV C
A Z' Y' B C' A’ X' C B' Z X Y
iW B
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三相异步电动机的同步转速
60 f n10 (转/分） p
旋转磁场的转速决定于磁场的极数。
磁极对数 同步转速n0 (f=50HZ) P=1 P=2 P=3 P=4 750 转/分 P=5 600 转/分 P=6 500 转/分
21
磁极对数（P）的概念
iA U
iW C C
iB V
A Z X Y B
A Z
N
Y
B
C
S
X
此种接法下，合成磁场只有一对磁极，则磁极对数为1。 即：
p 1
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磁极对数（P）的改变
将每相绕组分成两段，按右下图放入定子槽内。则 形成两对磁极的磁场。P = 2
iU A
C'
A X Z' A' X' Y' Z C B' Y B
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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 p=3 额定转差率为
n0 n s 100% 1000 975 100% 2.5% 1000 n0
转矩公式
比，即： 式中 KT 是 一 个与 电动 机 结构 有关 的 常数 。将 I2 、 cos 2 的表达式及 与 U1 的关系式代入上式，得三相异步 电动机电磁转矩公式的另一个表示式：
T K
sR2U 12
2 R2 ( sX 20 ) 2
式中 K 是一常数。可见电磁转矩 T 也与转差率 s 有关， 并且与定子每相电压 U1 的平方成正比，电源电压对转矩影 36 响较大。同时，电磁转矩 T 还受到转子电阻 R 2 的影响。
28
7.2.3 转差率 异步电动机同步转速和转子转速的差值与同 步转速之比称为转差率，用s表示，即：
no n s 100% no
电动机起动瞬间:
n2 0, s 1 （转差率最大）
转差率是异步电动机的一个重要参数。异步电 动机在额定负载下运行时的转差率约为1%~9%。
29
当三相异步电动机断了一根电源线时，会 有什么后果？
I2 ， cos 2 I2
O
cos 2
1 s
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7.4 三相异步电动机的转矩与机械特性
7.4.1
三相异步电动机的电磁转矩 T 是由旋转磁场的每极磁通 与转子电流 I2 相互作用而产生的，故电磁转矩与转子电 流的有功分量 I 2 cos 2 及定子旋转磁场的每极磁通 成正
T K T I 2 cos 2
O
T
造成堵转(停车)。最大转矩与每相电压的平方成正比
40
T max
( 1 ) T max U 12 , U 1 T max
60 f1 no r/min p
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7.2.2 三相异步电动机的转动原理 n 1 U v
1
定子三相绕组通入三相交流电
V2
N
F
W2
60f1 n1 ( 转/分） W1 F p 旋转磁场
方向:顺时针 切割转子导体 感应电流 I2 旋转磁场 电磁转矩T
V1
S
U2
Blv
右手定则
感应电动势 E20 电磁力F
他励、并励电动机 串励、复励电动机
2
7.1 三相异步电动机的构造
三相异步电动机由定子和转子构成。定子和转子 都有铁心和绕组。 定子的三相绕组为AX、BY、CZ。 转子分为鼠笼式和绕线式两种结构。 鼠笼式转子绕组有铜条和铸铝两种形式。 绕线式转子绕组的形式与定子绕组基本相同，3个 绕组的末端连接在一起构成星形连接，3个始端连 接在3个铜集电环上，起动变阻器和调速变阻器通 过电刷与集电环和转子绕组相连接。
C
× X ωt = 0°
· B C · · X ωt = 120°
B
C
× B × X ωt = 240°
20
(a)
(b)
(c)
旋转磁场的旋转方向 旋转方向：取决于三相电流的相序。
Im
iU A
iB V
iW C
t
注意：只要将接入定子绕组的三相交流电任意换接 其中两相，旋转磁场的方向改变，电机的旋转方向 也改变。
X 20 2f 1 L 2 为 n 0 即 s 1 时的转子漏抗。
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转子每相电流： sE 20 E2 I2 2 2 2 R2 X2 R2 ( sX 20 ) 2 转子的功率因数为： R2 R2 cos 2 2 2 2 R2 X2 R2 ( sX 20 ) 2 可见异步电动机的转子电流和功率 因数也都与转差率 s 有关，如图所示。
电磁转矩公式
sR 2 2 T K 2 U 1 2 R 2 ( sX 20 )
由公式可知
2 1. T 与定子每相绕组电压 U 1 成正比。U 1 T
2. 当电源电压 U1 一定时，T 是 s 的函数。 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。
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Y 接法：
U1 U1 V1 W1 W2 U 2 V2 W1 V1 W2U2 V2
接法：
W2 U1 W1 U2
U1 V1 W1
V2
V1
W2 U2 V2
注：定子绕组的连接方式分别为星形连接与三 角形连接。
12
2、转子 转子主要由转子铁心和转子绕组组成。 转子铁心:它用0.5mm厚且外圆周冲有转子槽形 的硅钢片叠压而成。 作用：一是导磁，二是安放绕组。 线绕式由漆包线绕制而成。 转子绕组 鼠笼式
A
1、此时接通电源，会怎样？ 2、如果运行中断一线，
B C
会怎样？
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三相异步电动机若在起动前有 一相断电，和单相电机一样将不能 起动。此时只能听到嗡嗡声，使电 动机过热而烧毁，必须赶快排除故 障。
A
B C
三相异步电动机在运行中，若其中一相和电源 断开，则变成单相运行。此时和单相电机一样，电 机仍会按原来方向运转。但若负载不变，三相供电 变为单相供电，电流将变大，导致电机过热。使用 中要特别注意这种现象，为此应该有过载保护。