电机与拖动第四章
电机与拖动第4章异步电机的电力拖动1-3
表明：三相异步电动机的电磁转矩是由主磁通 Φm 与转子电流的 ' 有功分量 I 2 cosϕ 2 相互作用产生的。
4.1 三相异步电动机的机械特性
2. 电磁转矩的参数公式
pm2 T= E2 I 2 cos ϕ 2 2πf1
I2 = sE 2 ( R 2 ) 2 + ( sX 2 ) 2
若将 Tem 作为横坐标轴、
，则T-s
n0
三相异步电动机的机械特性曲线
4.1 三相异步电动机的机械特性
【例 4.1.2 】 一台Y225M－2 型三相异步电 动机，若 TL = 200 N·m，试问能否带此负载： (1) 长期运行；(2) 短时运行； (3) 直接起动（设 Is 在允许范围内）。 解：查电工手册得知该电机的 PN = 45 kW， nN = 2 970 r/min，αMT = 2.2， αST= 2.0。 (1) 电动机的额定转矩 60 PN 60 45×103 = N·m = 145 N·m TN = 2π nN 2×3.14 2 970 由于 TN＜TL ，故不能带此负载长期运行。
= s N (α MT + α
2 MT
− 1)
如何使用实用公式? 2TM T= s sM sM + s
TM= αMT TN
若忽略 T0，则 60 PN TN = T2 N = 2π nN
额定工作时
TN 1 2 = = sN sM α MT TM + sM sN
sM = s N (α MT + α
2 MT
电机与拖动
第 4 章 异步电机的电力拖动
4.1 三相异步电动机的机械特性 4.2 电力拖动系统的稳定运行 4.3 三相异步电动机的起动 4.4 三相异步电动机的调速 4.5 三相异步电动机的制动
电机与拖动(第3版)(附微课视频)第4章
第4章 思考题与习题答案1．三相笼形异步电动机由哪些部件组成？各部分的作用是什么？答：三相笼形异步电动机由定子和转子两部分组成。
定子产生旋转磁场，转子产生电磁转矩2．为什么三相异步电动机定子铁芯和转子铁芯均用硅钢片叠压而成？能否用钢板或整块钢制作？为什么？答：用硅钢片叠压而成是为了减小铁损。
铁心不能用钢板或整块钢制作，因为铁心损耗较大。
3．什么是旋转磁场？旋转磁场是如何产生的？答：三相定子绕组通入三相交流电，则在定子、转子与空气隙中产生一个沿定子内圆旋转的磁场，该磁场称为旋转磁场。
它是三相对称的定子绕组通入三相对称的交流电而产生的。
4．如何改变旋转磁场的转速和转向？答：改变电源频率、磁极对数均可改变旋转磁场的转速。
将I A —I B —I C 中的任意两相A 、B 互换，均可改变旋转磁场的转向。
5．说明三相异步电动机的工作原理，为什么电动机的转速总是小于旋转磁场的转速？ 答：三相异步电动机的工作原理：当定子本相绕组通人三相电流后，定子绕组产生旋转磁场。
该磁场以同步转速在空间顺时针方向旋转，静止的转子绕组被旋转磁场的磁力线所切割，产生感应电动势，在感应电动势的作用下，闭合的转子导体中就有电流转子电流与旋转磁场相互作用的结果便在转子导体上产生电磁作用力F ，电磁作用力F 对转轴产生电磁转矩M ，使转子转动。
当定子绕组接通三相交流电时，转子便逐步转动起来，但其转速不可能达到同步转速。
如果转子转速达到同步转速，则转子导体与旋转磁场之间就不再存在相互切割运动。
就没有感应电动势和感应电流，也没有电磁转矩，转子转速就会变慢。
因此在电动机运转状态下，转子转速总是低于其同步转速。
6．一台三相异步电动机，型号为Y2-160M2-2，额定转速为n =2 930r/min ，f 1=50Hz ，求转差率s 。
解：由Y2-160M2-2可知p=1，另外n 1=60f/p=60×50/1=3000 r/min而 S=（n 1- n 2）/ n 1=（3000-2930）/3000=0.023。
电机与拖动基础 第2版 (许建国 著) 高等教育出版社 第四章 课后答案
第四章4 .1 如果电源频率是可调的,当频率为50 Hz 及40 Hz 时,六极同步电动机的转速各 是多少? 解: n =1n =pf 160六极同步电动机P=3,当1f =50HZ 时,min /100035060r n =⨯=; 当1f =40HZ 时,min /80034060r n =⨯=4 . 2 同步电动机在正常运行时,转子励磁绕组中是否存在感应电动势?在起动过程中 是否存在感应电动势?为什么?答: 同步电动机在正常运行时,转子励磁绕组中不存在感应电动势。
正常运行时转子的转速等于定子旋转磁场的转速,转子励磁绕组与定子旋转磁场之间没有相对切割运动,所以转子励磁绕组中不会产生感应电动势。
在起动过程中转子励磁绕组中存在感应电动势,因为起动时转子的转速低于定子旋转磁场的转速,转子励磁绕组与定子旋转磁场之间有相对切割运动,所以转子励磁绕组中会产生感应电动势。
4 . 3 为什么异步电动机不能以同步转速运行而同步电动机能以同步转速运行?答: 若异步电动机以同步转速运行,则转子的转速等于定子旋转磁场的转速,两者之间没有相对切割运动,在转子绕组中不会产生感应电动势,没有电流,没有电磁转矩,异步电动机不能运行,所以异步电动机不能以同步转速运行。
同步电动机的定子绕组通入三相交流电产生旋转磁场,而转子励磁绕组通入直流电产生恒定磁场,只有当转子转速等于同步转速时,同步电动机才能产生固定方向的电磁转矩,从而带动负载运行;如果转子转速不等于同步转速,则产生的电磁转矩的方向是交变的,时而是顺时针方向,时而是逆时针方向,平均电磁转矩为零,所以同步电动机只能以同步转速运行。
4 . 4 为什么要把凸极同步电动机的电枢磁动势aF 和电枢电流I 分解为直轴和交轴两个分量?答: 凸极同步电动机结构上的特点是转子具有明显突出的磁极,使得定、转子之间的气隙是不均匀的,这给分析工作带来困难。
为便于分析,在转子上放置垂直的两根轴,即直轴和交轴,直轴与转子轴线重合,交轴与转子轴线垂直,这样使得沿直轴或交轴方向的磁路是对称的,同时由于直轴与交轴互相垂直,计算直轴方向的磁通时不必考虑交轴磁动势的影响,同样,计算交轴方向的磁通时也不必考虑直轴磁动势的影响,可使计算工作简化,所以常把凸极同步电动机的电枢磁动势aF 和电枢电流I 分解为直轴和交轴两个分量。
电机与拖动基础 第2版 (许建国 著) 第4章习题答案
第四章4 .1 如果电源频率是可调的,当频率为50 Hz 及40 Hz 时,六极同步电动机的转速各 是多少? 解: n =1n =pf 160 六极同步电动机P=3,当1f =50HZ 时,min /100035060r n =⨯=; 当1f =40HZ 时,min /80034060r n =⨯=4 . 2 同步电动机在正常运行时,转子励磁绕组中是否存在感应电动势?在起动过程中 是否存在感应电动势?为什么?答: 同步电动机在正常运行时,转子励磁绕组中不存在感应电动势。
正常运行时转子的转速等于定子旋转磁场的转速, 转子励磁绕组与定子旋转磁场之间没有相对切割运动,所以转子励磁绕组中不会产生感应电动势。
在起动过程中转子励磁绕组中存在感应电动势,因为起动时转子的转速低于定子旋转磁场的转速, 转子励磁绕组与定子旋转磁场之间有相对切割运动, 所以转子励磁绕组中会产生感应电动势。
4 . 3 为什么异步电动机不能以同步转速运行而同步电动机能以同步转速运行?答: 若异步电动机以同步转速运行,则转子的转速等于定子旋转磁场的转速,两者之间没有相对切割运动,在转子绕组中不会产生感应电动势,没有电流, 没有电磁转矩, 异步电动机不能运行,所以异步电动机不能以同步转速运行。
同步电动机的定子绕组通入三相交流电产生旋转磁场,而转子励磁绕组通入直流电产生恒定磁场,只有当转子转速等于同步转速时, 同步电动机才能产生固定方向的电磁转矩,从而带动负载运行;如果转子转速不等于同步转速,则产生的电磁转矩的方向是交变的,时而是顺时针方向, 时而是逆时针方向,平均电磁转矩为零,所以同步电动机只能以同步转速运行。
4 . 4 为什么要把凸极同步电动机的电枢磁动势aF 和电枢电流I 分解为直轴和交轴两个分量?答: 凸极同步电动机结构上的特点是转子具有明显突出的磁极,使得定、转子之间的气隙是不均匀的,这给分析工作带来困难。
为便于分析,在转子上放置垂直的两根轴,即直轴和交轴,直轴与转子轴线重合,交轴与转子轴线垂直,这样使得沿直轴或交轴方向的磁路是对称的,同时由于直轴与交轴互相垂直,计算直轴方向的磁通时不必考虑交轴磁动势的影响,同样, 计算交轴方向的磁通时也不必考虑直轴磁动势的影响,可使计算工作简化,所以常把凸极同步电动机的电枢磁动势aF 和电枢电流I 分解为直轴和交轴两个分量。
电机与拖动第4章
第4章 思考题与习题答案1．三相笼形异步电动机由哪些部件组成各部分的作用是什么答：三相笼形异步电动机由定子和转子两部分组成。
定子产生旋转磁场，转子产生电磁转矩2．为什么三相异步电动机定子铁芯和转子铁芯均用硅钢片叠压而成能否用钢板或整块钢制作为什么答：用硅钢片叠压而成是为了减小铁损。
铁心不能用钢板或整块钢制作，因为铁心损耗较大。
3．什么是旋转磁场旋转磁场是如何产生的答：三相定子绕组通入三相交流电，则在定子、转子与空气隙中产生一个沿定子内圆旋转的磁场，该磁场称为旋转磁场。
它是三相对称的定子绕组通入三相对称的交流电而产生的。
4．如何改变旋转磁场的转速和转向答：改变电源频率、磁极对数均可改变旋转磁场的转速。
将I A —I B —I C 中的任意两相A 、B 互换，均可改变旋转磁场的转向。
5．说明三相异步电动机的工作原理，为什么电动机的转速总是小于旋转磁场的转速 答：三相异步电动机的工作原理：当定子本相绕组通人三相电流后，定子绕组产生旋转磁场。
该磁场以同步转速在空间顺时针方向旋转，静止的转子绕组被旋转磁场的磁力线所切割，产生感应电动势，在感应电动势的作用下，闭合的转子导体中就有电流转子电流与旋转磁场相互作用的结果便在转子导体上产生电磁作用力F ，电磁作用力F 对转轴产生电磁转矩M ，使转子转动。
当定子绕组接通三相交流电时，转子便逐步转动起来，但其转速不可能达到同步转速。
如果转子转速达到同步转速，则转子导体与旋转磁场之间就不再存在相互切割运动。
就没有感应电动势和感应电流，也没有电磁转矩，转子转速就会变慢。
因此在电动机运转状态下，转子转速总是低于其同步转速。
6．一台三相异步电动机，型号为Y2-160M2-2，额定转速为n =2?930r/min ，f 1=50Hz ，求转差率s 。
解：由Y2-160M2-2可知p=1，另外n 1=60f/p=60×50/1=3000 r/min而 S=（n 1- n 2）/ n 1=（3000-2930）/3000=。
电机与拖动技术第四章
U1 , Ra
U N , Ra R1
0
T N
T
第二节
例4.3
直流电动机的调速
某他励直流电动机， U N 220V ，I N 210 A， PN 40KW，
nN 1500r / min，电枢回路总电阻 Ra 0.1，求下列各种情况
下电动机的调速范围： （1） 静差率 30% ，电枢串电阻调速；
直接起动。
直流电动机的常用起动方法有电枢回路串电阻起动和降 压起动两种。
第一节
直流电动机的起动
Ra R 。
一．电枢回路串电阻起动
电枢回路串电阻 R ，可限制起动电流为 I S U N
n
n0
A
R1 R2 R3
R1
R2
逐步切除起动电阻 的方法可保证起动过程
的平稳，机械特性如左
图所示。起动完成后， 切除全部起动电阻，电
T
U3
0
U1
U2
TL
Ts
第一节
例4.1
直流电动机的起动
一台他励直流电动机，额定功率 PN 80KW，额定电压
U N 400V，额定电流 I N 235 A ，额定转速 nN 1000r / min ， 电枢回路总电阻 R 0.1 ，拖动额定的恒转矩负载运行， a
忽略空载转矩。
R3
0
TL
Ts
T
机稳定运行在 A 点。
第一节
直流电动机的起动
二．降电压起动
降低电源电压 U ，可以有效地限制起动电流为 I S U N Ra 。
n
n0
A
U1 U 2 U 3 U 4 U N
起动过程可以 逐渐升高电压 U 至
电机与拖动第4章异步电机的电力拖动
异步电机具有结构简单、价格便宜、运行可靠等优点，广 泛应用于工业、农业、交通运输等领域。
异步电机的基本结构
异步电机主要由定子和转子两部分组 成。定子包括机座、绕组和铁芯等部 分，而转子则由转子铁芯、转子绕组 和转轴等部分组成。
异步电机的机座和铁芯通常采用导磁 性能良好的材料制成，如硅钢片。
θ=∫(T-Tload)/Ke，其中θ为转 角，T为电机转矩，Tload为负载 转矩，Ke为电机转矩常数。
根据牛顿第二定律和欧拉公式推 导得出，描述了电机和负载的运 动关系。
电力拖动系统的负载特性
1 2
恒转矩负载
负载转矩与转速无关，如传送带、压机等。
恒功率负载
负载功率与转速成正比，如机床主轴、电动汽车 等。
变频调速
通过改变电源的频率，实现电动机的调速。
异步电动机的调速性能指标
调速范围
异步电动机的最高和最低转速之比， 反映了电动机的调速范围。
静差率
异步电动机在带负载运行时，转速降 与转速之比，反映了电动机的稳态调 速性能。
动态响应时间
异步电动机在受到负载变化时，转速 恢复到稳定值所需的时间，反映了电 动机的动态调速性能。
稳定。
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异步电动机的电气制动
能耗制动
在切断电源后，将电动机的定子绕组短接，利用转子惯性使转子绕组在直流励磁下产生 感应电流，通过电阻消耗能量实现制动。这种方式简单、可靠，适用于对制动精度要求
不高的场合。
反接制动
通过在电动机的电源上施加反向电压或改变电源相序，使转子产生反向力矩实现制动。 这种方式制动速度快，但需要精确控制，以防止反向力矩过大导致电动机损坏或系统不
李发海电机与拖动基础第四版第四章
动运行状态，如图4.10 (b)中第一象限的A点。当刀闸突然与电源
断开并接入电阻R时，其机械特性由图(b)中的曲线1变为曲线2。 切换后的瞬间，因转速不能突变，磁通仍为额定值，固反电势 Ea 不变，而此时 U=0 ，因此点枢电流和转矩分别为：
因 TB TL ,则系统减速，Ea 下降，电流与转矩的绝对值减小，电动
调速的经济性主要指调速设备的初投资、调速的电能损耗和 运行时的维修费用等。
以上所述他励直流电动机的三种调速方法的性能比较，请见
课本表4.1 。
4.3 他励直流电动机的电动与制动运行
电动机在负载特性与机械特性的交点上的恒速运行，称为 稳态运行；在工作点之外的机械特性上的运行时，称为过度过 程；他励直流电动机的固有特性、人为特性和各类生产机械的
（2）磁通 Φ恒定不变；
（3）负载转矩为常数不变。 下面以图 4.20为例，从起
始点A到稳定点 B的过渡过
程。
图 4.20 机械特性上A→B的过渡过程
1. 转速 n 的变化规律 n=f (t)
设负载转矩 TL 和 GD 2为常数，其转矩与转速的动态方程为：
GD 2 dn T TL 375 dt
路的总电阻有关，电阻小，电流大，制动转矩大，停车快；但
电流过大将导致换向困难。工程上依据最大允许电流，计算出 Ea R 。 能耗制动时电枢回路所串的最小电阻。即 Rmin I maix
图4.11 为他励直流电动机各种运行状态下的功率流程图。其中
图（a）是电动运行状态，图（b）为能耗制动过程。
行。
图4.15 倒拉反转运行 1-固有特性 2-串电阻人为特性
4.3.5 回馈制动运行 1.正向回馈制动运行
他励直流电动机降压调速时，电机运行点从A→B→C→D ，
电机与拖动基础第四章
4-4
4.1.2 电枢回路串电阻起动
分级起动时 可将每一级的 I1(或 T1)与 I2 (或 T2) 取得 或 大小一致, 大小一致,以使电动 机有比较均匀的加速 度,这能改善电动机 的换向情况, 的换向情况,缓和转 矩对传动机构与工作 机械的有害冲击
simulation
4-14
4.2.4 调速的性能指标
2 静差率δ 静差率δ
相对稳定性的程度用静差率 δ 来表示, 来表示,是电动机在同一条 机械特性上额定负载时转速 降落n与该机械特性的理想 降落n与该机械特性的理想 空载转速n 之比. 空载转速n0之比.表明负载 变化引起转速变化的大小程 度. 静差率与调速范围是互相联 系的两项指标, 系的两项指标, 系统可能达到的最低速 nmin 决定于低速特性的静差率. 决定于低速特性的静差率.
COPYRIGHT By ZhaoTao
4-9
4.2.2 改变电枢电源电压调速
优点:调速后,转速稳定性不变,无级,平滑, 优点:调速后,转速稳定性不变,无级,平滑, 损耗小. 损耗小. 缺点:只能下调, 缺点:只能下调,且专 门设备,成本大.( .(可 门设备,成本大.(可 控硅调压调速系统) 控硅调压调速系统) 电枢由晶闸管整流供电的直 流调速 晶闸管装置调节发电机励磁 的发电机的发电机-电动机机组调速
COPYRIGHT By ZhaoTao
4-10
4.2.3 弱磁调速
因为,一般电动机 n 因为, n n02 φ2 <φ1 <φN 的额定磁通已设计 n02 φ2 <φ1 <φN n n 01 φ 得使铁心接近饱和, 得使铁心接近饱和, 01 φ2 2 n0N φ1 n0N φ1 所以, 所以,改变磁通一 n φ n0 φ 0 N 固有特性 N 般应用在弱磁的方 向,称为弱磁调速 I 0 T 0 , Ist TL TN Tst2Tst1Tst 弱磁调速的机械特性 弱磁调速的转速特性 一般可以使转速从 额定值向上调节. 额定值向上调节. 减少励磁电流时,磁通Φ减少, 减少励磁电流时,磁通Φ减少, 电动机机械特性n 电动机机械特性n0点和斜率增 负载不变时, 大.负载不变时,交点也下 速度也随之改变. 移,速度也随之改变.
电机与拖动第四章
90
称为谐波磁动势的节距因数
（三）相绕组的磁动势 绕组由集中的改为分布的，基波合成磁动势幅值应该打一个 折扣kq1； 线圈由整距改为短距的基波合成磁动势幅值应该打一 个折扣ky1；因此，由短距线圈组成的分布绕组的基波合成磁动势 幅值等于具有相同匝数的整距集中绕组的基波合成磁动势幅值乘 以系数kw1=kq1ky1，称为基波绕组因数。 对于v 次谐波 kwv=kqvkyv
32
对于单相绕组磁动势，可以归纳以下几点： 1）单相绕组的磁动势是一种空间位置上固定、幅值 随时间变化的脉振磁动势。 2）单相绕组的基波磁动势幅值的位置与绕组的轴线相重合。
Nk W 1 p
3）单相绕组脉振磁动势中的基波磁动势幅值为
而v 次谐波磁动势幅值为： F 越高，幅值越小。
v
F 1 0 . 9
19
4、画定子槽展开图
确定相带和应有 的电流相对方向 单层相绕组的 一种联接方法 三相绕组排列和联接的一 般方法为:①计算极距；② 计算每极每相槽数；③划 分相带；④组成线圈组； ⑤按极性对电流方向的要 求分别构成各相绕组。
20
三、三相单层绕组
单层绕组的每一个槽内只有一个线圈边，整个绕组的线圈数等 于总槽数的一半。 以下用定子槽数为24，两极电机的定子绕组为例，说明单层绕 组构成。 Q 24 1、计算极距 12
相绕组 的构成
同心式 绕组
22
四、三相双层绕组
双层绕组的每个槽内都有上下两个线圈边，每个线圈的一个边 放在某一个槽的上层，另一边放在相隔节距y1的另一个槽的下层。 整个绕组的线圈数等于槽数。 以下用3相4极36槽的双层叠绕组为例，说明3相双层绕组的排 列和联接。 1、计算极距
电机与拖动第4章习题解答
虽然 Tst﹥TL,但 Ist﹥150A,故不可以带此负载直接起动.
4.3.3 解:(1) Tst=αstTN=1.8TN﹥TL =0.8TN Ist=αscIN=6×63=378A 变压器的额定电流
=
1.97
2
= 0.054或Ω)
200 ×103 I Nt = = = 303.88( A) 3U N 3 × 380 sN
虽然 Tst﹥TL,但 Tst﹥INt,故不可以直接起动. (2)
1 1 TstY = Tst = × 1.8TN = 0.6TN 3 3
由于 TstY﹤TL,故不可以采用星形-三角形起动.
2 2 (3) Tsta = K ATst =0.73 × 1.8TN = 0.96TN
αMT − αMT 2 −1 2.4 − 2.42 −1
2 T 85.75 85.75 2 TM M s=sM − −1 = 0.0916 × − −1 = 0.0227 T 40 40 T n＝(1－s)n 0＝(1 －0.0227) × 3000＝2932 r/min） （
TN = 9.55
TM = α MT TN = 2.1 × 64.97 = 136.44( N m) sM =
α MT − α MT − 1
2
2 2 T 136.5 T 136.5 s=s M M − M − 1 = 0.0789 × − − 1 = 0.0183 T 60 T 60 n＝(1－ s)n 0＝ (1－0.0183 ) × 1500＝1473 r/min） （
电机拖动第四章
降低电源电压调速，输入功率
P1 U a I aN 150.5 115 17307 5W .
输出功率与电枢回路串电阻调速相同。
【例题】一台他励直流电动机额定功率PN=7.5kW， UN=220V，IN=41A，nN=1500r/min，Ra=0.376Ω，拖动恒转 矩负载运行，TL=TN，把电源电压降到150V，问：(1) 电源 电压降低了但电动机转速还来不及变化的瞬间，电动机的 电枢电流及电磁转矩各是多大？电力拖动系统的动转矩是 多大？(2) 稳定运行转速是多少？ 解：(1)电动机额定状态运行
U aN E a U aN C E N n Rr Ra Ra Ia Ia 160 0.0802 1200 1.27 1.436 23.56
【例题】一台他励电动机， PN=4kW，UaN=160V， IaN=34.4A，nN=1450r/min，用它拖动恒转矩负载运行，负载 转矩为电动机的额定值。现采用改变电枢电压调速，试问要 使转速降低至1000r/min，电枢电压应降为多少？ 解：忽略空载损耗P0，则额定运行时电枢电动势 PN 4000 E aN 116.28V I aN 34.4 电枢回路总电阻
n
固有机械特性
TN
TN
T (TL )
降电压调速
当I a为额定值时 T CT N I a 常数(额定值） ,
n
TN
TN
T
恒功率调速方式：
在某种调速方法中，保持电枢电流为额定值 不变，若电动机电磁功率恒定不变，则称这
种调速方法属于恒功率调速方式。
弱磁升速属于恒功率调速方式。 恒功率调速方式与恒功率负载相匹配。
【例题】一台他励电动机， PN=4kW，UaN=160V， IaN=34.4A，nN=1450r/min，用它拖动通风机负载在额定状态 运行。现采用改变电枢电路电阻调速。试问要使转速降低至 1200r/min，需在电枢电路串联多大的电阻Rr？ 解：忽略空载损耗P0，则额定运行时电枢电动势 PN 4000 E aN 116.28V I aN 34.4 电枢回路总电阻
精品课件-电机拖动与控制(刘保录)-第4章
W1
9，10 21，22
V2
11，12 23，24
第4章 交流电机的定子绕组、 磁动势及感应电动势
（3） 构成一相绕组，绘出展开图。根据表4.1.4对上层线圈边 的分相以及双层绕组的下线特点（一个线圈的有效边放在上层，另 一个有效边放在下层）来放置线圈。如果1号线圈的一个有效边放 在1号槽的上层，则另一有效边根据线圈节距y1的大小放置在7号槽 的下层边；2号线圈的一个有效边在2号槽的上层，则另一有效边应 在2+6＝8号槽的下层。一个极面下属于U相的1、2两个线圈串联构 成一个线圈组，再将第二个极面下属于U相的7、8两个线圈串联构 成第二个线圈组。按照同样的方法，另两个极面下属于U相的13、 14和19、20线圈分别构成第三、第四个线圈组。如此直至每极面下 都有一个属于U相的线圈组， 因此双层绕组的线圈组数和磁极对数 相等。最后， 根据电动势相加的原则把4个线圈组串联起来，组成 U相绕组， 如图4.1.9所示。
解 (1)计算极距τ、每极每相的槽数q和槽距角α:
Z1 24 6
2p 4
第4章 交流电机的定子绕组、 磁动势及感应电动势
q Z1 24 2 2m1 p 2 3 2
p 360 2360 30
Z1
24
2）分相。将槽依次编号，绕组采用60°相带，则每个 相带包含两个槽，列表4.1.1 中。
Z1
Z1
第4章 交流电机的定子绕组、 磁动势及感应电动势
（2） 分相。 由q＝2和60°相带的划分顺序可得如表4.1.4所 示的相带与槽号的对应关系。
表4.1.4 相带与槽号的对应关系（三相叠绕组）
相带 槽号
第一对极 第二对极
U1
1，2 13，14
W2
电机与拖动基础4章
UN Is I N , TS Ct N I S TN Ra 可见，直接启动时启动电流很大，烧坏电机；启动 转矩过大，易造成机械撞击，损坏传动机构。因此，除 了微型电动机，因其电枢电阻较大，启动过程短，可采 用直接加电压启动的方法外，一般直流电动机都不采用 这种方法。
M
0
TL
Ra+R3 TS T
4.1.2 降电压启动
• 降低电源电压U，启动电流： IS=U/Ra
为了保持启动转矩较大， 启动电流较小，逐渐升高电 压，直至最后升到UN
优点：电源电压可以连 续升高，起动过程平滑；电 枢回路不串电阻，能量损耗 少。
n n0 A
U
n0’ 0 IL(TL) IS(TS) Ia(T)
I aB
Ea Ra R
能耗制动开始瞬间|Ia|与（Ra+R) 成反比，R越 小， |Ia| 越大。 |Ia|大，电磁转矩大，停车快。但 Ia过大换向困难，因此规定制动过程中的最大电 流Iamax。 Ea Rmin Ra I a max
2. 能耗制动运行
• 如果拖动位能性负载，采用能耗制动，运行到O点如 不用其它方式停车，T=0，小于负载转矩，系统继续 减速，即开始反转，在C点T=TL，稳定在C点。 n • 此时，T>0，n<0，T与n方向相 n0 B A 反，T为制动性转矩，这种稳定运 行状态就是能耗制动运行。 TL2 TL1 • 回路串电阻大，转速绝对值也大。
只适用于中小容量的电动机，低速运行时间 短，对调速要求不高的场合。
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3 E 0 U sin θ 3U 2 T = + Ω 1X d 2Ω 1
PM
3 E 0 U sin θ 3U = + Xd 2
2
1 1 − Xq Xd 1 1 − Xq Xd
sin 2 θ sin 2 θ
3 E 0 U sin θ 3U 2 T = + Ω 1Xd 2Ω 1
三、凸极同步电动机的电压平衡方程式
U = E+ Z I
. . .
q
Z为电枢绕组漏阻抗 为电枢绕组漏阻抗
N 1k N 1 Fa = 1.35 I p
旋转磁动势的幅值大小
{
{
N 1k N 1 N 1k N 1 Fad = 1.35 I sinψ = 1.35 Id p p N 1k N 1 N 1k N 1 Iq Faq = 1.35 I cosψ = 1.35 p p
同步电动机的转子有两种结构型式凸极式和隐极式。 同步电动机的转子有两种结构型式凸极式和隐极式。凸极式有 明显的磁极，隐极式转子呈圆柱形，没有明显的磁极。 明显的磁极，隐极式转子呈圆柱形，没有明显的磁极。
2．转子
凸极式制造方便， 凸极式制造方便， 宜用于低速； 宜用于低速；隐 极式结构均匀对 宜用于高速。 称，宜用于高速。
同步电动机转子励磁绕组通直流，定子电枢绕组通交流。 同步电动机转子励磁绕组通直流，定子电枢绕组通交流。 故转子励磁磁动势为 F. ，定子电枢磁动势为 。 . F
0 a
二、凸极同步电动机的双反应理论
Blondel双反应理论
. .
q
交轴
.
Fa
Fad = Fa sinψ
d Fad 直轴
ψ
Faq
F0 d
.
Faq = Fa cosψ
PL = 3U L I L cos ϕ L = 3000 + 2500 + 40 = 5540 kW
I L = 320 A
P1 = 3U 1 L I 1 L cos ϕ N 1 = 3000 kW
I 1 L = 266 .5 A
I 1 LQ = 266 .5 1 − 0 .65 2 = 202 .5 A I 1 LP = 266 .5 × 0 .65 = 173 .2 A
.
.
.
四、凸极同步电动机的相量图和电枢反应
P192
五、隐极同步电动机
Xd = Xq = Xc
U = E+ Z I = E 0 + E ad + E aq + I ( R1 + jX 1 ) = E 0 + jX d I d + jX q I q + R1 I
. . . . . . . .
.
.
.
.
.
Id = E0 − U cos θ Xd
Iq =
不计R1即PCu1=0，根据推导： 不计R =0，根据推导：
PM 3 E 0 U sin θ 3U = + Xd 2
2
U sinθ Xq
1 1 − Xq Xd 1 1 − Xq Xd
sin 2 θ sin 2 θ
三、同步电动机的铭牌数据 1．型号
型号 同步电动机 功率 T 2500 – 4/ 2150 定子铁心外径 磁极数
2 ．同步电动机的额定值 额定功率 PN 额定电压 UN 额定电流 IN PN = 3U N I Nη N Cosϕ N 额定转速 nN 额定效率 ηN
同步电动机的电磁关系 4.2 同步电动机的电磁关系 一、同步电动机的磁动势
4.1 同步电动机的结构及工作原理
一、同步电动机的结构特点
与异步电动机一样， 与异步电动机一样，三相同步电动机也是由定子和转子两大部 分组成， 转子之间有气隙。 分组成，定、转子之间有气隙。 1．定子 ． 同步电动机的定子与三相异步电动机的定子结构基本相同， 同步电动机的定子与三相异步电动机的定子结构基本相同，由定子 铁心、电枢绕组、机座和端盖等部件组成。 铁心、电枢绕组、机座和端盖等部件组成。其电枢绕组可接成星形 或三角形。 或三角形。
I 2 LQ = 202 .5 A I 2 LP = 320 − 173 .2 = 146 .8 A
cosφ同=0.587 S同=4330kvA
I 2 L = 250 A = I同
U = E 0 + ( jX c + R1 ) I ≈ E 0 + jX c I
.
.
.
.
.
.
jX I
.
E0
I
ϕθ
U
Ψ
.
F0
d
4.3 同步电动机的功率关系
P1
P2
转矩关系
T = T2 + T0
PM
电磁转矩 电磁转矩
T=
PCu1
PFe
Pmec
Ps
机械转矩 机械转矩
T2 =
Ω1
PM
空载转矩 空载转矩
T0 =
隐极同步电动机
PM 3 E 0 U sin θ = XC
同步电动机
Xd = Xq = Xc
P Mm = Tm = 3 E 0U XC 3 E 0U Ω 1XC
3 E 0 U sin θ T = Ω 1XC
过载系数
Tm 1 = λ= TN sinθ N
见书199页 页 见书
同步电动机的功率因数的调节和V 4.4 同步电动机的功率因数的调节和V形曲线 一、同步电动机的功率因数的调节 同步电动机的功率因数的调节决定于励磁电流 励磁电流调节到恰当大小， 励磁电流调节到恰当大小，电枢电流与电枢 φ=1， 电压的相位达到同相位，cosφ=1 电压的相位达到同相位，cosφ=1，同步电机相当 于阻性负载。对应的励磁称为正常励磁 正常励磁。 于阻性负载。对应的励磁称为正常励磁。 当励磁电流大于正常励磁状态称为过励状态 过励状态， 当励磁电流大于正常励磁状态称为过励状态， 电枢电流的相位超前电枢电压的相位，同步电机 电枢电流的相位超前电枢电压的相位， 相当于容性负载。 相当于容性负载。 当励磁电流小于正常励磁状态称为欠励状态 欠励状态， 当励磁电流小于正常励磁状态称为欠励状态， 电枢电流的相位滞后电枢电压的相位， 电枢电流的相位滞后电枢电压的相位，同步电机 相当于感性负载。 相当于感性负载。
一、功率关系 输入功率 电磁功率 空载损耗
Ω1
P2
Ω1
P0
P1 = P2 + PCu1 + PFe + Pmec + Ps
PM = P2 + P0 = P2 + PFe + Pmec + Ps P0 = PFe + Pmec + Ps
二、功角特性与矩角特性
从书192页图 可导出 页图4.6可导出 #34; PM'
>
" PM
>
' PM " PM' " PM ' PM
cosφ=1 cosφ=1
滞后
0 正
超前
常 励 磁
PM=0 If
欠励
过励
例
P203：NO：4.12 P203：NO：
已知： =10000V， =3000kW， =0.65(感性负载 感性负载) 已知：UL=10000V，P1=3000kW，cosφN1=0.65(感性负载) =4000kW， =2500kW， =40kW，要使cosφ =1， P同 =4000kW，P22=2500kW，P20=40kW，要使cosφL=1， 求：I同， cosφ同，S同 解：
第四章 同步电动机
旋转磁场
旋转磁场转向和通入电流的相序有关 将电动机定子绕组任意对调二相电动机改变 转向
旋转磁场的转速
–旋转磁场的转速决定于磁场的极数
60 f 1 n1 = p
p
1
2 1500
3 1000
4 750
5 600
6 500
no 3000 r/min
交流电机稳定运行时转子转速与旋转磁场转速一致 为同步电机 同步电动机也是一种交流电动机，和异步电动机相比， 同步电动机也是一种交流电动机，和异步电动机相比， 同步电动机运行时， 同步电动机运行时，转子转速与同步转速保持着严格的相 等关系，而且有较高的功率因数。 等关系，而且有较高的功率因数。在一定的运行状态下可 改善电网的功率因数。 改善电网的功率因数。
二、同步电动机的工作原理 同步电动机的工作原理
b)隐极式 a) 凸极式 b)隐极式
当同步电动机定子绕组加上三相对称电压，便产生旋转磁场； 当同步电动机定子绕组加上三相对称电压，便产生旋转磁场；转 子的励磁绕组加直流电压，使磁极的极性恒定。旋转磁场的磁极 子的励磁绕组加直流电压，使磁极的极性恒定。 对转子上的异性磁极产生吸引力， 对转子上的异性磁极产生吸引力，使转子随着定子的旋转一起旋 定子旋转磁场是以同步转速旋转的， 转。定子旋转磁场是以同步转速旋转的，它拖着转子以相同的转 速旋转，而旋转磁场的转速取决于电源的频率和电机的磁极对数， 速旋转，而旋转磁场的转速取决于电源的频率和电机的磁极对数， 因而，在电源频率不变的情况下，同步电动机的转速是恒定的， 因而，在电源频率不变的情况下，同步电动机的转速是恒定的， 不随负载的大小而变化。其速度特性为一平行于横轴的直线。 不随负载的大小而变化。其速度特性为一平行于横轴的直线。
I = Id + Iq
I d = I sin ψ
I q = I cos ψ
.
.
.
Blondel双反应理论
U = E+ Z I = E 0 + E ad + E aq + I ( R1 + jX 1 ) = E 0 + jX d I d + jX q I q + R1 I