电机拖动原理课件

I2
sE20 R22 (sX20)2
25
转子功率因数
co2s
R2 R2 2X2 2
R2 R2 2(s
X 2)02
26
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
E20
R22 ( X 20 )2
TST
0
T
37
和转子电阻的关系
n R2
sm
R2 R'2
R '2
结论： TstTst
sm s'm
s'm
T
0
T st T st
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。
38
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
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
若TL ，暂时T< TL,n s I2 T n 35
上输出的转矩。
T
TN
TN
PN
2nN
955n0PNN((转 千/分 瓦 ))
60
（牛顿•米） 31
( 2 ) 最大转矩 Tmax ：
T
电机带动最大负载的能力。Tm
如果TL Tmax电机将会
因带不动负载而停转。
0 sm
s
1
TKR22s(sR2X20)2 U12
TmaxKU12
1 2X20
求解 T 0 S
1
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
2
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
3
§8.1 三相异步电动机的结构与工作原理
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 ％。
42
5. 额定电流：定子绕组在指定接法下的线电流。
如： /1.2 1 A /6.4A 8
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
Φ TKT mI2co2s（牛顿•米）
常数 每极磁通
转子电流
转子电路的
cos228
TK T m I2co2s
将其中参数代入：
I2
sE20 R22 (sX20)2
cos2
R2 R22 (sX20)2
E204.44f1N2Φm
Φm
U1 4.44f1N1
得到转矩公式 TKR22s(sR2X20)2U12
（ P2），不等于从电源吸收的功率（P1）。两者的
关系为： P2 P1
鼠笼电机
其中
P1
=72－93％
3UNINCOS
43
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。
sm
R2 X 20
32
过载系数： T max
TN
Tmax
KU12
1 2X20
三相异步机 1.8~2.2
注意：
（1）三相异步机的 Tmax 和电压的平方成正比，所
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 Tmax，否则
电机将停转。致使
n0(s1 ) I2 I1 电机严重过热
T mT N 1 .8 6.9 5 1.1 68
#（4）用Y－ 方法起动时的Tst' T s (Y t) T s( t)/3 7/3 9 2.3 6 （牛顿•米）36
机械特性和电路参数的关系 和电压的关系
TKR22s(sR2X20)2 U12
T ~U12
n
(s 0) n n0
结论：
U 1 U1 Tmax
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
4
磁极旋转
导线切割磁力线产生感应电动势
eBlv （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 n 1 f
f Bli
n
ei
（左手定则）
S
5
结论：1. 线圈跟着磁铁转→两者转动方向一致
此外还有绝缘等级等参数，不一 一介绍。
44
二、 三相异步机的起动 起动电流 I st ：
中小型鼠笼式电机起动电流为额定电流的5 ~ 7 倍。
原因：起动时 n0 ，转子导条切割磁力线速度很大。
转子感应电势 转子电流 定子电流
影响： 频繁起动时造成热量积累 大电流使电网电压降低
电机过热
影响其他负载工作 45
iA
A
X A'
Z' X'
iC
C' Y' Y
Z B'
C
B
iB
Y' A Z'
C'
B
X'
X
B'
C
Z A' Y
14
iA
A
X A'
Z' X'
iC
C'
Z C
Y' B'
Y
B
iB
I m iA iB iC t
A Y'
C'
N
X' S
•
B'
N
•
Z
A'
Z'
•
B
•
SX
C Y
t 0
极对数 p 2 15
极对数和转速的关系
Y' C'
f1
n1 60
p
转子感生电流的频率：
f2
n1 n p 60
n1n1 n6n10psf1
20
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
同步转速： n16p0 f160 35010r0/m 0 in
转差率： sn1n10 090600.04 n1 1000
f2s1f0 .0 4 5 0 2Hz
21
§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
R1
生的感应电动势。
i1
u1
e1
i2
e2
R2
定子电路 转子电路
Φ 定子边： u1i1R1e1e1N1ddt
设：Φmsi n1t 则：u1N1 m 1co212st
R1
i1
u1N1Φm 1co1st u1
e1
i2
e2
R2
U1N1Φ m1/ 2N1Φ m2f1/ 2
4.44f1N1Φ m
Φm
U1 4.44f1N1
E 1U 14.4f4 1N 1 Φ m 23
R1
E 1U 14.4f4 1N 1 Φ mu1 i1 e1
i2
e2
R2
Φ 同理可得： E24.44 f2N2 m
29
二、 三相电动机的机械特性
根据转矩公式
TKR22s(sR2X20)2 U12
得特性曲线：
s n1 n n1
T T f (S)
n
n
n f(T)
0
最大转速n=n1时
1
s
1
启动时n=0
T
30
三个重要转矩
( 1 ) 额定转矩 T N ：
电机在额定电压下，以额
n
n nN1
定转速 n N 运行，输出额 定功率 PN 时，电机转轴
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。
39
三相异步电动机的使用 一、三相异步机铭牌与技术数据
1. 型号 Y 132M－4
磁极数(极对数 p=2)
n1
60f p
同步转速1500转/分
(转/分）
2. 转速: 电机轴上的转速（n)。如： n =1440 转/分
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
955n 0P NN((转 千/分 瓦 ))
9551006.59牛•顿 米 1450
（2）启动转矩Tst Tst1.2TN79
（3）最大转矩Tm
20
242A
(0.02)2 (0.08)2
额定转速下的I2（N）
s150104400.04
1500
sE 20
R
2 2
( sX
20 ) 2
0.04 20
(0.02 ) 2 (0.04 0.08 ) 2
I2
sE20
40 A
R22 (sX20)2
27
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。
n n 2. 线圈比磁场转得慢
1
异步
n1 f
n
N
ei
S
6
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
C
鼠笼式
转子
X
定子
Z
B
鼠笼转子
机座
7
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 sint
无转子电流
无转距
18
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 n1n1 n100%
电动机起动瞬间: n0, s1（转差率最大）
转子最n大 n1 ， 转 s0 速 (转差率
s范围 0： s1
异步电机运行中: s1~9% 19
n1
60f1 p
(转/分）s n1n1 n100%
33
( 3 ) 起动转矩 Tst ：
电机起动时的转矩。
n
n
1
TKR22s(sR2X20)2 U12
T
其中 n0 (s1)
T st
则 TstKR22R(X 2 20)2U12
T st 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。 34
机械特性曲线 n f (T)
n 常用特
p 1
360
3000(转/分）
p2
p3
180 120
1500(转/分）
1000(转/分）
17
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）
n1 A
Y
Z
n1
A
Y
Z
C
B
X
t 120
C
B
X
t 18010
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。
11
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：
转差率 s150104400.04
1500
40
3. 联接方式 ： Y/ 接法 接线盒：
AB C ZX Y
Y 接法：
A A BC
ZX
Y
C
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
B
Z XY
接法：
ZA
ABC
C
X
Y
B
Z XY
41
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。
A Z
N •B
•
X' S
•
B'
•N
S
X C
30
CS'
X' • • ZN'
A
n0
NZ •
•X
SC
Z'
A' Y t 0
A' t60
n1
60f p
(转/分）
Im
iA iB iC t
16
三相异步电动机的同步转速
60f n1 p
(转/分）
每个电流周期
同步转速 n 1
极对数 磁场转过的空间角度 (f 50H)z
n160f (转 /分）
n1称为同步转速
f5H 0,n 1 z30 转 0 /分 0 12
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
13
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。
三相异步机的起动方法：
（1） 直接起动。二三十千瓦以下的异步电动机一般 采用直接起动。
（2） 降压起动。 Y－ 起动
自耦降压起动
（3）转子串电阻起动。
以下介绍
Y－ 起动。
46
Y－ 起动：
Ul
I l
ZA
C
X
Y
B
正常运行
z 设：电机每相阻抗为
I l
Ul Z
3
I lY
Ul 3Z
A
Ul
I lY
ZX
iB Im sint 120 iC Im sint 240
C
B
iA iB iC
Im
X
t
()电流入
8
iA
A
ZX
Im
iC C
Y B
iA iB iC
t
iB
Y
A
NZ
t 0
合成磁场方向：
C
B
S
向下
X
9
同理分析，可得
其它电流角度下 的磁场方向：
Im
iA iB iC
t
n 1 60
A
Y
Z
N
CS
B
X
t60
C
Y
B
起动
I lY 1
I l
3
47
Y－ 起动应注意的问题：
（1）仅适用于正常接法为三角形接法的电机。
f 2 ：转子感应电动势的频率 N 2 ：转子线圈匝数 f 2 取决于转子和旋转磁场的相对速度
f2 sf1
24
转子电流
I2
E2 R22 X22
R1
i1
u1
e1
i2
e2
R2
E24.44f2N2Φm4.44s1fN2ΦmsE20
E204.44f1N2Φm,s1时E 的 （ 2 E2的最大
X 2 2f2 L 2 2s1 L f2 s2 X 0