第4章电动机(动画)

2.绕线型电动机 转子串电阻起动
绕线型电动机除了上述降压起动之外 还可采用转子绕组外接电阻起动
优点
①增大转子绕组电阻，可减小起动电流。 ②因为 Tst R2 ，所以可增大起动转矩。
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《电工与电子应用技术(电工学Ⅱ)》
普通高等教育“十一五”国家级规划教材
4.1 三相交流异步电动机
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4.1
三相交流异步电动机
（2）旋转磁场的旋转方向
定子电流顺相序
定子电流逆相序
n1
磁场顺时针 旋转
n1
磁场逆时针 旋转
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制动
制动时：在切断定子电源的 同时，在任意两相定子绕组 中加入制动直流电源，产生 制动电磁转矩，使电机减速 并停转。
反接制动
能耗制动
限制电流
注意
制动瞬间，定子绕组中的电流 很大，必须加以限制。 当转速为零时，必须迅速切断 制动电源。
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直流电动机 控制电动机
*4.3
*4.4
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4.1三相交流异步电动机
三相异步电动机
直流电动机
步进电动机
伺服电动机
测速发电机
4.1
三相交流异步电动机
4.1. 1 基本构造
三相异步电动机主要由定子和转子两大部分组成。
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2 1
2 1
三相异步电动机的 两个使用参数
③最大电磁转矩 Tmax
Tmax
U K 2 X 20
Tmax 过载系数： （1.8~2.2) TN
dT 对电磁转矩公式求 0时得到 ds
Tst 起动能力： （0.8~2.0) TN
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U 1Y
Ul 3
T
(U1Y ) 2 ( yst
Ul 3
)2
U 3 I p 3 l I l Z
U 1 U l
T
st
(U 1 ) 2 (U l ) 2
I ly
1 3 I l
T
yst

1 3 T st
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4.1
三相交流异步电动机
(3)旋转磁场的转速 n1
① 一个电流周期，一对磁极的旋转磁场在空间转过360°
n1 60 f1
② 一个电流周期，二对磁极的旋转磁场在空间转过180°
60 f1 n1 2
结论：旋转磁场的转速为
60 f1 n1 (r / min) p p 磁极对数
f1电源频率
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4.1
三相交流异步电动机
（4）旋转磁场的磁极对数 p
三相定子绕组空间成 1200 对称时，旋转磁场 p 1
三相定子绕组空间成 60 0 对称时，旋转磁场 p 2
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4.1 三相交流异步电动机
1.笼型电动机两 种降压起动 （1）Y 换接起动
起动时定子绕组 三角形联结
起动时定子绕组 星形联结
①起动电流关系
星形联结 起动 三角形 联结起动 关系
②起动电磁转矩关系
U
l
I ly
I
3
py
Z
星形联结 起动 三角形 联结起动 关系
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4.1 三相交流异步电动机
（2）自耦变压器 降压起动
①起动转矩 关 系
全压起动时
②起动电流 关 系
Tst (U1 )2 (U P )2
I st
2
U1 U P Z Z
降压起动时
Tst1(U1 ) 2 (
U P 2 (U P ) ) K K2
第4章
电动机
教 学 目 标
基本概念: 旋转磁场 电磁转矩 机械特性 三相异步电动机的结构 三相异步电动机的转动原理 三相异步电动机的电磁转矩和机械特性 三相异步电动机的选择与使用
《电工电子应用技术(电工学Ⅱ)》
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第4章
电动机
4.1 *4.2
三相交流异步电动机
单相交流异步电动机
U
1
4.44 f
1
N k
1
1
U1 （定子绕组 相电压）
e2 R2i2 (e 2 ) N 2 d dt
2
定子电路 等效
转子电路 等效
E
2
4.44
f N k
2 2
f2
p(n1 n) (n1 n) pn1 sf1 60 n1 60
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1 1 TYst Tst I st 、 3 3
起动
方法：全压起 动和降压起动
自耦变压器降压起动： 1 起动转矩为全压起动的 3 1 起动电流为全压起动的 3 《电工与电子应用技术(电工学Ⅱ)》
①降压起动方法：Y 换接降压起动 和自耦变压器降压起动。 ②优点： st 减小；缺点：st 减小 T I
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4.1
三相交流异步电动机
(1) 定
子
定子由定子铁心和定子绕组组成。 ①定子铁心 定子铁心由内圆开槽的圆 形硅钢片叠压而成。槽内嵌 入定子绕组。
②定子绕组 定子绕组是用外表绝缘的 铜线绕制而成。定子绕组为 三相对称绕组。
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4.1. 2 工作原理
实验举例 实验结论 介于磁场内的铜质笼型 绕组跟随磁场而旋转。
磁铁
启示 三相异步电动机的转动原理 与上述实验结论相似。 关键点 三相异步电动机的旋转 磁场是如何产生的？ 《电工与电子应用技术(电工学Ⅱ)》
铜质笼型绕组
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4.1
E2
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4.1
三相交流异步电动机 电磁转矩与转差率的 关系曲线 最 大 电磁转矩
（2）电磁转矩特性 T f ( s ) 将 U1 、E20 U1
I2 E2 R X
2 2 2 2

sE20
2 R2 (sX 20 )2
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4.1 三相交流异步电动机
改变旋转磁场的 转向实现电动机 的正反转。
n1
正反转
磁场顺时针 旋转
n1
磁场逆时针 旋转
改变定子电源的相序
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4.1 三相交流异步电动机
制动时：改变定子电源的相序 即任意对调两根定子电源线， 使电机产生反向的电磁转矩即 制动转矩，使电机减速，并停 转。
三相交流异步电动机
1.三相异步电动机的旋转磁场 （1）旋转磁场的产生
定子电流
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4.1
三相交流异步电动机
t 0
t 3600
wk.baidu.com
结论：
①三相定子绕组在空间 1200 对称时，磁场的磁极为一对。 ②三相定子电流交变一周， 磁场就旋转一周。
4.1
三相交流异步电动机
(2)转 子 转子由转子铁心和 转子绕组组成。铁 心的外圆开槽，用 来安装转子绕组。 三相异步电动机的 转子有两种型式： 笼型和绕线型。
①笼型转子
②绕线型转子
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4.1
三相交流异步电动机
COS2
R2
2 2 R2 X 2

R2
2 R2 (sX 20 )2
起 动 电磁转矩
代入 T KT I 2COS2 得到下式：
转差率
额 定 电磁转矩
sR2U T K 2 2 R2 (sX 20 )
转子每相绕组内阻
常数
2 1
额定转差率
临界转差率
n=0时
转子绕组漏感抗
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三相异步电动机转速 60 f1 n (1 s) 公式： p
①变频调速 即改变 f1
调速
②变极调速 即改变 p
③变转差率调 速即改变 s 优点：调速平滑， 是无级调速。 改变转子电阻 R2 来实现。
改变定子绕组的空 间分布来实现。 缺点：调速不平滑， 是有级调速。
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4.1 三相交流异步电动机
4.1. 4三相异步电动机的使用 起动定义：有载 时电动机转子从 静止加速至稳定 运行的过程。
①全压起动的定义： 额定电压 下起动。 T ②优点：st 大。缺点：I st 大
Y 换接降压起动：
IYst
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4.1 三相交流异步电动机
（2）机械特性与定、转子电路参数的关系
定子电压 变化
转子电阻 变化
结论：转子电路内阻增大时，机械特性AB段变软，但起动 转矩增大,即电动机的起动能力增强。
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4.1
三相交流异步电动机
三相定子绕组的联结方式：
三相异步电动机定子绕组的联结方式是指定子绕组首、 末端的连接方式。有Y型和Δ型。是在电动机的接线盒 内完成的。
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4.1 三相交流异步电动机
2.机械特性n f (T ) （1）特性曲线
AB段电动机转速n与电磁转 矩T成反比,在这一区域,电 动机才能带负载稳定运行, 故称AB段为硬特性区。 负载突降 带负载 稳定运行 负载突升
BC段为软特性区, 电动机不能带负载 稳定运行。
在硬特性区，电动机 能自适应负载的变化。
I st 2
UP U 1 1 K I st Z Z K
关系
Tst Tst1 2 K
I st 2 1 I st1 2 I st K K
（3）两种降压起 动方法的实现
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4.1 三相交流异步电动机
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4.1 三相交流异步电动机
（3）三个特定的电磁转矩 ①额定电磁转矩 TN
额定功率
PN (kw) TN 9550 (牛 ) 米 nN
额定转速
②起动电磁转矩 Tst
n 0即s 1时的电磁转矩
R2U Tst K X 20
三相异步电动机的电磁转矩T是由旋转磁场与转子导体相互 作用产生。T与每极磁通 、转子电流的有功分量 I 2COS2 成正比。
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4.1
三相交流异步电动机
（1）三相异步电动机的 电磁关系
d u1 R1i1 (e1 ) (e 1 ) N1 dt
n “异步”： n1 电动机运行时 0 s 1
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4.1
三相交流异步电动机
4.1. 3电磁转矩和机械特性 1.电磁转矩T
T KT ΦI 2 cos 2 （牛顿米）
常数 每极磁通
转子电流 转子电路功率因数
4.1 三相交流异步电动机
例
问?
V 已知三相异步电动机Y225-4的 PN = 45KW n N = 1480r / min U N = 380
I N = 84.2A
I st / I N = 7.0
T st / T N = 1.9
T max / T N = 2.2
(1)采用 Y - D 换接起动时的起动电流和起动转矩各为多少? (2)若负载转矩 T L = 510.2(N g ),U1 = U N 和U1 = 0.9U N 时电动机能否起动? m (3)满载和半载时能否用 Y - D 换接起动?
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4.1
三相交流异步电动机
2.三相异步电动机的转动原理 转动原理 转子导体切割旋转磁场，转子导体 产生感应电流。带电的转子导体与 旋转磁场相互作用形成电磁转矩T， 电磁转矩使转子跟随旋转磁场旋转。 转子的转向
转子的转向与旋转磁场的 转向一致。
转差率
s
n1 n s n1