发电机与电动机改装

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：n1=1000 r/min , 即p=3
额定转差率为
s n1 n 100% 1000 975 100% 2.5%
n1
1000
4.2.4 三相异步电动机铭牌 数据
1、 型号 用以表明电动机的系列、几何尺寸和极数。 例如： Y 132 M－4
p3
120
1000 (转/分）
p4
90
750 (转/分）
可见: 旋转磁场转速n1 与频率f1和极对数p有关。
4.2. 2 三相电动机的工作 1. 转动原理原理
定子三相绕组通入三相交流电
n A n1
Y NZ
F
旋转磁场
n1
60 f1 p
(转/分） C F
S
B
方向:顺时针
X
切割转子导体 Blv
右手定则
感应电动势 E20
F Bli
T Φ , I2 ,cos 2
T KTΦI2 cos 2
常数，与电 机结构有关
旋转磁场 每极磁通
转子电流
转子电路的 功率因数
T KTΦ I2 cos 2
可推导出 电磁转矩公式
T
K
R22
sR2 (sX 20 )2
U12
电磁转矩公式
T
K
R22
sR2 (sX 20 )2
U12
由公式可知
A
Z XY
ZX
Y
B
C
A
Y 联结
BC
Z
C Y
ZXY A
B X A BC 联结
2、转子
转轴 转子铁心 转子绕组
0.5mm的硅钢片叠压
笼型 绕线式
转子: 在旋转磁场作用下 ，产生感应电动势或电流,产
生旋转力矩
笼型转子
(1)笼型转子 铁芯槽内放铜条，端
部用短路环形成一体。 或铸铝形成转子绕组。
(2) 绕线式转子 同定子绕组一样，也分为三相，并且接成星形。
T
Tmax
nnN0 n 动画
Ts t
TN
O SN Sm
1S
T f (s)曲线
O
TN Tst Tmax T
n f (T )曲线
三个重要转矩
1.额定转矩TN
n nnN0
电动机在额定负载时的转矩。
T
P 2πn
9550 P n
额定转矩 60
O
TN
9550
PN (千瓦) nN (转 / 分)
TN
(N • m)
择容量合适的电机，
防止出现 “大马拉
O
6. 额定转速 PN
P2 小车” 的现象。
电机在额定电压、额定负载下运行时的转速。
额定转差率sN
n0 nN n0
如： n N =1440 转/分
sN = 0.04
4.2 三相异步电动机转矩与机械特
性
4.2.1 转矩公式
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矩之总和。
生产成本较高 需要使用直流电源 维护要求较高
应用： 金属切削机床、起重机、 传送带、功率不大的水泵、 通风机
应用：
轧钢机、龙门刨床等主传动机构 某些电力牵引和起重设备 电车及电力机车
在全国电动机总容量中 有85％以上是三相异步 电动机。
４.1 三相异步电动机的构造与工作原 理
4.1.1.构造
笼型电机的各部件
1、旋转磁场的旋转方向 任意调换两根电源进线
取决于三相电流的相序
iA
iC C
iB
A
ZX Y B
结论： 任意调换两根 电源进线，则旋转 磁场反转。
AA
SY
Z C
BN
X
t 0
AA Y
S
Z
NC
B
X
t 60
2、旋若转定磁子场每的极相对绕数组P由两个线圈串联 ，绕组的始
端
之间互差60°，将形成两对磁极的旋转磁场。
0
t
30 Y A
C
Z
n1
S
N •B
X
•
•
B• N
Z
X
S
C
A Y
t 60
n1
60 f1 2
1500
(转/分）
旋转磁场转速n1与极对数 p 的关系
n1
60 f1 p
(转/分)
极对数
p 1
每个电流周期
同步转速
磁场转过的空间角度 ( f1 50Hz )
360
3000 (转/分）
p2
180
1500 (转/分）
iA
A
X A'
Z' X'
iC
C' Y' Y
Z B'
C
B
iB
Y A
C
Z
X
B
B
X
Z
C
A Y
iA
A
X A'
Z' X'
iC
C
C' Z
Y' B'
Y
B
iB
C
Y A
N
•Z
•
X
S
SB
B
X
•
Z • N C
A Y
Im i iA iB iC
0
极对数 p 2 动画
旋转磁场的磁极对数
t 与三相绕组的排列有关
3、旋转磁场的转
因此，转旋子转转磁速场与的旋同转步磁转场速转和速电间动必机须转要子有转差速别之。差
与
旋转磁场的同步转速之比称为转差率。
转差率s
s
Fra Baidu bibliotek
n1 n1
n
100%
转子转速亦可由转差率求得
n (1 s)n1
异步电动机运行中: s (1 ~ 9)%
例1：一台三相异步电动机，其额定转速
n=975 r/min，电源频率 f1=50 Hz。试求电动机
第４ 章 发电机与电动机
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
他励、并励电动机
串励、复励电动机
实现电能与机械能相互转换的电工设备总称为电机。
发电机
机械能
电能
电动机
直流电动机的最大特点 优良的调速性能 起动转矩也比较大
异步电动机
构造简单、价格 便宜、工作可靠、 使用维护方便
的重要特点（如：柴油机当负载增加时，必须由
操作者加大油门，才能带动新的负载） 。
4.3 异步电动机的运行与控 制
直接起起动动问：题：n起=动0，电s流大=1，, 起接动通转电矩源小。。
一般中小型鼠笼式电机起动电流为额定电流的4
~
7 倍; 电动机的起动转矩为额定转矩的(
1.原0~因2.：2)倍。
起动时 ，n = 0，转子导体切割磁力线速度很大，
工作时必须使T2 <Tmax ，否则电机将停转。
I2 I1 电机严重过热而烧坏。
3. 起动转矩 Tst
电动机起动时的转矩。
n0 n
起T动时Kn=R022
sR2U12
(sX
时，s
20 )2 =1
((12))TTsR电TRtss2´tt机2与U,改12K,RT变2可UsRt有转1使22R关子T。2sU，附t对XT1=s2加t绕2适T0m电2a线当x 阻。式使动机动机能。起带起O动载动能若起，T力sTt动 否体sKt的 则现>Tsts能 不了tT2力 能电电TT。 起sNtT
则将
造成堵转(停车)。
Tmax
K
U12 2 X 20
(1) Tmax U12 ,U1 Tmax
当 U1 一定时，Tmax为定值
(2) sm与 R2 有关， R2 sm n 。绕线式电机
改变转子附加电阻R´2 可实现调速。
过载系数(能力) Tmax
TN
一般三相异步电动机的过载系数为
1.8 ~ 2.2
感应电流 I2 旋转磁场
Bli
左手定则
电磁力F
电磁转矩T
n
4. 2. 3 转差率
由前面分析可知，电动机转子转动方向与
磁场
旋转的方向一致，但转子转速 n 不可能达到与旋转
磁场的转速相等，n即 如果: n n1
n1
异步电动机
转子与旋转磁场间没有相对运动，磁通不切
割转子导条
无转子电动势和转子电流
无转矩
速
旋转磁场的转速取决于磁场的极对数N
p=1时
n1 60 f1
(转/分） IImm
i iA
iB
iC
S
工频：f1 50 Hz
0o
t
n1 3000 (转/分）
A
NZ
Y B
CS
X
A
SZ
Y
B
C
N
X
A
NZ
Y B
CS
X
p=2时
C
Y A
N
•Z
•
X
B
S
S
B
X
•
Z • N C
A Y
t 0
Im i iA iB iC
三相电流合
i Im
iA
iB
iC
成磁
o
场 的分布情况
t
n0
A
YN
Z
C
SB
X
600
60
A Y
NZ
CS
X
B
A Y
Z
S
N
C
B X
t 0
t 60
t 90
合成磁场方向向下 合成磁场旋转60°合成磁场旋转90°
分析可知：三相电流产生的合成磁场是一旋转的磁场
即：一个电流周期，旋转磁场在空间转过360°
转子感应电势
转子电流 定子电流
后果：
频繁起动时造成热量积累，使电机过热 大电流使电网电压降低，影响邻近负载的工作
4.3.1 起动方法
直接起动
7.5千瓦以下的异步电动机一般都采用直
接起动。
降压起动： 星形-三角形(Y－ ) 换接起动 自耦降压起动
（适用于笼型电动机） 转子串电阻起动
（适用于绕线式电动机）
以下介绍降压起动和转子串电阻起动。
1、 降压起动
(1) Y－ 换接起动
I lY +
U1
Z
Ul
－ W1
W2 U2 V1
V1
起动 设：电机每相阻抗为
Z
三角形联结时：Il
3 Ul Z
星形联结时: IlY
Ul 3Z
I l
+ Ul
W2 U1 Z
－ W1
U2
V2 V1
正常运行
I lY 1
I l
3
降压起动时的电流
第４ 章 发电机与电动机
４.1 三相异步电动机的构造与原理 ４.２ 异步电动机的转矩与机械特性 ４.３ 异步电动机的控制 ４.４车用交流发电机 ４.５ 直流电动机
第４ 章 发电机与电动机
本章要求：
1) 了解三相异步电动机的基本结构、工作原理。 2）了解三相异步电动机的机械特性，掌握起动、调速、 反转和制动。 3）了解车用交流发电机。 4）了解直流电机的基本结构和工作原理。 5）了解直流并励、他励、串励电动机的机械特性及其 应用。 6）了解直流电动机的起动、反转和调速。
1.
T
与定子每相绕组电压
U
2成正比。U
1
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 ，从而改变转矩。
4. 2. 2 机械特性曲线
根据转矩公式 得特性曲线： 动画
T
K
sR2U
2 1
R22 (sX 20 )2
4. 电动机的运行分析
T2 T2 >T n s T
n
n0
n
常用特 性段
达到新的平衡 T =T2
此过程中， n 、sE2 , I2 O
T
I1 电源提供的功率自动增加。
T2 T´2
电动机的电磁转矩可以随负载的变化而自
动调
整，这种能力称为自适应负载能力。 自适应负载能力是电动机区别于其它动力
机械
4. 功率与效 率
额定功率是指电机在额定运行时轴上输出的机
械功率 P2，它不等于从电源吸取的电功率 P1。
P1 3UN INcos
P2
P1
笼型电机
=72~93％
5. 功率因数
三相异步电动机的功率因数较低，在额定负载
时约为 0.7 ~ 0.9。空载时功率因数很低，只
有
c0o.s2 ~
0.3。额定负载时，功率因数最高。 注意：实用中应选
T
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
TN
9550 PN nN
9550 7.5 1440
49.7 N .m
2.最大转矩 Tmax
n0 n
电机带动最大负载的能力。
T
K
R22
sR2 (sX20 )2
U
2 1
临令界s：转d差ds转TS率m子轴0X上R22机0求械得T负m将a载xsm转代K矩入T转O22UX矩不122公能0 式大，于可Tma得xT，max否T
A
iB B
iC
YX Z C
Im i iA iB iC
o
t
•三相对称交流绕组通入三相 对称交流电流时，将在电机气 隙空间产生旋转磁场；（动画 1，动画2）
Im i iA iB iC
o
t
()电流入 n0
A Y
Z C
规定 i : “+” i : “–”
首端流入，尾端流出。 尾端流入，首端流出。
B X (•)电流出
1、定子
铁心：由内周有槽的0.5mm厚硅钢片 叠成。磁路的一部分
A ----X 三相绕组 B ----Y
C---- Z
机座：铸铁或钢板焊接 支撑铁心和固定电机
硅钢 片
装有三相绕组的定 子
A
定子绕组
定子三相绕组的联接方法。通常
ZX Y
电机容量 3kW Y联结
A B C 电机容量 4kW 联结
接线盒
磁极数( 极对数 p = 2 ) 机座长度代号
机座中心高（mm）
三相异步电动机
2. 电压 电动机在额定运行时定子绕组上应加的线电压值。
例如：380/220V、Y/ 是指线电压为 380V 时 采用 Y联结；线电压为 220V 时采用 联结。
3. 电流
电动机在额定运行时定子绕组的线电流值。
例如： Y / 6.73 / 11.64 A 表 示星形联结下电机的线电流为 6.73A；三角 形联结下线电流为 11.64A。两种接法下相电 流均为 6.73A。
三相转子绕组通常连接成星形，即三个末端连在一起，三个 首端分别与转轴上的三个滑环（滑环与轴绝缘且滑环间相互 绝缘）相连，通过滑环和电刷接到外部的变阻器上，以便改 善电机的起动和调速性能。
绕组
滑环
轴
电刷
绕线式转子绕组与外 接变阻器的连接
变阻器
4.2 三相异步电动机的工作
4.2.1旋转磁场的产生
原理
iA
为直接起动时的 1
3
Y- 换接起动应注意的问题
(a) 仅适用于正常运行为三角形联结的电机
。+
Ul
＿
W2 U1
W1 V2
V1 U2
+ Ul
+
UP
＿
W2
U1 U2
＿ W1 V2 V1
正常运行
起动
(b) Y－ 起动 Ist Tst (TSt U 2 )