北京科技大学电工学课件第7章

U12
n
n0
与R2 无关
T
Tm ax
由 T 0 s
Tmax
KU12
1 2 X 20
7-44
过载系数： λ= Tmax / TN 通常三相异步机的过载系数为：λ= 1.8 ~ 2.2
注意： （1）三相异步机的 Tmax 和电压平方成正比，所以对
电压波动很敏感，使用时应注意电压变化。
（2）三相异步机工作时，一定令负载转矩 TL < Tmax ，否则电机将停转。致使
7-35
课堂练习
1、若将电动机转子抽掉，给定子加额定电压，会 产生何后果？
解：空气隙变大，磁通无法经转子铁心闭合，磁路磁阻Rm增大，磁通势F增大， 电流增大，严重的会烧毁。 U ≈ 4.44fNΦm
IN ΦRm
2、额定频率为60Hz的电动机接在50Hz的电源上 会发生何现象？
解：n0 =60f1/p，n0、n会降低，由U1 ≈ 4.44f1N1Φm，
+-+-ee2 2
R2
则： u1 N1Φm1cos1t
U1m N1Φm1 N1Φm 2 f1
E1 U1 4.44 f1N1Φm
f1
pn0 60
7-32
同理得转子边： E2 4.44 f2 N 2Φm
f2 ：转子感应电动势的频率
N 2 ：转子线圈匝数
f2 : 取决于转子和旋转磁场的相对速度
f1
pn0 60
f2
n0 n 60
p
n0 n0
n
n0 60
p
sf1
I2
E2
R22
X
2 2
sE20
R22 (sX 20 )2
u1
R1
i1 ee11++--
i2
+-+-ee2 2
R2
其中：X 2 2 f2L2 2 sf1L2 sX 20
E2 4.44 f2 N2Φm 4.44 sf1N2Φm sE20
转子：笼型 绕线型
绕线型异步电动机的构造
7-6
异 步 电 动 机 结 构 图
定 子
定子铁芯固定在机座上，机座外面有散热筋（散热片）帮助定子散热，机座由铸 铁或铸钢铸造。
定 子
定子铁芯由硅钢片叠成，在铁芯内圆有许多槽，嵌放着定子绕组，即三相交流线圈， 接入三相交流电源就可产生旋转磁场。
转 子
转子铁芯也由硅钢片叠成，在铁芯外周也有许多槽，用来嵌放着转子绕组，即鼠笼。
解： ∵ n0=60f1/p ≈ n
∴ p≈60f1/n=3.07≈3 n0=60f1/p=1000r /min s = (n0-n)×100% /n0 = 2.5%
7-30
§7.3 三相异步电动机的电路分析
u1 、i 1 ：三相电源电压、电流。 i 2 ：转子电流。
磁通经定、转 子铁心闭合
N1 、N2 ：定子、转子每相绕组 匝数。
转子功率因数
cos2
R2
R22
X
2 2
R2 R22 (sX 20 )2
I2 和
cos2
与 转
I2
E2
R22
X
2 2
I2 , cos2
sE20 R22 (sX 20 )2
I2
起动瞬间I2 大，转子的
功率因数小
差
率
cos2
s
0
的
1
s
关 系
cos2
R2
R22
X
2 2
R2 R22 (sX 20 )2
i R1
1
N1
N2 i2
e e 、 ：主磁通产
生1 的感2应电动势。
u1
ee11++--
+-+-ee2 2
R2
e e 、 ：漏磁通 产1 生的感2应电动势。
每相定、转子电路
7-31
定子
u1 i1R1 e1 e1
d
e1 N1 dt
设： Φmsin1t
R1
u1
i1 ee11++--
i2
Im
t
i3 W1
V2
V1
i2
t 0
U1
V2
N W2
合成磁场方向：
W1
V1 向下
S
U2
7-18
同理分析可得其它电流角
Im
度下的磁场方向：
i1 i2 i3 t
n0
V2
60
U1 W2
N
W1 S
V1
U2
t 60
n0
V2
AU1 W2
W1
V1
U2
t 120
n0
V2wenku.baidu.com
U1 W2
W1
V1
U2
t 180 7-19
转差率：可表示电动机转速与同步转速相差程度。即：
s
n0 n0
n
100%
异步电机运行中:
s 1 ~ 9%
电动机起动瞬间:
n 0, s 1（转差率最大）
7-29
例：已知：一台三相异步电动机的额定转
速 n = 975r/min，电源频率 f1 = 50Hz。 试求：电动机极对数，额定负载时转差率。
P257:7.4.9
7-37
§7.4 三相异步电动机的转矩与机械特性
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矩之 总和。
T KTΦm I2 cos2
常数
每极磁通
转子电流
转子电co路s的2
7-38
T KT ΦmI2 cos2
I2
sE20 R22 (sX 20 )2
W1 S
V1
U2
n0
V2
60
U1 W2 N
W1 S
V1 U2
U1 V2 S W2
W1 N
V1
U2
7-21
极对数（p）的概念
i1
U1
V2
W2 U2
i3 W1
V2
W1
V1
i2
此接法下，合成磁场只有一对磁极，则极对数p为1。
U1
N W2
V1
S
U2
p 1
7-22
极对数（p）的改变
若将每相绕组分成两段，按右下图放入定子槽内，则形成的磁场是两对磁极：p=2。
7-41
课堂练习
已知：电动机额定转速为1460r/min，试问：当TL= TN/2时，其转速为多 少？
解： n0 = 1500r/min， n = 1480r/min
nn0
n 近似为直
nN 线
TN/2
T
TN
P231:7.4.4
7-42
电动机的三个重要转矩
一、额定转矩TN ：
n
nNn0
电机在额定电压下，以额定转速 nN 运
(1) 定子旋转磁场对定子的转速 (2) 定子旋转磁场对转子的转速 (3) 转子旋转磁场对转子的转速 (4) 转子旋转磁场对定子的转速
(5) 转子旋转磁场对定子旋转磁场的转速
→ n0 → n0-n = sn0 → sn0 → n0
不管转子转速如何变化，转子旋转磁场和定子 → 0 旋转磁场按同一大小方向旋转。
7-46
课堂练习
1、电动机正常运转时，若转子突然被卡住，会产 生何后果？
解： n=0，s=1，I2 ↑，I1 ↑，若时间长，严重会烧毁 。
2、电动机在满载和空载起动时，起动电流和起动 转矩是否一样？
解：起动瞬间，n=0，s=1，起动电流和起动转 矩均一样。
带载起动转子加速慢，起动时间长
2. 线圈比磁场转得慢
n n0
异步
7-16
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
V2 W1
n0 U1 W2
V1 U2
i1 Im sin t
i2 Im sint 120 i3 Im sint 240
i1 i2 i3
Im
t
()电流入
7-17
i1
U1
W2 U2
i1 i2 i3
7-26
N
F n0 n F
S
电动机的转动原理
7-27
电动机转速和旋转磁场同步转速的关系
n 电动机转速:
电机转子转动方向与磁场旋转的方向一致，
但 n < n0
异步电动机
n n 提示：如果 = 0
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）
无转子电流
无转矩
7-28
转差率 (s) 的概念
7-4
§7.1 三相异步电动机的构造
定子：由机座、定子铁心、定 子绕组组成。绕组可接
成Y形或△形。它能产 生旋转磁场。
转子：由转子绕组、转子铁心 组成。它在旋转磁场作 用下，可产生感应电动 势或电流，从而产生转 矩。
定子铁 心
V2
定子绕组
U1 W2
W1
V1
U2
机座
转子
7-5
转子外形 笼型绕组
鼠笼型转子
行，输出额定功率 PN 时，电机转轴上输
T
出的转矩。
TN
TN
2
PN nN / 60
9550 PN (千瓦) nN (转 / 分)
TN单位：牛顿•米（N •m）
7-43
二、最大转矩 Tmax ： 电机带动最大负载的能力。
如果 TL > Tmax电机将会 因带不动负载而停转。
T
K
R22
sR2 (sX 20 )2
转 子
鼠笼由铜(铝)条与铜(铝)端环组成，但应用最广的小型异步电动机采用在转子铁 芯上直接浇铸熔化的铝液形成鼠笼转子，并同时铸出散热风叶，简单又结实。
转 子
转子装上转轴，在转轴上还有电动机散热的风扇，这就是异步电动机的转动部分。
异 步 电 动 机
将转子插入定子中间，装上轴承，用端盖把转子支撑起来，装上风扇与风罩，就组 成三相交流异步电动机。
∵
cos2
R2 R22 (sX 20 )2
U1 4.44 f1N1Φm
∴ 转矩公式
转矩与电压的平 方成正比
T
K
R22
sR2 (sX 20 )2
U12
7-39
三相电动机的机械特性
前提：R2 X20 U1一定时 机械特性：T = f (s)，n = f (T)。
根据转矩公式:
T
特性 曲线
T
K
•
V1
•
S U2
W1
I m i1 i2 i3 t
W2
U1'
V2
极对数
p2
7-24
极对数和转速的关系
U1 V2 '
W1'
N
U2' S
•
V1 '
N
•
W2 '
•
V1
•
S U2
W1
V2 '
30
W1'
CS'
U2' •
V1' • ZN'
U1
n W2 ' 0
NZ • V1
• U2
SC
W1
W2
U1'
V2 t 0
7-3
概述
作用：将电能转换成机械能。
分类： 电动机
交流：异步机、同步机。 直流：他励、并励、串励、复励。
异步机：三相----广泛用于各种生产机械。 单相----常用于功率不大的电动工具和某 些家用电器中。
同步机：常用于功率较大、不需调速、长期工作 的各种生产机械。
直流机：常用于需均匀调速的生产机械、某些电 力牵引和起动设备中。
R22
sR2 (sX 20 )2
U12
n
n0
0
1s
T
7-40
电动机的自适应负载能力
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。
n
TL n s I2 T n0
直至新的平衡。此过程中，
时，
电源提供的功率自动
I2
增加。 I1
常用特 性段
T
自适应负载能力是电动机区别于其它动力机械的重要特点。（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。）
大家好
章 交流电动机
7-1
第七章 交流电动机
7.1 三相异步电动机的构造 7.2 三相异步电动机的转动原理 7.3 三相异步电动机的电路分析 7.4 三相异步电动机的转矩与机械特性 7.5 三相异步电动机的起动 7.6 三相异步电动机的调速 7.7 三相异步电动机的制动 7.8 三相异步电动机的铭牌数据 7.9 三相异步电动机的选择 7.11 单相异步电动机
IN Φ R ，知：f1↓，Φm↑，P△Fe↑，I↑，电动机发热。 m
P227:7.3.4,7.3.5
7-36
例:若电源频率f1 = 50Hz，某台三相异步电动机的
额定转速nN=1470r/min。则在以下三种情况下：(a)起动瞬间；(b)转子转速为同步转 速的2/3时；(c)转差率为0.02 时。试问：
n 0(s 1) I2 I1 电机严重过热
7-45
三、起动转矩Tst ： 电机起动时的转矩。
n
n0
T
K
R22
sR2 (sX 20 )2
U12
∴
Tst
K
R22
R2 ( X 20 )2
U12
T
Tst
与X20、R2 有关
Tst体现了电动机带载起动的能力。若 Tst > TL电 机能带载起动，否则将起动不了。
W2 U1' V2 t 60
I m i1 i2 i3
n0
60 f p
(转/分）
t
7-25
三相异步电动机的同步转速
n0
60 f p
(转/分）
极对数
每个电流周期 磁场转过的空间角度
p=1
3600
p=2
1800
p=3
1200
同步转速 n0 ( f = 50Hz )
3000 转/分 1500 转/分 1000 转/分
旋转磁场的旋转方向
旋转方向：取决于三相电流的相序。
i1 i2 i3
i1 i3 i2
Im
Im
t
t
n0
n0
改变电机的旋转方向：换接其中两相。
7-20
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°。则同步转速（旋转磁场的速度）为：
Im
i1 i2 i3
t
n0 60 f (转/分）
U1 V2 N W2
异 步 电 动 机 散 热
§7.2 三相异步电动机的转动原理
磁极旋转
导线切割磁力线
磁铁
产生感应电动势
N
n0 F
e B l v （右手定则） n
ei
磁感应强度 导线长
闭合导线产生电流 i
切割速度
S
闭合线圈
通电导线在磁场中受力
F B l i （左手定则）
7-15
N
n0 F
ei
n
S
结论： 1. 线圈跟着磁铁转→两者转动方向一致
i1
U1 U2 U1'
W2' U2'
i3
W1' V2' V2
W2 W1
V1'
V1
i2
WV1'2 ' U1
W2 ' V1
U2'
U2
V1 '
W1
U ' W2
V2
1
7-23
U1
i1
U1 U2 U1'
V2 '
W1'
N
W2' U2'
i3
WW1'1W2V2'V1' V2 V1 U2 '
S
•
i2
V1 '
N
•
W2'