北京科技大学电工学课件第7章

∵
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
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
+-+-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
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，
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
V2
U1 W2
W1
V1
U2
t 180 7-19
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。
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'
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
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
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。
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。
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。
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
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
7-41
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
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：
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
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。
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。
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
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
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
(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。
•
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
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。）
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
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
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
f1
pn0 60
f2
Hale Waihona Puke n0 n 60pn0 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
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。