发电机与电动机改

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, 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。 电磁力所形成的转矩之总和。
F = Bl i
T ∝Φ, I2 ,cosψ2
T = KTΦ 2 cosψ2 I
常数， 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
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。
绕绕 滑滑 轴 电电 变变变
绕线式转子绕组与外 接变阻器的连接
4.2 三相异步电动机的工作原 理
4.2.1旋转磁场的产生
2. 电压 电动机在额定运行时定子绕组上应加的线电压 电动机在额定运行时定子绕组上应加的线电压值。 例如： 例如：380/220V、Y/∆ 是指线电压为 380V 时 、 ∆ 联结； 采用 Y联结；线电压为 220V 时采用 ∆ 联结 联结。 联结。
3. 电流
电动机在额定运行时定子绕组的线电流值。 电动机在额定运行时定子绕组的线电流值。 线电流值 例如： Y / ∆ 6.73 / 11.64 A 表示星形联结 表示星形联结 例如： 联结下线电 下电机的线电流为 6.73A；三角形联结下线电 ；三角形联结 流为 11.64A。两种接法下相电流均为 6.73A 。 。
n0
n
P P T= = 9550 2πn n 额定转矩 60
P (千 ) 瓦 N T = 9550 N nN(转/ 分 )
O
TN
T
(N • m)
如某普通机床的主轴电机(Y132M-4型) 的额定功 型 如某普通机床的主轴电机 率为7.5kw, 额定转速为 额定转速为1440r/min, 则额定转矩为 率为 P 7.5 N T = 9550 = 9550 = 49.7 N.m N nN 1440
4. 2. 2 机械特性曲线
根据转矩公式 得特性曲线： 得特性曲线： 动画 T
sR2U T=K 2 2 R2 + (sX20 )
2 1
T max
T st
TN
n n0
nN
动画
O
SN Sm
1 S
O
T = f (s)曲 线
TN T Tmax T st n = f (T)曲 线
三个重要转矩
nN 1.额定转矩TN 电动机在额定负载时的转矩。 电动机在额定负载时的转矩。
定子三相绕组通入三相交流电
n
Y
A
n1
Z
N
F
B
60 f1 n1 = (转分 C / ） F p 旋转磁场
方向: 方向:顺时针 切割转子导体 感应电流 I2 旋转磁场 电磁转矩T 电磁转矩T
S
X
Blv
右手定则
感应电动势 E20 电磁力F 电磁力F
Bli
左手定则
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 由前面分析可知， 旋转的方向一致， 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， 磁场的转速相等，即 异步电动机 n<n 1 如果: 如果 n = n1 转子与旋转磁场间没有相对运动， 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 因此，转子转速与旋转磁场转速间必须要有差别。 因此，转子转速与旋转磁场转速间必须要有差别。 旋转磁场的同步转速和电动机转子转速之差与 旋转磁场的同步转速之比称为转差率 转差率。 旋转磁场的同步转速之比称为转差率。
iA
A Y X Z C
iB B
iC
ii i i C A B Im
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）
(×)电流入 × 电流入 A Y
n0
ii i i C A B Im
o
规定 i : “+” i : “–” 首端流入，尾端流出。 首端流入，尾端流出。 尾端流入，首端流出。 尾端流入，首端流出。
A A A A Y Z C Y
iC C
iB
S
Z
S
NC
B X
N
X
ωt = 0
ω t = 60°
2、旋转磁场的极对数P 旋转磁场的极对数P
若定子每相绕组由两个线圈串联 ，绕组的始端 之间互差60° 将形成两对磁极的旋转磁场 两对磁极的旋转磁场。 之间互差60°，将形成两对磁极的旋转磁场。
iA
A X A' Z' X' C' Y' Y B' Z B
p =1
p = 2
p = 3
p = 4
360 °
180 °
3 000 ( 转 / 分）
1 500 (转 / 分）
120 °
1 000 (转/ 分）
750 (转 / 分）
90 °
可见: 旋转磁场转速n 与频率f 和极对数p有关 可见: 旋转磁场转速n1 与频率 1和极对数 有关。 有关。
4.2. 2 三相电动机的工作 原理 1. 转动原理
n = (1− s)n1 异步电动机运行中: 异步电动机运行中: s = (1 ~ 9)%
n −n s = 1 转差率s ×100% n 1 转子转速亦可由转差率求得
例1：一台三相异步电动机，其额定转速 一台三相异步电动机， n=975 r/min，电源频率 f1=50 Hz。试求电动机的 = ， 。 极对数和额定负载下的转差率。 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： 速的关系可知：n1=1000 r/min , 即 p=3 额定转差率为
第４ 章 发电机与电动机
电动机的分类： 电动机的分类：
同步电动机 交流电动机 电动机 直流电动机 异步电动机 三相电动机 单相电动机
他励、并励电动机 他励、 串励、复励电动机 串励、
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 异步电动机 优良的调速性能 起动转矩也比较大 生产成本较高 需要使用直流电源 维护要求较高 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 构造简单、价格 便宜、工作可靠、 使用维护方便 应用： 应用： 金属切削机床、起重机、 传送带、功率不大的水泵、 通风机 在全国电动机总容量中 有85％以上是三相异步 电动机。
Z
•
C′
Y′
A
Z
n1
B
•
B
X′
•
S
N
•
B′
S
Z′
• •
S
A′
X
B′
•
S
X′
N
Y
C
Z′
N
A′ Y
C
Im
i iA iB iC
ωt = 0
ω t = 60 °
0
ωt
60 f1 n = =1500 (转分 / ） 1 2
旋转磁场转速n 旋转磁场转速n1与极对数 p 的关系 60 f1 n = (转分 / ) 1 p 极对数 同步转速 每个电流周期 磁场转过的空间角度 ( f 1 = 50 Hz )
４.1 三相异步电动机的构造与工作原理 4.1.1. 4.1.1.构造
笼型电机的各部件
1、定子
铁心：由内周有槽的0.5mm厚硅钢片 铁心： 叠成。 叠成。磁路的一部分 硅钢 片
装有三相绕组的定 子
A ----X ----X 三相绕组 B ----Y ----Y C---- Z 机座： 机座：铸铁或钢板焊接 支撑铁心和固定电机
A
定子绕组
Z X Y
定子三相绕组的联接方法。 定子三相绕组的联接方法。通常
电机容量< 3kW→Y联结 →
电机容量> 4kW→ ∆联结
接线盒
A
B
C
A Z Y C B X
Z
X Y
Z X Y Z C A
Y 联结
A
B C
Y
B
X
A B C
∆ 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
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。
P = 3UNINcosϕ 1
P η= 2 P 1
笼型电机
η =72~93％ ％
5. 功率因数 三相异步电动机的功率因数较低， 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 。空载时功率因数很低， 0.2 ~ 0.3。额定负载时，功率因数最高。 。额定负载时，功率因数最高。
2.最大转矩 Tmax
电机带动最大负载的能力。 电机带动最大负载的能力。
n0 n
sR2 2 T=K 2 ⋅ U1 2 R2 + ( sX 20 )
dT 令： = 0 dS
求得
R2 s = sm = X 20
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： 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。
′ C
X′
Y′ A
Z
B X
iC
C
iB
B′ Z′
A′ Y
C
iA
A X A' Z' X' C' Y' Y B' Z B
C′
X′
Y′
A
N
•
Z
•
iC
B′
S
• •
S
A′
B
X
C
iB
Im
Z′
N
Y
C
i iA iB iC
ωt
极对数
p=2
动画
0
旋转磁场的磁极对数 与三相绕组的排列有关
3、旋转磁场的转 速
p=1时 时
T = KTΦI2 cosψ2
可推导出 电磁转矩公式
sR2 2 T=K 2 ⋅ U1 2 R2 + (sX20 )
电磁转矩公式
sR2 2 T=K 2 ⋅U1 2 R2 + (sX20 )
由公式可知
2 1. T 与定子每相绕组电压 U1 成正比。U 1↓ →T ↓↓ 成正比。
2. 当电源电压 U1 一定时，T 是 s 的函数。 一定时， 的函数。 3. R2 的大小对 T 有影响。绕线式异步电动机可外 有影响。 接电阻来改变转子电阻R 从而改变转矩。 接电阻来改变转子电阻R2 ，从而改变转矩。
Z
t
C X B
(•)电流出 电流出
三相电流合成 磁 场 的分布情况 n0
A Y
Im
i iA
iB iC
ωt
o
600
A Y
60°
Y
A Z C
N
Z C
NZ
S
X
N
B
C X
S
S
X B
B
ω t = 90° ω t = 60° ωt = 0 合成磁场方向向下 合成磁场旋转60°合成磁场旋转90° 合成磁场旋转60°合成磁场旋转90°
转子: 在旋转磁场作用下， 转子 在旋转磁场作用下， 产生感应电动势或电流, 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 笼型转子 铁芯槽内放铜条， 铁芯槽内放铜条，端 部用短路环形成一体。 部用短路环形成一体。 或铸铝形成转子绕组。 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。 同定子绕组一样，也分为三相，并且接成星形。
分析可知： 分析可知：三相电流产生的合成磁场是一旋转的磁场 一个电流周期，旋转磁场在空间转过360° 即：一个电流周期，旋转磁场在空间转过360° 1、旋转磁场的旋转方向 、 取决于三相电流的相序 任意调换两根电源进线
iA
A Z X Y B
B
结论： 任意调换两根 结论： 电源进线， 电源进线，则旋转 磁场反转。 磁场反转。
cosϕ
O
6. 额定转速 电机在额定电压、额定负载下运行时的转速。 电机在额定电压、额定负载下运行时的转速。
PN
注意：实用中应选 注意： 择容量合适的电机， 择容量合适的电机， 防止出现 “大马拉 P2 小车” 的现象。 小车” 的现象。
n0 − nN s 额定转差率N = n0 如： n N =1440 转/分 sN = 0.04
n1 − n ×100% = 1000 −975 ×100% = 2.5% s= 1000 n1
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。 用以表明电动机的系列、几何尺寸和极数。 例如： 例如： Y 132 M－4 － 磁极数( 磁极数 极对数 p = 2 ) 机座长度代号 机座中心高（ 机座中心高（mm） ） 三相异步电动机
旋转磁场的转速取决于磁场的极对数 N
n1 = 6 0 f 1 ( 转 / 分 ） 工频： 工频： f1 = 50 Hz
Im Im
0 o
i i A
iB iC
S
ωt
n = 3000 (转分 / ） 1
A
N
Y C
Z Y B
A
百度文库A Z Y B C X
S
C N
N Z
S
X
S
X
B
p=2时 时
C′
X′
Y′
A
N
•
30°