第四章電動(dòng)機(jī)

1、第4章,電動(dòng)機(jī),交流電動(dòng)機(jī),直流電動(dòng)機(jī),,他勵(lì)、并勵(lì)、串勵(lì)、復(fù)勵(lì),電動(dòng)機(jī)的分類,,電動(dòng)機(jī)：電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能,發(fā)電機(jī)：其他形式的能量轉(zhuǎn)換成電能,電動(dòng)機(jī)的作用,優(yōu)點(diǎn),使用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械可： （1）簡(jiǎn)化生產(chǎn)機(jī)械的結(jié)構(gòu) （2）提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量 （3）能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制 （4）實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離操縱,（1）基本結(jié)構(gòu) （2）工作原理 （3）機(jī)械特性 （4）起動(dòng)、制動(dòng)、反轉(zhuǎn)、調(diào)速的基本原理 （5）應(yīng)用場(chǎng)合

2、和正確使用,主要內(nèi)容,,,,4.1 三相異步電動(dòng)機(jī)的構(gòu)造,轉(zhuǎn)子,定子（固定部分） 轉(zhuǎn)子（旋轉(zhuǎn)部分）,,分為兩個(gè)基本部分：,構(gòu)成：由機(jī)座、鐵心和定子繞組組成,定子,機(jī)座是用鑄鐵或鑄剛制成，鐵心由 互相絕緣的硅鋼片疊成，內(nèi)圓周表面沖有槽，用以放置對(duì)稱三相繞組；對(duì)稱三相繞組有的聯(lián)接成星形、有的聯(lián)接成三角形,作用： 產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),機(jī)座,,定子繞組,,銘牌數(shù)

3、據(jù),,出線端子,,定子鐵心,定子繞組,,,鼠籠式電動(dòng)機(jī)構(gòu)造簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、工作可靠、使用方便,轉(zhuǎn)子,構(gòu)成：由鐵心和繞組兩部分構(gòu)成,鐵心也用硅鋼片疊成，表面沖有槽，裝在轉(zhuǎn)軸上，軸上加機(jī)械負(fù)載；因繞組不同，可分為鼠籠式和繞線式兩種。,作用：在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用下，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)或電流。,鼠籠式轉(zhuǎn)子,轉(zhuǎn)軸,,軸承,,轉(zhuǎn)子,,繞線式轉(zhuǎn)子,鐵心,,繞組,,,轉(zhuǎn)軸,鼠籠式電動(dòng)機(jī)與繞線式電動(dòng)機(jī)的的比較：,鼠籠式： 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、工作可

4、靠；不能人為改變電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性。,繞線式： 結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格較貴、維護(hù)工作量大；轉(zhuǎn)子外加電阻可人為改變電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性。,演示實(shí)驗(yàn),（右手定則）,（左手定則）,磁極旋轉(zhuǎn),導(dǎo)線切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),,,閉合導(dǎo)線產(chǎn)生電流,通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受力,,1. 線圈跟著磁鐵轉(zhuǎn) →兩者轉(zhuǎn)動(dòng)方向一致,異步,2. 線圈比磁場(chǎng)轉(zhuǎn)得慢,結(jié)論,4.2.1 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),,1. 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生,在三相異步電動(dòng)機(jī)的定子鐵心中放有三相

5、對(duì)稱繞組，在該三相對(duì)稱繞組中通入三相對(duì)稱交流電流，就可產(chǎn)生一“旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)”代替演示實(shí)驗(yàn)中的磁鐵,合成磁場(chǎng)方向：向下,,同理分析，可得其它電流角度下的磁場(chǎng)方向,可見，當(dāng)定子繞組中通入三相電流后，它們共同產(chǎn)生的合成磁場(chǎng)是隨著電流的交變而在空間不斷地旋轉(zhuǎn)著，這就是旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。,2. 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向,當(dāng)通入定子繞組的三相電流的相序?yàn)锳-B-C時(shí)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向與這個(gè)順序是一致的，可見磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向與定子繞組中的電流相序有關(guān)。,旋轉(zhuǎn)方向

6、,取決于三相電流的相序。,,改變電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向的方法：換接其中兩相,,3. 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的極數(shù),此種接法下，繞組的始端之間相差120度空間角，合成磁場(chǎng)只有一對(duì)磁極，則極對(duì)數(shù)為1。,旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的極數(shù)和三相繞組的安排有關(guān),,即：P=1,,將每相繞組分成兩段，按右下圖放入定子槽內(nèi)，繞組的始端之間相差60度空間角，形成的磁場(chǎng)則是兩對(duì)磁極。,,即：P=2,4. 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速,,,旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速?zèng)Q定于磁場(chǎng)的極數(shù)，在一對(duì)極的情況下，當(dāng)電流交變一次時(shí)，磁

7、場(chǎng)恰好在空間旋轉(zhuǎn)了一周。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)具有兩對(duì)極時(shí)，當(dāng)電流從ωt=0°到ωt=60°經(jīng)歷了60°時(shí)，磁場(chǎng)在空間僅旋轉(zhuǎn)了30°。比P=1時(shí)轉(zhuǎn)速慢了一半，即：,所以，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n0決定于電流頻率f1和磁場(chǎng)的極對(duì)數(shù)P，可推出：,,極對(duì)數(shù),每個(gè)電流周期磁場(chǎng)轉(zhuǎn)過的空間角度,同步轉(zhuǎn)速,,,,,,,,5. 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)同步轉(zhuǎn)速的關(guān)系,電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速:,無轉(zhuǎn)距,

8、,,轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)間沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng),,無轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)（轉(zhuǎn)子導(dǎo)體不切割磁力線）,,無轉(zhuǎn)子電流,提示：如果,,4.2.2 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理,在電動(dòng)機(jī)定子繞組中通入三相對(duì)稱交流電流后，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。,旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁力線切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)條，導(dǎo)條中就感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)。,在電動(dòng)勢(shì)的作用下，閉合的導(dǎo)條中就有電流，該電流與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相互作用，使轉(zhuǎn)子導(dǎo)條受到電磁力作用。由電磁力產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)動(dòng)起來。,,,,異步電機(jī)運(yùn)行中:,轉(zhuǎn)差率：,,4.2.3 轉(zhuǎn)差率,,,同步

9、轉(zhuǎn)速： 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速,1. 三相異步電動(dòng)機(jī)的“電－磁”關(guān)系,4.3 三相異步電動(dòng)機(jī)的電路分析,,2.定子電路,定子繞組相當(dāng)于變壓器原邊繞組，轉(zhuǎn)子繞組相當(dāng)于副繞組。,設(shè)：,設(shè)：,取決于轉(zhuǎn)子和旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的相對(duì)速度,（1）轉(zhuǎn)子頻率,（2）轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì),3.轉(zhuǎn)子電路,（4）轉(zhuǎn)子功率因數(shù),（3）轉(zhuǎn)子電流,4.4.1 電磁轉(zhuǎn)矩 ： 轉(zhuǎn)子中各載流導(dǎo)體在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用下, 受到電 磁力所形成的轉(zhuǎn)矩之總和。,4.4 轉(zhuǎn)矩與機(jī)械特性

10、,即,,其中：,代入可得,,4. 4. 2 機(jī)械特性曲線,根據(jù)轉(zhuǎn)矩公式,得特性曲線：,,,（1）額定轉(zhuǎn)矩 ：,電動(dòng)機(jī)在額定電壓下，以額定轉(zhuǎn)速 運(yùn)行，輸出額定功率 時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上輸出的轉(zhuǎn)矩。,（牛頓?米）,,,如果 電機(jī)將會(huì)因帶不動(dòng)負(fù)載而停轉(zhuǎn)。,（2）最大轉(zhuǎn)矩 ：,電機(jī)帶動(dòng)最大負(fù)載的能力。,求解,,,過載系數(shù)：,三相異步機(jī),（a）三相異步機(jī)的 和電壓的平方成正比，所以對(duì)電壓的波動(dòng)很敏感，

11、使用時(shí)要注意電壓的變化。,工作時(shí)，一定令負(fù)載轉(zhuǎn)矩 ，否則電機(jī)將停轉(zhuǎn)。致使,（b）,注意,,電機(jī)嚴(yán)重過熱,原因,(3)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 Tst,電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)矩。,起動(dòng)時(shí)n= 0 時(shí)，s =1,(2) Tst與 R2 有關(guān)， 適當(dāng)使 R2?? Tst ?。對(duì)繞線式 電機(jī)改變轉(zhuǎn)子附加電阻 R´2 , 可使Tst =Tmax 。,Tst體現(xiàn)了電動(dòng)機(jī)帶載起動(dòng)的能力。 若 Tst &g

12、t; T2電機(jī)能起動(dòng)，否則不能起動(dòng)。,起動(dòng)能力,電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩可以隨負(fù)載的變化而自動(dòng)調(diào)整，這種能力稱為自適應(yīng)負(fù)載能力。,自適應(yīng)負(fù)載能力是電動(dòng)機(jī)區(qū)別于其它動(dòng)力機(jī)械的重要特點(diǎn)。（如：柴油機(jī)當(dāng)負(fù)載增加時(shí)，必須由操作者加大油門，才能帶動(dòng)新的負(fù)載。）,電動(dòng)機(jī)的自適應(yīng)負(fù)載能力,直至新的平衡。此過程中， 時(shí)， 電源提供的功率自動(dòng)增加。,硬特性：負(fù)載變化時(shí)，轉(zhuǎn)速變化不大，運(yùn)行特性好。軟特性：負(fù)載增加轉(zhuǎn)速下降較快，但起動(dòng)轉(zhuǎn)

13、矩大，起 動(dòng)特性好。 ,,不同場(chǎng)合應(yīng)選用不同的電動(dòng)機(jī)。如金屬切削，選硬特性電機(jī)；重載起動(dòng)則選軟特性電動(dòng)機(jī)。,機(jī)械特性的軟硬,U1 和 R2變化對(duì)機(jī)械特性的影響,(1) U1 變化對(duì)機(jī)械特性的影響,,,,,,,,T2,R2的改變 ： 鼠籠式電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子導(dǎo)條的金屬材料不同 繞線式電動(dòng)機(jī)外接電阻不同,(2) R2 變化對(duì)機(jī)械特性的影響,（1）起動(dòng)電流 ：,中小型鼠籠式電機(jī)起動(dòng)電流為額定電流的5-

14、7 倍。,原因：起動(dòng)時(shí) ，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條切割磁力線速度很大。,定子電流,,轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢(shì),,,轉(zhuǎn)子電流,,,,4.5 三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng),4.5.1 起動(dòng)性能,,,B 大電流使電網(wǎng)電壓降低,A 頻繁起動(dòng)時(shí)造成熱量積累,影響：,（2）起動(dòng)轉(zhuǎn)矩,起動(dòng)時(shí)，雖然轉(zhuǎn)子電流較大，但因轉(zhuǎn)子的功率因數(shù)很低，因此起動(dòng)轉(zhuǎn)矩并不是很大的，與額定轉(zhuǎn)矩之比為1.0-2.2。,如果起動(dòng)轉(zhuǎn)矩過小，就不能滿載起動(dòng)，應(yīng)設(shè)法提高；如果起動(dòng)轉(zhuǎn)矩過大，會(huì)使傳動(dòng)機(jī)構(gòu)受

15、到?jīng)_擊而損壞，應(yīng)設(shè)法減小。,電機(jī)過熱,影響其他負(fù)載工作,,4.5.2.三相異步機(jī)的起動(dòng)方法,1. 直接起動(dòng) 20-30千瓦以下的異步電動(dòng)機(jī)一般采用直接起動(dòng)。,2. 降壓起動(dòng),在起動(dòng)時(shí)降低加在電動(dòng)機(jī)定子繞組上的電壓，以減小起動(dòng)電流，鼠籠式電動(dòng)機(jī)常用的降壓起動(dòng)方法有Y－?換接起動(dòng)和自耦降壓起動(dòng)。,方法簡(jiǎn)單，但起動(dòng)電流較大，影響電網(wǎng)上其他負(fù)載正常工作。,（1）Y－ ? 起動(dòng),,,Y－ ? 起動(dòng)器接線簡(jiǎn)圖,Y起動(dòng)

16、,Y－ ? 起動(dòng)器接線簡(jiǎn)圖,? 工作,,（c）,Y－ ? 起動(dòng)應(yīng)注意的問題：,（b）僅適用于正常接法為三角形接法的電動(dòng)機(jī)。,Y－ ? 起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)電流減小的同時(shí)，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩也減小了。,所以降壓起動(dòng)適合于空載或輕載起動(dòng)的場(chǎng)合,（a）可采用星三角起動(dòng)器來實(shí)現(xiàn)。,（2）自耦降壓起動(dòng),（a）利用三相自耦變壓器將電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)過程中的端電壓降低。,（b）起動(dòng)電流和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩減小。,（c）適用于容量較大的或正常運(yùn)行時(shí)聯(lián)成星形不能采用三角起動(dòng)器的籠型異步

17、電動(dòng)機(jī)。,(2) 自耦降壓起動(dòng),,,,,Q2下合： 接入自耦變 壓器，降壓 起動(dòng)。,Q2上合： 切除自耦變 壓器，全壓 工作。,合刀閘開關(guān)Q,Q2,自耦降壓起動(dòng)適合于容量較大的或正常運(yùn)行時(shí)聯(lián)成 Y形不能采用Y－?起動(dòng)的鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,R,,,,,,R,,,,,R,,,,,,,,,,定子,轉(zhuǎn)子,起動(dòng)時(shí)將適當(dāng)?shù)腞 串入轉(zhuǎn)子電路中，起動(dòng)后將R

18、 短路。,起動(dòng)電阻,,2.繞線式電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電路串電阻起動(dòng),?,轉(zhuǎn)子串電阻起動(dòng)的特點(diǎn)：,（2）R2選的適當(dāng)，轉(zhuǎn)子串電阻既可以降低起動(dòng)電流， 又可以增加起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。常用于要求起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大 的生產(chǎn)機(jī)械上，如卷揚(yáng)機(jī)、鍛壓機(jī)、起重機(jī)等。,方法：任意調(diào)換電源的兩根進(jìn)線，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。,電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn),電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn),三相異步電動(dòng)機(jī)的正、反轉(zhuǎn),例1:,1),解:,一臺(tái)Y225M-4型的三相異步電 動(dòng)機(jī)，定子繞組△型聯(lián)結(jié)，其額定數(shù)據(jù)為：P

19、2N=45kW,nN=1480r/min，UN=380V，?N=92.3%，cos?N=0.88， Ist/IN=7.0, Tst/TN=1.9，Tmax/TN=2.2，求： 1) 額定電流IN? 2) 額定轉(zhuǎn)差率sN? 3) 額定轉(zhuǎn)矩 TN 、最大轉(zhuǎn)矩Tmax 、和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩TN 。,2）由nN=1480r/min，可知 p=2 （四極電動(dòng)機(jī)）,3）,解：,在上例中(1)如果負(fù)載轉(zhuǎn)矩為 510.2N?m, 試問

20、在U=UN和U´=0.9UN兩種情況下電動(dòng)機(jī)能否起動(dòng)？（2）采用Y- ? 換接起動(dòng)時(shí)，求起動(dòng)電流和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。 又當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩為起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的80%和50%時(shí)，電動(dòng)機(jī)能否起動(dòng)？,(1) 在U=UN時(shí) Tst = 551.8N?m > 510.2 N. m,不能起動(dòng),(2) Ist ?=7IN=7?84.2=589.4 A,在U´= 0.9UN 時(shí),能起動(dòng),例2:,在80%額定負(fù)載時(shí),不能

21、起動(dòng),在50%額定負(fù)載時(shí),可以起動(dòng),(3),4.6 三相異步電動(dòng)機(jī)銘牌數(shù)據(jù),1. 型號(hào),例如： Y 132 M－4,用以表明電動(dòng)機(jī)的系列、幾何尺寸和極數(shù)。,教材表8.8.1中列出了各種電動(dòng)機(jī)的系列代號(hào)。,異步電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品名稱代號(hào),2. 接法,接線盒,定子三相繞組的聯(lián)接方法。通常,,Y 聯(lián)結(jié),? 聯(lián)結(jié),3. 電壓,例如：380/220V、Y/? 是指線電壓為 380V 時(shí) 采用 Y聯(lián)結(jié)；線電壓為 220V 時(shí)采

22、用 ? 聯(lián)結(jié)。,說明：一般規(guī)定，電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行電壓不能高于或低 于額定值的 5% 。因?yàn)樵陔妱?dòng)機(jī)滿載或接近 滿載情況下運(yùn)行時(shí)，電壓過高 或過低都會(huì)使 電動(dòng)機(jī)的電流大于額定值, 從而使電動(dòng)機(jī)過熱。,電動(dòng)機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)定子繞組上應(yīng)加的線電壓值。,三相異步電動(dòng)機(jī)的額定電壓有380V，3000V, 及6000V等多種。,4. 電流,例如： Y

23、/ ? 6.73 / 11.64 A 表示星形聯(lián)結(jié)下電機(jī)的線電流為 6.73A；三角形聯(lián)結(jié)下線電流為 11.64A。兩種接法下相電流均為 6.73A。,5. 功率與效率,電動(dòng)機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)定子繞組的線電流值。,額定功率是指電機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)軸上輸出的機(jī)械功率 P2，它不等于從電源吸取的電功率 P1。,注意：實(shí)用中應(yīng)選擇容量合適的電機(jī)，防止出現(xiàn) “大馬拉小車” 的現(xiàn)象。,6. 功率因數(shù),,三相異步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)較