第4章 電機(jī)與電路

1、第四章第四章 電機(jī)與電器電機(jī)與電器4.1 4.1 磁路與變壓器磁路與變壓器4.1.1 4.1.1 磁路的基本知識磁路的基本知識當(dāng)電流通過線圈時，產(chǎn)生的磁通絕大部分通過鐵心閉合，稱當(dāng)電流通過線圈時，產(chǎn)生的磁通絕大部分通過鐵心閉合，稱為主磁通，用為主磁通，用 表示表示 小部分磁通沿鐵心以外空間閉合，稱為漏磁通，用小部分磁通沿鐵心以外空間閉合，稱為漏磁通，用 S表示。表示。 漏磁通很小，在工程中常略去不計。漏磁通很小，在工程中常略去不計。 主磁通通過的閉合路徑稱為磁路。主磁通通過的閉合路徑稱為磁路。 用以產(chǎn)生磁場的電流稱為勵磁電流。用以產(chǎn)生磁場的電流稱為勵磁電流。 磁路中有很磁路中有很短的空氣隙短的

2、空氣隙 變壓器變壓器 電磁鐵電磁鐵各段截面積各段截面積基本相等，基本相等，為均勻磁路為均勻磁路 直流電機(jī)直流電機(jī) 磁路中也有磁路中也有空氣隙空氣隙 磁路的基本物理量磁路的基本物理量 磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度B ：表示磁場內(nèi)某點磁場強(qiáng)弱及方向的物：表示磁場內(nèi)某點磁場強(qiáng)弱及方向的物理量。單位是特斯拉理量。單位是特斯拉(T)，簡稱特。，簡稱特。 磁通磁通 ： 在均勻磁場中，磁通在均勻磁場中，磁通 等于磁感應(yīng)強(qiáng)度等于磁感應(yīng)強(qiáng)度B與垂直于磁場方向的面積與垂直于磁場方向的面積S的乘積，即的乘積，即 BS 或或 SB 的的單位是韋伯單位是韋伯(Wb)，簡稱韋。，簡稱韋。 1 T=1 Wbm2(韋米韋米2)磁導(dǎo)率

3、磁導(dǎo)率 ：磁導(dǎo)率：磁導(dǎo)率 是表示物質(zhì)導(dǎo)磁性能的物理量。是表示物質(zhì)導(dǎo)磁性能的物理量。單位是亨米單位是亨米(H/m)。 相對磁導(dǎo)率相對磁導(dǎo)率 r：0r o是真空的磁導(dǎo)率，是真空的磁導(dǎo)率， o=4l0 7H/m ，是常數(shù)。，是常數(shù)。 非鐵磁物質(zhì)非鐵磁物質(zhì) r近似為近似為1 鐵磁物質(zhì)鐵磁物質(zhì) r遠(yuǎn)大于遠(yuǎn)大于1 ，不是常數(shù)。，不是常數(shù)。 磁場強(qiáng)度磁場強(qiáng)度H ： BH單位是安米單位是安米(Am) 全電流定律全電流定律 在磁場中沿任何閉合回線，磁場強(qiáng)度的矢量的線積在磁場中沿任何閉合回線，磁場強(qiáng)度的矢量的線積分等于穿過該閉合回線所包圍面積電流的代數(shù)和，分等于穿過該閉合回線所包圍面積電流的代數(shù)和，即即 Idl計

4、算電流代數(shù)和時，與繞行方向符合右螺旋定則計算電流代數(shù)和時，與繞行方向符合右螺旋定則的電流取正號，反之取負(fù)號。的電流取正號，反之取負(fù)號。 在無分支的均勻磁路中，全電流定律可寫為在無分支的均勻磁路中，全電流定律可寫為mFNIIHlN為線圈匝數(shù)為線圈匝數(shù) Fm稱為磁動勢，單位是安稱為磁動勢，單位是安(A)。 磁路的歐姆定律磁路的歐姆定律 磁阻磁阻Rm：SlRmmmmRNIRF磁位差磁位差Um ：RUmm磁阻磁阻Rm不是一個常數(shù)，隨勵磁電流不是一個常數(shù)，隨勵磁電流I的改變而改變，的改變而改變，因而通常不能用磁路的歐姆定律直接計算。因而通常不能用磁路的歐姆定律直接計算。 電路電路磁路磁路電流電流 I電動

5、勢電動勢 E電阻電阻 R=l/( S)電導(dǎo)率電導(dǎo)率 電位差（電壓）電位差（電壓） U=RI電路歐姆定律電路歐姆定律 E=RI磁通磁通 磁動勢磁動勢 Fm磁阻磁阻 Rm=l/( S)磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率 磁位差磁位差 Um=RmI磁路歐姆定律磁路歐姆定律 Fm= Rm電路與磁路對照電路與磁路對照 鐵磁材料的磁性能鐵磁材料的磁性能 1.高導(dǎo)磁性高導(dǎo)磁性 鐵磁材料的磁導(dǎo)率很高，鐵磁材料的磁導(dǎo)率很高， r可達(dá)可達(dá)102104，是制造，是制造電磁鐵、變壓器、電機(jī)等的主要材料。電磁鐵、變壓器、電機(jī)等的主要材料。 2.磁飽和性磁飽和性 3.磁滯性磁滯性 鐵磁材料的種類和用途鐵磁材料的種類和用途 1.軟磁材料：軟磁材

6、料： 磁導(dǎo)率高，磁滯磁導(dǎo)率高，磁滯特性不明顯，矯頑力和剩磁都特性不明顯，矯頑力和剩磁都小，磁滯回線較窄，磁滯損耗小，磁滯回線較窄，磁滯損耗小。小。 2.硬磁材料硬磁材料 剩磁和矯頑力均剩磁和矯頑力均較大，磁滯性明顯，磁滯回較大，磁滯性明顯，磁滯回線較寬，線較寬， 3.矩磁材料矩磁材料 只要受較小的外磁只要受較小的外磁場作用就能磁化到飽和，當(dāng)外場作用就能磁化到飽和，當(dāng)外磁場去掉，磁性仍保持，磁滯磁場去掉，磁性仍保持，磁滯回線幾乎成矩形。回線幾乎成矩形。 例例 一環(huán)形螺線管，匝數(shù)一環(huán)形螺線管，匝數(shù)N =1000匝，電流匝，電流I =4A，螺，螺線管外徑線管外徑D1=0.3m，內(nèi)徑，內(nèi)徑D2=0.2

7、2m，試分別計算媒，試分別計算媒質(zhì)為紙心、鑄鋼心時的磁場強(qiáng)度和磁通。質(zhì)為紙心、鑄鋼心時的磁場強(qiáng)度和磁通。 解解 磁路平均長度磁路平均長度m816. 0221DDl23221m1026. 1)2(DDSm/A4902lINH當(dāng)媒質(zhì)為紙心時當(dāng)媒質(zhì)為紙心時 當(dāng)媒質(zhì)為鑄鋼心時當(dāng)媒質(zhì)為鑄鋼心時 Wb1076. 76 BST1016. 630HB由表得由表得H=4902A/m時時B=1.55T Wb1095. 13 BS4.1.2 4.1.2 鐵心線圈鐵心線圈直流鐵心線圈直流鐵心線圈 特點：特點： 1. 線圈的勵磁電流線圈的勵磁電流I只與外加電壓只與外加電壓U及線圈及線圈電阻電阻R有關(guān)，有關(guān)，I=U/R，

8、與磁路特性無關(guān)。，與磁路特性無關(guān)。 2. 勵磁電流在磁路產(chǎn)生的是恒定磁通，不會在線圈中勵磁電流在磁路產(chǎn)生的是恒定磁通，不會在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。 3. 磁路的磁通不僅與線圈電流磁路的磁通不僅與線圈電流I、線圈匝數(shù)、線圈匝數(shù)N有關(guān)，有關(guān)，還與磁路磁阻還與磁路磁阻Rm有關(guān)。有關(guān)。 4. 直流鐵心線圈的功率損耗直流鐵心線圈的功率損耗 P=I2R，由電流及電，由電流及電阻大小確定，與磁路無關(guān)。阻大小確定，與磁路無關(guān)。 交流鐵心線圈交流鐵心線圈 1.電壓、電流和磁通電壓、電流和磁通 主磁感應(yīng)電動勢主磁感應(yīng)電動勢 ：tNedd漏磁感應(yīng)電動勢：漏磁感應(yīng)電動勢： tiLtNeddddSSSu

9、uuetiLRieeRiuSRSS)(dd設(shè)設(shè)R為線圈的電阻，則為線圈的電阻，則 寫成相量形式為寫成相量形式為 UUUEIXIREEIRUSRsS)(j)()(則設(shè)t，sinm)90sin()90sin(2cosddmmmtEtfNtNtNemmm44. 422fNNEEm44. 4fNEU2.功率損耗功率損耗 銅損銅損 (PCu) ：線圈導(dǎo)線電阻所致，線圈導(dǎo)線電阻所致， PCu=I2R。磁滯損耗磁滯損耗 Ph：由鐵磁物質(zhì)的磁滯性引：由鐵磁物質(zhì)的磁滯性引起，其大小與磁滯回線包起，其大小與磁滯回線包圍的面積成正比。圍的面積成正比。渦流損耗渦流損耗 Pe：由鐵芯中的渦流產(chǎn)生。：由鐵芯中的渦流產(chǎn)生。

10、鐵損鐵損( ) PFe減少渦流損耗的方法：減少渦流損耗的方法： 1、增大鐵心材料的電阻率，在鋼中滲硅既保持、增大鐵心材料的電阻率，在鋼中滲硅既保持良好的導(dǎo)磁性，又使電阻率大大提高。良好的導(dǎo)磁性，又使電阻率大大提高。 2、以鋼片疊成鐵心代替整塊鐵心，片間彼此絕緣。、以鋼片疊成鐵心代替整塊鐵心，片間彼此絕緣。 3.鐵心線圈的等效電路鐵心線圈的等效電路 例例 有一鐵心線圈接到交流有一鐵心線圈接到交流220V工頻電壓源，測得電工頻電壓源，測得電流流I=2A，功率，功率P=50W，(1) 不計線圈電阻及漏磁通，不計線圈電阻及漏磁通，試求鐵心線圈等效電路的試求鐵心線圈等效電路的R0和和X0；(2) 若線圈

11、電阻若線圈電阻R=1 ，試計算該線圈的銅損耗及鐵損耗。，試計算該線圈的銅損耗及鐵損耗。解解 (1)等效阻抗等效阻抗 3 .1095 .12arccosj00UIPIUXRZ0012.5 ,109.3RX(2) 銅損耗和鐵損耗銅損耗和鐵損耗W42CuRIPW46CuFePPP4.同極性端同極性端 當(dāng)電流從兩接線端流進(jìn)（或流出），在鐵心中產(chǎn)生當(dāng)電流從兩接線端流進(jìn)（或流出），在鐵心中產(chǎn)生的磁通方向一致時，這兩個接線端稱為同極性端或的磁通方向一致時，這兩個接線端稱為同極性端或同名端。同名端。 正確串聯(lián)正確串聯(lián) 正確并聯(lián)正確并聯(lián) 同極性端的測定同極性端的測定開關(guān)開關(guān)S瞬間接通，若此瞬間接通，若此時毫安表

12、正向偏轉(zhuǎn)，則時毫安表正向偏轉(zhuǎn)，則線圈線圈A的的1端與線圈端與線圈B的的3端是同極性端。端是同極性端。 若毫安表反偏，則若毫安表反偏，則1和和4端為同極性端。端為同極性端。 4.1.3 4.1.3 單相變壓器單相變壓器變壓器的基本結(jié)構(gòu)變壓器的基本結(jié)構(gòu) 心式心式 殼式殼式 變壓器主要由鐵心和繞組構(gòu)成變壓器主要由鐵心和繞組構(gòu)成 變壓器的工作原理變壓器的工作原理 一次繞組一次繞組 )(j11S1111EIXIRU1111S1Riuee二次繞組二次繞組 222S22uRiee22S2222UIjXIRE變壓器空載運行（電壓變換原理）變壓器空載運行（電壓變換原理） 二次繞組開路二次繞組開路 10S1011

13、jEIXIRUm11144. 4fNEUm222044. 4fNEU變壓器的電壓變換關(guān)系為變壓器的電壓變換關(guān)系為 KNNEEUU212121K稱為變壓器的電壓比稱為變壓器的電壓比 變壓器的負(fù)載運行（電流變換原理）變壓器的負(fù)載運行（電流變換原理） 變壓器一次繞組接通電源，二次繞組接負(fù)載變壓器一次繞組接通電源，二次繞組接負(fù)載Z。 2112201102021NI NI NI NIIIIIN忽略一、二次繞組電阻及漏磁通，在變壓器接近忽略一、二次繞組電阻及漏磁通，在變壓器接近滿載時：滿載時： 11220I NI N一、二次繞組電流有效值之比為一、二次繞組電流有效值之比為 KNNII11221阻抗變換原理

14、阻抗變換原理 1221212212221NUUNNUNINIINZKZNNZ2221 或或 ZZK例例 設(shè)交流信號源電壓設(shè)交流信號源電壓U=80V，內(nèi)阻，內(nèi)阻R0=800 ，負(fù)載，負(fù)載RL=8 ，(1) 將負(fù)載直接接至信號源，負(fù)載獲得多大將負(fù)載直接接至信號源，負(fù)載獲得多大功率？功率？(2) 經(jīng)變壓器進(jìn)行阻抗匹配，求負(fù)載獲得最大經(jīng)變壓器進(jìn)行阻抗匹配，求負(fù)載獲得最大功率是多少？變壓器的變比功率是多少？變壓器的變比K是多少？是多少？ 解解 (1)負(fù)載直接接信號源時負(fù)載直接接信號源時 W0784. 0)(L2L0L2RRRURIP(2) 輸出最大功率時，輸出最大功率時，RL折算到一次繞組應(yīng)為折算到一次

15、繞組應(yīng)為800 2max012W4UPR變壓器變比變壓器變比10L0RRK變壓器的損耗和效率變壓器的損耗和效率 銅損銅損 (PCu)變壓器的損耗變壓器的損耗 鐵損鐵損(PFe )FeCuPPP銅損耗銅損耗 PCu是一次、二次繞組電阻是一次、二次繞組電阻R1、R2上所消耗上所消耗的功率，即的功率，即222121CuRIRIP鐵損耗是主磁通在鐵心中交變時所產(chǎn)生的磁滯損鐵損耗是主磁通在鐵心中交變時所產(chǎn)生的磁滯損耗和渦流損耗，與負(fù)載電流大小無關(guān)，與鐵心材耗和渦流損耗，與負(fù)載電流大小無關(guān)，與鐵心材料、電源電壓料、電源電壓U1、頻率、頻率f有關(guān)。有關(guān)。變壓器的額定值變壓器的額定值 1.產(chǎn)品型號產(chǎn)品型號 S

16、L7 1000/10 1000表示容量為表示容量為1000kVAS表示三相表示三相 (D表示單相表示單相)L表示鋁線表示鋁線 (銅線無文字表示銅線無文字表示)7表示設(shè)計序號表示設(shè)計序號10表示高壓側(cè)線電壓為表示高壓側(cè)線電壓為10kV 2.額定電壓額定電壓 指高壓繞組接于電網(wǎng)的額定線電壓指高壓繞組接于電網(wǎng)的額定線電壓3.額定電流額定電流 指允許繞組長時間連續(xù)工作的線電流指允許繞組長時間連續(xù)工作的線電流 4.額定容量額定容量 在額定工作條件下，變壓器輸出能力的保證值，在額定工作條件下，變壓器輸出能力的保證值，即變壓器的視在功率，單位為千伏安即變壓器的視在功率，單位為千伏安(kVA)。 6.阻抗電壓

17、阻抗電壓 指變壓器二次繞組短路，一、二次繞組達(dá)到指變壓器二次繞組短路，一、二次繞組達(dá)到額定電流時，加到一次繞組的電壓值。額定電流時，加到一次繞組的電壓值。 5.聯(lián)結(jié)組標(biāo)號聯(lián)結(jié)組標(biāo)號 聯(lián)結(jié)組標(biāo)號表明變壓器高壓、低壓繞組的聯(lián)結(jié)方式聯(lián)結(jié)組標(biāo)號表明變壓器高壓、低壓繞組的聯(lián)結(jié)方式 例例 有一臺三相配電變壓器，聯(lián)接組標(biāo)號為有一臺三相配電變壓器，聯(lián)接組標(biāo)號為Y，yn0，額定電壓為額定電壓為10000V/400V，現(xiàn)向，現(xiàn)向380V、功率、功率P=240kW、cos =0.8的負(fù)載供電，求變壓器一、二的負(fù)載供電，求變壓器一、二次繞組電流，并選擇變壓器的容量。次繞組電流，并選擇變壓器的容量。解解 A8 .455

18、cos3222UPI253/3/2N1NP2P1UUUUKA232.18112LP2P1L1KIKIII300kVAkVA8 . 0240cos22PS查產(chǎn)品目錄，應(yīng)選標(biāo)稱值查產(chǎn)品目錄，應(yīng)選標(biāo)稱值SN=315kVA。 4.1.4 4.1.4 特殊變壓器特殊變壓器自耦變壓器自耦變壓器 KNNEEUU212121221211IKINNI自耦變壓器的優(yōu)缺點自耦變壓器的優(yōu)缺點 (1) 結(jié)構(gòu)簡單，使用材料省、體積小、重量輕，結(jié)構(gòu)簡單，使用材料省、體積小、重量輕，效率高。效率高。(2) 短路阻抗小，短路電流大，必要時要采取短路阻抗小，短路電流大，必要時要采取限制短路電流措施。限制短路電流措施。 (3) 自

19、耦變壓器不能作為安全變壓器。自耦變壓器不能作為安全變壓器。 電流互感器電流互感器 一次繞組線徑較粗，一次繞組線徑較粗，匝數(shù)很少，有時只有匝數(shù)很少，有時只有一匝，串聯(lián)在被測電一匝，串聯(lián)在被測電路中；二次繞組線徑路中；二次繞組線徑較細(xì)，匝數(shù)很多，與較細(xì)，匝數(shù)很多，與電流表等儀表相聯(lián)接電流表等儀表相聯(lián)接 使用應(yīng)注意：使用應(yīng)注意：(1) 電流互感器工作時二次側(cè)不得開路。電流互感器工作時二次側(cè)不得開路。 (2) 電流互感器的二次側(cè)一端必須接地。電流互感器的二次側(cè)一端必須接地。 電壓互感器電壓互感器 電壓互感器一次繞組匝電壓互感器一次繞組匝數(shù)很多，并聯(lián)于供電系數(shù)很多，并聯(lián)于供電系統(tǒng)的一次電路，二次繞統(tǒng)的一

20、次電路，二次繞組匝數(shù)較少，與電壓表組匝數(shù)較少，與電壓表等儀表并聯(lián)。等儀表并聯(lián)。 使用應(yīng)注意：使用應(yīng)注意：(1) 電壓互感器工作時二次側(cè)不得短路。電壓互感器工作時二次側(cè)不得短路。 (2) 電壓互感器的二次側(cè)的一端必須接地。電壓互感器的二次側(cè)的一端必須接地。4.2 4.2 交流電動機(jī)交流電動機(jī)電機(jī)電機(jī)是一種利用電磁原理進(jìn)行機(jī)械能與電能互是一種利用電磁原理進(jìn)行機(jī)械能與電能互換的裝置。換的裝置。 發(fā)電機(jī)：發(fā)電機(jī)：把機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能的電機(jī)把機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能的電機(jī)電動機(jī)：電動機(jī)：把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的電機(jī)把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的電機(jī)電電機(jī)機(jī)電動機(jī)電動機(jī)交流電動機(jī)交流電動機(jī)直流電動機(jī)直流電動機(jī) 同步電動機(jī)同步電動

21、機(jī) 異步電動機(jī)異步電動機(jī)4.2.1 4.2.1 三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 罩罩殼殼 軸軸承承蓋蓋端端蓋蓋接線盒接線盒機(jī)機(jī)座座轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸軸軸承承轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子端端蓋蓋風(fēng)扇風(fēng)扇三相異步電動機(jī)定子結(jié)構(gòu)三相異步電動機(jī)定子結(jié)構(gòu) 定子主要由機(jī)座、定子鐵心和定子繞組構(gòu)成。定子主要由機(jī)座、定子鐵心和定子繞組構(gòu)成。 定子鐵心沖片定子鐵心沖片 三相異步電動機(jī)具有三相對稱的定子繞組三相異步電動機(jī)具有三相對稱的定子繞組 三相異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)三相異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu) 轉(zhuǎn)子鐵心沖片轉(zhuǎn)子鐵心沖片 籠型轉(zhuǎn)子籠型轉(zhuǎn)子

22、繞線轉(zhuǎn)子繞線轉(zhuǎn)子 旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)磁場 C B A 當(dāng)三相定子繞組接到三相對稱電源時，繞組當(dāng)三相定子繞組接到三相對稱電源時，繞組中便產(chǎn)生了三相對稱電流中便產(chǎn)生了三相對稱電流iA、iB、iC。 當(dāng)當(dāng)wt=0時，時， 0, 0, 0CBAiii 當(dāng)當(dāng)wt=60時，時， 0, 0, 0CBAiii 當(dāng)當(dāng)wt=120時，時， 0, 0, 0CBAiii 當(dāng)當(dāng)wt=180時，時， 0, 0, 0CBAiii結(jié)論結(jié)論：三相正弦交流電流通過電機(jī)的三相對稱繞組，：三相正弦交流電流通過電機(jī)的三相對稱繞組，在電機(jī)中所建立的合成磁場是一個旋轉(zhuǎn)磁場。在電機(jī)中所建立的合成磁場是一個旋轉(zhuǎn)磁場。 旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向和三相電流的

23、相序一致；任意對旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向和三相電流的相序一致；任意對調(diào)接到電動機(jī)三相定子繞組的三相電源引線中的兩根，調(diào)接到電動機(jī)三相定子繞組的三相電源引線中的兩根，就可使旋轉(zhuǎn)磁場反向旋轉(zhuǎn)。就可使旋轉(zhuǎn)磁場反向旋轉(zhuǎn)。 旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速：旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速： pfn10602p分）轉(zhuǎn)/( 50011p分）轉(zhuǎn)/( 0003極對數(shù)極對數(shù)同步轉(zhuǎn)速同步轉(zhuǎn)速)50(1Hzf 0n3p分）轉(zhuǎn)/( 0001三相異步電動機(jī)的工作原理三相異步電動機(jī)的工作原理 轉(zhuǎn)子電動勢和電流方向 n n 0 n 0 旋轉(zhuǎn)磁場順時針方向旋旋轉(zhuǎn)磁場順時針方向旋轉(zhuǎn)，相當(dāng)于轉(zhuǎn)子導(dǎo)體逆轉(zhuǎn)，相當(dāng)于轉(zhuǎn)子導(dǎo)體逆時針方向切割磁通，產(chǎn)時針方向切割磁通，產(chǎn)生感應(yīng)電動

24、勢。因為轉(zhuǎn)生感應(yīng)電動勢。因為轉(zhuǎn)子繞組是接成回路的，子繞組是接成回路的，所以產(chǎn)生感應(yīng)電流。載所以產(chǎn)生感應(yīng)電流。載流導(dǎo)體在磁場中會受到流導(dǎo)體在磁場中會受到電磁力電磁力F的作用，電動的作用，電動機(jī)的轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)動起來。機(jī)的轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)動起來。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向與旋轉(zhuǎn)磁場的與旋轉(zhuǎn)磁場的方向一致方向一致電動機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速電動機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n必定低于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速必定低于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n0 。 轉(zhuǎn)差：轉(zhuǎn)差：旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速n0與異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)與異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速速n之差稱為轉(zhuǎn)差，用之差稱為轉(zhuǎn)差，用 n表示，即表示，即 轉(zhuǎn)差率：轉(zhuǎn)差率：轉(zhuǎn)差與同步轉(zhuǎn)速之比稱為轉(zhuǎn)差率，用轉(zhuǎn)差與同步轉(zhuǎn)速之比稱為轉(zhuǎn)

25、差率，用s表示，表示，即即 000nnnnnsnnn0例例 有一臺三相異步電動機(jī)，其額定轉(zhuǎn)速有一臺三相異步電動機(jī)，其額定轉(zhuǎn)速nN =1440 r/min 。試求電動機(jī)的極數(shù)和額定負(fù)載時的轉(zhuǎn)差率。試求電動機(jī)的極數(shù)和額定負(fù)載時的轉(zhuǎn)差率sN 。電源頻率。電源頻率f1 =50 Hz 。解解 由于異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)差率通常在很小的數(shù)值范由于異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)差率通常在很小的數(shù)值范圍內(nèi)；所以電動機(jī)的圍內(nèi)；所以電動機(jī)的n與與n0非常接近。非常接近。 04. 015001440150000Nnnns4.2.2 4.2.2 三相異步電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和機(jī)械特性三相異步電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和機(jī)械特性三相異步電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩三相

26、異步電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩 22TcosIKT T電磁轉(zhuǎn)矩，單位為電磁轉(zhuǎn)矩，單位為Nm； KT常數(shù)，決定于電動機(jī)的結(jié)構(gòu)。常數(shù)，決定于電動機(jī)的結(jié)構(gòu)。異步電動機(jī)的電磁關(guān)系與變壓器類似。定子繞組相異步電動機(jī)的電磁關(guān)系與變壓器類似。定子繞組相當(dāng)于變壓器的一次繞組，轉(zhuǎn)子繞組相當(dāng)于變壓器的當(dāng)于變壓器的一次繞組，轉(zhuǎn)子繞組相當(dāng)于變壓器的二次繞組。二次繞組。 NfKEU1111144. 4轉(zhuǎn)子頻率轉(zhuǎn)子頻率 1000026060)(sfpnnnnnnpf221222244. 444. 4KNsfKNfE在在n=0，即，即s=1時，轉(zhuǎn)子電動勢為時，轉(zhuǎn)子電動勢為2212044. 4KNfE202sEE 轉(zhuǎn)子繞組的漏抗為轉(zhuǎn)子

27、繞組的漏抗為2122222LsfLfX在在n=0，即，即s=1時，轉(zhuǎn)子漏抗為時，轉(zhuǎn)子漏抗為 21202LfX202sXX 設(shè)轉(zhuǎn)子每相電阻為設(shè)轉(zhuǎn)子每相電阻為R2， 2202220222222)(sXRsEXREI220222222222)(cossXRRXRR I2,cos2 s 1 0 I2 cos2 11111111144. 444. 4UNfKUNfKE22022221T)(sXRsRUKT常數(shù)常數(shù)TK可見：轉(zhuǎn)矩可見：轉(zhuǎn)矩T與定子每相電壓與定子每相電壓U12成比例，所以成比例，所以當(dāng)電源電壓變動時，對轉(zhuǎn)矩的影響很大。轉(zhuǎn)矩當(dāng)電源電壓變動時，對轉(zhuǎn)矩的影響很大。轉(zhuǎn)矩T還受轉(zhuǎn)子電阻還受轉(zhuǎn)子電阻R2

28、的影響。的影響。 異步電動機(jī)的異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性曲線轉(zhuǎn)矩特性曲線 Tm s 0 sm T 最大轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩Tm對應(yīng)的轉(zhuǎn)差率對應(yīng)的轉(zhuǎn)差率sm稱為稱為臨界轉(zhuǎn)差率臨界轉(zhuǎn)差率 202mXRs2021Tm2XUKT21mUT 起動轉(zhuǎn)矩起動轉(zhuǎn)矩Tst：電動機(jī)剛起動（電動機(jī)剛起動（n=0、s=1）時的轉(zhuǎn)矩）時的轉(zhuǎn)矩22022212TstXRURKT21stUT 電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩T 為為nPnPPT22255. 9602P2電動機(jī)軸上輸出的機(jī)械功率，單位為電動機(jī)軸上輸出的機(jī)械功率，單位為W； n轉(zhuǎn)速，單位為轉(zhuǎn)速，單位為r/min； T轉(zhuǎn)矩，單位是轉(zhuǎn)矩，單位是Nm。 電動機(jī)的功率電動機(jī)的功率P2以千瓦

29、（以千瓦（kW）為單位，則）為單位，則 nPT29550例如例如，某電動機(jī)（型號為，某電動機(jī)（型號為Y132M-4）的額定功）的額定功率為率為7.5 kW，額定轉(zhuǎn)速為，額定轉(zhuǎn)速為1440 r/min，則其額，則其額定轉(zhuǎn)矩為定轉(zhuǎn)矩為 mN7 .49mN14405 . 795509550NN2NnPT異步電動機(jī)電源電壓變異步電動機(jī)電源電壓變化對轉(zhuǎn)矩特性的影響化對轉(zhuǎn)矩特性的影響 異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子電路電異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子電路電阻對轉(zhuǎn)矩曲線的影響阻對轉(zhuǎn)矩曲線的影響 三相異步電動機(jī)的機(jī)械特性三相異步電動機(jī)的機(jī)械特性 表示電動機(jī)轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的關(guān)系曲線，稱為電動表示電動機(jī)轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的關(guān)系曲線，稱為電動機(jī)的機(jī)械特性曲線

30、。機(jī)的機(jī)械特性曲線。 4.217 異 步 電 動 機(jī) 的 機(jī) 械 特 性 曲 線 0 n0nNnTmTstTNTa b c c c 通常異步電動機(jī)都工作通常異步電動機(jī)都工作在在ab段。在這一段，電段。在這一段，電動機(jī)可根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩的動機(jī)可根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩的變化，自動調(diào)節(jié)電磁轉(zhuǎn)變化，自動調(diào)節(jié)電磁轉(zhuǎn)矩，從而在新的轉(zhuǎn)速下矩，從而在新的轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運行。即具有自適穩(wěn)定運行。即具有自適應(yīng)調(diào)節(jié)能力。應(yīng)調(diào)節(jié)能力。 最大轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩Tm與額定轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩TN的比值稱為電動機(jī)的比值稱為電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩過載系數(shù)或過載能力，用的轉(zhuǎn)矩過載系數(shù)或過載能力，用 來表示，即來表示，即 NmTT一般三相異步電動機(jī)的一般三相異步電動機(jī)

31、的 在在1.82.2之間，之間，特殊用途電動機(jī)的特殊用途電動機(jī)的 可達(dá)可達(dá)3或更大?；蚋蟆?4.2.3 4.2.3 三相異步電動機(jī)的使用三相異步電動機(jī)的使用三相異步電動機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)三相異步電動機(jī)的銘牌數(shù)據(jù) 三相異步電動機(jī) 型號 Y132M-4 功 率 7.5 kW 頻 率 50 Hz 電壓 380 V 電 流 15.4 A 接 法 轉(zhuǎn)速 1440 r/min 絕緣等級 B 工作方式 連續(xù) 年 月 編號 電機(jī)廠 此外，此外，Y132M4型電動機(jī)的主要技術(shù)數(shù)型電動機(jī)的主要技術(shù)數(shù)據(jù)還有：功率因數(shù)據(jù)還有：功率因數(shù)0.85，效率，效率87%。1.型號型號 三相異步電動機(jī) 磁極數(shù) 機(jī)座中心高（mm） 機(jī)

32、座長度代號 （S短機(jī)座； M中機(jī)座； L長機(jī)座） Y 132 M 4 產(chǎn)品名稱產(chǎn)品名稱代號代號漢字意漢字意義義異步電動異步電動機(jī)機(jī)繞線轉(zhuǎn)子繞線轉(zhuǎn)子異步電動異步電動機(jī)機(jī)防爆型異防爆型異步電動機(jī)步電動機(jī)高起動轉(zhuǎn)高起動轉(zhuǎn)矩異步電矩異步電動機(jī)動機(jī)YYRYBYQ異異異繞異繞異爆異爆異起異起2.電壓電壓 銘牌上所標(biāo)的電壓值是指電動機(jī)在額定運行時定子銘牌上所標(biāo)的電壓值是指電動機(jī)在額定運行時定子繞組上應(yīng)加的線電壓值（有效值），用繞組上應(yīng)加的線電壓值（有效值），用U1N表示。表示。 一般規(guī)定電動機(jī)的電壓不應(yīng)高于或低于額定一般規(guī)定電動機(jī)的電壓不應(yīng)高于或低于額定值的值的5%。 3.接法接法 有星形（有星形（Y）和三

33、角形（）和三角形（D）兩種）兩種 接法是指定子繞組的接法接法是指定子繞組的接法 Y系列規(guī)定，三相異步電動機(jī)額定電壓系列規(guī)定，三相異步電動機(jī)額定電壓U1N為為380V、3kW及以下者，作星形聯(lián)結(jié)；及以下者，作星形聯(lián)結(jié)；4kW及以及以上者，聯(lián)結(jié)成三角形。上者，聯(lián)結(jié)成三角形。 接三相電源 定子繞組的定子繞組的星形聯(lián)結(jié)星形聯(lián)結(jié) 接三相電源 定子繞組的定子繞組的三角形聯(lián)結(jié)三角形聯(lián)結(jié) 4.電流電流 銘牌上所標(biāo)的電流值是指電動機(jī)在額定運行時定子銘牌上所標(biāo)的電流值是指電動機(jī)在額定運行時定子繞組的線電流值（有效值），用繞組的線電流值（有效值），用I1N表示。表示。 若電動機(jī)三相定子繞組有兩種接法，就有兩個相若電

34、動機(jī)三相定子繞組有兩種接法，就有兩個相對應(yīng)的額定電流值。對應(yīng)的額定電流值。5.功率因數(shù)功率因數(shù) 額定功率因數(shù)是電動機(jī)在額定狀態(tài)運行時的功率額定功率因數(shù)是電動機(jī)在額定狀態(tài)運行時的功率因數(shù)，用因數(shù)，用cos N表示。表示。 額定功率因數(shù)一般約在額定功率因數(shù)一般約在0.70.9，而在空載和輕載，而在空載和輕載時很低，空載時只有時很低，空載時只有0.20.3。 6.功率與效率功率與效率 銘牌上所標(biāo)的功率值是指電動機(jī)在額定運行時輸銘牌上所標(biāo)的功率值是指電動機(jī)在額定運行時輸出的機(jī)械功率值。出的機(jī)械功率值。 電動機(jī)從電源吸取的有功功率是輸入功率，減電動機(jī)從電源吸取的有功功率是輸入功率，減去自身的銅耗、鐵耗、

35、機(jī)械損耗等損耗，輸出去自身的銅耗、鐵耗、機(jī)械損耗等損耗，輸出給機(jī)械負(fù)載的功率就是輸出功率。給機(jī)械負(fù)載的功率就是輸出功率。 額定效率是電動機(jī)在額定運行時的效率，用額定效率是電動機(jī)在額定運行時的效率，用 來表示。來表示。 N效率效率是輸出功率與輸入功率之比，即是輸出功率與輸入功率之比，即 12PP7.轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速 銘牌上所標(biāo)的轉(zhuǎn)速值是電動機(jī)在額定運行時的轉(zhuǎn)速。銘牌上所標(biāo)的轉(zhuǎn)速值是電動機(jī)在額定運行時的轉(zhuǎn)速。 NN2N9550nPT PN額定輸出功率，單位為額定輸出功率，單位為kW； nN額定轉(zhuǎn)速，單位為額定轉(zhuǎn)速，單位為r/min； TN額定轉(zhuǎn)矩，單位為額定轉(zhuǎn)矩，單位為Nm。 8.絕緣等級絕緣等級 絕緣等

36、級絕緣等級AEBFH極限溫度極限溫度（C）1051201301551809.工作方式工作方式 銘牌上標(biāo)的工作方式，有時又稱為工作制。銘牌上標(biāo)的工作方式，有時又稱為工作制。 工作方式分為工作方式分為8類，分別用字母類，分別用字母S1S8表示。表示。 如如S1是是“連續(xù)連續(xù)”工作方式；工作方式；S2是是“短時短時”工作方工作方式，分式，分10、30、60、90分鐘（分鐘（min）四種；）四種；S3是是“斷續(xù)周期性斷續(xù)周期性”工作方式；工作方式；等等。等等。 三相異步電動機(jī)的起動三相異步電動機(jī)的起動 因為在起動瞬間，因為在起動瞬間，n0，s1，旋轉(zhuǎn)磁場與靜止的，旋轉(zhuǎn)磁場與靜止的轉(zhuǎn)子之間相對速度很大，

37、磁通切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)條的速度轉(zhuǎn)子之間相對速度很大，磁通切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)條的速度很快，轉(zhuǎn)子電路中的電動勢和電流都很大。很快，轉(zhuǎn)子電路中的電動勢和電流都很大。 異步電動機(jī)的起動電流異步電動機(jī)的起動電流Ist很大。很大。一般電動機(jī)的定子起動電流（指線電流）往一般電動機(jī)的定子起動電流（指線電流）往往為額定電流的往為額定電流的57倍。倍。 （1）直接起動）直接起動 二、三十千瓦以下的異步電動機(jī)一般都是采用二、三十千瓦以下的異步電動機(jī)一般都是采用直接起動的。直接起動的。（2）減壓起動）減壓起動 星形星形三角形（三角形（Y）換接起動）換接起動 適用于正常運行時定子繞組為三角形聯(lián)適用于正常運行時定子繞組為三角形聯(lián)結(jié)的籠型

38、電動機(jī)。結(jié)的籠型電動機(jī)。 stst31II，stst31TT 運行（） 起動（Y） 3 自耦減壓起動自耦減壓起動 自耦減壓起動適用于容量較大或正常運行時聯(lián)成星自耦減壓起動適用于容量較大或正常運行時聯(lián)成星形不能采用星三角換接起動的籠型異步電動機(jī)。形不能采用星三角換接起動的籠型異步電動機(jī)。 運行 起動 3 3 自耦減壓起動時電自耦減壓起動時電動機(jī)的起動轉(zhuǎn)矩：動機(jī)的起動轉(zhuǎn)矩：st2stTxT 線路起動電流：線路起動電流：st2stIxI 12NNx 設(shè)轉(zhuǎn)子串接電阻起動轉(zhuǎn)子串接電阻起動 對于繞線轉(zhuǎn)子電動機(jī)，通常采用在轉(zhuǎn)子電路串對于繞線轉(zhuǎn)子電動機(jī)，通常采用在轉(zhuǎn)子電路串入電阻的方法。入電阻的方法。 轉(zhuǎn)子

39、電刷 滑環(huán) stR起動時接入起動電阻起動時接入起動電阻Rst，很明顯起動電流將減小，同很明顯起動電流將減小，同時時cos 2卻增大。卻增大。 只要串入的電阻大小只要串入的電阻大小適當(dāng)，則既可減小起適當(dāng)，則既可減小起動電流又可提高起動動電流又可提高起動轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩 。例例 某三相異步電動機(jī)的額定數(shù)據(jù)如表所示。試求：某三相異步電動機(jī)的額定數(shù)據(jù)如表所示。試求：（1）額定電流；（）額定電流；（2）額定轉(zhuǎn)差率；（）額定轉(zhuǎn)差率；（3）額定轉(zhuǎn)矩、）額定轉(zhuǎn)矩、最大轉(zhuǎn)矩、起動轉(zhuǎn)矩。（最大轉(zhuǎn)矩、起動轉(zhuǎn)矩。（4）用）用Y換接起動時的換接起動時的起動電流和起動轉(zhuǎn)矩。（起動電流和起動轉(zhuǎn)矩。（5）當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩）當(dāng)負(fù)載

40、轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的的60%和和25%時，電動機(jī)能否起動？時，電動機(jī)能否起動？ NstIINstTTNmaxTT2.01.27.00.8890%380 V1470r/min30kW功率因數(shù)功率因數(shù)效率效率電壓電壓轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速功率功率解解 （1） ：UIPPP得由cos3212A55.57cos3NNNN2NUPI（2） ，故電動機(jī)是四極的，即極，故電動機(jī)是四極的，即極對數(shù)對數(shù)P=2，同步轉(zhuǎn)速，同步轉(zhuǎn)速 。所以。所以min/ r1470Nnmin/ r15000n02. 01500147015000N0Nnnns（3） mN9 .1949550NN2NnPTmN8 .389mN9 .1940 . 2NN

41、maxmaxTTTTmN9 .233mN9 .1942 . 1NNststTTTT（4） A85.402A55.5777NstIIA28.134A85.4023131ststIImN97.77mN9 .2333131ststTT（5）在）在60%額定轉(zhuǎn)矩時，額定轉(zhuǎn)矩時， mN94.116%60NT97.77stTNst%60TT故不能采用故不能采用Y換接起動換接起動 在在25%額定轉(zhuǎn)矩時，額定轉(zhuǎn)矩時， mN725.48%25NT97.77stTNst%25 TT可以采用可以采用Y換接起動換接起動 例例 對上例中的電動機(jī)采用自耦減壓起動，而使電對上例中的電動機(jī)采用自耦減壓起動，而使電動機(jī)的起動轉(zhuǎn)

42、矩為額定轉(zhuǎn)矩的動機(jī)的起動轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的85%，試求：（，試求：（1）自耦變壓器的電壓比自耦變壓器的電壓比K；（；（2）電動機(jī)的起動電流和）電動機(jī)的起動電流和線路上的起動電流。線路上的起動電流。 解解 （1） 19. 185. 02 . 1NNstst21TTTTUUK（2）設(shè)電動機(jī)直接起動電流為）設(shè)電動機(jī)直接起動電流為Ist、自耦降壓起動、自耦降壓起動電流為電流為Ist ， A53.338A85.40219. 11st I線路起動電流為線路起動電流為A48.284A53.33819. 1119. 11stst II三相異步電動機(jī)的反轉(zhuǎn)三相異步電動機(jī)的反轉(zhuǎn) 把電動機(jī)與電源的三根聯(lián)結(jié)線中的任意兩

43、根對調(diào)，電把電動機(jī)與電源的三根聯(lián)結(jié)線中的任意兩根對調(diào)，電動機(jī)的轉(zhuǎn)向便與原來相反。動機(jī)的轉(zhuǎn)向便與原來相反。 三相異步電動機(jī)的調(diào)速三相異步電動機(jī)的調(diào)速 pfsnsn1060)1 ()1 (所以改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速有三種可能：所以改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速有三種可能：改變電源頻率改變電源頻率f1改變極對數(shù)改變極對數(shù)p改變轉(zhuǎn)差率改變轉(zhuǎn)差率s。 （1）變極調(diào)速）變極調(diào)速 pfn1060因此改變因此改變p可以得到不同的轉(zhuǎn)速可以得到不同的轉(zhuǎn)速 U1 U2 U1 U2 U1 U2 U1 U2 p2 p1 （2）變頻調(diào)速）變頻調(diào)速 整 流 器 逆 變 器 Hz50f 3 M 可 調(diào) 1f、1U 變頻調(diào)速有恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速和變頻調(diào)速

44、有恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速和恒功率調(diào)速兩種方式恒功率調(diào)速兩種方式 繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)的調(diào)速繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)的調(diào)速 （1）改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速）改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速 在繞線轉(zhuǎn)子電動機(jī)的轉(zhuǎn)子電路中接入一個調(diào)速在繞線轉(zhuǎn)子電動機(jī)的轉(zhuǎn)子電路中接入一個調(diào)速電阻（和起動電阻一樣接入），改變電阻的大電阻（和起動電阻一樣接入），改變電阻的大小，就可得到平滑調(diào)速。小，就可得到平滑調(diào)速。 優(yōu)點是設(shè)備簡單、投資少，廣泛應(yīng)用于起重設(shè)優(yōu)點是設(shè)備簡單、投資少，廣泛應(yīng)用于起重設(shè)備中；但在電阻上的能量損耗較大。備中；但在電阻上的能量損耗較大。 （2）串級調(diào)速）串級調(diào)速 用一套有源逆變電路來代替調(diào)速電阻及開關(guān)設(shè)備，用一套有源逆變電路來代替調(diào)速電阻及開關(guān)

45、設(shè)備，把原來消耗在電阻上的功率反饋到電網(wǎng)去，用改變把原來消耗在電阻上的功率反饋到電網(wǎng)去，用改變晶閘管的逆變角的方法來改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。晶閘管的逆變角的方法來改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。4.3 4.3 直流電動機(jī)直流電動機(jī)直流電機(jī)是機(jī)械能和直流電能互相轉(zhuǎn)換的旋轉(zhuǎn)機(jī)械裝置。直流電機(jī)是機(jī)械能和直流電能互相轉(zhuǎn)換的旋轉(zhuǎn)機(jī)械裝置。 直流發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能直流發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能 直流電動機(jī)將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能直流電動機(jī)將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能 直流電動機(jī)的調(diào)速性能較好、起動轉(zhuǎn)矩較大，直流電動機(jī)的調(diào)速性能較好、起動轉(zhuǎn)矩較大，因此，對調(diào)速要求較高的生產(chǎn)機(jī)械因此，對調(diào)速要求較高的生產(chǎn)機(jī)械(例如龍門刨例如龍門刨床、銑床、

46、軋鋼機(jī)等床、銑床、軋鋼機(jī)等)或者需要較大起動轉(zhuǎn)矩的或者需要較大起動轉(zhuǎn)矩的生產(chǎn)機(jī)械生產(chǎn)機(jī)械(例如起重機(jī)械、電力牽引設(shè)備等例如起重機(jī)械、電力牽引設(shè)備等)往往往往采用直流電動機(jī)來驅(qū)動。采用直流電動機(jī)來驅(qū)動。 4.3.1 4.3.1 直流電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩直流電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和電樞電動勢和電樞電動勢直流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)直流電動機(jī)的結(jié)構(gòu) 1 2 3 磁極磁極換向器換向器電樞電樞 1 2 3 4 S S N N 極心極心極掌極掌勵磁繞組勵磁繞組機(jī)座機(jī)座1.磁極磁極 用來在電機(jī)中產(chǎn)生磁場，分成極心和極掌兩部分。用來在電機(jī)中產(chǎn)生磁場，分成極心和極掌兩部分。 極心上放置勵磁繞組，通直流電勵磁；極心上放置勵磁繞組，通直

47、流電勵磁； 極掌的作用是使電機(jī)空氣隙中磁感應(yīng)強(qiáng)度極掌的作用是使電機(jī)空氣隙中磁感應(yīng)強(qiáng)度的分布最為合適，并用來擋住勵磁繞組。的分布最為合適，并用來擋住勵磁繞組。 2.電樞電樞 是電機(jī)中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的部分。是電機(jī)中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的部分。 3.換向器（整流子）換向器（整流子） 1 2 3 4 外形外形剖面團(tuán)剖面團(tuán)壓圈壓圈 楔形楔形銅片銅片換向器的換向器的凸出部分凸出部分套筒套筒直流電動機(jī)的基本工作原理直流電動機(jī)的基本工作原理 IUIaabbNSABee直流電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和電樞電動勢直流電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和電樞電動勢 aTIKT KT與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)；與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)； 電動機(jī)一個磁極的磁通，

48、單位為電動機(jī)一個磁極的磁通，單位為Wb；Ia電樞電流，單位為電樞電流，單位為A；T單位是單位是Nm。直流電動機(jī)電刷間的電動勢常用下式表示直流電動機(jī)電刷間的電動勢常用下式表示 nKEE 電動機(jī)一個磁極的磁通，單位為電動機(jī)一個磁極的磁通，單位為Wb；KE與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)；與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)；E電動勢，單位為電動勢，單位為V。 n電樞轉(zhuǎn)速，單位為電樞轉(zhuǎn)速，單位為r/min；4.3.2 4.3.2 他勵電動機(jī)他勵電動機(jī)他勵電動機(jī)的機(jī)械特性他勵電動機(jī)的機(jī)械特性 fUfIEaIUM 電樞 勵磁繞組 他勵電動機(jī)的勵磁繞組和他勵電動機(jī)的勵磁繞組和電樞繞組是分離的，分別電樞繞組是分離的，分別由兩個直流電源

49、供給由兩個直流電源供給 。勵磁電源勵磁電源Uf產(chǎn)生勵磁電流產(chǎn)生勵磁電流If ，建立磁通，建立磁通 。 電樞電路接通電源電樞電路接通電源U后，電樞中產(chǎn)生工作電流后，電樞中產(chǎn)生工作電流Ia，電樞在磁場作用下，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩電樞在磁場作用下，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩T，以，以n的轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，并在電樞中產(chǎn)生反電動勢旋轉(zhuǎn)，并在電樞中產(chǎn)生反電動勢E。 fffRUI aaRIEUaaREUIRf是勵磁電路的電阻是勵磁電路的電阻 Ra是電樞繞組電阻是電樞繞組電阻 nnTKKRKUKRIUKEn02TEaEEaaE n0nNnnNTT 他勵電動機(jī)的機(jī)械特性曲線他勵電動機(jī)的機(jī)械特性曲線 他勵電動機(jī)的起動與反轉(zhuǎn)他勵電動機(jī)的起

50、動與反轉(zhuǎn) 穩(wěn)定運行時，其電樞電流為穩(wěn)定運行時，其電樞電流為 aaREUI在電動機(jī)起動的初始瞬間的電樞電流為在電動機(jī)起動的初始瞬間的電樞電流為 aastRUI由于由于Ra很小，起動電流將達(dá)到額定電流的很小，起動電流將達(dá)到額定電流的1020倍，倍，這是不允許的。必須限制起動電流。這是不允許的。必須限制起動電流。 限制起動電流的方法就是起動時在電樞電路中串限制起動電流的方法就是起動時在電樞電路中串接起動電阻接起動電阻Rst。 staastRRUI一般起動電流不應(yīng)超過額定電流的一般起動電流不應(yīng)超過額定電流的1.52.5倍。倍。 aststRIUR注意：注意：直流電動機(jī)在起動或工作時，勵磁電路一定直流電

51、動機(jī)在起動或工作時，勵磁電路一定要接通，不能讓它斷開（起動時要滿勵磁）。要接通，不能讓它斷開（起動時要滿勵磁）。 例例 有一他勵電動機(jī)，額定功率有一他勵電動機(jī)，額定功率40kW，UN=220V，IaN=208A，Ra=0.09 ，Rf=62.8 ，nN=1500r/min，電動機(jī)最高轉(zhuǎn)速為電動機(jī)最高轉(zhuǎn)速為2250r/min。試求：（。試求：（1）在額定）在額定運行時電動機(jī)的電樞電動勢；（運行時電動機(jī)的電樞電動勢；（2）額定轉(zhuǎn)矩；（）額定轉(zhuǎn)矩；（3）直接起動時的起動電流；（直接起動時的起動電流；（4）若用電樞電路串電阻）若用電樞電路串電阻的方法限制起動電流為的方法限制起動電流為IaN的的1.5倍

52、，需串多大的電阻？倍，需串多大的電阻？ 解解 （1）帶額定負(fù)載時）帶額定負(fù)載時 V3 .201V09. 0208V220aaNNRIUE（2）額定轉(zhuǎn)矩）額定轉(zhuǎn)矩 mN7 .2549550N2NnPT（3）起動時）起動時E=0，若直接起動，則電流，若直接起動，則電流A2444A09. 0220aNastRUI可見，直接起動時起動電流為額定可見，直接起動時起動電流為額定電流的電流的11.75倍，這是不容許的。倍，這是不容許的。（4） aNstaN5 . 1IRRU615. 009. 02085 . 12205 . 1aaNNstRIUR他勵電動機(jī)的調(diào)速他勵電動機(jī)的調(diào)速 TKKRKUn2TEaE可知

53、，改變電樞電壓可知，改變電樞電壓U或磁通或磁通的大小，就的大小，就可以寬范圍地平滑調(diào)速。可以寬范圍地平滑調(diào)速。 1.改變磁通改變磁通調(diào)速（調(diào)磁）調(diào)速（調(diào)磁） 保持電源電壓保持電源電壓U為額定值，改變勵磁電流為額定值，改變勵磁電流進(jìn)而改變磁通，使轉(zhuǎn)速相應(yīng)改變。進(jìn)而改變磁通，使轉(zhuǎn)速相應(yīng)改變。 調(diào)速的過程：調(diào)速的過程：當(dāng)當(dāng)U保持恒定時，增大可調(diào)電阻，減保持恒定時，增大可調(diào)電阻，減小勵磁電流小勵磁電流If。在。在If開始減小時，轉(zhuǎn)速由于慣性來不開始減小時，轉(zhuǎn)速由于慣性來不及改變，但磁通及改變，但磁通很快減小了，于是反電動勢很快減小了，于是反電動勢E=KEn立即減小。立即減小。E減小，則減小，則Ia急增

54、。由于急增。由于Ia增加增加的影響超過的影響超過減小的影響，故減小的影響，故TKTIa也迅速增加。也迅速增加。若阻轉(zhuǎn)矩若阻轉(zhuǎn)矩Tc(TcT2十十T0)未變，則未變，則TTc，使轉(zhuǎn)速上，使轉(zhuǎn)速上升（加速）。轉(zhuǎn)速升（加速）。轉(zhuǎn)速n升高后，反電動勢升高后，反電動勢E又隨之增大，又隨之增大，而而Ia和和T又回頭下降，一直到又回頭下降，一直到T又重新等于又重新等于Tc為止。為止。此時轉(zhuǎn)速達(dá)到新的穩(wěn)定值，且轉(zhuǎn)速已較原來的升高此時轉(zhuǎn)速達(dá)到新的穩(wěn)定值，且轉(zhuǎn)速已較原來的升高了。磁通了。磁通減小時，減小時，n0升高了，轉(zhuǎn)速降升高了，轉(zhuǎn)速降n也增大了；也增大了；但后者與但后者與2成反比，所以磁通愈小，理想空載轉(zhuǎn)速成

55、反比，所以磁通愈小，理想空載轉(zhuǎn)速n0愈高，機(jī)械特性曲線也就愈軟。愈高，機(jī)械特性曲線也就愈軟。 磁通減小 n 0n 0n0nNnNUNcTT改變改變時的機(jī)械特性曲線時的機(jī)械特性曲線 這種調(diào)速方法可以平滑調(diào)速，經(jīng)濟(jì)方便，穩(wěn)這種調(diào)速方法可以平滑調(diào)速，經(jīng)濟(jì)方便，穩(wěn)定性較好，但只能在額定轉(zhuǎn)速以上調(diào)速。定性較好，但只能在額定轉(zhuǎn)速以上調(diào)速。2.改變電樞電壓調(diào)速改變電樞電壓調(diào)速 (調(diào)壓調(diào)壓) 當(dāng)保持他勵電動機(jī)的勵磁電流當(dāng)保持他勵電動機(jī)的勵磁電流If為額定值時，降低電為額定值時，降低電樞電壓樞電壓U，理想空載轉(zhuǎn)速，理想空載轉(zhuǎn)速no變低了，但變低了，但n末改變。末改變。因此，改變因此，改變U可得出一族彼此平行的機(jī)

56、械特性曲線?？傻贸鲆蛔灞舜似叫械臋C(jī)械特性曲線。 調(diào)速的過程：調(diào)速的過程：保持磁通保持磁通 不變，減小電樞電壓不變，減小電樞電壓U。由。由于機(jī)械慣性轉(zhuǎn)速不會立即發(fā)生變化，于是反電動勢于機(jī)械慣性轉(zhuǎn)速不會立即發(fā)生變化，于是反電動勢E也暫不變化，則電樞電流也暫不變化，則電樞電流Ia減小、轉(zhuǎn)矩減小、轉(zhuǎn)矩T也減小了。也減小了。如果阻轉(zhuǎn)矩如果阻轉(zhuǎn)矩Tc未變，由于未變，由于TTc，則轉(zhuǎn)速，則轉(zhuǎn)速n下降（減下降（減速）。當(dāng)轉(zhuǎn)速速）。當(dāng)轉(zhuǎn)速n降低后，反電動勢降低后，反電動勢E又隨之減小，而又隨之減小，而Ia和和T則隨之增大，直到則隨之增大，直到T又重新等于又重新等于Tc為止。此時為止。此時轉(zhuǎn)速達(dá)到新的穩(wěn)定值，且轉(zhuǎn)

57、速已較原來的降低了。轉(zhuǎn)速達(dá)到新的穩(wěn)定值，且轉(zhuǎn)速已較原來的降低了。 例例 某他勵直流電動機(jī)，已知：某他勵直流電動機(jī)，已知：UN=220V，IN=53.8A，nN=2000r/min，電樞電阻電樞電阻Ra=0.4 。今將電樞端電壓。今將電樞端電壓降低到降低到110V，而負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變，勵磁不變。試問電，而負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變，勵磁不變。試問電動機(jī)轉(zhuǎn)速變?yōu)槎嗌伲縿訖C(jī)轉(zhuǎn)速變?yōu)槎嗌伲?解解 因為勵磁不變，負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變，由式因為勵磁不變，負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變，由式可知，電樞電流也保持不變?？芍?，電樞電流也保持不變。 aTIKT 45. 04 . 08 .532204 . 08 .53110 aaaaEERIURIUEEKE

58、KEnn轉(zhuǎn)速約降低到原來的轉(zhuǎn)速約降低到原來的45，即，即min/r09045. 0 nn 4.3.3 4.3.3 并勵電動機(jī)并勵電動機(jī)并勵電動機(jī)的勵磁繞組和并勵電動機(jī)的勵磁繞組和電樞繞組并聯(lián)后由同一個電樞繞組并聯(lián)后由同一個直流電源供電直流電源供電 M fIaIU 他勵電動機(jī)機(jī)械特性、起動和他勵電動機(jī)機(jī)械特性、起動和反轉(zhuǎn)特性的結(jié)論完全適用于并反轉(zhuǎn)特性的結(jié)論完全適用于并勵電動機(jī)。勵電動機(jī)。 并勵電動機(jī)可采用改變磁通并勵電動機(jī)可采用改變磁通 、即在、即在勵磁回路串電阻方法調(diào)速。勵磁回路串電阻方法調(diào)速。 例例 一臺并勵直流電動機(jī)：一臺并勵直流電動機(jī)：UN=220V，PN=17kW， N=86%，已知，

59、已知Ra=0.2 ，Rf=55 。求：（。求：（1）在額）在額定電壓下，直接起動時的起動電流；直接起動會發(fā)定電壓下，直接起動時的起動電流；直接起動會發(fā)生什么后果？（生什么后果？（2）欲使起動時輸入電流為額定電流）欲使起動時輸入電流為額定電流的的1.5倍，應(yīng)在電樞電路中串聯(lián)多大電阻值的電阻倍，應(yīng)在電樞電路中串聯(lián)多大電阻值的電阻?解解 (1) A 4fNfRUI直接起動時的電樞電流：直接起動時的電樞電流：A 100 1aNt saRUI直接起動時的起動電流：直接起動時的起動電流：A 104 1ft sat sIIIkW 77.19NN1PP，A 9 .89N1NUPI，NA 104 1I，將燒損電

60、機(jī)。，將燒損電機(jī)。（2） A 9 .85fNNaIII要求起動電流限制在要求起動電流限制在A 1355 . 1A9 .895 . 1NI這時電樞電流這時電樞電流A 131A4A1355 . 1fNt saIIINat sa)(URRI由，應(yīng)串入電阻：，應(yīng)串入電阻： 48. 1at saNRIUR例例 某并勵直流電動機(jī)，銘牌數(shù)據(jù)如下：某并勵直流電動機(jī)，銘牌數(shù)據(jù)如下：PN=22kW，UN=220V，IN=114.2A， nN=1000r/min，Ra=0.2 ，Rf=110 ，電動機(jī)在額定電壓下工作。求：（，電動機(jī)在額定電壓下工作。求：（1）保持）保持額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩TN不變，使磁通減小到