華南師范大學(xué)電工學(xué)-第8章電動(dòng)機(jī)

第8章電動(dòng)機(jī)三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)§8.1三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性和額定值§8.4三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理§8.2

三相同步電動(dòng)機(jī)*§8.7三相異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和機(jī)械特性§8.3單相異步電動(dòng)機(jī)§8.6三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)反轉(zhuǎn)制動(dòng)和調(diào)速§8.5……...§8.1三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)…轉(zhuǎn)軸接線盒罩殼端蓋軸承轉(zhuǎn)子風(fēng)扇定子機(jī)座定子繞組軸承端蓋銘牌……鐵心：由內(nèi)周有槽的硅鋼片疊壓而成，是磁路的一部分。三相繞組：A—X，B—Y，C—Z按規(guī)律嵌裝在鐵心槽內(nèi)。機(jī)座：通常是鑄鐵成型，支撐鐵心和固定電機(jī)。一、定子..裝有三相對稱繞組的定子硅鋼片§8.1三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)…§8.1三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)…三相定子繞組的接線方式ZXYBCAZXYBCAZXYBCABZACXYY形聯(lián)結(jié)

…BZACXY形聯(lián)結(jié)...三相電源三相電源繞線型（鼠）籠型轉(zhuǎn)子繞組：籠型、繞線型鐵心：由外周有槽的硅鋼片疊壓而成，是磁路的一部分?；\型—鐵芯槽內(nèi)嵌入銅條，端部用短路環(huán)形成一體或鑄鋁形成轉(zhuǎn)子繞組。繞線型—三相轉(zhuǎn)子繞組接成Y形嵌裝在鐵心槽內(nèi)，始端通過滑環(huán)、電刷與外部三相（起動(dòng)、調(diào)速）變阻器連接?！?.1三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)…二、轉(zhuǎn)子..n1nFF§8.2三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理…×××NS同步轉(zhuǎn)速n1—旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n—異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n1因?yàn)閚＜n1（異步），故稱為異步電動(dòng)機(jī)?！?.2三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理…當(dāng)磁極順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子繞組作逆時(shí)針相對切割磁力線運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生感應(yīng)電流。感應(yīng)電流與旋轉(zhuǎn)磁場相互作用產(chǎn)生電磁力矩使轉(zhuǎn)子順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。當(dāng)磁極逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，電磁力矩使轉(zhuǎn)子逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。n1nFFNSn1×××同步轉(zhuǎn)速n1—旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n—異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速因?yàn)閚＜n1（異步），故稱為異步電動(dòng)機(jī)。…§8.2三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理…一、一對極（兩極）的旋轉(zhuǎn)磁場..AXAXBYCZ120012001200BYCZ§8.2三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理…一、一對極（兩極）的旋轉(zhuǎn)磁場..AXAXBYCZ120012001200BYCZBY§8.2三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理…一、一對極（兩極）的旋轉(zhuǎn)磁場..AXBYCZ120012001200AXBYCZBYXBYACZ定子繞組展開圖…§8.2三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理…一、一對極（兩極）的旋轉(zhuǎn)磁場..BZACXYiAiBiCAXBYCZ120012001200123456….132456

iA、iB、iC

AXBYCZ§8.2三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理…00900180027003600BZACXYiAiBiCSNNSNSNS一對磁極的旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速為：

iA、iB、iC

AXBYCZ§8.2三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理…00900180027003600iAiBBZACXYiCSNSNSNNS旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向與通入三相繞組的電流相序有關(guān)。對調(diào)任意兩條相線，可改變旋轉(zhuǎn)磁場及轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向。12槽三相4極單層鏈?zhǔn)嚼@組展開圖…二、同步轉(zhuǎn)速與磁極對數(shù)的關(guān)系..§8.2三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理…AXBYCZAXBYCZ123456789101112….122368147911510ABYCZX

iA、iB、iC

ABYCZX二、同步轉(zhuǎn)速與磁極對數(shù)的關(guān)系..§8.2三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理…00900180027003600ABYCZXN1S1N2S2N1S1N2S2ABYCZXN1S1N2S2N2S2N1S1二、同步轉(zhuǎn)速與磁極對數(shù)的關(guān)系..§8.2三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理…

iA、iB、iC

00900180027003600ABYCZXABYCZXN1S1N2S2N1S1N2S2兩對磁極的旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速為：P對磁極的旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速為：§8.2三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理…磁極對數(shù)P同步轉(zhuǎn)速n1（r/min）123456…300015001000750600500…§8.2三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理…當(dāng)磁極順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子繞組作逆時(shí)針相對切割磁力線運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生感應(yīng)電流。感應(yīng)電流與旋轉(zhuǎn)磁場相互作用產(chǎn)生電磁力矩使轉(zhuǎn)子順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。當(dāng)磁極逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，電磁力矩使轉(zhuǎn)子逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。n1nFFNSn1×××同步轉(zhuǎn)速n1—旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n—異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速因?yàn)閚＜n1（異步），故稱為異步電動(dòng)機(jī)?！亻啞?.2三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理…三、轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)差率..轉(zhuǎn)差—異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速n1與轉(zhuǎn)速n之差轉(zhuǎn)差率—轉(zhuǎn)差與同步轉(zhuǎn)速n1的比值起動(dòng)時(shí):

n=0，s=1；額定運(yùn)行時(shí):

s=0.01~0.06…轉(zhuǎn)子電流的頻率：0＜s≤1

…

[例]一臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)，其額定轉(zhuǎn)速nN

=975r/min，電源頻率f1=50Hz。試求電動(dòng)機(jī)的磁極對數(shù)P和額定負(fù)載下的轉(zhuǎn)差率sN。解：根據(jù)異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和磁極對數(shù)與同步轉(zhuǎn)速的關(guān)系可知

n1=1000r/min，P=3額定轉(zhuǎn)差率為§8.2三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理…§8.5三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、反轉(zhuǎn)、制動(dòng)和調(diào)速…一、起動(dòng)..電動(dòng)機(jī)接通電源從靜止到轉(zhuǎn)速達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的過程稱為起動(dòng)。起動(dòng)時(shí)n=0，s=1，轉(zhuǎn)子繞組切割磁力線速度很大，…中小型籠型電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流為額定電流的5～7倍。較大的起動(dòng)電流使電網(wǎng)電壓降低，影響其他負(fù)載正常工作，通常應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況采用適當(dāng)?shù)钠饎?dòng)方法。使轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)勢↑

轉(zhuǎn)子電流↑

定子電流↑

§8.5三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、反轉(zhuǎn)、制動(dòng)和調(diào)速…1.直接起動(dòng)（全壓起動(dòng)）

30kW以下的籠型異步電動(dòng)機(jī)一般可采用直接起動(dòng)。

M3~三相電源ABC籠型異步電動(dòng)機(jī)FU（保險(xiǎn)絲）QS（閘刀開關(guān)）§8.5三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、反轉(zhuǎn)、制動(dòng)和調(diào)速…2.降壓起動(dòng)

降壓起動(dòng)的目的是減小起動(dòng)電流，減小對同一變壓器供電的其他負(fù)載正常工作的影響。通常采用下列三種降壓起動(dòng)方法：（1）星形—三角形換接起動(dòng)法（2）自耦降壓起動(dòng)法（3）軟起動(dòng)法§8.5三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、反轉(zhuǎn)、制動(dòng)和調(diào)速…AB

CAB

CXY

ZQS1QS2FU↓Y形起動(dòng)↑形運(yùn)行BZACXY形聯(lián)結(jié)...◆Y—換接起動(dòng)法

Y—換接起動(dòng)法適用于額定電壓為380V、接法為三角形的籠形異步電動(dòng)機(jī)。設(shè)電動(dòng)機(jī)每相阻抗為|Z|…即起動(dòng)電流為：

…§8.5三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、反轉(zhuǎn)、制動(dòng)和調(diào)速…↓起動(dòng)↑運(yùn)行（全壓運(yùn)行）

...

◆自耦降壓起動(dòng)法AB

CQS1QS2FUM3~三相自耦變壓器40%繞組抽頭80%繞組抽頭60%繞組抽頭N2N1§8.5三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、反轉(zhuǎn)、制動(dòng)和調(diào)速…◆軟起動(dòng)法M3~軟起動(dòng)器ABCIm1Im2ILUNt1it0限流起動(dòng)ut0限壓起動(dòng)U0軟起動(dòng)器是由大功率電力電子器件（例如雙向晶閘管）及其驅(qū)動(dòng)控制等電路構(gòu)成的電子交流調(diào)壓器。詳見《電力電子技術(shù)》§8.5三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、反轉(zhuǎn)、制動(dòng)和調(diào)速…3.線繞式轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方法

§8.1三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)…繞線型（鼠）籠型轉(zhuǎn)子繞組：籠型、繞線型鐵心：由外周有槽的硅鋼片疊壓而成，是磁路的一部分。籠型—鐵芯槽內(nèi)嵌入銅條，端部用短路環(huán)形成一體或鑄鋁形成轉(zhuǎn)子繞組。繞線型—三相轉(zhuǎn)子繞組接成Y形嵌裝在鐵心槽內(nèi)，始端通過滑環(huán)、電刷與外部三相（起動(dòng)、調(diào)速）變阻器連接。二、轉(zhuǎn)子..回閱§8.5三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、反轉(zhuǎn)、制動(dòng)和調(diào)速…3.線繞式轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方法

QS1AB

CFU定子繞組…轉(zhuǎn)子繞組…調(diào)節(jié)三相變阻器改變轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電流改變定子繞組電流達(dá)到起動(dòng)、調(diào)速目的§8.5三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、反轉(zhuǎn)、制動(dòng)和調(diào)速…二、反轉(zhuǎn)..§8.2三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理…iAiBBZACXYiC旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向與通入三相繞組的電流相序有關(guān)。對調(diào)任意兩條相線，可改變旋轉(zhuǎn)磁場及轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向。

iA、iB、iC

00900180027003600AXBYCZSN回閱↓反轉(zhuǎn)§8.5三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、反轉(zhuǎn)、制動(dòng)和調(diào)速…二、反轉(zhuǎn)..AB

CQS1QS2FUM3~↑正轉(zhuǎn)§8.5三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、反轉(zhuǎn)、制動(dòng)和調(diào)速…三、制動(dòng)..

電動(dòng)機(jī)斷電后，由于機(jī)械慣性需經(jīng)過一段時(shí)間才能停轉(zhuǎn)。為了提高生產(chǎn)效率及安全，采用一定的方法讓高速運(yùn)轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)迅速停轉(zhuǎn)，就是所謂的制動(dòng)。另外，當(dāng)起重機(jī)載物下降時(shí)，在重力的作用下速度會(huì)加快，為保證勻速安全運(yùn)行，也需要制動(dòng)。制動(dòng)措施有機(jī)械制動(dòng)和電氣制動(dòng)，通常電氣制動(dòng)有下列三種：1.能耗制動(dòng)2.反接制動(dòng)3.發(fā)電反饋制動(dòng)（再生發(fā)電制動(dòng)）AXBYCZ§8.5三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、反轉(zhuǎn)、制動(dòng)和調(diào)速…◆能耗制動(dòng)↓制動(dòng)↑運(yùn)行RPQSAB

CFUM3~

+

－FBZACXYNSF當(dāng)電動(dòng)機(jī)斷開三相交流電源后，把直流電通入兩相繞組，產(chǎn)生固定不動(dòng)的磁場。轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電流，載流導(dǎo)體受到與轉(zhuǎn)子慣性方向相反的電磁力矩使電機(jī)迅速停轉(zhuǎn)。

能耗制動(dòng)常用于生產(chǎn)機(jī)械中的各種機(jī)床制動(dòng)。n..↓制動(dòng)§8.5三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、反轉(zhuǎn)、制動(dòng)和調(diào)速…↑運(yùn)行◆反接制動(dòng)AB

CQS1QS2FUM3~

對調(diào)任意兩條相線，使旋轉(zhuǎn)磁場反向旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速迅速下降。當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速接近零時(shí)，利用測速裝置及時(shí)自動(dòng)切斷電源，否則電動(dòng)機(jī)將反轉(zhuǎn)。由于反接制動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子以n+n1的相對轉(zhuǎn)速切割反向旋轉(zhuǎn)磁場，將導(dǎo)致轉(zhuǎn)子和定子繞組中的電流較正常運(yùn)行時(shí)大十幾倍，因此，為保護(hù)電動(dòng)機(jī)，在反接制動(dòng)定子電路中需串入限流電阻。§8.2三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理…n1nFFNSn1×××三相異步電動(dòng)機(jī)

轉(zhuǎn)速n＜n1…n1nNSn1

再生發(fā)電

轉(zhuǎn)速n＞n1…×××FF◆發(fā)電反饋制動(dòng)（再生發(fā)電制動(dòng)）

..§8.2三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理…n1nNSn1

再生發(fā)電

轉(zhuǎn)速n＞n1…×××FF當(dāng)起重機(jī)載物下降時(shí)，在重力的作用下使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速加快，導(dǎo)致n>n1，電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)。此時(shí)轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中的感應(yīng)電流方向與原電流方向相反，產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩方向也與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相反，從而制約電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的進(jìn)一步增加，使所載物體平穩(wěn)下降。這種制動(dòng)稱為發(fā)電反饋制動(dòng)，或再生發(fā)電制動(dòng)?！舭l(fā)電反饋制動(dòng)（再生發(fā)電制動(dòng)）

..§8.5三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、反轉(zhuǎn)、制動(dòng)和調(diào)速…四、交流異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速..◆改變磁極對數(shù)調(diào)速◆改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速◆變頻調(diào)速+－M3~整流器控制電路（DC）（AC）頻率可變（AC）工頻交流逆變器*二極管及其應(yīng)用舉例….uab

ubc

uca

導(dǎo)通管

D1D4

D5D2

12002400uba

uac

ucb

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D5D4

ua、ub、uc

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D1D4

D1D6

D3D6

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D3D2

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180003600uo+cuc+++uaubACBabD6

D5

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D1

D3

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例2-10

三相全波橋式整流電路回閱§8.6單相異步電動(dòng)機(jī)…142536….541632定子（嵌裝單相繞組）一、單相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理..i§8.6單相異步電動(dòng)機(jī)…籠型轉(zhuǎn)子541632籠型轉(zhuǎn)子一、單相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理..§8.6單相異步電動(dòng)機(jī)…×××定子繞組通入單相交流電后，產(chǎn)生脈動(dòng)磁場。磁感應(yīng)強(qiáng)度為:i123456….定子（嵌裝單相繞組）541632××ק8.6單相異步電動(dòng)機(jī)…

單相異步電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)：◆自身沒有起動(dòng)轉(zhuǎn)矩當(dāng)定子繞組產(chǎn)生的合成磁場增加時(shí)，根據(jù)右手螺旋定則和左手定則，可知轉(zhuǎn)子導(dǎo)條左、右受力大小相等方向相反,所以沒有起動(dòng)轉(zhuǎn)矩?！艮D(zhuǎn)子借助其它外力轉(zhuǎn)動(dòng)后，去除外力仍按原方向繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)?！罠§8.6單相異步電動(dòng)機(jī)…定子繞組產(chǎn)生的脈動(dòng)磁場，可等效為正、反兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場之合成，即：Bm

B