電工學(xué)-第6章電動機

第6章電動機

6.1電機概述

6.2三相異步電動機的工作原理

6.5三相異步電動機的機械特性

6.4三相異步電動機的銘牌數(shù)據(jù)

6.6三相異步電動機的起動

6.7三相異步電動機的調(diào)速

6.3三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)

下一章上一章返回主頁1電機是實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換或信號轉(zhuǎn)換的電磁裝置。

電能機械能種類：

(1)動力電機：直流電機和交流電機他勵電機并勵電機串勵電機復(fù)勵電機6.1電機概述異步電機同步電機2(2)控制電機

伺服電動機：電壓信號轉(zhuǎn)化為角位移或角速度；

測速發(fā)電機：將轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化為電壓信號；

自整角機：實現(xiàn)角度的傳輸、變換和接受；

步進電動機：電脈沖信號轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)角或轉(zhuǎn)速；

旋轉(zhuǎn)變壓器：轉(zhuǎn)角信號變換成電壓信號；

感應(yīng)同步器：轉(zhuǎn)角位移或直線位移轉(zhuǎn)換成電壓信號。3iUiViWtiO1.旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生一、旋轉(zhuǎn)磁場三相(多相)繞組中流過三相(多相)電流。U1U2V1V2W2W1U1U2通入iUV1V2通入iV

W1W2通入iW6.2三相異步電動機的工作原理4t=0°W2U1V2W1U2V1U1W2V1U2W1V2NSt=

90°NSiUiViWtiO5U1U2U3U4V1V4V2V3W4W1W2W3每相繞組都用兩個線圈串聯(lián)組成：形成的磁場則是兩對磁極，即p=2U1U2U3U4V1V2V3V4W1W2W3W4NSNSNSNSU1U2U3U4V1V4V2V3W4W1W2W3t=0°t=90°62.旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速n0——同步轉(zhuǎn)速電流變化一周→

旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)一圈電流每秒變化50周→

旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)50圈→旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)3000圈電流每分變化(50×60)周p=1時：電流變化一周→

旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)半圈電流每秒變化50周→

旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)25圈→旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)1500圈電流每分變化(25×60)周p=2時：7

p123456n0/(r/min)300015001000750600500

f=50Hz時，不同磁極對數(shù)時的同步轉(zhuǎn)速如下：60f1pn0=磁極對數(shù)為p

時83.旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向為：U1V1W1與三相繞組中的三相電流的相序L1

→

L2

→

L3

一致L1

L2

L3L1L2L3n0n09二、工作原理1.電磁轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生右手定則左手定則10NS用右手定則判斷轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電流的方向。用左手定則判斷轉(zhuǎn)子繞組受到的電磁力的方向。電磁力F→電磁轉(zhuǎn)矩T。

T與n0同方向。n0Fn

11電動機轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)磁場同步轉(zhuǎn)速的關(guān)系：①n與n0方向一致。②n<n0，轉(zhuǎn)差率:起動(堵轉(zhuǎn))時:

n=0，s=1理想空載時:n=n0，s=0正常工作時:

0<s<1故稱異步電動機或感應(yīng)電動機n0－nn0s=f2=p(n0－n)60=sf1(轉(zhuǎn)差頻率)

=p

n060n0－nn1轉(zhuǎn)子電流的頻率f2

122.電磁轉(zhuǎn)矩的方向轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的方向與旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向相同。電磁轉(zhuǎn)矩的方向與旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向一致。3.電磁轉(zhuǎn)矩的大小

T

∝，I2cos2

T=CTmI2cos2T=KTsR2U1f1[R2＋(sX20)

2]

22

T

∝U1213三、轉(zhuǎn)矩平衡

空載轉(zhuǎn)矩：T0輸出轉(zhuǎn)矩：T2=T－T0

T負載轉(zhuǎn)矩：TL當(dāng)T2=TL穩(wěn)定運行當(dāng)T2>TL加速運行當(dāng)T2<TL減速運行14四、功率傳遞

輸出的機械功率:

P2=T2260=nT2功率損耗:

P

=PCu＋PFe＋PMe

電動機的效率:P2P1

=100%輸入的有功功率:P2=P1－PP1

=

3U1LI1L

=

3U1PI1P

15

[例6.2.1]某三相異步電動機，磁極對數(shù)

p=2，定子繞組為三角形聯(lián)結(jié)，接于50Hz、380V的三相電源上工作，當(dāng)負載轉(zhuǎn)矩TL=91N·m時，測得I1L=30A，P1=16kW，n=1470r/min，求該電動機帶此負載運行時的s、P2、

和

。60f12n0

==1500r/minP2

=T2=2n602×3.1460×91×1470W=14kW[解]=87.5%P2P1=

100%==0.021500－14701500n0－nn0s

=

=P13U1LI1L=0.81166.3三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)三相異步電動機主要部件是由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。此外，還有端蓋、機座、軸承、風(fēng)扇等部件。電動機的外形17一、定子

三相異步電動機的定子是由機座、定子鐵心和定子繞組組成。基座鐵心定子繞組端蓋18W2U2V2U1V1W1W2U2V2U1V1W1W2U2V2U1V1W1接線柱的連接星形聯(lián)結(jié)三角形聯(lián)結(jié)19二、轉(zhuǎn)子

根據(jù)轉(zhuǎn)子繞組結(jié)構(gòu)的不同又分為籠型轉(zhuǎn)子和繞線型轉(zhuǎn)子?；\型轉(zhuǎn)子繞線型轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子鐵心轉(zhuǎn)軸206.4三相異步電動機的銘牌數(shù)據(jù)

三相異步電動機型號Y132S－6功率3kW頻率50Hz電壓380V電流7.2A聯(lián)結(jié)Y轉(zhuǎn)速960r/min功率因數(shù)0.76絕緣等級

B1.型號

Y132S－6Y系列異步機機座中心高度機座長度代號2p=6→n0=1000r/min2.額定功率

PN

PN=3kW→軸上輸出機械功率的額定值3.額定電壓

UN

UN=380V→定子三相繞組應(yīng)施加的線電壓磁極數(shù)214.額定電流

IN

IN=7.2A

三相異步電動機型號Y132S－6功率3kW頻率50Hz電壓380V電流7.2A聯(lián)結(jié)Y轉(zhuǎn)速960r/min功率因數(shù)0.76絕緣等級

B→定子三相繞組的額定線電流6.額定轉(zhuǎn)速

nN電動機在額定運行時的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速5.額定頻率fN電動機在額定狀態(tài)下運行時，定子三相繞組所加交流電壓的頻率227.額定功率因數(shù)–電動機在額定狀態(tài)下運行的功率因數(shù)N

=cosNP1N=3UNINcosNPN=

NP1N=3UNINcosNN23

[例6.4.1]Y180M-2型三相異步電動機，PN=22kW，UN=380V，三角形聯(lián)結(jié)，IN=42.2A，N=0.89,fN=50Hz、nN

=2940r/min。求額定狀態(tài)下運行時的：(1)轉(zhuǎn)差率;(2)定子繞組的相電流;(3)輸入有功功率;(4)效率。[解]

(1)由型號知該電動機的2p＝2，即p＝1，(2)定子三相繞組為三角形聯(lián)結(jié)==0.023000－29403000n0－nNn0sN=IN3=A=24.36A42.23I1P=(4)效率(3)輸入有功功率P1N=3UN

IN

N=3×380×42.2×0.89W=24.8kWPNP1NN

=100%=100%

=89%2224.824固有特性:人為特性:在額定電壓、額定頻率，繞線型異步電動機轉(zhuǎn)子電路不外串電阻時的

T=f(s)和n=f(T)在改變電壓、頻率及繞線型異步電動機轉(zhuǎn)子電路串電阻時的

T=f(s)和n=f(T)n=f(T)T=f(s)

轉(zhuǎn)矩特性:

異步機的T與s之間的關(guān)系機械特性:

異步機n與T之間的關(guān)系6.5三相異步電動機的機械特性25一、固有特性轉(zhuǎn)矩特性機械特性TNsN1TSTMsMTOsn0TnOTSTMnM

和

n=(1－s)n0T=KTsR2U1f1[R2＋(sX20)

2]

22TNnN261.額定狀態(tài)

在UN

下，以nN

運行、輸出額定功率PN

時，電動機轉(zhuǎn)軸上輸出的轉(zhuǎn)矩為說明電動機長期運行能力。臨界轉(zhuǎn)差率

(Y系列:KM=2～2.2)2.臨界狀態(tài)過載系數(shù)TM

TNKM=R2

X20sM=TN==PN

N602PN

nNMNSTNsN1TSTMsMTOs273.起動狀態(tài)

TS體現(xiàn)了電動機直接起動的能力。若TS>TL電動機能起動，否則將起動不了。起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù):Y系列：KS=1.6～2.2KC=5.5～7.0起動電流:MNSTNsN1TSTMsMTOsTSt

TNKS=ISt

INKC=28[例6.5.1]某三相異步電動機，額定功率PN=45kW，額定轉(zhuǎn)速nN=2970r/min，KM=2.2，KS=2.0。若TL=200N·m，試問能否帶此負載：(1)長期運行;(2)短期運行;(3)直接起動。[解](1)電動機的額定轉(zhuǎn)矩由于TN<TL，故不能帶此負載長期運行。

TN==×N·m=145N·m60

2PNnN60

2×3.1445×1032970(2)電動機的最大轉(zhuǎn)矩TM=KMTN=2.2×145N·m=319N·m由于TM>TL，故可以帶此負載短時運行。

(3)電動機的起動轉(zhuǎn)矩由于TSt>TL，故可以帶此負載直接運行。

TSt=KSTN=2.0×145N·m=290N·m29二、人為特性1.定子電壓降低時的人為特性UN0.9UN0.81TM0.81TSR2R2+RTM

n0nOT2.轉(zhuǎn)子電阻增加時的人為特性轉(zhuǎn)子串聯(lián)合適的電阻:

TSn0nMnOT30異步機的起動特性：起動電流大:

ISt=Kc

IN=(5～7)IN

起動轉(zhuǎn)矩小:TSt=KSTN=(1.6～2.2)TN影響：頻繁起動時造成熱量積累,易使電動機過熱。大電流使電網(wǎng)電壓降低，影響其他負載工作。6.6三相異步電動機的起動

良好的起動性能:

起動電流小起動轉(zhuǎn)矩大31一、籠型異步電動機的起動1.直接起動(全壓起動)

(a)小容量的電動機；(b)電源容量足夠大時。規(guī)定：7.5kW以下直接起動7.5kW以上，且電源容量能滿足起動電流倍數(shù)≤3+1

4IS

INKC=電源容量(kV·A)電機功率(kW)32星形－三角形減壓起動

適用于：正常運行為Δ形聯(lián)結(jié)的電動機。2.減壓起動起動時運行時UVWUNI1LYUVWUNI1L

△33定子線電壓比定子相電壓比起動電流比起動轉(zhuǎn)矩比電源電流比Y形起動與Δ形起動時起動電流和起動轉(zhuǎn)矩比較定子相電流比=

=

1UNUNU1LYU1LΔ=

=

U1PYU1PΔU1PΔU1PY/313=

=

I1PYI1PΔU1PΔU1PY13=

=

ISYISΔI1PΔI1PY133=

=

IYIΔISΔISY13=(

)=

U1PYU1PΔTSYTSΔ21334(2)自耦變壓器減壓起動降壓比KA=UUN定子線電壓比定子相電壓比M3~UUN定子相電流比起動電流比電源電流比起動轉(zhuǎn)矩比=

=

KAUUNU1LaU1Lb=

=

KAU1LaU1LbU1PaU1Pb=

=

KAU1PaU1PbI1PaI1Pb==

KAI1PaI1PbISaISb==

KAKAISaISbIaIb2=(

)=

KAU1PaU1PbTSaTSb2235(3)軟起動器起動3~

軟起動器

M3~uOtuNtsiOtiRtsiL限壓起動模式限流起動模式36[例6.6.1]一臺Y250M-6型三相籠型異步電動機，UN＝380V，三角形聯(lián)結(jié)，PN=37kW，nN=985r/min，IN=72A，KS=1.8，KC=6.5。已知電動機起動時的負載轉(zhuǎn)矩TL=250N·m，從電源取用的電流不得超過360A，試問：(1)能否直接起動？(2)能否采用星形－三角形起動？(3)能否采用KA=

0.8的自耦變壓器起動？[解](1)電動機的額定轉(zhuǎn)矩直接起動時的起動轉(zhuǎn)矩和起動電流由于I△=IS>360A，所以不能直接起動。TN==×N·m=359N·m60

2PNnN60

2×3.1437×103985TSt=KSTN=1.8×359N·m=646N·mISt=KCIN=6.5×72A=468A37(2)星形－三角形起動時的起動轉(zhuǎn)矩和起動電流由于TSY<TL，所以不能采用星形－三角形起動。(3)采用自耦變壓