电工电子技术（第3版）教学课件作者凌艺春第8章.ppt

第8章电动机,8. 1三相异步电动机结构和工作原理 8. 2三相异步电动机的运行特性 8. 3三相异步电动机的启动 8. 4三相异步电动机的调速、反转和制动 8. 5单相异步电动机 8. 6直流电动机 8. 7控制电动机,返回,8. 1三相异步电动机结构和工作原理,8.1.1三相异步电动机的结构 电动机的作用是将电能转换成机械能，可分为交流电动机和直流电动机两大类交流电动机又分为异步电动机和同步电动机;直流电动机按照励磁方式的不同分为他励、并励、串励和复励等四种电动机 三相异步电动机主要由定子和转子两部分组成，如图8-2所示固定不动的部分叫定子，转动的部分叫转子为保证转子能在定子腔内自由地转动，定子与转子之间要留有0. 2一2 mm的空气隙 1.定子 定子主要由机座、定子铁芯和定子绕组三部分组成下一页,返回,8. 1三相异步电动机结构和工作原理,机座主要用来固定定子铁芯和定子绕组，并以前、后两个端盖支撑转子的转动，其外表还有散热作用中小型机的机座一般用铸铁铸成，大型机多采用钢板焊接而成为了搬运方便，常在其上面安装吊环 定子铁芯是电机磁路的一部分，为了减小磁滞和涡流损耗，常用0. 35-0. 5 mm厚的硅钢片叠装而成。

在定子铁芯(如图8-3所示)的内圆冲有沿圆周均匀分布的槽，在槽内嵌放三相定子绕组 定子绕组是电机电路的一部分，通入三相交流电产生旋转磁场由嵌放在定子铁芯槽中的线圈按一定的规则连接成三相定子绕组三相定子绕组之间及绕组与定子铁芯槽之间均垫有绝缘材料，定子绕组在槽内嵌放完毕后再用胶术槽楔固紧上一页,下一页,返回,8. 1三相异步电动机结构和工作原理,2.转子 转子主要由转子铁芯、转子绕组和转轴三部分组成 转子铁芯也是电机磁路的一部分，一般用0. 5 mm厚的表面有绝缘层的硅钢片叠装而成铁芯外圆冲有均匀分布的槽，用以放置转子绕组 转子绕组有笼形和绕线形两种笼形绕组是在铁芯槽中嵌放裸铜条或铝条，两端与端环连接由于形状像鼠笼，故称笼形转子绕线形转子绕组与定子绕组相似，一也是由绝缘的导线绕制而成的三相对称绕组，其绕组一般接成星形，三个首端分别接到固定在转轴上的三个滑环上，由滑环上的电刷与外加变阻器连接，从而构成转子的闭合回路只要调节变阻器的阻值就可达到调节电动机转速的目的上一页,下一页,返回,8. 1三相异步电动机结构和工作原理,因此在某些对启动性能及调速有特殊要求的设备中，如起重机、卷扬机、鼓风机、压缩机泵类等，较多采用绕线式异步电动机，如 图8-4所示。

转轴的作用是支撑转子，传递和输出转矩，并保证转子与定子之间各处有均匀的空气隙转轴一般用中碳钢棒料经车削加工而成 8.1.2三相异步电动机的工作原理 1.旋转磁场的产生 三相异步电动机定子绕组接成星形，如图8-5(a)所示定子绕组中通入三相对称交流电流，其波形图如图8-5(b)所示上一页,下一页,返回,8. 1三相异步电动机结构和工作原理,从图8-5可以看出，三相对称交流电流的相序(即电流出现正幅值的顺序)为U -V-W不同时刻三相对称交流电流正负方向见表8-1 由表8-1可知，不同时刻，三相电流正负不同，也就是三相电流的实际方向不同在某一时刻，将每相电流所产生的磁场相加，便得出三相电流的合成磁场不同时刻合成磁场的方向一也不同，如图8-6所示 由上可知，当定子绕组中通入三相电流后，它们共同产生的合成磁场是随电流的交变而在空间不断地旋转，这就是旋转磁场 2.旋转磁场的转速和转向 旋转磁场的转速与磁极对数、定子绕组的空间配置有关前述每相绕组只有一个线圈，彼此空间相差120，产生的旋转磁场只有一对磁极当电流变化一周时，该旋转磁场在空间一也旋转一周上一页,下一页,返回,8. 1三相异步电动机结构和工作原理,如果每相绕组由两个串联的线圈组成，同时使每相绕组的首端与首端、末端与末端之间在空间上相差60，按前述分析方法，可得到两对磁极的旋转磁场。

当电流变化一周时，该旋转磁场旋转半周 旋转磁场的转速又称为同步转速我国三相电源的频率为50 Hz，于是由上式可得到不同磁极对数P的旋转磁场转速n，见表8-2 旋转磁场的转向由定子绕组中通入电流的相序来决定欲改变旋转磁场的转向，只需改变通入三相绕组的电流相序，即把三相绕组任意两根的首端与电源相连的线对调，就可改变定子绕组中电流的相序，旋转磁场方向即可改变上一页,下一页,返回,8. 1三相异步电动机结构和工作原理,3.异步电动机的转动原理、转差率 1)异步电动机的转动原理 图8-7为三相异步电动机转子转动的原理图，图中N, S表示两极旋转磁场，转子中只画有两根导条(铜或铝)当旋转磁场向顺时针方向旋转时，其磁力线切割转子导条，导条中就感应出电动势电动势的方向由右手定则确定 在电动势的作用下，闭合的导体中就有电流这电流与旋转磁场相互作用，使转子导体受到电磁力F电磁力的方向可由左手定则来确定由电磁力产生电磁力矩，转子就转动起来由图可知，电动机转子的旋转方向与旋转磁场的旋转方向一致因此要想改变三相异步电动机的旋转方向只需改变旋转磁场的转向即可上一页,下一页,返回,8. 1三相异步电动机结构和工作原理,2)异步电动机的转差率 电动机正常工作时，电动机转子的转速n是不能达到旋转磁场的转速n。

的，即n no如果转子的转速等于旋转磁场的转速，则转子导体不再切割旋转磁场的磁感线，不再产生感应电动势和电流，电磁力将为零，转子将减速因此异步电动机中的“异步”就是指电动机转子转速与旋转磁场转速之间存在差异的意思 8.1.3三相异步电动机的铭牌 要正确使用电动机，必须要看懂铭牌某Y132M一4型电动机的铭牌见表8-3 此外，它的主要技术数据还有:功率因数0. 85，效率87 %上一页,下一页,返回,8. 1三相异步电动机结构和工作原理,三相异步电动机铭牌中各个数据的意义如下 1.型号 上述电动机的型号中各个部分的含义说明如下: 三相异步电动机机座中心高的单位为mm，机座长度代号表示为:S-短机座;M一中机座;L一长机座三相异步电动机产品名称代号见 表8-4 2.电压 铭牌上所标的电压值是指电动机在额定运行时定子绕组上应加的线电压有效值上一页,下一页,返回,8. 1三相异步电动机结构和工作原理,三相异步电动机的额定电压有380 V , 3 000 V及6 000 V等多种一般规定电动机的工作电压不应高于和低于额定值的5% 3.电流 铭牌上所标的电流值是指电动机在额定运行时定子绕组的线电流有效值。

4.功率和效率 铭牌上所标的功率值是指电动机在额定运行时轴上输出的机械功率值输出功率与输入功率不等，其差值等于电动机本身的损耗功率，包括铜损、铁损及机械损耗等 一般鼠笼式电动机在额定运行时的效率为72%一93%，在额定功率的75%左右时效率最高上一页,下一页,返回,8. 1三相异步电动机结构和工作原理,5.功率因数 三相异步电动机是电感性负载，功率因数较低，在额定负载时为0. 7一0. 9;而在轻载和空载时更低，空载时只有0. 2一0.3 6.转速 由于电动机的负载对转速要求不同，须生产不同磁极对数的电动机，因此有不同的转速等级最常用的是四磁极电动机，其同步转速no = 1 500 r/ min 7.温升与绝缘等级 绝缘等级表示电机各绕组及其他绝缘部件所用绝缘材料的等级绝缘材料按耐热性能可分为7个等级，见表8-5上一页,下一页,返回,8. 1三相异步电动机结构和工作原理,8.定额工作制(即工作方式) 它是指电动机按铭牌值工作时，可持续运行的时间和顺序电动机定额分连续定额、短时定额、断续定额三种，分别用S1，S2，S3表示 9.接法 定子绕组的接法分为星形接法和三角形接法两种，接法如图8-8所示。

上一页,返回,8. 2三相异步电动机的运行特性,三相异步电动机的运行特性主要是研究转矩与转差率或转矩与转子转速的关系在电源电压U1和转子电阻Rz一定的条件下，转矩T与转差率、的关系曲线T =f(s)(如图8-9所示)或转速n与转矩T的关系曲线n =f ( T)(如图8-10所示)称为电动机的机械特性(亦称运行特性)曲线 1.额定转矩Tn 额定转矩是电动机在额定负载时的转矩，它可从电动机铭牌上的额定功率Pz、和额定转速n求得 2.最大转矩T max 在机械特性图上，转矩有一个最大值，称为最大转矩或临界转矩如果负载转矩超过最大转矩，电动机就没法带动负载了，发生所谓闷车现象下一页,返回,8. 2三相异步电动机的运行特性,闷车后，电动机的电流马上升高六七倍，造成电动机因严重过热而烧坏 3.启动转矩T, 电动机刚接入电网但尚未转动的一瞬间，轴上产生的转矩叫做启动转矩启动转矩必须大于电动机轴上所带的机械负载力矩，电动机才能启动因此，启动转矩是衡量电动机启动性能好坏的重要指标，通常用启动转矩倍数入表示: 下面结合机械特性曲线来分析电动机的运行特性 (1)在电动机启动瞬间(即n =0或s =1) ,电动机轴上产生的转矩为启动转矩。

如果启动转矩大于电动机轴上所带的机械负载转矩，则电动机就能够转动;反之，电动机就无法启动上一页,下一页,返回,8. 2三相异步电动机的运行特性,(2)当电动机转速达到同步转速(即n=n或s = 0)时，转子电流为零，因而转矩T也为零 (3)当电动机在额定状态下运行时，对应的转速为额定转速n n，对应的转差率为额定转差率S n，在电动机轴上产生的转矩称为额定转矩T, (4)当转速为某值n时，电动机产生的转矩最大，称为最大转矩T max该转速称为临界转速电动机在运行当中拖动的负载转矩必须小于最大转矩，电动机才能稳定运行，否则电动机因无法拖动负载而被迫停转 通常电动机稳定运行在图8-11所示特性曲线的ab段，从这段曲线可以看出，当负载转矩有较大变化时，异步电动机的转速变化不大，因此异步电动机具有硬的机械特性上一页,返回,8. 3三相异步电动机的启动,8. 3. 1全压启动 如果加在电动机定子绕组上的启动电压为电动机的额定电压，这样的启动叫做全压启动(又叫直接启动) 在电动机刚接通电源的瞬间，旋转磁场已经产生，但转子还来不及转动此时磁场以同步转速做切割转子导体的运动，必然在转子导体中产生很强的感应电流。

由于互感的作用，在定子绕组中一也产生很强的感应电流通常全压启动时的启动电流可达电动机额定电流的4一7倍 如启动电流过大，供电线路上的电压降一也随之增大，使电动机两端的电压减小这样不仅使电动机本身的启动转矩减小，还影响同一电路上的其他用电设备正常工作下一页,返回,8. 3三相异步电动机的启动,启动电流过大，还会使电动机绕组产生大量的热当启动时间过长或启动过于频繁时，会影响电动机的寿命长期使用，会使电动机内部绝缘老化，甚至烧毁电动机 小型电动机可采用全压启动一般情况下，当电动机的容量小于10 W或其容量不超过电源变压器容量的15%一20%时，启动电流不会影响同一供电线路上的其他用电设备的正常工作，可允许全压启动 8. 3. 2降压启动 大中型电动机不允许全压启动，而是采用降压启动，以便减小启动电流启动时用降低加在定子绕组上的电压的方法来减小启动电流，当启动结束后，再使电压恢复到额定值运行，这种启动方法叫做降压启动上一页,下一页,返回,8. 3三相异步电动机的启动,降压启动方法很多，这里介绍自藕变压器降压启动和星形一三角形换接降压启动 1.自藕变压器降压启动 如图8-11所示，启动原理如下:启动时，先将开关S!闭合，然后再将开关52置于“启动”位置上，线电压经自藕变压器降压后加到电动机的定子绕组上，这时电动机在低于额定电压下运行，启动电流较小。

当电动机转速上升到一定程度时，将转换开关S1的手柄从“启动”位置迅速倒向“运行”位置使自藕变压器脱离电源和电动机，电动机在电源电压(额定电压)下正常运行 通常把启动用的自藕变压器叫做启动补偿器一般功率在75 kW以下的。