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1、交流电机交流电机异步电机、异步电机、 异步电动机异步电动机同步电机同步电机三相异步电动机三相异步电动机同步发电机同步发电机同步电动机同步电动机单相异步电动机单相异步电动机分类分类: :一、基本结构一、基本结构 转子转子定子定子定子铁心定子铁心定子绕组定子绕组机座机座转子铁心转子铁心转子绕组转子绕组转轴转轴一、基本结构一、基本结构 转子转子定子定子定子铁心定子铁心定子绕组定子绕组机座机座转子铁心转子铁心转子绕组转子绕组转轴转轴 三相绕组接入三相交流电源，三相绕组中的电流在定三相绕组接入三相交流电源，三相绕组中的电流在定子铁心中产生子铁心中产生旋转磁场旋转磁场。 一、基本结构一、基本结构 转子转子
2、定子定子定子铁心定子铁心定子绕组定子绕组机座机座转子铁心转子铁心转子绕组转子绕组转轴转轴鼠笼式鼠笼式线绕式线绕式线绕式和鼠笼式的转子构造虽然不同，但工作原理是一线绕式和鼠笼式的转子构造虽然不同，但工作原理是一致的。转子的作用是致的。转子的作用是产生转子电流，即产生电磁转矩产生转子电流，即产生电磁转矩。鼠笼式异步电动机转子绕组鼠笼式异步电动机转子绕组是在转子铁心槽里插入铜条，是在转子铁心槽里插入铜条，再将全部铜条两端焊在两个再将全部铜条两端焊在两个铜端环上而组成。铜端环上而组成。线绕式异步电动机转子绕组线绕式异步电动机转子绕组是由线圈绕组放入转子铁心是由线圈绕组放入转子铁心槽内，并分为三相对称绕
3、组，槽内，并分为三相对称绕组，与定子产生的磁极数相同。与定子产生的磁极数相同。通过轴上的滑环和电刷在转通过轴上的滑环和电刷在转子回路中接入外加电阻，用子回路中接入外加电阻，用以改善启动性能与调节转速。以改善启动性能与调节转速。 一、基本结构一、基本结构 TCNS00nnnS 所以这种电动机称为所以这种电动机称为异步电动机异步电动机，也叫，也叫感应电动机感应电动机。 定子线圈通三相交流电定子线圈通三相交流电 产生产生 相当于相当于转子切割磁力线运动转子切割磁力线运动 在转子回路中产生在转子回路中产生( (右手定则右手定则) ) 带电导体在旋转磁场中受到电磁力带电导体在旋转磁场中受到电磁力 ( (
4、左左手定则手定则) ) 产生电磁转矩产生电磁转矩 使转子转动使转子转动( (方向与旋转磁方向与旋转磁场同向场同向)电动机转动电动机转动. .二、工作原理二、工作原理n三、旋转磁场的形成三、旋转磁场的形成) 3/4sin() 3/2sin(sintIitIitIimCmBmAA XBYCZ+A XBYCZ+A XBYCZ+A XBYCZ+a b c dS SN NS SN NS SN NS SN N三、旋转磁场的形成三、旋转磁场的形成ACACBACBACB B三、旋转磁场的形成三、旋转磁场的形成3. 3. 旋转磁场的极数与旋转速度旋转磁场的极数与旋转速度上述分析可以得出：电流经过一个周期变化（变
5、化上述分析可以得出：电流经过一个周期变化（变化360360电角度），旋转磁场在空间上也转过一转（转了电角度），旋转磁场在空间上也转过一转（转了360360机械角度），若电流频率为机械角度），若电流频率为 f f，旋转磁场每分钟，旋转磁场每分钟旋转旋转60f 60f 转，即转，即 n0= 60f n0= 60f （一对（一对极）极）。若将定子做如下改变：若将定子做如下改变：三、旋转磁场的形成三、旋转磁场的形成因此若有因此若有p对磁极，则磁场的转速为：对磁极，则磁场的转速为： n0=60f /p过程分析：过程分析：绕组在空间对称绕组在空间对称分布，相隔分布，相隔6060度。电流变化度。电流变化1
6、1次，磁场在空间转过次，磁场在空间转过1/2 1/2 转。此时，磁极对数转。此时，磁极对数p p=2=2。3. 3. 旋转磁场的极数与旋转速度旋转磁场的极数与旋转速度一、定子绕组的连接方式一、定子绕组的连接方式 当电动机接入电源的线电压等于电动机的额定当电动机接入电源的线电压等于电动机的额定相电压时，应接成三角形；若是相电压的相电压时，应接成三角形；若是相电压的 倍，应倍，应接成星形。接成星形。如：铭牌标有如：铭牌标有 和和380/220380/220时，电源线电压为时，电源线电压为380V 380V 时接成星形，为时接成星形，为220V 220V 时接成三角形。时接成三角形。3/ 例例 电源
7、线电压为电源线电压为380V，现有两台电动机，其铭牌数据如下，现有两台电动机，其铭牌数据如下，试选择定子绕组的连接方式。试选择定子绕组的连接方式。 1. J32-4，功率，功率1.0kW，连接方法，连接方法 /Y，电压，电压220/380V，电流，电流4.25/2.45A，转速，转速1420 r/min，功率因数，功率因数0.79。 2. J02-21-4，功率，功率1.1 kW，连接方法，连接方法 ，电压，电压380V，电流，电流6.27A，转速转速1410 r/min，功率因数，功率因数0.79。 解：解： J32-4 电动机应接星形（电动机应接星形（Y），如图），如图(a) 所示。所示。
8、 J02-21-4 电动机应接成三角形（电动机应接成三角形（ ），如图），如图 (b)所示。所示。1 1线电压与相电压线电压与相电压线电压：两相绕组首端之间的电压，用线电压：两相绕组首端之间的电压，用U U1 1表示；表示；相电压：每相绕组首、尾之间的电压，用相电压：每相绕组首、尾之间的电压，用U U相相表示。表示。对于星形接法：对于星形接法：相相UU31 对于三角形接法：对于三角形接法： 相相UU 12 2线电流与相电流线电流与相电流 线电流：电网的供电电流，用线电流：电网的供电电流，用I I1 1 表示；表示； 相电流：每相绕组的电流，用相电流：每相绕组的电流，用I I相相表示。表示。 星
9、形接法星形接法 ：相相II 1三角形接法三角形接法 ：相相II31 cosUIP1113 3. 3. 电动机的输入功率电动机的输入功率一、定子绕组的连接方式一、定子绕组的连接方式1)1)型号，如型号，如Y90S-4Y90S-4、Y112M-4Y112M-4；2)2)额定功率额定功率P PN N ：在额定情况下，电动机轴上输出的：在额定情况下，电动机轴上输出的 机械功率机械功率; ;3)3)额定电压额定电压U UN N ：在额定情况下，定子绕组应加的：在额定情况下，定子绕组应加的线线 电压电压值值; ;4)4)额定频率额定频率f f ：在额定情况下，定子外加电压的频率：在额定情况下，定子外加电压
10、的频率; ;5)5)额定电流额定电流I IN N ：在额定情况下，定子的：在额定情况下，定子的线电流值线电流值; ;6)6)额定转速额定转速n nN N ：在额定情况下：在额定情况下, ,电动机的转速电动机的转速; ;7)7)温升温升( (或绝缘等级或绝缘等级) )。二、三相异步电动机的额定值二、三相异步电动机的额定值根据以上数据求出其他额定值：根据以上数据求出其他额定值：1) 额定功率因数额定功率因数cosN ：在额定频率、额定电压和电：在额定频率、额定电压和电动机轴上输出额定功率时，定子相电流与相电压之动机轴上输出额定功率时，定子相电流与相电压之间相位差的余弦间相位差的余弦 cosN 。P
11、=3UPIP cosN.%100cos3NNNNNIUP2) 额定效率额定效率 ：在额定频率、额定电压和电动机轴上输：在额定频率、额定电压和电动机轴上输出额定功率时电动机输出机械功率与输入电功率出额定功率时电动机输出机械功率与输入电功率之比，其表达式为：之比，其表达式为：3) 额定负载转矩额定负载转矩TN：电动机在额定转速下输出额定功：电动机在额定转速下输出额定功率时率时,电机轴上的负载转矩。电机轴上的负载转矩。min/2/222211121111155. 9cos3cos3rwsradwNmeppnPwPTTPTPPPPPPIUIUP111211111cos3cos3PPPPPIUIUPpp
12、min/2/222255. 9rwsradwNmenPwPTPTP三、三相异步电动机的能流图三、三相异步电动机的能流图601444sin1min/01011111rHzWbHzVmnpfnKNfKEdtdNet ，所所以以相相对对转转速速为为因因为为旋旋转转磁磁场场和和定定子子的的，、其其有有效效值值为为：应应电电势势为为：在在定定子子绕绕组组上上产产生生的的感感子子上上的的投投影影分分量量为为：、旋旋转转磁磁场场通通过过每每相相定定 一、三相异步电动机的定子与转子电路一、三相异步电动机的定子与转子电路1111111111111111111111111111111112,2EUEUXRLfXX
13、XI jERIEERIUdtdiLeRieeRiudtdiLeLLLLL ，都都很很小小，所所以以：和和一一般般，为为漏漏磁磁感感抗抗，式式中中，）（）（）（其其复复数数表表达达式式为为：）（）（）（电电压压平平衡衡方方程程式式为为：加加上上电电阻阻，定定子子回回路路的的漏漏磁磁电电动动势势：通通、定定子子电电流流还还产产生生漏漏磁磁 VVWbHzVWbHzVHzrrHzWbHzVESENfEnNfSEfSnnpfnnNfEdtdNe444:044460444120221202121min/min/02022222 、时时的的感感应应电电势势为为、）（所所以以，相相对对转转速速为为因因为为旋旋
14、转转磁磁场场和和转转子子的的、其其有有效效值值为为：感感应应电电势势为为：、在在转转子子绕绕组组上上产产生生的的20221202122222222222222222222222,2222SXXLfXLSfLfXXXI jRIERIEdtdiLRieRiedtdiLeLLLLL 为为漏漏磁磁感感抗抗，式式中中，）（其其复复数数表表达达式式为为：）（电电压压平平衡衡方方程程式式为为：加加上上电电阻阻，转转子子回回路路的的：因因此此还还产产生生漏漏磁磁电电动动势势通通外外，还还产产生生漏漏磁磁通通，、转转子子电电流流除除产产生生主主磁磁CSXRXRSXRSSSXRREICXEIXRSSRSEIXRS
15、SXRSEXREI/1cos11coscos1320222222222022222220202222202222202220222222 ，时时，接接近近当当，很很小小时时，当当有有关关，和和）（，功功率率因因数数为为：的的相相位位滞滞后后于于由由于于感感抗抗，时时，接接近近当当，很很小小时时，当当）（、转转子子回回路路的的电电流流为为： 可见可见, ,三相异步电三相异步电动机的转子电路的动机的转子电路的各个物理量如各个物理量如: :转子转子感应电势感应电势E E2 2、I I2 2、X X2020、coscos 2 2等都与等都与转差率转差率 S S有关，也有关，也即与转速即与转速 n n有
16、关。有关。22cosIKTm2202222222222202220222222120cos 60SXRRXRRSXRSEXREISffpfn，三相异步电动机的转矩与机械特性三相异步电动机的转矩与机械特性一、一、 三相异步电动机的转矩三相异步电动机的转矩直流电动机：直流电动机：E2I2 E22讨论：讨论：1）当）当cos2 =1，纯电阻性负载，纯电阻性负载， I2与与E2同向；同向；2）当）当cos2TL，且启动转矩越大越好；且启动转矩越大越好； 启动电流启动电流 IST 越小越好，越小越好，一般一般 I IST ST (4 - 7) (4 - 7)I IN N； 启动平滑，以减小对机械的冲击；
17、启动平滑，以减小对机械的冲击；启动设备安全可靠，力求结构简单，操作方便；启动设备安全可靠，力求结构简单，操作方便；启动功耗越小越好；启动功耗越小越好；其中，前两条是衡量电动机启动性能的主要技术指标。其中，前两条是衡量电动机启动性能的主要技术指标。一、对电动机启动的主要要求；一、对电动机启动的主要要求；ststtstIKT22cos2202222SXRRcos启动电流大启动电流大启动转矩启动转矩小小二、异步电动机的启动特性：二、异步电动机的启动特性：特点：直接启动电流大，由于特点：直接启动电流大，由于功率因数低，启动转矩小。功率因数低，启动转矩小。2cos 三、鼠笼型异步电动机的启动方式：三、鼠
18、笼型异步电动机的启动方式： (1)(1)全压直接启动全压直接启动 (2)(2)降压启动降压启动1.1.直接启动（全压启动）直接启动（全压启动） 将电动机的定子绕组通将电动机的定子绕组通过闸刀开关直接接入电源，过闸刀开关直接接入电源，在额定电压下进行启动。在额定电压下进行启动。 1.1.直接启动（全压启动）直接启动（全压启动）特点：特点： 控制线路简单；控制线路简单； 维修工作量小；维修工作量小； 启动电流大；启动电流大；应用场合：应用场合：用于用于中、小容量中、小容量的异步电动机启动。的异步电动机启动。三、鼠笼型异步电动机的启动方式：三、鼠笼型异步电动机的启动方式：直接启动的条件：直接启动的条
19、件：独立变压器供电时：独立变压器供电时： 电动机启动频繁，电机功率小于变压器容量电动机启动频繁，电机功率小于变压器容量2020， 电动机不经常启动，电机功率小于变压器电动机不经常启动，电机功率小于变压器3030。没有独立的变压器供电没有独立的变压器供电( (即与照明共用电源即与照明共用电源) )：电动机启动比较频繁，满足下列关系则可直接启动。电动机启动比较频繁，满足下列关系则可直接启动。电动机功率电源总容量额定电流启动电流443NstII1.1.直接启动（全压启动）直接启动（全压启动）2.2.降压启动降压启动 启动时先降低电压，当转速接近额定值时，再恢启动时先降低电压，当转速接近额定值时，再恢
20、复到额定电压复到额定电压。适用于启动时负载转矩不大的情况，如轻载或空载。适用于启动时负载转矩不大的情况，如轻载或空载。常用的降压启动方式有：常用的降压启动方式有： 定子串电阻或电抗器降压启动定子串电阻或电抗器降压启动 Y Y 降压启动降压启动 自耦变压器降压启动自耦变压器降压启动特点：特点： 1）定子电路串电阻或电抗器降压启动定子电路串电阻或电抗器降压启动KMKM2 2FUFU1 1R RKMKM1 1FRFRM M3 3U UU U1 12.2.降压启动降压启动 启动时，定子绕组连成启动时，定子绕组连成 Y 形，形，转速接近额定转速时，将定子绕组转速接近额定转速时，将定子绕组连成连成形形,
21、,电动机进入正常运行。电动机进入正常运行。2 2） Y 降压启动降压启动优点：优点：设备简单、经济；设备简单、经济； 启动电流小；启动电流小；缺点：缺点：启动转矩小；启动转矩小； 启动电压不能按实际需要调节。启动电压不能按实际需要调节。适用场合：空载或轻载启动适用场合：空载或轻载启动, ,且正常运行时且正常运行时, ,定子绕组定子绕组 为为三角形连接三角形连接的异步电动机。的异步电动机。2.2.降压启动降压启动星星- -角启动电流、启动转矩的相互关系：角启动电流、启动转矩的相互关系：L1L2L3 U lZ1Z2Z3ISTL1L2L3N U l U pZ1Z2Z3ISTYIST= 3 IP =
22、3 U l / Z ； ISTY = = IPY =（U l / 3）/ Z ISTY = IST/ 3， TSTY = T TST/ 3PIUL 电源电压电源电压 Z 一相绕组的阻抗一相绕组的阻抗3 3）延边降压启动）延边降压启动特点：特点： 与与Y 降压启动降压启动相比，相电压增大，相比，相电压增大，且且Y形部分绕组越小，形部分绕组越小，电压越大。因此电压越大。因此 TST、IST 都增加。都增加。2.2.降压启动降压启动4 4）自耦变压器）自耦变压器降压启动降压启动启动原理：启动原理：U l / U 2 = N l / N 2 = 1 / K，I 1 / I 2 = K， K Ifn ，
23、cos 1；欠励：欠励：If Ifn ，cos 1；coscos I If fI Ifnfn1 1阻阻性性感感性性容容性性3.3.同步电动机的启动同步电动机的启动 分析：分析： 结论：平均转矩为零结论：平均转矩为零, ,不能直接启动不能直接启动 。第十节第十节 同步电动机的工作原理、特点及应用同步电动机的工作原理、特点及应用 异步启动法：异步启动法： 第十节第十节 同步电动机的工作原理、特点及应用同步电动机的工作原理、特点及应用 1 1）转子装有启动绕组，）转子装有启动绕组，启动时，先断开直流电源，启动时，先断开直流电源，直接通过变阻器构成闭合直接通过变阻器构成闭合回路；回路；2 2）按鼠笼式
24、异步电动机）按鼠笼式异步电动机的方法启动，给电动机的的方法启动，给电动机的定子绕组加上额定电压。定子绕组加上额定电压。必要时可采用降压启动；必要时可采用降压启动；3 3）当转子转速升高到接近同步转速，将励磁绕组与直）当转子转速升高到接近同步转速，将励磁绕组与直流电源接通，转子上形成固定磁极，并很快被旋转磁流电源接通，转子上形成固定磁极，并很快被旋转磁场拖入同步；场拖入同步；特点特点： 双重励磁和异步启动；双重励磁和异步启动； 结构复杂；结构复杂； 需要直流电源；需要直流电源； 启动和控制设备昂贵；启动和控制设备昂贵； 运行速度恒定、功率因数可调、运行效率高；运行速度恒定、功率因数可调、运行效率高；应用应用：低速和大功率的场合。：低速和大功率的场合。第十节第十节 同步电动机的工作原理、特点及应用同步电动机的工作原理、特点及应用
