发电机与电动机(79页PPT)

第４ 章 发电机与电动机
电动机的分类：
同步电动机 交流电动机 电动机 直流电动机 异步电动机 三相电动机 单相电动机
他励、并励电动机
串励、复励电动机
实现电能与机械能相互转换的电工设备总称为电机。
发电机
机械能
电能
电动机
直流电动机的最大特点 异步电动机 优良的调速性能 构造简单、价格 便宜、工作可靠、 使用维护方便
n (1 s)n1 异步电动机运行中: s (1 ~ 9)%
n1 n s 转差率s 100% n1 转子转速亦可由转差率求得
例1：一台三相异步电动机，其额定转速 n=975 r/min，电源频率 f1=50 Hz。试求电动机的 极对数和额定负载下的转差率。 解： 根据异步电动机转子转速与旋转磁场同步转 速的关系可知：n1=1000 r/min , 即 p=3 额定转差率为
(2) 绕线式转子 同定子绕组一样，也分为三相，并且接成星形。
三相转子绕组通常连接成星形，即三个末端连在一起，三个 首端分别与转轴上的三个滑环（滑环与轴绝缘且滑环间相互 绝缘）相连，通过滑环和电刷接到外部的变阻器上，以便改 善电机的起动和调速性能。
绕组 滑环 轴 电刷 变阻器
绕线式转子绕组与外 接变阻器的连接
n0
n
P P T 9550 2 πn n 额定转矩 60
PN (千瓦) TN 9550 nN (转 / 分)
O
TN
T
(N • m)
如某普通机床的主轴电机(Y132M-4型) 的额定功 率为7.5kw, 额定转速为1440r/min, 则额定转矩为 PN 7.5 TN 9550 9550 49.7 N . m nN 1440
例如：380/220V、Y/ 是指线电压为 380V 时 采用 Y联结；线电压为 220V 时采用 联结。
3. 电流
电动机在额定运行时定子绕组的线电流值。
例如： Y / 6.73 / 11.64 A 表示星形联结 下电机的线电流为 6.73A；三角形联结下线电 流为 11.64A。两种接法下相电流均为 6.73A 。
Tmax TN
1.8 ~ 2.2

3. 起动转矩 Tst
n0 n
电动机起动时的转矩。
2 sR2U 1 TK 2 2 R2 ( sX 20 ) 起动时n= 0 时，s =1 O 2 Tst T R2U 1 Tst K 2 2 Tst体现了电动机带 R2 X 20 (1) Tst U12 , U1 Tst 载起动的能力。
2.最大转矩 Tmax
电机带动最大负载的能力。
n n0
sR2 2 TK 2 U 1 2 R2 ( sX 20 )
dT 令： 0 求得 dS
R2 s sm X 20
Tmax 将sm代入转矩公式，可得
O
T
临界转差率
Tmax
U K 2 X 20
2 1
转子轴上机械负载转矩T2 不能大于Tmax ，否则将 造成堵转(停车)。
(2) Tst与 R2 有关， 适当使 R2 Tst 。对绕线式 电机改变转子附加电阻 R´2 , 可使Tst =Tmax 。
若 Tst > T2电机能起 动，否则不能起动。 Tst 起动能力 K st TN
n
4. 电动机的运行分析
T2 T2 >T n s T T =T2
电磁转矩公式
sR2 2 TK 2 U1 2 R2 ( sX 20 )
由公式可知
2 1. T 与定子每相绕组电压 U 1 成正比。U 1 T
2. 当电源电压 U1 一定时，T 是 s 的函数。 3. R2 的大小对 T 有影响。绕线式异步电动机可外 接电阻来改变转子电阻R2 ，从而改变转矩。
4.3 异步电动机的运行与控制
直接起动： n = 0，s =1, 接通电源。 起动问题：起动电流大，起动转矩小。 一般中小型鼠笼式电机起动电流为额定电流的4 ~ 7 倍; 电动机的起动转矩为额定转矩的(1.0~2.2)倍。 原因： 起动时 ，n = 0，转子导体切割磁力线速度很大， 转子感应电势 转子电流 定子电流 后果： 频繁起动时造成热量积累，使电机过热 大电流使电网电压降低，影响邻近负载的工作
左手定则
电磁力F
n
4. 2. 3 转差率
由前面分析可知，电动机转子转动方向与磁场 旋转的方向一致，但转子转速 n 不可能达到与旋转 磁场的转速相等，即 异步电动机 n n1 如果: n n1 转子与旋转磁场间没有相对运动，磁通不切 割转子导条 无转子电动势和转子电流 无转矩 因此，转子转速与旋转磁场转速间必须要有差别。 旋转磁场的同步转速和电动机转子转速之差与 旋转磁场的同步转速之比称为转差率。
可见: 旋转磁场转速n1 与频率f1和极对数p有关。
4.2. 2 三相电动机的工作 原理 1. 转动原理
定子三相绕组通入三相交流电
n
Y C
A
n1
F
Z
N
60 f1 n1 (转/分） p 旋转磁场
方向:顺时针 切割转子导体
F
B
S
X
Blv
右手定则
感应电动势 E20
感应电流 I2 旋转磁场
电磁转矩T
Bli
i B iC
S
n1 3000 (转/分）
A Y C
t
A
N
Z Y B
A
S
C N
Z
Y B C
N
Z B
S
S
X
X
X
p=2时
C
X
Y
A
N

30
Z
C
B

Y
A
Z
n1
B

B
S

S
A
X
S
N
S


X
Z
N
B
X
Y
C
Z
N
A Y
C
Im
i i A iB iC
t 0
t 60
60 f1 n1 1500 (转/分） 2
0
t
旋转磁场转速n1与极对数 p 的关系 60 f1 n1 (转/分) p 极对数
同步转速 每个电流周期 磁场转过的空间角度 ( f1 50Hz )
p 1
p2
p3
p4
360
180
3000 (转/分）
1500 (转/分）
120
1000 (转/分）
750 (转/分）
90
t 60
2、旋转磁场的极对数P
若定子每相绕组由两个线圈串联 ，绕组的始端 之间互差60°，将形成两对磁极的旋转磁场。
iA
A
iC
C
X A' Z' X' C' Y' Y B' Z
B
C
X
Y A
Z
B X
iB
B Z
A Y
C
iA
A
iC
C
X A' Z' X' C' Y' Y B' Z
B
C
X
Y
A
N

Z

B
S

S
A
B
X
iB
Im
Z
N
Y
C
i i A iB iC
t
极对数 p 2
动画
0
旋转磁场的磁极对数 与三相绕组的排列有关
3、旋转磁场的转 速
p=1时
旋转磁场的转速取决于磁场的极对数 N
n1 60 f1 (转/分）
工频： f1 50 Hz
Im I m
0 o
i i A
4.2 三相异步电动机的工作原 理
4.2.1旋转磁场的产生
iA
A
iB B
iC
Y X Z
C
i i i i C A B Im
o
t
i i i i C A B Im
o
规定 i : ―+‖ i : ―–‖
•三相对称交流绕组通入三相对 称交流电流时，将在电机气隙 空间产生旋转磁场；（动画1 ，动画2）
()电流入 Y A
cos
O
6. 额定转速 电机在额定电压、额定负载下运行时的转速。
PN
注意：实用中应选 择容量合适的电机， 防止出现 “大马拉 P2 小车” 的现象。
n0 nN 额定转差率 sN n0
如： n N =1440 转/分 sN = 0.04
4.2 三相异步电动机转矩与机械特性
4.2.1 转矩公式
2 U1 Tmax K 2 X 20 2 (1) Tmax U 1 , U 1 Tmax
当 U1 一定时，Tmax为定值 (2) sm与 R2 有关， R2 sm n 。绕线式电 机改变转子附加电阻R´2 可实现调速。 过载系数(能力)
一般三相异步电动机的过载系数为 工作时必须使T2 <Tmax ，否则电机将停转。 I 2 I1 电机严重过热而烧坏。
起动转矩也比较大
生产成本较高
需要使用直流电源
维护要求较高
应用： 金属切削机床、起重机、 传送带、功率不大的水泵、 通风机
在全国电动机总容量中 有85％以上是三相异步 电动机。
应用：
轧钢机、龙门刨床等主传动机构 某些电力牵引和起重设备 电车及电力机车
４.1 三相异步电动机的构造与工作原理 4.1.1.构造
n0
常用特 性段
n
达到新的平衡
T 此过程中， n 、sE2 , I2 I1 O T2 T´2 电源提供的功率自动增加。 电动机的电磁转矩可以随负载的变化而自动调 整，这种能力称为自适应负载能力。