第二章船舶电机与电力拖动系统课件.ppt

1、第二章 船舶电机与电力拖动系统第二章 船舶电机与电力拖动系统3.1 3.1 三相异步电动机的基本结构三相异步电动机的基本结构第二章 船舶电机与电力拖动系统一、定子部分1 1、定子铁心定子铁心导磁部分。导磁部分。定子铁心是电机磁路的一部分，并起固定定子绕组的作用。为了增强导磁能力定子铁心是电机磁路的一部分，并起固定定子绕组的作用。为了增强导磁能力和减小铁耗，定子铁心常选用和减小铁耗，定子铁心常选用0.5mm0.5mm或或0.35mm0.35mm厚的硅钢片冲制叠压而成，片间涂上厚的硅钢片冲制叠压而成，片间涂上绝缘漆。定子铁心内圆均匀冲出许多形状相同的槽，用以嵌放定子绕组。绝缘漆。定子铁心内圆均匀冲

2、出许多形状相同的槽，用以嵌放定子绕组。2 2、定子绕组定子绕组：放在定子铁心内圆槽内：放在定子铁心内圆槽内导电部分。导电部分。定子绕组是异步电动机的电路部分，其材料主要采用紫铜。小型异步电动机定子绕组是异步电动机的电路部分，其材料主要采用紫铜。小型异步电动机常采用三相单层绕组，大中型异步电动机常采用三相双层短矩叠绕组形式，三相常采用三相单层绕组，大中型异步电动机常采用三相双层短矩叠绕组形式，三相绕组的六个出线端子均接在机座侧面的接线板上，可根据需要将三相绕组接成绕组的六个出线端子均接在机座侧面的接线板上，可根据需要将三相绕组接成Y Y形形或或形。形。3 3、机座机座 机座是电动机的外壳，支撑电

3、机各部件，并通过机座的底脚将电机安装固定。全机座是电动机的外壳，支撑电机各部件，并通过机座的底脚将电机安装固定。全封闭式电机的定子铁心紧贴机座内壁，故机座外壳上的散热筋是电机的主要散热面。封闭式电机的定子铁心紧贴机座内壁，故机座外壳上的散热筋是电机的主要散热面。中小型电机采用铸铁机座。大型电机一般采用钢板焊接机座。中小型电机采用铸铁机座。大型电机一般采用钢板焊接机座。第二章 船舶电机与电力拖动系统第二章 船舶电机与电力拖动系统第二章 船舶电机与电力拖动系统定子绕组第二章 船舶电机与电力拖动系统机 座第二章 船舶电机与电力拖动系统二、转子部分1 1、转子铁心转子铁心 转子铁心也是电机磁路的组成部

4、分，并用来固定转子绕组。铁心材料也用转子铁心也是电机磁路的组成部分，并用来固定转子绕组。铁心材料也用0.5mm0.5mm或或0.35mm0.35mm厚的硅钢片冲制叠压而成，故通常用冲制定子铁芯冲片剩余下来厚的硅钢片冲制叠压而成，故通常用冲制定子铁芯冲片剩余下来的内圆部分制作。转子铁芯固定在转轴上，其外圆上开有槽，用来嵌放转子绕组。的内圆部分制作。转子铁芯固定在转轴上，其外圆上开有槽，用来嵌放转子绕组。2 2、转子绕组转子绕组根据转子绕组的结构型式可分为根据转子绕组的结构型式可分为 1 1）鼠笼式转子：转子铁心的每个槽内插入一根裸导条，形成）鼠笼式转子：转子铁心的每个槽内插入一根裸导条，形成一个

5、多相对称短路绕组。一个多相对称短路绕组。2 2）绕线式转子：转子绕组为三相对称绕组，嵌放在转子铁心）绕线式转子：转子绕组为三相对称绕组，嵌放在转子铁心槽内。槽内。异步电动机的气隙是均匀的。大小为机械条件所能允许达异步电动机的气隙是均匀的。大小为机械条件所能允许达到的最小值。到的最小值。三、气隙第二章 船舶电机与电力拖动系统转 子第二章 船舶电机与电力拖动系统转子铁心第二章 船舶电机与电力拖动系统按转子结构分：按转子结构分：绕线型异步电动机绕线型异步电动机鼠笼型异步电动机鼠笼型异步电动机第二章 船舶电机与电力拖动系统鼠笼型转子鼠笼型转子铁心和绕组铁心和绕组结构示意图结构示意图三相绕线型三相绕线型

6、转子结构图转子结构图第二章 船舶电机与电力拖动系统3.2 3.2 三相异步电动机的基本工作原理三相异步电动机的基本工作原理U2U1W2V1W1V21nn一、转动原理1 1、电生磁、电生磁：三相对称绕组通三相对称绕组通往三相对称电流产生圆形旋转往三相对称电流产生圆形旋转磁场。磁场。2 2、磁生电、磁生电：旋转磁场切割旋转磁场切割转子导体感应电动势和电流。转子导体感应电动势和电流。3 3、电磁力、电磁力：转子载流（有功转子载流（有功分量电流）体在磁场作用下受分量电流）体在磁场作用下受电磁力作用，形成电磁转矩，电磁力作用，形成电磁转矩，驱动电动机旋转，将电能转化驱动电动机旋转，将电能转化为机械能。为

7、机械能。第二章 船舶电机与电力拖动系统异步电动机的三相绕组与三相电流异步电动机的三相绕组与三相电流第二章 船舶电机与电力拖动系统（a）t=0 （b）t=60 （c）t=90一对极旋转磁场的形成一对极旋转磁场的形成第二章 船舶电机与电力拖动系统四极异步电动机定子绕组四极异步电动机定子绕组第二章 船舶电机与电力拖动系统 设电流的频率为设电流的频率为 f f1 1 ，电流每分钟变化的周数为，电流每分钟变化的周数为 60 f60 f1 1,故故每分钟旋转磁场转过（每分钟旋转磁场转过（60 f60 f1 1 ）/p p转，故旋转磁场的转，故旋转磁场的转速为：转速为：旋转磁场的转速旋转磁场的转速n n0

8、0又称异步电动机的同步转速，其又称异步电动机的同步转速，其单位为单位为r/minr/min。因为电源的频率和磁极对数通常是固定。因为电源的频率和磁极对数通常是固定的，所以一台异步电动机的同步转速的，所以一台异步电动机的同步转速n n0 0 是一个不变的是一个不变的常数。下表列出了电源频率为常数。下表列出了电源频率为 50Hz 50Hz 和和60 Hz60 Hz时异步时异步电动机的同步转速电动机的同步转速 与磁极对数的对应关系。与磁极对数的对应关系。1060 fnp第二章 船舶电机与电力拖动系统电源频率为电源频率为50Hz和和60Hz时异步电动机的同步转速时异步电动机的同步转速n0与磁极对数的对

9、应关系与磁极对数的对应关系p123456n0 （f=50Hz）300015001000750600500n0 （f=60Hz）360018001200900720600第二章 船舶电机与电力拖动系统二、转差率11nnsn 转差率转差率是异步电机的一个基本物理量，它反映电机的各种是异步电机的一个基本物理量，它反映电机的各种运行情况。运行情况。转子未转动时转子未转动时，;s,n10 电机理想空载时电机理想空载时，.s,nn01 作为电动机，转速在作为电动机，转速在10n范围内变化，转差率在范围内变化，转差率在0 0 1 1范围内变。范围内变。负载越大，转速越低，转差率越大；反之，转差率越小。负载越

10、大，转速越低，转差率越大；反之，转差率越小。转差率的大小能够反映电机的转速大小或负载大小。电机的转转差率的大小能够反映电机的转速大小或负载大小。电机的转速为：速为：11n=(-s)n 额定运行时，转差率一般在额定运行时，转差率一般在0.010.060.010.06之间，即电机转速接之间，即电机转速接近同步速。近同步速。同步转速与转子转速之差与同步转速的比值称为转差率，用同步转速与转子转速之差与同步转速的比值称为转差率，用s s表示，表示，即：即：第二章 船舶电机与电力拖动系统三、异步电机的三种运行状态根据转差率的大小和正负根据转差率的大小和正负,异步电机有三种运行状态异步电机有三种运行状态机械

11、能转变为电机械能转变为电能能电能和机械能变电能和机械能变成内能成内能电能转变为机电能转变为机械能械能能量关系制动制动制动制动驱动驱动电磁转矩转差率转速外力使电机快速外力使电机快速旋转旋转外力使电机沿磁外力使电机沿磁场反方向旋转场反方向旋转定子绕组接对定子绕组接对称电源称电源实现发电机发电机电磁制动电磁制动电动机电动机状态状态10 n n0n n10 s1s0s第二章 船舶电机与电力拖动系统3.3 3.3 名牌和额定值名牌和额定值一、铭牌例例:第二章 船舶电机与电力拖动系统第二章 船舶电机与电力拖动系统 二、额定值二、额定值 额定功率额定功率 -额定运行时输出的机械功率。额定运行时输出的机械功率

12、。额定电压额定电压-额定运行状态时加在定子绕组上的线电压。额定运行状态时加在定子绕组上的线电压。额定电流额定电流-在额定运行状态下流入定子绕组的线电流。在额定运行状态下流入定子绕组的线电流。额定频率额定频率-50HZ-50HZ 额定转速额定转速-额定运行时电动机的转速。额定运行时电动机的转速。第二章 船舶电机与电力拖动系统 三相异步电动机的定子部分在结构上和同步电动机三相异步电动机的定子部分在结构上和同步电动机的定子部分完全相同。的定子部分完全相同。对中、小容量的低压异步电动机，通常定子三相绕对中、小容量的低压异步电动机，通常定子三相绕组的六个出线头都引出，这样可根据需要灵活组的六个出线头都引

13、出，这样可根据需要灵活地接成地接成“Y”Y”形或形或“D”D”形。形。U1 V1 W1U1 V1 W1W2 U 2 V2W2 U2 V2D联结联结Y联结联结三、接线三、接线第二章 船舶电机与电力拖动系统3.4 3.4 三相异步电动机的电路分析三相异步电动机的电路分析变压器：变压器：变化变化 eU1 E1=4.44 f N1 E2=4.44 f N2 11 444Nf.U i1u1e1e 1e2e 2i2+f1f2第二章 船舶电机与电力拖动系统异步电动机：异步电动机：旋转磁场切割导体旋转磁场切割导体 e，U1 E1=4.44 f 1N1 每极磁通每极磁通111444Nf.U 1U 旋转磁场与定子

14、导体间的相对速度为旋转磁场与定子导体间的相对速度为 n0，所以，所以16001pnf 感应电势的频率与磁场和导体间的相对速度有关感应电势的频率与磁场和导体间的相对速度有关f 1=电源频率电源频率 f第二章 船舶电机与电力拖动系统定子导体与旋转磁场间的相对速度固定，而转子定子导体与旋转磁场间的相对速度固定，而转子导体与旋转磁场间的相对速度随转子的转速不同而导体与旋转磁场间的相对速度随转子的转速不同而变化变化 定子感应电势频率定子感应电势频率 f 1 转子感应电势频率转子感应电势频率 f 2 1000026060fspnnnnpnnf 旋转磁场切割定子导体和转子导体的速度不同旋转磁场切割定子导体和

15、转子导体的速度不同第二章 船舶电机与电力拖动系统 E20=4.44 f 1N2 即即E2=s E20 2122222LfsLfX X20=2 f1L 2即即X2=sX20 第二章 船舶电机与电力拖动系统222222XREI 2202220)(sXRsE )(0002nnIs 2202220max21XREIs 220222222222)(cossXRRXRR 202SXRs 很很小小时时1cos2 202XRss 较较大大时时s1cos2 第二章 船舶电机与电力拖动系统2202220222222)(XREXREIss 2202222)(cosXRRs 变变化化曲曲线线随随、SI cos22)(

16、2 Isn)cos(2 sn 结论：结论：转子转动时，转转子转动时，转 子电路中的各量均与转子电路中的各量均与转 差率差率 s有关，即与转速有关，即与转速 n有关。有关。I2cos 2s1I2,2cos O第二章 船舶电机与电力拖动系统3.5 3.5 三相异步电动机转矩与机械特性三相异步电动机转矩与机械特性22Tcos IKT 常数，与电常数，与电机结构有关机结构有关旋转磁场旋转磁场每极磁通每极磁通转子电流转子电流转子电路的转子电路的功率因数功率因数ilBF 22cos,IT 第二章 船舶电机与电力拖动系统21220222)(UsXRsRKT 22 cos IKTT 22022202)(XRE

17、Iss 2202222)(cosXRRs mNfU11144.4 由前面分析知：由前面分析知：第二章 船舶电机与电力拖动系统21220222)(UsXRsRKT 21U第二章 船舶电机与电力拖动系统maxTmSNSOTS曲曲线线)(sfT 曲曲线线)(Tfn 根据转矩公式根据转矩公式22022212)(sXRUsRKT 得特性曲线：得特性曲线：NnmaxTstTOnTNT0nstT1NT第二章 船舶电机与电力拖动系统NnNT)/()(9550NNN分分转转千千瓦瓦nPT OnT0n(N m)如某普通机床的主轴电机如某普通机床的主轴电机(Y132M-4型型)的额定功的额定功率为率为7.5kw,额

18、定转速为额定转速为1440r/min,则额定转矩为则额定转矩为nPnPT9550602 m.N7.4914405.795509550NNN nPT第二章 船舶电机与电力拖动系统21220222UsXRsRKT)(2021max2XUKT 0dd ST令：令：求得求得202mXRss 临界转差率临界转差率On0nTmax将将sm代入转矩公式，可得代入转矩公式，可得第二章 船舶电机与电力拖动系统 max121max,)1(TUUT2021max2 XUKT NmaxTT 一般三相异步电动机的过载系数为一般三相异步电动机的过载系数为2.28.1 12 II(2)sm与与 R2 有关，有关，R2 sm

19、 n 。绕线式电。绕线式电机改变转子附加电阻机改变转子附加电阻R 2 可实现调速。可实现调速。第二章 船舶电机与电力拖动系统22022212)(sXRUsRKT 22022212stXRURKT 电动机起动时的转矩。电动机起动时的转矩。起动时起动时n=0 时时，s=1 st121st,)1(TUUT(2)Tst与与 R2 有关，有关，适当使适当使 R2 Tst 。对绕线式。对绕线式 电机改变转子附加电阻电机改变转子附加电阻 R 2,可使可使Tst=Tmax。体现了电动机带体现了电动机带载起动的能力。载起动的能力。0nOnTNststTTK 起动能力起动能力第二章 船舶电机与电力拖动系统T2 s

20、T2 TT=T2n T T 2达到新的平衡达到新的平衡T20nnTOn第二章 船舶电机与电力拖动系统U Tm U UTst 22022212stXRURKT 2021m2XUKT 202mXRs 0nNUT2nTO第二章 船舶电机与电力拖动系统stTTOn0nR2 Tst n maxT2T22022212stXRURKT 2021m2XUKT 202mXRs 第二章 船舶电机与电力拖动系统 不同场合应选用不不同场合应选用不同的电机。如金属切同的电机。如金属切削，选硬特性电机；削，选硬特性电机；重载起动则选软特性重载起动则选软特性电机。电机。stTTOn0nR2 Tst n maxT2T第二章

21、船舶电机与电力拖动系统3.6 3.6 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动问题：问题：。一般中小型鼠笼式电机起动电流为额定电流的一般中小型鼠笼式电机起动电流为额定电流的5 7 倍倍;电动机的起动电动机的起动 第二章 船舶电机与电力拖动系统 二、三十千瓦以下的异步电动机一般都采用二、三十千瓦以下的异步电动机一般都采用直接起动。直接起动。星形星形-三角形三角形(Y )换接起动换接起动自耦降压起动自耦降压起动(3)转子串电阻起动转子串电阻起动以下介绍降压起动和转子串电阻起动。以下介绍降压起动和转子串电阻起动。第二章 船舶电机与电力拖动系统ZUIll3:Y 星形联结时星形联结时ZUIll3 三三角

22、角形形联联结结时时：Z31Y llII31YlIZlU+U1U2V1V1W1W2 lIlU+ZU1U2V1V2W1W2第二章 船舶电机与电力拖动系统L1L3L2FUU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1动触点动触点Y动触点动触点静触点静触点第二章 船舶电机与电力拖动系统L1L3L2FUU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1UPU1+Ul+U2V1V2W1W2第二章 船舶电机与电力拖动系统 工作工作L1L3L2FUU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1U2Ul+U1V1V2W1W2第二章 船舶电机与电力拖动系统lUU31P(a)仅

23、适用于正常运行为三角形联结的电机。仅适用于正常运行为三角形联结的电机。)(2StUT(b)Y 起动起动 ststTIY 换接起动适合于空载或轻载起动的场合换接起动适合于空载或轻载起动的场合SYtst31TT UlU1W2V2W1+U2V1UP+Ul+U1W2V2W1U2V1第二章 船舶电机与电力拖动系统L1L3L2FUQQ2第二章 船舶电机与电力拖动系统R 12220220)(st2IIRXREIRR滑环滑环电刷电刷定子定子转子转子起动电阻起动电阻 第二章 船舶电机与电力拖动系统R2 Tst 22022212stXRURKT 22RR stTTOn0nmaxT2R2R stT 第二章 船舶电机

24、与电力拖动系统M3M3第二章 船舶电机与电力拖动系统 pfsnsn106011 f=50HzM3+变频调速方法变频调速方法恒转距调速（恒转距调速（f1f1N）3.7 3.7 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速第二章 船舶电机与电力拖动系统变频调速方法可实现无级平滑调速变频调速方法可实现无级平滑调速,调速性调速性能优异，因而正获得越来越广泛的应用。能优异，因而正获得越来越广泛的应用。A1X1A2X2iiP=2A1A2X1X2NNSS第二章 船舶电机与电力拖动系统A1X1A2X2iiP=1 采用变极调速方法的电动机称作双速电机，采用变极调速方法的电动机称作双速电机，由于调速时其转速呈跳跃性变

25、化，因而只用在对由于调速时其转速呈跳跃性变化，因而只用在对调速性能要求不高的场合，如铣床、镗床、磨床调速性能要求不高的场合，如铣床、镗床、磨床等机床上。等机床上。A1A2X1X2SN第二章 船舶电机与电力拖动系统Tn0no22RR2R2R(变转差率调速是绕线式电动机特有的一种调变转差率调速是绕线式电动机特有的一种调速方法。其优点是调速平滑、设备简单投资少，速方法。其优点是调速平滑、设备简单投资少，缺点是能耗较大。这种调速方式广泛应用于各种缺点是能耗较大。这种调速方式广泛应用于各种提升、起重设备中。提升、起重设备中。nnTLTLs sTs2R2Ro第二章 船舶电机与电力拖动系统3.8 3.8 三

26、相异步电动机的制动三相异步电动机的制动制动方法制动方法机械制动机械制动电气制动电气制动能耗制动能耗制动反接制动反接制动发电反馈制动发电反馈制动 在断开三相电源的同时，给电动机其中两相在断开三相电源的同时，给电动机其中两相绕组通入直流电流，直流电流形成的固定磁场与绕组通入直流电流，直流电流形成的固定磁场与旋转的转子作用，产生了与转子旋转方向相反的旋转的转子作用，产生了与转子旋转方向相反的转距（制动转距），使转子迅速停止转动。转距（制动转距），使转子迅速停止转动。第二章 船舶电机与电力拖动系统nF转子转子T n0=0 +-运转运转制动制动RP第二章 船舶电机与电力拖动系统运转运转nFT n0 当电

27、动机转子的转速大于旋转磁场的转速当电动机转子的转速大于旋转磁场的转速时，旋转磁场产生的电磁转距作用方向发生变时，旋转磁场产生的电磁转距作用方向发生变化，由驱动转距变为制动转距。电动机进入制化，由驱动转距变为制动转距。电动机进入制第二章 船舶电机与电力拖动系统动状态，同时将外力作用于转子的能量转换成动状态，同时将外力作用于转子的能量转换成电能回送给电网。电能回送给电网。nF转子转子T n0n n0第二章 船舶电机与电力拖动系统转子一般用鼠笼式转子一般用鼠笼式定子定子定子定子绕组绕组转子转子AA NS3.9 3.9 单相异步电动单相异步电动机机第二章 船舶电机与电力拖动系统 定子绕组产生的脉动磁场

28、定子绕组产生的脉动磁场，可用，可用正、反两个正、反两个旋转磁场合成来等效。即旋转磁场合成来等效。即-+-m=+-=m21 t O第二章 船舶电机与电力拖动系统 +-+-第二章 船舶电机与电力拖动系统02 s121 ss合成转矩合成转矩s01 s22 s21 s1T起动转矩起动转矩为零为零2T正正转转转转反反第二章 船舶电机与电力拖动系统.F鼠笼式转子鼠笼式转子导条及电流导条及电流AA第二章 船舶电机与电力拖动系统第二章 船舶电机与电力拖动系统iAABBA iBtIi sinAmA)90sin(BmB tIi 正弦波形如图所示。正弦波形如图所示。iBiAmIit O第二章 船舶电机与电力拖动系统

29、 45t 0 t ABBAo0 t ABBA 90t 0 t ABBA两相旋转磁场两相旋转磁场450900iBiAmIit O第二章 船舶电机与电力拖动系统ABBiAiBA 12 将开关将开关S合在位置合在位置1，电容，电容C与与B绕组串联，电流绕组串联，电流 iB较较iA超前近超前近90；当；当将将S切换到位置切换到位置2，电容，电容C与与A绕组串联，电流绕组串联，电流iA 较较iB 超超前近前近90。这样就改变了旋转磁。这样就改变了旋转磁场的转向，从而实现电动机的场的转向，从而实现电动机的反转。反转。第二章 船舶电机与电力拖动系统i 1 2定子绕组定子绕组鼠笼式转子鼠笼式转子短路环短路环极掌极掌(极靴极靴)第二章 船舶电机与电力拖动系统罩极式单相异步电动机罩极式单相异步电动机