电工电子技术第五章-磁路及基本应用课件.ppt

1、 第5章 磁路及基本应用磁路及基本应用返回返回目目 录录 5.1 磁路的基本概念磁路的基本概念 5.2 变压器变压器 5.3 电动机电动机 5.4 继电接触控制系统继电接触控制系统磁场的特性可用磁场的特性可用磁感应强度、磁通、磁场强度、磁磁感应强度、磁通、磁场强度、磁磁导率磁导率等几个物理量表示等几个物理量表示。一、磁感应强度一、磁感应强度 与与磁场方向相垂直磁场方向相垂直的单位面积上通过的的单位面积上通过的磁通磁通（磁（磁力线），可表示磁场内某点的力线），可表示磁场内某点的磁场强弱和方向磁场强弱和方向。SI lFBB的的单位单位：特：特斯拉斯拉（T）1T104Gs 的单位：韦伯的单位：韦伯矢

2、量矢量5.1.1 5.1.1 磁场的基本物理量磁场的基本物理量二、磁通二、磁通 磁感应强度磁感应强度B与垂直于磁场方向的面积与垂直于磁场方向的面积S的的乘积乘积，称为称为通过该面积通过该面积的的磁通磁通。如如 磁场内各点的磁感应强度的磁场内各点的磁感应强度的大小相等大小相等，方向相同方向相同，这样的磁场则称为这样的磁场则称为均匀磁场均匀磁场。BS 的单位：的单位：伏伏秒，通称为韦秒，通称为韦 伯伯 Wb 或麦克斯韦或麦克斯韦Mx 1Wb108Mx 三、磁场强度三、磁场强度 磁场强度磁场强度是计算磁场所用的物理量，其大小为是计算磁场所用的物理量，其大小为磁磁感应强度感应强度和和导磁率导磁率之之比

3、比。BHH的单位：安米的单位：安米 的单位：亨米的单位：亨米安培环路定律（全电流定律）：安培环路定律（全电流定律）：磁场中磁场中任何闭合回路任何闭合回路磁场强度的磁场强度的线积分线积分,等于等于通通过这个闭合路径内过这个闭合路径内电流的代数和电流的代数和.即即矢量矢量HI1I2I3电流方向和磁场强度的方向电流方向和磁场强度的方向符合符合右手定则右手定则，电流取，电流取正正；否则否则取取负负。IHdl 在无分支的均匀磁路在无分支的均匀磁路（磁（磁路的材料和截面积相同，各路的材料和截面积相同，各处的磁场强度相等）中，如处的磁场强度相等）中，如环形线圈，安培环路定律可环形线圈，安培环路定律可写成：写

4、成：IxHxNIIxHlHHdlxxx2xxlNIH其中其中l x2 x是是半径为半径为x的圆周长的圆周长Hx是半径是半径 x 处的处的磁场强度磁场强度FNI即线圈匝数与电流的乘积，称即线圈匝数与电流的乘积，称磁通势磁通势 单位为安单位为安 培培（A）四、磁导率四、磁导率 磁导率磁导率 是一个用来表示是一个用来表示磁场媒质磁性磁场媒质磁性和衡量和衡量物物质导磁能力质导磁能力的物理量的物理量。讨论讨论磁场内某一点的磁场强度磁场内某一点的磁场强度H与与 有关吗有关吗？xxxlNIHB 由上两式可知，磁场内某一点的由上两式可知，磁场内某一点的H只与电流大小、只与电流大小、线圈匝数线圈匝数及及该点的几

5、何位置该点的几何位置有关，有关，而与而与 无关无关xxlNIH 真空中的磁导率为常数真空中的磁导率为常数mH/10470一般材料的磁导率一般材料的磁导率 和真空磁导率和真空磁导率 0 0 的比值，称为的比值，称为该物质的相对磁导率该物质的相对磁导率 r r 0r 或或00BBHHr磁性材料非磁性材料11rr返回返回磁性材料的磁性能磁性材料的磁性能 一、高导磁性一、高导磁性 指磁性材料的磁导率很高，指磁性材料的磁导率很高，r r11，使其具有，使其具有被强烈磁化被强烈磁化的特性。的特性。二、磁饱和性二、磁饱和性 当外磁场（或励磁电流）增大到一定值时，磁性当外磁场（或励磁电流）增大到一定值时，磁性

6、材料的全部磁畴的磁场方向都转向与磁场的方向一致，材料的全部磁畴的磁场方向都转向与磁场的方向一致，磁化磁场的磁化磁场的磁感应强度磁感应强度B BJ J达到饱和值达到饱和值。5.1.2 5.1.2 磁性材料的磁性能磁性材料的磁性能高导磁性、磁饱和性、磁滞性、非线性高导磁性、磁饱和性、磁滞性、非线性BBB00BJba磁化曲线磁化曲线B和和 与与H的关系的关系B，BHO 注注当有磁性物质存在当有磁性物质存在时时B与与H不成比例，不成比例，与与I也不成比例也不成比例。三、磁滞性三、磁滞性 当铁心线圈中通有当铁心线圈中通有交变电流交变电流（大小和方向都变化）（大小和方向都变化）时，铁心就受到交变磁化，时，

7、铁心就受到交变磁化，电流变化电流变化时，时，B随随H而变化而变化，当当H已减到零值时已减到零值时，但，但B未回到零未回到零，这种磁感应强度滞，这种磁感应强度滞后于磁场强度变化的性质称磁性物质的磁滞性。后于磁场强度变化的性质称磁性物质的磁滞性。BH123456O磁滞回线磁滞回线剩磁：剩磁：当线圈中当线圈中电流减到电流减到零零（H0），铁心在磁化时所），铁心在磁化时所获的磁性还获的磁性还未未完全消失，这完全消失，这时铁心中所时铁心中所保留保留的磁感应强的磁感应强度称为剩磁感应强度度称为剩磁感应强度Br根据根据磁性能磁性能，磁性材料又可分为，磁性材料又可分为三种三种：软磁材料软磁材料（磁滞回线窄长。

8、常用做磁头、磁心等）、（磁滞回线窄长。常用做磁头、磁心等）、永磁材料永磁材料（磁滞回线宽。常用做永久磁铁）、（磁滞回线宽。常用做永久磁铁）、矩磁材料矩磁材料（磁滞回线接近矩形。可用做记忆元件）。（磁滞回线接近矩形。可用做记忆元件）。返回返回1u2uis一、磁路一、磁路 线圈线圈通入电流通入电流后，产生磁通，分后，产生磁通，分主磁通主磁通 和和漏磁通漏磁通 S。线圈线圈铁心铁心5.1.3 5.1.3 磁路及其基本定律磁路及其基本定律二、磁路的欧姆定律二、磁路的欧姆定律对于环形线圈对于环形线圈lSlBHlNIRmFSlNI磁路的磁路的欧姆定律欧姆定律说明说明F=NI为磁通势为磁通势 Rm为磁阻为磁

9、阻l为磁路的平均长度为磁路的平均长度 S为磁路的截面积为磁路的截面积INR+_EIU磁路与电路对照磁路与电路对照磁路磁路电路电路磁通势磁通势F电动势电动势E磁通磁通 电流电流I磁感应强度磁感应强度B电流密度电流密度J磁阻磁阻Rm电阻电阻RSlRmSlR磁路的计算磁路的计算 在计算电机、电器等的磁路时，要在计算电机、电器等的磁路时，要预先给定铁心预先给定铁心中中的的磁通磁通（或磁感应强度），而后按照所给的（或磁感应强度），而后按照所给的磁通及磁路各段的尺寸和材料去求产生预定磁通所磁通及磁路各段的尺寸和材料去求产生预定磁通所需的磁通势需的磁通势FNI。计算均匀磁路要用磁场强度计算均匀磁路要用磁场强

10、度H，即即NIHl，如磁路由不同的材料、长度和截面积的几段组如磁路由不同的材料、长度和截面积的几段组成，则磁路由磁阻不同的几段串联而成。成，则磁路由磁阻不同的几段串联而成。NIH1 l1H2 l2（H l）如如：由三段串联而成的由三段串联而成的 继电器磁路继电器磁路 B1B0B2H1S1S2S0H2H0Bf（H）Bf（H）Bf（H）l1l2H11H22H0 （H）NI llIl1S2S1l1 1 2 0 l2解解磁路的平均长度为磁路的平均长度为 l（1015）2）39.2cm查铸钢的磁化曲线查铸钢的磁化曲线，当当B0.9T 时时，H1500Am于是于是 H1 l1195A空气隙中的磁场强度为空

11、气隙中的磁场强度为 H0B0 00.9（4 107）7.2105A/m有一环形铁心线圈，其内径为有一环形铁心线圈，其内径为10cm，外径为外径为15cm，铁铁心材料为铸钢。磁路中含有一空气气隙，其长度等于心材料为铸钢。磁路中含有一空气气隙，其长度等于0.2cm0.2cm。设线圈中通有。设线圈中通有1A1A电流，如要得到电流，如要得到0.9T0.9T的磁感应的磁感应强度，试求强度，试求线圈匝数线圈匝数。例题例题5.15.1H0 7.2 105 0.2 10-21440A总磁通势为总磁通势为 NI（H l）H1 l1H0 19514401635线圈匝数为线圈匝数为 NNII1635 若要得到相等的

12、磁感应强度，采用磁导率高的铁若要得到相等的磁感应强度，采用磁导率高的铁心材料，可使线圈的心材料，可使线圈的用铜量用铜量大为大为降低。降低。若线圈中通有同样大小的励磁电流，要若线圈中通有同样大小的励磁电流，要得到相等得到相等的磁通的磁通，采用磁导率高的铁心材料，可使铁心的，采用磁导率高的铁心材料，可使铁心的用用铁量铁量大为大为降低降低 当磁路中含有空气隙时，由于其当磁路中含有空气隙时，由于其磁阻较大磁阻较大，要得要得到相等的磁感应强度到相等的磁感应强度，必须增大励磁电流（必须增大励磁电流（线圈匝线圈匝数一定）数一定）结论结论返回返回一、电磁关系一、电磁关系铁心线圈分为：铁心线圈分为：直流铁心线圈

13、直流铁心线圈和和交流铁心线圈交流铁心线圈uee i铁心线圈的交流电路铁心线圈的交流电路ui（Ni）ee dtdNedtdiLdtdNe5.1.4 5.1.4 交流铁心线圈电路交流铁心线圈电路OL，Li 和和 L 与与 i 的关系的关系注注励磁电流励磁电流 i与与 之间线性关系之间线性关系i 与与 之间不存在线性关系之间不存在线性关系二、电压电流关系二、电压电流关系44.444.4VSfNBfNEUmm铁心中磁感应铁心中磁感应强度的最大值强度的最大值铁心截面积铁心截面积三、功率损耗三、功率损耗铜损铜损 Pcu：线圈电阻：线圈电阻R上的功率损耗。上的功率损耗。铁损铁损 Pfe：在交变磁通的作用下，

14、由磁滞和涡流在交变磁通的作用下，由磁滞和涡流 产生的功率损耗。包括磁滞损耗产生的功率损耗。包括磁滞损耗 Ph 和涡流损耗和涡流损耗 Pe。返回返回变压器的功能变压器的功能：变电压、变电流、变阻抗变电压、变电流、变阻抗 发电厂发电厂1.05万伏万伏输电线输电线22万伏万伏升压升压变电站变电站1万伏万伏降压降压降压降压实验室实验室380/220伏伏降压降压仪器仪器36伏伏降压降压变压器的种类变压器的种类5.2 5.2 变压器变压器 额定电压额定电压 变压器副边开路（空载）时，原、副边绕组允变压器副边开路（空载）时，原、副边绕组允 许的电压值。许的电压值。NNUU21 、额定电流额定电流 变压器满载

15、运行时，原、副边绕组允许的电流值变压器满载运行时，原、副边绕组允许的电流值。NNII21 额定容量额定容量 传送功率的最大能力传送功率的最大能力。NSNNNNNIUIUS2211（理想）（理想）变压器的铭牌数据变压器的铭牌数据（以单相变压器为例）（以单相变压器为例）u1e1e 1 1i 2+e2e 2N2N1u21i2z一、变压器的工作原理一、变压器的工作原理电磁关系电磁关系 原绕组原绕组 副绕组副绕组u1i1（N1 i1）1e1e 1e2 2i2（N2 i2）e 2电压变换电压变换根据根据交流磁路交流磁路的分析可得的分析可得：E14.44fN1 m E24.44fN2 mKNNEEUU212

16、1201空载时副绕空载时副绕组的端电压组的端电压变比变比结论结论：改变匝数比，可得到不同的输出电压改变匝数比，可得到不同的输出电压电流变换电流变换102211NiNiNi由于变压器铁心的导磁率高，空载电流（由于变压器铁心的导磁率高，空载电流（i0）很小，）很小，可忽略。写成相量为可忽略。写成相量为02211NINIKNNII11221结论结论：变压器原、副绕组的电流与匝数成反比变压器原、副绕组的电流与匝数成反比阻抗变换阻抗变换结论结论：变压器原边的等效负载，为副边所带负载乘变压器原边的等效负载，为副边所带负载乘以变比的平方。以变比的平方。22222111IUKIKKUIUZKZ2+u2-+u1

17、-i1i2Z+u1-Zi1R0RLIE（1）匝数比为匝数比为10880021LLRRNN信号源输出功率为信号源输出功率为WRRREPLL5.420如下图：交流信号源的电动势如下图：交流信号源的电动势E120V,内阻内阻R0800 ，负载电阻，负载电阻RL8 （1）当）当RL折算到原边的等效电折算到原边的等效电阻为阻为R0时，求匝数比和信号源输出功率；（时，求匝数比和信号源输出功率；（2）当将）当将负载直接与信号源联接时，信号源输出多大功率？负载直接与信号源联接时，信号源输出多大功率？例题例题5.2（2）当将负载直接接在信号源上时当将负载直接接在信号源上时WP176.0888001202二、变压

18、器的外特性二、变压器的外特性 副边输出电压和输出电流的关系副边输出电压和输出电流的关系 U2 2f（I2 2）U2U20OI2I2NU20：原边加额定电压、原边加额定电压、副边开路时，副边的输副边开路时，副边的输出电压。出电压。变压器的外特性曲线变压器的外特性曲线三、变压器的损耗与效率三、变压器的损耗与效率 变压器的功率损耗包括铁心中的铁损变压器的功率损耗包括铁心中的铁损 Pfe和绕组和绕组上的铜损上的铜损 Pcu。变压器的效率变压器的效率：CuFePPPPPP 2212四、特殊变压器四、特殊变压器ABP1u2u1i2iLR1N2NKNNIIKNNUU112212121自耦变压器自耦变压器电流

19、互感器电流互感器（被测电流被测电流）N1（匝数少匝数少）N2（匝数多匝数多）ARi1i2注意！注意！1.副边副边不能断开不能断开，以防产生高电压，以防产生高电压；2.铁心、低压绕组的铁心、低压绕组的一端接地一端接地，以防在绝缘损，以防在绝缘损坏时，在副边出现过压。坏时，在副边出现过压。电压互感器电压互感器VR N1（匝数多匝数多）保险丝保险丝 N2（匝数少匝数少）u（被测电压被测电压）1.副边副边不能短路不能短路，以防产生过流，以防产生过流；2.铁心、铁心、低压绕组低压绕组的的一端接地一端接地，以防在绝缘损时，以防在绝缘损时，在副边出现高压在副边出现高压。注意！注意！五、变压器绕阻的极性五、变

20、压器绕阻的极性 当电流流入两个线圈当电流流入两个线圈(或或流出）时，若产生的磁通流出）时，若产生的磁通方向相同，则两个流入端方向相同，则两个流入端称为称为同极性端同极性端（同名端同名端）。）。或者说，当铁芯中磁通变或者说，当铁芯中磁通变化（增大或减小）时，在化（增大或减小）时，在两线圈中产生的感应电动两线圈中产生的感应电动势极性相同的两端为势极性相同的两端为同极同极性端性端。123123 123 两绕阻串联两绕阻串联两绕阻并联两绕阻并联若将两绕阻的其中一个线圈若将两绕阻的其中一个线圈反绕反绕，则则1 1和和4 4为为同极性端同极性端注注返回返回容量容量 SN 输出功率输出功率 P2 原边输入功

21、率原边输入功率 P1 输出功率输出功率 P2注意注意：变压器几个功率的关系变压器几个功率的关系NNNIUS11容量容量：21PP 原边输入功率：原边输入功率：cos222IUP 输出功率：输出功率：变压器的变压器的功率因数功率因数变压器的变压器的效率效率F线圈线圈铁心铁心衔铁衔铁电磁铁电磁铁是利用通电的铁心是利用通电的铁心线圈吸引衔铁或保持某种线圈吸引衔铁或保持某种机械零件、工件于固定位机械零件、工件于固定位置的一种电器。置的一种电器。电磁铁吸合过程的分析电磁铁吸合过程的分析：在在吸合吸合过程中若外加电压不变，过程中若外加电压不变，则则 基本不变基本不变mRmRIN 电磁铁吸合前电磁铁吸合前(

22、气隙大）气隙大）大大 起动电流大起动电流大 电磁铁吸合后电磁铁吸合后(气隙小）气隙小）小小 电流小电流小mR电磁铁电磁铁 如果气隙中有异物卡住，电磁铁长时间吸如果气隙中有异物卡住，电磁铁长时间吸不上，线圈中的电流一直很大，将会导致过不上，线圈中的电流一直很大，将会导致过热，把线圈烧坏。热，把线圈烧坏。注意：注意：电磁铁的吸力电磁铁的吸力8100207NSBF气隙截气隙截面积面积气隙气隙磁感应磁感应强度强度交流电磁铁中磁场是交变的，设交流电磁铁中磁场是交变的，设tBBmsin0交流电磁铁交流电磁铁：铁心由硅钢片叠成，可减小铁损；其在铁心由硅钢片叠成，可减小铁损；其在吸合过程中，随着气隙的减小，磁

23、阻减小，线圈的电吸合过程中，随着气隙的减小，磁阻减小，线圈的电感和感抗增大，因而电流逐渐减小。感和感抗增大，因而电流逐渐减小。直流电磁铁直流电磁铁：铁心用整块软钢制成铁心用整块软钢制成；励磁电流仅与线励磁电流仅与线圈电阻有关，不因气隙大小而变。圈电阻有关，不因气隙大小而变。则吸力为：则吸力为：tFFtBfmmm2cos2121sin810227平均值为：平均值为：16102110270NSBFfdtTFmmT返回返回交流电动机交流电动机直流电动机直流电动机鼠笼式鼠笼式绕线式绕线式异步机异步机同步机同步机他励、并励、串励、复励他励、并励、串励、复励电动机：电能转换成机械能电动机：电能转换成机械能

24、发电机：其他形式的能量转换成电能发电机：其他形式的能量转换成电能返回返回5.3 电动机电动机使用电动机驱动生产机械可：使用电动机驱动生产机械可：（1 1）简化生产机械的结构）简化生产机械的结构 （2 2）提高生产效率和产品质量）提高生产效率和产品质量 （3 3）能实现自动控制）能实现自动控制 （4 4）实现远距离操纵）实现远距离操纵 （1 1）基本结构）基本结构 （2 2）工作原理）工作原理 （3 3）机械特性）机械特性 （4 4）起动、制动、反转、调速的基本原理）起动、制动、反转、调速的基本原理 （5 5）应用场合和正确使用）应用场合和正确使用 返回返回鼠笼式鼠笼式绕线式绕线式转子转子返回返

25、回定子（固定部分）定子（固定部分）转子（旋转部分）转子（旋转部分）分为两个基本部分分为两个基本部分：5.3.1 三相异步电动机三相异步电动机 构成：由机座、铁心和定子绕组组成构成：由机座、铁心和定子绕组组成 机座是用铸铁或铸刚制成，铁心由机座是用铸铁或铸刚制成，铁心由 互相绝缘的硅钢片叠成，内圆周表互相绝缘的硅钢片叠成，内圆周表面冲有槽，用以放置对称三相绕组；面冲有槽，用以放置对称三相绕组；对称三相绕组有的联接成星形、有对称三相绕组有的联接成星形、有的联接成三角形的联接成三角形 作用：作用：产生旋转磁场产生旋转磁场 返回返回机座机座定子绕组定子绕组铭牌数据铭牌数据出线端子出线端子返回返回返回返

26、回鼠笼式电动机构造简单、价格低鼠笼式电动机构造简单、价格低廉、工作可靠、使用方便廉、工作可靠、使用方便 构成构成：由铁心和绕组两部分构成：由铁心和绕组两部分构成 铁心也用硅钢片叠成，表面冲有槽，铁心也用硅钢片叠成，表面冲有槽，装在转轴上，轴上加机械负载；因绕组装在转轴上，轴上加机械负载；因绕组不同，可分为鼠笼式和绕线式两种。不同，可分为鼠笼式和绕线式两种。作用作用：在旋转磁场作用下，产生感：在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电流。应电动势或电流。返回返回鼠笼式转子鼠笼式转子转轴转轴轴承轴承转子转子返回返回返回返回返回返回绕线式转子绕线式转子 铁心铁心绕组绕组转轴转轴返回返回三相异步电动机的工作

27、原理三相异步电动机的工作原理返回返回vlBe（右手定则右手定则）（左手定则左手定则）ilBfn0neiNSfB:磁感应强度磁感应强度v:切割速度切割速度l:导线长导线长磁极旋转磁极旋转导线切割磁力线产生感应电动势导线切割磁力线产生感应电动势闭合导线产生电流闭合导线产生电流通电导线在磁场中受力通电导线在磁场中受力返回返回 1.线圈跟着磁铁转线圈跟着磁铁转 两者转动方向一致两者转动方向一致异步异步 2.线圈比磁场转得慢线圈比磁场转得慢0nn返回返回旋转磁场旋转磁场240sin120sinsintIitIitIimCmBmA1.旋转磁场的产生旋转磁场的产生 在三相异步电动机的定子铁心中放有三相对在三

28、相异步电动机的定子铁心中放有三相对称绕组，在该三相对称绕组中通入三相对称交流称绕组，在该三相对称绕组中通入三相对称交流电流，就可产生一电流，就可产生一“旋转磁场旋转磁场”代替演示实验中代替演示实验中的磁铁的磁铁返回返回0tAXYCBZAiBiCimItBiAXBYCZAiCi合成磁场方向：合成磁场方向：向下向下参考方向：绕组参考方向：绕组始端到末端的方始端到末端的方向向返回返回 60tAXYCBZSN0n60A120tXYCBZ0n同理分析，可得同理分析，可得其它电流角度下其它电流角度下的磁场方向的磁场方向AiBiCitmI返回返回 可见，当定子绕组中通入三相电流后，它可见，当定子绕组中通入三

29、相电流后，它们共同产生的合成磁场是随着电流的交变而在们共同产生的合成磁场是随着电流的交变而在空间不断地旋转着，这就是旋转磁场。空间不断地旋转着，这就是旋转磁场。2.旋转磁场的转向旋转磁场的转向 当当通入定子绕组的三相电流的相序为通入定子绕组的三相电流的相序为A-B-CA-B-C时，旋转磁场的转向与这个顺序是一致的，可见时，旋转磁场的转向与这个顺序是一致的，可见磁场的转向与定子绕组中的电流相序有关。磁场的转向与定子绕组中的电流相序有关。取决于三相电流的相序。取决于三相电流的相序。返回返回改变电机旋转方向的方法：换接其中两相改变电机旋转方向的方法：换接其中两相AiBiCimItAiCiBimIt返

30、回返回3.旋转磁场的极数旋转磁场的极数BiAXBYCZAiCi 此种接法下，绕组的始端之间相差120度空间角，合成磁场只有一对磁极，则极对数为1。AXYCBZNS旋转磁场的极数和三相绕组的安排有关旋转磁场的极数和三相绕组的安排有关即即：P=1返回返回CYABCXYZAXBZAiBiCi 将每相绕组分成两段，按右下图放入定子槽内，绕组的始端之间相差60度空间角，形成的磁场则是两对磁极。AXX ANSSNZCZCBY BY即即：P=2返回返回4.4.旋转磁场的转速旋转磁场的转速AXYCBZNSAXYCBZNS0nAXYCBZSN60AiBiCimIt 旋转磁场的转速决定于磁场的极数，在一对极的情况

31、下，当电流交变一次时，磁场恰好在空间旋转了一周。N0=60f（转/分）返回返回XNSASNZBX AYCZ BCY0t 60t A0nAZXXC ZCSNSN30 旋转磁场具有旋转磁场具有两对两对极极时，当电流从时，当电流从tt=0=0到到tt=60=60经历了经历了6060时，时，磁场在空间仅旋转了磁场在空间仅旋转了3030。比比P P=1=1时转速慢了一半，时转速慢了一半，即：即：N0=60f/2（转/分）返回返回 所以，旋转磁场的所以，旋转磁场的转速转速n0 0决定于决定于电流频率电流频率f1 1和磁场的和磁场的极对数极对数P，可推出：，可推出：2p180分）转/(50011p360分）

32、转/(0003极对数极对数每个电流周期每个电流周期磁场转过的空间角度磁场转过的空间角度同步转速同步转速)Hz50(f0n3p120分）转/(0001n分）转/(600pfn 返回返回5.5.电动机转速和旋转磁场同步转速的关系电动机转速和旋转磁场同步转速的关系电动机转速电动机转速:n电机转子转动方向与磁场旋转的方向一致，电机转子转动方向与磁场旋转的方向一致，但但 异步电动机异步电动机0nn无转距无转距转子与旋转磁场间没有相对运动转子与旋转磁场间没有相对运动无转子电动势（转子导体不切割磁力线）无转子电动势（转子导体不切割磁力线）无转子电流无转子电流提示提示：如果如果0nn 返回返回电动机的转动原理

33、电动机的转动原理 在电动机定子绕组中通入三相对称交流电流后，产生旋转磁场。旋转磁场的磁力线切割转子导条，导条中就感应出电动势。在电动势的作用下，闭合的导条中就有电流，该电流与旋转磁场相互作用，使转子导条受到电磁力作用。由电磁力产生电磁转矩，转子就转动起来。返回返回异步电机运行中异步电机运行中:%91s转差率：转差率：电动机起动瞬间电动机起动瞬间:1 ,0sn（转差率最大转差率最大）转差率转差率%10000nnns同步转速：同步转速：旋转磁场的转速旋转磁场的转速返回返回1.1.三相异步电动机的三相异步电动机的“电磁电磁”关系关系 三相异步电动机的电路分析三相异步电动机的电路分析 ：主磁通产生主磁

34、通产生的感应电动势的感应电动势。e1e2、：漏磁通产漏磁通产生的感应电动势生的感应电动势。e 1e 2、dtdNeeeRiu1111111 2.2.定子电路定子电路i2定子电路定子电路R1R2i1u1e1e 1e2e 2转子电路转子电路定子绕组相当于变压器原边绕组，转子绕组相当于副绕组定子绕组相当于变压器原边绕组，转子绕组相当于副绕组。返回返回tNum1111cos设：设：tsin1m11112 fNNUmmmmNfUUE1111144.42设：设：返回返回2f取决于转子和旋转磁场的相对速度取决于转子和旋转磁场的相对速度1000026060SfPnnnnPnnf（1）转子频率转子频率（2）转子

35、电动势转子电动势mmNSfNfE2122244.444.43.3.转子电路转子电路：转子线圈匝数转子线圈匝数2N：转子感应电动势的频率转子感应电动势的频率2f返回返回其中其中202122222SXLSfLfX202122244.444.4SENSfNfEmm（4）转子功率因数转子功率因数 （3）转子电流转子电流2202220222222)(SXRSEXREI220222222222)(cosSXRRXRR返回返回电磁转矩电磁转矩：转子中各载流导体在旋转磁场的作用下转子中各载流导体在旋转磁场的作用下,受到电受到电 磁力所形成的转距之总和磁力所形成的转距之总和。22cosIKTmT转矩与机械特性转

36、矩与机械特性 TK常数常数m每极磁通每极磁通2I转子电流转子电流2转子电路的功率因数转子电路的功率因数即即返回返回22cosIKTmT22022202)(SXRSEI2202222)(cosSXRRmNfU11144.4其中其中：代入可得代入可得21220222)(UsXRsRKT返回返回机械特性曲线机械特性曲线 由转矩公式由转矩公式得特性曲线得特性曲线：Ts10n0Tn 一定的电源电压和转子电阻之下，转矩与转一定的电源电压和转子电阻之下，转矩与转差率的关系曲线或转速与转矩的关系曲线差率的关系曲线或转速与转矩的关系曲线21220222)(UsXRsRKT返回返回NT（1 1）额定转矩）额定转矩

37、 ：电动机在额定电压下，以额电动机在额定电压下，以额定转速定转速 运行，输出额运行，输出额定功率定功率 时，电动机转轴时，电动机转轴上输出的转矩。上输出的转矩。2PNn（牛顿（牛顿米）米）n0TnNTnN)/()(955060222分转千瓦NNNnPnPT返回返回 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。常用特常用特性段性段n0nT 自适应负载能力是自适应负载能力是电动机区别于其它动力机械的重要电动机区别于其它动力机械的重要特点。（如：柴油机当负载增加时，必须由操作者加大特点。（如：柴油机当负载增加时，必须由操作者加大油门，才能带动新的负载。）油门，才能带动新的

38、负载。）TISnTL2 直至新的平衡。此过程中，时，电源提供的功率自动增加。2 I1 I返回返回硬特性：负载变化时，转速变化不大，运行特性好。硬特性：负载变化时，转速变化不大，运行特性好。软特性：负载增加转速下降较快，但起动转矩大，起软特性：负载增加转速下降较快，但起动转矩大，起 动特性好。动特性好。硬特性 （R2小）小）软特性（R2大）大）0Tn 不同场合应选用不同的电动机。如金属切削，选硬特不同场合应选用不同的电动机。如金属切削，选硬特性电机；重载起动则选软特性电动机性电机；重载起动则选软特性电动机。返回返回 如果如果 电机将会电机将会因带不动负载而停转因带不动负载而停转。maxTTL（2

39、 2）最大转矩）最大转矩 ：maxT电机带动最大负载的能力电机带动最大负载的能力。n0TnmaxT求求解解0ST2021max21XKUT21220222)(UsXRsRKT返回返回过载系数过载系数：三相异步机三相异步机2.28.1 （1）三相异步机的三相异步机的 和电压的平方成正比，所和电压的平方成正比，所以对电压的波动很敏感，使用时要注意电压的变化以对电压的波动很敏感，使用时要注意电压的变化。maxT 工作时，一定令负载转矩工作时，一定令负载转矩 ，否则，否则电机将停转。致使电机将停转。致使maxTTL（2）NTTmax电机严重过热电机严重过热120 IIn返回返回stT（3）起动转矩起动

40、转矩 电动机起动时的转矩。电动机起动时的转矩。n0TnstT21220222)(UsXRsRKT0n1)(s 其中其中LstTT stT体现了电动机带载起动的能力。若体现了电动机带载起动的能力。若 电机能电机能起动，否则将起动不了起动，否则将起动不了。则则21220222)(UXRRKTst返回返回 结论结论：21220222)(UsXRsRKT1U0Tn0)0(nns返回返回R2的的 改变改变 ：鼠笼式电动机转子导条的金属材料不同鼠笼式电动机转子导条的金属材料不同 绕线式电动机外接电阻不同绕线式电动机外接电阻不同 21220222)(UsXRsRKT0ST令：令：得：得：202XRSm2 R

41、0Tn2RmsmsstTstT 返回返回三相异步机的使用三相异步机的使用stI（1）起动电流起动电流 ：中小型鼠笼式电机起动电流为额定电流的中小型鼠笼式电机起动电流为额定电流的5-7 5-7 倍。倍。0n原因：原因：起动时起动时 ，转子导条切割磁力线速度很大。，转子导条切割磁力线速度很大。定子电流定子电流转子感应电势转子感应电势转子电流转子电流三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动1.起动性能起动性能返回返回B 大电流使电网电压降低大电流使电网电压降低 A 频繁频繁起动时造成热量积累起动时造成热量积累 影响影响：（2）起动转矩起动转矩 起动时，虽然转子电流较大，但因转子的功起动时，虽然转子电

42、流较大，但因转子的功率因数很低，因此起动转矩并不是很大的，与额率因数很低，因此起动转矩并不是很大的，与额定转矩之比为定转矩之比为1.0-2.21.0-2.2。如果起动转矩如果起动转矩过小过小，就不能满载起动，应设，就不能满载起动，应设法提高；如果起动转矩法提高；如果起动转矩过大过大，会使传动机构受到，会使传动机构受到冲击而损坏，应设法减小。冲击而损坏，应设法减小。电机过热电机过热影响其他负载工作影响其他负载工作返回返回2.2.三相异步机的起动方法：三相异步机的起动方法：（1）直接起动直接起动 20-3020-30千瓦以下的异步电动机一般采用直接起动千瓦以下的异步电动机一般采用直接起动。（2）降

43、压起动降压起动 在起动时降低加在电动机定子绕组上的电压，以减小起动电流，鼠笼式电动机常用的降压起动方法有Y换接起动和自耦降压起动。方法简单，但起动电流较大，影响电网上其他负载正常工作。返回返回Y 起动起动 正常正常运行运行lUAZBYXClI 起动起动ABCXYZlUlYIZUIllY33ZUIll设：设：电机每相阻抗为电机每相阻抗为z返回返回PPUU31（2）Y 起动应注意的问题：起动应注意的问题：（1）仅适用于仅适用于正常正常接法为三角形接法的电动机接法为三角形接法的电动机。Y 起动时，起动电流减小的同时，起动转起动时，起动电流减小的同时，起动转矩也减小了。矩也减小了。所以降压起动适合于所

44、以降压起动适合于空载或轻载空载或轻载起动的场合起动的场合返回返回RRR绕线式转子绕线式转子1222202202)(IIRXREIst（3 3）转子串电阻起动（绕线式电动机）。）转子串电阻起动（绕线式电动机）。起动时将适当的起动时将适当的R R串入转子绕组中，串入转子绕组中，起动后将起动后将R R 短路。短路。返回返回转子串电阻起动的特点：转子串电阻起动的特点：适于转子为适于转子为绕线式绕线式的电动机起动。的电动机起动。（1）（2）R2选的适当，转子串电阻既可以降低选的适当，转子串电阻既可以降低起动电流起动电流，又可以增加又可以增加起动转矩起动转矩。常用于要求起动转矩较大。常用于要求起动转矩较大

45、 的生产机械上，如卷扬机、锻压机、起重机等的生产机械上，如卷扬机、锻压机、起重机等。0Tn2R2R22RR返回返回方法：方法：和电源相接的任意两相和电源相接的任意两相互换互换，就可实现，就可实现反转反转。三相异步电动机的正、反转三相异步电动机的正、反转正转正转反转反转A B CM3电电 源源ABCM3电电 源源返回返回 1.反接制动反接制动 停车时，将电动机接到电源的三根线中的任意两根的一端对调位置，使旋转磁场反向旋转，电动机的转矩方向与电动机原来的旋转方向相反，起制动的作用。三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动 反接制动时，定子旋转磁场与转子的相对转速很大。即切割磁力线的速度很大，造成转

46、子电流增大，引起定子电流增大。为限制电流，在制动时要在定子或转子中串电阻简单、效果好简单、效果好但能量消耗大但能量消耗大返回返回2.能耗制动能耗制动：停车时，断开交流电源，接至直流停车时，断开交流电源，接至直流 电源上，产生制动转矩。电源上，产生制动转矩。制动转矩的大小与直流电流的大小有关制动转矩的大小与直流电流的大小有关直流电流的大小一般为电动机额定电流直流电流的大小一般为电动机额定电流的的0.5-10.5-1倍倍制动能量消耗小制动能量消耗小制动平稳，但需制动平稳，但需要直流电源要直流电源M3+-运行运行制动制动n F转子转子返回返回 3.发电反馈制动发电反馈制动：当电动机转子的转速超过旋转

47、磁场的同步转速当电动机转子的转速超过旋转磁场的同步转速时，这时的转矩也是制动转矩时，这时的转矩也是制动转矩。n Fno当起重机快速下放重物时当起重机快速下放重物时当多速电动机从高速调到当多速电动机从高速调到低速的过程中低速的过程中电动机已转入发电机运行，将重电动机已转入发电机运行，将重物的位能转换为电能而反馈到电物的位能转换为电能而反馈到电网里去，所以称为发电反馈制动网里去，所以称为发电反馈制动返回返回三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速1.改变极对数改变极对数 有级调速有级调速。p2.改变转差率改变转差率 s无级调速无级调速调速方法调速方法：pfsnsn106011适用于绕线式电动机方法

48、：方法：在绕线式电动机的转子电路中接入调在绕线式电动机的转子电路中接入调速电阻，改变电阻的大小，就可得到平滑调速电阻，改变电阻的大小，就可得到平滑调速。速。返回返回3.变频调速变频调速 此种调速方法发展很快，且调速性能较好。其主此种调速方法发展很快，且调速性能较好。其主要环节是研制变频电源（常由整流器、逆变器等组要环节是研制变频电源（常由整流器、逆变器等组成）。成）。恒转矩调速恒转矩调速：低于额定转速时，保持低于额定转速时，保持U1/f1的比值近似不变，这时磁通的比值近似不变，这时磁通和转矩也都和转矩也都近似不变。近似不变。恒功率调速恒功率调速：高于额定转速时，应保持高于额定转速时，应保持U1

49、=U1N，这时磁通，这时磁通和转矩都减小。转速和转矩都减小。转速增大，转矩减小，使功率近似不变。增大，转矩减小，使功率近似不变。无级调速无级调速返回返回1.型号型号 Y 132M4 分）转/(600pfn 转差率转差率0.04 150014401500s铭牌数据铭牌数据2.转速转速:电机轴上的转速电机轴上的转速（n)。如：如：n=1440 转转/分分磁极数磁极数(极对数极对数 p=2)同步转速同步转速15001500转转/分分Y：三相异步电动机三相异步电动机132132：机座中心高：机座中心高（132mm）M：机座长度代号，机座长度代号，M-中机座；中机座；S-短机座，短机座，L-长机座。长机

50、座。返回返回3.接法接法：Y/接法接法 Y 接法接法：W2U2V2U1V1W1V1W1U1U2V2W2指定子三相绕组的接法 接法接法：U2U1W2V1V2U1W2U2V1V2W1W1W2U2V2V1W1U1返回返回4.电压电压：一般规定电动机的运行电压不能高于或低于一般规定电动机的运行电压不能高于或低于额定值的额定值的5 5。例例：380/220 Y/380/220 Y/是指：线电压为是指：线电压为380V380V时采用时采用Y Y接法；接法；当线电压为当线电压为220V220V时采用时采用 接法接法。指电动机在额定运行状态时定子绕组上的指电动机在额定运行状态时定子绕组上的线电压值线电压值.当