1、第第1515章章 电机与电气控制技术电机与电气控制技术15.1 15.1 磁路与变压器磁路与变压器15.2 15.2 异步电动机异步电动机* *15.3 15.3 同步电动机同步电动机* *15.4 15.4 直流电动机直流电动机* *15.5 15.5 控制电机控制电机15.6 15.6 电气控制技术基础电气控制技术基础15.1 15.1 磁路与变压器磁路与变压器1 1 磁路基础与磁路定律磁路基础与磁路定律2 2 变压器的工作原理变压器的工作原理3 3 变压器的使用变压器的使用4 4 特殊变压器简介特殊变压器简介磁路：主磁通所经过的闭合路径。构成磁路的重磁路：主磁通所经过的闭合路径。构成磁路
2、的重 要材料是铁磁性材料。要材料是铁磁性材料。1u2uis1.1.磁路基础与磁路基本定律磁路基础与磁路基本定律1 1） 磁路基础磁路基础 线圈通入电流后，产线圈通入电流后，产生磁通，分主磁通和漏生磁通，分主磁通和漏磁通。磁通。s：主磁通主磁通：漏磁通漏磁通铁心铁心（导磁性能好（导磁性能好 的磁性材料的磁性材料）线圈线圈2 2） 磁路计算中的基本物理量磁路计算中的基本物理量一、磁感应强度一、磁感应强度 （磁通密度）（磁通密度） 与磁场方向相垂直的单位面积上通过的磁通与磁场方向相垂直的单位面积上通过的磁通（磁力线）。（磁力线）。SB单位：韦伯单位：韦伯1 Tesla = 104 高斯高斯B 的单位
3、的单位：特斯拉特斯拉（Tesla）二、磁导率二、磁导率：表征各种材料导磁能力的物理量表征各种材料导磁能力的物理量（亨亨/ /米米）70104 真空中的磁导率真空中的磁导率( )为常数为常数0一般材料的磁导率一般材料的磁导率 和真空中的磁导率之比，和真空中的磁导率之比，称为这种材料的相对磁导率称为这种材料的相对磁导率r0r1r，则称为磁性材料则称为磁性材料1r，则称为非磁性材料则称为非磁性材料三、磁场强度三、磁场强度 H H 磁场强度是计算磁场所用的物理量，其大小为磁磁场强度是计算磁场所用的物理量，其大小为磁感应强度和导磁率之比。感应强度和导磁率之比。BH 单位：单位：B ：特斯拉特斯拉：亨亨/
4、 /米米H：安安/ /米米 磁性材料的磁性能：磁性材料的磁性能： 1.1.非线性非线性大大小小BH)(I) 2.2.磁饱和性磁饱和性HB 根据磁性能，磁性材料又可分为三种：软磁材料根据磁性能，磁性材料又可分为三种：软磁材料（磁滞回线窄长。常用做磁头、磁心等）、永磁材料（磁滞回线窄长。常用做磁头、磁心等）、永磁材料（磁滞回线宽。常用做永久磁铁）、矩磁材料（滞回（磁滞回线宽。常用做永久磁铁）、矩磁材料（滞回 线接近矩形。可用做记忆元件）。线接近矩形。可用做记忆元件）。 3. 3. 磁滞性磁滞性BHBrHc一一. . 安培环路定律（全电流律）：安培环路定律（全电流律）：3 3 磁路的基本定律磁路的基
5、本定律 磁场中任何闭合回路磁场强度的线积分磁场中任何闭合回路磁场强度的线积分, ,等于等于通过这个闭合路径内电流的代数和通过这个闭合路径内电流的代数和. .HI1I2I3IldH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右手定则，电流取正；符合右手定则，电流取正；否则取负。否则取负。HLNI 在无分支的均匀磁路在无分支的均匀磁路（磁路的材料和截面积相同，（磁路的材料和截面积相同，各处的磁场强度相等）中，安培环路定律可写成：各处的磁场强度相等）中，安培环路定律可写成：磁路磁路长度长度L L线圈线圈匝数匝数N NIHL：称为磁压降。称为磁压降。NINI：称为磁动势。一般称为磁动势。一般
6、用用 F F 表示。表示。F=NIHLNI总磁动势总磁动势 在非均匀磁路在非均匀磁路（磁路的材料或截面积不同，或磁场（磁路的材料或截面积不同，或磁场强度不等）中，强度不等）中，总磁动势等于各段磁压降之和。总磁动势等于各段磁压降之和。00lHIHNI例：例：INl0l对于均匀磁路对于均匀磁路 LSLBHLNI磁路中的磁路中的欧姆定律欧姆定律二二. . 磁路的欧姆律：磁路的欧姆律：则：则： mRLSNIFINSL注：由于磁性材料注：由于磁性材料 是非线性的，磁路欧姆定律多用作定性是非线性的，磁路欧姆定律多用作定性 分析，不做定量计算。分析，不做定量计算。slRm令：令：Rm 称为磁阻称为磁阻磁路和
7、电路的比较（一）磁路和电路的比较（一）磁磁路路电电路路磁通磁通INR+_EI磁压降磁压降HL磁动势磁动势INF 电动势电动势电流电流电压降电压降UEIU基本定律基本定律mRF 磁阻磁阻SlRm磁感应磁感应强度强度SB 安培环路安培环路定律定律HLNI0磁磁 路路IN欧姆定律欧姆定律电阻电阻电流电流强度强度基氏基氏电压定律电压定律基氏基氏电流定律电流定律0IUEREI SlRSIJ磁路与电路的比较磁路与电路的比较 ( (二二) )电电 路路R+_EI励磁电流：励磁电流：在磁路中用来产生磁通的电流在磁路中用来产生磁通的电流励磁电流励磁电流直流直流 - - 直流磁路直流磁路 交流交流 - - 交流磁
8、路交流磁路磁路分析磁路分析直流磁路直流磁路交流磁路交流磁路4 4 磁路的分析磁路的分析RUI IU一一. .直流磁路的分析直流磁路的分析直流磁路的特点直流磁路的特点:直流磁路和电路中的恒压源类似直流磁路和电路中的恒压源类似直流电路中直流电路中REI E 固定固定I 随随 R R 变化变化mR随随 变化变化 直流磁路中直流磁路中mRF F 固定固定 U一定一定I一定一定磁动势磁动势 F=IN 一定一定)(mRF 磁通和磁阻成反比磁通和磁阻成反比（线圈中没有反电动势线圈中没有反电动势）（R 为线圈的电阻为线圈的电阻）电路方程：电路方程：dtdNRieeuulR)()(一般情况下一般情况下 很小很小
9、RudtdNu 交流交流激励激励 线圈中产生感应电势线圈中产生感应电势二二. . 交流磁路的分析交流磁路的分析：主磁通：主磁通：漏磁通漏磁通uLeei的感应电势的感应电势 和和 产生产生假设假设tmsin则则tfNtNummcos2cos最大值最大值mmfNU2有效值有效值mmfNUU44.42dtdNu uLeeimNfU44.4uLeeimRIN m一定时磁动势一定时磁动势ININ随磁阻随磁阻 的变化而变化的变化而变化。mR当外加电压当外加电压U U、频率、频率 f f 与与线圈匝数线圈匝数N N一定时，一定时， 便便确定下来。根据磁路欧姆确定下来。根据磁路欧姆定律定律 当当 m 交流磁路
10、的特点交流磁路的特点: :交流磁路和电路中的恒流源类似交流磁路和电路中的恒流源类似直流磁路中：直流磁路中：mRF 固定固定mRF随随 变化变化直流电路中直流电路中：RIUS IS固定固定U 随随 R R 变化变化交流磁路中磁阻交流磁路中磁阻 对电流的影响对电流的影响mR电磁铁吸合过程的分析：电磁铁吸合过程的分析： 在吸合过程中若外加电压在吸合过程中若外加电压不变不变, , 则则 基本不变。基本不变。iumRmRIN 电磁铁吸合前电磁铁吸合前( (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 如果气隙中有异物卡住，电磁铁长时
11、间吸不上，线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，将会导致过热，把线圈烧坏。圈中的电流一直很大，将会导致过热，把线圈烧坏。 注意：注意：RUI (U不变不变，I不变不变）mRIN mRIN ( I 随随 Rm 变化变化）fNUm44. 4m（ U不变时不变时， 基本不变基本不变）直流磁路直流磁路交流磁路交流磁路磁路磁路小结小结（随随Rm变化变化）变压器功能：变压器功能：变电压：变电压：电力系统电力系统 变阻抗：变阻抗：电子电路中的阻抗匹配电子电路中的阻抗匹配 （如喇叭的输出变压器）（如喇叭的输出变压器） 变电流：变电流：电流互感器电流互感器 2) 2) 变压器的工作原
12、理变压器的工作原理 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 变压器应用举例降压降压实验室实验室380 / 220伏伏降压降压仪器仪器36伏伏降压降压单相变压器单相变压器1u2uLR1i2i 变压器的基本结构和工作原理变压器的基本结构和工作原理铁芯铁芯原边原边绕组绕组副边副边绕组绕组一一. .结构：结构：1u2uLR1i2i1u1i2u2iLR变压器符号变压器符号：2211iuiu工作过程工作过程：空载运行空载运行 ：原边接入电源，副边开路。：原边接入电源，副边开路。接上接上交流电源交流电源1u 原边电流原边电流 i i1 1等等 于励于励 磁
13、电流磁电流 i i1010 dtdNedtdNe2211 产生感应电动势产生感应电动势二二. . 工作原理工作原理1u2e1i1e1N2N i i1010 产生磁通产生磁通 （交变交变）（ 方向符合右手定则方向符合右手定则）、e结论：改变匝数比，就能改变输出电压。结论：改变匝数比，就能改变输出电压。KNNEEUU212121K为变比为变比10i1u20u2i1e2e原、副边电压关系原、副边电压关系mmNfENfE221144.444.4根据交流磁路的分析根据交流磁路的分析可得：可得：202uu 02i时时 （变电压变电压）负载运行负载运行1u2e1i1e1N2NZ2i 副边带负载后对磁路的副边
14、带负载后对磁路的影响：在副边感应电压的影响：在副边感应电压的作用下，副边线圈中有了作用下，副边线圈中有了电流电流 i i2 2 。此电流在磁路中此电流在磁路中也会产生磁通，从而影响原边电流也会产生磁通，从而影响原边电流 i i1 1。但当外加电但当外加电压、频率不变时，铁芯中主磁通的最大值在变压器空压、频率不变时，铁芯中主磁通的最大值在变压器空载或载或有负载时基本不变有负载时基本不变 。带负载后带负载后磁动势的平衡关系为：磁动势的平衡关系为：)44. 4(11mNfU NiNiNi102211KNNII11221结论：原、副边电流与匝数成反比结论：原、副边电流与匝数成反比1102211NiNi
15、Ni 由于变压器铁芯材料的导磁率高、空载励磁电流由于变压器铁芯材料的导磁率高、空载励磁电流 很小，可忽略很小，可忽略 。即。即：02211NINI)(10i原、副边电流关系原、副边电流关系 （变电流变电流）2211NINI （变阻抗变阻抗）1i1u2u2iLR1N2N原、副边阻抗关系原、副边阻抗关系LLRKR222IURL从原边等效：从原边等效：22222211KRKIUKIKUIURLL结论：变压器原边的等效负载，为副边所带负载乘以结论：变压器原边的等效负载，为副边所带负载乘以 变比的平方。变比的平方。 阻抗变换举例：阻抗变换举例：扬声器上如何得到最大输出功率扬声器上如何得到最大输出功率i1
16、uRsRL信号源信号源设：设：信号电压的有效值信号电压的有效值: :U1= 50V;信号内阻：信号内阻： Rs=100 ;负载为扬声器，其等负载为扬声器，其等 效电阻效电阻：RL=8 。求：负载上得到的功率求：负载上得到的功率解：（解：（1 1）将负载直接接到信号源上得到的输出功率为：）将负载直接接到信号源上得到的输出功率为： W)(7 . 181085022LLSRRRUpL1i1u2u2iLR1N2NRs（2 2）将负载通过变压器接到信号源上。）将负载通过变压器接到信号源上。输出功率为输出功率为：W25. 698981005022LLSLRRRUp设变比设变比 1:5 . 321NNK98
17、85 . 32LR则：则：结论：由此例可见加入变压器以后，输出功率提高了结论：由此例可见加入变压器以后，输出功率提高了 很多。原因是满足了电路中获得最大输出的条很多。原因是满足了电路中获得最大输出的条 件（信号源内、外阻抗差不多相等）。件（信号源内、外阻抗差不多相等）。 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。NSNN
18、NNNIUIUS2211（理想理想）1 1 变压器的铭牌数据（以单相变压器为例）变压器的铭牌数据（以单相变压器为例） 3 ) 3 ) 变压器的使用变压器的使用容量容量 S SN N 输出功率输出功率 P P2 2 原边输入功率原边输入功率 P P1 1 输出功率输出功率 P P2 2注意：变压器几个功率的关系注意：变压器几个功率的关系效率效率变压器功变压器功率因数率因数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： 2 2 变压器的效率变压器的效率( ( ) )为防止涡流损失，铁芯为防止涡流损失，铁芯一般由一片片导磁材料一般由一片片导磁
19、材料叠合而成。叠合而成。 变压器的损耗包括两部分：变压器的损耗包括两部分：铜损铜损 ( (P PCUCU) ) ：绕组导线电阻所致。绕组导线电阻所致。磁滞损失：磁滞现象引起铁芯发热，磁滞损失：磁滞现象引起铁芯发热， 造成的损失。造成的损失。涡流损失：交变磁通在铁芯中产生涡流损失：交变磁通在铁芯中产生 的感应电流（涡流），的感应电流（涡流）， 造成的损失。造成的损失。铁损铁损( )：PFE1112PPPPPPFECU3 3 变压器的外特性变压器的外特性副边输出电压和输出电流的关系。即：副边输出电压和输出电流的关系。即：)(22IfU U2I2U20U20：原边加额定电压、原边加额定电压、副边开路
20、时，副边的输副边开路时，副边的输出电压。出电压。一般供电系统希望要硬特性（随一般供电系统希望要硬特性（随I I2 2的变化，的变化，U U2 2 变化不多）变化不多） 当电流流入两个线圈当电流流入两个线圈( (或流出）时，若产生的磁通方或流出）时，若产生的磁通方向相同，则两个流入端称为同极性端（同名端）。或者向相同，则两个流入端称为同极性端（同名端）。或者说，当铁芯中磁通变化（增大或减小）时，在两线圈中说，当铁芯中磁通变化（增大或减小）时，在两线圈中产生的感应电动势极性相同的两端为同极性端。产生的感应电动势极性相同的两端为同极性端。同极性端同极性端(同名端同名端)AXax*4 4 变压器绕组极
21、性及连接方法变压器绕组极性及连接方法AXax*电器使用时两种电压电器使用时两种电压（220V/110V）的切换：的切换：220V： 联结联结 2 3110V： 联结联结 1 3，2 4线圈的接法线圈的接法1324*220V：联结联结 2 3mNfU)2(44. 4220励磁励磁mNi210NfUm244. 4220两种接法下线圈工作情况的分析两种接法下线圈工作情况的分析*1324NN10i220U110V：联结联结 1 3，2 4NfUm244. 4220mNfU)(44. 4110NfUm44.41101,32,4220V：联结联结 2 31324*110U10i说明：两种接法下说明：两种接
22、法下 不变，不变， 所以铁芯磁路的设计相同所以铁芯磁路的设计相同m励磁励磁mNi10问题问题1 1：在在110V110V 情况下，如果只用一个绕组（情况下，如果只用一个绕组（N N），行不行？），行不行？答：答：不行（两绕组必须并绕）不行（两绕组必须并绕） 原边有两个相同绕组的电源变压器原边有两个相同绕组的电源变压器（220 / 110220 / 110），），使用中应注意的问题：使用中应注意的问题：*1324NN220i220U1,32,4110iN若两种接法铁芯中的磁通相等，则：若两种接法铁芯中的磁通相等，则： Ni2220Ni11021110220ii问题问题2 2：如果两绕组的极性端接
23、错，结果如何？如果两绕组的极性端接错，结果如何？结论：结论：在极性不明确时，一定要先测定极性再通电。在极性不明确时，一定要先测定极性再通电。答：答：有可能烧毁变压器有可能烧毁变压器两个线圈中的磁通抵消两个线圈中的磁通抵消烧毁烧毁感应电势感应电势0e电流电流 很大很大11Rui 1111eRiu原因：原因：*1324NN10i220U 方法一：交流法方法一：交流法AXaxu同极性端的测定方法同极性端的测定方法若若 说明说明 A 与与 a 或或 X 与与 x 为同为同 极性端极性端。 axAXAaUUU把两个线圈的任意两端把两个线圈的任意两端 (X - x)连连接接, ,然后在然后在 AX 上加一
24、小电压上加一小电压 u 。AaaxAXUUU、测量测量：axAXAaUUU 若若 说明说明 A 与与 x 或或 X 与与 a 是同是同 极性端；极性端；结论结论：方法二：直流法方法二：直流法mA表表+_AXaxK+-*AXax+_K2e设设K K闭合时闭合时 增加。增加。 感应电动势的方向，感应电动势的方向，阻止阻止 的增加。的增加。如果当如果当 K K 闭合时，闭合时，mA mA 表正表正偏，则偏，则 A Aa a 为同极性端为同极性端; ;如果当如果当 K K 闭合时，闭合时，mA mA 表反表反偏，则偏，则 A Ax x 为同极性端为同极性端结论：结论： 变压器设计中的一些概念变压器设计
25、中的一些概念(1)(1)11IUSN1U一定一定额定容量额定容量定铁芯窗口定铁芯窗口定导线直径定导线直径1I定定定定mN1UIS mfNU1144. 4则则 （铜多、铁少铜多、铁少）mN则则 （铜少、铁多铜少、铁多）mN( , 一定时一定时, )SBBS 在同样变比情况下，匝数多好，还是少好？在同样变比情况下，匝数多好，还是少好？mfNU1144. 4m（省铜省铜）N（费铁费铁）截面积截面积 A AB 变压器设计中的一些概念变压器设计中的一些概念(2)(2)1 1 自耦变压器自耦变压器KNNIIKNNUU112212121ABP1u2u1i2iLR1N2N4 ) 4 ) 特殊变压器简介特殊变压
26、器简介 使用时，改变滑动端的位置，便可得到不同的使用时，改变滑动端的位置，便可得到不同的输出电压。实验室中用的调压器就是根据此原理输出电压。实验室中用的调压器就是根据此原理制作的。制作的。注意：原、副边千万不能对调使用，注意：原、副边千万不能对调使用，以以防变压器损坏。因为防变压器损坏。因为N N变小时，磁通增大，电流会变小时，磁通增大，电流会迅速增加。迅速增加。2 2 电压互感器：用低量程的电压表测高电压电压互感器：用低量程的电压表测高电压1. 1. 副边不能短路，以副边不能短路，以 防产生过流；防产生过流；2. 2. 铁心、低压绕组的铁心、低压绕组的 一端接地，以防在一端接地，以防在 绝缘
27、损时，在副边绝缘损时，在副边 出现高压。出现高压。使用注意使用注意：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）电压表电压表被测电压被测电压= =电压表读数电压表读数 N1/N23 3 电流互感器：用低量程的电流表测大电流电流互感器：用低量程的电流表测大电流（被测电流被测电流）N1（匝数少匝数少）N2（匝数多匝数多）ARi1i2电流表电流表被测电流被测电流= =电流表读数电流表读数 N2/N11. 1. 副边不能开路，副边不能开路，以防产生高电压；以防产生高电压；2. 2. 铁心、低压绕组铁心、低压绕组的一端的一端 接地，以防接地，以防在绝缘损坏时，在副在
28、绝缘损坏时，在副边出现过压。边出现过压。使用注意事项：使用注意事项：15.2 异步电动机异步电动机1.1.三相异步电动机的结构三相异步电动机的结构 与工作原理与工作原理2.2.三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性3.3.三相异步电动机的使用三相异步电动机的使用4.4.单相异步电动机单相异步电动机交流电动机交流电动机电动机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、复励鼠笼式异步交流电动机授课内容：鼠笼式异步交流电动机授课内容： 基本结构、工作原理、基本结构、工作原理、 机械特性、控制方法机械特性、控制方法 电动机
29、的分类电动机的分类n0nei1 .1 .三相异步电动机的结构与工作原理三相异步电动机的结构与工作原理NSf磁铁磁铁闭合闭合线圈线圈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vlBe导线长导线长磁感应强度磁感应强度切割速度切割速度（右手定则右手定则）闭合导线产生电流闭合导线产生电流 i i（左手定则左手定则）通电导线在磁场中受力通电导线在磁场中受力ilBfn0neiNSf1. 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 结论：结论：异步异步2. 2. 线圈比磁场转得慢线圈比磁场转得慢0nnn0neiNSf三相异步机的结构三相异步机的结构YBZ
30、XAC转子转子定子定子定子绕组定子绕组（三相）（三相）机座机座转子：在旋转磁场作用下，转子：在旋转磁场作用下， 产生感应电动势或产生感应电动势或 电流。电流。三相定子绕组：产生旋转三相定子绕组：产生旋转 磁场。磁场。线绕式线绕式鼠笼式鼠笼式鼠笼转子鼠笼转子 旋转磁场的产生旋转磁场的产生AYCBZ异步机中异步机中, ,旋转磁场代替了旋转磁极旋转磁场代替了旋转磁极AiBiCimIt0n()电流出电流出( )电流入电流入X240sin120sinsintIitIitIimCmBmA0tAXYCBZNSAiBiCimItBiAXBYCZAiCi合成磁场方向合成磁场方向：向下向下180tXBZ0nAYC
31、 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旋转方向旋转方向：取决于三相电流的相序。：取决于三相电流的相序。0n0n改变电机的旋转方向：换接其中两相改变电机的旋转方向：换接其中两相AiBiCimItAiCiBimIt旋转磁场的旋转方向旋转磁场的旋转方向旋转磁场的转速大小旋转磁场的转速大小分）转 /( 600fn 一个电流周期，旋转磁场在空间转过一个电流周期，旋转磁场在空间转过360360。则。则 同步转速（旋转磁场的速度）为：同步转速（旋转磁场的速度）为：AXYCBZNSAXYCBZS
32、N0n60AXYCBZNStAiBiCimI极对数（极对数（P）的概念）的概念BiAXBYCZAiCi1p此种接法下，合成磁场只有一对磁极，则极对数为此种接法下，合成磁场只有一对磁极，则极对数为1 1。即即：AXYCBZNS极对数（极对数（P P）的改变）的改变CYABCXYZAXBZAiBiCi 将每相绕组分成两段，按右下图放入定子槽内。形将每相绕组分成两段，按右下图放入定子槽内。形成的磁场则是两对磁极。成的磁场则是两对磁极。X AAXBYBYCZCZ极对数极对数2pAXX ANSSNZCZCBYBYCYABCXYZAXBZAiCiBiAiBiCimItXNSASNZBX AYCZBCY0t
33、分）转/( 600pfn 60t A0nAZXXCZCSNSN30极对数和转速的关系极对数和转速的关系AiBiCimIt三相异步电动机的同步转速三相异步电动机的同步转速分）转/( 600pfn 2p180分）转/( 50011p360分）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)50(Hzf 0n3p120分）转/( 0001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 异步异步电动机电动机0nn无
34、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 转差率转差率 的概念：的概念：)(s%10000nnns异步电机运行中异步电机运行中: :%91s转差率为旋转磁场的同步转速和电动机转速之差。即：转差率为旋转磁场的同步转速和电动机转速之差。即：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）例：异步电动机的额定转速例：异步电动机的额定转速n nN N=720r/min=720r/min，电源，电源频率为频率为50Hz.50Hz.求：电机是几
35、极？额定转差率是多少？求：电机是几极？额定转差率是多少？解：解：额定转速接近同步转速额定转速接近同步转速n0=750r/minpfn1600 475050600160 nfp该电机是该电机是8 8极电机极电机04.075072075000nnns1 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 2 2 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性i2转、定子电路转、定子电路R1R2i1u1e1e 1e2e 2 ：主磁通主磁通产生的感应电动产生的感应电动势。势。 ：主磁通产主磁通产生的感应电动势。生的感应电动势。e1e2、e 1e 2、dtdNeeeRiu1111111设设：ts
36、in1m则则：tNum1111cos定子边：定子边：mmmmNfUUEfNNU11111111144. 422tNum1111cosR1R2i1u1e1e 1e2e 2mNfE22244. 4同理得转子边：同理得转子边：mNfE22244. 42f：转子感应电动势的频率转子感应电动势的频率2N：转子线圈匝数转子线圈匝数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1000026060SfPnnnnPnnfR1R2i1u1e1e 1e2e 22202220222222)(SXRSEXREI其中其中202122222SXLSfLfX202122244. 444. 4SENSfNf
37、Emm转子功率因数转子功率因数220222222222)(cosSXRRXRR电磁转矩电磁转矩 T T：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, ,受到电磁力所形成的转距之总和。受到电磁力所形成的转距之总和。22cosIKTmT常数常数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2cos转矩公式的推导转矩公式的推导 22cosIKTmT22022202)(SXRSEI2202222)(cosSXRRmNfU11144.4将其中参数代入：将其中参数代入：21220222)(UsXRsRKT得到得到转矩公式转矩公式2 2 三相电动机的机械特性三相电动机的机械特
38、性)()(TfnSfT21220222)(UsXRsRKT根据转矩公式根据转矩公式Ts10n0Tn得特性曲线得特性曲线：可见，转矩特性曲线会出现最大值可见，转矩特性曲线会出现最大值T Tmaxmax，转，转差率为临界转差率差率为临界转差率s sm m20221max2)20(22212max202XUKTXmsRURmsKTXRms 三个结论三个结论（1 1）T T、T Tmaxmax与与U U1 1成正比成正比（2 2）T Tmaxmax与与R R2 2无关无关 （3 3）S Sm m与与R R2 2成正比成正比三个重要转矩三个重要转矩n0TnNT额定转矩额定转矩 ：电机在额定电压下，以额电
39、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，电机转轴时，电机转轴上输出的转矩。上输出的转矩。NPNn( 1 )/()(9550602分转千瓦NNNNNnPnPT（牛顿牛顿米米）NTnN 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最大转矩最大转矩 ：( 2 )maxT电机带动最大负载的能力电机带动最大负载的能力。n0TnmaxT求解求解0ST21220222)(UsXRsRKT2021max21XKUT过载系数：过载系数：NTTmax三相异步机三相异步机2.28.1 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
40、停转。致使电机将停转。致使注意注意： （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。maxTmaxTTL （2）电机严重过热电机严重过热0n121)(s II2021max21XKUTstT起动转矩起动转矩 ：( 3 )电机起动时的转矩。电机起动时的转矩。n0TnstT21220222)(UsXRsRKT0n1)(s 其中其中则则21220222)(UXRRKTstLstTT 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
41、起动不了。起动能力起动，否则将起动不了。起动能力=T=Tstst/T/TN N电动机的自适应负载能力电动机的自适应负载能力 电动机的电磁转矩可以随负载的变化而自动调整，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。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，才能带动新的负载。）TISnTL2 直至新的平衡。此过程中，直至新的平衡。此过程中
42、， 时，时， 电源提供的功率自动电源提供的功率自动增加。增加。2 I1 I1U21220222)(UsXRsRKT 机械特性和电路参数的关系机械特性和电路参数的关系21 UT与电压的关系与电压的关系0Tn0) 0(nnsSTTTUmax1结论：结论：与转子电阻的关系与转子电阻的关系22RR 2 RR R2 2的的 改变改变 ： 鼠笼式电机转子导条的金属材料不同，线绕式鼠笼式电机转子导条的金属材料不同，线绕式电机外接电阻不同。电机外接电阻不同。 21220222)(UsXRsRKT0ST令令：得得：202XRSm0Tn2RmsmsstTstT mmssststTT结论结论：机械特性的软硬机械特性
43、的软硬 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。 硬特性硬特性 （R2小小）软特性软特性（R2大大）0Tn 不同场合应选用不同的电机。如金属切削，选硬特性不同场合应选用不同的电机。如金属切削，选硬特性电机；重载起动则选软特性电机。电机；重载起动则选软特性电机。1 1）三相异步机铭牌与技术数据）三相异步机铭牌与技术数据（1 1）型号）型号 Y 132M4 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
44、/ /分分分）转/( 600pfn 转差率转差率0.04 150014401500s3 3 三相异步电动机的使用三相异步电动机的使用（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（3） 联接方式：联接方式：Y/ 接法：接法： Y Y 接法接法： 接法：接法：AB CZX YA B CZX YABCXYZAZBYXCABCXYZ接线盒接线盒：（4 4） 额定电压：定子绕组在指定接法下应加的线电压额定电压：定子绕组在指定接法下应加的线电压. . 说明：一般规定电动机的运行电压不能高于或低于额说明：一般规定电动机的运行电压不能高于或低于额定值的定值
45、的 5 5 。线线电电压压AZBYXC线线电电压压ABCXYZ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。11IUNfU11144.4电压波动对电动机的影响电压波动对电动机的影响1U1I11IUsnnns02E202sEE 2I1I1Un小1U大1UTnI（5） 额定电流：定子绕组在指定接法下的线电流。额定电流：定子绕组在指定接法下的线电流。如：如：A48.6/A2 .11/ 表示三角接法下，电机的线电流为表示三角接法下，电机的线电流为11.2A11.
46、2A，相电，相电流为流为6.48A6.48A；星形接法时线、相电流均为；星形接法时线、相电流均为6.48A6.48A。（6 6）额定功率：）额定功率： 额定功率指电机在额定运行时轴上输出的额定功率指电机在额定运行时轴上输出的功率功率（ ），不等于从电源吸收的功率（），不等于从电源吸收的功率（ ）。两者）。两者的关系为：的关系为： 2P1P12PPCOSIUPNN31其中其中鼠笼电机鼠笼电机 =7293例：三相异步电动机例：三相异步电动机，PN=45kw。F=50Hz，nN=2970r/M =91.5，起动能力起动能力=2，2.2 求求：s、TN、Tst、Tmax、P1N解：同步转速解：同步转速
47、n0=3000r/MS=0.01KwNPNPmNNTTmNNTstTmNNnNPNT18.49915. 04513 .3187 .1442 . 2max4 .28927 .14429704595509550 额定负载时一般为额定负载时一般为0.7 0.9 ， 空载时功率因数很空载时功率因数很低约为低约为0.2 0.3。额定负载时，功率因数最大额定负载时，功率因数最大。注意：实用中应选择合适容量的电机，注意：实用中应选择合适容量的电机，防止防止“大马大马” 拉拉“小车小车”的现象。的现象。（7 7）功率因数）功率因数(cos 1)：P2PN此外还有此外还有绝缘等级绝缘等级等参数，不一等参数，不一
48、 一介绍。一介绍。cos 12 2）三相异步机的起动）三相异步机的起动stI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 倍倍。0n定子电流定子电流 原因：起动时原因：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。转子感应电势转子感应电势转子电流转子电流大电流使电网电压降低大电流使电网电压降低 影响其他负载工作影响其他负载工作频繁起动时造成热量积累频繁起动时造成热量积累 电机过热电机过热影响影响：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。二三十千瓦以下的异步电动机一般直接起动。二三十千瓦以下的异步电动机
49、一般 采用直接起动。采用直接起动。（2 2） 降压起动降压起动。Y 起动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。以下介绍以下介绍Y 起动和转子串电阻起动起动和转子串电阻起动。Y Y 起动：起动： 正常正常运行运行lUAZBYXClI 起动起动ABCXYZlUlYIZUIllY33ZUIll设：电机每相阻抗为设：电机每相阻抗为z31llYIIAZBYXC正常正常运行运行UPABCXYZ起起动动UPStstYTT31PPUU31（2）Y 起动应注意的问题：起动应注意的问题：（1）仅适用于正常接法为三角形接法的电机。仅适用于正常接法为三角形接法的电机。 所以降压起动适合于空
50、载或轻载起动的场所以降压起动适合于空载或轻载起动的场合合)(2UTSTY 起动起动也时ststTI,。转子串电阻起动转子串电阻起动定子定子RRR线绕式转子线绕式转子起动时将适当的起动时将适当的R R串入转子绕组中，起动后将串入转子绕组中，起动后将R R短路。短路。1222202202)(IIRXREIst转子串电阻起动的特点：转子串电阻起动的特点：适于转子为线绕式的电动机起动。适于转子为线绕式的电动机起动。（1） （2）R R2 2选的选的适当适当，转子串电阻既可以降低起动电流，转子串电阻既可以降低起动电流， 又可以增加起动力矩。又可以增加起动力矩。0Tn2R2R22RRststTRXRURK
