第4章电动机(讲课6学时) 第1次课 交流电动机结构、转动原理 学时:2学时 目的要求 了解三相异步电动机的基本结构 理解转动原理。 三.重点: 理解电动机的转动原理 四.难点 旋转磁场的产生 五.教学方式:多媒体+实物 六.习题安排:无 七.教学内容: 4.1三相异步电动机的构造(实物) 定子铁 A定子绕组 接线盒 轴承盖端益 三相鼠笼式异步电动机的结构 1.组成部分(如上图所示,或电子教案) (1)定子(固定部分):包括机座.、圆筒形铁芯、三相定子绕组 (2)转子(转动部分):轴、转子铁芯、三相转子绕组 2.分类按转子结构不同分为两类 (1)绕线型:运行可靠、方便、使用广泛 (2)鼠笼型:构造简单、价低、制造快 定子绕组 转子绕组 (a)结构示意图 (b)绕线式转子形状 绕线式异步电动机结构 4.2转动原理(演示实验): 1.旋转磁场的产生 假定电流的正方向是由线圈的始端流向末端,流过三相线圈的电流分别是
第 4 章 电动机（讲课 6 学时） 第 1 次课 交流电动机结构、转动原理 一. 学时:2 学时 二.目的要求: 1.了解三相异步电动机的基本结构； 2.理解转动原理。 三.重点: 理解电动机的转动原理 四．难点: 旋转磁场的产生 五．教学方式：多媒体+实物 六．习题安排：无 七．教学内容： 4.1 三相异步电动机的构造（实物） 1.组成部分(如上图所示，或电子教案) (1)定子（固定部分）：包括机座.、圆筒形铁芯、三相定子绕组 (2)转子（转动部分）：轴、转子铁芯、三相转子绕组 2.分类 按转子结构不同分为两类： （1）绕线型：运行可靠、方便、使用广泛 （2）鼠笼型：构造简单、价低、制造快 4.2 转动原理（演示实验）： 1．旋转磁场的产生 假定电流的正方向是由线圈的始端流向末端，流过三相线圈的电流分别是 三相鼠笼式异步电动机的结构 轴承盖 端益 接线盒 机座 轴承 转轴 转子 定子铁心 定子绕组 风扇 罩壳 （a）结构示意图 （b）绕线式转子形状 绕线式异步电动机结构 V1 V2 W1 W2 U1 U2 定子绕组 转子绕组 电刷 滑环
lu= sin ot lv=lmSm(ot-120°) iw=lmsn(ot+120°) A 太 彐!;三定子电形 由于电流随时间而变,所以电流流过线圈产生的磁场分布情况也随时间而变,现 研究几个瞬间。 (1)当o=0°瞬间,i=0,U相没有电流流过,i为负,表示电流由末端流向首端; i为正,表示电流由首端流入,如图(a)。 (2)当ot=120°瞬间,i为正,i=0,i为负,用同样的方式可判得三相合成磁场 顺相序方向旋转了120°,如图(b)。 (3)当o【=240°瞬间,请学生自行分析。(提问) (4)当ot=360°(即为0°)瞬间,又回到(1)的情况,见图(d)所示。 U1 (a (b) (c) oE-120 三相构极能转菇 由此可见:三相绕组通入三相对称电流时,将产生旋转磁场 2.旋转磁场的方向 从上图可以看出,当三相电流的相序为AB-C时,旋转磁场的方向与电流的相序 是一致的。如果把三根电源线任意对调两根(如B、C对调),即三相电源的相序改变,则旋 转磁场也改变了转向。 3.旋转磁场的转速 当极对数p1时,电流在时间上变化一个周期,两极磁场在空间上旋转一圈。若电 流的频率为每秒变化f次,旋转磁场的转速即为每秒f转。若以表示旋转磁场的每分钟 转速,则可得
iU I t = m sin iV = I sin( t −120) m iW = I sin( t +120) m 由于电流随时间而变，所以电流流过线圈产生的磁场分布情况也随时间而变，现 研究几个瞬间。 （1）当 t = 0 瞬间， iU=0，U 相没有电流流过，iV 为负，表示电流由末端流向首端； iW 为正，表示电流由首端流入，如图（a）。 （2）当 t = 120 瞬间， iU 为正，iV=0， iW 为负，用同样的方式可判得三相合成磁场 顺相序方向旋转了 120°，如图（b）。 （3）当 t = 240 瞬间，请学生自行分析。（提问） （4）当 t = 360 （即为 0º）瞬间，又回到（1）的情况，见图(d)所示。 由此可见：三相绕组通入三相对称电流时，将产生旋转磁场。 2．旋转磁场的方向 从上图可以看出，当三相电流的相序为 A—B—C 时，旋转磁场的方向与电流的相序 是一致的。如果把三根电源线任意对调两根（如 B、C 对调），即三相电源的相序改变，则旋 转磁场也改变了转向。 3．旋转磁场的转速 当极对数 p=1 时，电流在时间上变化一个周期，两极磁场在空间上旋转一圈。若电 流的频率为每秒变化 f 次，旋转磁场的转速即为每秒 f 转。若以 n0 表示旋转磁场的每分钟 转速，则可得
no=60f(r/min) 极对数p=2时,可以证明,此时电流若变化一个周期,合成磁场在空间只旋转180°(半圈) 般情况由旋转磁场的转速为: 60f 旋转磁场的转速也称为同步转速 4.转子转动的原理 在右图中,N、S表示两极旋转磁场,转子中只示出 两根导条(铜或铝)。录旋转磁场向顺时针方向旋转时,其磁 通切割转子导条,导条中就感应出电动势。电动势的方向由 右手定则确定。在电动势的作用下,闭合的导条中就有电流 这电流与旋转磁场相互作用产生电磁转矩,使转子沿着磁场 旋转方向转动 5.转差率 描述n与相差程度的物理量,用S表示 转子的转动原理图 S=(no-n)/no 问题讨论 ◇有一台三相异步电动机,其额定转速n=975r/min。电源频率50HZ。那么电机极数 和额定负载的转差率如何确定? 今如何使三相电机反转?
no=60f (r/min) 极对数 p=2 时，可以证明，此时电流若变化一个周期，合成磁场在空间只旋转 180°﹙半圈）， 一般情况由旋转磁场的转速为： p f n 60 0 = (r/min) 旋转磁场的转速 n0 也称为同步转速 ．．．．。 4. 转子转动的原理 在右图中，N、S 表示两极旋转磁场，转子中只示出 两根导条（铜或铝）。录旋转磁场向顺时针方向旋转时，其磁 通切割转子导条，导条中就感应出电动势。电动势的方向由 右手定则确定。在电动势的作用下，闭合的导条中就有电流。 这电流与旋转磁场相互作用产生电磁转矩，使转子沿着磁场 旋转方向转动。 5. 转差率 描述 n 与 n0 相差程度的物理量，用 S 表示 S= (n0－n)/ n0 ➢ 问题讨论： 有一台三相异步电动机，其额定转速 n=975r/min。电源频率 50HZ。那么电机极数 和额定负载的转差率如何确定？ 如何使三相电机反转？
第2次课 电动机电路分析、转矩与机械特性、铭牌数据 学时:2学时 二、目的要求 了解电动机的内部电路 2.理解转矩与机械特性 3.掌握铭牌数据的应用 重点 理解机械特性及铭牌数据 四、难点 电动机的电路分析 五、教学方式:多媒体 六、习题安排:4.4.1 七、教学内容 4.3电路分析(根据变压器类似的电磁关系) e eo 定子侧 U1=E1≈444N1中m 60/p即f=p 转子侧 E2=444M2中m S-(no-n)/no ap f 2=p(no-n)/60=Sfi 在n=0即S=1时 4446N2中最大 X2=2 If2La2=2 SiL 在n=0即S=1时 X=SX h=SE20)R2+X2随S加大,变大 cOS R2/)R2 4.4转矩与机械特性 1.转矩公式 T=K2cosφ2(上式代入得) SR2U12(R2+(SY20)2) 2.机械特性曲线 (1)定义:T与S的关系曲线称为机械特性曲线。当电压U1与R2一定时可由下图表述:
第 2 次课 电动机电路分析、转矩与机械特性、铭牌数据 一、学时:2 学时 二、目的要求: 1.了解电动机的内部电路 2.理解转矩与机械特性 3.掌握铭牌数据的应用 三、重点: 理解机械特性及铭牌数据 四、难点: 电动机的电路分析 五、教学方式：多媒体 六、习题安排：4.4.1 七、教学内容 4.3 电路分析（根据变压器类似的电磁关系） 1、定子侧 U1=E1≈4.44f1N1φm n0 = 60f1 / p 即 f1 = pn0 / 60 2 转子侧 E2 = 4.44f2N2φm S=(n0－n)/ n0 即 f2＝p(n0－n)/60 = Sf1 在 n = 0 即 S =1 时 E20 = 4.44f1N2φm 最大 则 E2 = SE20 X2=2πf2Lσ2=2πSf1Lσ2 在 n = 0 即 S = 1 时 则 X2 = SX20 I2=SE20/ 2 2 2 R2 + X 随 S 加大,I2 变大 cosφ2=R2 / 2 2 2 R2 + X 4.4 转矩与机械特性 1．转矩公式 T=KTI2cosφ2(上式代入得) =SR2U1 2 /(R2 2+(SX20) 2 ) 2．机械特性曲线 (1)定义：T 与 S 的关系曲线称为机械特性曲线。当电压 U1与 R2 一定时可由下图表述： f1 f2 + ui _ i1 i2 + e2 -- + eσ2 -- -- e1 + -- eσ1 +
IN T (2)说明: ①额定转矩TN TN=9550P2N/nN ②最大转矩Tmax Tmax=dT/dS Sm=P2/X20 H-f Tmax=KU12/2X20(与U12成正比,与R2无关) λ=T。/x=1.8~2.2(过载系数,描述电机过载能力) ③起动转矩Tsr TSF=KR2U2(R2+X202)(n=0、s=1与R2、U12有关) ④上述关系可表示在下图中: R2>R2 4.8三相异步电动机的铭牌数据 型号 三相异步电动机 磁极数 机座中心高(mm) 机座长度代号 (S一短机座:M一中机座:L一长机座) 各类电机的主要产品代号及其汉字意义可参阅有关手册 2、说明 (1)额定电压 额定电压是指定子绕组上应施加的线电压 (2)额定电流 电动机额定运行时,定子绕组的线电流称为额定电流。若定子绕组有星形和三角形两
(2)说明： ①额定转矩 TN TN=9550P2N/nN ②最大转矩 Tmax Tmax=dT/dS Sm=P2/X20 时 Tmax =KU1 2 /2X20 （与 U1 2 成正比,与 R2 无关） λ=Tmax/TN=1.8～2.2 （过载系数,描述电机过载能力） ③起动转矩 TST TST=KR2U1 2 /(R2 2+X202 ) (n=0 、s=1 与 R2、U1 2 有关) ④上述关系可表示在下图中： 4.8 三相异步电动机的铭牌数据 1、型号 Ｙ 160 Ｌ-４ 三相异步电动机 磁极数 机座中心高（mm） 机座长度代号 （Ｓ—短机座；Ｍ—中机座；Ｌ—长机座） 各类电机的主要产品代号及其汉字意义可参阅有关手册。 2、说明 (1)额定电压 额定电压是指定子绕组上应施加的线电压。 (2)额定电流 电动机额定运行时，定子绕组的线电流称为额定电流 ．．．．。若定子绕组有星形和三角形两 0 TN T ST Tmax T N nN n 0 0 n n T ' U1 U1 ' R2 R2 n0 ' U1 ＜U1 T n0 ' R2 ＞ R2
种接法时,相应的有两种额定电流数值 (3)额定功率 电动机在额定电压下运行,当电流达到额定值时,轴上输出的机械功率即为额定功率。 (4)额定转速 电动机在额定运行时的转速称为额定转速,单位为r/min (5)额定功率因数 额定功率因数指的是额定运行时定子绕组每相电路的功率因数 (6)额定效率 额定效率就是满载时的效率。电动机的效率等于输出机械功率与输入电功率的比值, 用"n”表示。 输入电功率00%=B 输出机械功率 301 cos 式中的U为定子绕组的线电压;I为线电流;cosq为功率因数。电动机空载时效率 甚低,满载时或接近满载时效率最高,一般为75%~92%。 (7)工作方式 根据发热条件分为三种基本方式:连续运行、短时运行和断续运行。 (8)绝缘等级 绝缘等级是按电动机绕组采用的绝缘材料在使用时容许的极限温度来分级的 问题讨论 ◇四极三相异步电动机的额定功率为30kW,额定电压为380V,三角形接法,频率为 50HZ。在额定负载下运动时,其转差率为0.02,效率为90%,电流为57.5A。Tx/T=1.2,L/=7, (1)用Y-△换接起动时的起动电流和起动转矩:(2)当负载转矩为额定转矩的60%和25%时, 电动机能否起动?如果采用自耦变压器降压起动,而使电动机的起动转矩为额定转矩的 85%,试求:(1)自耦变压器的变化;(2)电动机的起动电流和线路上的起动电流各为多少?
种接法时，相应的有两种额定电流数值。 (3)额定功率 电动机在额定电压下运行，当电流达到额定值时，轴上输出的机械功率即为额定功率 ．．．．．．．．．．．．．．．。 (4)额定转速 电动机在额定运行时的转速称为额定转速 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．，单位为 r/min 。 (5)额定功率因数 额定功率因数指的是额定运行时定子绕组每相电路的功率因数 (6)额定效率 额定效率就是满载时的效率。电动机的效率等于输出机械功率与输入电功率的比值， 用〝η〞表示。即 3 cos 100% 2 1 2 UI P P P = = 输入电功率 输出机械功率 式中的 U 为定子绕组的线电压； I 为线电流； cos 为功率因数。电动机空载时效率 甚低，满载时或接近满载时效率最高，一般为 75%～92%。 (7)工作方式 根据发热条件分为三种基本方式：连续运行、短时运行和断续运行。 (8)绝缘等级 绝缘等级是按电动机绕组采用的绝缘材料在使用时容许的极限温度来分级的。 ➢ 问题讨论： 四极三相异步电动机的额定功率为 30kw，额定电压为 380V，三角形接法，频率为 50HZ。在额定负载下运动时，其转差率为 0.02，效率为 90%，电流为 57.5A。Tst/TN=1.2，Ist/IN=7， (1)用 Y-△换接起动时的起动电流和起动转矩；(2)当负载转矩为额定转矩的 60%和 25%时， 电动机能否起动？如果采用自耦变压器降压起动，而使电动机的起动转矩为额定转矩的 85%，试求：(1)自耦变压器的变化；(2)电动机的起动电流和线路上的起动电流各为多少？
第3次课 三相异步电动机的起动、调速和制动 学时:2学时 二、目的要求 1、了解电动机起动方法,熟悉起动有关计算 、了解调速方法 3、了解制动方法 重点 电机的起动及调速方法 四、难点 降压起动与直接起动的关系 五、教学方式:多媒体 六、习题安排:4.4.4、4.4.5 七、教学内容 起动 (1)起动特性的计算 n=0s=1 -k+6)+(x+x Ts=(mP/v)U12n2/(n+n2)2+(x1+x2)2 可见:减少转子漏抗和增加转子电阻可改善其特性 (2)常用起动方法(实验装置) ①直接起动: 使用范围:供电S压器比电动机S大得多,几千瓦小型电机 ②降压起动 降低定子电压U1,减小ls,但Ts也降低 自耦变压器 √Y-△换接开关。IY/1△=1/3 ③转子回路串电阻或频敏变阻器起动 即可使Ist升高,又可增加Ts,用于要求起动转矩较大的场合。 定子 绕线式电动机起动时的接线图
第 3 次课 三相异步电动机的起动、调速和制动 一、学时:2 学时 二、目的要求: 1、了解电动机起动方法，熟悉起动有关计算 2、了解调速方法 3、了解制动方法 三、重点: 电机的起动及调速方法 四、难点: 降压起动与直接起动的关系 五、教学方式：多媒体 六、习题安排：4.4.4、4.4.5 七、教学内容 1．起动 (1)起动特性的计算： n=0 s=1 Ist=u1/ ( ) ( ) 2 1 2 2 1 1 2 r + r + x + x cosφst= 2' 2 2' 2 ' 2 r x r + Tst=(m1P/w1)U1 2 r2/(r1+r2 ’ ) 2+(x1+x2 ’ ) 2 可见：减少转子漏抗和增加转子电阻可改善其特性。 （2）常用起动方法（实验装置） ①直接起动： 使用范围：供电 S 变压器比电动机 S 大得多，几千瓦小型电机 ②降压起动： 降低定子电压 U1，减小 Ist，但 Tst 也降低 ✓ 自耦变压器 ✓ Y-△换接开关。IlY/Il△=1/3 ③转子回路串电阻或频敏变阻器起动 即可使 Ist 升高，又可增加 Tst，用于要求起动转矩较大的场合。 绕线式电动机起动时的接线图 定子 转子 电刷 滑环 Rst
,调速 n=60(1-sp 01电磁制动状态 (1)调∫恒转矩或恒功率负载。调电压也变 (2)调P:特殊定子绕组的电机。实现有级调速 (3)调S:绕线式电机使用。转子串电阻调速 3.制动 (1)能耗制动:断交通直,使转子受反向电磁力制动 (2)回馈制动:n>m时,切割方向相反,形成制动转矩 (3)反接制动:调换电源的任意两相,n趋近于0时,断电 问题讨论 三相异步电动机在满载和空载下起动时,起动电流和起动转矩是否一样?
2.调速 n=60f1(1-s)/p ✓ 0＜S＜1 电动机状态 ✓ S＜0 发电机状态 ✓ S＞1 电磁制动状态 （1）调 f:恒转矩或恒功率负载。调 f,电压也变 （2）调 P：特殊定子绕组的电机。实现有级调速 （3）调 S：绕线式电机使用。转子串电阻调速。 3.制动 （1）能耗制动：断交通直，使转子受反向电磁力制动 （2）回馈制动：n＞n0 时，切割方向相反，形成制动转矩 （3）反接制动：调换电源的任意两相，n 趋近于 0 时，断电 ➢ 问题讨论： 三相异步电动机在满载和空载下起动时，起动电流和起动转矩是否一样？