1、會計學1交流電動機的工作原理及特性交流電動機的工作原理及特性第五章第五章 交流電動機的工作原理及特性交流電動機的工作原理及特性 5.1 5.1 三相異步電動機的結構和工作原理三相異步電動機的結構和工作原理 5.2 5.2 三相異步電動機的定子電路和轉子電路三相異步電動機的定子電路和轉子電路 5.3 5.3 三相異步電動機的轉矩與機械特性三相異步電動機的轉矩與機械特性 5.4 5.4 三相異步電動機的啟動特性三相異步電動機的啟動特性 5.5 5.5 三相異步電動機的調速特性三相異步電動機的調速特性 5.6 5.6 三相異步電動機的制動特性三相異步電動機的制動特性 5.7 5.7 單相異步電動機單

2、相異步電動機 5.8 5.8 同步電動機的工作原理、特點及應用同步電動機的工作原理、特點及應用第1頁/共79頁了解異步電動機的基本結構和旋轉磁場的產生；掌握異步電動機的工作原理，機械特性， 以及啟動、調速及制動的各種方法、特點與應用；學會用機械特性 的四個象限來分析異步電動機的運行狀態；掌握單相異步電動機的工作原理和啟動方法；了解同步電動機 的結構特點、工作原理、運行特性及啟動方法。第2頁/共79頁 異步電動機的機械特性，它是基于異步電動機的工作原理 而推導出來的；特別是異步電動機的人為機械特性，因為 它是分析異步電動機啟動、調速、制動工作狀態的依據； 對異步電動機銘牌數據、額定值的含義要非常

3、熟悉； 異步電動機直接啟動和Y-降壓啟動的條件和優缺點， 線繞式異步電動機轉子串電阻的啟動、調速和制動， 以及各種啟動方法的應用場合； 異步電動機變頻調速和變極對數調速的特性與優缺點。 定子旋轉磁場與轉子運動的相對性。 電動機的制動過程。第3頁/共79頁三相鼠籠式異步電動機三相特殊鼠籠式異步電動機三相繞線式異步電動機概 述異步電動機單相異步電動機同步電動機單相同步電動機三相同步電動機三相雙鼠籠式異步電動機三相深槽式異步電動機三相高轉差率鼠籠式異步電動機三相異步電動機第4頁/共79頁概 述 交流電動機交流電動機 在各行各業和日常生活等，都得到了廣泛的應用。在各行各業和日常生活等，都得到了廣泛的應

4、用。 鼠籠式異步電動機鼠籠式異步電動機 在機電傳動控制系統中使用得最為廣泛。在機電傳動控制系統中使用得最為廣泛。 繞線式異步電動機繞線式異步電動機 與鼠籠式相比，其轉子結構稍復雜，價格稍貴， 一般用于要求起動電流小、起動轉距大的場合。 結構簡單，制造、使用和維護方便，結構簡單，制造、使用和維護方便， 運行可靠，成本低，效率高。運行可靠，成本低，效率高。 但是，功率因數低、起動和調速性能差。但是，功率因數低、起動和調速性能差。第5頁/共79頁概 述NNNNNcosIUP3)(VkVUN或額定電壓額定運行狀態時加在定子繞組上的線電壓.)(kWPN額定功率額定條件下轉軸上輸出的機械功率.)(AIN額

5、定電流在額定運行狀態下流入定子繞組的線電流.min)/(rnN額定轉速額定運行時電動機的轉速NNf額定效率額定頻率額定功率因數Ncos第6頁/共79頁5.1 三相異步電動機的結構和工作原理第7頁/共79頁鐵心:由硅鋼片疊成，也是磁路的一部分。5.1 三相異步電動機的結構和工作原理鐵心:由導磁性能很好的硅鋼片疊成(導磁部分)。繞組:放在定子鐵心內圓槽內(導電部分)。機座:固定定子鐵心及端蓋。定子靜止部分轉子旋轉部分三相異步電動機轉子鐵心的每個槽內插入一根裸導條，形成一個多相對稱短路繞組。轉子繞組為三相對稱繞組，嵌放在轉子鐵心槽內。 繞線式：繞組:轉軸、軸承、風扇 鼠籠式：第8頁/共79頁5.1

6、三相異步電動機的結構和工作原理軸承定子繞組轉子定子集電環出線盒轉子繞組端蓋定子繞組第9頁/共79頁5.1 三相異步電動機的結構和工作原理三相對稱交流繞組模型圓形定子沖片定子鐵心第10頁/共79頁5.1 三相異步電動機的結構和工作原理 定子繞組用絕緣的銅 （或鋁）導線繞成， 嵌在定子槽內。 通常把定子三相繞組 的六根出線頭都引出， 根據實際使用的需要， 可接成Y形或形， 如圖所示。形接法Y形接法第11頁/共79頁5.1 三相異步電動機的結構和工作原理第12頁/共79頁5.1 三相異步電動機的結構和工作原理 形式與定子繞組 基本相同； 3個繞組的末端 連接在一起構成 星形連接； 3個始端連接在 3

7、個銅滑環上； 電刷引出線連接 起動調速變阻器。第13頁/共79頁5.1 三相異步電動機的結構和工作原理 在定子的三相對稱繞組中通入三相對稱交流電流， 可以產生在空間旋轉的圓形合成磁場。 磁場旋轉方向與電流相序一致。 電流相序為A-B-C時，磁場順時針方向旋轉； 電流相序為A-C-B時，磁場逆時針方向旋轉。 旋轉磁場的轉速 n0稱為同步轉速： n0決定于 電流的頻率 f 電機的磁極對數 ppfn600（r/min） 旋轉磁場的產生第14頁/共79頁5.1 三相異步電動機的結構和工作原理BiAXBYCZAiCi240sin120sinsintIitIitIimCmBmAAXYCBZNS 同步轉速

8、no與磁場磁極對數 p 的關系：（ f50Hz時） 磁極對數 p分別為 1、 2、 3， 每個電流周期磁場轉過空間角度360、180、120， 同步轉速no分別為 3000、 1500 、 1000 r/min 如下定子繞組的接法，合成磁場只有一對磁極，即 p1。 旋轉磁場的產生第15頁/共79頁5.1 三相異步電動機的結構和工作原理 磁極對數 p 的改變 定子每相繞組由兩個相等圈數 的“半繞組”組成。 若如右圖示將每相兩個 “半繞組”串聯，形成的磁場則 是兩對磁極，即 p2或2p4。 若改變接法將每相兩個 “半繞組”并聯，形成的磁場則 是一對磁極，即 p1或2p2。 （詳見變極調速） 旋轉磁

9、場的產生CYABCXYZAXBZAiCiBiAXX ANSSNZCZCBYBY第16頁/共79頁AXYCBZAXYCBZ5.1 三相異步電動機的結構和工作原理AXYCBZNS兩極旋轉磁場示意圖AXYCBZNS 旋轉磁場的產生以iA0為起動點第17頁/共79頁5.1 三相異步電動機的結構和工作原理 旋轉磁場的產生以iAIM為起動點兩極旋轉磁場示意圖0120240360第18頁/共79頁5.1 三相異步電動機的結構和工作原理 旋轉磁場的產生以iAIM為起動點四極旋轉磁場示意圖060120180第19頁/共79頁5.1 三相異步電動機的結構和工作原理 旋轉磁場的產生兩極與四極旋轉磁場的比較01202

10、403600601201800120240360第20頁/共79頁01202403605.1 三相異步電動機的結構和工作原理 旋轉磁場的產生 01202403600120240360第21頁/共79頁 電流 相序A-C-B右手定則右手定則左手定則5.1 三相異步電動機的結構和工作原理 轉動原理XAZBC Yn逆時針 方向 旋轉第22頁/共79頁5.1 三相異步電動機的結構和工作原理 轉動原理第23頁/共79頁 電動機在正常運轉時，其轉速n總是稍低于同步轉速n0， 故稱為電動機； 又因為產生電磁轉矩的電流是電磁感應所產生的， 也稱為電動機。5.1 三相異步電動機的結構和工作原理 轉差率 轉差率是

11、異步電動機一個非常重要的參數， 它反映了電動機的各種運行情況。00nnnS 第24頁/共79頁5.2 三相異步電動機的額定參數 一、 三相異步電動機定子繞組的接法 1兩種接法 定子繞組的首端和末端通常都接在電動機接線盒的接線柱上，一般按圖所示的方法排列。 按照我國電工專業標準規定：定子繞組出線端的首端為D1、D2、D3，末端為D4、D5、D6。第25頁/共79頁 三相電動機的定子繞組有星形（Y型）和三角形（形）兩種不同的接法，如圖所示。第26頁/共79頁2線電壓與相電壓 線電壓：兩相繞組首端之間的電壓，用U1表示； 相電壓：每相繞組首、尾之間的電壓，用U相表示。 對于星形接法：相相UU31 對

12、于三角形接法： 相相UU 13線電流與相電流 線電流：電網的供電電流，用I1 表示； 相電流：每相繞組的電流，用I相表示。 對于星形接法 ：相相II 1對于三角形接法 ：相相II31 cosUIP1113 4. 電動機的輸入功率第27頁/共79頁二、額定參數 電動機在制造工廠所擬定的情況下工作時，稱為電動機的額定運行，通常用額定值來表示其運行條件，這些數據大部分都標明在電動機的銘牌上。 1. 額定功率PN： 在額定運行情況下，電動機軸上輸出的機械功率。 NNNPP1 輸出功率的一般表達式為： 12PP 其中： 效率 P1 輸入功率P2輸出功率 輸出功率和輸出轉矩的關系為： cosIKnP.TM

13、222559 I2為轉子電流 第28頁/共79頁 2.額定電壓UN：在額定運行情況下，定子繞組端應加的線電壓值。 如標有兩種電壓值（例如220/380V），這表明定子繞組采用/Y連接時應加的線電壓值。即： 三角形接法時，定子繞組應接220V的電源電壓；星形接法時，定子繞組應接380的電源電壓。 3.額定頻率f ：在額定運行情況下，定子外加電壓的頻率（ Hz）。 50 f第29頁/共79頁 如標有兩種電流值（例如10.35/5.9A），則對應于定子繞組為/Y連接的線電流值。 4.額定電流IN ：在額定頻率、額定電壓和軸上輸出額定功率時，定子的線電流值。即： 三角形接法時，定子電流為10.35A；

14、星形接法時，定子電流為5.9A。 5.額定轉速nN ：在額定頻率、額定電壓和電動機軸上輸出額定功率時，電動機的轉速。 與額定轉速相對應的轉差率稱為額定轉差率SN。 第30頁/共79頁 一般不標在電動機銘牌上的幾個額定值如下 ： 1.額定功率因數 ：在額定頻率、額定電壓和電動機軸上輸出額定功率時，定子相電流與相電壓之間相位差的余弦。Ncos 2.額定效率 ：在額定頻率、額定電壓和電動機軸上輸出額定功率時，電動機輸出機械功率與輸入電功率之比，其表達式為N %100cos3NNNN IUPN 3.額定負載轉矩TN ：電動機在額定轉速下輸出額定功率時軸上的負載載矩。 4.線繞式異步電動機轉子靜止時的滑

15、環電壓和轉子的額定電流。 通常手冊上給出的數據就是電動機的額定值。 第31頁/共79頁三、定子繞組連線方法的選用 定子三相繞組的連接方式（Y形或形）的選擇，和普通三相負載一樣，須視電源的線電壓而定。 如果電源的線電壓等于電動機的額定相電壓，那么，電動機的繞組應該接成三角形； 如果電源的線電壓是電動機額定相電壓的 倍，那么，電動機的繞組就應該接成星形。 通常電動機的銘牌上標有符號 /Y和數字220 /380 ，前者表示定子繞組的接法，后者表示對應于不同接法應加的線電壓值。3第32頁/共79頁 例 電源線電壓為380V，現有兩臺電動機，其銘牌數據如下，試選擇定子繞組的連接方式。 1. J32-4，

16、功率1.0kW，連接方法/Y，電壓220/380V，電流4.25/2.45A，轉速1420 r/min，功率因數0.79。 2. J02-21-4，功率1.1 kW，連接方法 ，電壓380V，電流6.27A，轉速1410 r/min，功率因數0.79。 解： J32-4 電動機應接星形（Y），如圖(a) 所示。 J02-21-4 電動機應接成三角形（ ），如圖 (b)所示。第33頁/共79頁第34頁/共79頁5.3 三相異步電動機的轉矩與機械特性 異步電動機所產生的電磁轉矩為 2202222SXRUSRKT 轉矩特性指電動機的電源電 壓和頻率一定時，電磁轉矩 與轉差率(轉速)之間的關系。機械特

17、性n = f（T）轉矩特性T = f（s） 實際生產中把電磁轉矩與轉速的 關系稱異步電動機的機械特性。第35頁/共79頁5.3 三相異步電動機的轉矩與機械特性 2202222SXRUSRKT 機械特性n = f（T）轉矩特性T = f（s） 異步電動機所產生的電磁轉矩為 第36頁/共79頁電源為負相序時電源為正相序時1、固有機械特性 四個重要特殊點： 理想空載點A T = 0，n = n0（S =0） 額定工作點B T = TN，n = nN（S=SN） 啟動工作點D T = Tst，n = 0（S =1） 臨界工作點C T = Tmax，n = nm（S = Sm）機械特性 n = f（T）

18、5.3 三相異步電動機的轉矩與機械特性第37頁/共79頁5.3 三相異步電動機的轉矩與機械特性2、人為機械特性 可以作出改變U、f 以及 在定子、轉子電路串接電阻或電抗 的人為機械特性。 異步電動機定子降壓的人為機械特性 異步電動機定子串接電阻(電抗)的人為機械特性 異步電動機定子變頻的人為機械特性 繞線式異步電動機轉子串接電阻(電抗)的人為機械特性 2202222SXRUSRKT 根據電磁轉矩關系式第38頁/共79頁5.3 三相異步電動機的轉矩與機械特性2、人為機械特性 的人為機械特性 異步電動機定子降壓的人為機械特性 異步電動機定子串接電阻(電抗)的人為機械特性 異步電動機定子變頻的人為機

19、械特性 繞線式異步電動機轉子串接電阻(電抗)的人為機械特性的人為機械特性 電樞串電阻的人為機械特性 降低電樞電壓的人為機械特性 減弱勵磁磁通的人為機械特性第39頁/共79頁5.3 三相異步電動機的轉矩與機械特性2.人為機械特性 第40頁/共79頁5.3 三相異步電動機的轉矩與機械特性2.人為機械特性 第41頁/共79頁5.3 三相異步電動機的轉矩與機械特性三相異步電動機穩定運行分析 1異步電動機的特性 2恒轉矩型負載特性 3恒功率型負載特性4, 5通風機型負載特性第42頁/共79頁三相異步電動機的調速特性改變磁極對數 p調速（變極調速）改變頻率 f 調速（變頻調速）改變轉差率S調速 改變電壓調

20、速 轉子串電阻調速三相異步電動機的制動特性反饋制動 正向反饋制動 反向反饋制動反接制動 電源反接制動 倒拉反接制動能耗制動 反抗性恒轉矩負載 位能性恒轉矩負載5.45.6 三相異步電動機的啟動調速制動特性三相異步電動機的啟動特性1.直接啟動2.非直接啟動鼠籠式電動機降壓啟動法線繞式電動機啟動法定子串電阻定子串電抗 自耦變壓器Y- 延邊三角形轉子串電阻轉子串頻敏變阻器第43頁/共79頁5.4 三相異步電動機的啟動特性v三相異步電動機的啟動特性 鼠籠式電動機降壓啟動法 定子串電阻 定子串電抗 Y-轉換 自耦變壓器轉換 延邊三角形轉換 線繞式電動機啟動法 轉子串電阻 轉子串頻敏變阻器v直流他勵電動機

21、的啟動特性 降壓啟動 電樞電路串電阻啟動第44頁/共79頁5.4 三相異步電動機的啟動特性定子串電阻啟動 定子串電抗啟動鼠籠式電動機降壓啟動法第45頁/共79頁5.4 三相異步電動機的啟動特性Y-降壓啟動鼠籠式電動機降壓啟動法l起動電流l起動轉矩l繞組電壓Y形和形接法時的電壓和電流(a) Y接法(降壓起動)(b) 接法(全壓運行)第46頁/共79頁5.4 三相異步電動機的啟動特性Y-降壓啟動鼠籠式電動機降壓啟動法Y形和形接法時的電壓和電流(a) Y接法(降壓起動)(b) 接法(全壓運行)異步電動機星-三角起動原理圖第47頁/共79頁5.4 三相異步電動機的啟動特性異步電動機用自耦變壓器降壓起動

22、原理圖自耦變壓器的一相繞組自耦變壓器降壓啟動鼠籠式電動機降壓啟動法接至電動機一相繞組來自一相電源l起動時接入l運行時斷開第48頁/共79頁5.4 三相異步電動機的啟動特性延邊三角形起動的接線圖 (a)延邊三角形(起動)； (b)三角形(運行)延邊三角形 降壓啟動鼠籠式電動機降壓啟動法第49頁/共79頁5.4 三相異步電動機的啟動特性延邊三角形 降壓啟動鼠籠式電動機降壓啟動法延邊三角形起動的接線圖 (a)延邊三角形(起動)； (b)三角形(運行)異步電動機延邊三角形起動原理圖 第50頁/共79頁5.4 三相異步電動機的啟動特性異步電動機的轉子電路及起動特性圖線繞式電動機啟動法轉子串電阻啟動第51

23、頁/共79頁5.4 三相異步電動機的啟動特性轉子串頻敏變阻器時的機械特性1固有機械特性；2串頻敏變阻器的人為機械特性轉子串頻敏變阻器啟動線繞式電動機啟動法（三相）頻敏變阻器轉子電路第52頁/共79頁5.5 三相異步電動機的調速特性v三相異步電動機的調速特性 改變磁極對數 p 調速（變極調速） 改變頻率 f 調速（變頻調速） 改變轉差率 S 調速 改變電壓調速 轉子串電阻調速v直流他勵電動機的調速特性 改變電樞電壓調速改變電樞電壓調速 改變勵磁磁通調速改變勵磁磁通調速 電樞電路串電阻調速第53頁/共79頁5.5 三相異步電動機的調速特性改變磁極對數調速（變極調速）將每相兩個“半繞組”串聯，形成的

24、磁場是兩對磁極，即 p2或2p4。v將每相兩個“半繞組”并聯，形成的磁場是一對磁極，即 p1或2p2。低速高速第54頁/共79頁5.5 三相異步電動機的調速特性雙速電動機的極對數變換（a）Y/YY （b）/YY改變磁極對數調速（變極調速）Y型接法半繞組串聯p2，低速vYY型接法半繞組并聯p1，高速型接法半繞組串聯p2，低速vYY型接法半繞組并聯 p1，高速第55頁/共79頁5.5 三相異步電動機的調速特性改變磁極對數調速（變極調速）Y型接法半繞組串聯p2，低速型接法半繞組串聯p2，低速YY型接法半繞組并聯p1 高速高速：KM1斷KM2通KM3通低速：KM1通KM2斷KM3斷第56頁/共79頁5

25、.5 三相異步電動機的調速特性Y-YY變極調速的機械特性-YY變極調速的機械特性改變磁極對數調速（變極調速）第57頁/共79頁轉子串電阻調速改變頻率f 調速(變頻調速)5.5 三相異步電動機的調速特性改變轉差率S調速變壓調速第58頁/共79頁5.6 三相異步電動機的制動特性v三相異步電動機的制動特性 反饋制動 正向反饋制動 反向反饋制動 反接制動 電源反接制動 倒拉反接制動 能耗制動 反抗性恒轉矩負載 位能性恒轉矩負載v直流他勵電動機的制動特性 反饋制動 正向反饋制動 反向反饋制動 反接制動 電源反接制動 倒拉反接制動 能耗制動 反抗性恒轉矩負載 位能性恒轉矩負載第59頁/共79頁5.6 三相

26、異步電動機的制動特性 反饋制動正向電動運行反向電動運行反向反饋制動運行正向反饋制動過程正向反饋制動重物下放降壓調速反向反饋制動反接制動過程重物下放重物提升正向電動運行第60頁/共79頁5.6 三相異步電動機的制動特性 反饋制動正向電動運行反向電動運行反向反饋制動運行正向反饋制動過程反接制動過程重物下放重物提升正向反饋制動反向反饋制動第61頁/共79頁FE重物下放電車下坡U1UN降壓調速5.6 三相異步電動機的制動特性 反饋制動正向反饋制動反向反饋制動參考：直流他勵電動機的制動特性第62頁/共79頁 反接制動5.6 三相異步電動機的制動特性電源 反接制動倒拉 反接制動正向電動運行反接制動過程倒拉

27、反接制動運行第63頁/共79頁5.6 三相異步電動機的制動特性 反接制動第64頁/共79頁 能耗制動5.6 三相異步電動機的制動特性正向電動運行位能性 恒轉矩負載 反抗性 恒轉矩負載 能耗制動運行能耗制動過程第65頁/共79頁5.6 三相異步電動機的制動特性反抗性恒轉矩負載位能性恒轉矩負載 能耗制動參考：直流他勵電動機的制動特性第66頁/共79頁 能耗制動5.6 三相異步電動機的制動特性反抗性恒轉矩負載位能性恒轉矩負載 電源反接制動倒拉反接制動 反接制動 反饋制動正向反饋制動反向反饋制動第67頁/共79頁正向電動運行反向電動運行反向反饋制動運行反接制動過程倒拉反接制動運行能耗制動運行能耗制動過

28、程正向反饋制動過程三相異步電動機的各種運行狀態5.6 三相異步電動機的制動特性 A B C D H J E F I K第68頁/共79頁5.7 單相異步電動機 單相異步電動機是一種采用單相電源供電的異步電動機， 工作原理與三相異步電動機單相運行相同， 主要運行特點是電動機沒有啟動轉矩。 啟動原理：將單相脈動磁場變為旋轉磁場； 啟動方法：電容分相式啟動（另設啟動繞組） 罩極式啟動（在極靴上加短路銅環） 突出優點是只需單相交流電源供電， 可以廣泛應用于家用電器、醫療器械和自動控制裝置中。 第69頁/共79頁一、 單相異步電動機的磁場 單相異步電動機的定子繞組為單相，轉子一般為鼠籠式 。 當接入單相交流電源時，它在定、轉子氣隙中產生一個如圖所示的脈動磁場。 由上可見： 此磁場在空間并不旋轉，只是磁通或