1、第二章 船舶電機與電力拖動系統第二章 船舶電機與電力拖動系統3.1 3.1 三相異步電動機的基本結構三相異步電動機的基本結構第二章 船舶電機與電力拖動系統一、定子部分1 1、定子鐵心、定子鐵心導磁部分。導磁部分。 定子鐵心是電機磁路的一部分，并起固定定子繞組的作用。為了增強導磁能力定子鐵心是電機磁路的一部分，并起固定定子繞組的作用。為了增強導磁能力和減小鐵耗，定子鐵心常選用和減小鐵耗，定子鐵心常選用0.5mm0.5mm或或0.35mm0.35mm厚的硅鋼片沖制疊壓而成，片間涂上厚的硅鋼片沖制疊壓而成，片間涂上絕緣漆。定子鐵心內圓均勻沖出許多形狀相同的槽，用以嵌放定子繞組。絕緣漆。定子鐵心內圓均

2、勻沖出許多形狀相同的槽，用以嵌放定子繞組。 2 2、定子繞組：放在定子鐵心內圓槽內、定子繞組：放在定子鐵心內圓槽內導電部分。導電部分。 定子繞組是異步電動機的電路部分，其材料主要采用紫銅。小型異步電動機定子繞組是異步電動機的電路部分，其材料主要采用紫銅。小型異步電動機常采用三相單層繞組，大中型異步電動機常采用三相雙層短矩疊繞組形式，三相常采用三相單層繞組，大中型異步電動機常采用三相雙層短矩疊繞組形式，三相繞組的六個出線端子均接在機座側面的接線板上，可根據需要將三相繞組接成繞組的六個出線端子均接在機座側面的接線板上，可根據需要將三相繞組接成Y Y形形或或形。形。 3 3、機座、機座 機座是電動機

3、的外殼，支撐電機各部件，并通過機座的底腳將電機安裝固定。全機座是電動機的外殼，支撐電機各部件，并通過機座的底腳將電機安裝固定。全封閉式電機的定子鐵心緊貼機座內壁，故機座外殼上的散熱筋是電機的主要散熱面。封閉式電機的定子鐵心緊貼機座內壁，故機座外殼上的散熱筋是電機的主要散熱面。中小型電機采用鑄鐵機座。大型電機一般采用鋼板焊接機座。中小型電機采用鑄鐵機座。大型電機一般采用鋼板焊接機座。 第二章 船舶電機與電力拖動系統第二章 船舶電機與電力拖動系統第二章 船舶電機與電力拖動系統定子繞組第二章 船舶電機與電力拖動系統機 座第二章 船舶電機與電力拖動系統二、轉子部分1 1、轉子鐵心、轉子鐵心 轉子鐵心也

4、是電機磁路的組成部分，并用來固定轉子繞組。鐵心材料也用轉子鐵心也是電機磁路的組成部分，并用來固定轉子繞組。鐵心材料也用0.5mm0.5mm或或0.35mm0.35mm厚的硅鋼片沖制疊壓而成，故通常用沖制定子鐵芯沖片剩余下來厚的硅鋼片沖制疊壓而成，故通常用沖制定子鐵芯沖片剩余下來的內圓部分制作。轉子鐵芯固定在轉軸上，其外圓上開有槽，用來嵌放轉子繞組。的內圓部分制作。轉子鐵芯固定在轉軸上，其外圓上開有槽，用來嵌放轉子繞組。2 2、轉子繞組、轉子繞組根據轉子繞組的結構型式可分為根據轉子繞組的結構型式可分為 1 1）鼠籠式轉子：轉子鐵心的每個槽內插入一根裸導條，形成）鼠籠式轉子：轉子鐵心的每個槽內插入

5、一根裸導條，形成一個多相對稱短路繞組。一個多相對稱短路繞組。 2 2）繞線式轉子：轉子繞組為三相對稱繞組，嵌放在轉子鐵心）繞線式轉子：轉子繞組為三相對稱繞組，嵌放在轉子鐵心槽內。槽內。 異步電動機的氣隙是均勻的。大小為機械條件所能允許達異步電動機的氣隙是均勻的。大小為機械條件所能允許達到的最小值。到的最小值。三、氣隙第二章 船舶電機與電力拖動系統轉 子第二章 船舶電機與電力拖動系統轉子鐵心第二章 船舶電機與電力拖動系統按轉子結構分：按轉子結構分：繞線型異步電動機繞線型異步電動機鼠籠型異步電動機鼠籠型異步電動機第二章 船舶電機與電力拖動系統鼠籠型轉子鼠籠型轉子鐵心和繞組鐵心和繞組結構示意圖結構示

6、意圖三相繞線型三相繞線型轉子結構圖轉子結構圖第二章 船舶電機與電力拖動系統3.2 3.2 三相異步電動機的基本工作原理三相異步電動機的基本工作原理U2U1W2V1W1V21nn一、轉動原理1 1、電生磁、電生磁：三相對稱繞組通三相對稱繞組通往三相對稱電流產生圓形旋轉往三相對稱電流產生圓形旋轉磁場。磁場。2 2、磁生電、磁生電：旋轉磁場切割旋轉磁場切割轉子導體感應電動勢和電流。轉子導體感應電動勢和電流。3 3、電磁力、電磁力：轉子載流（有功轉子載流（有功分量電流）體在磁場作用下受分量電流）體在磁場作用下受電磁力作用，形成電磁轉矩，電磁力作用，形成電磁轉矩，驅動電動機旋轉，將電能轉化驅動電動機旋轉

7、，將電能轉化為機械能。為機械能。第二章 船舶電機與電力拖動系統異步電動機的三相繞組與三相電流異步電動機的三相繞組與三相電流第二章 船舶電機與電力拖動系統（a）t = 0 （b）t = 60 （c）t = 90一對極旋轉磁場的形成一對極旋轉磁場的形成第二章 船舶電機與電力拖動系統四極異步電動機定子繞組四極異步電動機定子繞組第二章 船舶電機與電力拖動系統 設電流的頻率為設電流的頻率為 f f1 1 ，電流每分鐘變化的周數為，電流每分鐘變化的周數為 60 f60 f1 1, ,故故每分鐘旋轉磁場轉過（每分鐘旋轉磁場轉過（60 f60 f1 1 ）/ /p p轉，故旋轉磁場的轉，故旋轉磁場的轉速為：轉

8、速為： 旋轉磁場的轉速旋轉磁場的轉速n n0 0又稱異步電動機的同步轉速，其又稱異步電動機的同步轉速，其單位為單位為r/minr/min。因為電源的頻率和磁極對數通常是固定。因為電源的頻率和磁極對數通常是固定的，所以一臺異步電動機的同步轉速的，所以一臺異步電動機的同步轉速n n0 0 是一個不變的是一個不變的常數。下表列出了電源頻率為常數。下表列出了電源頻率為 50Hz 50Hz 和和60 Hz60 Hz時異步時異步電動機的同步轉速電動機的同步轉速 與磁極對數的對應關系。與磁極對數的對應關系。1060 fnp第二章 船舶電機與電力拖動系統電源頻率為電源頻率為50Hz和和60Hz時異步電動機的同

9、步轉速時異步電動機的同步轉速n0與磁極對數的對應關系與磁極對數的對應關系p123456n0 （f =50Hz）3000 15001000750600500n0 （f =60Hz）3600 18001200900720600第二章 船舶電機與電力拖動系統二、轉差率11nnsn 轉差率轉差率是異步電機的一個基本物理量，它反映電機的各種是異步電機的一個基本物理量，它反映電機的各種運行情況。運行情況。轉子未轉動時轉子未轉動時，;s,n10 電機理想空載時電機理想空載時，.s,nn01 作為電動機，轉速在作為電動機，轉速在10n范圍內變化，轉差率在范圍內變化，轉差率在0 0 1 1范圍內變。范圍內變。

10、負載越大，轉速越低，轉差率越大；反之，轉差率越小。負載越大，轉速越低，轉差率越大；反之，轉差率越小。轉差率的大小能夠反映電機的轉速大小或負載大小。電機的轉轉差率的大小能夠反映電機的轉速大小或負載大小。電機的轉速為：速為：11n = (- s)n 額定運行時，轉差率一般在額定運行時，轉差率一般在0.010.060.010.06之間，即電機轉速接之間，即電機轉速接近同步速。近同步速。 同步轉速與轉子轉速之差與同步轉速的比值稱為轉差率，用同步轉速與轉子轉速之差與同步轉速的比值稱為轉差率，用s s表示，表示，即：即：第二章 船舶電機與電力拖動系統三、異步電機的三種運行狀態根據轉差率的大小和正負根據轉差

11、率的大小和正負, ,異步電機有三種運行狀態異步電機有三種運行狀態機械能轉變為電機械能轉變為電能能電能和機械能變電能和機械能變成內能成內能電能轉變為機電能轉變為機械能械能能量關系制動制動制動制動驅動驅動電磁轉矩轉差率轉速外力使電機快速外力使電機快速旋轉旋轉外力使電機沿磁外力使電機沿磁場反方向旋轉場反方向旋轉定子繞組接對定子繞組接對稱電源稱電源實現發電機發電機電磁制動電磁制動電動機電動機狀態狀態10 n n0n n10 s1s0s第二章 船舶電機與電力拖動系統3.3 3.3 名牌和額定值名牌和額定值一、銘牌例例: :第二章 船舶電機與電力拖動系統第二章 船舶電機與電力拖動系統 二、額定值二、額定值

12、 額定功率額定功率 - -額定運行時輸出的機械功率。額定運行時輸出的機械功率。 額定電壓額定電壓- -額定運行狀態時加在定子繞組上的線電壓。額定運行狀態時加在定子繞組上的線電壓。 額定電流額定電流- -在額定運行狀態下流入定子繞組的線電流。在額定運行狀態下流入定子繞組的線電流。 額定頻率額定頻率-50HZ-50HZ 額定轉速額定轉速- -額定運行時電動機的轉速。額定運行時電動機的轉速。第二章 船舶電機與電力拖動系統 三相異步電動機的定子部分在結構上和同步電動機三相異步電動機的定子部分在結構上和同步電動機的定子部分完全相同。的定子部分完全相同。 對中、小容量的低壓異步電動機，通常定子三相繞對中、

13、小容量的低壓異步電動機，通常定子三相繞組的六個出線頭都引出，這樣可根據需要靈活組的六個出線頭都引出，這樣可根據需要靈活地接成地接成“Y”Y”形或形或“D”D”形。形。U1 V1 W1U1 V1 W1W2 U 2 V2W2 U2 V2D聯結聯結Y聯結聯結三、接線三、接線第二章 船舶電機與電力拖動系統3.4 3.4 三相異步電動機的電路分析三相異步電動機的電路分析變壓器：變壓器： 變化變化 eU1 E1= 4.44 f N1 E2= 4.44 f N2 11 444Nf.U i1u1e1e 1e2e 2i2+f1f2第二章 船舶電機與電力拖動系統異步電動機：異步電動機：旋轉磁場切割導體旋轉磁場切割

14、導體 e， U1 E1= 4.44 f 1N1 每極磁通每極磁通111444Nf.U 1U 旋轉磁場與定子導體間的相對速度為旋轉磁場與定子導體間的相對速度為 n0 ，所以，所以16001pnf 感應電勢的頻率與磁場和導體間的相對速度有關感應電勢的頻率與磁場和導體間的相對速度有關f 1= 電源頻率電源頻率 f第二章 船舶電機與電力拖動系統定子導體與旋轉磁場間的相對速度固定，而轉子定子導體與旋轉磁場間的相對速度固定，而轉子導體與旋轉磁場間的相對速度隨轉子的轉速不同而導體與旋轉磁場間的相對速度隨轉子的轉速不同而變化變化 定子感應電勢頻率定子感應電勢頻率 f 1 轉子感應電勢頻率轉子感應電勢頻率 f

15、2 1000026060fspnnnnpnnf 旋轉磁場切割定子導體和轉子導體的速度不同旋轉磁場切割定子導體和轉子導體的速度不同第二章 船舶電機與電力拖動系統 E20= 4.44 f 1N2 即即E2= s E20 2122222LfsLfX X20= 2 f1L 2即即X2= sX20 第二章 船舶電機與電力拖動系統222222XREI 2202220)(sXRsE )(0002nnIs 2202220max21XREIs 220222222222)( cossXRRXRR 202SXRs 很很小小時時1cos2 202XRss 較較大大時時s1cos2 第二章 船舶電機與電力拖動系統220

16、2220222222)( XREXREIss 2202222)(cosXRRs 變變化化曲曲線線隨隨、SI cos22 )(2 Isn)cos(2 sn 結論：結論：轉子轉動時，轉轉子轉動時，轉 子電路中的各量均與轉子電路中的各量均與轉 差率差率 s有關，即與轉速有關，即與轉速 n有關。有關。I2cos 2s1I2,2cos O第二章 船舶電機與電力拖動系統3.5 3.5 三相異步電動機轉矩與機械特性三相異步電動機轉矩與機械特性22Tcos IKT 常數，與電常數，與電機結構有關機結構有關旋轉磁場旋轉磁場每極磁通每極磁通轉子電流轉子電流轉子電路的轉子電路的功率因數功率因數ilBF 22cos,

17、 , IT 第二章 船舶電機與電力拖動系統21220222)(UsXRsRKT 22 cos IKTT 22022202)( XREIss 2202222)(cosXRRs mNfU11144.4 由前面分析知：由前面分析知：第二章 船舶電機與電力拖動系統21220222)(UsXRsRKT 21U第二章 船舶電機與電力拖動系統maxTmSNSOTS曲曲線線)(sfT 曲曲線線)(Tfn 根據轉矩公式根據轉矩公式22022212)(sXRUsRKT 得特性曲線：得特性曲線：NnmaxTstTOnTNT0nstT1NT第二章 船舶電機與電力拖動系統NnNT)/()(9550NNN分分轉轉千千瓦瓦

18、nPT OnT0n(N m) 如某普通機床的主軸電機如某普通機床的主軸電機(Y132M-4型型) 的額定功的額定功率為率為7.5kw, 額定轉速為額定轉速為1440r/min, 則額定轉矩為則額定轉矩為nPnPT9550602 m.N7 .4914405 .795509550NNN nPT第二章 船舶電機與電力拖動系統21220222UsXRsRKT)(2021max2XUKT 0dd ST令：令：求得求得202mXRss 臨界轉差率臨界轉差率On0nTmax將將sm代入轉矩公式，可得代入轉矩公式，可得第二章 船舶電機與電力拖動系統 max121max, )1(TUUT2021max2XUKT

19、 NmaxTT 一般三相異步電動機的過載系數為一般三相異步電動機的過載系數為2 .28 .1 12 II(2) sm與與 R2 有關，有關， R2 sm n 。繞線式電。繞線式電機改變轉子附加電阻機改變轉子附加電阻R 2 可實現調速。可實現調速。 第二章 船舶電機與電力拖動系統22022212)(sXRUsRKT 22022212stXRURKT 電動機起動時的轉矩。電動機起動時的轉矩。起動時起動時n= 0 時時，s =1 st121st, ) 1 (TUUT(2) Tst與與 R2 有關，有關， 適當使適當使 R2 Tst 。對繞線式。對繞線式 電機改變轉子附加電阻電機改變轉子附加電阻 R

20、2 , 可使可使Tst =Tmax 。體現了電動機帶體現了電動機帶載起動的能力。載起動的能力。 0nOnTNststTTK 起動能力起動能力第二章 船舶電機與電力拖動系統T2 sT2 TT =T2n T T 2達到新的平衡達到新的平衡T20nnTOn第二章 船舶電機與電力拖動系統U Tm U UTst 22022212stXRURKT 2021m2XUKT 202mXRs 0nNUT2nTO第二章 船舶電機與電力拖動系統stTTOn0nR2 Tst n maxT2T22022212stXRURKT 2021m2XUKT 202mXRs 第二章 船舶電機與電力拖動系統 不同場合應選用不不同場合應

21、選用不同的電機。如金屬切同的電機。如金屬切削，選硬特性電機；削，選硬特性電機；重載起動則選軟特性重載起動則選軟特性電機。電機。stTTOn0nR2 Tst n maxT2T第二章 船舶電機與電力拖動系統3.6 3.6 三相異步電動機的起動三相異步電動機的起動問題：問題：。 一般中小型鼠籠式電機起動電流為額定電流的一般中小型鼠籠式電機起動電流為額定電流的5 7 倍倍; 電動機的起動電動機的起動 第二章 船舶電機與電力拖動系統 二、三十千瓦以下的異步電動機一般都采用二、三十千瓦以下的異步電動機一般都采用直接起動。直接起動。星形星形-三角形三角形(Y ) 換接起動換接起動自耦降壓起動自耦降壓起動(3

22、) 轉子串電阻起動轉子串電阻起動以下介紹降壓起動和轉子串電阻起動。以下介紹降壓起動和轉子串電阻起動。第二章 船舶電機與電力拖動系統ZUIll3:Y 星星形形聯聯結結時時ZUIll3 三三角角形形聯聯結結時時：Z31Y llII31YlIZlU+U1U2V1V1W1W2 lIlU+ZU1U2V1V2W1W2第二章 船舶電機與電力拖動系統L1L3L2FUU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1動觸點動觸點Y動觸點動觸點靜觸點靜觸點第二章 船舶電機與電力拖動系統L1L3L2FUU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1UPU1+Ul+U2V1V2W1W2第二章

23、船舶電機與電力拖動系統 工作工作L1L3L2FUU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1U2Ul+U1V1V2W1W2第二章 船舶電機與電力拖動系統lUU31P (a) 僅適用于正常運行為三角形聯結的電機。僅適用于正常運行為三角形聯結的電機。 )(2StUT (b) Y 起動起動 ststTIY 換接起動適合于空載或輕載起動的場合換接起動適合于空載或輕載起動的場合SYtst31TT UlU1W2V2W1+U2V1UP+Ul+U1W2V2W1U2V1第二章 船舶電機與電力拖動系統L1L3L2FUQQ2第二章 船舶電機與電力拖動系統R 12220220)(st2IIRXREIR

24、R滑環滑環電刷電刷定子定子轉子轉子起動電阻起動電阻 第二章 船舶電機與電力拖動系統R2 Tst 22022212stXRURKT 22RR stTTOn0nmaxT2R2R stT 第二章 船舶電機與電力拖動系統M3M3第二章 船舶電機與電力拖動系統 pfsnsn106011 f=50HzM3 +變頻調速方法變頻調速方法恒轉距調速（恒轉距調速（f1f1N）3.7 3.7 三相異步電動機的調速三相異步電動機的調速第二章 船舶電機與電力拖動系統變頻調速方法可實現無級平滑調速變頻調速方法可實現無級平滑調速,調速性調速性能優異，因而正獲得越來越廣泛的應用。能優異，因而正獲得越來越廣泛的應用。A1X1A

25、2X2iiP=2A1A2X1X2NNSS第二章 船舶電機與電力拖動系統A1X1A2X2iiP=1 采用變極調速方法的電動機稱作雙速電機，采用變極調速方法的電動機稱作雙速電機，由于調速時其轉速呈跳躍性變化，因而只用在對由于調速時其轉速呈跳躍性變化，因而只用在對調速性能要求不高的場合，如銑床、鏜床、磨床調速性能要求不高的場合，如銑床、鏜床、磨床等機床上。等機床上。A1A2X1X2SN第二章 船舶電機與電力拖動系統Tn0no22RR2R2R( 變轉差率調速是繞線式電動機特有的一種調變轉差率調速是繞線式電動機特有的一種調速方法。其優點是調速平滑、設備簡單投資少，速方法。其優點是調速平滑、設備簡單投資少

26、，缺點是能耗較大。這種調速方式廣泛應用于各種缺點是能耗較大。這種調速方式廣泛應用于各種提升、起重設備中。提升、起重設備中。nnTLTLs sTs2R2Ro第二章 船舶電機與電力拖動系統3.8 3.8 三相異步電動機的制動三相異步電動機的制動制動方法制動方法機械制動機械制動電氣制動電氣制動能耗制動能耗制動反接制動反接制動發電反饋制動發電反饋制動 在斷開三相電源的同時，給電動機其中兩相在斷開三相電源的同時，給電動機其中兩相繞組通入直流電流，直流電流形成的固定磁場與繞組通入直流電流，直流電流形成的固定磁場與旋轉的轉子作用，產生了與轉子旋轉方向相反的旋轉的轉子作用，產生了與轉子旋轉方向相反的轉距（制動轉距），使轉子迅速停止轉動。轉距（制動轉距），使轉子迅速停止轉動。第二章 船舶電機與電力拖動系統nF轉子轉子T n0=0 +-運轉運轉制動制動RP第二章 船舶電機與電力拖動系統運轉運轉nFT n0 當電動機轉子的轉速大于旋轉磁場的轉速當電動機轉子的轉速大于旋轉磁場的轉速時，旋轉磁場產生的電磁轉距作用方向發生變時，旋轉磁場產生的電磁轉距作用方向發生變化，