第12章 异步电动机1 交流铁心线圈交流铁心线圈 结构： 电磁关系： 1第12章 异步电动机一、一、 铁心线圈的电压铁心线圈的电压-电流关系电流关系 设：线圈的主磁通为 ，线圈的主磁感应电动势 其有效值为 2第12章 异步电动机电路的KVL方程为: 当忽略线圈内阻及漏磁感应电动势的影响时，有：其有效值为：3第12章 异步电动机二、线圈的功率损耗1、铜损：由线圈内阻引起的功率损耗，用 表示。2、铁损：铁心中产生的功率损耗，用 表示。则线圈的功率损耗为：减小功率损耗的方法：1、采用磁滞回线窄的软磁材料（硅钢）制作铁心2、减小铁心的体积，将铁心做成片状叠成4第12章 异步电动机三、等效电路图中： 是：是线圈的内阻 是：铁心中与铁损相对应的等效电阻 是：漏磁感抗 是：与铁心中能量储放相对应的等效感抗 5第12章 异步电动机2 变压器变压器 结构：铁心、原边绕组 （一次绕组、初级绕组），付边绕 组 （二次绕组、次级绕组）。 一、变压器的电磁关系一、变压器的电磁关系 6式中： 和 分别为变压器原、付边绕组中的主磁感应电动势。 和 分别为变压器原、付边绕组中的漏磁感应电动势。 第12章 异步电动机变压器原边、付边绕组的KVL方程的相量表示式为 ：分别为原边线圈与付边线圈的漏磁感抗。和和分别为原边线圈与付边线圈的线圈内阻。7第12章 异步电动机二、变压器的电压变换二、变压器的电压变换 忽略线圈内阻与漏磁感抗，变压器原、付边线圈的KVL方程为：由于： 则有： 式中： 是变压器的变比 8由交流铁心线圈可知，变压器铁心磁通最大值 ： 第12章 异步电动机三、变压器的电流变换三、变压器的电流变换 即：在匝数 及频率 一定时，磁通最大值正比于电源电压 。 同时在铁心中有：忽略空载励磁电流 的影响，有：9第12章 异步电动机上式表示：1、变压器原边绕组的磁动势与付边绕组的磁动势相位相反 即：变压器原边绕组的磁动势是励磁磁动势，而付边绕组的 磁动势是去磁磁动势 。2、由有效值表示式可以得到变压器原、付边电流与原、付边 线圈匝数之间的关系10第12章 异步电动机四、变压器的阻抗变换四、变压器的阻抗变换 设：变压器付边的负载为 ，变换后的等效阻抗为 ，则： 11，当负载电阻 时，计算第12章 异步电动机例：例：例：例：一台单相变压器，已知，信号源电动势，信号源内阻信号源的输出功率。解：解：解：解：将负载电阻由变压器的付边折算到变压器的原边，负载上的电压为： 信号源输出的功率为： 12第12章 异步电动机五、变压器的外特性 变压器的输出特性输出特性： 变压器输出电压 随输出电流 与负载功率因数 的关系如图所示，输出电压的变化用电压变化率 表示，即： 13第12章 异步电动机六、特种变压器六、特种变压器 1、自耦变压器 自耦变压器的付边线圈是原边线圈的一部分，由调压手柄调节变压器付边线圈匝数 ，从而改变变压器的变比 。 自耦变压器同样满足变压器的三种变换关系。 14第12章 异步电动机2、电流互感器 电流互感器原边联接大容量电气设备，付边联接测量电流表，利用变压器的电流变换作用，可以将电气设备较大的工作电流变换为电流表能够测量的电流数值。 a) 原理图b) 电路符号15第12章 异步电动机注意： 电流互感器的原边电流是大容量电气设备的工作电流，其数值较大，若电流互感器付边线圈发生断路，则：1、原边线圈中数值较大的磁动势将会使铁心中的铁损增大， 铁心发热。2、会在付边线圈两端出现数值很高的感应电动势。 所以为了用电安全，在使用电流互感器时，其付边线圈一定要接地。16第12章 异步电动机3 三相异步电动机的结构与转动原理三相异步电动机的结构与转动原理定义：将电能转换为机械能的装置分类：1、按照使用的电源分为直流电动机与交流电动机2、直流电动机按照励磁方式分为：他励、并励与串励3、交流电动机按照工作电源分为：三相异步电动机与 单相异步电动机4、应用于特殊用途的特种电动机 17第12章 异步电动机三相异步电动机的结构由定子与转子两大部分构成。1、定子：机座，机座是由铸铁构成 定子铁心，铁心由硅钢片叠成 定子线圈，三组线圈匝数相同、绕向一致2、转子：转轴，联接机械部件 转子铁心，硅钢片叠成 转子线圈，按照转子线圈的不同分为： 鼠笼式电机：转子铜条、短路环 绕线式电机：三组转子线圈、三个滑环与炭刷一、三相异步电动机的结构一、三相异步电动机的结构 18第12章 异步电动机二、电动机转动原理二、电动机转动原理 设磁场沿顺时针方向转动：1、由右手定则确定感生电流的方向， 如图所示。2、由左手定则确定载流导体的受力方 向如图所示。19第12章 异步电动机1 12 23 34 43000300015001500100010007507501、极对数 ：电动机旋转磁场的磁极对数，定义：2、同步转速 ：旋转磁场的转速，与极对数之间的关系式： 三、电动机的转速与转差三、电动机的转速与转差 磁极对数 同步转速20第12章 异步电动机3、转速 ：电动机转子输出转速，在异步机中有 4、转差率 ：电动机同步转速 与转速 的相对变化率电动机的转速：21为磁场的每极磁通； 第12章 异步电动机4 三相异步电动机的电磁转矩与机械特性三相异步电动机的电磁转矩与机械特性 一、电动机的电磁转矩一、电动机的电磁转矩 电动机电磁转矩 正比于与磁场的强度、正比于转子电路的电流、正比与转子电路的功率因数，其定义式为： 式中： 为电动机的结构常数； 为电动机转子电流； 为转子电路的功率因数。 22第12章 异步电动机利用公式 可以将电磁转矩的定义式转换为： 式中： 是电动机结构参数 是转子线圈内阻， 是在 时的转子感抗 上式反映了电动机驱动转矩与电源电压之间的关系 是转差率， 是电源电压。 23第12章 异步电动机二、电动机的机械特性二、电动机的机械特性 机械特性：电动机的 特性额定转矩 ：额定状态时的输出转矩最大转矩 ：输出转矩的最大值起动转矩 ： 时的转矩过载系数 ：24第12章 异步电动机三、电动机的工作区三、电动机的工作区 1、不稳定工作区；由 到 （a点）之间区间 2、稳定工作区：由 （a点）到同步转速 之间区间 25第12章 异步电动机四、转子回路电阻四、转子回路电阻 与电源电压与电源电压 对驱动转矩的影响对驱动转矩的影响 1、转子电阻 变化2、电源电压 变化， 26第12章 异步电动机一、电动机的起动一、电动机的起动 5 三相异步电动机的使用三相异步电动机的使用电动机起动时存在的问题：1）、起动电流大： 2）、起动转矩小： 较小 解决方法： ，直接起动 ，空载起动 27第12章 异步电动机1、 Y形降压起动直接起动：降压起动：28第12章 异步电动机2、自耦变压器降压起动 绕组Y形联接的电动机起动时将三相电源联接到自耦变压器的原边，变压器的付边联接到电动机三组定子线圈，转动变压器的调压手柄降低定子绕组的端电压以减小电动机的起动电流，待电动机起动过程完成后，恢复定子绕组的额定电压数值，使电动机正常运转。3、串 降压起动 绕线式电动机起动时在外电路通过滑环，给转子电路串联起动电阻 以降低电动机的起动电流，待电动机起动过程完成后，切除起动电阻 ，电动机正常运转。29第12章 异步电动机二、电动机的调速二、电动机的调速2、变极调速：应用于鼠笼式电机，优点：简单；缺点：有级 调速1、变频调速：优点：平滑调速； 缺点：需要变频电源 3、变转差率调速：应用于绕线式电动机，优点：平滑调速； 缺点；调速范围较小30第12章 异步电动机三、电动机的制动三、电动机的制动 1、能耗制动：制动时接通直流电源，使磁场转变为恒定磁场，对转子产生 制动转矩，消耗转子中的动能，电动机停止转动。2、反接制动：制动时换接任意两条电源线，使磁场反转，对转子产生制动 转矩，使电动机停止转动。反接制动时需要注意： 1）、在转速 时应及时切断电源，以防止电动机反向运转 2）、在磁场反转瞬间，转子与磁场之间的转差 这时电路中的电流数值较大，需要在定子电路（鼠笼式）或转子电路（绕线式）中联接限流电阻。 31第12章 异步电动机3、发电反馈制动： 在电动机的运行过程中，如果外力使得电动机的转速 大于旋转磁场的同步转速 ，使得电动机转速 ，这时电动机进入了发电反馈运行状态，这时电动机磁场对转子产生的转矩是制动转矩，制动转矩将减小转子的转速同时将外力的作用转换为电能反馈回电网中去。 当电动机轴上带动的重物自由下落时，电动机就会进入发电反馈运行状态，只是发电反馈制动仅表示电动机磁场给转子的转矩是制动转矩，但这个转矩并不能使电动机停止转动。 32第12章 异步电动机6 电动机的铭牌数据电动机的铭牌数据型号：型号的最后一位是磁场的磁极数，电动机的极对数 =磁极数/2；频率：电源频率额定值：电压、电流、转速及功率；工作方式：连续、频繁起动三相异步电动机铭牌三相异步电动机铭牌型号型号 Y132MY132M4 4功功 率率 7.5kW7.5kW频频 率率 50Hz50Hz电压电压 380V 380V 电电 流流 15.4 A15.4 A接接 法法 转速转速 1440 r/min1440 r/min绝缘等级绝缘等级 B B工作方式工作方式 连续连续年年 月月 编号编号 电动机厂电动机厂33第12章 异步电动机绝缘等级绝缘等级A AE EB BF F最高允许温度最高允许温度()()105105120120130130155155绝缘等级：电动机绕组所使用绝缘材料的耐热等级，绝缘等级决定电动机 工作时允许的最高温度。接法：定子绕组与三相电源的联接方式，a） 星形联接 b） 三角形联接 34第12章 异步电动机效率：电动机输出功率 与输入功率 的比值因为电动机的功率所以电动机的额定电流：35第12章 异步电动机三相异步电动机铭牌三相异步电动机铭牌型号型号 Y132MY132M4 4功功 率率 7.5kW7.5kW频频 率率 50Hz50Hz电压电压 380V 380V 电电 流流 15.4 A15.4 A接接 法法 转速转速 1440 r/min1440 r/min绝缘等级绝缘等级 B B工作方式工作方式 连续连续例：已知铭牌数据，计算电动机的极对数和额定转矩，当过载 系数 时，计算电动机的最大转矩。 解：由型号可知磁极数为4，则极对数：额定转矩： 最大转矩： 36第12章 异步电动机a） 电动机定子电路 b） 定子线圈电流*7 单相异步电动机单相异步电动机一、单相异步电动机一、单相异步电动机1、结构：定子铁心、定子绕组、起动绕 组、起动电容2、磁场：单相交流电产生脉动磁场，脉 动磁场使单相机没有起动转矩3、解决方法：采用电容分相起动4、类型：电容起动式 电容运转式37