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天津商业大学机械工程学院主讲人：陈诚机电传动与控制机械工程学院第四章交流电动机2.4驱动电路的设计和改进2.4驱动电路的设计和改进①了解异步电动机的基本结构和旋转磁场的产生；②掌握异步电动机的工作原理，机械特性，以及启动、调速及制动的各种方法、特点与应用；③学会用机械特性的四个象限来分析异步电动机的运行状态；④掌握单相异步电动机的工作原理和启动方法；⑤了解同步电动机的结构特点、工作原理、运行特性及启动方法。基本要求2.4驱动电路的设计和改进2.4驱动电路的设计和改进交流电动机的用途:交流电动机在各行各业和日常生活等，都得到了广泛的应用。鼠笼式异步电动机在机电传动控制系统中使用得最为广泛。绕线式异步电动机与鼠笼式相比，其转子结构稍复杂，价格稍贵，一般用于要求起动电流小、起动转距大的场合。交流电动机的优缺点:结构简单，制造、使用和维护方便，运行可靠，成本低，效率高。但是，功率因数低、起动和调速性能差。概述2.4驱动电路的设计和改进2.4驱动电路的设计和改进额定值的关系：NNNNNηcosIUP3)(VkVUN或额定电压额定运行状态时加在定子绕组上的线电压.)(kWPN额定功率额定条件下转轴上输出的机械功率.)(AIN额定电流在额定运行状态下流入定子绕组的线电流.min)/(rnN额定转速额定运行时电动机的转速NNf额定效率额定频率额定功率因数Ncos概述三相异步电机的额定值2.4驱动电路的设计和改进2.4驱动电路的设计和改进机械工程学院1.三相异步电动机的基本结构与工作原理2.三相异步电动机的定子电路与转子电路3.三相异步电动机的转矩与机械特性4.三相异步电动机的启动性能与方法5.三相异步电动机的调速方法6.三相异步电动机的制动7.单相异步电动机8.同步电动机机械工程学院1.三相异步电动机的基本结构与工作原理2.三相异步电动机的定子电路与转子电路3.三相异步电动机的转矩与机械特性4.三相异步电动机的启动性能与方法5.三相异步电动机的调速方法6.三相异步电动机的制动7.单相异步电动机8.同步电动机2.4驱动电路的设计和改进2.4驱动电路的设计和改进1.三相异步电动机的基本结构与工作原理1.1基本结构转子定子定子铁心定子绕组机座转子铁心转子绕组转轴鼠笼式线绕式2.4驱动电路的设计和改进2.4驱动电路的设计和改进1.三相异步电动机的基本结构与工作原理一、基本结构转子定子定子铁心定子绕组机座转子铁心转子绕组转轴鼠笼式线绕式2.4驱动电路的设计和改进2.4驱动电路的设计和改进三相绕线式异步电动机结构图一.三相异步电动机的基本结构轴承定子绕组转子定子集电环出线盒转子绕组端盖定子绕组1.三相异步电动机的基本结构与工作原理2.4驱动电路的设计和改进2.4驱动电路的设计和改进绕线式异步电机定子转子绕组接线方式1.1三相异步电动机的基本结构绕线式转子绕组形式与定子绕组基本相同；3个绕组的末端连接在一起构成星形连接；3个始端连接在3个铜滑环上；电刷引出线连接起动调速变阻器。1.三相异步电动机的基本结构与工作原理2.4驱动电路的设计和改进2.4驱动电路的设计和改进1.三相异步电动机的基本结构与工作原理TCNS转差率所以这种电动机称为异步电动机，也叫感应电动机。定子线圈通三相交流电→产生旋转磁场→相当于转子切割磁力线运动→在转子回路中产生感应电流(右手定则)→带电导体在旋转磁场中受到电磁力(左手定则)→产生电磁转矩→使转子转动(方向与旋转磁场同向)→电动机转动.1.2工作原理转子与定子的转速不同n00nnSn2.4驱动电路的设计和改进2.4驱动电路的设计和改进2.磁生电(右手定则)旋转磁场切割转子导体，转子感应电动势和电流。1.电生磁(右手定则)定子三相绕组通入三相对称电流产生圆形旋转磁场。3.电磁力(左手定则)转子载流（有功分量电流）体在磁场作用下受电磁力作用，形成电磁转矩，驱动电动机旋转，将电能转化为机械能。转动原理XAZBCYn0n＞n1.三相异步电动机的基本结构与工作原理2.4驱动电路的设计和改进2.4驱动电路的设计和改进1.三相异步电动机的基本结构与工作原理电流正方向为：从各相绕组的首端流到末端为正。A——XB——YC——Z1.3旋转磁场的形成sinsin(2/3)sin(4/3)AmBmCmiItiItiIt1、过程分析AXBYCZ++AXBYCZ++AXBYCZ++AXBYCZ++abcdSNSN1.3旋转磁场的形成2.旋转磁场的旋转方向ACBACB结论：旋转磁场的方向与三相电流的相序一致。1.3旋转磁场的形成3.旋转磁场的极数与旋转速度上述分析可以得出：电流经过一个周期变化，旋转磁场在空间上也转过一转，若电流频率为f，旋转磁场每分钟旋转60f转，即n0=60f（一对极）。若将定子做如下改变：1.3旋转磁场的形成结论：因此若有p对磁极，则磁场的转速为：n0=60f/p过程分析：绕组在空间对称分布，相隔60度。电流变化1次，磁场在空间转过1/2转。此时，磁极对数p=2。3.旋转磁场的极数与旋转速度2.4驱动电路的设计和改进2.4驱动电路的设计和改进电动机在正常运转时，其转速n总是稍低于同步转速n0，故称为异步电动机；又因为产生电磁转矩的电流是电磁感应所产生的，也称为感应电动机。1.4转差率转差率是异步电动机一个非常重要的参数，它反映了电动机的各种运行情况。00nnnS异步电动机同步转速和转子转速的差值与同步转速之比称为转差率，用S表示，即：1.三相异步电动机的基本结构与工作原理2.4驱动电路的设计和改进2.4驱动电路的设计和改进三相异步电机转速及转差率与运行状态的关系电动机电磁制动发电机00nnnS1.三相异步电动机的基本结构与工作原理1.4转差率2.4驱动电路的设计和改进2.4驱动电路的设计和改进1.5定子绕组线端连接方式当电动机接入电源的线电压等于电动机的额定相电压时，应接成三角形；若是相电压的倍，应接成星形。如：铭牌标有和380/220时，电源线电压为380V时接成星形，为220V时接成三角形。3/机械工程学院1.三相异步电动机的基本结构与工作原理2.三相异步电动机的定子电路与转子电路3.三相异步电动机的转矩与机械特性4.三相异步电动机的启动性能与方法5.三相异步电动机的调速方法6.三相异步电动机的制动7.单相异步电动机8.同步电动机2.4驱动电路的设计和改进2.4驱动电路的设计和改进2.1三相异步电动机的定子电路三相异步电动机的电磁关系同变压器类似，定子绕组相当于变压器的原绕组，转子绕组（一般是短接的）相当于副绕组。定子绕组接上三相电源电压（相电压为u1）时，则有三相电流通过（相电流为i1），定子三相电流产生旋转磁场，其磁力线通过定子和转子铁心而闭合，这磁场不仅在转子每相绕组中要感应出电动势e2，而且在定子每相绕组中也要感应出电动势e12.三相异步电动机的定子电路与转子电路设定子和转子每相绕组的匝数分别为N1和N2，如图所示电路图是三相异步电动机的一相电路图。旋转磁场的磁感应强度沿定子与转子间空气隙的分布是近于按正弦规律分布的，因此，当其旋转时，通过定子每相绕组的磁通也是随时间按正弦规律变化的.tsinm定子每相绕组中产生的感应电动势为：tNedd11它也是正弦量，其有效值为：1111444444fN.Nf.E式中，f1为e1的频率。因为旋转磁场和定子间的相对转速为n0，所以6001pnf它等于定子电流的频率，即ff1定子每相绕组中还要产生漏磁电动势tiLedd1L1L1根据法拉第电磁感应定律加在定子每相绕组上的电压也分成三个分量，即)(dd)()(11L11111111etiLRieeRiuL如用复数表示，则为)(j)()(1111111111EXIRIEERIUL式中，和()为定子每相绕组的电阻和漏磁感抗。1R1XL1121LfX由于R1和X1较小，其上电压降与电动势E1比较起来，常可忽略，于是EU111EU2.2三相异步电动机的转子电路旋转磁场在转子每相绕组中感应出的电动势为tNedd22其有效值为2222444444SfN.Nf.E式中，f2为转子电动势e2或转子电流i2相对于旋转磁场的频率.因为旋转磁场和转子间的相对转速为n0-n1000026060Sfpnnnn)nn(pf在n=0，即S=1时，转子电动势为2120444Nf.E为转子最大电动势202SEE可见转子电动势E2与转差率S有关。和定子电流一样，转子电流也要产生漏磁通，从而在转子每相绕组中还要产生漏磁电动势。tiLedd2L2L2因此，对于转子每相电路，有tiLRieRiedd)(2L222L2222如用复数表示，则为22222222j)(XIRIERIEL式中，R2和X2——转子每相绕组的电阻和漏磁感抗22L21L222XfLSfLL21202LfX202SXX在n=0，即S=1时，转子感抗为为转子最大感抗可见转子感抗X2与转差率S有关。转子每相电路的电流为2202220222222)SX(RSEXREI可见转子电流I2也与转差率S有关。当S增大，即转速n降低时，转子与旋转磁场间的相对转速增加，转子导体被磁力线切割的速度提高，于是E2增加，I2也增加。2.3转矩特性电磁转矩是三相异步电动机最重要的物理量之一。机械特性是它的主要特性。22mcosIKT122222204.44()SfNIRSX所以220222222022212)SX(RUSRK)SX(RUSRKT因为……转矩特性式中，K——与电动机结构参数、电源频率有关的一个常数；U1、U——定子绕组电压，电源电压；R2——转子每相绕组的电阻；X20——电动机不动（S=1）时转子每相绕组的感抗。222222222220cos()RRRXRSX机械工程学院1.三相异步电动机的基本结构与工作原理2.三相异步电动机的定子电路与转子电路3.三相异步电动机的转矩与机械特性4.三相异步电动机的启动性能与方法5.三相异步电动机的调速方法6.三相异步电动机的制动7.单相异步电动机8.同步电动机2.4驱动电路的设计和改进2.4驱动电路的设计和改进异步电动机所产生的电磁转矩为2202222SXRUSRKT3.1三相异步电动机的电磁转矩转矩特性指电动机的电源电压和频率一定时，电磁转矩与转差率(转速)之间的关系。机械特性n=f（T）转矩特性T=f（S）实际生产中把电磁转矩与转速的关系称异步电动机的机械特性。00nnnS3.三相异步电动机的转矩与机械特性2.4驱动电路的设计和改进2.4驱动电路的设计和改进电源为负相序时电源为正相序时1、固有机械特性四个重要特殊点：①理想空载点AT=0，n=n0（S=0）②额定工作点BT=TN，n=nN（S=SN）③启动工作点DT=Tst，n=0（S=1）④临界工作点CT=Tmax，n=nm（S=Sm）机械特性n=f（T）3.2三相异步电动机的机械特性3.三相异步电动机的转矩与机械特性2.4驱动电路的设计和改进2.4驱动电路的设计和改进2、人为机械特性可以作出改变U、f以及在定子、转子电路串接电阻或电抗的人为机械特性。①异步电动机定子降压的人为机械特性②异步电动机定子串接电阻(电抗)的人为机械特性③异步电动机定子变频的人为机械特性④绕线式异步电动机转子串接电阻(电抗)的人为机械特性2202222SXRUSRKT根据电磁转矩关系式3.2三相异步电动机的机械特性3.三相异步电动机的转矩与机械特性2.4驱动电路的设计和改进2.4驱动电路的设计和改进3.2三相异步电动机的机械特性2、人为机械特性三相异步电动机的人为机械特性①异步电动机定子降压的人为机械特性②异步电动机定子串接电阻(电抗)的人为机械特性③异步电动机定子变频的人为机械特性④绕线式异步电动机转子串接电阻(电抗)的人为机械特性直流他励电动机的人为机械特性①电枢串
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