电动机的电磁特性和机械特性分析解析课件

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1、大连理工大学电气工程系LFChun 制作第第6 6章章 电电 动动 机机 机械负载机械负载 旋转起来旋转起来对称定子三相绕组对称定子三相绕组 通入对称三相电流通入对称三相电流 旋转磁场旋转磁场（磁场能量）（磁场能量）磁感线切割磁感线切割 转子绕组转子绕组 转子绕组中转子绕组中 产生产生 e 和和 i 转子绕组在磁场中转子绕组在磁场中 受到电磁力的作用受到电磁力的作用 转子旋转起来转子旋转起来 三相三相 交流交流 电能电能电磁电磁转矩转矩感感应应大连理工大学电气工程系LFChun 制作一、每相的等效电路一、每相的等效电路U1I1R1 jX1E1 E2sjX2s R2I2sf1f2 定子每相电路定

2、子每相电路 转子每相电路转子每相电路 R1、X1 定子每相绕组的电阻和漏磁感抗。定子每相绕组的电阻和漏磁感抗。R2、X2s 转子每相绕组的电阻和漏磁感抗。转子每相绕组的电阻和漏磁感抗。（下标（下标“s”表示其值与转差率即转速有关）表示其值与转差率即转速有关）定子定子相当于变压相当于变压 器的器的一次绕组一次绕组转子转子相当于变压相当于变压 器的器的二次绕组二次绕组转子转子电路电路通常通常是短是短路的路的大连理工大学电气工程系LFChun 制作大连理工大学电气工程系LFChun 制作定子绕组中通入的是三项正弦交流电，所以通过每相绕组定子绕组中通入的是三项正弦交流电，所以通过每相绕组的磁通的磁通也

3、是按正弦规律变化的，即也是按正弦规律变化的，即=msin t，有，有主磁主磁通和漏磁通。通和漏磁通。1.定子绕组中的电动势定子绕组中的电动势旋转磁场以旋转磁场以n1的转速在空间旋转，定子绕组以的转速在空间旋转，定子绕组以n1的速度切割的速度切割磁力线，因此，主磁通磁力线，因此，主磁通在定子每相绕组中产生的感应电动在定子每相绕组中产生的感应电动势为：势为：其有效值为：其有效值为：E1 定子电流除产生旋转磁通（主磁通）外，还产生漏磁通定子电流除产生旋转磁通（主磁通）外，还产生漏磁通 。这个磁通只围绕定子绕组和周围空气，而不通过转子绕组，因这个磁通只围绕定子绕组和周围空气，而不通过转子绕组，因此定子

4、每相绕组中还要产生漏磁电动势：此定子每相绕组中还要产生漏磁电动势：定子定子每相每相绕组绕组的等效电路如下：的等效电路如下：大连理工大学电气工程系LFChun 制作U1I1R1 jX1E1 E2sjX2s R2I2sf1f2 定子每相电路定子每相电路 转子每相电路转子每相电路 R1、X1 定子每相绕组的电阻和漏磁感抗。定子每相绕组的电阻和漏磁感抗。R2、X2s 转子每相绕组的电阻和漏磁感抗。转子每相绕组的电阻和漏磁感抗。（下标（下标“s”表示其值与转差率即转速有关）表示其值与转差率即转速有关）定子绕组定子绕组相当于变压相当于变压 器的器的一次绕组一次绕组转子绕组转子绕组相当于变压相当于变压 器的

5、器的二次绕组二次绕组转子转子电路电路通常通常是短是短路的路的定子、转子定子、转子每相每相绕组绕组的等效电路如下：的等效电路如下：大连理工大学电气工程系LFChun 制作忽略忽略 R1 和和 X1，则，则U1E1 有效值为有效值为：U1=E1=4.44 f1 N1 绕组的材质为铜线，上面会产生一定的压降绕组的材质为铜线，上面会产生一定的压降 沿非磁性材料沿非磁性材料-空气闭合的，空气闭合的，与与i之间是线性关系，可以用之间是线性关系，可以用线性电感元件线性电感元件L代表，则漏磁代表，则漏磁感抗感抗X1=L，大连理工大学电气工程系LFChun 制作U1=E1=4.44 f1 N1 N1 定子每相绕

6、组的等效匝数；定子每相绕组的等效匝数；定子每相绕组交链磁通的最大值，定子每相绕组交链磁通的最大值，即旋转磁场每极的磁通；即旋转磁场每极的磁通；f1 e1 的频率，即定子电路的频率。的频率，即定子电路的频率。f1=pn160 与交流电源同频率。与交流电源同频率。和和 U1建立了联系，当建立了联系，当f1、N1为固定值为固定值时，时，由由 电源电压电源电压U1决定。决定。大连理工大学电气工程系LFChun 制作2、定子电流和定子功率因数、定子电流和定子功率因数 当电动机空载时当电动机空载时，轴上受到的摩擦阻力极小，转速，轴上受到的摩擦阻力极小，转速n接近于同步转接近于同步转速速n1，可以认为旋转磁

7、场不切割转子绕组，因此，可以认为旋转磁场不切割转子绕组，因此e20和和i20。此时，。此时，旋转磁场仅由定子电流旋转磁场仅由定子电流i10建立，空载时的主磁通建立，空载时的主磁通0与之相对应。与之相对应。当电动机带上负载时当电动机带上负载时nTL，电动机就会加速运行；，电动机就会加速运行；若若TTL，电动机则要减速运行直至停转。，电动机则要减速运行直至停转。大连理工大学电气工程系LFChun 制作Tc是电动机转轴上的总的阻转矩；是电动机转轴上的总的阻转矩；T0是空载转矩，通常是摩擦转矩、是空载转矩，通常是摩擦转矩、空气阻力转矩等形成的；空气阻力转矩等形成的；T2是机械负载转矩；是机械负载转矩；

8、通常通常T0这个值很小，可以忽略不计，近似认为这个值很小，可以忽略不计，近似认为TcT22.转矩平衡关系转矩平衡关系 利用利用异步电动机的转矩特性曲线异步电动机的转矩特性曲线 来研究来研究一下电动机的自适一下电动机的自适应负载能力。应负载能力。电动机的电磁转矩可以随负载的变化而自动调整，这种能电动机的电磁转矩可以随负载的变化而自动调整，这种能力称为力称为自适应负载能力自适应负载能力。大连理工大学电气工程系LFChun 制作现在假定转轴上所加的负载转矩是一个恒定的负载转矩，用现在假定转轴上所加的负载转矩是一个恒定的负载转矩，用T2来表示，来表示，如图所示，它与转矩特性曲线有两个交点，如图所示，它

9、与转矩特性曲线有两个交点，c点和点和d点，这两点表面上看来都满足转矩平衡的关系，点，这两点表面上看来都满足转矩平衡的关系，T=T2，但，但是电动机在是电动机在 c点和点和d点都能够稳定运行吗？这两点的运行状态点都能够稳定运行吗？这两点的运行状态有什么不同呢有什么不同呢?下面就做具体分析。下面就做具体分析。大连理工大学电气工程系LFChun 制作C点情况分析说明点情况分析说明 大连理工大学电气工程系LFChun 制作 首先看首先看c点的运行情况：点的运行情况：在在c点点T=T2，恒速运行，恒速运行。假设某些因素使假设某些因素使T2突然增大了突然增大了，这种情况是经常发生的，这种情况是经常发生的，

10、比如金属切削机床在加工工件的时候，由于持刀量的增加，比如金属切削机床在加工工件的时候，由于持刀量的增加，或者加工材料的不均匀，又或者起重机起吊重物的时候，也或者加工材料的不均匀，又或者起重机起吊重物的时候，也可能造成可能造成负载转矩突然增加负载转矩突然增加，从图上来看，它从，从图上来看，它从T2增加为增加为T2，在这一瞬间，在这一瞬间，T T2，n就会下降，就会下降，s会增大，会增大，根据转矩特性根据转矩特性曲线，在这一段（曲线，在这一段（ob段）内，段）内，s增大，增大，T相应会增大，相应会增大，这样就这样就可以达到可以达到T=T2，重新满足转矩平衡的条件。这样电动机就，重新满足转矩平衡的条

11、件。这样电动机就在一个新的、比较低的转速下运行，那就对应着图中的在一个新的、比较低的转速下运行，那就对应着图中的c点。点。同理，可以分析同理，可以分析T2突然减小突然减小的情况，的情况，T T2，n就会上升，就会上升，s会减小，在会减小，在ob段，段，s减小，减小，T相应会减小，这样就可以达到相应会减小，这样就可以达到T=T2，重新满足转矩平衡的条件。这样电动机就在一个新，重新满足转矩平衡的条件。这样电动机就在一个新的、比较高的转速下运行，那就对应着图中的的、比较高的转速下运行，那就对应着图中的c点。点。C点情况分析说明点情况分析说明 大连理工大学电气工程系LFChun 制作大连理工大学电气工

12、程系LFChun 制作d点情况分析说明点情况分析说明 大连理工大学电气工程系LFChun 制作 d点的运行情况：点的运行情况：在在d点点T=T2，恒速运行，恒速运行。假设某些因素使假设某些因素使T2突然增大了，突然增大了，从图上来看，它从从图上来看，它从T2增加增加为为T2，在这一瞬间，在这一瞬间，T T2，n就会下降，就会下降，s会增大，会增大，根据转根据转矩特性曲线，在矩特性曲线，在ba段内，段内，s增大，增大，T相应会减小，相应会减小，T进一步小进一步小于负载转矩，于负载转矩，n进一步下降，进一步下降，s进一步增加，进一步增加，T再进一步减小，再进一步减小，T再进一步小于负载转矩，再进一

13、步小于负载转矩，n再进一步下降，再进一步下降，s再进一再进一步增加，步增加，最后电动机就停转了。最后电动机就停转了。同理，同理，可以分析可以分析T2突然减小的情况突然减小的情况，T T2，n就会上升，就会上升，s会减小，在会减小，在ba段，段，s减小，减小，T相应会增加，相应会增加，T进一步大于负载进一步大于负载转矩，转矩，最后最后n会上升到会上升到b点，进入稳定运行区。点，进入稳定运行区。d点情况分析说明点情况分析说明 小结：小结：B点是电动机稳定运行的临界点；点是电动机稳定运行的临界点；ba段不是电动机的稳定运行区。段不是电动机的稳定运行区。大连理工大学电气工程系LFChun 制作异步电动

14、机电磁转矩特性异步电动机电磁转矩特性电磁转矩有三个重要值，分别电磁转矩有三个重要值，分别为：为：额定转矩额定转矩TN最大转矩最大转矩TM起动转矩起动转矩TstTmsm1T0s最大电磁转矩最大电磁转矩对应最大电对应最大电磁转矩的临磁转矩的临界转差率。界转差率。(1)额定转矩额定转矩TN（单位（单位N m）电动机在额定电压下以电动机在额定电压下以额定转速额定转速nN运运m)(Nr/min)()KW(9550602NNNNNnPnPT功率单位若为功率单位若为W时，时，9550改为改为9.55行，输出行，输出额定机械功率额定机械功率 PN时时，电机转轴上对应输出的机械，电机转轴上对应输出的机械转矩为额

15、定电磁转矩转矩为额定电磁转矩TN。计算可根据计算可根据M铭牌上的数值铭牌上的数值 大连理工大学电气工程系LFChun 制作 最大转矩反映了电动机最大转矩反映了电动机带最大负带最大负载的性能载的性能.TMT0s最大电磁转矩最大电磁转矩起动电磁转矩起动电磁转矩(2)最大转矩最大转矩TMTst下图为不同下图为不同U1下的转矩特性曲线下的转矩特性曲线大连理工大学电气工程系LFChun 制作 在在M M运行过程中，如果电源电压运行过程中，如果电源电压U1U1下降比较多，会出现下降比较多，会出现最大转矩最大转矩T TM M负载转矩负载转矩T T2 2的情况，的情况，M M带不动负载了，将会出带不动负载了，

16、将会出现现M M的停机现象（闷车）。的停机现象（闷车）。如果此时不及时断开电源，如果此时不及时断开电源，M M中将会产生很大的中将会产生很大的i i，会，会使使M M温升过高，甚至造成设备的损坏，为了保证温升过高，甚至造成设备的损坏，为了保证M M在电源电在电源电压发生波动的时候仍然能够正常工作，一般规定压发生波动的时候仍然能够正常工作，一般规定T TM M比比T TN N大大很多，用过载系数很多，用过载系数来表示这个特性。来表示这个特性。NMmTT的大小既反应了的大小既反应了M稳定运行的特性，也反应了稳定运行的特性，也反应了M允许短时允许短时过载的能力过载的能力。一般一般Y系列异步电动机的过

17、载系数为系列异步电动机的过载系数为1.82.2，越大，过载能力越强。越大，过载能力越强。我们把最大转矩与额定转矩的比值称为电动机的我们把最大转矩与额定转矩的比值称为电动机的，即即大连理工大学电气工程系LFChun 制作电源电压不变的情况下：电源电压不变的情况下：此图表明此图表明T Tmaxmax与转子与转子电阻电阻R R2 2无关；无关；SmSm与与R2R2有关。有关。这就决定了绕线式三这就决定了绕线式三项异步电动机有较好的启项异步电动机有较好的启动特性和调速特性。动特性和调速特性。（以后分析）（以后分析）大连理工大学电气工程系LFChun 制作TMT0s最大电磁转矩最大电磁转矩起动电磁转矩起

18、动电磁转矩 起动转矩反映了异步机带起动转矩反映了异步机带负载起动时的性能负载起动时的性能。起动转矩与额定电磁转矩之比称作电动机的起动转矩与额定电磁转矩之比称作电动机的，即，即：Tst(3)起动转矩起动转矩TstNststTT st通常在通常在0.82.2之间。之间。如果电机的起动转矩如果电机的起动转矩Tst小于电动机轴上的负载阻转矩小于电动机轴上的负载阻转矩TL时，电动机将无法起动。时，电动机将无法起动。n=0（s=1），），T=Tst，是启动工作点。，是启动工作点。Tst称为启动转矩称为启动转矩。s=1，f1=f2,此此时转子的频率时转子的频率最高，故最高，故X20R2，分母中的，分母中的R

19、2可省略。可省略。大连理工大学电气工程系LFChun 制作6、3、2 异步电动机的机械特性异步电动机的机械特性 显然，显然，把转矩特把转矩特性曲线旋性曲线旋转转90后后即可得到即可得到机械特性机械特性曲线。曲线。机械特性曲线可分为稳定运行区机械特性曲线可分为稳定运行区ab段和非稳定运行区段和非稳定运行区bc段两部分。段两部分。当转矩从当转矩从0 0增加到额增加到额定转矩定转矩TNTN时，对应的转时，对应的转速从速从n1n1下降到下降到nNnN，转速，转速的下降很少，这种特性的下降很少，这种特性就是硬特性。适合于金就是硬特性。适合于金属切削机床，通风机，属切削机床，通风机，压缩机等，这些设备要压

20、缩机等，这些设备要求求T T变化大时，变化大时，n n变化不变化不大。大。大连理工大学电气工程系LFChun 制作大连理工大学电气工程系LFChun 制作大连理工大学电气工程系LFChun 制作大连理工大学电气工程系LFChun 制作大连理工大学电气工程系LFChun 制作6.4 三相异步电动机的使用三相异步电动机的使用6.4.1 三相异步电动机的铭牌和技术数据三相异步电动机的铭牌和技术数据主要介绍以下几个，其它自己看教材。主要介绍以下几个，其它自己看教材。大连理工大学电气工程系LFChun 制作 异步电动机的铭牌数据异步电动机的铭牌数据1.型号型号 Y 132 S 29.1 9.1 三相异步

21、电动机的基本结构和额定值三相异步电动机的基本结构和额定值 表示异步机表示异步机机座中心高度机座中心高度 （mm）磁极数磁极数 机座长度代号机座长度代号 S 短机座短机座 M 中机座机座 L 长机座机座 三相异步电动机三相异步电动机 型号型号 Y132S2 功率功率 7.5 kW 频率频率 50 Hz 电压电压 380 V 电流电流 15 A 接法接法 转速转速 2 900 r/min 绝缘等级绝缘等级 B 工作方式工作方式 连续连续 大连理工大学电气工程系LFChun 制作9.1 9.1 三相异步电动机的基本结构和额定值三相异步电动机的基本结构和额定值 2.额定功率额定功率 PN（单位：（单位

22、：KW）指转轴上输出的机械功率指转轴上输出的机械功率3.额定电压额定电压 UN（单位：（单位：V）指定子三相绕组应施加的额定指定子三相绕组应施加的额定线线电压电压ULN。通常有：通常有：380 V，3 kV，6 kV。4.额定电流额定电流 IN（单位：（单位：A）电动机额定运行时的电动机额定运行时的线线电流电流 ILN。三相异步电动机三相异步电动机 型号型号 Y132S2 功率功率 7.5 kW 频率频率 50 Hz 电压电压 380 V 电流电流 15 A 接法接法 转速转速 2 900 r/min 绝缘等级绝缘等级 B 工作方式工作方式 连续连续 大连理工大学电气工程系LFChun 制作5

23、.额定频率额定频率 fN 我国工频为我国工频为 50 Hz 6.额定转速额定转速 nN（单位：（单位：r/minr/min）指的是电动机指的是电动机转子的转速转子的转速n。7 7、工作方式：、工作方式：连续工作制连续工作制S1S1、短时、短时工作制工作制S2S2、间歇、间歇工作工作制制S3S3。9.1 9.1 三相异步电动机的基本结构和额定值三相异步电动机的基本结构和额定值 三相异步电动机三相异步电动机 型号型号 Y132S2 功率功率 7.5 kW 频率频率 50 Hz 电压电压 380 V 电流电流 15 A 接法接法 转速转速 2 900 r/min 绝缘等级绝缘等级 B 工作方式工作方

24、式 连续连续 大连理工大学电气工程系LFChun 制作8.接法：指定子三相绕组的接法。接法：指定子三相绕组的接法。定子绕组有两种接法：定子绕组有两种接法：Y形和形和形形。通常：通常：PN 3 kW 为为 Y 接法，接法，PN 4 kW 为为 接法。接法。大连理工大学电气工程系LFChun 制作大连理工大学电气工程系LFChun 制作为强化对名牌数据的了解，可结合教材为强化对名牌数据的了解，可结合教材P133第第5题来做一下练习。题来做一下练习。大连理工大学电气工程系LFChun 制作大连理工大学电气工程系LFChun 制作大连理工大学电气工程系LFChun 制作启动瞬间，启动瞬间，n=0,s=

25、1，转子绕组以同步转速，转子绕组以同步转速n1切切割磁力线，此时相对速度最大，此时割磁力线，此时相对速度最大，此时e2和和i2最大，最大，和变压器原理相类似，和变压器原理相类似，i2大会使大会使i1也增大，相应的也增大，相应的输电线路的电流也加大了。输电线路的电流也加大了。大连理工大学电气工程系LFChun 制作大连理工大学电气工程系LFChun 制作课课 堂堂 讨讨 论论第第9 9章章 电电 动动 机机 9.1 三相异步电动机的同步转速决定于三相异步电动机的同步转速决定于()。a.电源频率电源频率 b.磁极对数磁极对数c.电源频率和磁极对数电源频率和磁极对数c 9.2 旋转磁场的转速旋转磁场

26、的转速 n0 与极对数与极对数 p 和电源频率和电源频率 f 的关系是的关系是()b a.n0=60 p f b.n0=60 f p c.n0=60 f 2p 9.3 三相异步电动机的旋转方向决定于三相异步电动机的旋转方向决定于()。a.电源电压大小电源电压大小 b.电源频率高低电源频率高低 c.定子电流的相序定子电流的相序c 大连理工大学电气工程系LFChun 制作课课 堂堂 讨讨 论论 9.5 某三相异步电动机采用变频调速时，若降低某三相异步电动机采用变频调速时，若降低频率，则转速将（频率，则转速将（）。）。a.提高提高 b.不变不变 c.降低降低 c 9.6 运行中的三相异步电动机运行中

27、的三相异步电动机 负载转矩从负载转矩从 T1 增到增到 T2 时，将稳定运时，将稳定运 行在图示机械特性曲线的行在图示机械特性曲线的()。a.Q1 点点 b.Q2 点点 c.Q3 点点 n T O T1 T2 Q1 Q2 Q3 b 9.4 三相异步电动机是由于三相异步电动机是由于()而产生电磁转而产生电磁转 矩的。矩的。a.定子磁场与定子电流的相互作用定子磁场与定子电流的相互作用b.转子磁场与转子电流的相互作用转子磁场与转子电流的相互作用 c.旋转磁场与转子电流的相互作用旋转磁场与转子电流的相互作用c 大连理工大学电气工程系LFChun 制作课课 堂堂 讨讨 论论 9.8 额定电压为额定电压为

28、 380/220 V 的三相异步电动机的三相异步电动机，在接成在接成 形和接成形和接成 形两种情况下运行时，其额定输形两种情况下运行时，其额定输出功率出功率PY 和和 P 的关系是（的关系是（）。）。a.PY=P b.PY=3 P c.P=3 PYd.PY=3 P e.P=3 PY a 大连理工大学电气工程系LFChun 制作课课 堂堂 讨讨 论论 9.9 三相电动机在额定运行状态下，如果断了一根三相电动机在额定运行状态下，如果断了一根 电源线，则电动机（电源线，则电动机（）。）。a.仍将继续转动，但电流增大，若时间长会使电机烧坏仍将继续转动，但电流增大，若时间长会使电机烧坏 b.仍将继续转动

29、，工作状态不会改变仍将继续转动，工作状态不会改变c.停止转动停止转动a 9.10 某三相绕线转子异步电动机，在临界转差率某三相绕线转子异步电动机，在临界转差率sm1 的范围内增加转子电阻的范围内增加转子电阻 R2 时，起动电流时，起动电流 Ist 和起和起 动转矩动转矩 Tst 的变化情况是的变化情况是()。a.Ist 和和 Tst 都减小都减小 b.Ist 减小，减小，Tst增加增加 c.Ist 增加，增加，Tst 减小减小 d.Ist 和和 Tst 都增加都增加 b 大连理工大学电气工程系LFChun 制作课课 堂堂 讨讨 论论 9.11 三相异步电动机在额定负载下欠电压运行时，三相异步电

30、动机在额定负载下欠电压运行时，其定子线电流将其定子线电流将()。a.小于额定电流小于额定电流 b.大于额定电流大于额定电流 c.等于额定电流等于额定电流b 9.12 在起动重设备常选用的异步电动机为在起动重设备常选用的异步电动机为()。a.鼠笼式鼠笼式 b.绕线式绕线式 c.单相单相b 9.14 一台三相异步电动机在额定电压下运行，一台三相异步电动机在额定电压下运行，当负载增加时，其转子电流当负载增加时，其转子电流 I2 和转速和转速 n 的变化规律是的变化规律是（）。）。a.I2 和和 n 都减小。都减小。b.I2 减小、减小、n 增加。增加。c.I2 增加、增加、n 减小。减小。d.I2 和和 n 都增加。都增加。c LFChun 制作大连理工大学电气工程系 下一章下一章