电机与拖动教学课件全书电子讲义.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,LFChun,制作,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,1,章 变 压 器,1.1,变压器的用途和种类,1.2,单相变压器的基本结构,1.3,单相,变压器的空载运行,1.4,单相变压器的负载运行,1.5,三相变压器,1.6,自耦变压器,1.7,仪用互感器,电机与拖动,返回主页,2.1,变压器的用途和种类,1.1.1,变压器的用途,第,2,章 变压器,变压器的主要用途是变换电压,在电力系统中用作电能的输送和分配,第,2,章 变压器,图,1.1.1,电力变压器应用示意图,我国高压输电的电压等级有,110kV,、,220kV,、,330kV,、,500kV,、,750kV,和,1000kV,。,1.1.2,变压器的分类,第,2,章 变压器,按用途的不同,电力变压器、电焊变压器、电炉变压器、整流变压器和仪用变压器（仪用互感器）等；,按相数的不同,单相变压器、三相变压器和多相变压器等；,按绕组数的不同,单绕组变压器（自耦变压器）、双绕组变压器和多绕组变压器等；,按结构型式的不同,心式变压器、壳式变压器和,C,式变压器等；,按冷却方式的不同,空气自冷式（干式）变压器、油浸自冷式变压器、油浸风冷式变压器、强迫油循环式变压器和充气式变压器等。,要求与提示,1.,了解变压器的主要用途是变换电压。,2.,了解变压器的主要分类方法。,1.2,单相变压器的基本结构,1.2.1,铁心,铁心是用彼此绝缘的硅钢片或非晶材料制成,第,2,章 变压器,热轧硅钢片,冷轧硅钢片,硅钢片,晶粒有取向,晶粒无取向,变压器主要采用晶粒有取向冷轧硅钢片,图,1.2.1,硅钢片形状,叠片式,卷制式（,C,式变压器）,铁心制作方式,心式（心式变压器）,壳式（壳式变压器）,图,1.2.2,心式变压器和壳式变压器,图,1.2.3,卷制式铁心,1.2.2,绕组,按电压高低,高压绕组,低压绕组,交叠式绕组,同心式绕组,按放置方式,图,1.2.4,单相变压器的绕组,要求与提示,1.,了解变压器的核心部件是铁心和绕组。为了减少铁损耗，变压器的铁心由彼此绝缘的硅钢片叠成。变压器有高低压两个绕组。,2.,熟悉变压器绝缘电阻的检测方法。,实验与实训,单相变压器的简单测试,1.,实验目的,（,1,）了解单相变压器的基本结构,（,2,）了解单相变压器绝缘电阻的检测方法。,2.,实验内容,（,1,）观察变压器的结构，分析它是心式变压器还是壳式变压器，其绕组是同心式还是交叠式？,（,2,）利用万用表检查变压器的高压绕组和低压绕组的电阻值是否正常，判断该绕组有无断路或接触不良等现象。,（,3,）用,500V,以上的兆欧表检查变压器的绝缘电阻值，将结果填入表,1.2.1,中，测得结果应大于,0.5M,，否则该变压器不宜使用。,高、低压绕组间的绝缘电阻,高压绕组与铁心间的绝缘电阻,低压绕组与铁心间的绝缘电阻,表,1.2.1,绝缘电阻的测量值,1.3,单相变压器的空载运行,图,1.3.1,单相变压器的空载运行,1.3.1,电磁关系,u,1,i,0,F,0,=,N,1,i,0,1,x,1,e,2,e,1,u,20,R,1,i,0,x,1,I,0,一次绕组接电源，二次绕组接负载,设,则,用相量表示即,e,1,的有效值,E,1,为,漏电抗,X,1,和漏电感,L,1,的关系为：,一次绕组的电阻为,R,1,，则,一次绕组的漏阻抗,二次绕组中的电动势,e,2,的有效值及其相量为,空载运行时,，,变压器一、二次绕组的电动势之比称为变压器的电压比，用,k,来表示，即,空载运行时，,I,0,很小，,U,1,E,1,，,U,20,=E,2,，因此,单相变压器铭牌上标出的额定电压是指变压器在空载运行时，高、低压绕组电压的额定值,1.3.2,空载损耗,空载损耗,P,0,近似等于铁损耗,P,Fe,，即,因而可以通过空载实验近似地求得铁损耗。,P,0,P,Fe,例,1.3.1,某单相变压器，高压绕组接到,35kV,的工频交流电源上时，低压绕组的开路电压是,6.6kV,。若铁心中主磁通的最大值为,0.618Wb,，试求该变压器的电压比及高、低压绕组的匝数。,解：变压器的电压比为,高压绕组和低压绕组的匝数,分析与思考,1.,变压器能否用来变换直流电压？,2.,变压器能否用来变换电压的频率？,实验与实训,单相变压器的空载实验,1.,实验目的,(1),了解单相变压器的空载实验方法，熟悉其使用。,(2),了解单相变压器的额定电压。,(3),通过空载实验求取变压器的电压比和铁损耗。,2.,实验内容,(,1),熟悉实验仪器设备，将变压器的铭牌数据和仪器设备的名称、型号和主要技术数据等填入表,1.3.1,形式的自拟表格中。,表,1.3.1,实验仪器设备,(2),变压器的空载实验,实验通常在低压侧进行，按图,1.3.2,接好实验电路，图中,T1,是被测变压器，,T2,是单相调压器。,仪器设备名称,型 号,主要技术数据,设备编号,图,1.3.2,单相变压器的空载实验,将调压器,T2,调到起始位置,(,输出电压为零的位置,),后，合上断路器,QF,调节调压器将变压器一次绕组的电压升至额定电压,U,1,N,的,1.2,倍。然后再将电压降至额定值，记录下电压、电流和功率值，填入表,1.3.2,中。由于变压器空载运行时的功率因数很低，为减少测量误差，测量功率应选用低功率因数功率表。,表,1.3.2,空载实验测量数据,U,1,/V,U,2,/V,I,0,/A,P,0,/W,实验完毕后，将调压器恢复到起始位置，断开断路器,QF,(3),经指导教师检查实验数据并通过后，可拆除电路，并做好仪器设备的整理及环境清洁工作。,(4),根据实验数据计算出变压器的电压比和铁损耗。,步骤,(1),和,(3),在以后的各项实验中都要进行，请读者注意，以后不再重复。,要求与提示,1.,理解变压器的电压比,2.,理解变压器的额定电压是指变压器在空载运行时高、低压绕组电压的额定值。,3.,理解变压器的空载损耗近似等于铁损耗。,1.4,单相变压器的负载运行,图,1.4.1,单相变压器的负载运行,1.4.1,磁通势平衡方程式,I,1,随,I,2,变化的原因：,1.,从能量转换的角度来看,2.,从电磁关系的角度来看,或,上述两式称为变压器的磁通势平衡方程式,额定电流是变压器在满载运行时的高、低压绕组的电流值。,实际电流,额定电流,过载,实际电流,=,额定电流,满载,在满载或接近满载时，,I,0,可以忽略不计，因而,可见变压器具有电流变换作用,例,1.4.1,某控制用单相变压器，额定电压,U,1N,/U,2N,=220/36V,。在接近满载下工作时，已知低压绕组电流为,I,2,=1.36A,。求高压绕组的电流,I,1,。,解：变压器的电压比,高压绕组电流,1.4.2,、电动势平衡方程式,一次绕组的电动势平衡方程式,二次绕组的漏阻抗,Z,2,=R,2,+jX,2,二次绕组的电动势平衡方程式,从负载两端看,在保持,U,1,和,2,不变时，,U,2,=f(I,2,),称为变压器的外特性。,图,1.4.2,外特性,电压调整率,电力变压器在,2,=0.8(,电感性,),时，,V,R,约为,5%,左右。,例,1.4.2,某单相变压器额定电压,6000/230V,作降压变压器使用。在向功率因数不变的电感性、电阻性和电容性负载供电时，电压调整率分别为,3%,、,1%,和,-2%,。求这三种负载时的满载输出电压,U,2,。,解：电感性负载时,电阻性负载时,电容性负载时,1.4.3,、功率平衡方程式,从电源输入的视在功率,S,1,=U,1,I,1,向负载输出的视在功率,S,2,=U,2,I,2,额定容量,(,容量,),S,N,=U,2N,I,2N,=U,1N,I,1N,从电源输入的有功功率,向负载输出的有功功率,内部功率损耗,P,1,-P,2,=,P,Fe,+P,Cu,该式称为变压器的功率平衡方程式。,铁损耗是不变损耗，工程上通常用空载实验求取。,铜损耗是可变损耗，工程上通常用短路实验求取。,或用下式计算,图,1.4.3,短路实验,短路阻抗模,短路损耗,(,满载,),负载系数,在非满载情况下,效率,满载时输出的有功功率,满载时的效率,例,1.4.3,额定容量,100kVA,，额定电压,6000/230V,的变压器，空载损耗,500W,，短路损耗,1400W,。这台变压器在满载情况下向功率因数为,0.8,的负载供电时，二次绕组的电压为,220V,。求它的效率。,解 满载时的二次绕组电流,分析与思考,1.,为什么说变压器一、二次绕组电流与匝数成反比，只有在满载和接近满载时才成立？空载时为什么不成立？,2,变压器长期运行时，实际电流可否大于、等于或小于额定电流？,3.,变压器在满载运行时，其输出电压,U,2,在什么情况下小于空载电压？在什么情况下可能大于空载电压？,4.,变压器铭牌上标出的额定容量的单位是“千伏安”，而不是“千瓦”，为什么？,实验与实训,单相变压器的负载实验,1.,实验目的,(1),熟悉单相变压器的负载实验方法，熟悉变压器的使用。,(2),了解单相变压器的额定电流和额定容量。,(3),掌握通过负载实验求变压器的外特性、电压调整率和效率。,2.,实验内容,(1),按图,1.4.4,接好电路，图中,R,L,是可变电阻负载,图,1.4.4,单相变压器的负载实验,(2),将开关,QF,和,Q,断开，,R,L,置于电阻最大值。,(3),检查调压器,T2,确实在起始位置后，合上断路器,QF,，调节调压器使一次绕组的电压,U,1,=U,1N,。,(4),合上负载开关,Q,，逐渐减小,R,L,的阻值，增大负载电流。测量变压器的输出电流,I,2,、输出电压,U,2,和输入功率,P,1,。在输出电流从零到,1.2I,2N,的范围内，测取,6,组左右数据，记录在表,1.4.1,中。注意每次读取数据前，先要检查并调节,U,1,使其保值,U,1,=U,1N,。其次在所读取的数据中，必须包括,I,2,=0,和,I,2,=I,2N,两组数据。,表,1.4.1,负载实验测量数据,序号,1,2,3,4,5,6,I,2,/A,U,2,/V,P,1,/W,实验完毕后，将,R,L,重新调至最大位置，将调压器恢复到起始位置，断开开关,Q,，再断开断路器,QF,。,(5),根据实验数据，用坐标纸画出变压器在,cos,2,=1,时的外特性,U,2,=f(I,2,),曲线。求出在,I,2,=I,2,N,时的电压器调整率,V,R,和效率,。,。,要求与提示,1.,本节是本章的重点，要很好理解。,2.,理解变压器的磁通势平衡方程式，理解变压器在满载和接近满载运行时，一、二次绕组的电流之比与它们的匝数成反比；,3.,理解变压器的电动势平衡方程式，理解变压器在负载运行时，变压器的输出电压随负载而变化，变化的程度可通过电压调整率来说明。,4.,理解变压器的额定容量是指视在功率的额定值，它等于额定电压和额定电流的乘积。,5.,理解变压器的功率平衡方程式，理解变压器的铁损耗是不变损耗，近似等于空载损耗。铜损耗是可变损耗，满载铜损耗近似等于短路损耗。输出有功功率与输入有功功率之比称为效率。,6.,熟悉变压器的负载实验方法，熟悉变压器的使用。,1.5,三相变压器,1.5.1,、三相变压器的种类,图,1.5.1,三相组式变压器,图,1.5.2,三相心式变压器,图,1.5.3,三相油浸式电力变压器,1.5.2,三相变压器的分析,星形联结,三角形联结,三相视在功率,三相有功功率,三相无功功率,例,1.5.1,某三相变压器，高压绕组星形联结，低压绕组三角形联结，向某对称三相负载供电。已知一次绕组的线电压为,U,1L,=66kV,，线电流,I,1L,=15.76A,；二次绕组的线电压,U,2L,=10kV,，线电流,I,2L,=104A,，负载的功率因数,求该变压器一、二次绕组的相电压和相电流以及变压器输出的视在功率、有功功率和无功功率。,（,2,）二次绕组的相电压和相电流,二次绕组为三角形联结，故二次绕组的相电压和相电流分别为,（,3,）输出的视在功率、有功功率和无功功率,或者,1.5.3,三相变压器的额定值,额定电压,U,1N,/U,2N,2.,额定电流,I,1N,/I,2N,3.,额定容量,S,N,4.,额定频率,f,N,例,1.5.2,某三相变压器，高压绕组星形联结，低压绕组三角形联结。容量,S,N,=500kVA,，额定电压,U,1N,/U,2N,=35/11kV,。求该变压器在额定状态下运行时，高、低压绕组的线电流和相电流。,解：高压绕组的额定线电流,高压绕组为星形联结，额定相电流为,低压绕组的额定线电流,低压绕组为三角形联结，额定相电流为,1.5.4,三相变压器的联结组,联结组,=,联结组形,+,联结组号,联结组形：,Y,、,YN,、,D,、,y,、,yn,、,d,高、低压绕组的联结组形之间用逗号隔开，例如,Y,，,d,在具体连接时，还会出现以下情况：,1.,绕在同一铁心柱上的高、低压绕组可以绕向相同，也可以绕向相反。,图,1.5.4,绕组的绕向,同极性端和异极性端。,图,1.5.5,绕组的符合,2.,绕在同一铁心柱上的高、低压两绕组可以属于同一相，也可以属于不同相。,3.,三角形联结又有顺接三角形联结和逆接三角形联结两种。,图,1.5.6,三角形联结,联结组号：,011,时钟表示法：,某一高压绕组的线电动势,(,例如：,),作钟表的分针（长针），指向,12,。,对应低压绕组的线电动势,(,例如：,),作钟表的时针（短针），根据相位关系确定其位置,。,它们所指示的钟点数即为联结组号，记在联结组形的后面。,例如,Y,，,y0,，,Y,，,d11,。,国家标准规定的五种标准联结组为：,Y,，,yn0,、,Y,，,d11,、,YN,，,d11,、,Y,，,y0,、,YN,，,y0,。,图,1.5.7,五种标准联结组的接线方式,1.5.5,、三相变压器的并联运行,1.,电压比相同,2.,联结组相同,3.,短路阻抗的标么值相等,短路阻抗模的标么值,即,得,如果短路阻抗模的标么值相等，则,即,实现了负载的最合理分配,如果是三台变压器并联运行，则,例,1.5.2,两台电压比和联结组相同的变压器并联运行。它们的容量和短路阻抗模的标么值分别为,S,N1,=100kVA,，,；,S,NII,=100kVA,，,试求当总负载,S,L,=200kVA,时，两台变压器各自分担的负载是多少？为了不使两台变压器过载，总负载应为多少？,解（,1,）两台变压器分担的负载,更多台变压器并联运行时依此类推,(2),不过载的总负载,由于,S,I,=106kVA,，已过载，要不过载，只能,S,I,=100,kVA,，因此,分析与思考,1.,三相变压器每相一、二次绕组的匝数比,2.,联结组为,Y,，,d5,的三相变压器，其高压绕组线电动势与低压绕组线电动势的相位差是多少？谁滞后谁？,3.,两台变压器并联运行，它们的容量相同而短路电压的标么值不同，试问谁分担的负载多？,4.,两台变压器并联运行，短路电压标么值相同而容量不同，试问谁分担的负载多？,。试分别求出该变压器联结组形分别为,Y,，,y,、,Y,，,d,、,D,，,y,、,D,，,d,时线电压的比值。,实验与实训,三相变压器实验,1.,实验目的,（,1,）熟悉三相变压器的连接方法。,（,2,）练习三相变压器联结组的接线,.,2.,实验内容,（,1,）观察实验所用三相变压器的结构，了解其铭牌及高、低压绕组的接线端。,（,2,）将三相变压器连接成,Y,，,y0,连接组，接线方法见图,1.5.7,。接好后，将高压绕组接三相电源（电压不要超过额定值），用交流电压表测量高、低压绕组的相电压和线电压，将数据记录在表,1.5.1,中。,（,3,）将三相变压器连接成,Y,，,d11,连接组，接线方法见图,1.5.7,。接好后，将高压绕组接三相电源，用交流电压表测量高、低压绕组的相电压和线电压，将数据记录在表,1.5.1,中。,表,1.5.1,三相变压器实验测量数据,联 结 组,高压绕组,低压绕组,相电压,线电压,相电压,相电压,Y,，,y0,Y,，,d11,（,4,）分析线电压与相电压的关系是否正确。,要求与提示,1.,了解三相变压器有组式变压器和心式变压器两种。,2.,理解三相变压器向对称三相负载供电时，相电压与相电流等的关系与单相变压器相同，而线电压与相电压、线电流与相电流的关系与联结方式有关。,3.,理解三相变压器的额定电压和额定电流是指线电压线电流的额定值，额定容量是指三相视在功率的额定值。,4.,了解三相变压器的联结组由联结组形和联结组号组成。,5.,理解三相变压器理想并联条件是电压比相同，联结组相同，短路阻抗模的标么值相等。,6.,熟悉三相变压器的连接方法。,1.6,自耦变压器,1.6.1,、单相自耦变压器,图,1.6.1,单相自耦变压器,电压比,忽略空载电流时,则,公共绕组的电流,在数值上,功率平衡方程式,容量,图,1.6.2,单相自耦调压器,1.6.2,三相自耦变压器,图,1.6.3,三相自耦变压器,要求与提示,1.,了解自耦变压器是只有一个绕组的变压器，低压绕组是高压绕组的一部分。,2.,了解自耦变压器的分析方法原则上与普通双绕组变压器相同。,1.7,仪用互感器,1.7.1,电压互感器,图,1.7.1,电压互感器,k,u,-,变压比,使用注意事项：,二次绕组不能短路,二次绕组一端连同铁心要可靠接地,二次绕组不宜接过多的仪表,1.7.2,电流互感器,图,1.7.2,电流互感器,k,i,-,变流比,使用注意事项：,二次绕组不要开路,二次绕组一端连同铁心要可靠接地,二次绕组不宜接过多的仪表,要求与提示,1.,了解仪用互感器有电压互感器和电流互感器两种。,2.,了解仪用互感器的接线方式和使用注意事项。,第,2,章 异步电机原理与拖动,2.1,电机的用途和种类,2.2,电力拖动系统的组成,2.3,三相异步电动机的工作原理,2.4,三相异步电动机的基本结构,2.5,三相异步电动机的空载运行,2.6,三相异步电动机的负载运行,2.7,三相异步电动机的机械特性,电机与拖动,返回主页,2.10,三相异步电动机的调速,2.8,电力拖动系统的稳定运行,2.9,三相异步电动机的起动,2.12,单相异步电动机,2.11,三相异步电动机的制动,2.1,电机的用途和种类,单相同步电机,动力电机,控制电机,电机,直流电机,交流电机,复励电机,串励电机,并励电机,他励电机,同步电机,异步电机,三相同步电机,三相异步电机,单相异步电机,要求与提示,1.,了解电机的用途和种类。,2.,了解三相同步发电机是当前应用最普遍的发电机，三相异步电动机是当前应用最广泛的电动机。,机械能,电能,电动机,发电机,2.2,电力拖动系统的组成,1.,单轴电力拖动系统,2.,多轴电力拖动系统,3.,多机电力拖动系统,图,2.2.1,电力拖动系统,要求与提示,1.,了解什么是电力拖动系统。,2.,了解电力拖动系统一般是由电动机、传动机构、工作机构和电源以及控制设备等几部分组成。,2.3,三相异步电动机的工作原理,2.3.1,旋转磁场,1.,旋转磁场的产生,旋转磁场是由三相电流通过三相绕组，或者多相电流通过多相绕组产生的。,图,2.3.1,三相绕组,图,2.3.2,三相电流,图,2.3.2,二级旋转磁场,t,=0,0,时，,i,1,=0,，,i,2,0,t,=90,0,时，,i,1,0,，,i,2,0,，,i,3,0,图,2.3.4,三相绕组图,图,2.3.5,四极旋转磁场,电角度,=,磁极对数,机械角度,2.,旋转磁场的转速,旋转磁场的转速称为同步转速,p,1,2,3,4,5,6,n,0,/(r/min),3000,1500,1000,750,600,500,3.,旋转磁场的转向,旋转磁场是沿着,U1V1W1,方向旋转的，即与三相绕组中三相电流的相序一致。,2.3.2,工作原理,1.,电磁转矩的产生,图,2.3.6,三相异步电动机的工作原理,图,2.3.8,左手定则,图,2.3.7,右手定则,U,1,I,1,E,2,I,2,Tn,转差率,转子转速,n=(1-s)n,0,S,不同，电机将工作在不同状态,制动状态 堵转状态 电动机状态 理想空载状态 发电机状态,n0 n=0 0nn,0,s1 s=1 1s0 s=0 s0,2.,电磁转矩的大小,T=,C,T,m,I,2,cos,2,此式称为转矩的物理公式，式中的,C,T,是由电机结构决定的常数,3.,电磁转矩的方向,电磁转矩的方向与旋转磁场的转向相同，即与定子三相绕组中三相电流的相序一致。,电磁转矩的方向决定了电动机转子的转向,电动机反转方法,图,2.3.9,改变转子转向,要求与提示,1.,本节是本章的重点之一，要很好理解。,2.,理解旋转磁场是由三相（或多相）电流通过三相（或多相）绕组产生的；旋转磁场的转速称为同步转速，其公式为,旋转磁场的旋转方向与三相绕组中三相电流的相序一致。,分析与思考,1.,某些国家的工业标准频率为,60Hz,，这种频率的三相异步电动机在极对数,p=1,和,p=2,时的同步转速是多少？,2.,某三相异步电动机，,p=2,、,f,1,=50HZ,，,n=1440r/min,。试问该电动机的转差率是多少？,3.,理解电磁转矩是由转子电流与旋转磁场相互作用产生的；电磁转矩的大小正比于旋转磁场的磁通最大值,m,和转子电流的有功分量,I,2,COS,2,，即,T=,C,T,m,I,2,cos,2,；电磁转矩的方向与旋转磁场的旋转方向一致。,4.,转子转速,n,与同步转速,n,0,之差，与同步转速,n,0,的比值称为转差率，即 ，,按转差率的不同，三相异步电动机分为几种不同的工作状态,。,2.4,三相异步电动机的基本结构,2.4.1,主要部件,1.,定子,(1),定子铁心,图,2.4.1,定子和转子铁心的硅钢片,(2),定子绕组,(3),机座,图,2.4.2,接线柱的连接,(4),端盖,2.,转子,(1),转子铁心,(2),转子绕组,分笼型,(,又称鼠笼型,),和绕线型两种,图,2.4.3,笼形转子,图,2.4.4,铸铝笼形转子,图,2.4.5,三相笼形异步电动机的部件图,图,2.4.6,绕线型转子,图,2.4.7,绕线型异步电动机示意图,图,2.4.8,绕线型异步电动机的结构,(3),转轴,(4),风扇,2.4.2,三相绕组,绕组由若干个线圈连接而成,图,2.4.9,两匝线圈,1.,三相单层绕组,设电机的槽数,z=12,磁极对数,p=1,。,槽距角,极 距,线圈节距,相 数,m=3,每极每相槽数,图,2.4.10,三相单层绕组的接线图,U1(1,7),(2,8)U2,V1(5,11),(6,12)V2,W1(9,3),(10,4)W2,2.,三相双层绕组,设电机槽数,z=12,，磁极对数,p=1,，相数,m=3,，线圈节距,y=5,，则,图,2.4.11,三相双层绕组的接线图,3.,三相绕组的种类,按绕组层数的不同,单层绕组和双层绕组,按线圈节距的不同,整距绕组,(y=,),和短距绕组,(y1),2.4.3,笼型绕组,1.,极数,p,2,=p,1,=p,2.,相数,当转子齿数,z,2,能够被磁极对数,p,整除时,当转子齿数,z,2,不能被磁极对数,p,整除时,m,2,=z,2,3.,匝数,2.4.4,额定值,型号,Y2-132S-4,功率,5.5kW,频率,50HZ,电压,380V,电流,11.7A,连接,转速,1440r/min,功率因数,0.83,绝缘等级,F,1.,型号,2.,额定功率,P,N,3.,额定电压,U,N,4.,额定电流,I,N,5.,额定频率,f,N,6.,额定转速,n,N,7.,额定功率因数,N,8.,绝缘等级,绕线型异步电动机的铭牌上除了上述额定数据外，还标有：,转子绕组的额定电流,I,2N,转子绕组开路时的额定线电压,U,2N,三相异步电动机的额定值之间有以下关系：,式中,N,为额定效率，可从产品目录或电工手册中查到,例,2.4.1,求上述铭牌所示电动机在额定状态运行时：,（,1,）转差率；,（,2,）定子绕组的相电流；,（,3,）输入有功功率；,（,4,）效率。,解,:(1),由型号知该电动机的磁极数,2p=4,，即极对数,p=2,，从而可由式（,2.3.2,）求出,n,0,。也可以从,n,N,直接得知,n,0,=1500r/min,。故,（,2,）由于定子三相绕组为三角形联结，故定子相电流,（,3,）输入有功功率,（,4,）效率,分析与思考,1.,有一台三相异步电动机，如何从结构特点来判断它是笼型还是绕线型？,2.380V,星形联结的三相异步电动机，电源电压为何值时才能接成三角形？,380V,三角形联结的三相异步电动机，电源电压为何值时才能接成星形？,3.,额定电压为,380/660V,，,/Y,联结的三相异步电动机，当电源电压分别为,380V,和,660V,时，各应采用什么连接方式？它们的额定相电流是否相同？额定线电流是否相同？,4.,n,N,=2950r/min,的三相异步电动机，同步转速,n,0,是多少？磁极对数,p,是多少？,实验与实训,三相异步电动机拆装实验,1.,实验目的,(1),熟悉三相笼型异步电动机的结构。,(2),熟悉三相异步电动机绕组极性的鉴别方法。,(3),熟悉三相异步电动机绝缘电阻的检测方法。,2.,实验内容,(1),将一台小型三相笼型异步电动机的定、转子拆开，仔细观察其结构，然后再将它复原。,(2),利用万用表鉴别出每相绕组的两个接线端。,(3),用下述方法鉴别出三相绕组的极性：,将三相绕组串联后与一只毫安表,(,将万用表的旋钮旋转至毫安档位置,),接成闭合回路。用手转动转子，转子铁心剩磁将分别在定子三相绕组中产生三个大小相等、相位互差,120,0,的感应电动势。如果三相绕组都是首尾相连，则三相电动势的相量和为零或接近零，毫安表指针不动或摆动很小。否则说明其中有一相绕组的首尾端假设错了，应将某相绕组反接再试，直到毫安表不动或微动为止。,(4),测量异步电动机的绝缘电阻,包括测量各绕组之间以及每相绕组与机壳之间的绝缘电阻，方法与,1.2,节中单相变压器绝缘电阻的测量方法相同，将结果记录在自拟表格中。,要求与提示,1.,了解三相异步电动机是由定子和转子两部分组成的，按转子绕组的不同又分为笼型和绕线型两种。,2.,理解三相异步电动机额定值的含义：额定功率是输出机械功率的额定值；额定电压是在规定的连接方式时电压的额定值，额定电流是线电流的额定值。额定值之间有式,(2.4.8),的关系。,3.,熟悉三相异步电动机绕组极性的鉴别和绝缘电阻的检测方法。,2.5,三相异步电动机的空载运行,2.5.1,电磁关系,定子三相绕组接到三相交流电源上。,转子转轴未接负载,(,生产机械,),，即转子在空转。,旋转磁场在定子三相绕组中产生感应电动势。,绕组因数,k,W,=,短距分布绕组中的电动势,整距集中绕组中的电动势,绕组因数与绕组匝数的乘积,k,W,N,称为绕组的有效匝数,定子每相绕组中的感应电动势,定子频率与电源的频率相同,空载运行时，定子每相绕组的电动势平衡方程式为,忽略,R,1,、,X,1,和,I,0,，则,由此求得,转子转速,转差率,转子每相绕组中的感应电动势,转子电流,转子磁通势,nn,0,s0,E,2,0,I,2,0,F,2,0,2.5.2,空载损耗,空载损耗,空载转矩,T=T,0,转矩平衡,例,2.5.1,某三相异步电动机，磁极对数,p=2,，频率,f,1,=50Hz,，已知空载运行时，定子线电压,U,1L,=380V,，定子线电流,I,0L,=1.24A,，功率因数,=0.49,，转差率,s=0.002,。求该电机的空载损耗和空载转矩。,解：空载损耗,同步转速,空载转速,空载转矩,分析与思考,1.U,N,=380/660V,、,/Y,联结的三相异步电动机，在连接成,形，定子线电压为,380V,和连接成,Y,形，定子线电压为,660V,两种情况下，旋转磁通的最大值,m,是否相同？,2.,三相异步电动机空载运行时，为什么转子绕组中的电动势和电流可以忽略不计？,实验与实训,三相异步电动机的空载实验,1.,实验目的,(1),掌握三相异步电动机的连接方法。,(2),掌握三相异步电动机的直接起动方法。,(3),掌握三相异步电动机的反接方法。,2.,实验内容,(1),根据电动机铭牌上给出的额定电压和连接方式以及实验室的电源电压确定电动机定子绕组的连接方式，并接好电路。,(2),合上电源开关，起动电动机，注意观察起动瞬间电流表指针摆动的幅度和变化，将最后的空载电流值记录下来。,(3),断开电源开关，注意电动机的转向。,(4),根据,2.3.2,介绍的方法改接电路，重新起动电动机，观察电动机的转向是否改变。然后断开电源开关，结束实验。,要求与提示,1.,了解旋转磁场的磁通最大值正比于定子相电压。,2.,理解三相异步电动机的空载损耗和空载转矩之间有式,(2.5.5),的关系。,3.,掌握三相异步电动机的连接方法、直接起动方法和反转的方法。,2.6,三相异步电动机的负载运行,2.6.1,、磁通势平衡方程式,2.6.2,、电动势平衡方程式,定子每相电路的电动势平衡方程式应为,转子电路的情况,转子频率,f,2,=sf,1,转子静止不动时，,s=1,f,2,=f,1,转子每相绕组的电动势,静止不动时的电动势,于是,E,2S,=s E,2,转子每相绕组的漏电抗,于是,X,2S,=sX,2,转子每相绕组的漏阻抗,转子相电流,其有效值,转子电路的功率因数,转子电路的电动势平衡方程式,例,2.6.1,某三相绕线型异步电动机，由铭牌中获悉，额定转速,n,N,=2880r/min,，额定频率,f,N,=50Hz,，转子绕组开路时的额定线电压,U,2N,=254V,。求该电机在额定状态下运行时转子每相绕组的电动势,E,2S,和转子频率,f,2,。,解：由,n,N,=2880r/min,可知，,n,0,=3000r/min,由于转子绕组是星形联结，所以转子绕组开路时的相电压就是转子静止时每相绕组的电动势,E,2,，即,额定状态下运行时,2.6.3,功率平衡方程式,输入功率,电动机的功率因数,=cos,1,铜损耗,P,Cu,=P,Cu1,+P,Cu2,空载损耗,P,0,=,P,Fe,+P,Me,功率平衡方程式,P,2,=P,1,-P,CU,-,P,Fe,-,P,Me,效率,例,2.6.2,某三相异步电动机，,U,N,=380V,，三角形联结，在拖动某负载运行时，相电流,I,1,=11.5A,，,=0.86,，,=82%,。求该电机的输入功率,P,1,、输出功率,P,2,和总损耗,P,al,。,解,:,输入功率,输出功率,总损耗,2.6.4,、转矩平衡方程式,转矩平衡方程式,T,2,=TT,0,输出转矩,稳定运行时,T,2,=T,L,忽略,T,0,时,T=T,2,=T,L,例,2.6.3,例,2.6.2,中的电动机在拖动该负载运行时，转速,n=1446r/min,，铜损耗,P,Cu,=1.2kW,，求该电动机的转矩,T,2,、,T,0,和,T,。,解,:,输出转矩,空载损耗,空载转矩,电磁转矩,分析与思考,1.,三相异步电动机有星形和三角形两种连接方式。连接方式不同时，各平衡方程式是否不同？,2.,输出功率增加时，输入功率和损耗是否变化？如何变化？,3.,三相异步电动机运行时，若,T,L,增加，它的,n,、,s,、,E,2S,、,f,2,、,I,2,、,I,1,、,P,2,和,P,1,如何变化？,4.T,0,、,T,2,、,T,L,与,T,的作用方向相同还是相反？,实验与实训,三相异步电动机的负载实验,1,、实验目的,(1),进一步熟悉三相异步电动机的连接方法。,(2),通过实验了解三相异步电动机负载运行时,I,、,n,、,和,随,T,2,变化的规律。,2,、实验内容,(1),按图,2.6.1,接好电路，图中电动机负载选用转矩仪。,(2),将调压器,T,置于起始位置,(,输出电压为零位置,),，转矩仪电源开关,Q,置于断开位置，调节电阻,R,T,置于电阻最大位置，然后合上断路器,Q,F,图,2.6.1,三相异步电动机负载实验电路,(3),调节调压器,T,的输出电压，使其逐渐增加，电动机开始起动。将调压器的输出电压升至电动机的额定电压，测出此时电动机的线电压、线电流和两个功率表的读数,(,采用二瓦特计法测量三相功率时，要注意功率表读数的正负，使用方法由指导教师讲解,),以及电动机的转速，计入表,2.6.1,中,测 量 值,计 算 值,U,1,/V,I,1,/A,P,1,/W,P,”,1,/W,T,2,/N,m,n/r/min,P,1,/W,P,2,/W,(4),合上转矩仪直流电源开关,S,，逐渐减小,R,T,，使电动机的输出转矩,T,2,增加,.,从电动机空载到电动机电流等于,1.2I,N,之间读取,6,组左右数据,(,包括前面已记录的空载数据和现在测得的满载数据,),，记入表,2.6.1,中,(,表中横格不够，读者自己增加,),。实验过程中要注意时刻微调调压器保持电压为电动机额定电压不变。,(5),实验结束后，务必先将,R,T,调至电阻最大位置，再断开,S,，将调压器电压减小至零，最后断开,Q,F,。,(6),由表,2.6.1,中的测量值求出计算值，并用座标纸画出,I,1,、,n,、,、,=f(T,2,),，并讨论其变化规律。,要求与提示,1.,本节也是本章的重点，要很好理解。,2.,理解三相异步电动机负载运行时，也应该满足磁通势平衡方程式。,3.,理解三相异步电动机负载运行时的电动势平衡方程式：,其中定、转子每相绕组的电动势为,转子电路的频率,f,2,、漏电抗,X,2s,和电动势,E,2s,的大小都与转差率,s,成正比：,f,2,=sf,1,X,2S,=sX,2,E,2S,=sE,2,4.,理解三相异步电动机负载运行时的功率平衡方程式为,P,2,=P,1,-,P,Cu,-,P,Fe,-,P,Me,5.,理解三相异步电动机负载运行时的转矩平衡方程式为,T,2,=TT,0,稳定运行时,T,2,=T,L,6.,了解三相异步电动机负载运行时，,I,1,、,n,、,、,随,T,2,变化的规律。,2.7,三相异步电动机机械特性,当,U,1,、,f,1,、,R,2,和,X,2,都保持不变时,:,T=,f(s,),转矩特性,n=,f(T,),机械特性,有时统称机械特性,如果定子电压和频率保持为额定值，绕线型异步电动机的转子电路不另外串联电阻和电抗，则称固有特性，否则称人为特性。,2.7.1,、固有特性,T=C,T,m,I,2,cos,2,将,中的各量分别用下述公式代入,:,整理后得,:,图,2.7.1,固有特性,1.,额定状态,电动机的电压、电流、功率和转矩都等于额定值,工作点在特性曲线上的,N,点,忽略,T,0,，则,额定状态说明了电动机的长期连续运行能力,转矩增加时，转速下降不多的机械特性称为硬特性。,转矩增加时，转速下降很多的机械特性则称为软特性,2.,临界状态,电动机的电磁转矩等于最大值时的状态,工作点在特性曲线上的,M,点,令,得临界转差率,代入转矩公式求得最大转矩为,:,临界状态说明了电动机的短时过载能力,起动转矩倍数,3.,堵转状态,电动机刚接通电源、转子尚未转动时的状态,工作点在特性曲线上的,S,点,n=0,s=1.,代入转矩公式得,堵转状态说明了电动机的直接起动能力,起动转矩倍数,起动电流倍数,例,2.7.1,某三相异步电动机,P,N,=45kW,，,n,N,=2970r/min,，,=2.2,S,=2.0,。若,T,L,=200Nm,，试问在以下情况下能否带此负载：,(1),长期运行；,(2),短时运行；,(3),直接起动,(,设起动电流在允许范围内,),。,解：,(1),电动机的额定转矩,由于,T,N,T,L,，