课题三要点优秀PPT.ppt
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1、课题三课题三 交流电机的应用交流电机的应用任务一 认识三相异步电动机认识三相异步电动机教学目的教学目的:1 1、了解三相异步电动机的特点、了解三相异步电动机的特点、用途和分类。用途和分类。2 2、认识三相异步电动机的结构,、认识三相异步电动机的结构,了解各部件的作用。了解各部件的作用。3 3、了解三相异步电动机的铭牌数、了解三相异步电动机的铭牌数据,掌握额定值的简单计算。据,掌握额定值的简单计算。4 4、掌握三相异步电动机的工作原、掌握三相异步电动机的工作原理、旋转磁场、定子绕组。理、旋转磁场、定子绕组。一、三相异步电动机的特点和用途一、三相异步电动机的特点和用途 三相异步电动机具有结构简单、
2、工作可靠、价格低廉、维护方便、效率较高、体积小、重量轻等一系列优点。三相异步电动机广泛应用于对调速性能要求不高的场合,在中小企业中应用特别多,例如普通机床、起重机、鼓风机、水泵及各种农副产品的加工机械等。如图3-1所示。图3-1 三相异步电动机的应用(a)普通车床(b)摇臂钻床(c)生产线(d)万能铣床 1、定子由机座、铁心、绕组、端盖、接线端子盒等组成。机座的主要作用是固定和支撑定子铁心。定子铁心是三相异步电动机磁路的一部分。定子绕组是由许多线圈按一定的规律连接而成的,是定子中的电路部分。定子三相绕组的连接方式的选择,需视电源的线电压而定。如果电动机所接电源的线电压等于电动机的额定相电压,那
3、么,它的绕组应该接成三角形;如果电源的线电压是电动机额定相电压的倍,那么,它的绕组就应该接成星型。通常电动机的铭牌上标有符号Y/和数字380/220V,前者表示定子绕组的接法,后者表示对应于不同接法时的线电压。2、转子由铁心、绕组、转轴、风扇等组成。转子铁心为圆柱形,通常由定子铁心冲片剩下的内圆硅钢片叠成,压装在转轴上。转子绕组有笼形和绕线式两种结构。其中笼型因结构简单等得到广泛应用。三、三相异步电动机的铭牌三、三相异步电动机的铭牌 三相异步电动机的机座上都有一块铭牌,上面标有电动机的型号、规格和有关技术数据。1、型号:国产异步电动机的型号由汉语拼音字母以及国际通用符号和阿拉伯数字组成。2、接
4、法:是指电动机在额定电压下,三相定子绕组的连接方式,Y或。3、额定频率 fN(HZ):指电动机定子绕组所加交流电源的频率。我国工频为50HZ。4、额定电压UN(V):是电动机在正常运行时加在定子绕组上的线电压。5、额定电流IN(A):是电动机在正常运行时,定子绕组线电流的有效值。6、额定功率PN(KW)和额定效率N 额定功率是指在额定电压、额定频率、额定负载运行时电动机轴上输出的机械功率。额定效率是指额定运行时输出机械功率与输入电功率的比值。7、额定转速nN(r/min):是指在额定频率、额定电压、额定输出功率时,电动机每分钟的转数。8、绝缘等级:是指电动机定子绕组所用的绝缘材料允许的最高温度
5、等级,有A、E、B、F、H、C六级。目前一般电动机采用较多的是E级和B级。9、功率因数cos 10、工作方式 (1)连续工作方式 (2)短时工作方式 (3)断续工作方式四、三相异步电动机的系列和分类四、三相异步电动机的系列和分类 我国生产的三相异步电动机种类很多,根据不同的场合和用途可以进行针对性的选择。五、三相异步电动机的工作原理五、三相异步电动机的工作原理 三相异步电动机的工作原理,是基于定子绕组内三相电流所产生的旋转磁场与转子导体内电流的相互作用。三相电通给定子绕组,产生旋转磁场,静止的转子相对于旋转磁场有一个相对的切割磁力线的运动,产生感应电动势,产生感应电流,转子绕组上有了电流,在磁
6、场中有会受到电磁力的作用,形成电磁转矩T,克服阻转矩,驱动转子旋转起来,实现了电能转换成机械能的目的。转子与旋转磁场之间的转速差是保证转子旋转的必要条件。由于转子转速不等于同步转速,所以把这种电动机称为异步电动机,而把转速差(n1-n)与同步转速n1的比值称为异步电动机的转差率,用s表示,即:s=转速差s是分析异步电动机工作情况的重要参数。它反映了转子导体切割磁力线的速度占旋转磁场转速的比例关系。转差率越大,转子中的电动势和电流越大,电动机从电源输入的电流和功率也越大。六、三相异步电动机的旋转磁场六、三相异步电动机的旋转磁场 要使异步电动机转动起来,必须要有一个旋转磁场。异步电动机的旋转磁场是
7、怎样产生的呢?三相异步电动机定子通过三相正弦交流电产生旋转磁场。为了简便起见,假设每相绕组只有一个线圈,分别嵌在定子内圆周的六个凹槽之中,如图3-3所示,图中U1、V1、W1和U2、V2、W2分别代表各相绕组的首端和末端。三相电流的波形如图3-4所示。图3-3 定子三相绕组(a)嵌放情况 (b)星型接法接线图图3-4 三相电流的波形 下面分析不同时刻的合成磁场。如图3-5所示。图3-5三相电流产生旋转磁场(两极)a)t=0 b)t=60 c)t=120 d)t=180 由图3-3和3-4可知,U相绕组内的电流,超前于V相绕组内的电流120,而V相绕组内的电流又超前于W相绕组内的电流120,同时
8、图3-5所示旋转磁场的转向也是U-V-W,即沿顺时针方向旋转。所以,旋转磁场的转向与三相电流的相序一致。要改变旋转磁场的方向,只要把定子的绕组接到电源的三根导线中的任意两根对调即可。以上讨论的旋转磁场,只有一对磁极,即p=1(磁极对数用p表示)。从上述分析可看出,电流变化一个周期(360电角度),旋转磁场的空间也旋转了一圈(360机械角度),若电源的频率为f1,旋转磁场每分钟将旋转60 f1 圈,以n1表之,即:n1=60f1 当旋转磁场具有两对磁极(p=2)时,其转速仅为一对磁极时的一半,即每分钟60f1/2转。依次类推,当有p对磁极时,其转速为:旋转磁场的转速n1与电源的频率成正比而与磁极
9、对数成反比。我国标准的工业频率为50HZ,因此,对应于p=1、2、3和4时,同步转速分别为3000r/min、1500 r/min、1000 r/min和750r/min。例例3-1 一台三相四级异步电动机,额定频率50HZ,额定转速nN=1440r/min,计算额定转差率。解:七、三相异步电动机的定子绕组七、三相异步电动机的定子绕组 1、三相交流绕组概述 (1)绕组展开图 (2)三相绕组在空间位置上分别相差120电角度;每相绕组的线圈数、支路数相等,导线规格一样;每相绕组在空间的分布规律一样。(3)电角度和机械角度 电角度等于机械角度与磁极对数的乘积:电角度=P机械角度 式中P磁极对数。(4
10、)极距与节距y 定子铁心表面每个磁极所占的范围称为极距,一般用槽数表示。若定子槽数用Z1表示,磁极对数用P表示,则:一个线圈两个有效边在定子铁心表面跨过的槽数 称节距y0.8 左右时,电机的性能最佳。(5)槽距角 相邻两槽之间的电角度称为槽距角,它表示相邻两槽导体中电动势的相位差:(6)每极每相槽数q 若用m1表示定子的相数,则每相绕组在每个磁极下所占有的槽数为:(7)相带 每一个磁极下每相绕组所占的范围称为相带,用电角度表示。一般三相异步电动机都采用60相带。2、三相单层绕组 三相单层绕组的线圈数只有槽数的一半,单层绕组可分为同心式、链式和交叉式三种。3、三相双层绕组 三相双层绕组可分为叠绕
11、组和波绕组两大类。任务二任务二 三相异步电动机的运行三相异步电动机的运行 教学目的:教学目的:1 1、了解三相异步电动机运行时的电磁关系。、了解三相异步电动机运行时的电磁关系。2 2、了解三相异步电动机的基本方程式和等值电路。、了解三相异步电动机的基本方程式和等值电路。3 3、熟悉三相异步电动机的功率关系。、熟悉三相异步电动机的功率关系。4 4、了解三相异步电动机的工作特性。、了解三相异步电动机的工作特性。5 5、学习测试三相异步电动机工作特性的方法。、学习测试三相异步电动机工作特性的方法。一、三相异步电动机的空载运行一、三相异步电动机的空载运行 1、空载时的电磁关系、空载时的电磁关系 特点:
12、T几乎等于T0,恒定运行;n=n1,转速很高;I2=0,E2S=0,只有定子绕组产生磁势。2、空载时的电压方程式、空载时的电压方程式 三相异步电动机的定子每相电压方程式:与变压器的分析方法相似,可写成 式中,为励磁阻抗,其中 是反映铁损耗的等效电阻,是与主磁通 相对应的励磁电抗。由于电动机的漏阻抗很小,所以在数值上电压与电动势近似相等:U1E1=4.44Kw1f1N1 m 式中f1是定子交流电源的频率,N1是定子每相绕组的串联匝数,Kw1是每相绕 组由于短距、分布等原因引 起电动势减小的绕组系数。3、空载时的等值电路、空载时的等值电路 根据式,即可画出三相 异步电动机空载时某一相的 等值电路,
13、如图3-6所示。图3-6 异步电动机空载时的等值电路二、三相异步电动机的负载运行二、三相异步电动机的负载运行 1、定转子磁场的关系、定转子磁场的关系 电动机负载运行时,其转速为n(r/min)低于同步转速n1,转动方向与旋转磁场同向。旋转磁场与转子之间的相对转速(即转差)为 ,于是在转子绕组中就感应出电动势,产生电流,其频率为:转子合成磁场相对于转子的旋转速度为:转子旋转磁场在空间的旋转速度为:无论异步电动机的转速如何变化,定、转子的磁场总是相对静止的。2 2、电压方程式、电压方程式 异步电动机带上负载后,定子电流从增大到可列出三相异步电动机负载时定子每相绕组的电压方程式:与定子绕组的电动势相
14、类似,负载时转子每相绕组感应电动势的大小为:式中 Kw2转子绕组系数;N2转子每相绕组的匝数。因为异步电动机的转子电路自成闭路,端电压U2=0,所以转子的电压方程式为:式中r2转子每相绕组的电阻;转子每相绕组的漏阻抗,与转子频率 有 关。3、异步电动机的等值电路 (1)转子频率的折算 转子不动时,定、转子绕组的频率是一样的。转子电流的频率为 ,电阻为r2,漏电抗为x2,转子每相绕组电动势和电流大小为:而实际旋转的转子,其感应电动势的频率和大小为:E2s=4.44f2N2Kw2 =4.44 sf1N2Kw2 =sE2 =转子漏阻抗为:转子每相电流大小为:将转子的实际电阻r2用等效电阻 代替,等效
15、电阻可以分解为:异步电动机频率折算后的定、转子电路如图3-7所示。图3-7 异步电动机频率折算后的定、转子电路 (2)转子绕组的折算 经过绕组折算后,转子每相绕组的电动势为:式中 电压比。根据磁动势不变的原则,可得折算后的转子电流为:式中 电流比。根据有功功率和无功功率不变的原则,可得折算后的转子电阻和漏电抗为:经过频率和绕组折算后,异步电动机的定、转子电路如图3-8所示。图3-8 异步电动机频率和绕组折算的定、转子电路 (3)异步电动机的等值电路 图3-9所示为T形等值电路。图3-9 T形等值电路三、三相异步电动机的功率和转矩关系三、三相异步电动机的功率和转矩关系 从电源输入的电功率 定子绕
16、组的铜损耗 定子铁损耗 电源输入的电功率去除定子绕组上的铜损耗和铁损耗后,便是定子传递给转子回路的电磁功率:从转子电路看,转子绕组的铜损耗:电动机转轴上产生的机械功率,用Pm表示。转轴上真正输出的功率,用表示。可见异步电动机运行时,从电源输入电功率到转轴上输出机械功率的全过程为:由此可知以下关系:当电磁功率一定,转差率s越小,转子铜损耗越小,机械功率越大,效率越高。电动机运行时,若s增大,转子铜损耗也增大,电动机易发热,效率降低。电动机产生的机械功率除以轴上的角速度 就是电磁转矩T,也等于电磁功率PM除以同步角速度 :轴上输出的转矩 T2=T-T0 电动机正常运行时,T0很小可忽略,输出转矩T
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