工信版(中职)电机与驱动技术项目2 三相异步电动机电子课件.pptx
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1、YCF(中职)电机与驱动技术项目2 三相异步电动机电子课件项目二 三相异步电动机电机与驱动技术掌握三相异步电动机的结构和工作原理1能正确识读电动机铭牌2学习目标掌握三相异步电动机的工作特性和机械特性3掌握三相异步电动机的启动、制动和调速方式4厚德|博学|笃行|乐业2.1 三相异步电动机结构三相交流电动机的基本结构都是由定子和转子这两大基本部分组成,定子是固定部分,转子是旋转部分,在定子和转子之间具有一定的气隙。厚德|博学|笃行|乐业定子是由定子铁芯、定子绕组、机座等组成。电动机磁路的一部分,并要放置定子 绕 组。一 般 用 片 间 绝 缘 约0.5mm厚、导磁性能较好的硅钢片叠压而成。一定子铁
2、芯2.1 三相异步电动机结构2.1.1 定子部分厚德|博学|笃行|乐业一定子铁芯2.1 三相异步电动机结构2.1.1 定子部分(a)开口型槽)开口型槽 (b)半开口型槽)半开口型槽 (c)半闭口型槽)半闭口型槽2.1 三相异步电动机结构2.1.1 定子部分厚德|博学|笃行|乐业三相绕组是用绝缘铜线或铝线绕制成三相对称的绕组按一定的规则连接嵌放在定子槽中。二定子绕组厚德|博学|笃行|乐业三相绕组的6个出线端都引至接线盒上,首端分别为U1、V1、W1,尾端分别为U2、V2、W2。2.1 三相异步电动机结构二定子绕组2.1.1 定子部分厚德|博学|笃行|乐业机座的作用是固定定子绕组和定子铁心,并通过
3、两侧的端盖和轴承来支撑电动机转子,同时构成电动机的电磁通路并发散电动机运行中产生的热量。三机座2.1 三相异步电动机结构2.1.1 定子部分厚德|博学|笃行|乐业三相交流异步电动机的转子是由转子铁芯、转子绕组和转轴组成。1、作为电动机磁路的一部分,并放置转子绕组。2、由0.5毫米厚的硅钢片冲制叠压而成。一转子铁芯2.1 三相异步电动机结构2.1.2 转子部分厚德|博学|笃行|乐业转子绕组用来切割定子旋转磁场,产生感应电动势和电流,并在旋转磁场的作用下受力而使转子旋转,按绕组不同,异步电动机分为笼型转子和绕线式转子两类。二鼠笼型转子绕组结构示意图转子绕组2.1 三相异步电动机结构2.1.2 转子
4、部分厚德|博学|笃行|乐业绕线型转子绕组2.1 三相异步电动机结构2.1.2 转子部分厚德|博学|笃行|乐业2.1 三相异步电动机结构2.1.2 转子部分三转轴 转轴的作用是固定转子铁芯和传递机械功率。为保证其强度和刚度,转轴一般由低碳钢或合金钢制成。转轴两端铣有键槽,用来固定联轴器或者皮带轮。厚德|博学|笃行|乐业2.1 三相异步电动机结构2.1.3 气隙三相异步电动机的气隙大小对电机性能影响很大,气隙越大励磁电流就越大,电动机的功率因数越小。气隙愈小则定子和转子之间的相互感应(即耦合)作用就愈好。通常,异步电动机的气隙大小为机械条件所能允许的最小数值,中小型异步电机一般为0.21.5mm。
5、但也气隙也不能太小,否则会使加工和装配困难,运转时定子与转子之间易发生扫膛。厚德|博学|笃行|乐业 三相异步电动机定子绕组分布示意图 图例说明:规定电流为正时,电流从线圈的首端(U1、V1、W1)流进,从线圈的尾端(U2、V2、W2)流出;电流为负时则方向相反,从线圈的首端流出,而从线圈的尾端流进。在表示线圈导出的小圆圈“”内,用“”表示电流流进,“.”表示电流流出。2.2 三相异步电动机工作原理2.2.1 旋转磁场厚德|博学|笃行|乐业(a)t=0 (b)t=/2 (c)t=(d)t=3/2 (e)t=22.2 三相异步电动机工作原理2.2.1 旋转磁场厚德|博学|笃行|乐业如果每相定子绕组
6、分别由两个线圈串联而成,如图所示。U相绕组由线圈U1U2和U1U2串联组成,V相绕组由V1V2和V1V2串联组成,W相绕组由W1W2和W1W2串联组成。2.2 三相异步电动机工作原理2.2.2 旋转磁场的转速厚德|博学|笃行|乐业结论:四极旋转磁场在电流变化半周时,旋转磁场在空间旋转90,由此可以推出在电流变化一周时,旋转磁场在空间旋转180。2.2 三相异步电动机工作原理2.2.2 旋转磁场的转速(a)t=0 (b)t=/3 (c)t=2/3 (d)t=厚德|博学|笃行|乐业p123456n1(r/min)300015001000750600500异步电动机磁极对数和对应的旋转磁场的转速关系
7、表 2.2 三相异步电动机工作原理2.2.2 旋转磁场的转速厚德|博学|笃行|乐业 旋转磁场的方向是由三相电流的相序决定的,即把通入三相绕组中的电流相序任意调换其中的两相,就可改变旋转磁场的方向。2.2 三相异步电动机工作原理2.2.3 旋转磁场的转向厚德|博学|笃行|乐业(1)三相正弦交流电通入电动机定子的三相绕组,产生旋转磁场,旋转磁场的转速称之为同步转速;(2)旋转磁场切割转子导体,产生感应电势;(3)转子绕组中感生电流;(4)转子电流在旋转磁场中产生电磁力,形成电磁转矩,电动机就转动起来了。异步电动机工作原理 2.2 三相异步电动机工作原理2.2.4 工作原理厚德|博学|笃行|乐业 S
8、是分析异步电动机运行情况的主要参数:(1)正常运行时,其s很小,一般s=0.010.05(2)起动瞬间,s=1(3)理想空载状态,s=0(不能实现)设同步转速为n ,电动机的转速为n,则转速差为 n -n。电动机的转速差与同步转速之比定义为异步电动机的转差率S。112.2 三相异步电动机工作原理2.2.4 工作原理厚德|博学|笃行|乐业2.2 三相异步电动机工作原理厚德|博学|笃行|乐业2.2 三相异步电动机工作原理厚德|博学|笃行|乐业2.3 三相异步电动机的铭牌铭牌定义:固定在产品止,主要用来记载产品的生产厂家及额定工作情况下的一些技术数据,以供正确使用而不致损坏设备。每台电动机的机座上都
9、装有一块铭牌,标明电动机的型号、额定值和有关技术数据、绕组接线方式、防护等级等。2.3.1 电动机的铭牌厚德|博学|笃行|乐业2.3 三相异步电动机的铭牌2.3.2 铭牌信息识读一、型号1、产品代号2、规格代号3、特殊环境代号4、补充代号厚德|博学|笃行|乐业2.3 三相异步电动机的铭牌2.3.2 铭牌信息识读二、额定值1、额定功率2、额定电压3、额定电流4、额定频率5、额定转速6、效率7、功率因数8、连接方式厚德|博学|笃行|乐业2.3 三相异步电动机的铭牌2.3.2 铭牌信息识读三、绝缘耐热等级绝缘等级AEBFHC绝缘材料允许温度()105120130155180180以上电机允许温升()
10、658090115140140以上厚德|博学|笃行|乐业2.3 三相异步电动机的铭牌2.3.2 铭牌信息识读四、工作制(1)连续工作制S1:按额定值可长时间持续使用运行。(2)短时工作制S2:只能在规定的时间内按额定运行使用,我国规定的持续时间限值分为10min、30min、60min和90min四种。(3)断续周期工作制S3:电动机间歇运行,但可按一定周期重复运行,每周期(10min)包括一个运行时间和一个停止时间,运行时间与一个循环周期之比称为负载持续率,用百分数表示,我国规定的标准负载持续率为15%、25%、40%、60%。厚德|博学|笃行|乐业2.3 三相异步电动机的铭牌2.3.2 铭
11、牌信息识读五、防护等级 防护等级IP是指防护等级系统,IEC将电器依其防尘防湿气之特性加以分级,例如IP54等。IP防护等级是由两个数字所组成,第一位数字表明设备抗微尘的范围,或者是人们在密封环境中免受危害的程度,代表防止固体异物进入的等级,最高级别是6。第二位数字表明设备防水的程度,代表防止进水的等级,最高级别是8。二者共同特点是数字越大表示其防护等级越高。厚德|博学|笃行|乐业2.4 三相异步电动机运行分析2.4.1 三相异步电动机磁动势一、定子磁动势 三相异步电动机定子绕组通入三相对称电流,在电动机内部空间合成旋转磁动势幅值为F1,表达式为 定子磁动势F1在电动机内部产生磁通量,通过气隙
12、交链定子绕组和转子绕组的磁通量称为主磁通m,把不交链转子绕组而只交链定子绕组本身的磁通叫漏磁通1,漏磁通主要在定子槽部和绕组端接处。厚德|博学|笃行|乐业2.4 三相异步电动机运行分析2.4.1 三相异步电动机磁动势二、转子磁动势 当三相异步电动机以转速为n旋转时,由转子电流I2产生的三相合成旋转磁动势的幅值为F2,表达式 三相异步电动机带负载时,转子转速为n,同步转速为n1,则转子绕组中感应电动势及电流的频率为f2,其表达式为 厚德|博学|笃行|乐业2.4 三相异步电动机运行分析2.4.1 三相异步电动机磁动势二、转子磁动势转子磁动势对转子转速为n2s表达式为 厚德|博学|笃行|乐业2.4
13、三相异步电动机运行分析2.4.1 三相异步电动机磁动势三、合成磁动势 三相异步电动机上的定子磁动势F1和转子磁动势F2以相同的转速和转向旋转,根据三相异步电动机定子、转子磁动势的矢量关系,可用使用矢量叠加的方法合成,得到一个合成的磁动势F0,其合成磁动势可以表示为F0=F1+F2。对于三相异步电动机,转子在任何转速情况下(除了n=n1这种情况),包括在n和n1转向相同但是nn1或者n和n1方向相反的情况下,定子磁动势F1和转子磁动势F2始终与相同的转速和转向旋转。厚德|博学|笃行|乐业2.4 三相异步电动机运行分析2.4.2 旋转磁场的感应电动动势一、旋转磁场对定子绕组的作用 三相交流电通入三
14、相定子绕组产生旋转磁场,旋转磁场在静止的定子绕组产生感应电动势,表达式如下定子漏磁通1表现的漏电抗为X1,由于漏磁通是线性的,X1为常数,表达式为厚德|博学|笃行|乐业2.4 三相异步电动机运行分析2.4.2 旋转磁场的感应电动动势一、旋转磁场对定子绕组的作用 当外部电源电压和电源频率不变的时候,电动机的主磁通保持不变。厚德|博学|笃行|乐业2.4 三相异步电动机运行分析2.4.2 旋转磁场的感应电动动势二、旋转磁场对转子绕组的作用 旋转磁场在转子绕组产生感应电动势,如果将转子锁住,转子不转,这时候转差s=1,转子频率f2等于定子频率f1,这时转子感应电动势为E20,表达式为当转子不转动的时候
15、,转子电动势最大;当转子转动后速度增加,转差s减小,转子电动势变小。厚德|博学|笃行|乐业2.4 三相异步电动机运行分析2.4.2 旋转磁场的感应电动动势二、旋转磁场对转子绕组的作用 转子的R2和X20基本不变,根据公式转子的阻抗跟转差有关,当电动机启动时,s最大,转子阻抗Z2最大,随速度的增加转子阻抗Z2减小。厚德|博学|笃行|乐业2.4 三相异步电动机运行分析2.4.2 旋转磁场的感应电动动势二、旋转磁场对转子绕组的作用 厚德|博学|笃行|乐业2.4 三相异步电动机运行分析2.4.3 三相异步电动机的功率关系 厚德|博学|笃行|乐业2.4 三相异步电动机运行分析2.4.3 三相异步电动机的
16、功率关系 例例23 Y2-280S-6三相异步电动机输出功率P2=45kW,电压U1=380V,电流I1=86A,电动机功率因数cos=0.86,求输入功率P1及效率。解:1、三相异步电动机功率公式可得2、根据效率公式可得厚德|博学|笃行|乐业2.4 三相异步电动机运行分析2.4.4 三相异步电动机的转矩关系 一、电动机转矩平衡关系旋转体上的转矩T等于旋转体上的机械功率P除以它的机械角速度。可知电动机转子上总机械功率Pmec减去机械损耗功率Pm和附加损耗功率Pad。当外部负载一定时,电动机转速衡定;当电动机空载时,外部没有负载,所以T2=0,Tem=T0。厚德|博学|笃行|乐业2.4 三相异步
17、电动机运行分析2.4.4 三相异步电动机的转矩关系 二、电动机转矩的计算旋转体上的转矩T等于旋转体上的机械功率P除以它的机械角速度。P单位为kWP单位为W厚德|博学|笃行|乐业2.4 三相异步电动机运行分析2.4.4 三相异步电动机的转矩关系 厚德|博学|笃行|乐业2.4 三相异步电动机运行分析2.4.5 负载转矩特性 一、恒转矩负载(a)反抗性恒转矩负载 (b)位能性恒转矩负载厚德|博学|笃行|乐业2.4 三相异步电动机运行分析2.4.5 负载转矩特性 二、恒功率负载厚德|博学|笃行|乐业2.4 三相异步电动机运行分析2.4.5 负载转矩特性 三、风机、泵类负载厚德|博学|笃行|乐业(1)转
18、速特性n=f(P2)(2)转矩特性Tem=f(P2)(3)定子电流特性I1=f(P2)(4)效率特性=f(P2)(5)功率因数特性 cos1=f(P2)概念:三相异步电动机的工作特性是指,在电动机的定子绕组加额定电压,电压的频率又为额定值时,电动机的转速、定子电流I、功率因数cos1、电磁转矩、效率等与输出功率P的关系。2.5 三相异步电动机的工作特性与机械特性2.5.1 三相异步电动机的工作特性厚德|博学|笃行|乐业2.5 三相异步电动机的工作特性与机械特性2.5.2 三相异步电动机的机械特性一、机械特性物理表达式二、机械特性参数表达式厚德|博学|笃行|乐业2.5 三相异步电动机的工作特性与
19、机械特性2.5.2 三相异步电动机的机械特性二、机械特性参数表达式厚德|博学|笃行|乐业2.5 三相异步电动机的工作特性与机械特性2.5.2 三相异步电动机的机械特性三、机械特性曲线特殊点 这里分析机械特性曲线在第一象限的A、B、C、D四个特殊点。厚德|博学|笃行|乐业即n=0(或s=1),电动机轴上产生的转矩称为启动转矩Tst。(1)通过分析可得启动转矩(2)启动转矩与额定转矩的比值启动点D1.2.5 三相异步电动机的工作特性与机械特性2.5.2 三相异步电动机的机械特性厚德|博学|笃行|乐业理想空载点A2.即n=n1(或s=0),此时转子电流I2为零,故转矩T=0。实际运行时,电动机转速不
20、可能达到n1,因此称此点为理想空载运行点。对应的转速称为额定转速nN,此时的转差率称为额定转差率sN,而电动机轴上产生的转矩则称为额定转矩TN。额定运行点B3.2.5 三相异步电动机的工作特性与机械特性厚德|博学|笃行|乐业临界运行点C4.此时电动机产生的转矩最大,称为最大转矩Tm,该点转速nc称为临界转速。对应于临界转速时的转差率称临界转差率sC 1电动机的最大转矩Tm要比额定转矩TN大得多,通常用过载系数m=Tm/TN来衡量电动机的过载能力。一般m=1.82.5。2.5 三相异步电动机的工作特性与机械特性2.5.2 三相异步电动机的机械特性厚德|博学|笃行|乐业2.5 三相异步电动机的工作
21、特性与机械特性2.5.2 三相异步电动机的机械特性四、三相异步电动机的实际运行情况1、在机械特性曲线AC段运行情况AC段是电动机的稳定工作区。2、在机械特性曲线CD段运行情况CD段是电动机的不稳定工作区。厚德|博学|笃行|乐业2.5 三相异步电动机的工作特性与机械特性2.5.2 三相异步电动机的机械特性五、人为机械特性三相异步电动机在额定电压、额定频率,不改变定子、转子回路阻抗时的机械特性称为固有机械特性。人为机械特性是改变电动机的某些参数,如改变电源电压、电源频率和在转子回路中串入电阻。厚德|博学|笃行|乐业2.5 三相异步电动机的工作特性与机械特性2.5.2 三相异步电动机的机械特性五、人
22、为机械特性改变电源电压人为机械特性改变转子回路电阻人为机械特性厚德|博学|笃行|乐业2.5 三相异步电动机的工作特性与机械特性2.5.2 三相异步电动机的机械特性厚德|博学|笃行|乐业2.6 三相异步电动机的启动 电动机从接通电源开始,转子开始转动到稳定运行的过程称为启动过程,简称启动。启动电动机投入运行的第一步,是衡量电动机运行性能的一个重要指标。启动的主要问题 1、启动电流是额定电流的47倍。2、启动转矩并不大。厚德|博学|笃行|乐业2.6 三相异步电动机的启动2.6.1 三相鼠笼式异步电动机的启动方式一、直接启动 电动机在额定电压下启动称为直接启动,又称为全压启动。其方法是三相刀开关、封
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