(6.3)--第4章变压器与电动机第3节.pdf

《(6.3)--第4章变压器与电动机第3节.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《(6.3)--第4章变压器与电动机第3节.pdf（102页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、三相异步电动机的基本结构 抽油机 车床 起重机 传送带 电动机 电能电能 机械机械能能 电动机 直流电动机 交流电动机 同步电动机 异步电动机 单相 三相 三相异步电动机结构简单、运行可靠、维护方便以及成本低廉等优点，被广泛应用于各种机床、起重机、鼓风机、水泵以及皮带运输机等设备中。基本结构 工作原理 电磁转矩与机械特性 铭牌数据 启动、反转、调速以及制动的基本原理和方法 三相异步电动机 机座 定子 转子 转轴 接线盒 罩壳 端盖 三相异步电动机的基本结构 主要组成，重点介绍 风扇 气隙 1.定子 定子是电动机的固定部分。主要由定子铁心、定子绕组和机座等组成。其作用：产生旋转磁场。定子铁心 定

2、子绕组 机座 定子绕组是电动机的电路部分，嵌放在定子铁心冲片的内圆槽内。三相定子绕组在槽内对称分布，共有6个出线端。每相绕组的首端U1、V1、W1和末端U2、V2、W2通过机座的接线盒连接到三相电源上。根据铭牌规定，定子绕组可接成星形或三角形。定子铁心冲片 定子铁心是电动机磁路的组成部分，为了减少铁损，一般用0.5mm的硅钢片叠成。铁心内圆周表面有槽孔，用于嵌放定子绕组。定子绕组 定子铁心 V1 W2 U1 W1 U2 V2 U1 V1 W1 W2 U2 V2 星形接法 三角形接法 W1 U1 V1 W2 U2 V2 U2 U1 W2 V1 V2 W1 定子绕组的星形接法和三角形接法 2.转子

3、 转子是电动机的旋转部分。由转子铁心、转子绕组、转轴及风扇等组成。其作用：在旋转磁场作用下，产生感应电动势、感应电流，形成电磁转矩，以实现电能到机械能的能量转换。转子根据绕组结构的不同分为鼠笼式和绕线式两种。鼠笼式转子 绕线式转子 转子铁心 转子铁心 鼠笼式转子 转子铁心 在转子铁心的每个槽中，插入一根导条，两端用端环连接，形成一个自身闭合的多相短路绕组。如果去掉转子铁心，整个绕组就像一个松鼠笼子，由此得名鼠笼式转子。中小型电动机的鼠笼式转子一般是铸铝的，大型电动机采用铜导条。鼠笼式转子绕组 转子的电阻无法改变 转子铁心 绕线式转子 绕线式转子的绕组与定子绕组相似，也是三相，它接成星形。三个端

4、头分别接在与转轴绝缘的三个铜质滑环(集电环)上，再经过电刷引出来与外电路相连。转子电阻可以改变 转子铁心 1.了解三相异步电动机的基本结构 2.了解定子的组成、接法 3.了解转子的组成、分类及各自特点 旋转磁场 三相异步电动机的工作原理 A C B QS QS FU 三相电源加在电动机定子三相绕组上，转子就转动起来，进而带动其它运动部件工作，定子绕组里发生了什么？1.旋转磁场的产生 2.旋转磁场的方向 3.旋转磁场的转速 定子绕组分布示意图 1.旋转磁场的产生 U1 V2 W1 V1 W2 U2 AmBmCmiIsintiIsintiIsint120120 Im t iA iB iC 规定：电

5、流的正方向是从绕组首端流入，末端流出。A B C iA iC iB 电流流出 电流流入 U1 U2 V2 W1 V1 W2 U1 U2 V2 W1 V1 W2 U1 U2 V2 W1 V1 W2 U1 U2 V2 W1 V1 W2 U1 U2 V2 W1 V1 W2 Im t iA iB iC t=0 t=60 t=120 t=180 iBU1 U2 V1 V2 W1 W2 iAiCU1 U2 V2 W1 V1 W2 t=240 t=300 t=360 NS60 Im t iA iB iC U1 U2 V2 W1 V1 W2 N S 三相对称绕组通入三相对称电流，在电动机中产生旋转磁场。iBU

6、1 U2 V1 V2 W1 W2 iAiCU1 U2 V2 W1 V1 W2 U1 U2 V2 W1 V1 W2 U1 U2 V2 W1 V1 W2 U1 U2 V2 W1 V1 W2 Im t iA iB iC t=0 t=60 t=120 t=180 S N S N iA iB iC 2.旋转磁场的方向 调换两相电流 U1 U2 V1 V2 W1 W2 旋转磁场的方向：取决于三相电流的相序。结论：任意调换两根电源进线，旋转磁场反转。U1 U2 V2 W1 V1 W2 极对数（p）的概念 此种接法下，合成磁场只有一对磁极，则极对数为1。p=1 iBiAiCNS t=0 3.旋转磁场的转速 U

7、1 U2 V1 V2 W1 W2 极对数（P）的改变 将每相绕组由两个线圈串联，按右下图放入定子槽内。形成的磁场则是两对磁极。U1 W1U1 U2 V1 V2 W1 W2 U2 W2 V1 V2iAiBiCU1 U2 U1 U2V1 V2 V1 V2W1 W2 W1 W2 U1 W1U1 U2 V1 V2 W1 W2 U2 W2 V1 V2NSSN t=0 P=2 Im t iA iB iC iAiBiCU1 U2 U1 U2V1 V2 V1 V2W1 W2 W1 W2 U1 W1U1 U2 V1 V2 W1 W2 U2 W2 V1 V2 U1 W1U1 U2 V1 V2 W1 W2 U2 W

8、2 V1 V2NSSNNSSN t=0 t=60 30 Im t iA iB iC 极对数和旋转磁场转速的关系 p=1时时 n0=60f1(r/min)Im t iA iB iC 三相异步电动机旋转磁场的转速又称为同步转速，用n0表示，单位r/min。p=2时时 n0=60f1/2(r/min)p=1 p=2 nfp0160 (r/min)f1电源频率 p极对数 我国的电源频率f1为50Hz p 1 2 3 4 5 6 n0(r/min)3000 1500 1000 750 600 500 定子 当三相对称分布的定子绕组通入对称三相正弦交流电流后，在电动机中产生旋转磁场。旋转磁场的方向取决于三

9、相电流的相序。nfp0160 (r/min)旋转磁场的转速取决于电源频率f1和电动机的极对数p。转子 转子转动原理 三相异步电动机的工作原理 定子三相绕组通入三相交流电流 假设顺时针旋转n0 旋转磁场 切割转子导体 旋转磁场 感应电动势 感应电流 I2 电磁力F 电磁转矩T 转子转动n 右手定则 左手定则 转子转动原理图 N S 综上分析，三相异步电动机转动的基本工作原理是：（1）三相对称绕组通入三相对称电流产生旋转磁场。（2）转子导体切割旋转磁场产生感应电动势和感应电流。（3）转子导体在磁场中受到电磁力的作用，形成电磁转矩，驱使电动机转子转动。转子的转速n小于旋转磁场的转速n0 任意对调电动

10、机的两根电源线，电动机反转。异步由来 旋转磁场的同步转速和电动机转子转速之差与旋转磁场的同步转速之比称为转差率。00100snnn%转差率s 电动机启动瞬间：n=0，s=1(最大)空载运行时，s约为0.5%。额定负载运行时，sN约为1%6%。电动机额定转速比同步转速略小。例 一台三相异步电动机，其额定转速 nN=975 r/min，电源频率 f1=50 Hz。试求电动机的极对数和额定负载下的转差率。解：根据异步电动机转子转速与旋转磁场同步转 速的关系可知：n0=1000 r/min,即p=3 额定转差率为 sNnnn 00100%10009751000100%2.5%1.理解三相异步电动机转子

11、转动的原理 2.掌握三相异步电动机反转的方法 3.理解转差率的物理意义 4.掌握转差率的计算公式 00100snnn%三相异步电动机的电磁转矩 22Tcos IKT KT：与电动机结构有关的常数：旋转磁场每极磁通 I2：转子导体中的电流 cos2：转子电路的功率因数 转子转动原理图 N S 一、旋转磁场和电源电压U1的关系 定子边：定、转子电路 i1 u1 e1 e 1 e2 e 2 i2+R2 R1 当忽略电阻R1和漏磁通e1后 U1 E1=4.44K1 f 1N1 1111444NfK.U K1：绕组系数，小于1且约等于1 当电源U1和f1一定时，旋转磁场的每极磁通 基本不变。定子 i1

12、u1 e1 e 1 e2 e 2 i2+R2 R1 变压器 电动机 转子 原边 副边 静止 静止 静止 旋转 f1 f1 f1 f2？二、转子电流、功率因数与转差率的关系 1.转子感应电势频率 f 2 转子导体与旋转磁场间的相对速度为n0-n。pnnf6002 100060fspnnnn 电动机额定运行时，sN约为1%6%，f2只有23Hz。2.转子电路中的参数计算 转子感应电势 E2 转子感抗X2 转子电流I2 转子电路的功率因数cos2 R2：转子每相绕组的电阻，常数 X2：转子每相绕组的感抗 鼠笼式异步电动机转子每相绕组的等效电路 2E2I+R2 jX2 2122222LfsLfX X2

13、0=2 f1L 2 X2=sX20 E2=sE20 正常运行时 启动时s=1 为常数 正常运行时 E2=4.44K2 f 2N2 =4.44K2s f 1N2 启动时 s=1 E20=4.44K2 f 1N2 2E2I+R2 jX2 222222XREI 2202220)(sXRsE 220222222222)(cossXRRXRR 2E2I+R2 jX2 E2=4.44K2 sf 1N2 =sE20 2122LfsX =sX20 I2、cos2随s变化曲线 I2 cos 2 s 1 0 I2、cos2 sN 22Tcos IKT 22022202)(XREIss 2202222)(cosXR

14、Rs NfKU111144.4 由前面分析知：三、异步电动机的电磁转矩 由公式可知 1.T 与定子每相绕组电压 成正比。U 1 T 21U2.当电源电压 U1 一定时，T 是 s 的函数。3.R2 的大小对 T 有影响。绕线式异步电动机可外 接电阻来改变转子电阻R2，从而改变电磁转矩。22022221)(sXRsRUKTT （1）理解三相异步电动机的电磁转矩公式（2）理解三相异步电动机的转子电流与转差率的关系 22022221)(sXRsRUKTT 三相异步电动机的机械特性 三相异步电动机的转矩特性曲线 三相异步电动机的机械特性曲线 机械特性就是在电源电压不变的条件下，电动机的转速n和电磁转矩

15、T的函数关系。22022221)(sXRsRUKTT 1.额定转矩TN 电动机在额定负载时的转矩。可根据电动机铭牌上的额定功率和额定转速求得。)min/r()kW(9550N2NNnPT 0 nT n0 nN TN Tst Tm 单位：Nm 一、三个主要转矩 2.最大转矩Tm 电动机带动最大负载的能力。2021m2XUKTT 0dd sT令：求得 202mXRss 将sm代入转矩公式，可得 0 nT n0 nN TN Tst Tm 22022221)(sXRsRUKTT 与转子电阻R2无关 nm 过载系数：NmmTT 三相异步电动机)2.28.1(m(2)工作时，一定令负载转矩 T2 T2电动

16、机能启动，若 TstT 2T T2 a aT=2T 机械特性曲线 1.电动机运行过程中，负载转矩增加，电动机的电磁转矩、转速和电流会有怎样的变化？T 2T T2 n 0 T c b d n n0 bc段不稳定运行区 T2 aT n n=0 T TTm 2T n 机械特性曲线 n=0 s=1E2,I2 I1 若不及时切断电源，电动机将很快过热而烧毁。二、机械特性曲线和电源电压的关系 机械特性曲线 21UT U0nNUnT 0 nT 0 22022221)(sXRsRUKTT 202mXRs pfn1060 0n2.电动机运行过程中，电源电压降低，电动机的电磁转矩、转速和电流会有怎样的变化？U0n

17、NUnT 0 T2 电动机的电磁转矩不变 T=T2 n s I2 I1 IN 电动机长时间欠压工作，会过热，造成损害。2.电动机运行过程中，电源电压降低，电动机的电磁转矩、转速和电流会有怎样的变化？转速减小 stTT 0 R2 n0 stT 2R 22RR n 三、机械特性曲线和转子电阻R2的关系 22022221)(sXRsRUKTT 2021m2XUKTT pfn1060 202mXRs U1不变 绕线式电动机 3.对绕线式三相异步电动机，改变转子电阻R2，对机械特性曲线有什么影响？有什么用途？stTT 0 R2 n0 stT 2R 22RR n 1.适当增加转子电阻可使启动转矩增加，改善

18、启动性能。2.改变接在转子电路中的电阻可以对电动机进行调速。3.对绕线式三相异步电动机，改变转子电阻R2，对机械特性曲线有什么影响？有什么用途？常用于要求启动转矩较大的生产机械上，例如卷扬机、锻压机及起重机等。应用于起重机调速。3.会分析电动机运行过程中，负载转矩变化、电源电压变化对电动机的电磁转矩、转速和电流的影响。1.理解电动机的运行过程。2.了解电源电压、转子电阻变化对电动机机械特性曲线的影响。三相异步电动机的铭牌数据 电动机铭牌 型号 Y132S-2 IP44 接线图 380 V 7.5 kW B 级绝缘 15 A 50 Hz 接法 2900 r/min 83 dB(A)72 kg 标

19、准编号 JB/T9616-1999 出品编号 2 1 2 0 2 5 17 年 12 月 X X 电 机 厂 三 相 异 步 电 动 机 L W2 U1 U2 V1 V2 W1 Y V2 W1 U2 V1 W2 U1 1.型号 Y 132 S2 三相异步电动机 机座中心高 磁极数 机座长度代号 S M L p=1 n0=3000r/min 2.功率、效率、功率因数 P2N=7.5kW 功率(额定功率)是电动机在额定运行状态下，其轴上输出的机械功率，用P2N表示。手册中给出%PP100 N12NN cos3NNN1IUP P1N是电动机从电源输入的功率 0.70.9 3.额定电压UN 额定运行时

20、，定子绕组上应加的电源线电压值。一般规定，电动机的运行电压不能高于或低于额定值的 5%。问题：电动机带额定负载运行时，电压过高或过低都会使电动机过热。为什么？电压过高 U1 4.44K1 f 1N1 电压过低 n s I2 I1 IN 电动机过热 问题：电动机带额定负载运行时，电压过高或过低对电动机电流的影响。22Tcos IKT I2 I1 1）I1 I2 M 3 M 3 I 1 自耦变压器降压启动示意图 直接启动示意图 KII121 KII112 2111KII 自耦变压器降压启动时的启动电流（变压器原边电流）为直接启动时的1/K2 。I1 I2 M 3 M 3 I 1 自耦变压器降压启动

21、示意图 直接启动示意图 自耦降压变压器的变比为K（K1）KUU112 2stst1KTT 自耦变压器降压启动时的启动转矩为直接启动时的1/K2 。适用于绕线式电动机。定子 转子 电刷滑环 启动电阻 三、转子串电阻启动 绕线式异步电动机启动时的接线示意图 12220220)(st2IIRXREI启动时将适当的电阻串入转子电路中，启动后将电阻短路。绕线式异步电动机可以重载启动。对于启动频繁，要求启动转矩较大的机械，如吊车，卷扬机等都是合适的。1.了解三相异步电动机直接启动的优、缺点。2.掌握三相异步电动机的Y-转换降压启动和自耦变压器降压启动。3.了解绕线式异步电动机的转子串电阻启动方法。pfsn

22、sn106011 一、三相异步电动机的调速 调速是指负载不变时，根据需要人为地改变电动机的转速，以满足生产过程的需要。1.变频调速 2.变极调速 3.改变转子电路电阻调速 变频就是改变异步电动机供电电源的频率。1.变频调速 整流器先将交流电变换成直流电，再由逆变器将直流电变成频率和电压连续可调的三相交流电，从而实现了三相异步电动机的无级调速。f1=50Hz 逆变器 f 可调+整流器 M 3 2.变极调速 三相异步电动机通过改变定子绕组的接法，改变旋转磁场的极对数p，从而达到改变电动机转速的目的。U1 U2 V1 W1 V2 W2 低速时绕组接法 U1 V1 W1 U2 V2 W2 高速时绕组接

23、法 例 p=2 p=1 有级调速 3.改变转子电路电阻调速 绕线式异步电动机的调速是通过改变串接在转子电路中的电阻而进行的，又称改变转差率调速。2TT 0 n0nR2增加 二、三相异步电动机的反转 方法：任意调换电源的两根进线，电动机反转。正转 A B C 电 源 M 3 C 反转 A B 电 源 M 3 常用的电气制动方法有：1.反接制动 2.能耗制动 三、三相异步电动机的制动 M 3 运行 制动 1.反接制动 n n0 F F 运行 n0 n F F 制动 注意：转速接近零时，必须立即切断电源，否则，电动机反转。优点：简单，制动效果好。缺点：能量消耗大，机械冲击大。A B C 2.能耗制动+-R 运行 制动 M 3 n F F 制动 固定磁场 n0=0 n n0 F F 运行 旋转磁场 A B C 优点：能量消耗小，制动平稳。缺点：需要直流电源。1.了解三相异步电动机调速的方法和原理。2.了解三相异步电动机反转的方法和原理。3.了解三相异步电动机制动的方法和原理。