电工电子技术上下册第2版配套教学课件肖志红 第6章

《电工电子技术上下册第2版配套教学课件肖志红 第6章》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电工电子技术上下册第2版配套教学课件肖志红 第6章（49页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第6章交流电动机 6 1三相异步电动机的基本结构 6 2三相异步电动机的转动原理 6 3三相异步电动机的机械特性 6 4三相异步电动机的使用 电机 electricmachine 是实现能量转换和信号转换的电磁装置 用作能量转换的电机称为动力电机 用作控制信号的转换和传递的电机称为控制电机 动力电机中 将机械能转换为电能的称为发电机 electricgenerator 将电能转换为机械能的称为电动机 electricmotor 第6章交流电动机 电动机的分类 交流电动机 电动机 直流电动机 他励 异励 串励 复励 控制电机 步进电机 伺服电机 自整角机 三相异步电动机 three phasea

2、synchronousmotor 具有结构简单 制造 使用和维护方便 运行可靠 以及重量较轻 成本较低等优点 同时三相异步电动机有较高的运行效率和较好的工作特性 目前三相异步电动机在各种电动机中应用最广 需要量最大 在各种电气传动系统中 有90 左右采用异步电动机驱动 在电网总负载中 异步电动机占65 左右 本章主要介绍三相鼠笼型异步电动机的基本结构 工作原理 机械特性以及应用 三相异步电动机主要部件是由定子和转子两大部分组成 三相异步电动机将电能转换为机械能是依赖于电动机定 转子间的磁场作为在能源和负载间传递的媒介 此外 还有端盖 机座 轴承 风扇等部件 三相异步电动机的结构图 1 轴承盖2

3、 端盖3 接线盒4 机座5 定子铁心6 定子绕组7 转轴8 转子9 冷却风扇10 罩壳 6 1三相异步电动机的基本结构 6 1 1定子 三相异步电动机的定子是电机的固定部分 主要由机座 定子铁心 定子绕组等组成 机座 机座是用来固定和支撑定子铁心的 由铸铁或铸钢浇铸成型 定子铁心 紧贴机座内壁放置着定子铁心 呈圆筒状 铁心内圆周上冲压有均匀的槽 用以嵌放定子绕组 定子铁心 定子绕组 三相异步电动机的定子绕组是一个三相对称绕组 分别是 U1U2 V1V2 W1W2 三相绕组按对称结构放置于定子铁心内槽 三相定子绕组的六个接线头引出来并对应连接至电动机机座的接线盒内的接线柱上 使用时根据实际需要及

4、电机铭牌的指示 三相绕组可接成星形或三角形 星形联接 三角形联接 6 1 2转子 转子是电动机的旋转部分 主要由转子铁心 转子绕组 转轴等组成 转子铁心同样采用硅钢片叠压而成 固定在轴上 转子铁心外圆上有均匀分布的槽 用以嵌放转子绕组 转子绕组有笼型和绕线型两种 按照转子结构的不同 三相异步电动机分为笼型和绕线型两种 1 鼠笼式转子 铁芯槽内放铜条 端部用短路环形成一体 铸铝形成转子绕组 中小型异步电动机鼠笼型转子槽内常采用铸铝 将导条 端环同时一次浇注成型 结构简单 制造方便 造价也低 应用非常广泛 2 绕线式转子 同定子绕组一样 也分为三相 并且接成星形 笼型三相异步电动机和绕线型三相异步

5、电动机虽然转子的结构不同 但工作原理是基本一样的 我们以笼型电动机为例来学习三相异步电动机的转动原理 机械特性以及应用 鼠笼式电动机与绕线式电动机的的比较 鼠笼式 结构简单 价格低廉 工作可靠 不能人为改变电动机的机械特性 绕线式 结构复杂 价格较贵 维护工作量大 转子外加电阻可人为改变电动机的机械特性 定子绕组与转子绕组 定子绕组 转子绕组 6 2三相异步电动机的转动原理 三相异步电动机之所以能转起来是定子绕组中三相电流产生的旋转磁场与转子内的感应电流相互作用的结果 e 磁场旋转 磁极旋转 导线切割磁力线产生感应电动势 导线长度 切割速度 右手定则 定子三相绕组通入三相交流电 星形联接 1

6、旋转磁场的产生 6 2 1旋转磁场 U1 V2 W1 V1 W2 U2 电流出 电流入 o 分析可知 三相电流产生的合成磁场是一旋转的磁场即 一个电流周期 旋转磁场在空间转过360 o 旋转方向 取决于三相电流的相序 改变电机的旋转方向 换接其中两相 旋转磁场的旋转方向 6 2 2电动机转动原理 1 转动原理 定子三相绕组通入三相交流电 2 转子的转向 当磁场顺时针方向旋转时 处于磁场中的笼型转子的导条因相对运动而切割磁力线 使得导条两端产生感应电动势 从而产生感应电流 方向由右手螺旋定则确定 图中上半部分的导条电流流出 而下半部分的导条电流流进 由左手定则确定载流导体在磁场中要受到电磁力作用

7、的方向 可看出在转子导条上形成了一个顺时针方向的电磁转矩 于是转子就跟着旋转磁场顺时针方向转动 可见转子的旋转方向与旋转磁场方向相同 6 2 3三相异步电动机的极数与转速 1 三相异步电动机的极数 三相异步电动机的极数就是旋转磁场的极数 旋转磁场的磁极对数与定子绕组的结构安排有关 通过适当的安排 可产生多磁极对数的旋转磁场 当每相绕组只有一个线圈时 绕组的始端之间相差120 空间角 则产生的旋转磁场具有一对磁极 即 当交流电流变化一周期 旋转磁场也转过一圈 这样的电动机称为2极电机 如将定子绕组安排得如下图那样 即每相绕组有两个线圈串联 绕组的始端之间相差60 空间角 则产生的旋转磁场具有两对

8、极 即 这样的电动机称为4极电机 2 三相异步电动机的转速 磁场变化的速度和电流同步 即当电流交变了一次 一个周期 时 磁场恰好在空间旋转了一转 为旋转磁场的转速 又称同步转速 单位为转每分 r min 为定子电流的频率 时 当电流交变了一周时 磁场仅旋转了半转 当旋转磁场具有 对极时 磁场的转速为 时 转速n0与极对数p的关系 2 电机转速及转差率 转子的旋转方向与旋转磁场的转向相同 但转子的转速不能等于旋转磁场的转速 否则磁场与转子之间便无相对运动 转子导条不切割磁力线 就不会有感应电势 感应电流与电磁转矩 转子也就根本不可能转动了 所以说转子转速与旋转磁场的转速 异步 因此称这种电机为

9、异步 电动机 三相异步电动机所带负载的负载转矩越大 则电动机的 异步 程度也越大 通常用转差率 slip 来反映 异步 的程度 转差率是异步电机的一个基本参量 一般情况下 异步电动机的转差率变化不大 空载转差率低于0 5 满载转差率在1 8 8 之间 已知了电机极数和转差率 就可估计出电机的转速了 例6 1一台额定转速 试求电动机的极数及额定负载时的转差率 解 由于电动机的额定转速略小于同步转速 由表6 1可得 的三相异步电动机 电磁转矩T 转子中各载流导体在旋转磁场的作用下 受到电磁力所形成的转距之总和 6 2 4三相异步电动机的电磁转矩 常数 每极磁通 转子电流 转子电路的功率因数 由此得

10、电磁转矩公式 由公式可知 电磁转矩公式 1 T与定子每相绕组电压成正比 U1 T 2 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 绕线型异步电动机可外接电阻来改变转子电阻R2 从而改变转距 当电源电压U1和频率f1及转子电阻R2一定时 电磁转矩T与转差率s之间的关系 即 或n与T对应的关系 称为电机的机械特性 反映的是三相异步电动机的转矩特性 6 3三相异步电动机的机械特性 6 3 1特性曲线的两个工作区 将曲线分为对应s的两个不同性质区域 稳定工作区ab和不稳定工作区bc 此过程中 n s E2 I2 I1 电源提供的功率自动增加 TL s T2 TL T T2 n T 达

11、到新的平衡 稳定工作区ab 电动机的电磁转矩可以随负载的变化而自动调整 这种能力称为自适应负载能力 自适应负载能力是电动机区别于其它动力机械的重要特点 如 柴油机当负载增加时 必须由操作者加大油门 才能带动新的负载 在bc段 当负载转矩增大时 电动机的转矩增大 所以它的转速n开始下降 随着n的下降 电动机的转矩T继续下降 这样下去 会导致电机停转 使定子电流剧增 电动机将严重发热 甚至烧毁 电动机在额定负载时的转矩 1 额定转矩TN 6 2 4三个重要转矩 N m 如某普通机床的主轴电机 Y132M 4型 的额定功率为7 5kw 额定转速为1440r min 则额定转矩为 如果电机将会因带不动

12、负载而停转 过载系数 三相异步机 工作时 一定令负载转矩 否则电机将停转 致使 1 三相异步机的和电压的平方成正比 所以对电压的波动很敏感 使用时要注意电压的变化 2 电机严重过热 3 起动转矩Tst 电动机起动时的转矩 起动时n 0时 s 1 Tst体现了电动机带载起动的能力 若Tst T2电机能起动 否则不能起动 6 4三相异步电动机的使用 6 4 1三相异步电动机的铭牌数据 1 型号 例如 Y225M 8 用以表明电动机的系列 几何尺寸和极数 异步电动机产品名称代号 2 额定电压 定子绕组在指定接法下应加的线电压 例 380 220Y 是指 线电压为380V时采用Y接法 当线电压为220

13、V时采用 接法 说明 一般规定电动机的运行电压不能高于或低于额定值的5 3 电流铭牌上所标的电流值是指电动机额定运行时定子绕组的线电流值 4 转速由于生产机械对转速的要求不同 需要生产不同磁极数的异步电动机 因此有不同的转速等级 最常用的是四个级的 5 功率与效率铭牌上所标的功率值是指电动机在额定运行时轴上输出的机械功率值 输出功率与输入功率不等 其差值等于电动机本身的损耗功率 包括铜损 铁损及机械损耗等 所谓效率就是输出功率与输入功率的比值 额定负载时一般为0 7 0 9 空载时功率因数很低约为0 2 0 3 额定负载时 功率因数最大 注意 实用中应选择合适容量的电机 防止 大马 拉 小车

14、的现象 6 功率因数 cos 1 P2 PN cos 1 7 绝缘等级电动机的绝缘等级是按绕组所用绝缘材料在使用时具有的极限温度来划分的 所谓极限温度是指电动机绝缘结构中最热点的最高允许温度 电动机的绝缘等级共分五等 分别是A E B F和H 对应的极限温度为 105 C 120 C 130 C 155 C和180 C 一般电动机采用E等级 Y系列电动机采用B等级 8 工作方式电动机的工作方式分为八类 用字母 例如 S1是连续工作方式 S2为短时工作方式分10 30 60 90min四种 S3是断续周期性工作方式等 分别表示 6 4 2启动 调速与制动方法 1 三相异步电动机的启动 异步电动机

15、在接通电源后 从静止状态到稳定运行状态的过渡过程 称为启动过程 起动电流 中小型鼠笼式电机起动电流为额定电流的5 7倍 定子电流 原因 起动时 转子导条切割磁力线速度很大 转子感应电势 转子电流 大电流使电网电压降低 影响其他负载工作 频繁起动时造成热量积累 电机过热 影响 三相异步机的起动方法 1 直接起动 二三十千瓦以下的异步电动机一般采用直接起动 2 降压起动 Y 起动 自耦降压起动 3 转子串电阻起动 软启动 2 三相异步电动机的调速 调速就是在一定的负载下 根据生产的需要人为地改变电动机的转速 因此改变转差率 电源频率 极对数等都可达到调速的目的 对于笼型异步电动机 它的调速方法主要

16、是改变电源频率和改变极对数 1 变频调速我国发电厂提供的都是50Hz的工频交流电 因此 采用这种调速方法需要配备一套频率可调的专用变频电源 变频器 其调速范围大 平滑性好 适应面广 能做到无级调速 因此它的应用已经日益广泛 2 变极调速 磁极对数的改变是通过改变绕组的接线方式得到的 但磁极对数只能成整数倍地变化 可见这种调速方法 调速很粗 无法做到平滑调速 该调速方法称为有极调速 在生产实际中 极对数可以改变的电动机称为多速电动机 有双速 三速 四速等 因为变极调速经济 简便 因而在金属切削机床中经常应用 3 三相异步电动机的制动 制动方法 机械制动 电气制动 能耗制动反接制动发电反馈制动 1 能耗制动这种制动方法是当电动机断电后 立即向定子绕组中通入直流电流 在定子内便产生一个恒定不变的磁场 这时由于转子仍然沿着反方向转动 切割磁力线 在转子中产生一个与转子旋转方向相反的电磁转矩 结果使电动机很快停下来 2 反接制动反接制动是利用电动机反转来进行制动的 在电动机停时 可将接到电源的三根导线中的任意两根的一端对调位置 使旋转磁场反向旋转 转子由于惯性 仍按原方向转动 电磁转矩方向与转动