第七章 异步电动机课件

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1、第七章 异步电动机,电机：实现机械能与电能互相转换的旋转机械,电机,发电机 电动机,：把机械能转换为电能的电机。,：把电能转换为机械能的电机。,电动机,交流电动机,直流电动机,异步电动机 同步电动机,本章主要讨论异步电动机的结构、工作原理和特性。,71三相异步电动机的结构和工作原理,电动机,定子,转子,机座 铁心 绕组 端盖,铁心 绕组 转轴 风扇,笼型 线型,一、结构,接法,接线盒,定子三相绕组的联接方法。通常,Y 联结, 联结,二、三相异步电动机的工作原理,引入：,电流周围产生磁场 ： 右手螺旋定则,变化的磁场产生电流 ： 楞次定律,通电导线在磁场中受到力：,左手定则,（一）定子的 旋转磁

2、场,定子三相绕组通入三 相交流电(星形联接),1.旋转磁场的产生,规定,()电流出,()电流入,三相电流合成磁场 的分布情况,合成磁场方向向下,合成磁场旋转60,合成磁场旋转90,动画,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,取决于三相电流的相序,2.旋转磁场的旋转方向,结论： 任意调换两根 电源进线，则旋转 磁场反转。,动画,任意调换两根电源进线 (电路如图),3.旋转磁场的极对数P,当三相定子绕组按图示排列时，产生一对磁极的旋转磁场，即：,若定子每相绕组由两个线圈串联 ，绕组的始端 之间互差60，将形成两对磁极的旋转磁场。,极对数,动

3、画,旋转磁场的磁极对数 与三相绕组的排列有关,4.旋转磁场的转速,工频：,旋转磁场的转速取决于磁场的极对数,p=1时,p=2时,旋转磁场转速n0与极对数 p 的关系,（二）转子的转动,1. 转动原理,A,X,Y,C,B,Z,定子三相绕组通入三相交流电,感应电动势 E20,电磁力F,力臂r,2. 转差率,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。,由前面分析可知，电动机转子转动方向与磁场 旋转的方向一致，但转子转速 n 不可能达到与旋转磁场的转速相等，即,如果:,因此，转子转速与旋转磁场转速间必须要有差别。,异步电动机运行中:,转子转速亦可由转差率求得,转差率s

4、,例1：一台三相异步电动机，其额定转速 n=975 r/min，电源频率 f1=50 Hz。试求电动机的磁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,三相异步电动机的电磁关系与变压器类似。,变压器： 变化 e U1 E1= 4.44 f N1 E2= 4.44 f N2,E1 、E2 频率相同，都等于电源频率。,3、电动势和电流,异步电动机：旋转磁场切割导体 e， U1 E1= 4.44 f 1N1,每极磁通,旋转磁场与定子导体间的相对速度为 n0 ，所以,5、定子感应电势的频率 f1,感应

5、电势的频率与磁场和导体间的相对速度有关,f 1= 电源频率 f,6、转子感应电势频率 f 2,定子导体与旋转磁场间的相对速度固定，而转子 导体与旋转磁场间的相对速度随转子的转速不同而 变化, 定子感应电势频率 f 1 转子感应电势频率 f 2,转子感应电势频率 f 2,旋转磁场切割定子导体和转子导体的速度不同,7、 转子感应电动势E 2,E2= 4.44 f 2N2 = 4.44s f 1N2,当转速 n = 0(s=1)时， f 2最高，且 E2 最大，有,E20= 4.44 f 1N2,转子静止时 的感应电势,即E2= s E20,转子转动时 的感应电势,8、 转子感抗X 2,当转速 n

6、= 0(s =1)时， f 2最高，且 X2 最大，有,X20= 2 f1L2,即X2= sX20,9、转子电流 I2,10、 转子电路的功率因数 cos2,转子绕组的感应电流,转子绕组的感应电流,转子电路的功率因数,结论：转子转动时，转 子电路中的各量均与转 差率 s有关，即与转速 n有关。, 7-2 三相异步电动机的特性,一、 转矩特性,异步电动机的电磁转矩是由定子绕组产生的旋转磁场与转子绕组的感应电流相互作用而产生的。磁场越强，转子电流越大，则电磁转矩也越大。可以证明，三相异步电动机的电磁转矩与转子电流、定子旋转磁场的每极磁通及转子功率因数成正比。,及,可表示为,常数，与电 机结构有关,

7、旋转磁场 每极磁通,转子电流,转子电路的 功率因数,因,由公式可知,电磁转矩的另一表达式,1. T 与定子每相绕组电压 成正比。U 1 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。绕线式异步电动机可外 接电阻来改变转子电阻R2 ，从而改变转距。,二、 机械特性,转矩特性（）曲线表示了电源电压一定时电磁转矩T与转差率s的关系。但在实际应用中，更直接需要了解的是电源电压一定时转速与电磁转矩的关系，即=（）曲线，这条曲线成为电动机的机械特性曲线。,根据异步电动机的转速与转差率的关系，可将（）曲线变换为（）曲线。只要把曲线中的轴变换为轴，把轴平移到，即

8、处，再按顺时针方向旋转，便得到（）曲线。用它来分析电动机的工作情况更为方便。,根据转矩公式,得特性曲线：,动画,动画,1、稳定区和不稳定区,以最大转矩为界，机械特性分为两个区，上边为稳定运行区，下边为不稳定运行区。,电动机在额定负载时的转矩。,（1）额定转矩TN,2、三个重要转矩,额定转矩,(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,（2）最大转矩 Tm,转子轴上机械负载转矩T2 不能大于Tm ，否则将 造成堵转(停车)。,电机带动最大负载的能力。,临界转差率,O,T,将sm代入转矩公式，可得,当 U1 一定时

9、，Tm为定值,过载系数(能力),一般三相异步电动机的过载系数为,工作时必须使T2 Tm ，否则电机将停转。,电机严重过热而烧坏。,（3） 起动转矩 Tst,电动机起动时的转矩。,起动时n= 0 时，s =1,(2) Tst与 R2 有关， 适当使 R2 Tst 。对绕线式 电机改变转子附加电阻 R2 , 可使Tst =Tm 。,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。,起动能力,3、U1 和 R2变化对机械特性的影响,(1) U1 变化对机械特性的影响,T2,(2) R2 变化对机械特性的影响,R2,Tst ,n,硬特性：负载变化时，转速变化不大，运行特性

10、好。,软特性：负载增加时转速下降较快，但起动转矩大，起动特性好。 ,三、运行特性,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） 。,此过程中， n 、sE2 , I2 I1 电源提供的功率自动增加。,T2,s,T2 T,T =T2,n ,T ,达到新的平衡,异步电动机的铭牌,7-3 三相异步电动机铭牌数据,1. 型号,例如： Y 160L4,用以表明电动机的系列、几何尺寸和极数。,2、电压,例如：380/220V、Y/ 是指线电压为 380V

11、时 采用 Y联结；线电压为 220V 时采用 联结。,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% 。因为在电动机满载或接近 满载情况下运行时，电压过高 或过低都会使 电动机的电流大于额定值, 从而使电动机过热。,电动机在额定运行时定子绕组上应加的线电压有效值。,三相异步电动机的额定电压有380V，3000V, 及6000V等多种。,3、电流,例如： Y / 6.73 / 11.64 A 表示星形联结下电机的线电流为 6.73A；三角形联结下线电流为 11.64A。两种接法下相电流均为 6.73A。,4、功率,电动机在额定运行时定子绕组的线电流值。,额定功率是指电机在额定运行

12、时轴上输出的机 械功率 P2，即额定功率。它不等于从电源吸取 的电功率 P1。,5、频率,是指电动机所用交流电源的频率。,定子三相绕组的联接方法。,6、接法,我国电力系统规定为50HZ。,通常,接线盒,注：名牌上标有两种电压、电流的电动机应同时标明Y / 两种联接法。,7、工作方式,S1表示连续工作，允许在额定情况下连续长期运行。,如：水泵、通风机、机床等设备所用的异步电动机。,S2表示短时工作，是指电动机工作时间短、停车时间长的工作方式。,如：水坝闸门的启闭、机床中尾架、横梁的移动和夹紧等。,S3表示断续工作，又叫重复短时工作，是指电动机运行与停车交替的工作方式。,如：吊车、起重机等。,8、

13、绝缘等级,指电机绝缘材料能够承受的极限温度等级，分为A、E、B、F、H、C等几个等级，A级最低(105C)，C级最高(180C)。,11、温升,电动机的温升是指允许电动机绕组温度高出周 围环境温度的最大温差。,注意：规定的电动机允许最高温度比其所用 绝缘材料的最高允许温度为低。,7-4三相异步电动机的使用,一、起动,起动问题：起动电流大，起动转矩小。 一般中小型鼠笼式电机起动电流为额定电流的5 7 倍; 电动机的起动转矩为额定转矩的(1.02.2)倍。,后果：,原因：,起动： n = 0，s =1, 接通电源。,电动机的起动就是把电动机的定子绕组与电源接通，是电动机的转子由静止加速到以一定转速

14、稳定运行的过程。,1、直接起动 用开关将额定电压直接加到定子绕组上使电动机起动，就是直接启动，又称全压起动。 二、三十千瓦以下的异步电动机一般都采用直接起动。 优点是：设备简单，操作方便，起动过程短。 注：只要电网的容量允许，应尽量采用直接起动。,设：电机每相阻抗为,2、 降压起动,(1) Y 换接起动,降压起动时的电流 为直接起动时的,Y 起动器接线简图,静触点,Y 起动器接线简图,Y起动,Y 起动器接线简图, 工作,(a) 仅适用于正常运行为三角形联结的电机。,Y 换接起动适合于空载或轻载起动的场合,Y- 换接起动应注意的问题,(2) 自耦降压起动,Q2下合： 接入自耦变 压器，降压 起动

15、。,Q2上合： 切除自耦变 压器，全压 工作。,合刀闸开关Q,Q2,自耦降压起动适合于容量较大的或正常运行时 联成 Y形不能采用Y起动的鼠笼式异步电动机。,（3）软起动,软起动是指，起动时通过软起动器（一种晶闸管调压装置）使电压从某一较低值逐渐上升至额定值，起动后再用旁路接触器KM使电动机投入正常运行。图FU1中是普通熔断器，而FU2是快速熔断器，保护软起动器用的。,R,R,R,定子,转子,起动时将适当的R 串入转子电路中，起动后将R 短路。,起动电阻,3、绕线式电动机的起动,若R2选得适当，转子电路串电阻起动既可以降低起动电流，又可以增加起动转矩。,常用于要求起动转矩较大的生产机械上。,R2

16、 Tst ,转子电路串电阻起动的特点,1、 变频调速 (无级调速),频率调节范围：0.5几百赫兹,二、调速,调速是指在电动机负载不变的情况下人为地改变电动机的转速。,2、变极调速 (有级调速),变频调速方法可实现无级平滑调速,调速性 能优异，因而正获得越来越广泛的应用。,P=2,P=1,采用变极调速方法的电动机称作双速电机， 由于调速时其转速呈跳跃性变化，因而只用在对 调速性能要求不高的场合，如铣床、镗床、磨床 等机床上。,3 、 变转差率调速 (无级调速),变转差率调速是绕线式电动机特有的一种调 速方法。其优点是调速平滑、设备简单投资少， 缺点是能耗较大。这种调速方式广泛应用于各种 提升、起重设备中。,