《第5章 三相异步电动机》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第5章 三相异步电动机（77页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第5章 三相异步电动机,下一页,返 回,5.1 电机概述 5.2 三相异步电动机的构造 5.3 三相异步电动机的工作原理 5.4 三相异步电动机的转矩与机械特性 5.5 三相异步电动机的启动 5.6 三相异步电动机的调速 5.7 三相异步电动机的制动 5.8 三相异步电动机的铭牌数据,电动机的分类：,5.1 电动机概述,上一页,下一页,返 回,1.定子,5.2 三相异步电动机的构造,上一页,下一页,返 回,2.转子,铁心：由外周有槽的硅钢片叠成。,(2) 绕线型转子：转子绕组由线圈绕组构成,上一页,下一页,返 回,上一页,下一页,返 回,笼型异步电动机,上一页,下一页,返 回,定子,上一页,下
2、一页,返 回,转子,上一页,下一页,返 回,转子,上一页,下一页,返 回,笼式异步电动机,上一页,下一页,返 回,绕线式异步电动机,转子,定子,上一页,下一页,返 回,绕线式异步电动机,上一页,下一页,返 回,5.3 三相异步电动机的转动原理,对称三相定子绕组 接入对称三相电压,旋转磁场 (磁场能量),磁力线切 割转子绕组,转子绕组中 产生 e 和 i,转子绕组在磁场中 受到电磁力的作用,转子旋转起来,机械负载 旋转起来,三相交流电流,输出机械能量,上一页,下一页,返 回,i1=Imsint,i3=Imsin(t+120),i2=Imsin(t-120),L1,L3,L2,两极旋转磁场,（一）
3、旋转磁场,（1）旋转磁场的产生,上一页,下一页,返 回,四极旋转磁场,上一页,下一页,返 回, 极对数（p）的概念：,（2）旋转磁场的转速,旋转磁场转速 n0 同步转速（r/min),以 Y 型接法为例，当每相 绕组只有一个线圈时，按右下图放入定子槽内，合成的旋转磁场只有一对磁极，则极对数为 1。 即 p = 1,上一页,下一页,返 回,以 Y 型接法为例，将每相绕组都改用两个线圈串联组成。,按下图放入定子 槽内。形成的磁场则是两对磁极。 即 p = 2,返回,三相绕组,四极旋转磁场,上一页,下一页,返 回,上一页,下一页,返 回,三相异步电动机的同步转速,f1 = 50 Hz 时,不同极对数
4、时的同步转速如下:,同步转速,p 为任意值时：,上一页,下一页,返 回,（3）旋转磁场的转向,旋转磁场是沿着：,U1,V1,W1, 与三相绕组中的三相电流 的相序：L1 L2 L3 一致。,旋转方向：取决于三相电流的相序。 将其中两根电源线对调即可改变旋转磁场的方向。,上一页,下一页,返 回,（二）工作原理,（1）电磁转矩的产生, 用右手定则判断转子绕组中感应电流的方向, 用左手定则判断转子绕组受到的电磁力的方向,电磁力电磁转矩 T T 与 n0 同方向。,工作原理示意图,F,上一页,下一页,返 回,（2）电磁转矩的方向,电磁转矩的方向与旋转磁场的转向一致。,改变电动机的转向,上一页,下一页,
5、返 回,电动机转速和旋转磁场同步转速的关系：,电机转子转动方向与磁场旋转的方向一致， 但 n n0,电动机转速 n ，旋转磁场的转速为 n0,转差率 :,起动时: n = 0， s = 1 额定运行时: s = 0.01 0.09,称异步电动机或感应电动机,上一页,下一页,返 回,起动时：n = 0, n = n0 转子电磁感应最强 转子电路电量的频率： f2 = f1 n n 转子电路电量的频率 f2 （ f1） 稳定运行时： n = n0n很小, 转子电路频率的变化：,f2 = f1很小（与转子的转速有关）,上一页,下一页,返 回,（3）电磁转矩 T 的大小,由公式可知,2. 当电源电压
6、U1 一定时，T 是 s 的函数。,1. T 与定子每相绕组电压 成正比。U 1 T ,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。,X20=2f1L2,上一页,下一页,返 回,T0：空载转矩（风阻、轴承摩擦等形成）； TL：负载转矩（生产机械阻转矩）； T2：电动机输出转矩 T2 = T T0 T,电动机稳定运行（T2=TL）转矩平衡方程式为: T =T0 +TL 平衡打破： TL ,T2TLn s I2 T2 TL ,T2TLn s I2 T2 ,（4）转矩平衡,上一页,下一页,返 回,【解】,例：某三相异步电动机，定子电压的频率 f1
7、50 Hz,极对数 p1，转差率 s0.015。求同步转速 n0 ，转子转速 n 和转子电流频率 f2。,上一页,下一页,返 回,（三）功率与效率,输出的机械功率:,功率损耗: P= P1 P2 =PCu+PFe + PMe,电动机的效率:,输入的电功率:,额定转矩,功率因数:定子绕组的功率因数。,上一页,下一页,返 回,例 某三相异步电动机，极对数 p = 2，定子绕组三角形联结，接于 50 Hz、380 V 的三相电源上工作，当负载转矩 TL= 91 Nm 时，测得 I1l= 30 A，P1= 16 kW，n = 1 470 r/min，求该电动机带此负载运行时的 s 、P2 、 和 功率
8、因数。,= 87.5%,解,功率因数,上一页,下一页,返 回,【解】,（1）,例：某三相异步电动机，定子电压为380 V，三角形联结。当负载转矩为 51.6 N m 时，转子转速为740 r/min，效率为 80，功率因数为0.8。求：（1）输出功率；（2）输入功率；（3）定子线电流和相电流,（2）,（3）,上一页,下一页,返 回,5.4三相异步电动机的转矩与机械特性,根据转矩公式,得特性曲线：,上一页,下一页,返 回,5.4.1 固有特性,1.额定状态,三个重要工作状态,额定转矩,(N m),额定转差率,额定转速,上一页,下一页,返 回,2.临界状态,电机带动最大负载的能力。,临界转差率,将
9、sm代入转矩公式，可得,上一页,下一页,返 回,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TL TM ，否则电机将停转（堵转 ）。,电机严重过热而烧坏。,上一页,下一页,返 回,3. 启动状态,起动时n = 0 时，s =1,(2) Ts与 R2 有关， 适当使 R2 Ts。对绕线式型 电机改变转子附加电阻 R2 , 可使Ts=TM 。,Ts体现了电动机带载直接起动的能力。 若 Ts TL，电机能起动，否则不能起动。,起动能力,起动电流,上一页,下一页,返 回,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。,4 电动机的自适应负载能力,电动机工作在
10、特性曲线的 哪一点上？ 电动机应当运行于与负载机械特性的交点上。,TL,上一页,下一页,返 回,工作段,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。,a 点TLnI2T,直至新的平衡,I1 P1, a点,电动机工作在比原来低的转速和比原来大的电流下,上一页,下一页,返 回,5. 4.2人为特性,(1) U1 变化对机械特性的影响,TL,上一页,下一页,返 回,(2) R2 变化对机械特性的影响,R2,Ts ,n,硬特性：负载变化时，转速变化不大，运行特性好。,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。 ,nM,上一页,下一页,返 回,(2) R2 变化对机械特性的影响
11、,不同场合应选用不同的电机。如金属切削，选硬特性电机；重载起动则选软特性电机。,上一页,下一页,返 回,5.5 三相异步电动机的启动,1 启动性能,启动问题：启动电流大（定子绕组的线电流Is ），启动转矩小。,后果：,原因：,启动： n = 0，s =1, 接通电源。,上一页,下一页,返 回,（1）直接起动（全压起动） (a) 小容量的电动机（二三十千瓦以下）； (b) 电源容量足够大时。 只适于小容量的电机或起动不频繁的场合 （2）减压起动 (a) Y 减压起动： 适用于：正常运行时定子绕组为联结的电动机。,起 动 时,运 行 时,1、笼型异步电动机的起动,上一页,下一页,返 回,TUp2,
12、 Y型起动的起动转矩：, Y型起动的起动电流：,上一页,下一页,返 回, Y型起动的起动转矩为：, Y型起动的起动电流为：,上一页,下一页,返 回,(3) 自耦降压起动,Q2下合： 接入自耦变 压器，降压 起动。,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起动的笼型异步电动机。,上一页,下一页,返 回,(3) 自耦变压器减压起动,ul,降压比为:,Ul= KAUN,定子线电压：,定子线电流： KA Is,线路电流： KA2Is, 自耦变压器降压起动，电源取用的电流为：, 自耦变压器降压起动的起动转 矩为：,uN
13、,( Is直接起动时的起动电流),上一页,下一页,返 回,自耦变压器降压起动的特点： 定子绕组接法不变，改变定子绕组的电压； 降压比 KA可调,自耦变压器降压起动的使用条件： IaImax （线路中允许的最大电流）； TsaTL 否则不能采用此法。 选择 KA的方法： KA2Is Imax KA2TsTL,需要两者 均满足,上一页,下一页,返 回,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,2、绕线型电动机转子电路串电阻起动,上一页,下一页,返 回,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。,
14、R2 Ts ,转子电路串电阻起动的特点,上一页,下一页,返 回,1 变频调速 (无级调速),5.6 三相异步电动机的调速,常数,上一页,下一页,返 回,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,上一页,下一页,返 回,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。,上一页,下一页,返 回,3 变转差率调速 (无级调速),变转差率调速是绕线型电动机特有的一种调速方法。这种调速方式广泛应用于各种提升、起重设备中。,上一页,下一页,返 回,5.7 三相异步电动
15、机的制动,1 能耗制动,制动方法,能耗制动 反接制动 发电反馈制动,在断开三相电源的同时，给电动机其中两相 绕组通入直流电流，直流电流形成的固定磁场与 旋转的转子作用，产生了与转子旋转方向相反的 转距（制动转距），使转子迅速停止转动。,上一页,下一页,返 回,2 反接制动,停车时，将接入电动机的三相电源线中的任意两相对调，使电动机定子产生一个与转子转动方向相反的旋转磁场，从而获得所需的制动转矩，使转子迅速停止转动。,上一页,下一页,返 回,上一页,下一页,返 回,n n0,3 发电反馈制动,当电动机的n n0时，旋转磁场产生的电磁转矩作用方向发生变化，由驱动转矩变为制动转矩。电动机进入制动状态
16、，同时将外力作用于转子的能量转换成电能回送给电网。,上一页,下一页,返 回,5.8 三相异步电动机铭牌数据,1. 型号,例如： Y 132 M4,用以表明电动机的系列、几何尺寸和极数。,上一页,下一页,返 回,异步电动机产品名称代号,上一页,下一页,返 回,2. 接法,Y 连接, 连接,接线盒,上一页,下一页,返 回,3. 电压,例如：380/220V、Y/ 是指线电压为 380V 时 采用 Y连接；线电压为 220V 时采用 连接。,电动机在额定运行时定子绕组上应加的线电压值。,三相异步电动机的额定电压有380V，3000V, 及6000V等多种。,上一页,下一页,返 回,4. 电流,例如： Y / 6.73 / 11.64 A 表示星形连接下电机的线电流为 6.73A；三角形连接下线电流为 11.64A。两种接法下相电流均为 6.73A。,5.
