三相异步发电机与电动机的构造及原理

《三相异步发电机与电动机的构造及原理》由会员分享，可在线阅读，更多相关《三相异步发电机与电动机的构造及原理（83页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、.1 三相异步电动机的构造与原理,第 章 发电机与电动机,. 异步电动机的转矩与机械特性,. 异步电动机的控制,.车用交流发电机,. 直流电动机,来自. 中国最大的资料库下载,本章要求：,第 章 发电机与电动机,1) 了解三相异步电动机的基本结构、工作原理。 2）了解三相异步电动机的机械特性，掌握起动、调速、反转和制动。 3）了解车用交流发电机。 4）了解直流电机的基本结构和工作原理。 5）了解直流并励、他励、串励电动机的机械特性及其应用。 6）了解直流电动机的起动、反转和调速。,来自. 中国最大的资料库下载,电动机的分类：,第 章 发电机与电动机,实现电能与机械能相互转换的电工设备总称为电机

2、。,机械能,电能,发电机,电动机,直流电动机的最大特点,优良的调速性能 起动转矩也比较大,生产成本较高 需要使用直流电源 维护要求较高,应用：,轧钢机、龙门刨床等主传动机构 某些电力牵引和起重设备 电车及电力机车,异步电动机,构造简单、价格便宜、工作可靠、使用维护方便,应用：,金属切削机床、起重机、传送带、功率不大的水泵、通风机,在全国电动机总容量中有85以上是三相异步电动机。,来自. 中国最大的资料库下载,.1 三相异步电动机的构造与工作原理,4.1.1.构造,笼型电机的各部件,铁心：由内周有槽的0.5mm厚硅钢片叠成。磁路的一部分,机座：铸铁或钢板焊接,支撑铁心和固定电机,硅钢片,装有三相

3、绕组的定子,1、定子,来自. 中国最大的资料库下载,定子绕组,接线盒,定子三相绕组的联接方法。通常,Y 联结, 联结,2、转子,转子: 在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电流,产生旋转力矩,转轴 转子铁心 转子绕组,0.5mm的硅钢片叠压,笼型转子,(2) 绕线式转子,同定子绕组一样，也分为三相，并且接成星形。,三相转子绕组通常连接成星形，即三个末端连在一起，三个首端分别与转轴上的三个滑环（滑环与轴绝缘且滑环间相互绝缘）相连，通过滑环和电刷接到外部的变阻器上，以便改善电机的起动和调速性能。,绕线式转子绕组与外接变阻器的连接,4.2 三相异步电动机的工作原理,4.2.1旋转磁场的产生,规定,()

4、电流出,()电流入,三相对称交流绕组通入三相对称交流电流时，将在电机气隙空间产生旋转磁场；（动画1，动画2）,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,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,1、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。,任意调换两根电源进线,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。,2、旋转磁场的极对数P,极对数,动画,旋转磁场的磁极对数 与三相绕组的排列有关,3、旋转磁场的转速,工频

5、：,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n1与极对数 p 的关系,4.2. 2 三相电动机的工作原理,1. 转动原理,A,X,Y,C,B,Z,定子三相绕组通入三相交流电,方向:顺时针,感应电动势 E20,电磁力F,4. 2. 3 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,例1：一台三相异步电动机，其额定转

6、速 n=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：n1=1000 r/min , 即,p=3,额定转差率为,4.2.4 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。,2. 电压,例如：380/220V、Y/ 是指线电压为 380V 时 采用 Y联结；线电压为 220V 时采用 联结。,电动机在额定运行时定子绕组上应加的线电压值。,3. 电流,电动机在额定运行时定子绕组的线电流值。,例如： Y / 6.73 / 11.64 A 表示星

7、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. 功率与效率,额定功率是指电机在额定运行时轴上输出的机 械功率 P2，它不等于从电源吸取的电功率 P1。,注意：实用中应选 择容量合适的电机，防止出现 “大马拉 小车” 的现象。,5. 功率因数,三相异步电动机的功率因数较低，在额定负载 时约为 0.7 0.9。空载时功率因数很低，只有 0.2 0.3。额定负载时，功率因数最高。,6. 额定转速,电机在额定电压、额定负载下运行时的转速。,如： n N =1440 转/分 sN = 0.04,4.2 三相异步电动机转矩与机械特性,4.2

8、.1 转矩公式,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矩之总和。,常数，与电 机结构有关,旋转磁场 每极磁通,转子电流,转子电路的 功率因数,电磁转矩公式,可推导出,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。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 ，从而改变转矩。,4. 2. 2 机械特性曲线,根据转矩公式,得特性曲线：,动画,动画,电动机在额定负载时的转矩。,1.额定转矩TN,三个重要转矩,额定转矩,(N m),如某普通机床的主轴电机(Y132

9、M-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 Tmax,转子轴上机械负载转矩T2 不能大于Tmax ，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,将sm代入转矩公式，可得,当 U1 一定时，Tmax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 Tmax ，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 =Tmax 。

10、,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,4. 电动机的运行分析,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,4.3 异步电动机的运行与控制,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4 7 倍; 电动机的起动转矩为额定转矩的(1.

11、02.2)倍。,后果：,原因：,直接起动： n = 0，s =1, 接通电源。,4.3.1 起动方法,直接起动 7.5千瓦以下的异步电动机一般都采用直接起动。,（适用于笼型电动机）,转子串电阻起动,（适用于绕线式电动机）,以下介绍降压起动和转子串电阻起动。,设：电机每相阻抗为,1、 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,(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。,Q2上合： 切除自耦变 压器，全压 工作。,合刀闸开关Q,Q2,自耦降

12、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。,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,2、绕线式电动机转子电路串电阻起动,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 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,4.3.2 三相异步电动机的调速,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

13、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。,方法：任意调换电源的两根进线，电动机反转。,电动机 正转,电动机 反转,4.3.3 三相异步电动机的正、反转,4.2.4 三相异步电动机的制动,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

14、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。,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。,3、 回馈制动,当电动机转子的转速大于旋转磁场的转速 时，旋转磁场产生的电磁转距作用方向发生变 化，由驱动转距变为制动转距。电动机进入制,动状态，同时将外力作用于转子的能量转换成 电能回送给电网。,n n0,1、 直流电动机的构造,4.5 直流电动机,4.5.1 直流电机的构造与工作原理,定子,转子,机座、 主磁极、 换向极、 电刷装置等,铁心、绕组、换向器,作用

15、是产生磁场和作电机的机械支撑,产生感应电动势实现能量转换的关键部分。,直流电机的主要结构：,1） 他励电动机 励磁绕组和电枢绕组分别由两个直流电源供电。,2、 直流电机的分类,直流电机按照励磁方式可分为他励电动机、并励电动机、串励电动机和复励电动机,2. 并励电动机 励磁绕组和电枢绕组并联，由一个直流电源供电。,4) 复励电动机 励磁线圈与转子电枢的联接有串有并，接在同一电源上。,3） 串励电动机 励磁线圈与转子电枢串联接到同一电源上。,额定功率PN: 电机轴上输出的机械功率。,额定电压UN : 额定工作情况下的电枢上加 的直流电压。（例：110V，220V，440V）,额定电流IN : 额定

16、电压下轴上输出额定功 率时的电流（并励包括励磁和电枢电流）。 三者关系：PN=UNIN （ ：效率）,额定转速nN: 在PN , UN , IN 时的转速。 直流电机的转速一般在500r/min 以上。特 殊的直流电机转速可以做到很低（如每分 钟几转）或很高（每分钟3000转以上）。,调速时对于没有调速要求的电机，最大转速 不能超过1.2nN 。 。,3、直流电动机的额定值,注意,3、 直流电机的基本工作原理,直流电从两电刷之间通入电枢绕组，电枢电流方向如图所示。由于换向片和电源固定联接，无论线圈怎样转动，总是S极有效边的电流方向向里, N极有效边的电流方向向外。电动机电枢绕组通电后中受力(左手定则)按顺时针方向旋转。,电刷,换向片,换向器作用： 将外部直