《电工电子技术 少学时 第2版 教学课件 ppt 作者 罗厚军 第4章 三相异步电动机及控制》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电工电子技术 少学时 第2版 教学课件 ppt 作者 罗厚军 第4章 三相异步电动机及控制（59页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第4章 三相异步电动机及控制,4.1 三相异步电动机的基本构造 4.2 三相异步电动机的工作原理 4.3 三相异步电动机的机械特性 4.4 三相异步电动机的铭牌数据 4.5 常用低压电器 4.6 实际应用举例,4.1 三相异步电动机的基本构造,图4-1 三相异步电动机的外形和内部结构,4.1 三相异步电动机的基本构造,三相异步电动机的结构主要由两个基本部分组成，即定子和转子。定子是电动机中固定不动的部分，用来产生旋转磁场。转子是电动机中的旋转部分，产生电磁转矩并通过转轴输出给生产机械。如图41所示为一台三相异步电动机的外形和内部结构。,4.1 三相异步电动机的基本构造,1.定子 定子部分由机座
2、、定子铁心、三相定子绕组、端盖、轴承、接线盒、吊环等部分组成。定子铁心及冲片如图42所示。,图4-2 定子铁心,4.1 三相异步电动机的基本构造,图4-3 转子冲片,2.转子 转子部分由转轴、转子铁心、转子绕组、风扇等部件组成。转子绕组分为鼠笼式和绕线式两种。转子冲片外圆冲有均匀分布的槽，用来嵌放转子绕组，如图43所示。,4.1 三相异步电动机的基本构造,图4-4 笼型转子的绕组,鼠笼式转子绕组是由插入每个转子铁心槽中的裸导条和两端的环形端环连接而成。小型鼠笼电机一般采用铸铝转子，如图44（a）所示，这种转子绕组的铝导条、端环及风叶一次铸成。对于容量大于100kw电机，由于铸铝质量不易保证，常
3、用铜条插入转子槽中，两端再焊上端环，如图44（b）所示。,4.1 三相异步电动机的基本构造,图4-5 绕线式转子,绕线式转子绕组是采用绝缘导线嵌放在转子铁心槽内，一般采用星形连接，三个绕组的尾端接在一起，首端三根引出线分别接到转轴上的三个铜滑环（或称集电环）上，转子绕组可以通过滑环、电刷与变阻器连接，用以改善三相异步电动机的起动性能或调节电动机的转速，如图45所示。,4.1 三相异步电动机的基本构造,3.气隙 异步电动机的气隙是均匀气隙。气隙的大小对异步电动的运行性能和参数影响较大。根据电机的尺寸大小和转速，气隙往往有一定的最小数值，中、小型电机的气隙一般为0.22mm。,4.2 三相异步电动
4、机的工作原理,4.2.1 三相异步电动机的旋转磁场 三相异步电动机之所以会旋转，实现能量转换，是因为气隙内有一个旋转磁场。下面来讨论旋转磁场的产生。三相笼式异步电动机工作原理如图4-6所示。,图4-6 三相异步电动机工作原理示意图,4.2 三相异步电动机的工作原理,图4-7 三相对称交流电流的波形,三相对称交流电流的波形，如图47所示。为分析方便起见，设U相电流达到正最大值时为计时起点，电流从绕组首端流入为正，末端流入为负，并且流入端用符号 表示，流出端用表示。下面取各相电流出现最大值的几个瞬间进行分析。,4.2 三相异步电动机的工作原理,V相电流为正的最大值，,此时合成磁场的轴线正好转到与V
5、相绕组的轴线重合位置，即合成磁场的方向已从 = 时位置，沿逆时针方向旋转了120 。如图4-8b所示。,合成磁场轴线的位置如图4-8c、d所示。,4.2 三相异步电动机的工作原理,图4-8 旋转磁场的产生,由此可见，对称三相交流电流通入对称三相绕组时，由于三相绕组在定子槽中的分布位置不同，按UVW顺序相差一定机械角度依次排列，当绕组中通过的电流按此顺序出现正的最大值时，合成磁场的轴线沿空间发生旋转，从而形成旋转磁场。,4.2 三相异步电动机的工作原理,4.2.2 三相异步电动机的转速 (1)电动机的旋转方向 电动机的旋转方向与旋转磁场的转向一致，旋转磁场的转向与三相电源接入定子绕组的相序有关。
6、如果三相定子绕组连接三相对称电源时，把任两根接线端子对调位置，就会改变接入电流的相序，则旋转磁场反向，转子反转。如图49所示。,图4-9 旋转磁场的反转,4.2 三相异步电动机的工作原理,(2)旋转磁场的极数 三相异步电动机的极数就是旋转磁场的极数，它和三相绕组的安排有关。每相绕组只有一个线圈，则产生的旋转磁场只有一对极，即P=1；如果每相定子绕组有两个线圈串联，则产生的旋转磁场有两对极，即P=2，如图410所示为2对磁极的旋转磁场。,图4-10 两对磁极旋转磁场,4.2 三相异步电动机的工作原理,(3)旋转磁场的同步转速 旋转磁场的旋转速度称为同步转速，用n1表示。图48中旋转磁场只有一对极
7、，电流变化一个周期，旋转磁场旋转一周 。图410中旋转磁场有两对极，旋转磁场旋转两周，该S极才能转过 空间机械角度（转一圈）。因此，如果定子三相对称绕组在定子槽中布置为P对磁极时，则旋转磁场转一圈，需要经过P个电流周期时间。假设电流频率为 ，每分钟电流周期数为60 ，则旋转磁场的转速为:,4.2 三相异步电动机的工作原理,表4-1 不同磁极对数p时的同步转速,4.2 三相异步电动机的工作原理,(4)转子的转速 转子的转速用n表示。三相异步电动机正常运转时，转子比磁场转得慢，转子绕组才可能切割磁力线，产生感生电流，转子也才能受到电磁力矩的作用，带动负载。当电磁力矩和电动机轴上的阻力矩相平衡时，转
8、子保持匀速转动。 (5)转差率 同步转速与转子转速之差 与同步转速 的比值称为转差率，用s表示：,由式（42）可得出异步电动机的转速为：,4.2 三相异步电动机的工作原理,例4.1 有一台三相异步电动机，其额定转速nN=1455r/min，电源频率f1=50Hz，求电动机的极数和额定负载时的转差率。 解：三相异步电动机的额定转速接近而略小于同步转速。在不同的极对数下，同步转速是恒定的。查表4-1，与1455r/min相近的同步转速n1=1500r/min，与此对应的磁极对数,极数为4极。所以，额定负载时的转差率为：,4.2 三相异步电动机的工作原理,4.2.3 三相异步电动机转动原理 图46为
9、一台三相笼型异步电动机转动原理示意图。,图4-6 三相异步电动机工作原理示意图,4.3 三相异步电动机的机械特性,转速 n 与电磁转矩 Tm 的关系，称为电动机的机械特性。电动机的机械特性分为固有机械特性和人为机械特性。所谓固有机械特性是指在额定电压和频率下，定子和转子电路不外接电阻或电抗时的机械特性。所谓人为机械特性是指人为地改变电源参数或电动机参数而得到的机械特性。,图4-11 三相异步电动机的固有机械特性曲线 A起动点 B最大转矩点 C额定转速点 D同步转速点,1.固有机械特性 异步电动机的机械特性曲线 如图411所示。,4.3 三相异步电动机的机械特性,在异步电动机的机械特性曲线中，异
10、步电动机的主要性能指标有额定转矩、最大转矩、起动转矩、最小转矩。 (1)额定转矩TN 它是指电动机在额定电压下，以额定转速运行，输出额定功率时，其轴上输出的转矩。,(2)最大转矩Tmax 它是电动机在额定电压、额定频率下可能产生的最大稳态异步转矩。,4.3 三相异步电动机的机械特性,(3)起动转矩(又称堵转转矩)Tst 它是电动机在额定电压、额定频率下且转子堵住时所产生的转矩的最小测得值。,(4)最小转矩Tmin 它是电动机在额定电压、额定频率下，在零转速与对应于最大转矩的转速之间所产生的稳态异步转矩的最小值。,4.3 三相异步电动机的机械特性,例4.2 Y2180L6型电动机的主要技术数据为
11、PN=15kW、IN30.7A、N89.0、nN=970r/min、cos=0.81，Ist/IN=7.0，Tst/TN=2.0，Tmax/TN=2.1。求该电动机的sN、TN、Ist、Tst及Tmax。 解：Y2180L6型电动机的极数是6极，即p=3,4.3 三相异步电动机的机械特性,2.人为机械特性 (1)降低定子电压时的人为机械特性 由电机学知识可知，三相异步电动机电磁转矩与加在定子绕组上的相电压U1的平方成正比，而sm与U1无关，所以当定子电压U1降低时，Tm、Tmax、Tst都以U2倍减小，而sm不变，如图4-12所示。,图4-12 降低定子电压时的人为机械特性,4.3 三相异步电
12、动机的机械特性,(2)绕线式转子绕组串接电阻时的人为机械特性 由电机学知识可知，Tmax与转子电阻无关，而sm与转子电阻成正比，所以增大转子电路电阻，则临界转差率sm成正比增加，而Tmax不变。转子电路串接对称电阻Rs时的人为机械特性如图413所示。,图413 绕线式异步电动机转子电路串接对称电阻人为机械特性,4.4 三相异步电动机的铭牌数据,电机按铭牌上所规定的额定值和工作条件运行称为额定运行。铭牌上的额定值及有关技术数据是正确选择、使用和检修电动机的重要依据。 1.型号 Y系列、Y2系列（包括Y2E系列）国产三相异步电动机型号是按国际电工委员会IEC标准设计生产的，是以电动机机座中心高为依
13、据编制型谱号的。型号由产品代号和规格代号两部分组成。产品代号表示电动机的类型，用大写汉语拼音字母表示；规格代号用中心高、机座长度、铁心长度、功率、极数等表示。,4.4 三相异步电动机的铭牌数据,2.额定值 额定值是制造厂对电机在额定工作条件下运行所规定的量值。 (1)额定功率PN 指在额定状态下正常运行时，转子轴上输出的机械功率，单位为W或kW。 (2)额定电压UN 指在额定状态下运行时，加在定子绕组上的线电压值，单位为V或kV。 (3)额定电流IN 指在额定状态下运行时，流入定子绕组的线电流，单为A或kA。 (4)额定频率fN 指输入交流电(即电网)的电压频率，我国规定标准电源频率为50Hz
14、。 (5)额定转速nN 指电动机在额定输出时，转子每分钟的转数。,4.4 三相异步电动机的铭牌数据,(6)额定功率因素cosN 指在额定状态下运行时，定子相电压与相电流之间相位差的余弦值。 (7)额定效率N 指电动机在额定工作状态下的效率。 例4.3 一台Y2200L22型电动机，PN=37kW，IN=66.6A，cosN=0.90，其拖动额定负载时的效率是多少？ 解：,4.4 三相异步电动机的铭牌数据,表4-2 绝缘材料的耐热等级,(8)绝缘等级 它是按电动机所用绝缘材料，所允许的最高工作温度或最高温升来分级的。,4.4 三相异步电动机的铭牌数据,3.工作制和定额 工作制是电动机所承受的一系
15、列负载状况的说明，分别用S1S10表示。基本工作制有连续、短时、断续周期性三种类型。,4.防护等级 电动机外壳防护等级的标志是以字母“IP”和其后面的两位数字表示的。“IP”为国际防护的缩写；第一位数字代表第一种防护型式（防尘）的等级，共分06七个等级；第二个数字代表第二种防护型式（防水）的等级，共分08九个等级。数字越大，表示防护能力越强。,4.4 三相异步电动机的铭牌数据,5.接线 指三相异步电动机定子绕组六根引出线头的接线方法，即星形联结还是三角形联结。接线时必须注意电动机电压、电流和联结方式三者之间的关系。三相异步电动机的接线方法如图4-14所示。,图4-14 定子绕组的星形联结和三角
16、形联结,4.5 常用低压电器,4.5.1 低压开关 1.刀开关和隔离器 刀开关是手动电器中结构最简单的一种，广泛用于各种配电设备和供电线路，可作为非频繁地接通和分断容量不太大的低压供电线路之用。 隔离器是在电源切除后,将线路与电源明显可见的分开,并保持有效的隔离距离(又称电气间隙)，以保障检修人员安全。把兼有开关作用隔离器称作隔离开关。,低压电器通常是指用于额定电压交流1200V或直流1500V及以下电路中的电器。它用于自动或手动地接通或分断电路，实现对电路或非电对象进行切换、控制、保护、检测、变换和调节等作用。,4.5 常用低压电器,图4-15 平板式手柄操作单极刀开关 1静插座 2手柄 3触刀 4铰链支座 5绝缘底板,如图4-15(a)所示为平板式手柄操作的单极刀开关的结构，按极数不同刀开关分单极（单刀）、双极（双刀）、和三极（三刀）三种，如图4-15（b）所示为它们作隔离器使用时在电路图中的符号。,4.5
