电工技术与技能实训 教学课件 ppt 作者 谭维瑜 第十六章异步电动机

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1、第16章 异 步电 动 机,【教学要求】 1）知道异步电动机基本结构。 2）了解异步电动机旋转磁场的产生。 3）了解异步电动机转动原理。 4）知道异步电动机常见故障。,16.1三 相 异 步 电 动 机,1.1 异步电动机概述,根据电磁原理把电能转换为机械能的旋转机械称为电动机。 电动机可分为直流电动机和交流电动机。交流电动机又分为异步 电动机和同步电动机。 异步电动机是在生产和生活中,应用最广泛的交流动力装置。因为,它具有结构简单、运行可靠、使用维护方便、效率较高、价格低廉等优点,但其功率因数较低,调速性能较差。 异步电动机分为(鼠)笼式和线绕式,本章以笼式机为重点,简要介绍线绕式电动机。,

2、16.1三 相 异 步 电 动 机,三相笼式异步电动机由两个基本部分组成:定子(固定部分)和转子(转动部分)。图16-1是笼式异步电动机的结构图。,1.2三相异步电动机的基本结构,1.笼式异步电动机,图16-1 笼式异步电动机的结构图,16.1三 相 异 步 电 动 机,(1)定子 定子由铁心、三相定子绕组和机座等三部分组成。它的作用是产生旋转磁场。 1)定子铁心是电动机磁路的一部分。它有许多铁心槽用来嵌放定子绕组。 2)定子绕组是对称的三相绕组,每相之间互隔1200电角,嵌放在定子铁心槽内。 3)机座大多用铸铁浇铸而成,用以固定和支撑定子铁心。 4)定子绕组六个出线端在接线盒的接线图。,定子

3、绕组的出线接法,16.1三 相 异 步 电 动 机,(2)转子 转子由转子铁心、转子绕组、转轴和风扇等组成。 1)转子铁心也是电动机磁路的一部分,固定在转轴上。 2)转子绕组是在铁心槽内放置铜条,铜条两端用的短路环焊接起来。由如其形状像一只鼠笼,故称为笼型转子。小容量电动机的笼式转子是由熔化的铝浇铸在槽内与风扇铸成一体而成,称为铸铝转子。,笼型转子,16.1三 相 异 步 电 动 机,2.线绕式异步电动机,绕线式转子的铁心和笼式转子的铁心相同,转子绕组和笼式定子绕组相似,是三相对称绕组。通常三个绕组的末端联在一起,接成星形,其三个首端分别与固定在转轴上的互相绝缘的铜质滑环相连。 转子绕组通过滑

4、环及其上面的电刷与外加的三相变阻器连接,供电动机起动及小范围内调速使用。在一般情况下,转子绕组被短接。 下图是绕线式异步电动机转子的结构及接线图。,线绕式转子结构及接线图,16.1三相异步电动机,1.3三相异步电动机的旋转磁场,1.两极旋转磁场的产生,设定子绕组作星形联接,首端U1V1W1分别接在三相对称电源ABC相上,绕组中流入的三相电流，设为:,，,，,简化的三相定子绕组,16.1三 相 异 步 电 动 机,三相电流的波形如图16-6的上图所示。,三相波形及两极旋转磁场,我们规定:电流的参考方向是从绕组的首端流入,末端流出。 当电流为正时,实际方向与参考方向相同;当电流为负时,则相反。在图

5、16-6中用+表示电流流进,表示电流流出。 在波形图16-6上,取t0t3四个瞬时来分析定子绕组中产生磁场的情况,图16-6,16.1三 相 异 步 电 动 机,(1)t=t0(t0=0) 三相绕组产生的合成磁场的方向,如图16-6(a)所示。相当于定子上方是N极,下方为S极,产生两极磁场,磁极对数p=1。 (2)t=t1(t1=120) 合成磁场的方向,如图16-6(b)所示。在空间按顺时针方向旋转120 。 (3)t=t2(t2=240) 合成磁场的方向,如图16-6所示。在空间按顺时针方向又旋转120 。与t0=0 的位置相比,按顺时针旋转了240。 (4)t=t3(t2=360) 合成

6、磁场的方向,如图16-6(d)所示。在空间按顺时针方向又旋转120。与t0=0 的位置相比,按顺时针旋转了360。 可见,当三相定子绕组通入三相交流电时,它们的合成磁场将随电流的变化,在空间不断地旋转,这就是旋转磁场。 在p=1的两极电动机中,交流电变化一周,合成磁场在空间也旋转一周即360 三相电流周期性的不断变化,合成磁场将按同一方向连续地旋转。,16.1三 相 异 步 电 动 机,2.两极旋转磁场的转速 在p=1的两极三相异步电动机中,旋转磁场每秒钟的旋转次数,等于每秒钟的交变次数(即频率)。设电源频率为50Hz,旋转磁场每分钟的转速为n1,则,n1=601=6050r/min =300

7、0r/min,3.四极旋转磁场,图16-7是p=2的四极三相异步电动机的绕组布置图,图16-7 四极电动机的绕组布置图,16.1三 相 异 步 电 动 机,定子每相绕组由两个线圈串联而成,各个线圈的始端(或末端)在空间的位置彼此相隔600。仍取t0t3四个瞬时进行分析,可得到一个具有四个磁极的旋转磁场如图16-8所示。,图16-8 四极旋转磁场,16.1三 相 异 步 电 动 机,交流电变一周,旋转磁场在空间位置转1800(半圈)。因此,当电流每秒钟变化1次,旋转磁场的转速为1/2。当频率1=50Hz时,旋转磁场每分钟的转速为,与p=1的两极电动机相比较,p增加一倍,旋转磁场的转速却慢了一半。

8、由此类推,旋转磁场的转速n1与电源的频率1成正比,与磁极对数p成反比,即n1=601/p, n1称为同步转速。磁极对数与同步转速的关系见表16-1。 我国电源的工频1=50Hz,对不同磁极对数p的异步电动机,其同步转速n1是确定的。,表16-1 磁极对数与同步转速的关系,16.1三 相 异 步 电 动 机,5.旋转磁场的旋转方向,旋转磁场的旋转方向与定子绕组通入的电源相序有关。如在图16-5中电流的相序是ABC,磁场顺时钟方向。如果将接电源的三相定子绕组中任意两相调换一下接线,则电源的相序可改为ACB,这时旋转磁场将逆时钟旋转。,16.1三 相 异 步 电 动 机,1.4三相异步电动机旋转原理

9、,在定子绕组通入三相交流电流则定子内将产生某个方向转速为n1的旋转磁场。这时转子导体与旋转磁场间有相对运动,切割磁力线而产生感应电动势。 由于转子绕组是闭合的,在感应电动势的作用下,绕组内有了电流流过。转子电流与旋转磁场相互作用,便在转子绕组中产生电磁力F,该力对转轴形成了转矩T,使转子以n的转速,按旋转磁场方向转动。如图16-9所示。,图16-9 异步电动机旋转原理 a)-电磁力形成的转矩 b)-波形图,16.1三 相 异 步 电 动 机,异步电动机的定子和转子之间能量的传递是靠电磁感应作用,故又称为感应电动机。 转子转速n是否与旋转磁场的转速n1相同呢?回答是不能的。因为一旦两者相同,它们

10、之间便没有了相对运动了,转子就不能切割磁力线而产生感应电动势,从而产生不了转矩T。而必定要nn1,所以这种电动机称为异步电动机。,16.1三 相 异 步 电 动 机,1.5转差率和效率,1.转差率,为了描述转子转速n与旋转磁场同步转速n1相差程度,引入物理量转差率s。这是转差(n1-n)与同步转速n1之比,即,也可写成n=(1-s)n1,在电动机起动瞬间n=0即s=1。电动机额定负载运行时,其额定转速nN与同步转速n1很接近,s很小,约为1%6%。电动机空载运行时,s0.5%。,16.1三 相 异 步 电 动 机,例16-1有一台三相异步电动机,其额定转速nN=1465r/min, 电源频率1

11、=50Hz。求电动机的磁极对数和额定转差率sN。 解:1.磁极对数 由表16-1查得p=2, n1=1500r/min,2.转差率,效率是指输出功率和输入功率的百分比, 即=(P1/P2)100%,2.效率,16.1三 相 异 步 电 动 机,1.6三相异步电动机的铭牌,每台异步电动机都有它的铭牌,它标记着电动机的型号、各种额定值和联结方式等。按铭牌所规定的条件和额定值运行, 称作额定运行状态 图16-10是三相异步电动机Y112M-6的铭牌。,图16-10 三相异步电动机的铭牌,16.1三 相 异 步 电 动 机,（1）型号 指电动机的产品代号、规格代号和特殊环境代号。如Y112M-6 其中

12、: Y为产品代号,表示异步电动机。112M6表示规格代号:表示中 心高112mm,中号机座。磁极为6极。 国产异步电动机的型号一般用汉语拼音字母和一些阿拉伯数字组成。,(2)额定功率PN 电动机轴上输出的机械功率,(3)额定电压UN 定子绕组上加的线电压。,(4)定子绕组的接法 220/380Y,表明UN=220V时,绕组应为联结; UN=380V时,绕组应为Y形联结。,(5)额定电流IN 流入绕组的线电流。,(6)额定频率N 加在绕组上的允许频率,我国为50HZ。,(7)额定转速nN 在额定运行状态时,电动机的转速。,16.1三 相 异 步 电 动 机,(8)绝缘等级 所用绝缘材料允许的最高

13、温度等级,它决定了电动机工作允许的温升。,表16-2 电动机允许温升与绝缘耐热等级关系,(9)工作制 电动机额定运行时的持续时间。连续S1,短时S2,断续S3。 (10)防护等级 防止杂物与水进入的能力。由IP后跟2位具有特定含义的数字代号进行标定的。例如“IP4 5”中的“IP4”的含义见表16-3;“5”的含义见表16-4。,表16-3 防护等级代号(1),16.1三 相 异 步 电 动 机,表16-4 防护等级代号(2),16.1三 相 异 步 电 动 机,1.7三相异步电动机的调速,在工业生产中, 为了获得最高的生产率和保证产品的加工质量,常要求生产机械能在不同的转速下进行工作。如果采

14、用电气调速,则可大大简化机械变速机构。由三相异步电动机的转速表达式,三相异步电动机可通过改变:电源电压、磁极对数和电源频率来调速。,1.改变电源电压调速（调压调速）,由于,即电动机的最大转矩随外加电压而变。当负载转矩,不变时,电压由U1下降至,时,转速成将由n降至n。,所以通过改变电压U1可实现,调速。当转子电阻较大时，可以有较大的调速范围，但又增大了损耗,16.1三 相 异 步 电 动 机,2.改变磁极对数调速(变极调速),由表16-1已知电动机转速与磁极对数成反比。所以可用改变定子绕组的极对数进行调速。,变极调速的电动机转子一般是笼式电动机,需用专门的变极调速电动机(请参阅有关资料),而线

15、绕式电动机很少采用变极调速。,3.改变电源频率（调频调速）,当连续改期变电源频率f1，电动机的转速可实现平滑地无级调速。,这种调速需要专门的“变频装置”，近年来随着晶闸管变频技术的发展，调频调速方法被广泛采用.,16.1三 相 异 步 电 动 机,知识链接：变频装置,变频装置分为间接变频和直接变频两种。以下用框图表示。,1.间接变频装置,先将工频交流电AC通过整流器变成直流DC,再经过逆变器将直流变成可控频率的交流,称为”交-直-交”变频。见图16-11 间接变频框图,图16-11 间接变频框图,16.1三 相 异 步 电 动 机,间接变频装置有三种结构形式.见框图16-12。,图16-12

16、间接变频装置的三种结构形式,图16-12(a)是用可控整流器变压,用逆变器变频的交-直-交变频装置。 图16-12(b)是不可控整流,斩波器进行脉宽调压，逆变器变频的交-直-交变频装置。 图16-12(c)是用不可控整流和脉宽调节器PWM同时地变压变频的交-直-交变频装置。,16.1三 相 异 步 电 动 机,2.直接变频装置,它只用一个环节就把恒压恒频的交流电源变成变压变频电源的交-交直接变频装置。其结构示意图,见框图16-13。,图16-13 直接变频装置的结构图,16.1三 相 异 步 电 动 机,1.8三相异步电动机的转向控制,在16.1.3节中,已知三相异步电动机的转向与通入定子绕组的电源相序有关,即将定子绕组任意两相与三相电源的接线调换一下,即可改变电动机的转向。这种对电动机的转向的控制称为”正反转控制”。,有两种控制方式:一是专用的电器”倒顺开关”控制,二是电气控制电路控制。,知识链接:倒顺开关,它是一种手动开关，它不但能接通和