《异步交流电机》由会员分享，可在线阅读，更多相关《异步交流电机（90页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、7.1 三相异步电动机的构造,7.2 三相异步电动机的转动原理,7.3 三相异步电动机的电路分析,7.4 三相异步电动机转矩与机械特性,7.5 三相异步电动机的起动,7.6 三相异步电动机的调速,7.7 三相异步电动机的制动,7.8 三相异步电动机铭牌数据,7.9 三相异步电动机的选择,7.11 单相异步电动机,7.10 同步电动机(自学),第七章 交流电动机,7.12 直线异步电动机(自学),异步交流电动机授课内容： 基本结构、工作原理、 机械特性、控制方法、正确使用,电动机的分类：,定子铁芯及定子绕组,定子,转子,转子铁芯及转子绕组,接线盒,机壳及底座,7.1 三相异步电动机的构造,定子铁
2、芯与定子绕组,定子铁芯：,定子三相绕组：,匝数相同,空间排列互差1200,由内周有槽的硅钢片叠成。（作为导磁路经）,定子绕组,首端,末端,2.转子,转子铁心：由外周有槽的硅钢片叠成。,(2) 绕线式转子,同定子绕组一样，也分为三相，并且接成星形。,转子绕组：,鼠笼式转子,鼠笼式电动机与绕线式电动机的的比较：,鼠笼式： 结构简单、价格低廉、工作可靠；不能人为改变电动机的机械特性。,绕线式： 结构复杂、价格较贵、维护工作量大；转子 外加电阻可人为改变电动机的机械特性。,7.2 三相异步电动机的转动原理,转动原理：,一对磁极,形成旋转磁场,在空间旋转，,放入闭合线圈，由轴承架起,线圈导体切割磁力线，
3、感生电动势 e (右手定则）,感生电动势 e 在线圈中驱动电流 i,电流 i 在磁场中受力 f产生转距，使线圈转动,转动的必要条件：,空间旋转磁场,可转动闭合线圈,定子三相对称绕组， (星形联接)加三相电压，通入三相交流电流。,1.旋转磁场的产生,7. 2. 1 旋转磁场,i 0: 首端流入，尾端流出。,规定,i 0: 尾端流入，首端流出。,()电流出,()电流入,t=0时刻：,iC为正，从C端流入，从Z端流出,iB为负，从Y端流入，从B端流出,iA0, iB0, iC0,iA0, iB0, iC=0,iA=0, iB0,三相电流产生旋转磁场,合成磁场方向向下,合成磁场旋转60,合成磁场旋转9
4、0,动画,结论： 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360,2.旋转磁场的旋转方向,从上图可以看出，从通入iA的绕组转向通入iB的绕组再转向通入iC的绕组,任意调换两根电源进线，则旋转磁场反转。,3.旋转磁场的极对数P,当定子每相一个绕组时：,产生一对磁极的旋转磁场,若定子每相绕组由两个线圈串联,形成两对磁极的旋转磁场,。,绕组的分布如图：,iA=0, iB0,同理：若定子每相绕组由 n 个线圈串联,则: 形成 n 对磁极的旋转磁场。,P = 2,P = n,4.旋转磁场的转速,p=1时:,电流每变化一个周期，旋转磁场在空间旋转一圈,电流每秒
5、变化 f1周期, 工频： f1 =50HZ,同步转速：,p=2时:,电流每变化一个周期，旋转磁场在空间旋转半圈,同步转速：,p=p时:,电流每变化一个周期，旋转磁场在空间旋转1/n圈,同步转速：,旋转磁场的转速称为同步转速，记为 n0,旋转磁场转速n0与极对数 p 的关系,7. 2. 2 电动机的转动原理,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,结论： 转子的转动方向与磁场旋转的方向一致 转子转速 n 不可能达到与旋转磁场的转速 n n0 ( 故称为异步电动机） （若n=n0则：转子导体不切割旋转磁场、无电流、无转距 n) 改变旋转磁场的转向就可改变电
6、动机的转向,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1：三相异步电动机，其额定转速 nN =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：,由nN=975 r/min可知：n0=1000 r/min , 即,p=3,额定转差率为,7. 2. 3 转差率,7.3 三相异步电动机的电路分析,三相异步电动机的电磁关系与变压器类似。,定子相当于变压器一次，转子相当于变压器二次。,可画出等效电路（三相对称，化为一相计算）,定子绕组电阻 R1 ,漏感 L1 ，,主磁通在定子感生电势 e1,转子绕组电阻 R2 ,漏感 L2,主磁通在转子感生电
7、势 e2 ,定子电路：,转子电路：,7. 3. 1 定子电路,旋转磁场在空间按正弦分布，切割定子和转子绕组，感生电动势 均为正弦量,相量式：,为每极磁通，也等于正弦磁通的最大值,N1为定子绕组的匝数, 旋转磁场的磁通,每极磁通,旋转磁场与定子导体间的相对速度为 n0 ，, 定子感应电势的频率 f1,f 1= 电源频率 f,定子感应电势的频率,每切割过一对磁极，电动势变化一周，,每分钟割过 pn0 对磁极, 所以:,7. 3. 2 转子电路,相量式：,f2为转子电量的频率, 定子感应电势频率 f 1 转子感应电势频率 f 2,旋转磁场与转子导体间的相对速度为 n2 = n0n ，,每切割过一对磁
8、极，电动势变化一周，,每分钟割过 p(n0-n) 对磁极, 所以:,转子感应电势频率,只有n=0时，f1 = f2 ，与变压器情况相同,1. 转子感应电势频率 f 2,2. 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= f1最高，则 E2 最大，记为E20,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,3. 转子感抗X 2,当转速 n = 0(s =1)时， f 2最高，则 X2 最大，记为X20,X20= 2 f1L2,即X2= sX20,4. 转子电流 I2
9、,5. 转子电路的功率因数 cos2,由：,I2、cos2 随 S 变化曲线,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。,7.4 三相异步电动机转矩与机械特性,7. 4. 1 转矩公式,转子中载流导体在磁场中受力而产生电磁转矩。,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,电磁转矩是由电磁功率转换而来，而电磁功率与功率因数成正比。,故：,电磁转矩公式：,将,代入上式,由：,整理，并将常数项合并为 K , 得：,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
10、 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。,根据转矩公式,得特性曲线：,7. 4. 2 机械特性曲线,电动机在额定负载时的转矩。,1、额定转矩TN与额定功率PN,三个重要转矩讨论,额定转矩,(N m),电动机的额定功率PN为电机轴输出的额定机械功率。,电动机的机械转距与机械功率的关系。,转动角速度,电动机的电磁转距T与输出机械转距T2的关系。,（T0为空载损耗转距）,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 Tmax,注意：转子轴上机械负载
11、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,代入转矩公式，可得:,过载系数(能力),电机严重过热而烧坏。,一般三相异步电动机的过载系数为,3. 起动转矩 Tst,电动机起动时(n=0或s=1)的转矩。,Tst体现了电动机带载起动的能力。,起动能力可用系数Kst描述,起动时s=1,若 Tst T2电机能起动，否则不能起动。,讨论: U1 和 R2变化对机械特性的影响：,(1) U1对机械特性的影响,当U1变化时： Tm变化，Tst变化, Sm不变,当U1时：若负载 T2不变，,则：Sn,(2) R2变化对机械特性的影响,若 R2变化：Sm变化,
12、Tm不变,当 R2时：Sm，Tst,负载T2一定时：,若 R2Sn,绕线式电机改变转子附加电阻R2 可实现调速。,对绕线式电机改变转子附加电阻 R2 , 可增大Tst，最大可使Tst =Tmax 。,4. 电动机的运行分析,硬特性：负载变化时，转速变化不大，运行特性好，适于金属切削。,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，适于重载启动。,稳定工作区：,此过程中， n sE2 I2 I1 电源提供的功率自动增加。,T2,T2 T,T =T2,n (s),设负载转距为T2，转速为n，电机运行与a点（T=T2),若负载转距变化时,T,达到新的平衡，电机运行与b点,7.5 三相异步
13、电动机的起动,7. 5. 1 起动性能,一般中小型鼠笼电动机的 IstIN= 5 7 (指线电流）,影响：,起动： n = 0，s =1, 接通电源。,起动时 ，n = 0，转子导体相对与旋转磁场的速度为n0,E2大,I2大,起动电流 I1大（记为Ist),1、起动电流,切割速度最大,一般电动机的 Tst TN= (1.02.2) 。,2、起动转矩,起动时 ，I2大，但cos2小,所以起动转矩并不大。,指电动机起动时定子的线电流，记为 Ist 。,7.5.2 起动方法,(1) 直接起动,(2) 降压起动：,星形-三角形(Y ) 换接降压起动,自耦降压起动,（适用于鼠笼式电动机）,(3) 转子串
14、电阻起动,（适用于绕线式电动机）,二、三十千瓦以下的异步电动机可采用直接起动。,将异步电动机直接接到额定电压电源上启动。,起动时，将异步电动机接到低于额定电压电源上。,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,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,L1,L3,L2,FU,Q,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
15、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。,设自耦变压器的变比为 k,降压后起动转距Tst为,分析：,启动电流：,启动转距：,若降压启动,直接启动,折算到变压器原方,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,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,三相异步电动机的正、反转,7.6.1 变频调速,变频调速方法:,f1f1N时，应采用恒转距调速：保持f1U1不变,f1f1N时，应采用恒功率调速：保持U1 U1N,频率调节范围：0.5几百赫兹,7.6 三相异步电动机的调速,(可实现无级调速),通过改变旋转磁场级对数 p 实现调速,P=2,7.6.2 变极调速 (有级调速),改变级对数的方法：改变绕组的接法,P=1,采用变极
