交流電動機.doc

第六章 交流電動機 電機是實現(xiàn)電能和機械能互相轉(zhuǎn)換的旋轉(zhuǎn)裝置。 本章主要介紹交流電動機的基本構(gòu)造、工作原理、轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩之間的機械特性及起動、反轉(zhuǎn)、調(diào)速及制動的基本原理和使用方法等。61 三相異步電動機的構(gòu)造 三相異步電動機分主要由定子(固定部分)和轉(zhuǎn)子(旋轉(zhuǎn)部分)兩個基本部分組成。見下圖 三相異步電動機的定子構(gòu)成：由機座和裝在機座內(nèi)的圓筒形鐵心以及其中的定子繞組組成。見下圖 三相異步電動機的轉(zhuǎn)子鐵心是圓柱狀的，也是用硅鋼片疊成，表面有沖槽，用來放置轉(zhuǎn)子繞組。轉(zhuǎn)子鐵心裝在轉(zhuǎn)軸上，軸上加機械負載。 根據(jù)構(gòu)造的不同可分為鼠籠式和繞線式兩種。 鼠籠式異步電動機若去掉轉(zhuǎn)子鐵心，嵌放在鐵心槽中的轉(zhuǎn)子繞組，就象一個“鼠籠”，它一般是用銅或鋁鑄成。見下圖 繞線式異步電動機的轉(zhuǎn)子繞組同定子繞組一樣也是三相的，它聯(lián)接成星型。每相繞組的的始端聯(lián)接在三個銅制的滑環(huán)上，滑環(huán)固定在轉(zhuǎn)軸上。環(huán)與環(huán)，環(huán)與轉(zhuǎn)軸之間都是互相絕緣的。在環(huán)上用彈簧壓著碳質(zhì)電刷。 起動電阻和調(diào)速電阻是借助于電刷同滑環(huán)和轉(zhuǎn)子繞組聯(lián)接，見下圖62 異步電動機轉(zhuǎn)動原理：旋轉(zhuǎn)磁場1.旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生 三相異步電動機的定子繞組嵌放在定子鐵心槽內(nèi)，按一定規(guī)律連接成三相對稱結(jié)構(gòu)。三相繞組AX，BY，CZ在空間互成1200，它可以聯(lián)接成星形,也可以聯(lián)接成三角形。當三相繞組接至三相對稱電源時，則三相繞組中便通入三相對稱電流iA、iB、iC：iA=ImsintiB= Imsin(t120o)iC= Imsin(t120o) 電流的參考方向和隨時間變化的波形圖見下圖。 的產(chǎn)生過程(見下圖)： 由分析可知,當定子繞組中通入三相電流后，當三相電流不斷地隨時間變化時，它們共同產(chǎn)生的合成磁場也隨著電流的變化而在空間不斷地旋轉(zhuǎn)著，這就是旋轉(zhuǎn)磁場。這個旋轉(zhuǎn)磁場同磁極在空間旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的作用是一樣的。2.旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向從旋轉(zhuǎn)磁場可以看出，在t=00的時，A相的電流iA=0，此時旋轉(zhuǎn)磁場的軸線與A相繞組的軸線垂直；當t=900時，A相的電流iA=+Im達到最大，這時旋轉(zhuǎn)磁場軸線的方向恰好與A相繞組的軸線一致。三相電流出現(xiàn)正幅值的順序為ABC，因此旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向是與通入繞組的電流相序是一致的，即旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向與三相電流的相序一致。如果將與三相電源相聯(lián)接的電動機三根導線中的任意兩根的對調(diào)一下，則定子電流的相序隨之改變，旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向也發(fā)生改變。電動機就會反轉(zhuǎn)，見下圖3.旋轉(zhuǎn)磁場的極數(shù)三相異步電動機的極數(shù)就是旋轉(zhuǎn)磁場的極數(shù)。旋轉(zhuǎn)磁場的極數(shù)和三相定子繞組的安排有關(guān)。在上圖的情況下,每相繞組只有一個線圈, 三相繞組的始端之間相差1200，則產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場具有一對極,即p=1。如將定子繞組按下圖所示安排。電動機的轉(zhuǎn)動原理下圖為三相異步電動機工作原理示意圖。當三相定子繞組接至三相電源后，三相繞組內(nèi)將流過對稱的三相電流，并在電動機內(nèi)產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場。當p=l時，圖中用一對以恒定同步轉(zhuǎn)速n0（旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速）按順時針方向旋轉(zhuǎn)的電磁鐵來模擬該旋轉(zhuǎn)磁場，在它的作用下，轉(zhuǎn)子導體逆時針方向切割磁力線而產(chǎn)生感應電動勢。感應電動勢的方向由右手定則確定。由于轉(zhuǎn)子繞組是短接的,所以在感應電動勢的作用下，產(chǎn)生感應電流，即轉(zhuǎn)子電流I2。即異步電動機的轉(zhuǎn)子電流是由電磁感應而產(chǎn)生的，因此這種電動機又稱為感應電動機。由圖可見，電磁轉(zhuǎn)矩與旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向是一致的，故轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的方向與旋轉(zhuǎn)磁場的方向相同。（但電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n必須低于旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速n0。如果轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速達到n0，那末轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場之間就沒有相對運動，轉(zhuǎn)子導體將不切割磁通,于是轉(zhuǎn)子導體中不會產(chǎn)生感應電動勢和轉(zhuǎn)子電流，也不可能產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，所以電動機轉(zhuǎn)子不可能維持在轉(zhuǎn)速n0狀態(tài)下運行?？梢娫摚?電動機只有在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n低于同步轉(zhuǎn)速n0時,才能產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩并驅(qū)動負載穩(wěn)定運行。因此這種電動機稱為異步電動機。轉(zhuǎn)差率異步電動機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n與旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速n0之差是保證異步電動機工作的必要條件。這兩個轉(zhuǎn)速之差與同步轉(zhuǎn)速之比稱為轉(zhuǎn)差率，用s表示，即s=（n0n）/n由于異步電動機的轉(zhuǎn)速n 0，故轉(zhuǎn)差率在0到1的范圍內(nèi),即0 s n0的情況。66 三相異步電動機的銘牌數(shù)據(jù)三相異步電動機的額定值刻印在每臺電動機的銘牌上,一般包括下列幾種： 1.型號：為了適應不同用途和不同工作環(huán)境的需要，電動機制成不同的系列,每種系列用各種型號表示。例如 Y 132 M- 4 Y 三相異步電動機，其中三相異步電動機的產(chǎn)品名稱代號還有：YR為繞線式異步電動機；YB為防爆型異步電動機；YQ為高起動轉(zhuǎn)距異步電動機。 132機座中心高(mm) M 機座長度代號 4 磁極數(shù) 2.接法：這是指定子三相繞組的接法。一般鼠籠式電動機的接線盒中有六根引出線,標有U1、V1 、W1、U2、V2、W2。其中：U1 U2是第一相繞組的兩端；V1 V2是第二相繞組的兩端；W1 W2是第三相繞組的兩端。 如果U1、V1 、W1分別為三相繞組的始端(頭) ,則U2、V2、W2是相應的末端(尾)。這六個引出線端在接電源之前,相互間必須正確聯(lián)接。聯(lián)接方法有星形(Y)聯(lián)接和三角形()聯(lián)接兩種(下圖所示)。通常三相異步電動機自3kW以下者,聯(lián)接成星形;自4kW以上者, 聯(lián)接成三角形。 3.額定功率PN：是指電動機在制造廠所規(guī)定的額定情況下運行時, 其輸出端的機械功率,單位一般為千瓦（kW）。 4.額定電壓UN：是指電動機額定運行時,外加于定子繞組上的線電壓,單位為伏（V）。 一般規(guī)定電動機的工作電壓不應高于或低于額定值的5%。當工作電壓高于額定值時,磁通將增大，將使勵磁電流大大增加,電流大于額定電流,使繞組發(fā)熱。同時,由于磁通的增大,鐵損耗(與磁通平方成正比)也增大,使定子鐵心過熱；當工作電壓低于額定值時，引起輸出轉(zhuǎn)矩減小，轉(zhuǎn)速下降,電流增加，也使繞組過熱，這對電動機的運行也是不利的。 我國生產(chǎn)的Y系列中、小型異步電動機，其額定功率在3kW以上的,額定電壓為380 V，繞組為三角形聯(lián)接。額定功率在3 kW及以下的,額定電壓為380/220V,繞組為Y/聯(lián)接(即電源線電壓為380 V時,電動機繞組為星形聯(lián)接；電源線電壓為220 V時,電動機繞組為三角形聯(lián)接)。 5.額定電流IN：是指電動機在額定電壓和額定輸出功率時,定子繞組的線電流,單位為安（A）。 當電動機空載時,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速接近于旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速,兩者之間相對轉(zhuǎn)速很小,所以轉(zhuǎn)子電流近似為零,這時定子電流幾乎全為建立旋轉(zhuǎn)磁場的勵磁電流。當輸出功率增大時,轉(zhuǎn)子電流和定子電流都隨著相應增大,如下圖中的I1=f(P2)曲線所示。圖中是一臺l0kW三相異步電動機的工作特性曲線。 6.額定頻率fN：我國電力網(wǎng)的頻率為50赫茲（Hz），因此除外銷產(chǎn)品外,國內(nèi)用的異步電動機的額定頻率為50赫茲。 7.額定轉(zhuǎn)速nN：是指電動機在額定電壓、額定頻率下,輸出端有額定 功率輸出時, 轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速,單位為轉(zhuǎn)/分(r/min)。由于生產(chǎn)機械對轉(zhuǎn)速的要求不同,需要生產(chǎn)不同磁極數(shù)的異步電動機,因此有不同的轉(zhuǎn)速等級。最常用的是四個極的異步電動機(n0=l500 r/min)。 8.絕緣等級：它是按電動機繞組所用的絕緣材料在使用時容許的極限溫度來分級的。 所謂極限溫度,是指電動機絕緣結(jié)構(gòu)中最熱點的最高容許溫度。其技術(shù)數(shù)據(jù)見下表：絕緣等級AEBFH極限溫度1051201301551809.工作方式：反映異步電動機的運行情況，可分為三種基本方式：連續(xù)運行、短時運行和斷續(xù)運行。三相交流異步電動機的選擇 三相交流異步電動機的選用，主要從選用的電動機的功率、工作電壓、種類、型式及其保護電器考慮。 1.功率的選擇 選用電動機的功率大小是根據(jù)生產(chǎn)機械的需要所確定的。(1)連續(xù)運行電動機功率的選擇對于連續(xù)運行的電動機，先算出生產(chǎn)機械的功率，所選用的電動機的額定功率等于或大于生產(chǎn)機械的功率即可。(2)短時運行電動機功率的選擇短時運行電動機的功率可以允許適當過載 2.種類和型式的選擇(1）種類的選擇選擇電動機的種類是從交流或直流、機械特性、調(diào)速與起動特性、維護及價格等方面考慮。 因為生產(chǎn)上常用的是三相交流點，如沒有特殊要求，多采用交流電動機。由于三相鼠籠式異步電動機結(jié)構(gòu)簡單，堅固耐用，工作可靠，價格低廉，維護方便；其缺點是調(diào)速困難，功率因數(shù)較低，起動性能較差。因此，在要求機械特性較硬而無特殊要求的一般生產(chǎn)機械的拖動，如水泵、通風機、運輸機、傳送帶和機床都采用鼠籠式異步電動機。 繞線式電動機的基本性能與鼠籠式相同。其特點是起動性能較好，并可在不大的范圍內(nèi)平滑調(diào)速。但是它的價格較鼠籠式電動機為貴，維護亦較不便。因此，只有在某些必須采用繞線式電動機的