三相異步電動機-原理[1].ppt.ppt

1、3.1 三相異步電動機的工作原理及結(jié)構(gòu),3.1.1 結(jié)構(gòu) 三相異步電動機的種類很多，但各類三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)是相同的，它們都由定子和轉(zhuǎn)子這兩大基本部分組成，在定子和轉(zhuǎn)子之間具有一定的氣隙。此外，還有端蓋、軸承、接線盒、吊環(huán)等其他附件，如圖4.1所示。,圖3.1 封閉式三相籠型異步電動機結(jié)構(gòu)圖 1軸承；2前端蓋；3轉(zhuǎn)軸；4接線盒；5吊環(huán)；6定子鐵心； 7轉(zhuǎn)子；8定子繞組；9機座；10后端蓋；11風罩；12風扇,1定子部分,定子是用來產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的。三相電動機的定子一般由外殼、定子鐵心、定子繞組等部分組成。 （1）外殼 三相電動機外殼包括機座、端蓋、軸承蓋、接線盒及吊環(huán)等部件。 機座：鑄鐵或

2、鑄鋼澆鑄成型，它的作用是保護和固定三相電動機的定子繞組。中、小型三相電動機的機座還有兩個端蓋支承著轉(zhuǎn)子，它是三相電動機機械結(jié)構(gòu)的重要組成部分。通常，機座的外表要求散熱性能好，所以一般都鑄有散熱片。 端蓋：用鑄鐵或鑄鋼澆鑄成型，它的作用是把轉(zhuǎn)子固定在定子內(nèi)腔中心，使轉(zhuǎn)子能夠在定子中均勻地旋轉(zhuǎn)。 軸承蓋：也是鑄鐵或鑄鋼澆鑄成型的，它的作用是固定轉(zhuǎn)子，使轉(zhuǎn)子不能軸向移動，另外起存放潤滑油和保護軸承的作用。 接線盒：一般是用鑄鐵澆鑄，其作用是保護和固定繞組的引出線端子。 吊環(huán)：一般是用鑄鋼制造，安裝在機座的上端，用來起吊、搬抬三相電動機。,（2）定子鐵心 異步電動機定子鐵心是電動機磁路的一部分，由0.

3、35mm0.5mm厚表面涂有絕緣漆的薄硅鋼片疊壓而成，如圖3.2所示。由于硅鋼片較薄而且片與片之間是絕緣的，所以減少了由于交變磁通通過而引起的鐵心渦流損耗。鐵心內(nèi)圓有均勻分布的槽口，用來嵌放定子繞圈。,（a）定子鐵心 （b）定子沖片 圖3.2 定子鐵心及沖片示意圖,（3）定子繞組 定子繞組是三相電動機的電路部分，三相電動機有三相繞組，通入三相對稱電流時，就會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。三相繞組由三個彼此獨立的繞組組成，且每個繞組又由若干線圈連接而成。每個繞組即為一相，每個繞組在空間相差120電角度。線圈由絕緣銅導線或絕緣鋁導線繞制。中、小型三相電動機多采用圓漆包線，大、中型三相電動機的定子線圈則用較大截面的

4、絕緣扁銅線或扁鋁線繞制后，再按一定規(guī)律嵌入定子鐵心槽內(nèi)。定子三相繞組的六個出線端都引至接線盒上，首端分別標為U1, V1, W1 ，末端分別標為U2, V2, W2 。這六個出線端在接線盒里的排列如圖4.3所示，可以接成星形或三角形。,（a）星形連接 （b）三角形連接 圖3.3 定子繞組的聯(lián)結(jié),2轉(zhuǎn)子部分,（1）轉(zhuǎn)子鐵心 是用0.5mm厚的硅鋼片疊壓而成，套在轉(zhuǎn)軸上，作用和定子鐵心相同，一方面作為電動機磁路的一部分，一方面用來安放轉(zhuǎn)子繞組。 （2）轉(zhuǎn)子繞組 異步電動機的轉(zhuǎn)子繞組分為繞線形與籠形兩種，由此分為繞線轉(zhuǎn)子異步電動機與籠形異步電動機。 繞線形繞組 與定子繞組一樣也是一個三相繞組，一般接

5、成星形，三相引出線分別接到轉(zhuǎn)軸上的三個與轉(zhuǎn)軸絕緣的集電環(huán)上，通過電刷裝置與外電路相連，這就有可能在轉(zhuǎn)子電路中串接電阻或電動勢以改善電動機的運行性能，見圖3.4。,1集電環(huán)；2電刷；3變阻器 圖3.4 繞線形轉(zhuǎn)子與 外加變阻器的連接, 籠形繞組 在轉(zhuǎn)子鐵心的每一個槽中插入一根銅條，在銅條兩端各用一個銅環(huán)（稱為端環(huán)）把導條連接起來，稱為銅排轉(zhuǎn)子，如圖3.5（a）所示。也可用鑄鋁的方法，把轉(zhuǎn)子導條和端環(huán)風扇葉片用鋁液一次澆鑄而成，稱為鑄鋁轉(zhuǎn)子，如圖3.5（b）所示。100kW以下的異步電動機一般采用鑄鋁轉(zhuǎn)子。,（a）銅排轉(zhuǎn)子 （b）鑄鋁轉(zhuǎn)子,圖3.5 籠形轉(zhuǎn)子繞組,3其他部分,其他部分包括端蓋、風扇

6、等。端蓋除了起防護作用外，在端蓋上還裝有軸承，用以支撐轉(zhuǎn)子軸。風扇則用來通風冷卻電動機。三相異步電動機的定子與轉(zhuǎn)子之間的空氣隙，一般僅為0.2mm1.5mm。氣隙太大，電動機運行時的功率因數(shù)降低；氣隙太小，使裝配困難，運行不可靠，高次諧波磁場增強，從而使附加損耗增加以及使啟動性能變差。,3.1.2 工作原理,1三相交流電機的旋轉(zhuǎn)磁場 三相異步電動機轉(zhuǎn)子之所以會旋轉(zhuǎn)、實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換，是因為轉(zhuǎn)子氣隙內(nèi)有一個旋轉(zhuǎn)磁場。下面來討論旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生。 如圖3.6所示，U1U2, V1V2, W1W2為三相定子繞組，在空間彼此相隔120，接成Y形。三相繞組的首端U1, V1, W1接在三相對稱電源上，有三相對

7、稱電流通過三相繞組。設電源的相序為U, V, W, 的初相角為零，如圖4.6波形圖所示。,圖3.6 三相交流電流波形圖,設 為了分析方便，假設電流為正值時，在繞組中從始端流向末端，電流為負值時，在繞組中從末端流向首端。 當 的瞬間， =0， 為負值， 為正值，根據(jù)”右手螺旋定則”，三相電流所產(chǎn)生的磁場疊加的結(jié)果，便形成一個合成磁場，如圖3.7（a）所示，可見此時的合成磁場是一對磁極（即二極），右邊是N極，左邊是S極。,圖3.7 兩極旋轉(zhuǎn)磁場示意圖,空間120度 對稱分布的三相繞組通過三相對稱的交流電流時，產(chǎn)生的合成磁場為極對數(shù)p=1的空間旋轉(zhuǎn)磁場，每電源周期旋轉(zhuǎn)一周，即兩個極距； 某相繞組中電

8、流達到最大值時，磁極軸線恰好旋轉(zhuǎn)到該相繞組軸線上。,當 時，即經(jīng)過1/4周期后， 由零變成正的最大值， 仍為負值， 已變成負值，如圖3.6（b）所示，這時合成磁場的方位與 時相比，已按逆時針方向轉(zhuǎn)過了90。 應用同樣的方法，可以得出如下結(jié)論：當 時，合成磁場就轉(zhuǎn)過了180，如圖3.6（c）所示；當 時合成磁場方向旋轉(zhuǎn)了300，如圖3.6（d）所示；當 時合成磁場旋轉(zhuǎn)了360，即轉(zhuǎn)1周，如圖3.6（a）所示。 由此可見，對稱三相電流 分別通入對稱三相繞組U1U2, V1V2, W1W2中所形成的合成磁場，是一個隨時間變化的旋轉(zhuǎn)磁場。 以上分析的是電動機產(chǎn)生一對磁極時的情況，當定子繞組連接形成的是

9、兩對磁極時，運用相同的方法可以分析出此時電流變化一個周期，磁場只轉(zhuǎn)動了半圈，即轉(zhuǎn)速減慢了一半。 由此類推，當旋轉(zhuǎn)磁場具有p對極時（即磁極數(shù)為2p），交流電每變化一個周期，其旋轉(zhuǎn)磁場就在空間轉(zhuǎn)動1/p轉(zhuǎn)。因此，三相電動機定子旋轉(zhuǎn)磁場每分鐘的轉(zhuǎn)速n1、定子電流頻率f及磁極對數(shù)p之間的關系是 （3-1）,2三相電動機的轉(zhuǎn)動原理 圖3.8為三相異步電動機轉(zhuǎn)動原理示意圖。 三相交流電通入定子繞組后，便形成了一個旋轉(zhuǎn)磁場，其轉(zhuǎn)速 。旋轉(zhuǎn)磁場的磁力線被轉(zhuǎn)子導體切割，根據(jù)電磁感應原理，轉(zhuǎn)子導體產(chǎn)生感應電動勢。轉(zhuǎn)子繞組是閉合的，則轉(zhuǎn)子導體有電流流過。設旋轉(zhuǎn)磁場按順時針方向旋轉(zhuǎn)，且某時刻為上為北極N下為南極S，如

10、圖3.7所示。根據(jù)右手定則，在上半部轉(zhuǎn)子導體的電動勢和電流方向由里向外，用表示；在下半部則由外向里，用表示。,圖3.8 三相電動機的轉(zhuǎn)動原理,原理：定子旋轉(zhuǎn)磁場以速度n0切割轉(zhuǎn)子導體感生電動勢（發(fā)電機右手定則），在轉(zhuǎn)子導體中形成電流，使導體受電磁力作用形成電磁轉(zhuǎn)矩，推動轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)速n順n0方向旋轉(zhuǎn)（電動機左手定則），并從軸上輸出一定大小的機械功率。(n不能等于n0)特點：電動機內(nèi)必須有一個以n0旋轉(zhuǎn)的磁場。實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的前提；電動運行時n恒不等于n0（異步）必要條件nn0； 建立轉(zhuǎn)矩的電流由感應產(chǎn)生。感應名稱的來源。,流過電流的轉(zhuǎn)子導體在磁場中要受到電磁力作用，力F的方向可用左手定則確定，如圖3

11、.8所示。電磁力作用于轉(zhuǎn)子導體上，對轉(zhuǎn)軸形成電磁轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子按照旋轉(zhuǎn)磁場的方向旋轉(zhuǎn)起來，轉(zhuǎn)速為n。 三相電動機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n始終不會加速到旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n1。因為只有這樣，轉(zhuǎn)繞組與旋轉(zhuǎn)磁場之間才會有相對運動而切割磁力線，轉(zhuǎn)子繞組導體中才能產(chǎn)生感應電動勢和電流，從而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子按照旋轉(zhuǎn)磁場的方向繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。由此可見 ，且 ，是異步電動機工作的必要條件，“異步”的名稱也由此而來。,3轉(zhuǎn)差率 旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速n1與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n之差與同步轉(zhuǎn)速n1之比稱為異步電動機的轉(zhuǎn)差率s，即 （3-2） 轉(zhuǎn)差率是異步電動機的一個基本參數(shù)，對分析和計算異步電動機的運行狀態(tài)及其機械特性有著重要的意義。當異步電動機處于電動

12、狀態(tài)運行時，電磁轉(zhuǎn)矩 和轉(zhuǎn)速n同向。轉(zhuǎn)子尚未轉(zhuǎn)動時，n=0, ；當 時， ，可知異步電動機處于電動狀態(tài)時，轉(zhuǎn)差率的變化范圍總在0和1之間，即0s1。一般情況下，額定運行時=1%5%。,3.1.3 主要系列,在三相電動機的外殼上，釘有一塊牌子，叫銘牌。銘牌上注明這臺三相電動機的主要技術數(shù)據(jù)，是選擇、安裝、使用和修理（包括重繞組）三相電動機的重要依據(jù)，銘牌的主要內(nèi)容如下。 1型號 國產(chǎn)中小型三相電動機型號的系列為Y系列，是按國際電工委員會IEC標準設計生產(chǎn)的三相異步電動機，它是以電機中心高度為依據(jù)編制型號譜的，如 Y-200L2-6 中、小型三相異步電動機的機座號與定子鐵心外徑及中心高度的關系見表

13、4.1和表4.2。,Y-200L2-6,中、小型三相異步電動機的機座號與定子鐵心外徑及中心高度的關系見表3.1和表3.2。,表3.1 小型異步三相電動機,表3.2 中型異步三相電動機,2額定功率 額定功率是指在滿載運行時三相電動機軸上所輸出的額定機械功率，用表示，以千瓦（kW）或瓦（W）為單位。,3額定電壓 額定電壓是指接到電動機繞組上的線電壓，用UN表示。三相電動機要求所接的電源電壓值的變動一般不應超過額定電壓的5%。電壓過高，電動機容易燒毀；電壓過低，電動機難以啟動，即使啟動后電動機也可能帶不動負載，容易燒壞。,4額定電流 額定電流是指三相電動機在額定電源電壓下，輸出額定功率時，流入定子繞

14、組的線電流，用IN表示，以安（A）為單位。若超過額定電流過載運行，三相電動機就會過熱乃至燒毀。 三相異步電動機的額定功率與其他額定數(shù)據(jù)之間有如下關系式 （3-3） 式中 額定功率因數(shù) 額定效率,5額定頻率 額定頻率是指電動機所接的交流電源每秒鐘內(nèi)周期變化的次數(shù)，用fN表示。我國規(guī)定標準電源頻率為50Hz。,6額定轉(zhuǎn)速 額定轉(zhuǎn)速表示三相電動機在額定工作情況下運行時每分鐘的轉(zhuǎn)速，用nN表示，一般是略小于對應的同步轉(zhuǎn)速n1。如n1=1 500r/min，則nN =1 440r/min。 7絕緣等級 絕緣等級是指三相電動機所采用的絕緣材料的耐熱能力，它表明三相電動機允許的最高工作溫度。三相電動機的絕緣

15、等級和最高允許溫度參見表8.1。 8定額 定額是指三相電動機的運轉(zhuǎn)狀態(tài)，即允許連續(xù)使用的時間，分為連續(xù)、短時、周期斷續(xù)三種。 （1）連續(xù) 連續(xù)工作狀態(tài)是指電動機帶額定負載運行時，運行時間很長，電動機的溫升可以達到穩(wěn)態(tài)溫升的工作方式。,（2）短時 短時工作狀態(tài)是指電動機帶額定負載運行時，運行時間很短，使電動機的溫升達不到穩(wěn)態(tài)溫升；停機時間很長，使電動機的溫升可以降到零的工作方式。 （3）周期斷續(xù) 周期斷續(xù)工作狀態(tài)是指電動機帶額定負載運行時，運行時間很短，使電動機的溫升達不到穩(wěn)態(tài)溫升；停止時間也很短，使電動機的溫升降不到零，工作周期小于10min的工作方式。,9接法 三相電動機定子繞組的連接方法有

16、星形（Y）和三角形（）兩種。定子繞組的連接只能按規(guī)定方法連接，不能任意改變接法，否則會損壞三相電動機。 10防護等級 防護等級表示三相電動機外殼的防護等級，其中IP是防護等級標志符號，其后面的兩位數(shù)字分別表示電機防固體和防水能力。數(shù)字越大，防護能力越強，如IP44中第一位數(shù)字“4”表示電機能防止直徑或厚度大于1毫米的固體進入電機內(nèi)殼。第二位數(shù)字“4”表示能承受任何方向的濺水。,7.1 單相異步電動機,內(nèi)容要點：,1、 應用情況 廣泛應用于家用電器（電風扇、電冰箱、洗衣機等）、空調(diào)設備、電動工具、醫(yī)療器械及輕工設備中。, 了解單相感應電動機的結(jié)構(gòu)特點、優(yōu)缺點及應用情況； 掌握單相感應電動機的工作原理，弄清單相感應電動機為什么沒有起動轉(zhuǎn)矩？ 重點掌握單相感應電動機的的起動方法與類型。,2、 優(yōu)缺點,優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，噪音小。 缺點：與同容量三相感應電動機相比較，體積較大，功率因數(shù)及過