交流電動(dòng)機(jī).doc

第六章 交流電動(dòng)機(jī) 電機(jī)是實(shí)現(xiàn)電能和機(jī)械能互相轉(zhuǎn)換的旋轉(zhuǎn)裝置。 本章主要介紹交流電動(dòng)機(jī)的基本構(gòu)造、工作原理、轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩之間的機(jī)械特性及起動(dòng)、反轉(zhuǎn)、調(diào)速及制動(dòng)的基本原理和使用方法等。61 三相異步電動(dòng)機(jī)的構(gòu)造 三相異步電動(dòng)機(jī)分主要由定子(固定部分)和轉(zhuǎn)子(旋轉(zhuǎn)部分)兩個(gè)基本部分組成。見(jiàn)下圖 三相異步電動(dòng)機(jī)的定子構(gòu)成：由機(jī)座和裝在機(jī)座內(nèi)的圓筒形鐵心以及其中的定子繞組組成。見(jiàn)下圖 三相異步電動(dòng)機(jī)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(lái)放置轉(zhuǎn)子繞組。轉(zhuǎn)子鐵心裝在轉(zhuǎn)軸上，軸上加機(jī)械負(fù)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(dòng)機(jī)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(gè)“鼠籠”，它一般是用銅或鋁鑄成。見(jiàn)下圖 繞線式異步電動(dòng)機(jī)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(gè)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(dòng)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(jiàn)下圖62 異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)原理：旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)1.旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生 三相異步電動(dòng)機(jī)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(duì)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(dāng)三相繞組接至三相對(duì)稱電源時(shí)，則三相繞組中便通入三相對(duì)稱電流iA、iB、iC：iA=ImsintiB= Imsin(t120o)iC= Imsin(t120o) 電流的參考方向和隨時(shí)間變化的波形圖見(jiàn)下圖。 的產(chǎn)生過(guò)程(見(jiàn)下圖)： 由分析可知,當(dāng)定子繞組中通入三相電流后，當(dāng)三相電流不斷地隨時(shí)間變化時(shí)，它們共同產(chǎn)生的合成磁場(chǎng)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(chǎng)。這個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)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(chǎng)的轉(zhuǎn)向從旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)可以看出，在t=00的時(shí)，A相的電流iA=0，此時(shí)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的軸線與A相繞組的軸線垂直；當(dāng)t=900時(shí)，A相的電流iA=+Im達(dá)到最大，這時(shí)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)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?yàn)锳BC，因此旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)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(chǎng)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(dòng)機(jī)三根導(dǎo)線中的任意兩根的對(duì)調(diào)一下，則定子電流的相序隨之改變，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向也發(fā)生改變。電動(dòng)機(jī)就會(huì)反轉(zhuǎn)，見(jiàn)下圖3.旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的極數(shù)三相異步電動(dòng)機(jī)的極數(shù)就是旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的極數(shù)。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)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(gè)線圈, 三相繞組的始端之間相差1200，則產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)具有一對(duì)極,即p=1。如將定子繞組按下圖所示安排。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理下圖為三相異步電動(dòng)機(jī)工作原理示意圖。當(dāng)三相定子繞組接至三相電源后，三相繞組內(nèi)將流過(guò)對(duì)稱的三相電流，并在電動(dòng)機(jī)內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。當(dāng)p=l時(shí)，圖中用一對(duì)以恒定同步轉(zhuǎn)速n0（旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速）按順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)的電磁鐵來(lái)模擬該旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，在它的作用下，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體逆時(shí)針?lè)较蚯懈畲帕€而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)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(yīng)電動(dòng)勢(shì)的作用下，產(chǎn)生感應(yīng)電流，即轉(zhuǎn)子電流I2。即異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子電流是由電磁感應(yīng)而產(chǎn)生的，因此這種電動(dòng)機(jī)又稱為感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。由圖可見(jiàn)，電磁轉(zhuǎn)矩與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向是一致的，故轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的方向與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向相同。（但電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n必須低于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速n0。如果轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速達(dá)到n0，那末轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)之間就沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體將不切割磁通,于是轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和轉(zhuǎn)子電流，也不可能產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，所以電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子不可能維持在轉(zhuǎn)速n0狀態(tài)下運(yùn)行?？梢?jiàn)該） 電動(dòng)機(jī)只有在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n低于同步轉(zhuǎn)速n0時(shí),才能產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩并驅(qū)動(dòng)負(fù)載穩(wěn)定運(yùn)行。因此這種電動(dòng)機(jī)稱為異步電動(dòng)機(jī)。轉(zhuǎn)差率異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的同步轉(zhuǎn)速n0之差是保證異步電動(dòng)機(jī)工作的必要條件。這兩個(gè)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(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)三相異步電動(dòng)機(jī)的額定值刻印在每臺(tái)電動(dòng)機(jī)的銘牌上,一般包括下列幾種： 1.型號(hào)：為了適應(yīng)不同用途和不同工作環(huán)境的需要，電動(dòng)機(jī)制成不同的系列,每種系列用各種型號(hào)表示。例如 Y 132 M- 4 Y 三相異步電動(dòng)機(jī)，其中三相異步電動(dòng)機(jī)的產(chǎn)品名稱代號(hào)還有：YR為繞線式異步電動(dòng)機(jī)；YB為防爆型異步電動(dòng)機(jī)；YQ為高起動(dòng)轉(zhuǎn)距異步電動(dòng)機(jī)。 132機(jī)座中心高(mm) M 機(jī)座長(zhǎng)度代號(hào) 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(dòng)機(jī)的接線盒中有六根引出線,標(biāo)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(yīng)的末端(尾)。這六個(gè)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(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)在制造廠所規(guī)定的額定情況下運(yùn)行時(shí), 其輸出端的機(jī)械功率,單位一般為千瓦（kW）。 4.額定電壓UN：是指電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)行時(shí),外加于定子繞組上的線電壓,單位為伏（V）。 一般規(guī)定電動(dòng)機(jī)的工作電壓不應(yīng)高于或低于額定值的5%。當(dāng)工作電壓高于額定值時(shí),磁通將增大，將使勵(lì)磁電流大大增加,電流大于額定電流,使繞組發(fā)熱。同時(shí),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(guò)熱；當(dāng)工作電壓低于額定值時(shí)，引起輸出轉(zhuǎn)矩減小，轉(zhuǎn)速下降,電流增加，也使繞組過(guò)熱，這對(duì)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行也是不利的。 我國(guó)生產(chǎn)的Y系列中、小型異步電動(dòng)機(jī)，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(shí),電動(dòng)機(jī)繞組為星形聯(lián)接；電源線電壓為220 V時(shí),電動(dòng)機(jī)繞組為三角形聯(lián)接)。 5.額定電流IN：是指電動(dòng)機(jī)在額定電壓和額定輸出功率時(shí),定子繞組的線電流,單位為安（A）。 當(dāng)電動(dòng)機(jī)空載時(shí),轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速接近于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的同步轉(zhuǎn)速,兩者之間相對(duì)轉(zhuǎn)速很小,所以轉(zhuǎn)子電流近似為零,這時(shí)定子電流幾乎全為建立旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的勵(lì)磁電流。當(dāng)輸出功率增大時(shí),轉(zhuǎn)子電流和定子電流都隨著相應(yīng)增大,如下圖中的I1=f(P2)曲線所示。圖中是一臺(tái)l0kW三相異步電動(dòng)機(jī)的工作特性曲線。 6.額定頻率fN：我國(guó)電力網(wǎng)的頻率為50赫茲（Hz），因此除外銷產(chǎn)品外,國(guó)內(nèi)用的異步電動(dòng)機(jī)的額定頻率為50赫茲。 7.額定轉(zhuǎn)速nN：是指電動(dòng)機(jī)在額定電壓、額定頻率下,輸出端有額定 功率輸出時(shí), 轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速,單位為轉(zhuǎn)/分(r/min)。由于生產(chǎn)機(jī)械對(duì)轉(zhuǎn)速的要求不同,需要生產(chǎn)不同磁極數(shù)的異步電動(dòng)機(jī),因此有不同的轉(zhuǎn)速等級(jí)。最常用的是四個(gè)極的異步電動(dòng)機(jī)(n0=l500 r/min)。 8.絕緣等級(jí)：它是按電動(dòng)機(jī)繞組所用的絕緣材料在使用時(shí)容許的極限溫度來(lái)分級(jí)的。 所謂極限溫度,是指電動(dòng)機(jī)絕緣結(jié)構(gòu)中最熱點(diǎn)的最高容許溫度。其技術(shù)數(shù)據(jù)見(jiàn)下表：絕緣等級(jí)AEBFH極限溫度1051201301551809.工作方式：反映異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行情況，可分為三種基本方式：連續(xù)運(yùn)行、短時(shí)運(yùn)行和斷續(xù)運(yùn)行。三相交流異步電動(dòng)機(jī)的選擇 三相交流異步電動(dòng)機(jī)的選用，主要從選用的電動(dòng)機(jī)的功率、工作電壓、種類、型式及其保護(hù)電器考慮。 1.功率的選擇 選用電動(dòng)機(jī)的功率大小是根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的需要所確定的。(1)連續(xù)運(yùn)行電動(dòng)機(jī)功率的選擇對(duì)于連續(xù)運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)，先算出生產(chǎn)機(jī)械的功率，所選用的電動(dòng)機(jī)的額定功率等于或大于生產(chǎn)機(jī)械的功率即可。(2)短時(shí)運(yùn)行電動(dòng)機(jī)功率的選擇短時(shí)運(yùn)行電動(dòng)機(jī)的功率可以允許適當(dāng)過(guò)載 2.種類和型式的選擇(1）種類的選擇選擇電動(dòng)機(jī)的種類是從交流或直流、機(jī)械特性、調(diào)速與起動(dòng)特性、維護(hù)及價(jià)格等方面考慮。 因?yàn)樯a(chǎn)上常用的是三相交流點(diǎn)，如沒(méi)有特殊要求，多采用交流電動(dòng)機(jī)。由于三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，堅(jiān)固耐用，工作可靠，價(jià)格低廉，維護(hù)方便；其缺點(diǎn)是調(diào)速困難，功率因數(shù)較低，起動(dòng)性能較差。因此，在要求機(jī)械特性較硬而無(wú)特殊要求的一般生產(chǎn)機(jī)械的拖動(dòng)，如水泵、通風(fēng)機(jī)、運(yùn)輸機(jī)、傳送帶和機(jī)床都采用鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)。 繞線式電動(dòng)機(jī)的基本性能與鼠籠式相同。其特點(diǎn)是起動(dòng)性能較好，并可在不大的范圍內(nèi)平滑調(diào)速。但是它的價(jià)格較鼠籠式電動(dòng)機(jī)為貴，維護(hù)亦較不便。因此，只有在某些必須采用繞線式電動(dòng)機(jī)的