第4章三相異步電動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)教案.doc

1、安徽新聞出版職業(yè)技術(shù)學(xué)院教案科目電機(jī)與拖動(dòng)技術(shù)基礎(chǔ)年級(jí)15包裝自動(dòng)化技術(shù)1班 任課教師 付學(xué)敏第4章三相異步電動(dòng)機(jī) 課題教學(xué)目的1、知識(shí)方面：了解三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)、理解工作原理、電磁轉(zhuǎn)矩和機(jī)械特 性，理解起動(dòng)、調(diào)速、制動(dòng)方法。2、德育方面：科學(xué)技術(shù)就是生產(chǎn)力。3、技能方面：識(shí)別三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)。重 三相異步電動(dòng)機(jī)的感應(yīng)電動(dòng)式和磁動(dòng)勢(shì)點(diǎn)三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理難三相異步電動(dòng)機(jī)的工作特性掛 (a)簡(jiǎn)化的三相繞組分布圖圖 (b)按星形連接的三相繞組接通三相電源 或 (C)三相對(duì)稱電流波形圖實(shí) (d)兩極繞組的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)導(dǎo)入：三相異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、堅(jiān)固耐用、維護(hù)容易、 運(yùn)行效

2、率高、工作特性好；和同容量的直流電動(dòng)機(jī)相比，異步電動(dòng)機(jī)的 II 重量約為直流電動(dòng)機(jī)的一半，其價(jià)格僅為直流電動(dòng)機(jī)的1/3左右；而且異步iB 電動(dòng)機(jī)的交流電源可直接取自電網(wǎng)，用電既方便又經(jīng)濟(jì)。所以大部! iIi 分的工業(yè)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機(jī)械，家用電器都用異步電動(dòng)機(jī)作原動(dòng)機(jī)，其單機(jī)容 I a量從幾十瓦到幾千千瓦。我國(guó)總用電量的2/3左右是被異步電動(dòng)機(jī)消耗掉 iI 的。!i 三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)與工作原理II一、基本結(jié)構(gòu)IB三相異步電動(dòng)機(jī)主要是由定子部分（靜止的）和轉(zhuǎn)子部分（轉(zhuǎn)動(dòng)的）i ! 兩大部分組成，定、轉(zhuǎn)之間是空氣隙。另外還有端蓋、軸承、機(jī)座、風(fēng)扇等I i 部件。I !（一）異步電動(dòng)機(jī)的定子結(jié)構(gòu)I

3、異步電動(dòng)機(jī)的定子是由機(jī)座、定子鐵心和定子繞組三個(gè)部分組成的。I1. 機(jī)座I 異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)座主要是固定和支撐定子鐵心和繞組。中小型電機(jī)I » 一般采用鑄鐵機(jī)座、大中型電機(jī)采用鋼板焊接的機(jī)座。電機(jī)損耗變成的I! 熱量主要通過(guò)機(jī)座散出，為了加強(qiáng)散熱面積，機(jī)座外部有很多均勻分布I的散熱筋。機(jī)座兩端面上安裝端蓋，端蓋支撐轉(zhuǎn)子，保持定、轉(zhuǎn)子之間i! 的氣隙值。IBI2. 定子鐵心 !定子鐵心是電動(dòng)機(jī)磁路的一部分，裝在機(jī)座里。為了降低定子鐵心II I的鐵損耗，定子鐵心用厚的硅鋼沖片疊成，硅鋼片兩面還應(yīng)涂上絕緣漆，用以降低交變磁通在鐵心中產(chǎn)生的渦流損耗。在定子鐵心內(nèi)圓上開(kāi)有!I 槽，槽內(nèi)放置定子繞

4、組（也叫電樞繞組）。!3. 定子繞組!異步電機(jī)的定子繞組是電動(dòng)機(jī)電路部分。小型異步電動(dòng)機(jī)定子繞組I 通常由高強(qiáng)度漆包圓線繞成線圈嵌入鐵心槽內(nèi)；大、中型電機(jī)使用矩形i 截面導(dǎo)線預(yù)先制成成型線圈，再嵌入槽內(nèi)。每相繞組按一定規(guī)律連接，1安徽新聞出版職業(yè)技術(shù)學(xué)院教師專用紙三相構(gòu)成對(duì)稱繞組。定子繞組用絕緣的銅（或鋁）導(dǎo)線繞成，嵌放在定鐵心的槽中。繞組與槽壁間用絕緣隔開(kāi)。三相繞組的6個(gè)出線，引到機(jī)座 上接線盒內(nèi)的接線板上，可按要求接成Y或 接法。（二）定子與轉(zhuǎn)子間的氣隙異步電動(dòng)機(jī)的氣隙比同容量直流電動(dòng)機(jī)的氣隙小得多，在中、小型異 步電動(dòng)機(jī)中，氣隙一般為O21.5mm左右。由于氣隙是電動(dòng)機(jī)能量轉(zhuǎn)換 的主要場(chǎng)

5、所，所以氣隙大小與電動(dòng)機(jī)性能有很大的關(guān)系。異步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流是由定子電源供給的，氣隙大時(shí)，磁路磁組增加，要求的勵(lì) 磁電流也增加，從而影響電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)。為了提高功率因數(shù)，盡量讓氣隙小些，但也不應(yīng)太小，否則，不但給制造帶來(lái)困難，也可能使 定、轉(zhuǎn)子摩擦或碰撞。如果從減少附加損耗以及減少高次諧波磁動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的 磁通來(lái)看，氣隙大點(diǎn)當(dāng)然又有好處。因此對(duì)氣隙的大小應(yīng)全面考慮。（三）異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子是由轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)軸組成。1.轉(zhuǎn)子鐵心轉(zhuǎn)子鐵心也是磁略的一部分，與定子鐵心一樣，也由0.5mm厚的硅鋼片疊壓而成，整個(gè)鐵心固定在轉(zhuǎn)軸上。轉(zhuǎn)子鐵心外圓上沖有均勻分布的槽,用以安放轉(zhuǎn)子繞

6、組。由于槽縫很小,整個(gè)轉(zhuǎn)子鐵心的外表面成圓柱形。2.轉(zhuǎn)子繞組三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組用來(lái)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)及產(chǎn)生電流，同時(shí)與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，是電機(jī)的重要部件之一。異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組 按結(jié)構(gòu)分籠型繞組和繞線型繞組兩種。籠型繞組。籠型繞組分銅條繞組和鑄鋁繞組兩種。銅條轉(zhuǎn)子是在轉(zhuǎn)子鐵心槽內(nèi)插入銅條（又稱導(dǎo)條），鐵心兩端槽口外用銅環(huán)將全部導(dǎo)條焊 接，全部導(dǎo)條自行閉合，其形狀為圓柱形“籠子” O鑄鋁繞組是將熔化的 鋁注入轉(zhuǎn)子槽內(nèi)，同時(shí)注上端環(huán)和風(fēng)扇，使導(dǎo)條與端環(huán)構(gòu)成閉合繞組，其 形狀也是圓柱形“籠子” O籠型繞組的工藝和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、經(jīng)濟(jì) 耐用。安徽新聞岀版職業(yè)技術(shù)學(xué)院教師專用紙繞線型轉(zhuǎn)子繞組。繞

7、線型轉(zhuǎn)子的鐵心槽內(nèi)嵌放三相對(duì)稱繞組，與定 i& 子繞組相似。轉(zhuǎn)子繞組采用Y接線，三相繞組的首端接到轉(zhuǎn)軸上的三個(gè) j 集電環(huán)，再通過(guò)電刷、滑環(huán)間的滑動(dòng)與外電路連接。繞線型轉(zhuǎn)子回路中 i:* r 串接外接電阻或其他電氣設(shè)備，以改善電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)性能和調(diào)速性能， B 因此獲得廣泛應(yīng)用。但是結(jié)構(gòu)比籠型電機(jī)復(fù)雜，而且電刷、滑環(huán)還增加 :B Bl 了維修工作量。I二、三相異步電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)!iI! 三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)座上都裝有銘牌，銘牌上標(biāo)明了使用電動(dòng)機(jī)應(yīng) 遵循的技術(shù)數(shù)據(jù)和電機(jī)型號(hào)。!B （一）型號(hào)i: t 電機(jī)的型號(hào)表明了電動(dòng)機(jī)的名稱、規(guī)格和基本技術(shù)條件的產(chǎn)品代ihI 號(hào)。一般采用大寫(xiě)印刷體的漢

8、語(yǔ)拼音字母和阿拉伯?dāng)?shù)字組成。其中漢語(yǔ) ！:h 拼音字母是根據(jù)電機(jī)的全名稱選擇有代表意義的漢字，再用該漢字的第 I 一個(gè)拼音字母組成，例如Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)表示如下：1Y112 1IT-I異步電動(dòng)機(jī)一J匚機(jī)數(shù)機(jī)庫(kù)中心高度（FnInJ一L機(jī)座類別（L一長(zhǎng)機(jī)甌 M-中機(jī)匝；S-短機(jī)座）Y系列異步電機(jī)是普通用途的小型鼠籠全封閉、自冷式三相異步電動(dòng)i 機(jī)。用于金屬切削機(jī)床、通用機(jī)械、礦山機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械等。我國(guó)生產(chǎn) i 的異步電動(dòng)機(jī)種類很多，其它類型的異步電動(dòng)機(jī)可參閱產(chǎn)品目錄。！8I（二）額定值i£> 異步電動(dòng)機(jī)按額定值運(yùn)行稱為額定運(yùn)行狀態(tài)，異步電動(dòng)機(jī)的額定值i 有：！Ib1. 定功率P

9、NjM b 定功率指電動(dòng)機(jī)在額定運(yùn)行狀態(tài)時(shí)軸上輸出的機(jī)械功率，單位為W I或 kW。SB2. 額定電壓UNI! 額定電壓指額定運(yùn)行狀態(tài)下加在定子繞組上的線電壓，單位為V或kv。!安徽新聞出版職業(yè)技術(shù)學(xué)院教師專用異步電動(dòng)機(jī)為了區(qū)分定、轉(zhuǎn)子邊的量，在定子邊的量加下標(biāo)1，如II U IN O轉(zhuǎn)子邊的量加下標(biāo)2表示，如1 u2N OiSI 3額定電流INiII額定電流指電動(dòng)機(jī)在定子繞組加額定電壓、輸出額定功率時(shí)，定子 i!繞組中的線電流，單位為 AO也可表示為IlN （轉(zhuǎn)子為I2N ） oIi4. 額定頻率fNiI 額定頻率是指電動(dòng)機(jī)所接電源標(biāo)準(zhǔn)頻率，單位為 Hz。我國(guó)工業(yè)用II:電的頻率是50 Hz

10、 o!IB5. 額定轉(zhuǎn)速iI額定轉(zhuǎn)速指電動(dòng)機(jī)定子所加電源為額定頻率、額定電壓，且軸端輸出額定功率時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，單位為r / min ojBBI6. 額定效率N和額定功率因數(shù)CoS N!IJ指電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載時(shí)，電機(jī)的效率和定子邊的功率因數(shù)。電動(dòng)機(jī) 額定運(yùn)行時(shí)有PN 73UNlN NCoSN（41 ）I多媒體直觀展示加深認(rèn)識(shí)三、三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理iI !三相異步電動(dòng)機(jī)的定子鐵芯中放置三相結(jié)構(gòu)完全相同的繞組U、V、IIW,如圖（“）O各相繞組在空間上互差120°電角度，向這三相繞組通貝iI B 對(duì)稱的三相交流電，如圖（b） （C）所示。下面我們以兩極電動(dòng)機(jī)為例i 說(shuō)明電流在不同時(shí)刻

11、時(shí)，磁場(chǎng)在空間的位置。iI !t 下圖（d）所示，假設(shè)電流的瞬時(shí)值為正時(shí)是從各繞組的首端流入，II! （用O中間加個(gè)X表示），末端流出（用""表示），當(dāng)電流為負(fù)值時(shí)，iI于此相反。it 在 t=0的瞬間，iu=0 , iv為負(fù)值，iw為正值，如圖（C）所示，則V相電流從V2流進(jìn)，Vl流出，而W相電流從Wl流進(jìn)，W2流出。利用安培右手定則可以確定 =0瞬間由三相電流所產(chǎn)生的合成磁場(chǎng)方向安徽新聞出版職業(yè)技術(shù)學(xué)院教師專用紙如圖（d）所示?？梢?jiàn)這時(shí)的合成磁場(chǎng)是一對(duì)磁極，磁場(chǎng)方向與縱軸線 方向?yàn)橐恢?，上方式北極，下方是南極。應(yīng)用同樣的分析方法可畫(huà)岀 t=23* , 5=4/3* ,

12、t=2 時(shí)的合成磁場(chǎng)，分別如圖（d）所示，由圖中可明顯地看出磁場(chǎng)的方向逐步按順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，共 計(jì)轉(zhuǎn)過(guò)360。,即旋轉(zhuǎn)了一周。UlTI.(bI IxJI tILI*(d)(a)簡(jiǎn)化的三相繞組分布圖(b)按星形連接的三相繞組接通三相電源(C)三相對(duì)稱電流波形圖(d)兩極繞組的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)安徽新聞岀版職業(yè)技術(shù)學(xué)院教師專用紙由此可以得出如下結(jié)論：在三相交流電動(dòng)機(jī)定子上布置有結(jié)構(gòu)完全 相在空間位置各相差120度電角度的三相繞組，分別接入三相對(duì)稱交流 電，則在定子與轉(zhuǎn)子間所產(chǎn)生的合成磁場(chǎng)是沿定子內(nèi)圓旋轉(zhuǎn)的，我們稱 此為旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁感線切割轉(zhuǎn)子繞組，在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和 感應(yīng)電流，轉(zhuǎn)子繞組在

13、磁場(chǎng)中受到電磁力的作用，電磁力乘以電樞半徑 教 就形成了電磁轉(zhuǎn)矩。電磁轉(zhuǎn)矩的方向與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)方向相同。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)后，其轉(zhuǎn)速為n ,則轉(zhuǎn)子導(dǎo)體與定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)間的相對(duì)切割速度為 n n n。當(dāng)n m時(shí)，n 0 ,相應(yīng)地有e2 0 , i 2 0 ,即 轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)間無(wú)相對(duì)切割運(yùn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子繞組中無(wú)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電 流，也就沒(méi)有驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的電磁轉(zhuǎn)矩，可見(jiàn) n n是異步電動(dòng)機(jī)維持 學(xué)運(yùn)行的必要條件，“異步”電機(jī)之稱也因此而得名。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速間的大小用轉(zhuǎn)差率 S來(lái)描述，m nS n(42)轉(zhuǎn)差率S又稱滑差，它是描述異步電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的一個(gè)基本量。電 機(jī)空載時(shí)S °-5% ,額定負(fù)載時(shí)S 5

14、%,所以異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 總是接近旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速的。這就是異步電機(jī)的基本原理。1)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向：由上圖可以看出，三相交流電按U-V-W相序變 化，則產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在空間上以順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。程若我們?nèi)我鈱?duì)調(diào)電動(dòng)機(jī)兩相繞組的電流相許，如：U-W-V相序，則由理論分 析和實(shí)踐證明，產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)以逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。由此可知，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng) 的旋轉(zhuǎn)方向取決于通入繞組中的三相交流電源的相序，只要任 意對(duì)調(diào)電動(dòng)機(jī)的相序，則可改變旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向。2)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速為：nl=60flP ,上述公式中nl：表示旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速，單位轉(zhuǎn)/分；fl :表示三相交流電源的 頻率，單位赫茲；P：表示磁極對(duì)數(shù)；60：表示一分鐘

15、的60秒。安徽新聞出版職業(yè)技術(shù)學(xué)院教師專用三相異步電動(dòng)機(jī)的繞組和額定值三相異步電動(dòng)機(jī)繞組繞制原則1根據(jù)磁極對(duì)數(shù)要求，三相繞組必須保持在空間上的對(duì)稱，三相繞組 互差120度空間電角度。排列規(guī)律為：每繞一對(duì)磁極則需一組三相對(duì)稱繞組（A、B、C為三相 首端，X、Y、Z為三相尾端），排列順序?yàn)锳、Z、B、X、C、Yo2根據(jù)對(duì)稱原則，每相繞組應(yīng)相等均勻，若極數(shù)為2P,所以要將總的定m=3）相繞組的子槽分為2P等分，每一等分為一個(gè)極距，稱為一個(gè)極相組（以槽數(shù)表示）。再將每一極距內(nèi)的槽數(shù)分成三組，以分別安裝（線圈邊。每一相所占槽數(shù)以表示稱每極每相槽數(shù)q。q 2pm3.槽距角距角為相鄰兩槽中心線間的電角度。公

16、式為P 360 4.極距極距為相鄰兩磁極中心線間的距離（槽數(shù)）Z2p三相繞組的種類(0單層繞組和雙層繞組整距繞組和短距繞組整距繞組y=短距繞組y<(3)集屮繞組和分布繞組集中繞組q=l分布繞組q>l額定值P INNI NCOS N (輸入功率)安徽新聞出版職業(yè)技術(shù)學(xué)院教師專用紙三相異步電動(dòng)機(jī)型號(hào)Y132S-6功率3 kW 頻 率50HZ電壓380 V電流A聯(lián) 結(jié)Y銘牌電壓為額定電壓(線電壓)，電流為額定電流(線電流，功率指的 是軸上輸出額定機(jī)械功率，Y132S- 66指的是極數(shù)。三相異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和機(jī)械特性1三相異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩三相異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩 T是由旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的每極磁通與轉(zhuǎn)子電流D相互作用而產(chǎn)生的，故電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子電流的有功分量12 COS 2及定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的每極磁通成正比，即：T KTl2 COS 2式中KT是一個(gè)與電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)。將 12、COS 2的表達(dá)式及與UI的關(guān)系式代入上式，得三相異步電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩公式的另一 過(guò)個(gè)表示式：SRU2T K 2_1-R2 (SX )22 20式中K是一常數(shù)?？梢?jiàn)電磁轉(zhuǎn)矩