三相交流異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理課件

1、電動機(jī)的分類：電動機(jī)交流電動機(jī)直流電動機(jī)三相電動機(jī)單相電動機(jī)同步電動機(jī)異步電動機(jī)他勵、并勵電動機(jī)串勵、復(fù)勵電動機(jī)第2章 交流電動機(jī)主 講：李園園江蘇省贛榆中等專業(yè)學(xué)校異步電動機(jī)的應(yīng)用非常廣泛：在工業(yè)方面：中、小型軋鋼設(shè)備，機(jī)床、輕工機(jī)械、 起重機(jī)械，礦山機(jī)械等。在農(nóng)業(yè)方面：脫粒機(jī)、粉碎機(jī)、排灌機(jī)械及加工機(jī)械。在家用電器方面：電風(fēng)扇、空調(diào)機(jī)、洗衣機(jī)、電冰箱等。1. 交流電動機(jī)按電機(jī)定子相數(shù)分三相異步電動機(jī)、兩相異步電動機(jī)、單相異步電動機(jī)。2. 按電機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)分 鼠籠型異步電動機(jī)、繞線型異步電動機(jī)2.1 三相異步電動機(jī)的用途及分類電動機(jī)的外形2.2 三相異步電動機(jī)的構(gòu)造與工作過程三相異步電動機(jī)的

2、構(gòu)造三相異步電動機(jī)主要部件是由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。此外，還有端蓋、機(jī)座、軸承、風(fēng)扇等部件。三相異步電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)示意圖三相異步電動機(jī)主要部件是由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。此外，還有端蓋、機(jī)座、軸承、風(fēng)扇等部件。定子三相異步電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)示意圖三相異步電動機(jī)主要部件是由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。此外，還有端蓋、機(jī)座、軸承、風(fēng)扇等部件。定子轉(zhuǎn)子軸承端蓋機(jī)座1. 定子三相異步電動機(jī)的定子是由機(jī)座、定子鐵心和定子繞組組成。定子繞組機(jī)座鐵心基本作用：產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。（1） 定子鐵心是由沖有槽孔的硅鋼片疊壓而成。定子硅鋼片（2）在定子槽孔中放置三相彼此獨(dú)立的繞組。AXBYCZABCZXYAXBYCZAX

3、BYCZABCZXY定子繞組星接定子繞組角接端子 （3）機(jī)座 作用：固定定子鐵心，保護(hù)整臺電機(jī) 材料：鑄鐵（中小型） 鋼板（大型）2、轉(zhuǎn)子 電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)部分為轉(zhuǎn)子，由轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組、轉(zhuǎn)軸及風(fēng)葉等組成。 （1）轉(zhuǎn)子鐵心 作用：電動機(jī)磁路一部分 材料：0.5mm相互絕緣硅鋼片 基本作用：產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。（2）轉(zhuǎn)子繞組 作用：產(chǎn)生感應(yīng)電流和電動勢，在旋轉(zhuǎn) 磁場作用下產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩 分類：a、籠型轉(zhuǎn)子 結(jié)構(gòu)：單籠型、雙籠型、深槽式，其 中單籠型又分鑄鋁和銅條轉(zhuǎn)子。 b、繞線轉(zhuǎn)子 結(jié)構(gòu)：與定子繞組具有相同極數(shù)的三相對稱 繞組 接法：星形，首端接到轉(zhuǎn)軸上的滑環(huán)，再通 過定子端蓋上的電刷與外電路相連。鼠籠式

4、電動機(jī)與繞線式電動機(jī)的的比較：鼠籠式： 結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉、工作可靠；不能人為改變電動機(jī)的機(jī)械特性。繞線式： 結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格較貴、維護(hù)工作量大；轉(zhuǎn)子外加電阻可人為改變電動機(jī)的機(jī)械特性。2. 2. 2 旋轉(zhuǎn)磁場 定子三相繞組通入三相交流電(星形聯(lián)接)AXBYCZ1.旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生oo規(guī)定 i : “+” 首端流入，尾端流出。 i : “” 尾端流入，首端流出。 AYCBZX()電流出()電流入 tAXYCBZAXYCBZAXYCBZ 三相電流合成磁場的分布情況合成磁場方向向下合成磁場旋轉(zhuǎn)60合成磁場旋轉(zhuǎn)90600oAAXZBCYAAXZBCY分析可知：三相電流產(chǎn)生的合成磁場是一旋轉(zhuǎn)的磁場 即：一

5、個(gè)電流周期，旋轉(zhuǎn)磁場在空間轉(zhuǎn)過360取決于三相電流的相序2.旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向結(jié)論： 任意調(diào)換兩根電源進(jìn)線，則旋轉(zhuǎn)磁場反轉(zhuǎn)。任意調(diào)換兩根電源進(jìn)線(電路如圖)AXCZBY0 to3.旋轉(zhuǎn)磁場的極對數(shù)P 當(dāng)三相定子繞組按圖示排列時(shí)，產(chǎn)生一對磁極的旋轉(zhuǎn)磁場，即：o tAXBYCZAXYCBZ 若定子每相繞組由兩個(gè)線圈串聯(lián) ，繞組的始端之間互差60，將形成兩對磁極的旋轉(zhuǎn)磁場。CYABCXYZAXBZAXBYC極對數(shù)旋轉(zhuǎn)磁場的磁極對數(shù)與三相繞組的排列有關(guān)CYABCXYZAXBZ04.旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速工頻： 旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速取決于磁場的極對數(shù)p=1時(shí)0 toAXYCBZAXYCBZAXYCBZp=2時(shí)0旋轉(zhuǎn)磁

6、場轉(zhuǎn)速n0與極對數(shù) p 的關(guān)系極對數(shù)每個(gè)電流周期磁場轉(zhuǎn)過的空間角度同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速n0與頻率f1和極對數(shù)p有關(guān)?？梢?2. 2. 2 電動機(jī)的轉(zhuǎn)動原理1. 轉(zhuǎn)動原理AXYCBZ定子三相繞組通入三相交流電方向:順時(shí)針 切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體右手定則感應(yīng)電動勢 E20旋轉(zhuǎn)磁場感應(yīng)電流 I2旋轉(zhuǎn)磁場左手定則電磁力FF電磁轉(zhuǎn)矩TnF 8. 2. 3 轉(zhuǎn)差率 旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速和電動機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速之差與旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速之比稱為轉(zhuǎn)差率。 由前面分析可知，電動機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向與磁場旋轉(zhuǎn)的方向一致，但轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 n 不可能達(dá)到與旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速相等，即異步電動機(jī)如果:無轉(zhuǎn)子電動勢和轉(zhuǎn)子電流 轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場間沒有相對運(yùn)動，磁

7、通不切 割轉(zhuǎn)子導(dǎo)條無轉(zhuǎn)矩因此，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速間必須要有差別。異步電動機(jī)運(yùn)行中:轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速亦可由轉(zhuǎn)差率求得轉(zhuǎn)差率s 例1：一臺三相異步電動機(jī)，其額定轉(zhuǎn)速 n=975 r/min，電源頻率 f1=50 Hz。試求電動機(jī)的極對數(shù)和額定負(fù)載下的轉(zhuǎn)差率。解：根據(jù)異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場同步轉(zhuǎn)速的關(guān)系可知：n0=1000 r/min , 即p=3額定轉(zhuǎn)差率為8.4 三相異步電動機(jī)的起動8. 4. 1 起動性能 起動問題：起動電流大，起動轉(zhuǎn)矩小。 一般中小型鼠籠式電機(jī)起動電流為額定電流的5 7 倍; 電動機(jī)的起動轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的(1.02.2)倍。大電流使電網(wǎng)電壓降低，影響鄰近負(fù)載的工作頻繁起動時(shí)

8、造成熱量積累，使電機(jī)過熱后果：原因：起動： n = 0，s =1, 接通電源。起動時(shí) ，n = 0，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割磁力線速度很大，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢轉(zhuǎn)子電流定子電流 8.4.2 起動方法(1) 直接起動 二、三十千瓦以下的異步電動機(jī)一般都采用直接起動。(2) 降壓起動：星形-三角形(Y ) 換接起動自耦降壓起動（適用于鼠籠式電動機(jī)）(3) 轉(zhuǎn)子串電阻起動（適用于繞線式電動機(jī)）以下介紹降壓起動和轉(zhuǎn)子串電阻起動。設(shè)：電機(jī)每相阻抗為1. 降壓起動(1) Y 換接起動 降壓起動時(shí)的電流為直接起動時(shí)的+ 起動U1U2V1V1W1W2+正常運(yùn)行U1U2V1V2W1W2Y 起動器接線簡圖L1L3L2FUSU1V1U

9、2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1動觸點(diǎn)Y動觸點(diǎn)靜觸點(diǎn)Y 起動器接線簡圖Y起動L1L3L2FUSU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1 起動UPU1+Ul+U2V1V2W1W2Y 起動器接線簡圖 工作L1L3L2FUSU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1U2 正常運(yùn)行Ul+U1V1V2W1W2(a) 僅適用于正常運(yùn)行為三角形聯(lián)結(jié)的電機(jī)。 (b)Y 起動Y 換接起動適合于空載或輕載起動的場合Y- 換接起動應(yīng)注意的問題 正常運(yùn)行UlU1W2V2W1+U2V1UP 起動+Ul+U1W2V2W1U2V1(2) 自耦降壓起動L1L3L2FUQ

10、 Q2下合： 接入自耦變 壓器，降壓 起動。 Q2上合： 切除自耦變 壓器，全壓 工作。合刀閘開關(guān)QQ2 自耦降壓起動適合于容量較大的或正常運(yùn)行時(shí)聯(lián)成 Y形不能采用Y起動的鼠籠式異步電動機(jī)。RRR滑環(huán)電刷定子轉(zhuǎn)子起動時(shí)將適當(dāng)?shù)腞 串入轉(zhuǎn)子電路中，起動后將R 短路。起動電阻 2.繞線式電動機(jī)轉(zhuǎn)子電路串電阻起動 若R2選得適當(dāng)，轉(zhuǎn)子電路串電阻起動既可以降低起動電流，又可以增加起動轉(zhuǎn)矩。常用于要求起動轉(zhuǎn)矩較大的生產(chǎn)機(jī)械上。R2 Tst TO轉(zhuǎn)子電路串電阻起動的特點(diǎn) 方法：任意調(diào)換電源的兩根進(jìn)線，電動機(jī)反轉(zhuǎn)。 電動機(jī)正轉(zhuǎn)電動機(jī)反轉(zhuǎn)三相異步電動機(jī)的正、反轉(zhuǎn)電 源UVWM3UVW電 源M3例1: 1)解:

11、 一臺Y225M-4型的三相異步電 動機(jī)，定子繞組型聯(lián)結(jié)，其額定數(shù)據(jù)為：P2N=45kW,nN=1480r/min，UN=380V，N=92.3%，cosN=0.88， Ist/IN=7.0, Tst/TN=1.9，Tmax/TN=2.2，求： 1) 額定電流IN? 2) 額定轉(zhuǎn)差率sN? 3) 額定轉(zhuǎn)矩 TN 、最大轉(zhuǎn)矩Tmax 、和起動轉(zhuǎn)矩TN 。 2）由nN=1480r/min，可知 p=2 （四極電動機(jī)） 3） 在上例中(1)如果負(fù)載轉(zhuǎn)矩為 510.2Nm, 試問在U=UN和U=0.9UN兩種情況下電動機(jī)能否起動？（2）采用Y- 換接起動時(shí)，求起動電流和起動轉(zhuǎn)矩。 又當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩為起動轉(zhuǎn)

12、矩的80%和50%時(shí)，電動機(jī)能否起動？解:(1) 在U=UN時(shí) Tst = 551.8Nm 510.2 N. m 不能起動 (2) Ist =7IN=784.2=589.4 A 在U= 0.9UN 時(shí)能起動例2:在80%額定負(fù)載時(shí)不能起動在50%額定負(fù)載時(shí)可以起動(3) 對例8.5.1中的電動機(jī)采用自耦變壓器降壓起動，設(shè)起動時(shí)加到電動機(jī)上的電壓為額定電壓的64%，求這時(shí)的線路起動電流Ist和電動機(jī)的起動轉(zhuǎn)矩Tst。解：設(shè)電動機(jī)的起動電壓為U，電動機(jī)的起動電流為Ist 依據(jù)變壓器的一次、二次側(cè)電壓電流關(guān)系，可求得線路起動電流Ist。例3: 采用自耦降壓法起動時(shí)，若加到電動機(jī)上的 電壓與額定電壓之

13、比為 x ，則線路 起動電流Ist 為電動機(jī)的起動轉(zhuǎn)距Tst為結(jié)論：8.5.1 變頻調(diào)速 (無級調(diào)速) f=50Hz逆變器M3 整流器f1、U1可調(diào)+變頻調(diào)速方法恒轉(zhuǎn)距調(diào)速（f1f1N）頻率調(diào)節(jié)范圍：0.5幾百赫茲三種電氣調(diào)速方法8.5 三相異步電動機(jī)的調(diào)速8.5.2 變極調(diào)速 (有級調(diào)速) 變頻調(diào)速方法可實(shí)現(xiàn)無級平滑調(diào)速,調(diào)速性能優(yōu)異，因而正獲得越來越廣泛的應(yīng)用。A1X1A2X2iiP=2A1A2X1X2NNSSA1X1A2X2iiP=1 采用變極調(diào)速方法的電動機(jī)稱作雙速電機(jī)，由于調(diào)速時(shí)其轉(zhuǎn)速呈跳躍性變化，因而只用在對調(diào)速性能要求不高的場合，如銑床、鏜床、磨床等機(jī)床上。A1A2X1X2SNT

14、o8.5.3 變轉(zhuǎn)差率調(diào)速 (無級調(diào)速) 變轉(zhuǎn)差率調(diào)速是繞線式電動機(jī)特有的一種調(diào)速方法。其優(yōu)點(diǎn)是調(diào)速平滑、設(shè)備簡單投資少，缺點(diǎn)是能耗較大。這種調(diào)速方式廣泛應(yīng)用于各種提升、起重設(shè)備中。nnTLTLs sTso8.6 三相異步電動機(jī)的制動8.6.1 能耗制動制動方法機(jī)械制動電氣制動能耗制動反接制動發(fā)電反饋制動 在斷開三相電源的同時(shí)，給電動機(jī)其中兩相繞組通入直流電流，直流電流形成的固定磁場與旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子作用，產(chǎn)生了與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相反的轉(zhuǎn)距（制動轉(zhuǎn)距），使轉(zhuǎn)子迅速停止轉(zhuǎn)動。nF轉(zhuǎn)子Tn0=08.6.2 反接制動 停車時(shí)，將接入電動機(jī)的三相電源線中的任意兩相對調(diào)，使電動機(jī)定子產(chǎn)生一個(gè)與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向相反的旋

15、轉(zhuǎn)磁場，從而獲得所需的制動轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子迅速停止轉(zhuǎn)動。 M3+-運(yùn)轉(zhuǎn)制動RPM3運(yùn)轉(zhuǎn)制動nF轉(zhuǎn)子Tn08.6.3 發(fā)電反饋制動 當(dāng)電動機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速大于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速時(shí)，旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)距作用方向發(fā)生變化，由驅(qū)動轉(zhuǎn)距變?yōu)橹苿愚D(zhuǎn)距。電動機(jī)進(jìn)入制動狀態(tài)，同時(shí)將外力作用于轉(zhuǎn)子的能量轉(zhuǎn)換成電能回送給電網(wǎng)。nF轉(zhuǎn)子Tn0n n08.7 三相異步電動機(jī)銘牌數(shù)據(jù)1. 型號 磁極數(shù)( 極對數(shù) p = 2 )例如： Y 132 M4 用以表明電動機(jī)的系列、幾何尺寸和極數(shù)。機(jī)座長度代號機(jī)座中心高（mm）三相異步電動機(jī)教材表8.8.1中列出了各種電動機(jī)的系列代號。異步電動機(jī)產(chǎn)品名稱代號產(chǎn)品名稱異步電動機(jī)繞線式異步電

16、動機(jī)防爆型異步電動機(jī)高起動轉(zhuǎn)矩異步電動機(jī)新代號漢字意義老代號Y異異繞異爆異起YRYBYQJ、JOJR、JROJB、JBOJQ、JQO2. 接法接線盒定子三相繞組的聯(lián)接方法。通常V1W2U1W1U2V2U2U1W2V1V2W1U1V1W1W2U2V2W2U2V2V1W1U1Y 聯(lián)結(jié)W1U1V1W2U2V2 聯(lián)結(jié)3. 電壓例如：380/220V、Y/ 是指線電壓為 380V 時(shí) 采用 Y聯(lián)結(jié)；線電壓為 220V 時(shí)采用 聯(lián)結(jié)。說明：一般規(guī)定，電動機(jī)的運(yùn)行電壓不能高于或低 于額定值的 5% 。因?yàn)樵陔妱訖C(jī)滿載或接近 滿載情況下運(yùn)行時(shí)，電壓過高 或過低都會使 電動機(jī)的電流大于額定值, 從而使電動機(jī)過熱。電動機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)定子繞組上應(yīng)加的線電壓值。 三相異步電動機(jī)的額定電壓有380V，3000V, 及6000V等多種。4. 電流例如： Y / 6.73 / 11.64 A 表示星形聯(lián)結(jié)下電機(jī)的線電流為 6.73A；三角形聯(lián)結(jié)下線電流為 11.64A。兩種接法下相電流均為 6.73A。 5. 功率與效率 鼠籠電機(jī) =7293電動機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)定子繞組的線電流值。額定功率是指電機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)軸上輸出的機(jī)械功率 P2，它