三相异步电动机.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,.,*,3.1,三相异步电动机的构造,第,3,章 异步电动机,3.2,三相异步电动机的工作原理,3.3,三相异步电动机的电磁转矩,3.4,三相异步电动机的机械特性,3.5,三相异步电动机的起动,3.6,三相异步电动机的调速,3.7,三相异步电动机的制动,3.8,三相异步电动机铭牌数据,.,电动机的分类：,鼠笼式异步交流电动机授课内容：,基本结构、工作原理、机械特性、控制方法,电动机,交流电动机,直流电动机,三相电动机,单相电动机,同步电动机,异步电动机,他励、并励电动机,串励、复励电动机,.,1,.,定子,3.1,三相异步电动机的构造,铁心：由内周有槽,的硅钢片叠成。,A-X,B-Y,C-Z,三相绕组,机座：铸钢或铸铁,定子铁心的硅钢片,.,定子铁心,.,定子绕组,对称三相绕组。,.,定子接线盒,U,1,V,1,W,1,W,2,U,2,V,2,U,1,V,1,W,1,U,2,V,2,W,2,U,1,V,1,W,1,W,2,U,2,V,2,星,形,(Y),联,结,3,U,1,V,1,W,1,W,2,U,2,V,2,三,角,形,(),联,结,3,.,转子铁心、,转子绕组、,转轴、,风扇等。,转子铁心的硅钢片,2.转子,转子绕组,绕线型：,对称三相绕组。,笼 型：,对称多相绕组。,.,笼型异步电动机的转子,导条,端环,风扇,.,笼型异步电动机的转子,铸铝转子,.,绕线型异步电动机的转子,.,绕线型异步电动机的转子,集电环,.,三相绕线型异步电动机示意图,转子三相绕组接成 Y 形,短接或,外接对称电阻等,.,三相异步电动机的外形,.,部分额定值：,U,N,690 V，2 kV 11 kV,f,N,50/60 Hz,P,N,200 kW 3 000 kW,2,p,2 12,笼型异步电动机,部分额定值：,U,N,400 V 690 V,f,N,50/60 Hz,P,N,200 kW 2 300 kW,2,p,2 8,.,三相绕线型异步电动机的结构,.,3.2,三相异步电动机的转动原理,.,3.2.1 旋转磁场,定子三相绕组通入三,相交流电(星形联接),A,X,B,Y,C,Z,1,.,旋转磁场的产生,o,.,o,规定,i,:,“+”,首端流入，尾端流出。,i,:,“”,尾端流入，首端流出。,A,Y,C,B,Z,X,()电流出,(,)电流入,.,M,A,X,Y,C,B,Z,A,X,Y,C,B,Z,A,X,Y,C,B,Z,三相电流合成磁场 的分布情况,合成磁场方向向下,合成磁场旋转60,合成磁场旋转90,60,0,o,.,A,A,X,Z,B,C,Y,A,A,X,Z,B,C,Y,分析可知：三相电流产生的合成磁场是一旋转的磁场,即：,一个电流周期，旋转磁场在空间转过360,取决于三相电流的相序,2,.,旋转磁场的旋转方向,结论：任意调换两根,电源进线，则旋转,磁场反转。,任意调换两根电源进线,(电路如图),A,X,C,Z,B,Y,0,M,o,.,3,.,旋转磁场的极对数P,当三相定子绕组按图示排列时，产生一对磁极的旋转磁场，,即：,A,X,B,Y,C,Z,A,X,Y,C,B,Z,0,M,o,.,若定子每相绕组由两个线圈串联,，绕组的始端,之间互差60,，将形成,两对磁极的旋转磁场。,C,Y,A,B,C,X,Y,Z,A,X,B,Z,A,X,B,Y,C,.,极对数,旋转磁场的磁极对数,与三相绕组的排列有关,C,Y,A,B,C,X,Y,Z,A,X,B,Z,0,.,4,.,旋转磁场的转速,工频：,旋转磁场的转速取决于磁场的极对数,p,=1时,0,M,o,A,X,Y,C,B,Z,A,X,Y,C,B,Z,A,X,Y,C,B,Z,.,p,=,2时,0,.,旋转磁场转速,n,0,与极对数,p,的关系,极对数,每个电流周期,磁场转过的空间角度,同步转速,旋转磁场转速,n,0,与频率,f,1,和极对数,p,有关。,可见:,.,3.2.2 电动机的转动原理,1.转动原理,A,X,Y,C,B,Z,定子三相绕组通入三相交流电,方向:顺时针,切割转子导体,右手定则,感应电动势,E,20,旋转磁场,感应电流,I,2,旋转磁场,左手定则,电磁力,F,F,电磁转矩,M,n,F,.,3.2.3 转差率,旋转磁场的同步转速和电动机转子转速之差与,旋转磁场的同步转速之比称为,转差率。,由前面分析可知，电动机转子转动方向与磁场,旋转的方向一致，但转子转速,n,不可能达到与旋转磁场的转速相等，即,异步电动机,如果:,无转子电动势和转子电流,转子与旋转磁场间没有相对运动，磁通不切,割转子导条,无转矩,因此，转子转速与旋转磁场转速间必须要有差别。,.,异步电动机运行中:,转子转速亦可由转差率求得,转差率,s,例1：,一台三相异步电动机，其额定转速,n,=,975 r/min,，电源频率,f,1,=,50 Hz,。试求电动机的极对数和额定负载下的转差率。,解：,根据异步电动机转子转速与旋转磁场同步转,速的关系可知：,n,0,=1000 r/min,即,p,=3,额定转差率为,.,3.3,三相异步电动机的电磁转矩,三相异步电动机的电磁关系与变压器类似。,变压器：,变化,e,U,1,E,1,=4.44,f N,1,E,2,=4.44,f N,2,E,1,、,E,2,频率相同，都等于电源频率。,异步电动机每相电路,i,1,u,1,e,1,e,1,e,2,e,2,i,2,+,+,+,+,+,f,1,f,2,.,3.3.1 定子电路,1,.,旋转磁场的磁通,异步电动机：,旋转磁场切割导体,e,，,U,1,E,1,=4.44,f,1,N,1,每极磁通,旋转磁场与定子导体间的相对速度为,n,0,，所以,2,.,定子感应电势的频率,f,1,感应电势的频率与磁场和导体间的相对速度有关,f,1,=电源频率,f,.,3.3.2 转子电路,1.转子感应电势频率,f,2,定子导体与旋转磁场间的相对速度固定，而转子,导体与旋转磁场间的相对速度随转子的转速不同而,变化,定子感应电势频率,f,1,转子感应电势频率,f,2,转子感应电势频率,f,2,旋转磁场切割定子导体和转子导体的速度不同,.,2.转子感应电动势,E,2,E,2,=4.44,f,2,N,2,=4.44,s f,1,N,2,当转速,n,=0(,s,=1)时，,f,2,最高，且,E,2,最大，有,E,20,=4.44,f,1,N,2,转子静止时,的感应电势,即,E,2,=,s E,20,转子转动时,的感应电势,3.转子感抗,X,2,当转速,n,=0(,s,=1)时，,f,2,最高，且,X,2,最大，有,X,20,=2,f,1,L,2,即,X,2,=,sX,20,.,4.转子电流,I,2,5.转子电路的功率因数 cos,2,转子绕组的感应电流,.,转子绕组的感应电流,转子电路的功率因数,结论：,转子转动时，转 子电路中的各量均与转,差率,s,有关，即与转速,n,有关。,I,2,cos,2,s,1,I,2,O,.,3.3.3 转矩公式,转子中各载流导体在旋转磁场的作用下,受到电磁力所形成的转矩之总和。,常数，与电,机结构有关,旋转磁场,每极磁通,转子电流,转子电路的,功率因数,.,由此得电磁转矩公式,由前面分析知：,.,由公式可知,电磁转矩公式,1.,M,与定子每相绕组电压 成正比。,U,1,M,2.当电源电压,U,1,一定时，,M,是,s,的函数。,3.,R,2,的大小对,M,有影响。绕线式异步电动机可外,接电阻来改变转子电阻,R,2,，从而改变转距。,.,3.4.1 机械特性曲线,O,M,S,根据转矩公式,得特性曲线：,O,M,1,3.4 三相异步电动机械特性转矩,.,电动机在额定负载时的转矩。,1,.,额定转矩,M,N,3.4.1 三个重要转矩,O,M,额定转矩,(N m),如某普通机床的主轴电机(Y132M-4型)的额定功率为7.5kw,额定转速为1440r/min,则额定转矩为,.,2,.,最大转矩,M,max,转子轴上机械负载转矩,M,2,不能大于,M,max,，否则将造成堵转(停车)。,电机带动最大负载的能力。,令：,求得,临界转差率,将,s,m,代入转矩公式，可得,.,当,U,1,一定时，,M,max,为定值,过载系数(能力),一般三相异步电动机的过载系数为,工作时必须使,M,2,M,2,电机能起动，否则不能起动。,O,M,M,st,起动能力,.,4.电动机的运行分析,电动机的电磁转矩可以随负载的变化而自动调,整，这种能力称为自适应负载能力。,自适应负载能力是电动机区别于其它动力机械,的重要特点（如：柴油机当负载增加时，必须由,操作者加大油门，才能带动新的负载）。,此过程中，,n,、,s,E,2,I,2,I,1,电源提供的功率自动增加。,M,2,s,M,2,M,M=M,2,n,M,M,2,达到新的平衡,M,2,常用特,性段,M,O,.,5.,U,1,和,R,2,变化对机械特性的影响,(1),U,1,变化对机械特性的影响,U,1,M,max,M,st,M,2,M,O,.,(2),R,2,变化对机械特性的影响,M,O,R,2,M,st,n,硬特性：,负载变化时，转速变化不大，运行特性好。,软特性：,负载增加时转速下降较快，但起动转矩大，起动特性好。,.,3.5,三相异步电动机的起动,起动性能,:,起动,问题：,起动电流大，起动转矩小,。,一般中小型鼠笼式电机起动电流为额定电流的5 7 倍;电动机的起动,转矩为额定转矩的(1.02.2)倍。,起动电流大的,原因：,起动：,n=,0，,s,=1,接通电源。,起动时，,n=,0，转子导体切割磁力线速度很大，,转子感应电势,转子电流,定子电流,起动电流、起动转矩,.,大电流在线路上造成较大的电压降，从而使负载端的电压降低,频繁起动时造成热量积累，使电机过热,后果：,起动转矩小的,原因：,刚起动时，虽然转子电流较大，但转子的功率因数cos,2,却很低，由,M=K,m,I,2,cos,2,可知起动转矩并不大。,后果：,如果起动转矩过小，就不能再满载下起动，应设法提高。一般机床的主电机都是空载起动，启动后再切削，对起动转矩没什么要求。,由上可知，异步电动机起动时主要缺点是起动电流较大。为了减小起动电流，必须采用适当的启动方法。,.,3.5.1,起动方法,(1)直接起动,直接起动不需要专门的设备，方法简单。但不是所有的电动机都可以直接起动的。,(2)降压起动：,星形-三角形(Y,),换接起动,自耦降压起动,（适用于鼠笼式电动机）,(3)转子串电阻或电抗器起动,（适用于绕线式电动机）,以下介绍降压起动和转子串电阻起动。,.,3.5.2 降压起动,(1),定子串联电阻或电抗降压,起动,M,3,3,R,S,Q,1,FU,Q,2,起动,运行,M,3,X,S,Q,1,FU,Q,2,3,.,设：电机每相阻抗为Z,(2)Y,换接起动,降压起动时的电流,为直接起动时的,+,起动,U,1,U,2,V,1,V,1,W,1,W,2,+,正常,运行,U,1,U,2,V,1,V,2,W,1,W,2,.,Y,起动器接线简图,3,U,N,Q,1,FU,Q,2,U,1,U,2,V,1,V,2,W,1,W,2,Q,2,3,U,N,Q,1,FU,U,1,U,2,V,1,V,2,W,1,W,2,起动,Y,起动,.,(a)仅适用于正常运行为三角形联结的电机。,(b),Y,起动,Y,换接起动适合于空载或轻载起动的场合,Y-,换接起动应注意的问题,正常,运行,U,l,U,1,W,2,V,2,W,1,+,U,2,V,1,U,P,起动,+,U,l,+,U,1,W,2,V,2,W,1,U,2,V,1,.,()自耦降压起动,L,1,L,3,L,2,FU,Q,Q,2,下合：,接入自耦变,压器，降压,起动。,Q,2,上合：,切除自耦变,压器，全压,工作。,合刀闸开关Q,Q,2,自耦降压起动适合于容量较大的或正常运行时,联成 Y形不能采用Y,起动的鼠笼式异步电动机。,.,R,R,R,滑环,电刷,定子,转子,起动时将适当的,R,串入转子电路中，起动后将,R,短路。,起动电阻,3.,5,.,3,绕线式电动机转子电路串电阻起动,.,若,R,2,选得,适当,，转子电路串电阻起动既可以降低起动电流，又可以增加起动转矩。,常用于要求起动转矩较大的生产机械上。,R,2,M,st,M,O,转子电路串电阻起动的特点,.,3.6.1 变频调速,(无级调速),f,=50Hz,逆变器,M,3,整流器,f,1,、,U,1,可调,+,频率调节范围：,0.5,几,百赫兹,三种电气,调速方法,3.6,三相异步电动机的调速,.,3.6.2 变极调速,(有级调速),变频调速方法可实现无级平滑调速,调速性,能优异，因而正获得越来越广泛的应用。,A,1,X,1,A,2,X,2,i,i,P,=2,A,1,A,2,X,1,X,2,N,N,S,S,.,A,1,X,1,A,2,X,2,i,i,P,=1,采用变极调速方法的电动机称作双速电机，,由于调速时其转速呈跳跃性变化，因而只用在对,调速性能要求不高的场合，如铣床、镗床、磨床,等机床上。,A,1,A,2,X,1,X,2,S,N,.,M,o,3.6.3 变转差率调速,(,无级调速),变转差率调速是绕线式电动机特有的一种调,速方法。其优点是调速平滑、设备简单投资少，,缺点是能耗较大。这种调速方式广泛应用于各种,提升、起重设备中。,n,n,M,L,M,L,s,s,M,s,o,.,3.7,三相异步电动机的制动,3.7.1,能耗制动,制动方法,机械制动,电气制动,能耗制动,反接制动,发电反馈制动,在断开三相电源的同时，给电动机其中两相,绕组通入直流电流，直流电流形成的固定磁场与,旋转的转子作用，产生了与转子旋转方向相反的,转距（制动转距），使转子迅速停止转动。,.,n,F,转子,M,n,0,=0,3.7.2,反接制动,停车时，将接入电动机的三相电源线中的任意两相对调，使电动机定子产生一个与转子转动方向相反的旋转磁场，从而获得所需的制动转矩，使转子迅速停止转动。,M,3,+,-,运转,制动,R,P,.,M,3,运转,制动,n,F,转子,M,n,0,3.7.3,发电反馈制动,当电动机转子的转速大于旋转磁场的转速,时，旋转磁场产生的电磁转距作用方向发生变,化，由驱动转距变为制动转距。电动机进入制,.,动状态，同时将外力作用于转子的能量转换成,电能回送给电网。,n,F,转子,M,n,0,n,n,0,.,3.8,三相异步电动机铭牌数据,1.型号,磁极数(,极对数,p,=2,),例如：,Y 132 M4,用以表明电动机的系列、几何尺寸和极数。,机座长度代号,机座中心高（mm）,三相异步电动机,教材表3.8.1中列出了各种电动机的系列代号。,.,异步电动机产品名称代号,产品名称,异步电动机,绕线式异步电动机,防爆型异步电动机,高起动转矩异步电动机,新代号,汉字意义,老代号,Y,异,异绕,异爆,异起,YR,YB,YQ,J、JO,JR、JRO,JB、JBO,JQ、JQO,.,2.接法,接线盒,定子三相绕组的联接方法,。通常,V,1,W,2,U,1,W,1,U,2,V,2,U,2,U,1,W,2,V,1,V,2,W,1,U,1,V,1,W,1,W,2,U,2,V,2,W,2,U,2,V,2,V,1,W,1,U,1,Y 联结,W,1,U,1,V,1,W,2,U,2,V,2,联结,.,3.电压,例如：380/220V、Y/,是指线电压为 380V 时,采用 Y,联结,；线电压为 220V 时采用,联结,。,说明：一般规定，电动机的运行电压不能高于或,低,于额定值的 5%。,电动机在额定运行时定子绕组上应加的线电,压,值,。,.,4.电流,例如：Y/,6.73 /11.64 A,表示星形,联结,下电机的线电流为 6.73A；三角形,联结,下线电流为 11.64A。两种接法下相电流均为 6.73A。,5.功率与效率,鼠笼电机,=7293,电动机在额定运行时定子绕组的,线电流值。,额定功率是指电机在额定运行时轴上输出的机,械功率,P,2,，它不等于从电源吸取的电功率,P,1,。,.,6.,额定转速,电机在额定电压、额定负载下运行时的转速。,如：,n,N,=,1440 转/分,s,N,=,0.04,8.,绝缘等级,指电机绝缘材料能够承受的极限温度等级，分,为A、E、B、F、H五级，A级最低(105C)，H级最高(180,C),。,.,例1,:,1),解:,一台Y225M-4型的三相异步电 动机，定子,绕组,型联结，其额定数据为：,P,2N,=45kW,n,N,=1480r/min，,U,N,=380V，,N,=92.3%，cos,N,=,0.88，,I,st,/,I,N,=7.0,M,st,/,M,N,=1.9，,M,max,/,M,N,=2.2，求：,1)额定电流,I,N,?2)额定转差率,s,N,?,3)额定转矩,M,N、,最大转矩,M,max、,和起动转矩,M,st,。,.,2）,由,n,N,=1480r/min，可知,p,=2,（四极电动机）,3）,.,解：,在,上例中(1)如果负载转矩为 510.2N,m,试问在,U,=,U,N,和U=0.9,U,N,两种情况下电动机能否起动？（2）采用Y-,换接起动时，求起动电流和起动转矩。又当负载转矩为起动转矩的80%和50%时，电动机能否起动？,(,1),在,U,=,U,N,时,M,st,=551.8N,m 510.2 N.m,不能起动,(,2),I,st,=7,I,N,=784.2=589.4 A,在,U,=0.9,U,N,时,能起动,例2:,.,在80%额定负载时,不能起动,在50%额定负载时,可以,起动,(3),.,