模块四三相异步电动机的概述及应用.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,*,退出,实用电工电子技术基础,模块四 三相异步电动机的概述及使用,课题,4.1,三相异步电动机的原理及特性,课题,4.2,三相异步电动机的使用及综合测试,课题,4.1,三相异步电动机的原理及特性,知识与技能要点,三相异步电动机的原理、结构与铭牌数据；,三相异步电动机转矩与机械特性。,电动机的分类：,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.,三相异步电动机的结构,（,1,）,定子,铁心：由内周有槽,的硅钢片叠成。,U,1,-U,2,V,1,-V,2,W1-,-W,2,三相绕组,机座：铸钢或铸铁,转子,:,在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电流。,（,2,）转子,鼠笼转子,铁心：,由外周有槽的硅钢片叠成。,鼠笼式转子,铁芯槽内放铜条，端,部用短路环形成一体。,或铸铝形成转子绕组。,绕线式转子,同定子绕组一样，也分为三相，并且接成星形。,鼠笼式,绕线式,鼠笼式电动机与绕线式电动机的的比较,：,鼠笼式：,结构简单、价格低廉、工作可靠；不能人为改变电动机的机械特性。,绕线式：,结构复杂、价格较贵、维护工作量大；转子,外加电阻可人为改变电动机的机械特性。,2.,三相异步电动机的工作原理,（,1,）旋转磁场,定子三相绕组通入三,相交流电,(,星形联接,),U,1,U,2,V,1,V,2,W,1,W,2,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。,U,1,V,2,W,1,V,1,W,2,U,2,(),电流出,(,),电流入,t,U1,U2,V2,W1,V1,W2,U1,U2,V2,W1,V1,W2,U1,U2,V2,W1,V1,W2,三相电流合成磁场 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,U1,U1,U2,W2,V1,W1,V2,U1,U1,U2,W2,V1,W1,V2,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,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,),U1,U2,W1,W2,V1,V2,0,t,o,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：,o,t,U1,U2,V1,V2,W1,W2,U1,U2,V2,W1,V1,W2,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。,W1,V2,U1,V1,W1,U2,V2,W2,U1,U2,V1,W2,U1,U2,V1,V2,W1,极对数,动画,旋转磁场的磁极对数,与三相绕组的排列有关,0,W1,V2,U1,V1,W1,U2,V2,W2,U1,U2,V1,W2,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,t,o,U1,U2,V2,W1,V1,W2,U1,U2,V2,W1,V1,W2,U1,U2,V2,W1,V1,W2,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,:,(2),转动原理,U1,U2,V2,W1,V1,W2,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,T,n,F,(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,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.,三相异步电动机铭牌数据,(1),型号,磁极数,(,极对数,p,=2,),例如：,V2 132 M,4,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,8.8.1,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,V2,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,V2,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,V2,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%,。因为在电动机满载或接近,满载情况下运行时，电压过高 或过低都会使,电动机的电流大于额定值,从而使电动机过热。,电动机在额定运行时定子绕组上应加的线电,压,值,。,三相异步电动机的额定电压有,380V,，,3000V,及,6000V,等多种。,(4),电流,例如：,V2/,6.73 /11.64 U1,表示星形,联结,下电机的线电流为,6.73U1,；三角形,联结,下线电流为,11.64U1,。两种接法下相电流均为,6.73U1,。,(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,。,注意：实用中应选,择容量合适的电机，防止出现 “大马拉,小车”的现象。,(6),功率因数,P,N,三相异步电动机的功率因数较低，在额定负载,时约为,0.7 0.9,。空载时功率因数很低，只有,0.2 0.3,。额定负载时，功率因数最高。,(7),额定转速,电机在额定电压、额定负载下运行时的转速。,P,2,cos,O,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,U1,、,E,、,B,、,F,、,H,五级，,U1,级最低,(105,C),，,H,级最高,(180,C),。,4.,三相异步电动机的电磁转矩与机械特性,(1),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,由电动机电路,分析知：,由公式可知,电磁转矩公式,1,）,T,与定子每相绕组电压 成正比。,U,1,T,2,）当电源电压,U,1,一定时，,T,是,s,的函数。,3,）,R,2,的大小对,T,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。,（,2,）机械特性曲线,O,T,S,根据转矩公式,得特性曲线：,O,T,1,电动机在额定负载时的转矩。,额定转矩,T,N,三个重要转矩,O,T,额定转矩,(N m),如某普通机床的主轴电机,(V2132M-4,型,),的额定功率为,7.5kw,额定转速为,1440r/min,则额定转矩为,最大转矩,T,mU1x,转子轴上机械负载转矩,T,2,不能大于,T,mU1x,，,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,O,T,T,mU1x,将,s,m,代入转矩公式，可得,当,U,1,一定时，,T,mU1x,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,T,2,T,2,电机能起动，否则不能起动。,O,T,T,st,起动能力,（,3,）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。,T,2,s,T,2,T,T=T,2,n,T,T,2,达到新的平衡,T,2,常用特,性段,T,O,例,1,:,1),解,:,一台,V2225M-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,T,st,/,T,N,=1.9,，,T,mU1x,/,T,N,=2.2,，,求：,1),额定电流,I,N,?2),额定转差率,s,N,?,3),额定转矩,T,N,、,最大转矩,T,mU1x,、,和起动转矩,T,N,。,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,T,st,=551.8N,m 510.2 N.m,不能起动,(,2),I,st,=7,I,N,=784.2=589.4 U1,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),课题,4.2,三相异步电动机的使用及综合测试,知识与技能要点,三相异步电动机的起动、调速和制动,1.,三相异步电动机的起动,直接起动,二、三十千瓦以下的异步电动机一般都采用直接起动。,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）,转子串电阻起动,（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。,（,1,）起动方法,设：电机每相阻抗为,降压起动,(1)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,仅适用于正常运行为三角形联结的电机。,(b),V2,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,(2),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,V2,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,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,T,st,T,O,转子电路串电阻起动的特点,（,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,+,变频调速方法,恒转距调速（,f,1,f,1N,）,频率调节范围：,0.5,几,百赫兹,三种电气,调速方法,2.,三相异步电动机的调速,（,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。,U1,1,U2,1,U1,2,U2,2,i,i,P,=2,U1,1,U1,2,U2,1,U2,2,N,N,S,S,U1,1,U2,1,U1,2,U2,2,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。,U1,1,U1,2,U2,1,U2,2,S,N,T,o,（,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,T,L,T,L,s,s,T,s,o,方法：任意调换电源的两根进线，电动机反转。,电动机,正转,电动机,反转,（,1,）三相异步电动机的正、反转,电 源,U,V,W,M,3,U,V,W,电 源,M,3,3.,三相异步电动机的反转与制动,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。,(2),三相异步电动机的制动,n,F,转子,T,n,0,=0,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,T,n,0,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,T,n,0,n,n,0,技能训练,学习鼠笼式异步电动机的正确接线以及起动、反转的操作方法,本模块学习结束。,Goodbye!,