电机维修与拆装技术.ppt

LOGO,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,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,*,电机维修与拆装技术,主编 何军,电子工业出版社,电机与维修概述,电机类型,电机常用的分类方式有两种：一是按功能分，有发电机、,电动机、变压器和控制电机四大类；二是按电机结构或转速分，,有变压器和旋转电机。,两种方法归纳如下：,电机,变压器,直流电机,直流电动机,直流发电机,交流电机,同步电机,异步电机,同步发电机,同步电动机,异步发电机,异步电动机,控制电机,绪 论,电机及拖动是一门理论性很强的专业技术课，涉及的基础理论和实际知识面广，是电磁学、动力学等学科知识的综,合。用理论分析电机及维修的实际问题时，必须结合电机的,具体结构，采用工程观点和分析方法。掌握基本理论的同时,，还要注意培养实践操作技能和计算方法。,课程的特点及学习方法,为了学好本门课程，必须做到以下几点：,1,、抓主要矛盾，有条件地略去一些次要因素；,2,、抓住重点，牢固掌握基本概念、基本原理和主要特性；,3,、要有良好的学习方法，运用对比或比较的方法，分析电机的共性和特点，加深对原理和性能的理解；,4,、理论联系实际，重视科学实验和工程实践；,5,、充分预习和复习。,绪 论,1,.1,变压器的基本工作原理和结构,1,.2,单相变压器的空载运行,1,.3,单相变压器的负载运行,1,.,4,变压器的参数测定,1,.5,三相变压器,1.6,变压器的运行特性,变压器是一种静止电器,它通过线圈间的电磁感应,将一种电压等级的交流电能转换成同频率的另一种电压等级的交流电能,.,1,.7,变压器的并联运行,第一章 变压器,.8,其它变压器,连接发电机与电网的升压变压器,连接发电机的封闭母线,与电网相连的高压出线端,三相干式变压器,接触调压器,电源变压器,环形变压器,控制变压器,1,.,1,.,1,变压器的基本结构,铁心,绕组,其他部件,变压器的基本结构,1.1,变压器的基本工作原理和结构,1.,铁心,铁心由,心柱,和,铁轭,两部分组成。,心柱用来套装绕组，铁轭将心柱连接起来，使之形成闭合磁路。为减少铁心损耗，铁心用厚的硅钢片叠成，片上涂以绝缘漆，以避免片间短路。,按照铁心的结构，变压器可分为心式和壳式两种,。,心式变压器,:,结构,心柱被绕组所包围，如,图,11,所示。,特点,心式结构的绕组和绝缘装配比较容易，所以电力变压器常常采用这种结构。,壳式变压器,:,结构,铁心包围绕组的顶面、底面和侧面，,如,图,12,所示。,特点,壳式变压器的机械强度较好，常用于低,电压、大电流的变压器或小容量电讯变压器。,2.,绕组,定义,变压器的电路部分，用纸包或纱包的绝缘扁线或圆线（铜或铝）绕成。,一次绕组,:,输入电能的绕组。,二次绕组,:,输出电能的绕组,。,高压绕组的匝数多,导线细；低压绕组的匝数少，导线粗。,从高,低压绕组的相对位置来看,变压器的绕组可分为同心式和交迭式。,同心式,结构,同心式绕组的高、低压绕组同心地套装在心柱上。,特点,同心式绕组结构简单、制造方便，国产电力变压器均采用这种结构。,交迭式,结构,交迭式绕组的高、低压绕组沿心柱高度方向互相交迭地放置。,交迭式绕组用于特种变压器中。,特点,3.,其他部件,油箱,变压器油,典型的油浸电力变压器,散热器,绝缘套管,分接开关,继电保护装置等部件,1,.1.2,基本工作原理和分类,一、基本工作原理,变压器的主要部件是铁心和套在铁心上的两个绕组。两绕组只有磁耦合没电联系。在一次绕组中加上交变电压，产生交链一、二次绕组的交变磁通，在两绕组中分别感应电动势。,只要一、二次绕组的匝数不同，就能达到改变交流电压的目的。,二、分类,按用途分：电力变压器和特种变压器。,按绕组数目分：单绕组（自耦）变压器、双绕组变压器、三绕组变压器和多绕组变压器。,按相数分：单相变压器、三相变压器和多相变压器。,按铁心结构分：心式变压器和壳式变压器。,按调压方式分：无励磁调压变压器和有载调压变压器。,按冷却介质和冷却方式分：干式变压器、油浸式变压器和充气式变压器。,1,.,1,.,3,型号与额定值,一、型号,型号表示一台变压器的结构、额定容量、电压等级、冷却方式等内容，表示方法为,如,OSFPSZ-250000/220,表明自耦三相强迫油循环风冷三绕组铜线有载调压，额定容量,250000kVA,，高压额定电压,220kV,电力变压器。,二、额定值,此外，额定值还有额定频率、效率、温升等。,指长期运行时所能承受的工作电压,指铭牌规定的额定使用条件下所能输出的视在功率。,指在额定容量下，允许长期通过的额定电流。在三相变压器中指的是线电流,.2.1,电磁关系,一、空载运行时的物理情况,.2,单相变压器的空载运行,主磁通与漏磁通的区别,二、各电磁量参考方向的规定,强调,：磁通与产生它的电流之间符合右手螺旋定则；电动势与感应它的磁通之间符合右手螺旋定则。,1,）性质上：,0,与,1,成非线性关系；,I,0,与,1,成线性关系；,2,）数量上：,0,占,99%,以上，,1,仅占,1%,以下；,3,）作用上：,0,起传递能量的作用，,1,起漏抗压降作用。,三、感应电动势分析,1,、,主磁通感应的电动势,主电动势,设,则,有效值,相量,同理，二次主电动势也有同样的结论。,可见，当主磁通按正弦规律变化时，所产生的一次主电动势也按正弦规律变化，时间相位上滞后主磁通,90,0,。主电动势的大小与电源频率、绕组匝数及主磁通的最大值成正比。,2,、,漏磁通感应的电动势,漏电动势,漏电动势也可以用漏抗压降来表示，即,根据主电动势的分析方法，同样有,由于漏磁通主要经过非铁磁路径,磁路不饱和,故磁阻很大且为常数,所以漏电抗,X,1,很小且为常数,它不随电源电压负载情况而变。,21,.2.2,空载电流和空载损耗,一、空载电流,1,、,组成与作用,2,、性质和大小,性质：由于空载电流的无功分量远大于有功分量，所以空载电流主要是感性无功性质,也称励磁电流；,空载电流,I,0,包含两个分量，,一个是励磁分量，作用是建立磁场，产生主磁通,无功分量,I,0Q,；另一个是铁损耗分量，作用是供变压器铁心损耗,有功分量,I,0P,。,大小：与电源电压和频率、线圈匝数、磁路材质及几何尺寸有关，用空载电流百分数,I,0,%,来表示：,二、空载损耗,空载损耗约占额定容量的,0.2%1%,，而且随变压器容量的增大而下降。,为减少空载损耗，改进方法是采用优质铁磁材料：优质硅钢片、激光化硅钢片或应用非晶态合金。,变压器空载时，一次侧从电源吸收少量的有功功率,P,0,，用来供给铁损,P,Fe,和绕组铜损,I,0,2,R,1,。由于,I,0,和,R,1,均很小，所以,P,0,P,Fe,，即空载损耗近似等于铁损。,三、变压比,23,四、等效电路,一次侧的电动势平衡方程为,基于 表示法，感应的 也用电抗压降表示，由于 在铁心中引起 ，所以还要引入一个电阻 ，用 等效 ，即,所以,空载时等效电路为,m,m,m,Z,X,R,由于磁路具有饱和特性，所以 不是常数，随磁路饱和程度增大而减小。,为励磁电阻、,励磁电抗、励磁阻抗。,由于 ，所以有时忽略漏阻抗，空载等效电路只是一个 元件的电路。在 一定的情况下，大小取决于 的大小。从运行角度讲，希望 越小越好，所以变压器常采用高导磁材料，增大 ，减小 ，提高运行效率和功率因数。,.3,单相变压器的负载运行,1.3.1,负载运行时的电磁关系,变压器一次侧接在额定频率、额定电压的交流电源上，二次接上负载的运行状态，称为,负载运行,。,空载时,由一次磁通势 产生主磁通,负载时,产生 的磁通势为一、二次的合成磁通势 。由于 的大小取决于 ，只要 保持不变，由空载到负载，基本不变，因此有磁通势平衡方程,或,用电流形式表示,表明,:,变压器的负载电流分成两个分量,一个是励磁电流,用来产生主磁通,另一个是负载分量,用来抵消二次磁动势的作用。电磁关系将一、二次联系起来,二次电流增加或减少必然引起一次电流的增加或减少。,1.3.2,能量传输,负载运行时,忽略空载电流有,:,表明，一、二次电流比近似与匝数成反比。可见，匝数不同，不仅能变电压，同时也能变电流。,因为,即变压器还可改变阻抗,1.3.3,折算,折算：将变压器的二次（或一次）绕组用另一个绕组来等效，同时对该绕组的电磁量作相应的变换，以保持两侧的电磁关系不变。,目的：用一个等效的电路代替实际的变压器。,折算原则：,1,）,保持二次侧磁通势不变；,2,）保持二次侧各功率或损耗不变。,方法：（将二次侧折算到一次侧,）,折算后的方程式及等效电路,根据折算后的方程，可以作出变压器的,等效电路,。,T,型等效电路,近似等效电路,简化等效电路,其中,k,k,k,k,k,jX,R,Z,X,X,X,R,R,R,+,=,+,=,+,=,2,1,2,1,为短路电阻；,为短路电抗；,为短路阻抗。,由简化等效电路可知，短路阻抗起限制短路电流的作用，由于短路阻抗值很小，所以变压器的短路电流值较大，一般可达额定电流的,1020,倍。,.,4,变压器的参数测定,一、空载实验,1,、目的,：通过测量空载电流和一、二次电压及空载功率来计算变比、空载电流百分数、铁损和励磁阻抗。,2,、接线图,W,A,V,V,*,*,5,）空载电流和空载功率必须是额定电压时的值，并以此求取励磁参数；,6,）若要得到高压侧参数，须折算；,7,）对三相变压器，各公式中的电压、电流和功率均为相值；,4,）求出参数,3,、要求及分析,1,）低压侧加电压，高压侧开路,；,和,测出,向调节,范围内单方,在,电压,。,2,.,1,0,),2,0,0,20,1,P,I,U,U,U,N,二、短路实验,1,、目的,：,通过测量短路电流、短路电压及短路功率来计算变压器的短路电压百分数、铜损和短路阻抗。,2,、接线图,3,、要求及分析,1,）高压侧加电压，低压侧短路,；,W,A,V,*,*,3,）同时记录实验室的室温；,4,）由于外加电压很小，主磁通很少，铁损耗很少，忽略铁损，认为,。,5,）参数计算,6,）温度折算：电阻应换算到基准工作温度时的数值。,）,对三相变压器，各公式中的电压、电流和功率均为相值。,4,、短路电压,：,当短路电流为额定值时一次所加的电压，称为短路电压，记作,短路电压常用百分值表示,：,短路电压的大小直接反映短路阻抗的大小，而短路阻抗又直接影响变压器的运行性能。,从正常运行角度看，希望它小些，这样可使副边电压随负载波动小些；从限制短路电流角度，希望它大些,相应的短路电流就小些。,.,5,三相变压器,.5.1,磁路系统,一、组式磁路变压器,二、心式磁路变压器,特点是：三相磁路彼此无关联。,特点是：三相磁路彼此有关联。,.5.2,电路系统,一、变压器的端头标号,绕组名称,单相变压器,三相变压器,中性点,首端,末端,首端,末端,高压绕组,U,1,U,2,U,1,、,V,1,、,W,1,U,2,、,V,2,、,W,2,N,低压绕组,u,1,u,2,u,1,、,v,1,、,w,1,u,2,、,v,2,、,w,2,n,中压绕组,U,1m,U,2m,U,1m,、,V,1m,、,W,1m,U,2m,、,V,2m,、,W,2m,N,m,二、单相变压器的极性,*,*,一、二次绕组的同极性端同标志时，一、二次绕组的电动势同相位。,*,*,*,*,*,*,一、二次绕组的同极性端异标志时，一、二次绕组的电动势反相位。,三、三相变压器的联接组别,联接组别：反映三相变压器连接方式及一、二次线电动势（或线电压）的相位关系。,三相变压器的联接组别不仅与绕组的绕向和首末端标志有关，而且还与三相绕组的连接方式有关。,理论和实践证明，无论采用怎样的连接方式，一、二次侧线电动势（线电压）的相位差总是,30,0,的整数倍。因此可以采用时钟表示法,作为时钟的分针，指向,12,点，作为时钟的时针，其指向的数字就是三相变压器的组别号。组别号的数字乘以,30,0,，就是二次绕组的线电动势滞后于一次侧电动势的相位角。,拓展应用：,如果绕组首端与同名端不属同一端，则在原来 联结组号上加,6,。,如果相序右移一个，则在原来 联结组号上加,4,。,.,6,变压器的运行特性,.,6,.,电压变化率,用相量图可以推导出电压变化率的表达式：,定义：是指一次侧加,50Hz,额定电压、二次空载电压与带负载后在某功率因数下的二次电压之差，与二次额定电压的比值，即,电压变化率是表征变压器运行性能的重要指标之一,它大小反映了供电电压的稳定性。,式中,称为负载系数,由表达式可知，电压变化率的大小与负载大小、性质及变压器的本身参数有关。,1.0,0,1.0,为了保证二次端电压在允许范围之内,通常在变压器的高压侧设置抽头,并装设分接开关,调节变压器高压绕组的工作匝数,来调节变压器的二次电压。,.6.2,电压调整,分接开关有两种形式：一种只能在断电情况下进行调节，称为无载分接开关,-,这种调压方式称为无励磁调压；另一种可以在带负荷的情况下进行调节，称为有载分接开关,-,这种调压方式称为有载调压。,中、小型电力变压器一般有三个分接头，记作,U,N,5%,。大型电力变压器采用五个或多个分接头,例,U,N,2x2.5%,或,U,N,8x1.5%,。,.6.3,损耗、效率及效率特性,铁损耗与外加电压大小有关，而与负载大小基本无关，故也称为,不变损耗,。,一、变压器的损耗,铜损耗也分基本铜损耗和附加铜损耗。基本铜损耗是在电流在一、二次绕组直流电阻上的损耗；附加损耗包括因集肤效应引起的损耗以及漏磁场在结构部件中引起的涡流损耗等。,变压器的损耗主要是,铁损耗,和,铜损耗,两种。,铁损耗包括基本铁损耗和附加铁损耗。基本铁损耗为磁滞损耗和涡流损耗。附加损耗包括由铁心叠片间绝缘损伤引起的局部涡流损耗、主磁通在结构部件中引起的涡流损耗等。,铜损耗大小与负载电流平方成正比，故也称为,可变损耗,。,二、效率及效率特性,效率是指变压器的输出功率与输入功率的比值。,效率大小反映变压器运行的经济性能的好坏，是表征变压器运行性能的重要指标之一。,变压器效率的大小与负载的大小、功率因数及变压器本身参数有关。,效率特性：在功率因数一定时，变压器的效率与负载电流之间的关系,=f(),称为变压器的,效率特性,。,当铜损耗等于铁损耗,(,可变损耗等于不变损耗,),时,变压器效率最大,：,为了提高变压器的运行效益，设计时应使变压器的铁损耗小些。,.7,变压器的并联运行,并联运行的理想条件,并联运行的优点,：,并联运行是指将几台变压器的一、二次绕组分别接在一、二次侧的公共母线上，共同向负载供电的运行方式。,并联运行的理想情况是：,为了达到上述理想运行情况，并联运行的变压器需满足以下条件：,1,、各变压器一、二次侧的额定电压分别相等，即变比相同；,2,、各变压器的连接组别相同；,3,、,各变压器的短路阻抗（短路电压）的相对值相等，且短路阻抗角也相等。,1,、空载时各变压器绕组之间无环流；,2,、负载后，各变压器的负载系数相等；,3,、负载后，各变压器的负载电流与总的负载电流同相位。,1,、提高供电的可靠性；,2,、提高供电的经济性。,一、变比不等时并联运行,当变压器的变比不等时，在空载时，环流,c,就存在。变比差越大，环流越大。由于变压器的短路阻抗很小，即使变比差很小，也会产生很大的环流。环流的存在，既占用了变压器的容量，又增加了变压器的损耗，这是很不利的。,为了保证空载时环流不超过额定电流的,10%,，通常规定并联运行的变压器的变比差不大于,1%,。,二、联结组别不同时并联运行,联结组别不同时，二次侧线电压之间至少相差,30,0,，则二次线电压差为线电压的,51.8%,，由于变压器的短路阻抗很小,这么大的电压差将产生几倍于额定电流的空载环流，会烧毁绕组，所联结组别不同绝不允许并联。,三、短路阻抗相对值不等时并联运行,各台变压器所分担的负载大小与其短路阻抗相对值成反比。,为了充分应用变压器的容量，理想的负载分配，应使各台变压器的负载系数相等，而且短路阻抗相对值相等。,为了使各台变压器所承担的电流同相位，要求各变压器的短路阻抗角相等。一般来说，变压器容量相差越大，短路阻抗角相差也越大，因此要求并联运行的变压器的最大容量之比不超过,3,：,1,。,变压器运行规程规定：在任何一台变压器不过负荷的情况下，,变比不同和短路阻抗相对值不等的变压器可以并联运行。又规,定：阻抗相对值不等的变压器并联运行时，应适当提高短路阻,抗相对值大的变压器的二次电压，以使并联运行的变压器的容量,均能充分利用。,1.8.1,仪用互感器,一、电流互感器,原绕组线径较粗，匝数很少，与被测电路负载串联；副绕组线径较细，匝数很多，与电流表及功率表、电度表、继电器的电流线圈串联。用于将大电流变换为小电流。,规格规定：电流互感器,I,2N,=5A,或,1A,；电压互感器,U,2N,=100V,。,仪用互感器分电流互感器和电压互感器两种。使用互感器的目的：将高电压、大电流变换成低电压、小电流，供测量和继电保护用。,使用注意事项,(1),、二次侧绝对不许开路。副边开路时铁心过热，烧坏绕组；,U,2,很高，绝缘击穿，危及工作人员和其他设备的安全。,(2),、二次绕组连同铁心必须可靠接地。,(3),、二次绕组串联的负载阻抗值不可超过额定值。,二、电压互感器,电压互感器的原绕组匝数很多，并联于待测电路两端；副绕组匝数较少，与电压表及电度表、功率表、继电器的电压线圈并联。用于将高电压变换成低电压。,使用注意事项,（,1,）、二次绕组可靠接地。,（,2,）、二次绕组不允许短接。,（,3,）、二次绕组并联负载阻抗不可过小。,1.8.2,自耦变压器,传导功率不需增加绕组容量。,一、用途与结构特点,1,、用途：作联络变压器用，用来连接两个电压等级相近的电力网；实验室常采用自耦调压器得到可变电压；自耦变压器还作为异步电动机的起动补偿器。,2,、结构特点：一、二次绕组之间不但有磁的联系，还有电的联系。,二、容量关系,输出容量,S,2,=U,2,I,2,=U,2,（,I+I,1,）,=U,2,I +U,2,I,1,，,（电磁功率）,（传导功率）,三、自耦变压器的主要优、缺点,优点：,（,1,）因绕组容量小于额定容量，所以省材料、成本低。,（,2,）铜耗、铁耗相对少，运行效率高。,（,3,）体积小、重量轻，方便运输、安装。,缺点：,（,1,）短路阻抗相对值大，短路电流较大。,（,2,）由于一、二次侧有电的联系，一、二次侧都需装设避雷器。,（,3,）中性点必须可靠接地。,1.8.3,电焊变压器,一、要求,1,、应具有,6070V,的空载电压，以保证容易起弧；,2,、应具有迅速下降的外特性，以适应电弧的特性要求；,3,、工作时常处于短路状态，短路电流不能过大，一般不超过额定电流的两倍；,4,、为了适应不同焊条和焊件，要求能够调节焊接电流的大小。,二、常用类型,1,、带电抗器的,由弧焊变压器和串联的可变电抗器组成。当可变电抗器的气隙增大时，电抗器的电抗减小，焊接电流增大；当气隙减小时，电抗增大，焊接电流减小。,2,、磁分路的,它在一次绕组和二次绕组的两个铁心柱之间，安装了一个磁分路动铁心。移入动铁心，漏电抗增大，焊接电流减小；移出动铁心，漏电抗减小，焊接电流增大。,变压器的负载运行,e,1,e,2,第,二,章,异步电动机结构与工作原理,2.1,异步电动机的结构和工作原理,异步电动机的运行分析,三相异步电动机的工作特性及机械特性,三相异步电动机的定子绕组,2.1,异步电动机的结构和工作原理,2.1.1,异步电动机的主要用途和分类,一、异步电机主要用途,异步电动机的,缺点,:,功率因数较差。异步电动机运行时，必,须从电网里吸收滞后性的无功功率，它的功率因数总是小于。,异步电动机的,优点,:,结构,简单、容易制造、价格低廉、运行,可靠、坚固耐用、运行效率较高和具有适用的工作特征。,主要用作电动机，去拖动各种生产机械,二、异步电动机的种类很多，从不同角度看，有不同的分类法,（,1,）按定子相数分有 单相异步电动机；两相异步电动机；三相异步电动机。,（,2,）按转子结构分有 绕线式异步电动机；鼠笼式异步电动机。后者又包括单鼠笼异步电动机、双鼠笼异步电动机和深槽式异步电动机。,此外，根据电机定子绕组上所加电压的大小，又有高压异步电动机、低压异步电动机之分。从其它角度看，还有高起动转矩异步电机、高转差率异步电机、高转速异步电机等等。,三相异步电动机,定子绕组,定子铁心,转子,机座,笼 型,结构,转子铁心,转轴,转子绕组,绕线型,结构,定子,2.1.2,异步电动机的主要结构,1,、,定子铁心,：是电动机磁路的一部分，装在机座里。,为了降低定子铁心里的铁损耗，定子铁心用用厚,的硅钢片叠压而成的，在硅钢片的两面还应涂上绝缘漆。,2,、,定子绕组,：高压大、中型容量的异步电动机定子绕,组常采用,Y,接，只有三根引出线，如图,(,a,),所示。对中、,小容量低压异步电动机，通常把定子三相绕组的六根出,线头都引出来，根据需要可接成,Y,形或形，如图,(,b,),所,示。定子绕组用绝缘的铜（或铝）导线绕成，嵌在定子,槽内。,一、异步电动机的定子,：,异步电动机的定子是由机座、定子铁心和定子绕,组三个部分组成的。,3,、,机座,：主要是为了固定与支撑定子铁心。如果是端盖轴承电机，还要支撑电机的转子部分。因此，机座应有足够的机械强度和刚度。对中、小型异步电动机，通常用铸铁机座。对大型电机，一般采用钢板焊接的机座，整个机座和座式轴承都固定在同一个底板上。,1,）笼型转子：笼型绕组是一个自己短路的绕组。在转子的每个槽里放上一根导体，在铁心的两端用端环连接起来，形成一个短路的绕组。如果把转子铁心拿掉，则可看出，剩下来的绕组形状像个松鼠笼子，因此又叫鼠笼转子。导条的材料有用铜的，也有用铝的。,二、气隙：,异步电动机的气隙比同容量直流电动机的气隙小得多，在中、小型异步电动机中，气隙一般为左右。,三、异步电动机的转子：,异步电动机的转子是由转子铁心、转子绕组和转轴组成的。,1,、,转子铁心,：是电动机磁路的一部分，它用厚的硅钢,片叠压而成。铁心固定在转轴或转子支架上，整个转子的外,表呈圆柱形。,2,、,转子绕组,：分为笼型和绕线型两类。,2,）绕线型转子：绕线型转子的槽内嵌放有用绝缘导线组成,的三相绕组，一般都联接成,Y,形。转子绕组的三条引线分别,接到三个滑环上，用一套电刷装置引出来，如图所示。这就,可以把外接电阻串联到转子绕组回路里去，以改善电动机的,启动性能或调节电动机的转速。,3,、,转轴,三相异步电动机的铭牌上标明电机的型号、额定数据等。,一、异步电动机的型号,：,Y 100 L 1 2,铁心长度代号,机座中心高,2.1.3,异步电动机的铭牌数据,机座长度代号,极数,三相异步电动机,、额定功率因数 指电动机带额定负载时，定子电路的功率因数。,二、异步电动机的额定值,：,、额定功率,P,N,指电动机在额定运行时轴上输出的机械功,率，单位是,KW,。,、额定电压,U,N,指额定运行状态下加在定子绕组上的线电,压，单位为,V,。,、额定电流,I,N,指电动机在定子绕组上加额定电压、轴上,输出额定功率时，定子绕组中的线电流，单位为,A,。,、额定频率,f,指我国规定工业用电的频率是,50Hz,。,、额定转速,n,N,指电动机定子加额定频率的额定电压，且,轴端输出额定功率时电机的转速，单位为,r/min,。,2.1.,三相异步电动机的工作原理,机械能输出,转轴旋转,转轴受电磁转矩作用,转子绕组受,电磁力作用,转子绕组处于磁场中,转子绕组与磁场有相对运动,启动瞬间转子静止,产生,旋转磁场,三相对称定子绕组,定子绕组中有三,相对称交流电流,定子绕组输入三,相对称交流电能,1,、工作原理,转子绕组是封闭绕组,当三相电流随时间不断变化时，合成磁场也在不断旋转，故称,旋转磁场。,3,旋转磁场的旋转方向,A,相绕组内的电流超前,B,相绕组内的电流,120,，而,B,相绕组内的电流又超前,C,相绕组内的电流,120,，,当三相交流电的,UVW,，旋转磁场的旋转方向为从,UVW,，即向顺时针方向旋转。,要改变旋转磁场的旋转方向，只要把定子绕组所接电源的三根导线中的任意两根对调即可。（三相异步电动机反转方法）,2,定子旋转磁场,4,.,旋转磁场的旋转速度,在交流电动机中，旋转磁场相对定子的旋转速度被称为同步转速，用,n,1,表示。,所以，旋转磁场的旋转速度与电流的频率成正比而与,磁级对数成反比。,5,.,转,差率,S,由工作原理可知：转子的转速,n,（电动机的转速）恒比旋转磁场的旋转速度,n,1,（同步速度）要小。因为如果两种转速相等时，转子和旋转磁场没有,相对运动,，转子导体不切割磁力线，因此，不能产生电磁转矩，转子将不能继续旋转。因此，转子与旋转磁场之间的转速差是保证转子转速的主要因素，也是,异步电动机,的由来。,定义：转速差,(,n,1,-,n,),与同步转速,n,1,的比值称为异步电动机的转差率，用表示,S,，即,转差率,S,是分析异步电动机运行特性的主要参数。,异步电动机的三种运行状态,根据转差率的大小和正负,异步电机有三种运行状态,机械能转变为电能,电能和机械能变成内能,电能转变为机械能,能量关系,制动,制动,驱动,电磁转矩,转差率,转速,外力使电机快速旋转,外力使电机沿磁场反方向旋转,定子绕组接对称,状态,电动,电磁制动,发电,实现,交流异步电动机的定子绕组,每极每相槽数,q,：整数槽、分数槽,2.2.1,交流绕组的基本知识,一、交流绕组的分类,按相数分为：单相、三相、多相,按槽内层数分为：单层（同心式、链式、交叉式）、双层 （叠绕组、波绕组）、单双层,二、基本概念,1.,极距,：,2.,线圈节距,y,：,3.,槽距角,（电角度）：,整距,y=,；短距,y,。,6.,并联支路数,a,9.,极相组数,=,线圈个数,/q,计量电磁关系的角度称为电角度（电气角度）。电机圆周在几何上占有角度为,360,，称为机械角度。而从电磁方面看，一对磁极占有空间电角度为,360,。一般而言，对于,p,对极电机，电角度,=p,机械角度。,4.,每极每相槽数,q:,5.,电角度,=p,360=p,机械角度,7.,相带：,60,度相带,:,将一个磁极分成,m,份，,每份所占电角度,120,度相带,:,将一对磁极分成,m,份，,每份所占电角度,8.,极相组,:,将一个磁极下属于同一相（即一个相带）的,q,个线圈，,按照一定方式串联成一组，称为极相组（又称为线圈组）。,一、单层链式绕组,由形状、几何尺寸和节距相同的线圈连接而成，整个外形如长链。,每个线圈节距相等并且制造方便；线圈端部连线较短并且省铜。主要用于,q=2,的,4,、,6,、,8,极小型三相异步电动机。,2.2.2,三相单层绕组,二、单层同心式绕组,几个几何尺寸和节距不等的线圈连成同心形状的线圈组构成。,同心式绕组端部连线较长，适用于,q=4,、,6,、,8,等偶数的,2,极小型三相异步电动机。,三、单层交叉式绕组,由线圈数和节距不相同的两种线圈组构成，同一组线圈的形状、几何尺寸和节距均相同，各线圈组的端部互相交叉。,交叉式绕组由两大一小线圈交叉布置。线圈端部连线较短，有利于节省材料，并且省铜。广泛用于,q1,的且为奇数的小型三相异步电动机,。,2.2.3,三相双层绕组,一、特点,：,每个槽内放置上下两个线圈边,线圈个数等于槽数,端部排列整齐，利于散热机械强度高,二、优点：,可采用短距，改善电动势、磁动势的波形,线圈尺寸相同，便于绕制,三、分类,叠绕组,相邻两个串联绕组中，后一个绕组叠加在前,一个线圈上,波绕组,两个相连接的线圈成波浪式前进,常用的浇浸工艺方法为：,（3）中性点必须可靠接地。,(6)旋紧压紧螺丝.,=U(I+If)+Ia2Ra=UI+UIf+Ia2Ra,当三相电流随时间不断变化时，合成磁场也在不断旋转，故称旋转磁场。,将电机定子绕组按一定的接线方式连接，再给线圈中通入电流，利用绕组本身的铜耗发热进行烘烤干燥。,定子绕组的故障是多种多样的，其产生的原因也各不相同。,由于 ，因此空载特性实质上就是 。,一、接通电源后不启动，无异常响声,一、定期小修期限和项目,（2）铜耗、铁耗相对少，运行效率高。,将异步电动机空载运行，用电流表测量三相电流。,常用的浇浸工艺方法为：,卸下底脚螺母、弹簧垫圈和平垫片;,当 下降到一定程度时，使得 ，此时 ，发电机输出的电功率 ，原动机输入的机械功率仅仅用来补偿电机的空载损耗。,为了使各台变压器所承担的电流同相位，要求各变压器的短路阻抗角相等。,另一个是铁损耗分量，作用是供变压器铁心损耗有功分量I0P。,叠绕组展开图,2.3,异步电动机的运行分析,三相异步电动机运行的基本情况,一、主磁路、主磁通和漏磁通：,漏磁通,：只交链定子绕组就形成闭合回路，用 表示,。,只交链转子绕组就形成闭合回路，用 表示,。,定、转子漏磁通包括：各自的槽漏磁通、绕组端部漏磁通,及高次谐波磁势引起的谐波漏磁通。,主磁通,：同时交链定子、转子、气隙构成闭合回路的,磁通，气隙里每极主磁通量用,m,表示；,主磁路：主磁通经过的路径,二、转子绕组的极数,绕线式：与制造时的极数相同，即制造好后不能改变。,笼式：它的极数完全取决于定子磁场的极数，即总是和定子绕组的极数相同。,2.3.,异步电动机的运行分析,一、空载运行分析,空载电流：电动机空载时的定子电流称为空载电流,包括有功分量,和无功分量,。,主要用来提,供空载时定子的铁耗，,用来产生主磁通，由于,。,可认为,，即空载电流为励磁电流。,二、负载运行分析,转子磁场：,定、转子磁场不仅方向相同，还大小相等。因此它们,在空间保持相对静止，没有相对运动。,既然它们是同步旋转，又作用在同一个磁路上，把它们按向量的关系加起来，得到合成的磁动势用 表示。即,:,这个合成的旋转磁通势 ，才是产生气隙每极主磁,通 的磁通势。主磁通 在定、转子相绕组里感应电动势,和 。,由于,而,1,f,1,N,1,kw,1,m,U,1,不变，,三、功率平衡方程,这样电磁功率减去转子铜耗，剩下的就是等效电阻上的损耗，而此损耗实际上是电机转轴上总的机械功率，用 表示，即：,功率平衡方程,转子绕组中的铜损耗为：,2.3.3,转子绕组各电磁量,一、转子电动势的频率,感应电动势的频率正比于导体与磁场的相对切割速度,故转子电动势的频率为,:,转子不转时,理想空载时,二、转子绕组的感应电动势,转子旋转时的感应电动势,:,转子不转时的感应电动势,:,二者关系为,:,三、转子绕组的漏阻抗,电抗与频率正比于,转子旋转时转子漏电抗,:,二者关系,:,转子绕组的漏阻抗,:,四、转子绕组的电流,转子绕组为闭合绕组,转子电流为,转子不转时转子漏电抗,:,当转速降低时,转差率增大,转子电流也增大,.,五、转子绕组的功率因数,转子功率因数与转差率有关,当转差率增大时,转子功率因数则减小。,六、转子旋转磁动势,转子绕组流过三相或多相对称电流时产生圆形旋转磁动势,.,1),幅值,2),转向,转子电流相序与定子旋转磁动势方向相同,转子旋转磁动势的方向与转子电流相序一致,.,转子旋转磁动势相对定子的速度为,可见,无论转子转速怎样变化,定、转子磁动势总是以同速、同向在空间旋转，两者在空间上总是保持相对静止。,异步电动机的工作特性是指 ，时电动机的转速,n,、定子电流,功率因数 ，电磁转矩,T,、效率,等与输出功率,P,2,的关系。可以通过直接给异步电动机带负载测得。,2.4,三相异步电动机的工作特性及机械特性,二、定子电流特性,：,一、转速特性,：,三相异步电动机空载时，转子的转速,n,接近于同,步转速 。随着负载的增加，转速,n,要略微降低,空载时,转子电流基本上为零,此时的定子电,流就是励磁电流,I,0,随着负载的增加,转速降低,转子电流增大,定子电流也增大。,2.4.1,工作特性,三、功率因数特性,：,稳定运行时异步电动机转矩方程为,输出功率 ，所以 。,电动机空载时，随着负载增加，增大，由于机械角速度,变化不大，电磁转矩,T,em,随 的变化近似地为一条直线。,五、效率特性,：,空载时，,=,0,，,0,，随着输出功率的增加，效率也增加。当不变损耗等于可变损耗时，电动机的效率达到最大。对中、小型异步电动机，大约 时，效率最高。如果负载继续增大，效率反而要降低。一般来说，电动机的容量越大，效率越高。,空载时定子侧的功率因数很低，不超过，,接近额定负载时，定子电流中的有功电流增加，使功率因数提高，功率因数接近于,1,；但是如果进一步增大负载，由于转差率的增大，使功率因数角增大，则功率因数减小。,四、电磁转矩特性,：,一、物理表达式,2.4.2,三相异步电动机机械特性的三种表达式,二、参数表达式,三相异步电动机的机械特性是指电动机的转速与电磁转矩之间的关系，由于电机的转速与转差率之间存在一定的关系，所以异步电动机的机械特性通常用 表示。,表明：三相异步电动机的电磁转矩是由主磁通 与转子电流的有功分量 相互作用产生的。,说明：电磁转矩与电源参数（,1,、,f,1,）、结构参数（,R,、,X,、,m,、,p,）和运行参数（,s,）有关。,三相异步电动机的机械特性 曲线,在特性曲线上有两个最大转矩，最大转矩对应的转差率称为临界转差率，可令 求得,:,最大转矩与额定转矩之比称为过载能力,:,2,、越大，越大；与 无关。,1,、与 成正比；与 无关。,3,、和 都近似与漏抗成反比,在特性曲线上还有一个起动转矩，即 时的转矩,:,结论：当其它参数一定时,1,、起动转矩与电源电压平方成正比；,2,、频率越高，起动转矩越小；漏抗越大，起动转矩越小；,3,、绕线式电动机，转子回路电阻越大，起动转矩先增后减。,4,、起动转矩倍数,三、实用表达式,工程上常根据电机的额定功率、额定转速、过载能力来求出实用表达式。方法是：,将,T,m,和,s,m,代入即可得到机械特性方程式,。,利用电磁转矩除以最大电磁转矩可得电磁转矩的实用表达式,：,三相异步电动机的固有机械特性和人为机械特性,一、固有机械特性,固有机械特性,是指电动机在额定电压和额定频率下，按规定的接线，定、转子电路不外接阻抗时的机械特性。,s,n,0,n,N,s,N,n,m,s,m,1,0,T,N,T,st,T,m,T,em,几个特殊点：,A,B,C,D,1.,起动点,A:,2.,最大转矩点,B:,3.,额定运行点,C,4.,同步运行点,D,二、人为机械特性,人为机械特性,是指人为改变电源参数或电动机参数而得到的机械特性。,1.,降压时的人为机械特性,s,n,s,m,1,0,T,L,U,N,0,T,st,T,m,T,em,n,1,0.8U,N,0.64T,st,0.64T,m,下降后,和 均下降,但 不变,和 减少。,如果电机在定额负载下运行,下降后,下降,增大,转子电流因 增大而增大,导致电机过载。长期欠压过载运行将使电机过热，减少使用寿命。,2.,转子回路串对称电阻时的人为机械特性,串电阻后,、不变，增大。,在一定范围内增加电阻，可以增加 。当 时 ，若再增加电阻，减小。,串电阻后，机械特性线性段斜率变大，特性变软。,除了上述特性外，还有改变电源频率、极对数等人为机械特性。,1 0,T,st,T,m,T,em,s,n,0,n,1,s,m,R,2,T,st,s,m,R,2,+R,s,三、稳定运行区,第三章 三相异步电动机安装、调试,3.1,三相异步电动机安装方法,3.2,三相异步电动机运行检查,3.3,三相异步电动机参数测试及首尾端判断,3.1,三相异步电动机安装方法,3.1.1,安装地点选择,3.1.2,安装基础形式与做法,通风、干燥、灰尘少和不易受潮的地点,1,、永久性基础,2,、流动性、临时性基础,3.1.3,校正方法,1,、基础水平校正,2,、传动装置平行校正方法,皮带