第5章-三相异步电动机及其控制教学提纲.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,*,第5章-三相异步电动机及其控制,异步电动机的特点：,结构简单,价格便宜,运行可靠,维护方便,应用最广泛,三相异步电动机,9.3.1,三相异步电动机的结构和工作原理,复习提问,根据上述理论，我们来观察下列实验现象,提问：,闭合电路中导体切割磁力线,感应电动势,产生,_,感应电流,感应电流受磁场力作用,导致导体,_,运动,产生,_,导入新课,问题：,随着磁场的转动，闭合线圈是如何运动的？,闭合线圈也将转动,问题,2,：,闭合线圈的转动方向与磁场的旋转方向有什么关系？,闭合线圈与磁场的旋转方向相同,导入新课,这就是感应电动机的基本原理,导入新课,通过接线盒接入三相交流电,电动机转动输出机械转矩,一、结构,电动机由,定子,和,转子,两个基本部分组成,新课讲解,定子,转子,定子绕组是电动机的电路部分，由,三相对称绕组,组成，有六个出线端,U,1,-U,2,、,V,1,-V,2,、,W,1,-W,2,，定子绕组按要求接成,星形,或,三角形。,1,、,定子,定子由,机座,、,铁心,和,定子绕组,组成。,作用：,产生旋转磁场,。,星形连接,新课讲解,三角形连接,三相定子绕组,接线盒,新课讲解,W,2,U,2,V,2,U,1,V,1,W,1,W,2,U,2,V,2,U,1,V,1,W,1,L,1,L,2,L,3,星形连接,L,1,L,2,L,3,三角形连接,结构：,由,转轴,、,转子铁心,和,转子绕组,组成。,作用：,输出机械转矩。,分类：,转子绕组分为,笼型,和,绕线式,两种。,新课讲解,2,、转子,转子是异步电动机的,旋转,部分。,电机转动原理：,演示图,当手柄摇动磁极时，发现：,转子跟着磁极一起转动。,启示：,有一旋转磁场,转子跟着磁场转动,实际的异步电动机中，转子之所以转动，是由于旋转磁场的作用。,思考：,三相异步电动机磁场何来？,又如何旋转起来？,二、旋转磁场,A,Y,C,B,Z,异步电动机中，旋转磁场代替了旋转磁极。,(),电流出,(,),电流入,X,A,X,Y,C,B,Z,A,X,B,Y,C,Z,合成磁场方向：向下,三相对称绕组通入三相对称电流就形成,旋转磁场,电流磁场的合成磁场,N-S,（磁场轴线方向）,X,B,Z,A,Y,C,A,X,Y,C,B,Z,A,X,Y,C,B,Z,同理分析，可得,其它电流角度下,的磁场方向：,旋转磁场的,旋转方向,：与三相电流相序一致：顺时针旋转！,旋转方向,：取决于三相电流的相序。,改变电机的旋转方向：换接其中两相,旋转磁场的旋转方向,方法：和电源相接的任意两相互换，就可实现反转。,正转,反转,A,B,C,M,3,电 源,A,B,C,M,3,电 源,旋转磁场的,转速大小,一个电流周期，旋转磁场在空间转过,360,。则,同步转速（旋转磁场的速度）为：,A,X,Y,C,B,Z,A,X,Y,C,B,Z,A,X,Y,C,B,Z,磁极对数（,P,）的概念,A,X,B,Y,C,Z,此种接法下，合成磁场只有一对磁极，则磁极对数为,1,。,即：,A,X,Y,C,B,Z,磁极对数（,P,）的改变,C,Y,A,B,C,X,Y,Z,A,X,B,Z,将每相绕组分成两段，按右下图放入定子槽内。形,成的磁场则是两对磁极。,A,X,B,Y,C,Z,磁极对数,C,Y,A,B,C,X,Y,Z,A,X,B,Z,磁极对数和转速的关系,旋转磁场转速,n,1,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,1,与频率,f,和极对数,p,有关。,可见,:,当三相异步电动机接通电源时，定子绕组就会产生旋转磁场，转子相当于磁场中的闭合线圈，随着磁场的旋转，转子就会旋转起来。,三、工作原理,转子电流是由电磁感应而产生的,感应电动机,三相异步电动机转子的转速,小于,旋转磁场的转速，这也是异步电动机工作的,必要条件,。,新课讲解,“,异步”含义：,电动机转速和旋转磁场同步转速的关系,电动机转速（转子转速）,:,电机转子转动方向与磁场旋转的方向一致，,但,异步,电动机,无转距,转子与旋转磁场间没有相对运动,无转子电动势（转子导体不切割磁力线）,无转子电流,提示,：,如果,转差率 的概念：,异步电机运行中,:,转差,n,：旋转磁场的同步转速和电动机转速之差。即：,电动机起动瞬间,:,（转差率最大）,转差率,s,：,一、电磁转矩,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,9.3.2,三相异步电动机的特性和额定值,牛顿米（,Nm,）,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.,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。,二、机械特性,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。,1,.,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,(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,T,max,转子轴上机械负载转矩,T,2,不能大于,T,max,，否则将,造成堵转,(,停车、闷车,),。,电机带动最大负载的能力。,令：,求得,临界转差率,O,T,T,max,将,s,m,代入转矩公式，可得,当,U,1,一定时，,T,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,T,2,T,2,电机能起动，否则不能起动。,O,T,T,st,起动能力,4.,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,T,m,T,st,T,2,T,O,(2,),R,2,变化对机械特性的影响,T,O,R,2,T,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。,三、,铭牌数据、额定值,1.,型号,磁极数,(,极对数,p,=2,),例如：,Y 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,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,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.,额定电压,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%,。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.,额定电流,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,=7592,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.,额定,功率因数,P,N,指定子电路的。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。,电机在额定电压、额定负载下运行时的转速。,P,2,cos,O,7.,额定转速,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,(105,C),，,H,级最高,(180,C),。,9.,定额,指电机运行情况,连续运行、短时运行、断续运行。,三相异步电动机的起动,三相异步电动机的反转,三相异步电动机的调速,9.3.3,三相异步电动机的使用,*,三相异步电动机的制动,一、异步电动机的起动,接电，起动转矩负载反转矩，起转，,n,至稳定运行,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。,大电流使电网电压降低，影响邻近负载的工作,频繁起动时造成热量积累，使电机过热,后果：,原因：,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,起动方法,(1),直接起动,2030kw,以下的异步电动机一般都采用直接起动。,(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),转子串接电阻起动,（适用于绕线式电动机）,直接通电,问题：,会产生定子电流比额定电流大,47,倍“过电流”，电网电压下降。,优点：,简单、启动过程快。,适用于：,中小型笼型异步电动机（,2030KW,以下的）。,1.,直接起动,目的：,减小启动对电网的影响。,方法：,启动时用低电压，等,n,接近稳定时，再恢复正常电压。,问题：,降压启动，,T,会减小。,2.,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,2,W,1,W,2,+,正常,运行,U,1,U,2,V,1,V,2,W,1,W,2,设：电机每相阻抗为,Y,起动器接线简图,L,1,L,3,L,2,FU,S,U,1,V,1,U,2,V,2,W,1,W,2,W,1,L,3,V,2,U,2,L,2,V,1,W,2,L,1,U,1,动触点,Y,动触点,静触点,Y,起动器接线简图,Y,起动,L,1,L,3,L,2,FU,S,U,1,V,1,U,2,V,2,W,1,W,2,W,1,L,3,V,2,U,2,L,2,V,1,W,2,L,1,U,1,起动,U,P,U,1,+,U,l,+,U,2,V,1,V,2,W,1,W,2,Y,起动器接线简图,工作,L,1,L,3,L,2,FU,S,U,1,V,1,U,2,V,2,W,1,W,2,W,1,L,3,V,2,U,2,L,2,V,1,W,2,L,1,U,1,U,2,正常,运行,U,l,+,U,1,V,1,V,2,W,1,W,2,(a),仅适用于正常运行为三角形连接的笼型电动机。,(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,(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,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.,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。如：卷扬机、锻压机、起重机、转炉。,R,2,T,st,T,O,转子电路串电阻起动的特点,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,二、三相异步电动机的反转,电 源,U,V,W,M,3,U,V,W,电 源,M,3,调速方法：,三种电气,调速方法,调速：,在负载不变情况下，人为改变转速。,三、,三相异步电动机的调速,据：,故：改变,p,、,f,1,、,s,均可实现调速。,笼型电动机调速,绕线型电动机调速,1.,变极调速,(,有级调速,),A,1,X,1,A,2,X,2,i,i,P,=2,A,1,A,2,X,1,X,2,N,N,S,S,磁极对数,p,与定子绕组的接法有关。,改变每相绕组中各线圈接法（串并联）可改变,p,。,原理分析：,A,1,X,1,A,2,X,2,i,i,P,=1,A,1,A,2,X,1,X,2,S,N,优点：,方法简单。,缺点：,只限对调速性能要求不高、速度档数不多的有级调速。,一般电机,p,不能变。,单独产品系列有：双速的、多速的。,机床常用，如：铣床、镗床、磨床。,f,=50Hz,逆变器,M,3,整流器,f,1,、,U,1,可调,+,2.,变频调速,（无极调速）,频率调节范围：,0.5,320,HZ,根据,通过变频，可实现平滑、宽范围、高精度调速。,变频调速装置：,变频调速分析：,在电机调速时，通常要考虑的一个重要因素是希望保持,不变。因为如果磁通减弱，没有充分利用电机的铁心，是一种浪费；如果磁通增强，又会使铁心饱和，导致励磁电流过大。,由,可知,转矩,T,随磁通,变化。,(1),频率下调时，,使,则可保持,不变。,若要求电机在不同转速下都达到额定电流,频率下调时，因为,不变，所以转矩,T,也不变，属于,恒转矩调速,。,由,可知：,（,2,）频率上调时，,因为,变小，,如果电压,U,也上调，,则电压将超过额定电压，这是不允许的，因此在调速过程中，只能保持,U,不变，所以这是一种弱磁调速。,变频调速的,优点,：具有较硬的机械特性，转速稳定性好，调速范围宽，可实现无级调速。,因为,变小，所以转矩,T,也变小。,若要求电机在不同转速下都达到额定电流，,因而功率不变，属于,恒功率调速,。,T,o,3.,变转差率调速,方法：在绕线型电动机转子回路串调速电阻。,改变,R,，可平滑调速，如：,R,，,S,，,n,(,T,max,不变,),。,优点：调速方法简单。,缺点：能耗较大。轻载时调速范围小。,应用：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,9.3.4,单相异步电动机,特点：,额定功率一般在,1kw,以下（效率、功率因数、过载能力都较低）。,常用于：,电动工具,（电钻、搅拌器）,家用电器,（洗衣机、冰箱、空调、电扇、油烟机）,医用机械,自动化控制,定子,定子,绕组,转子,A,A,N,S,单相异步电动机的定子中放置单相绕组，转子一般用鼠笼式。,分类：,电容式,罩极式,两种都是笼型转子，但定子不同。,一、,电容式电动机,又称：电容分相式电动机,定子中两个绕组 工作绕组,A,A,起动绕组,B,B,（与电容,C,串联）,两绕组在空间相隔,90,两绕组的电流相位相差近,90,空间相差,90,的两绕组，分别通过相位差,90,（或近,90,）的两相电流，也能产生,旋转磁场,。,分相,设两相电流为,两相电流,正弦波形如图所示。,工作绕组,i,B,i,A,O,起动绕组,电容分相式异步电动机,i,A,S,A,B,B,A,i,B,转子,A,B,B,A,A,B,B,A,A,B,B,A,两相旋转磁场,45,0,90,0,i,B,i,A,O,开关,S,若为离心开关，,起动后若,S,断开,电容,启动,电动机,起动后若,S,不断（或不串入,S,）,电容,运转,电动机,笼型转子在旋转磁场作用下产生电磁转矩而旋转。,实现正反转的电路,改变电容,C,的串联位置，可使,单相异步电动机反转。,将开关,S,合在位置,1,，电容,C,与,B,绕组串联，电流,i,B,较,i,A,超前近,90,；,将开关,S,换到位置,2,，电容,C,与,A,绕组串联，电流,i,A,较,i,B,超前近,90,。,这样就改变了旋转磁场的转向，从而实现电动机的反转。,S,A,B,B,i,A,i,B,A,1,2,M,例如：洗衣机中的电动机,由定时器的转换开关来自动切换。,二、罩极式电动机,i,1,2,定子绕组,鼠笼式转子,短路环,凸极式磁极,极掌,(,极靴,),移动磁场,当电流,i,流过定子绕组时，产生了一部分磁,通,1,，同时产生的另一部分磁通与短路环作用,生成了磁通,2,。由于短路环中感应电流的阻碍,作用，使得,2,在相位上滞后,1,，从而在电动机,定子极掌上形成一个向短路环方向移动的磁场，使转子获得所需的起动转矩。（电动机旋转方向与磁场移动方向一致）。,罩极式单相异步电动机起动转矩较小，转向,不能改变，常用于电风扇、吹风机中；电容分相,式单相异步电动机的起动转矩大，转向可改变，,故常用于洗衣机等电器中。,三相异步电动机在运行过程中，,若其中一相与电源断开，就成为单相电动机运行。,此时电动机仍将继续转动。若此时还带动额定负载，则势必超过额定电流，,时间一长，会使电动机烧坏。,这种情况往往不易察觉，在使用电动机时必须注意。如果三相异步电动机在,起动前就断了一线，则不能起动，,此时只能听到嗡嗡声，这时电流很大，时间长了，,也会使电动机烧坏。,*,三相异步电动机的单相运行问题,解：,电动机电磁转矩,T,U,1,2,，当电源电压下降低时，电磁转矩减小，使转速下降，转差率增加，转子电流和定子电流都会增大。稳定时电磁转矩等于机械负载转矩，定、转子电流却增大了。过程如下：,使,T,=,T,C,。,例：,三相异步电动机在一定的负载转矩下运行时，如电源电压降低，电动机的转矩、电流及转速有无变化？,此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢,