第五章异步电动机.

电工学第5章异步电动机5.1三相异步电动机的结构及工作原理5.3三相异步电动机的机械特性5.4三相异步电动机的起动、调速和制动5.5三相异步电动机的选择5.2三相异步电动机的定子和转子电路1.了解三相交流异步电动机的基本构造和转动原理。第5章异步电动机及电气控制本章要求：2.理解三相交流异步电动机的机械特性，掌握起动和反转的基本方法及调速和制动的方法。3.了解三相交流异步电动机铭牌数据的意义。电机是实现能量转换或信号转换的电磁装置。电能机械能种类：(1)电动机：直流电机和交流电机他励电机并励电机串励电机复励电机5.1三相异步电动机的结构及工作原理异步电机同步电机同步电机：电机的转速与所接电网的频率之间存在一种严格不变的关系。如感应电机（电动机）。异步电机：一种交流电机，其负载时的转速与所接电网频率之比不是恒定值。主要指感应电机。如发电机（大型电动机、调功机）。第5章异步电动机4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。异步电动机的缺点:功率因数较差。异步电动机运行时，必须从电网里吸收落后性的无功功率，它的功率因数总是小于１。（其他方法补偿）不能实现较广范围的平滑调速。（变频器）应用：工业：中小型的轧钢、金属的切削、轻工机床、矿山机械农业：水泵、脱粒、粉碎民用：电扇、空调、洗衣机第5章异步电动机5异步电动机的用途视频分类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①单相异步电动机；②两相异步电动机；③三相异步电动机。（2）按转子结构分有①绕线式异步电动机；②鼠笼式异步电动机。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。鼠笼式绕线式电动机实物图片一、三相异步电动机的基本结构感应电机定子绕组定子铁心转子机座鼠笼型，结构转子铁心转轴转子绕组绕线型，结构定子转子铁心转轴一、三相异步电动机的基本结构电动机的外形绕线式异步机三相异步电动机的构造三相异步电动机的基本结构示意图三相异步电动机主要部件是由定子和转子两大部分组成。此外，还有端盖、机座、轴承、风扇等部件。定子转子轴承端盖机座一、定子三相异步电动机的定子是由机座、定子铁心和定子绕组组成。定子绕组机座铁心一、定子：静止部分机座：固定支撑定子铁心，安装固定电机。定子铁心：一般用0.5mm厚的表面涂有绝缘漆的硅钢片。构成磁路，嵌放定子绕组。定子绕组：电路部分，三相绕组，每相绕组由若干线圈按一定规律嵌放在定子铁心内。三相绕组的三个首端和三个末端都引入机座上的接线盒内，以根据需要有接成Y、△。线圈用绝缘的铜导线或铝导线制成。通入电流，形成旋转磁场。定子铁心是由冲有槽孔的硅钢片叠压而成。定子硅钢片在定子槽孔中放置三相彼此独立的绕组。AXBYCZABCZXYAXBYCZAXBYCZABCZXY定子绕组星接定子绕组角接端子二、转子：转动部分1、转子铁心：一般用0.5mm厚的表面涂有绝缘漆的硅钢片。外面圆周形成平行槽，槽内安放转子绕组，2、转子绕组：转子电路部分。产生感应电势，流过电流，产生电磁转矩，进行能量转换1）鼠笼式绕组：在转子铁心的槽内装入没有绝缘的裸条，铜条两端用铜环焊接成鼠笼形式。（短路式）节约铜：多数改成铝2）绕线式转子绕组和定子绕组相似，用绝缘导线制成线圈，嵌入铁心槽中再连接成三相绕组，一般接成Y，三相绕组的首端引出线接到固定在轴上的三个互相绝缘的滑环上。再通过压在集电环上的三个电刷与外电路相连，接电阻，调速，成Y接。如：起重设备。转子铁心是由相互绝缘的硅钢片叠压而成。转子硅钢片笼型转子是由嵌放在转子铁心槽内的导电条组成，在转子铁心的两端各用一个导电端环把所有的导电条连接起来。笼型转子的电动机称笼型电动机。笼型转子笼型转子的电动机称笼型电动机。笼型转子第5章异步电动机21鼠笼式转子铸铝鼠笼式转子绕线型转子铁心与绕组外接电阻电刷滑环转子铁心转子绕组第5章异步电动机23绕线型转子的外形结构绕线型转子示意图第5章异步电动机27三、气隙异步电动机的定子和转子之间有一个很小的气隙。气隙的大小对异步电动机的运行特性有很大的影响。气隙越小，则定子和转子之间的相互感应作用就越好，可以降低电机的空载电流和提高电机的功率因数。异步电动机的气隙为0.2-1.5mm。第5章异步电动机28三相异步电动机的基本结构视频二、三相异步电动机的铭牌数据三相异步电动机型号Y132S－6功率3kW频率50Hz电压380V电流7.2A联结Y转速960r/min功率因数0.76绝缘等级B1.型号：Y132S－6用以表明电动机的系列、几何尺寸和极数。Y系列异步机机座中心高度机座长度代号2p=6→n0=1000r/min2.额定功率PNPN=3kW→轴上输出机械功率的额定值3.额定电压UNUN=380V→定子三相绕组应施加的线电压磁极数4.额定电流ININ=7.2A三相异步电动机型号Y132S－6功率3kW频率50Hz电压380V电流7.2A联结Y转速960r/min功率因数0.76绝缘等级B→定子三相绕组的额定线电流6.额定转速nN5.额定功率因数N=cosNP1N=3UNINcosNPN=NP1N=3UNINcosNN电机在额定电压、额定负载下运行时的转子转速。第5章异步电动机三相异步电动机的铭牌三相异步电动机型号Y112M-2编号××××4KW8.2A380V2890r/minLW79dB（A）接法防护等级IP4450HZ××KgZBK2007-88工作制B级绝缘××年××月××电机厂1.旋转磁场的产生（一）、旋转磁场三、工作原理iAiBiCABCXYZiA=ImsintiB=Imsin(t–120)iC=Imsin(t+120)iAiBiC相序A—B—C对称三相电流流入对称三相绕组时产生的合成磁场就是旋转磁场。tiO第5章异步电动机33AZBXCY设：电流的流入端用+表示电流的流出端用•表示在定子槽孔中放置三相彼此独立的绕组。定子绕组AXBYCZiAiBiCuAuBuCiAiBiCABCXYZ+++iAt=0°时tiAZBXCYiA=0iB为负值iC为正值NS0°设：电流的流入端用+表示iBiC电流的流出端用•表示1.旋转磁场的产生Ot当t=60°时iAZBXCYNS60°iC=0iB为负值iA为正值iAiBiCO1.旋转磁场的产生当t=90°时AZBXCYNS90°iA为正值iB为负值iC为负值tiiAiBiCO1.旋转磁场的产生当t=180°时AZBXCYiA=0iB为正值iC为负值180°NStiiAiBiCO1.旋转磁场的产生t=0°AZBXCYNS0°Nt=180AZBXCYS180°t=90°AZBXCYNS90°t=60AZBXCYNS60°1.旋转磁场的产生Ljxzcc.swf空间相差120º角的三相绕组，通入对称三相电流时，产生的是一对磁极的旋转磁场，当电流经过一个周期变化时，磁场也沿着顺时针方向旋转了一周(在空间旋转的角度为360º)。综上分析可以得出：第5章异步电动机402.旋转磁场的转向旋转磁场是沿着：ABC与三相绕组中的三相电流的相序A→B→C一致ABCABCn0n0第5章异步电动机41tiiAiBiCOABCXYZiAiC9060°0AZBXCYNS0°AZBXCYNS60°相序A-C-B-AAZBXCYNS90°iB改变旋转磁场的转向第5章异步电动机42改变流入三相绕组的电流相序，就能改变旋转磁场的转向；改变了旋转磁场的转向，也就改变了三相异步电动机的旋转方向。综上分析可以得出：AXA′X′BY′YB′Z′CZC′每相绕组都用两个线圈串联组成：形成的磁场则是两对磁极，即p=2AXA′X′NSNSNSNSAXA′X′BY′YB′Z′CZC′t=0°t=90°BYB′Y′CZC′Z′3.旋转磁场的转速Sjxzcc.swf3.旋转磁场的转速旋转磁场转速n0—同步转速电流变化一周→旋转磁场转一圈电流每秒钟变化50周→旋转磁场转50圈→旋转磁场转3000圈电流每分钟变化(50×60)周p=1时：电流变化一周→旋转磁场转半圈电流每秒钟变化50周→旋转磁场转25圈→旋转磁场转1500圈电流每分钟变化(50×60)周p=2时：p123456n0/(r/min)300015001000750600500f=50Hz时，不同极对数时的同步转速如下：60f1pn0=磁极对数为p时第5章异步电动机46（二）基本工作原理(1)电生磁：三相对称绕组通往三相对称电流产生圆形旋转磁场。(2)磁生电：旋转磁场切割转子导体产生感应电动势和电流。(3)电磁力：转子载流（有功分量电流）体在磁场作用下受电磁力作用，形成电磁转矩，驱动电动机旋转。第5章异步电动机47定子绕组与转子绕组定子绕组转子绕组AZBXCY+++设：电流的流入端用+表示电流的流出端用•表示NS电磁转矩的产生用右手定则判断转子绕组中感应电流的方向。用左手定则判断转子绕组受到的电磁力的方向。电磁力F→电磁转矩T。T与n0同方向。n0Fn第5章异步电动机49(三)、转子的转速和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0nn异步电动机如果:0nn=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。第5章异步电动机50异步电动机运行中:%)6~1(=s转子转速亦可由转差率求得0)(1nns=%10000=nnns转差率s起动(堵转)时:n=0，s=1理想空载时:n=n0，s=0正常工作时:0s1f2=p(n1－n)60=sf1(转差频率)=pn160n1－nn1转子感应电动势和电流的频率f2第5章异步电动机51三相异步电动机的工作原理视频第5章异步电动机52异步电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电源实现发电机电磁制动电动机状态10nn0n1nn10s1s0s例：一台三相异步电动机，其额定转速n=975r/min，电源频率f1=50Hz。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：n0=1000r/min,即p=3额定转差率为2.5%100%10009751000%10000===nnns[例]Y180M-2型三相异步电动机，PN=22kW，UN=380V，三角形联结，IN=42.2A，N=0.89,fN=50Hz、nN=2940r/min。求额定状态下运行时的：(1)转差率;(2)定子绕组的相电流;(3)输入有功功率;(4)效率。解：(1)由型号知该电动机的2p＝2，即p＝1，(2)定子三相绕组为三角形联结==0.023000－29403000n0－nNn0sN=IN3=A=24.2A42.23I1P=(4)效率(3)输入有功功率P1N=3UNINN=3×380×42.2×0.89W=24.7kWPNP1NN=100%=100%=89%2224.7三相异步电动机的电磁关系与变压器类似。1)变压器原、副绕组是与同一主磁通相交链，异步电动机中定子和转子绕组与同一旋转磁通相交链。因此异步电动机中定子和转子绕组相当于变压器的原、副绕组。2）变压器：变化eU1E1=4.44fN1m异步机：旋转eU1E1=4.44kw1fN1m3）变压器：I2增大I1增大，以保持基本不变，以达到传递能量的目的。5.2三相异步电动