第三章三相异步电动机.

常州轻工职业技术学院第三章三相异步电动机（1）概述三相异步电动机的结构三相异步电动机的工作原理常州轻工职业技术学院课题引入：异步电动机是生产中应用最为广泛的动力设备，尤其是笼型电动机约占总容量的90%左右。视频：异步电动机的应用（点击播放）。讨论：你所知道的异步电动机的应用。常州轻工职业技术学院•采用交流电励磁的电机统称为交流电机。•按工作原理分类：异步电机（感应电机）同步电机其中异步电动机的转子旋转速度与定子磁场的速度不等，在固定的电网频率下，电机转子的转速随负载大小而改变的电动机称为异步电动机；而同步电动机的两速度严格相等。•按定子所加交流电相数的不同，它可分为：三相、单相和两相异步电动机。3-1概述常州轻工职业技术学院YSJ三相交流异步电动机双值电容单相异步电动机，额定电压为220V，额定频率为50Hz。广泛用于空气压缩机、水泵、各种机械设备等三相异步电动机图片常州轻工职业技术学院三相异步电动机的结构三相异步电动机的结构三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的铭牌常州轻工职业技术学院三相异步电动机的结构（1）异步电动机的定子由机座、定子铁心和定子绕组三部分组成。异步电动机的转子由转子铁心、转子绕组及转轴等部件组成。它的作用是带动其它机械设备旋转。异步电动机的分类鼠笼式绕线式YBZXAC转子定子定子绕组（三相）机座图3-1三相异步电动机的结构常州轻工职业技术学院由定子和转子两大部分组成一、定子•主要用来产生磁场和起机械支撑作用。•包括机座、定子铁心、定子绕组（三相电机为三相绕组），及端盖和端盖上的轴承。3-2交流异步电动机的结构（2）图3-2常州轻工职业技术学院名牌上标有额定电压380/220V，接法Y/△的交流电机，说明定子每相额定电压为220V一、定子的Y/△接法图3-3常州轻工职业技术学院二、转子•主要由转轴、转子铁心、转子绕组组成。•根据转子绕组的构造不同可将转子分为：铜导条铝导条笼型转子图常州轻工职业技术学院绕线型转子绕组图常州轻工职业技术学院课内实训项目（三相异步电动机的接线与通电）（1）用摇表测量任一接线端与电动机外壳之间的绝缘电阻（如果小于1MΩ，说明绝缘不佳）。（2）将三相异步电动机接成Y型，用万用表电阻档测量相间电阻，判断是否对称（如不对称说明有故障）。（3）加入380V三相线电压，观察电动机的运行，用钳形电流表测量电动机的线电流，记录电流值。常州轻工职业技术学院课内实训项目（三相异步电动机的接线与通电）（4）断开电源后，电动机改接成Δ型，加入220V三相线电压，观察电动机的运行，用钳形电流表测量电动机的线电流，记录电流值。5.讨论：怎样初步判断三相异步电动机接线是否正确？两种连接方法时，电动机的相电压与相电流是否相同？功率是否相同？常州轻工职业技术学院3-3三相异步电动机的工作原理旋转磁场的产生三相异步电动机的工作原理转差率常州轻工职业技术学院一、旋转磁场的产生旋转磁场就是一种极性和大小不变，且以一定转速旋转的磁场。从理论分析和实践证明，在对称三相绕组中流过对称三相交流电时会产生这种旋转磁场。对称三相绕组对称三相电流旋转磁场的产生旋转磁场的的性质常州轻工职业技术学院二、对称三相绕组所谓三相对称绕组就是三个外形、尺寸、匝数都完全相同、首端彼此互隔120º、对称地放置到定子槽内的三个独立的绕组，如图所示。•AYCBZ1n(•)电流出()电流入•X•BiAXBYCZAiCi常州轻工职业技术学院三、对称三相电流由电网提供的三相电压是对称三相电压，由于对称三相绕组组成的三相负载是对称三相负载，每相负载的复阻抗都相等，所以，流过三相绕组的电流也必定是对称三相电流。对称三相电流的函数式表示为：对称三相电流的波形表示为：240sin120sinsintIitIitIimCmBmAAiBiCimIt常州轻工职业技术学院四、旋转磁场的产生由于三相电流随时间的变化是连续的，且极为迅速，为了能考察它所产生的合成磁效应，说明旋转磁场的产生，我们可以选定ωt=60º、120º180º三个特定瞬间。磁力线如图所示。常州轻工职业技术学院四、旋转磁场的产生并规定：电流为正值时，从每相线圈的首端入、末端出；电流为负值时，从末端入、首端出。用符号⊙表示电流流出，用×表示电流流入。由于磁力线是闭合曲线，对它的磁极的性质作如下假定：磁力线由定子进入转子时，该处的磁场呈现N极磁性；反之，则呈现S极磁性。常州轻工职业技术学院60tAXYCBZSN1n60A120tXYCBZ1n180tXBZ1nAYC旋转磁场的产生常州轻工职业技术学院×·××··ABCXYZωt=90°F常州轻工职业技术学院×··××·ABCXYZFωt=150°常州轻工职业技术学院·×·××·ABCXYZωt=210°F常州轻工职业技术学院·×··××ABCXYZωt=270°F常州轻工职业技术学院·××··×ABCXYZωt=330°F常州轻工职业技术学院×···ABCXYZωt=390°F常州轻工职业技术学院×·××··ABCXYZωt=450°F常州轻工职业技术学院五、旋转磁场的性质当三相对称电流通入三相对称绕组，必然会产生一个大小不变，且在空间以一定的转速不断旋转的旋转磁场。旋转磁场的旋转方向是由通入三相绕组中的电流的相序决定的。即当通入三相对称绕组的对称三相电流的相序发生改变时，即将三相电源中的任意两相绕组接线互换，旋转磁场就会改变方向。旋转磁场的旋转速度为分转秒转/60/111pfpfn常州轻工职业技术学院六、三相异步电动机的工作原理常州轻工职业技术学院六、三相异步电动机的工作原理当定子接通三相电源后，即在定、转子之间的气隙内建立了一同步速为n1的旋转磁场。磁场旋转时将切割转子导体，根据电磁感应定律可知，在转子导体中将产生感应电势，其方向可由右手定则确定。磁场逆时针方向旋转，导体相对磁极为顺时针方向切断磁力线。转子上半边导体感应电势的方向为进去的，用×表示；下半边导体感应电势的方向为出来的，用⊙表示。因转子绕组是闭合的，导体中有电流，电流方向与电势相同。载流导体在磁场中要受到电磁力，其方向由左手定则确定。这样，在转子导条上形成一个逆时针方向的电磁转矩。于是转子就跟着旋转磁场逆时针方向转动。常州轻工职业技术学院七、转差率同步转速(磁场旋转的转速)电动机的转速与旋转磁场转速的关系电机转子转动方向与磁场旋转的方向一致，但nn1异步电动机提示：如果nn1转差率的定义转差率为旋转磁场的同步转速和电动机转速之差。即：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）无转子电流分）转/(601pfn%10011nnns常州轻工职业技术学院三相异步电动机的运行分析（选讲）三相异步电动机的工作情况异步电动机的等值电路功率和转距平衡关系异步电动机的参数测定常州轻工职业技术学院三相异步电动机的工作情况空载运行电动机空载运行时，轴上不带机械设备，转子的转速非常接近旋转磁场的同步转速，旋转磁场与转子间的转差速度近似为零，转子中的感应电势和电流都非常小，分析时可以忽略不计。空载电流主要是用来建立磁场的，又称为励磁电流。注意：异步电动机的励磁电流较变压器的励磁电流大，这是因为异步电动机的磁路中有气隙存在的缘故。且功率因数较低，因而对电网的功率因数有很大的影响。常州轻工职业技术学院三相异步电动机的工作情况负载运行电动机轴上带有机械设备，以阻转矩作用于电动机轴上，电动机的运行转速低于同步转速。因为旋转磁场和转子间有相对运动，转子绕组中产生感应电势和电流。转子电流和旋转磁场作用产生电磁转矩，拖动机械设备转动。负载越大，转子转速越低，转子电流越大，输出的功率越多。转子电流通过磁的耦合作用于定子侧，定子电流也要加大，使得电网输入电机的功率也越大。常州轻工职业技术学院异步电动机的参数测定空载试验空载试验是指在额定电压和额定频率下，轴上不带任何负载时运行。其目的是测定异步电动机的空载电流I0和空载功率p0，进而求得异步电动机的励磁阻抗rm和xm，并分离出铁耗pFe和机械损耗pmec。常州轻工职业技术学院异步电动机的参数测定短路试验短路试验是指在异步电动机T型等值电路中的附加电阻的状态。在这种情况下，s=1，n=0，即电动机在外施电压作用下处于静止状态。因此短路试验必须在电动机堵转情况下进行，故短路试验又称为堵转试验。短路试验的目的是测取异步电动机的短路阻抗，即定、转子绕组的漏阻抗及短路特性。常州轻工职业技术学院三相异步电动机的工作特性（选讲）三相异步电动机的工作特性是指在额定功率、额定电压下，电动机的转速n、定子电流I1、电磁转矩T、功率因数cosφ1和效率η与输出功率P2的关系曲线。转速特性与转距特性电流特性和功率因数特性效率特性工作特性曲线常州轻工职业技术学院转速特性与转距特性异步电动机空载运行时，转子转速n接近于同步转速n1。随负载增大时，由于阻转矩暂时大于电磁转矩，而使转速降低，随后转子电势、电流增大，以产生较大的电磁转矩与增大的负载阻转矩相平衡。转速特性是一条稍向下倾斜的曲线。转矩特性，由负载转矩TL=P2/Ω可知，考虑到P2增大时，Ω稍有下降，所以TL=f(P2)曲线将略向上弯曲。常州轻工职业技术学院电流特性和功率因数特性异步电动机空载时P2=0、s≈0、转子电流I2≈0。这时，定子电流，几乎全部用以励磁。随着负载的增大，转子转速下降，s增大，使增大，为维持磁势平衡，I1随之增大，故电流特性为一上升曲线，起点在I0值。若三相绕组外施电压一定时，其主磁通基本不变，则建立磁场所需的无功电流基本不变。由于电机空载时P2=0，有功电流分量很小，此时功率因数很低，一般小于0.2。随负载增大时，输出功率增大，即有功分量增大，cosφ1随之增加。若负载继续增加，由于转速降低、转差增加，转子功率因数下降较多，使定子电流中与之平衡的无功分量也增大，功率因数有所下降。一般电动机在额定功率附近，将达到最大功率因数。常州轻工职业技术学院效率特性当负载很小时，可变损耗很小，这时效率迅速上升。随着负载继续增大时，可变损耗增大，直到不变损耗与可变损耗相等时，效率达到最高，一般中小型电机约在3/4的额定负载时效率最高。若继续增大负载，由于可变损耗增加较快，效率又开始下降。%100)1(%100%10011112PpPpPPP常州轻工职业技术学院工作特性曲线效率特性机械特性电流特性转距特性负载转距特性转差率特性常州轻工职业技术学院第三章三相异步电动机（2）转子各量及电磁转矩三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的起动三相异步电动机的调速三相异步电动机的反转与制动三相异步电动机的铭牌单相异步电动机常州轻工职业技术学院课题引入课题引入：为了更好地使用异步电动机，需要研究其起动、制动与调速性能，通常要知道其转子的电量、电磁转矩以及机械特性。常州轻工职业技术学院3-4转子各量复习：异步电动机的转差率：S=（n1-n）/n1n=（1-S）n1=（1-S）60f/p，额定时SN=5%左右，空载运行时SN=1%左右，据此可以判定电动机的极对数。常州轻工职业技术学院3-4转子各量一、异步电动机的转子电量1.转子不转时，转子电量的频率为f1，因为转子导体切割磁力线的速度为Δn=n1。f与Δn成正比。2.转子旋转时，转子导体切割磁力线的速度为Δn=Sn1所以转子频率为f2=Sf1。3.E2=SE20（因为E=4.44fNΦ）常州轻工职业技术学院3-5电磁转矩1.公式：Tem=CMΦI2COSθ2可见电磁转矩与转子电流的有功分量成正比电磁转矩22122220sRTCURsX常州轻工职业技术学院讨论：为什么起动时电机的电流很大而电机的起动转矩且不大？怎样改变三相异步电动机的转向？常州轻工职业技术学院讨论结果：因为起动时转子切割磁力线的速度为同步速度，使转