三相异步电机的构造和工作原理

三相异步电机的构造和工作原理•教学目的：让学生掌握三相异步电机的结构和工作原理；学会分析三相异步电机的机械特性。•教学安排：(1)旧课复习（5分钟）(2)新课讲解（80分钟）(3)新课小结（5分钟）•作业：课本习题第11章异步电动机11.1三相异步电动机的结构与工作原理11.2三相异步电动机的机械特性11.3三相异步电动机的使用11.4单相异步电动机交流电动机电动机直流电动机鼠笼式绕线式异步机同步机他励、异励、串励、复励鼠笼式异步交流电动机授课内容：基本结构、工作原理、机械特性、控制方法电动机的分类n0nei11.1三相异步电动机的结构与工作原理NSf磁铁闭合线圈磁极旋转导线切割磁力线产生感应电动势vlBe导线长磁感应强度切割速度（右手定则）闭合导线产生电流i（左手定则）通电导线在磁场中受力ilBfn0neiNSf1.线圈跟着磁铁转→两者转动方向一致结论：异步2.线圈比磁场转得慢0nnn0neiNSf三相异步机的结构YBZXAC转子定子定子绕组（三相）机座转子：在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电流。三相定子绕组：产生旋转磁场。线绕式鼠笼式鼠笼转子旋转磁场的产生AYCBZ异步机中,旋转磁场代替了旋转磁极AiBiCimIt0n(•)电流出()电流入X240sin120sinsintIitIitIimCmBmA0tAXYCBZNSAiBiCimItBiAXBYCZAiCi合成磁场方向：向下180tXBZ0nAYC60tAXYCBZSN0n60A120tXYCBZ0n同理分析，可得其它电流角度下的磁场方向：AiBiCitmI旋转方向：取决于三相电流的相序。0n0n改变电机的旋转方向：换接其中两相AiBiCimItAiCiBimIt旋转磁场的旋转方向旋转磁场的转速大小分）转/(600fn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：AXYCBZNSAXYCBZSN0n60AXYCBZNSAiBiCimIt极对数（P）的概念BiAXBYCZAiCi1p此种接法下，合成磁场只有一对磁极，则极对数为1。即：AXYCBZNS极对数（P）的改变C'Y'ABCXYZA'X'B'Z'AiBiCi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。'X'AAXBY'B'YCZ'C'Z极对数2pA'XX'ANSSNZC'Z'CBY'B'YC'Y'ABCXYZA'X'B'Z'AiCiBiAiBiCimItXNSASNZB'X'AYC'Z'B'C'Y0t分）转/(600pfn60t'A0nAZ'XXC'Z'CSNSN30极对数和转速的关系AiBiCimIt三相异步电动机的同步转速分）转/(600pfn2p180分）转/(50011p360分）转/(0003极对数每个电流周期磁场转过的空间角度同步转速)50(Hzf0n3p120分）转/(0001电动机转速和旋转磁场同步转速的关系电动机转速:n电机转子转动方向与磁场旋转的方向一致，但异步电动机0nn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0nn转差率的概念：)(s%10000nnns异步电机运行中:%9~1s转差率为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:1,0sn（转差率最大）11.2.1三相异步电动机的“电－磁”关系§11.2三相异步电动机的机械特性i2转、定子电路R1R2i1u1e1e1e2e2：主磁通产生的感应电动势。：主磁通产生的感应电动势。e1e2、e1e2、dtdNeeeRiu1111111设：tsin1mΦ则：tΦNum1111cos定子边：mmmmΦNfUUEfΦNΦNU11111111144.422tΦNum1111cosR1R2i1u1e1e1e2e2mΦNfE22244.4同理得转子边：mΦNfE22244.42f：转子感应电动势的频率2N：转子线圈匝数2f取决于转子和旋转磁场的相对速度1000026060SfPnnnnPnnfR1R2i1u1e1e1e2e22202220222222)(SXRSEXREI其中202122222SXLSfLfX202122244.444.4SEΦNSfΦNfEmm转子功率因数220222222222)(cosSXRRXRR电磁转矩T：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距之总和。22cosIΦKTmT常数每极磁通转子电流转子电路的2cos转矩公式的推导22cosIKTmT22022202)(SXRSEI2202222)(cosSXRRmNfU11144.4将其中参数代入：21220222)(UsXRsRKT得到转矩公式11.2.2三相电动机的机械特性)()(TfnSfT21220222)(UsXRsRKT根据转矩公式Ts10n0Tn得特性曲线：电动机的自适应负载能力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。常用特性段n0nT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。）TISnTL2直至新的平衡。此过程中，时，电源提供的功率自动增加。2I1I三个重要转矩n0TnNT额定转矩：电机在额定电压下，以额定转速运行，输出额定功率时，电机转轴上输出的转矩。NPNn(1))/()(9550602分转千瓦NNNNNnPnPT（牛顿•米）NTnN如果电机将会因带不动负载而停转。maxTTL最大转矩：(2)maxT电机带动最大负载的能力。n0TnmaxT求解0ST21220222)(UsXRsRKT2021max21XKUT过载系数：NTTmax三相异步机2.2~8.1工作时，一定令负载转矩，否则电机将停转。致使注意：（1）三相异步机的和电压的平方成正比，所以对电压的波动很敏感，使用时要注意电压的变化。maxTmaxTTL（2）电机严重过热0n121)(sII2021max21XKUTstT起动转矩：(3)电机起动时的转矩。n0TnstT21220222)(UsXRsRKT0n1)(s其中则21220222)(UXRRKTstLstTTstT体现了电动机带载起动的能力。若电机能起动，否则将起动不了。1U21220222)(UsXRsRKT机械特性和电路参数的关系21~UT和电压的关系0Tn0)0(nnsSTTTUmax1结论：和转子电阻的关系22'RR2'RR2的改变：鼠笼式电机转子导条的金属材料不同，线绕式电机外接电阻不同。21220222)(UsXRsRKT0ST令：得：202XRSm0Tn2Rmsms'stTstTmmss'ststTT结论：机械特性的软硬硬特性：负载变化时，转速变化不大，运行特性好。软特性：负载增加转速下降较快，但起动转矩大，起动特性好。硬特性（R2小）软特性（R2大）0Tn不同场合应选用不同的电机。如金属切削，选硬特性电机；重载起动则选软特性电机。三相异步电机的使用•教学目的：让学生掌握三相异步电机的启动、反转、调速、和制动；让学生会识别三相异步电机的铭牌数据；初步了解绕线电动机。(1)旧课复习（5分钟）(2)新课讲解（80分钟）(3)新课小结（5分钟）•作业：课本习题11.3.1三相异步机铭牌与技术数据1.型号Y132M－4磁极数(极对数p=2)同步转速1500转/分分）转/(600pfn转差率0.04150014401500s11.3三相异步电动机的使用§2.转速:电机轴上的转速（n)。如：n=1440转/分3.联接方式：Y/接法：Y接法：接法：ABCZXYABCZXYABCXYZAZBYXCABCXYZ接线盒：4.额定电压：定子绕组在指定接法下应加的线电压.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％。线电压AZBYXC线电压ABCXYZ例：380/220Y/是指：线电压为380V时采用Y接法；当线电压为220V时采用接法。11IUΦNfU11144.4电压波动对电动机的影响1UΦ1I11IUsnnns02E202sEE2I1I1Un小1U大1UTnIΦ5.额定电流：定子绕组在指定接法下的线电流。如：A48.6/A2.11/表示三角接法下，电机的线电流为11.2A，相电流为6.48A；星形接法时线、相电流均为6.48A。6.额定功率：额定功率指电机在额定运行时轴上输出的功率（），不等于从电源吸收的功率（）。两者的关系为：2P1P12PPCOSIUPNN31其中鼠笼电机=72－93％额定负载时一般为0.7~0.9，空载时功率因数很低约为0.2~0.3。额定负载时，功率因数最大。注意：实用中应选择合适容量的电机，防止“大马”拉“小车”的现象。7.功率因数(cos1)：P2PN此外还有绝缘等级等参数，不一一介绍。cos111.3.2三相异步机的起动stI起动电流：中小型鼠笼式电机起动电流为额定电流的5~7倍。0n定子电流原因：起动时，转子导条切割磁力线速度很大。转子感应电势转子电流大电流使电网电压降低影响其他负载工作频繁起动时造成热量积累电机过热影响：三相异步机的起动方法：（1）直接起动。二三十千瓦以下的异步电动机一般采用直接起动。（2）降压起动。Y－起动自耦降压起动（3）转子串电阻起动。以下介绍Y－起动和转子串电阻起动。Y－起动：正常运行lUAZBYXClI起动ABCXYZlUlYIZUIllY33ZUIll设：电机每相阻抗为z31llYIIAZBYXC正常运行UPABCXYZ起动UP'StstYTT31PPUU31（2）Y－起动应注意的问题：（1）仅适用于正常接法为三角形接法的电机。所以降压起动适合于空载或轻载起动的场合)(2UTSTY－起动也时ststTI,。转子串电阻起动定子RRR线绕式转子起动时将适当的R串入转子绕组中，起动后将R短路。1222202202)(IIRXREIst转子串电阻起动的特点：适于转子为线绕式的电动机起动。（1）（2）R2选的适当，转子串电阻既可以降低起动电流，又可以增加起动力矩。0Tn2'R2R22'RRststTRXRURKT222022212方法：和电源相接的任意两相互换，就可实现反转。11.3.3三相异步电动机的正、反转正转反转ABCM3~电源ABCM3~电源制动方法：1.抱闸：加机械抱闸；2.反接制动：停车时，将电动机接电源的意两相反接，使电动机由原来的旋转方向反过来，以达制动的目的；11.3.4三相异步电动机的制动反接制动时，定子旋转磁场与转子的相对转速很大。为限制电流，在制动时要在定子或转子中串电阻。即切割磁力线的速度很大，造成，引起。2I1I注意：4.发电反馈制动：令电机转子的转速超过旋转磁场的同步转速，便会产生制动转矩。M3~~~~+-运行制动nF转子3.能耗制动：停车时，断开交流电源，接至直流电源上，产生制动转矩；nFno11.3.5三相异步电动机的调速pfsnsn1060111.改变极对数有级调速。p2.改变转差率s无级调速调速方法：0Tn2'R2R0ST2'R2R22'RR3.改变电源频率(变频调速)无级调速1f变频电源可变Uf,Hz50pfsnsn106011此种调速方法发展很快，且调速性能较好。其主要环节是研制变频电源（常由整流器、逆变器等组成）。11.4单相异步电动机§11.4.1单相