1.7 三相交流电动机基本知识

1.7三相交流电动机基本知识本讲主要内容：一、三相异步电动机的基本结构二、三相异步电动机的工作原理三、三相异步电动机的铭牌数据电动机的分类：电动机交流电动机直流电动机三相电动机单相电动机同步电动机异步电动机他励、并励电动机串励、复励电动机1.7发电机与电动机实现电能与机械能相互转换的电工设备总称为电机。机械能电能发电机电动机交流电动机感性认识1.7三相异步电动机的构造与工作原理三相异步电动机由静止的定子和转子两大部分组成。定子与转子之间有一很小的气隙。转子风扇定子铁心转轴接线盒外壳定子绕组三相异步电动机的结构定子轴承支撑端盖轴承冷却风扇机壳轴承转子转子绕组结构型式•笼型绕组(也称为导条)是在转子铁心的槽里嵌放裸铜条或铝条，然后用两个金属环(称为端环)分别在裸金属导条两端把它们全部接通(短接)，即构成了转子绕组；小型笼型电动机一般用铸铝转子，这种转子是用熔化的铝液浇在转子铁心上，导条、瑞环一次浇铸出来。如果去掉铁心，整个绕组形似鼠笼，所以得名笼型绕组。笼型转子线槽一般都是斜槽，目的是改善起动与调速性能。铁心：由内周有槽的0.5mm厚硅钢片叠成。磁路的一部分A----XB----YC----Z三相绕组机座：铸铁或钢板焊接A支撑铁心和固定电机硅钢片装有三相绕组的定子1、定子2、转子笼型绕线式转子:在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电流,产生旋转力矩转轴转子铁心转子绕组0.5mm的硅钢片叠压笼型转子(1)笼型转子铁芯槽内放铜条，端部用短路环形成一体。或铸铝形成转子绕组。绕线式转子绕线式转子绕组是嵌于转子铁心槽内的三组相对称绕。小容量接成三角形，中大容量接成星形。绕组接线图3.气隙：异步电动机的气隙一般为0.22.5mm。三相异步电动机的工作原理工作原理三相交流电源接通三相定子绕组定子绕组产生三相对称电流三相对称电流在电机内部建立旋转磁场旋转磁场与转子绕组产生相对运动(切割)转子绕组中产生感应电流感应电流转子绕组(感应电流)在磁场中受到电磁力的作用在电磁力作用下，转子逆时针方向开始旋转，转速为n。iAACBXZYiBiC三相异步电动机原理简图三相对称电流旋转磁场感应电流vlBe（右手定则）（左手定则）ilBfn0neiNSfB:磁感应强度v:切割速度l:导线长磁极旋转导线切割磁力线产生感应电动势闭合导线产生电流通电导线在磁场中受力1.线圈跟着磁铁转→两者转动方向一致异步2.线圈比磁场转得慢0nn三相异步电动机的工作原理CiAXCZBYAiBiiCiAiBitmIo1.7.2旋转磁场的产生由此可知，异步电动机是通过载流的转子绕组在磁场中受力而使电动机旋转的，而转子绕组中的电流由电磁感应产生，并非外部输入，故异步电动机又称感应电动机。旋转磁场的产生定子对称三相绕组通入三相对称电流120sin120sinsinm3m2m1tIitIitIi1i2iU1U2V1V2W1W23i1i2i3imIotiCiAiBitmIo0n规定i:“+”首端流入，尾端流出。i:“–”尾端流入，首端流出。AYCBZX(•)电流出()电流入•三相对称交流绕组通入三相对称交流电流时，将在电机气隙空间产生旋转磁场；CiBiAiitAXYCBZAXYCBZAXYCBZNS三相电流合成磁场的分布情况0t60t合成磁场方向向下合成磁场旋转60°0n6090t合成磁场旋转90°600mIoSNSNAAXZBCYAAXZBCY分析可知：三相电流产生的合成磁场是一旋转的磁场即：一个电流周期，旋转磁场在空间转过360°取决于三相电流的相序1、旋转磁场的旋转方向结论：任意调换两根电源进线，则旋转磁场反转。0t60t任意调换两根电源进线NSNSBiAXBYCZAiCi磁场旋转方向：取决于三相电流的相序。0n0n改变电机的旋转方向：改变定子三相电流的相序。1i2imIo3it1imIo3it2i异步电动机的旋转方向转子转动方向和旋转磁场的旋转方向一致。若定子每相绕组由两个线圈串联，绕组的始端之间互差60°，将形成两对磁极的旋转磁场。C'Y'ABCXYZA'X'B'Z'AiBiCiXAAXBYBYCCZZ2、旋转磁场的极对数P极对数2p旋转磁场的磁极对数与三相绕组的排列有关C'Y'ABCXYZA'X'B'Z'AiBiCiAXXNSZCZBYBYACSNBiCiAiimIt03、旋转磁场的转速1160(/nf转分）工频：Hz501f13000(/n转分）旋转磁场的转速取决于磁场的极对数p=1时0mICiBiAitiomINSAXYCBZNSAXYCBZNSAXYCBZNSXNSAXABZCYZCYBSN0t60tp=2时BiCiAiitmI011601500(/2fn转分）1n30AXXZCZBYBYACNSNS旋转磁场转速n1与极对数p的关系1160(/)fnp转分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)f(Hz5013p120分）转/(00014p分）转/(75090旋转磁场转速n1与频率f1和极对数p有关。可见: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1nn异步电动机如果:1nn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。异步电动机运行中:%~s)91(转子转速亦可由转差率求得1(1)nns11100%nnsn转差率s例1：一台三相异步电动机，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：n1=1000r/min,即p=3额定转差率为111000975100%100%2.5%1000nnns三相异步电动机铭牌数据1、型号磁极数(极对数p=2)例如：Y132M－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2.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。电动机在额定运行时定子绕组上应加的线电压值。3.电流电动机在额定运行时定子绕组的线电流值。例如：Y/6.73/11.64A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。4.功率与效率12PPcos3NN1IUP笼型电机=72~93％额定功率是指电机在额定运行时轴上输出的机械功率P2，它不等于从电源吸取的电功率P1。0N0Nnnns额定转差率如：nN=1440转/分sN=0.04定子绕组接线盒定子三相绕组的联接方法。通常联结电机容量Y3kW联结电机容量kW4BZACXYXAZBYCABCZXYZXYBCAY联结CABZXY联结.三相异步机的起动方法1.直接起动20-30千瓦以下的异步电动机一般采用直接起动。2.降压起动在起动时降低加在电动机定子绕组上的电压，以减小起动电流，鼠笼式电动机常用的降压起动方法有Y－换接起动和自耦降压起动。方法简单，但起动电流较大，影响电网上其他负载正常工作。（1）Y－起动正常运行lUAZBYXClI起动ABCXYZlUlYIZUIllY33ZUIll设：电机每相阻抗为z31llYIIY－起动器接线简图Y起动L1L3L2FUSU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1起动UPU1+＿Ul+＿U2V1V2W1W2Y－起动器接线简图工作L1L3L2FUSU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1U2正常运行Ul+＿U1V1V2W1W2tstYTTs31PPUU31（c）Y－起动应注意的问题：（b）仅适用于正常接法为三角形接法的电动机。Y－起动时，起动电流减小的同时，起动转矩也减小了。所以降压起动适合于空载或轻载起动的场合（a）可采用星三角起动器来实现。–1.7.2直流电机•直流电机是直流发电机和直流电动机的总称。直流发电机将机械能转换为电能；直流电动机将电能转换为机械能。•1．构造•直流电动机主要由磁极、电枢和换向器组成，如图1-38所示。图1-38直流电动机的组成示意图–（1）磁极•直流电动机的磁极如图1-39所示，图1-39直流电动机的磁极及磁路（2）电枢•直流电动机的电枢是旋转的，是电动机中产生感应电动势的部分。电枢和电枢铁芯片示意图如图1-40所示。图1-40电枢和电枢铁芯片示意图–（3）换向器•换向器是直流电动机的构造特征，装在电动机转轴上，如图1-41所示。图1-41直流电动机换向器示意图•2．基本工作原理图•为了讨论直流电动机的工作原理，现把复杂的直流电动机简化为图1-42所示的工作原理图。图1-42直流电动机工作原理图