鼠笼式异步交流电动机授课内容课件

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,*,7.1,三相异步电动机的构造,第,7,章 交流电动机,7.2,三相异步电动机的转动原理,7.3,三相异步电动机的电路分析,7,.,4,三相异步电动机转矩与机械特性,7.5,三相异步电动机的起动,7.6,三相异步电动机的调速,7.7,三相异步电动机的制动,7.8,三相异步电动机铭牌数据,7.9,三相异步电动机的选择,7.11,单相异步电动机,7.10,同步电动机,(,略,),1.,了解三相交流异步电动机的基本构造和转动,原理。,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,了解调速和制动的,方法。,3.,理解三相交流异步电动机铭牌数据计算。,第,7,章 交流电动机,电动机的分类：,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,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,第,7,章 交流电动机,1,.,定子,7.1,三相异步电动机的构造,铁心：由内周有槽,的硅钢片叠成。,A -X,B -Y,C- Z,三相绕组,机座：铸钢或铸铁,转子,:,在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电流。,2,.,转子,铁心：由外周有槽的硅钢片叠成。,(1,),鼠笼式转子,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。,(2,),绕线式转子,同定子绕组一样，也分为三相，并且接成星形。,鼠笼式,绕线式,鼠笼式电动机与绕线式电动机的的比较,：,鼠笼式：,结构简单、价格低廉、工作可靠；不能人为改变电动机的机械特性。,绕线式：,结构复杂、价格较贵、维护工作量大；转子,外加电阻可人为改变电动机的机械特性。,7. 2. 1,旋转磁场,定子三相绕组通入三,相交流电,(,星形联接,),A,X,B,Y,C,Z,1,.,旋转磁场的产生,o,o,规定,i,:,“+”,首端流入，尾端流出。,i,:,“,”,尾端流入，首端流出。,A,Y,C,B,Z,X,(),电流出,(,),电流入,t,A,X,Y,C,B,Z,A,X,Y,C,B,Z,A,X,Y,C,B,Z,三相电流合成磁场 的分布情况,合成磁场方向向下,合成磁场旋转,60,合成磁场旋转,90,60,0,A,A,X,Z,B,C,Y,A,A,X,Z,B,C,Y,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,2,.,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。,任意调换两根电源进线,(,电路如图,),A,X,C,Z,B,Y,0,t,o,3,.,旋转磁场的极对数,P,当三相定子绕组按图示排列时，产生一对磁极的旋转磁场，,即：,o,t,A,X,B,Y,C,Z,A,X,Y,C,B,Z,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,A,B,C,X,Y,Z,A,X,B,Z,A,X,B,Y,C,极对数,旋转磁场的磁极对数,与三相绕组的排列有关,C,Y,A,B,C,X,Y,Z,A,X,B,Z,0,4,.,旋转磁场的转速,工频：,旋转磁场的转速取决于磁场的极对数,p,=1,时,0,t,o,A,X,Y,C,B,Z,A,X,Y,C,B,Z,A,X,Y,C,B,Z,p,=,2,时,0,旋转磁场转速,n,0,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,0,与频率,f,1,和极对数,p,有关。,可见,:,7. 2. 2,电动机的转动原理,1.,转动原理,A,X,Y,C,B,Z,定子三相绕组通入三相交流电,方向,:,顺时针,切割转子导体,右手定则,感应电动势,E,20,旋转磁场,感应电流,I,2,旋转磁场,左手定则,电磁力,F,F,电磁转矩,T,n,F,7. 2. 3,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,异步电动机,如果,:,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,:,转子转速亦可由转差率求得,转差率,s,例,1,：一台三相异步电动机，其额定转速,n,=,975 r/min,，,电源频率,f,1,=,50 Hz,。,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：,n,0,=1000 r/min ,即,p,=3,额定转差率为,7.3,三相异步电动机的电路分析,三相异步电动机的电磁关系与变压器类似。,变压器：,变化,e,U,1,E,1,= 4.44,f N,1,E,2,= 4.44,f N,2,E,1,、,E,2,频率相同，都等于电源频率。,异步电动机每相电路,i,1,u,1,e,1,e,1,e,2,e,2,i,2,+,+,+,+,+,f,1,f,2,7. 3. 1,定子电路,1,.,旋转磁场的磁通,异步电动机：,旋转磁场切割导体,e,，,U,1,E,1,= 4.44,f,1,N,1,旋转磁场与定子导体间的相对速度为,n,0,，,所以,2,.,定子感应电势的频率,f,1,感应电势的频率与磁场和导体间的相对速度有关,f,1,=,电源频率,f,7. 3. 2,转子电路,1.,转子感应电势频率,f,2,定子导体与旋转磁场间的相对速度固定，而转子,导体与旋转磁场间的相对速度随转子的转速不同而,变化, 定子感应电势频率,f,1,转子感应电势频率,f,2,转子感应电势频率,f,2,旋转磁场切割定子导体和转子导体的速度不同,2.,转子感应电动势,E,2,E,2,= 4.44,f,2,N,2,= 4.44,s f,1,N,2,当转速,n,= 0(,s,=1),时，,f,2,最高，且,E,2,最大，有,E,20,= 4.44,f,1,N,2,转子静止时,的感应电势,即,E,2,=,s E,20,转子转动时,的感应电势,3.,转子感抗,X,2,当转速,n,= 0(,s,=1),时，,f,2,最高，且,X,2,最大，有,X,20,= 2,f,1,L,2,即,X,2,=,sX,20,4.,转子电流,I,2,5.,转子电路的功率因数,cos,2,转子绕组的感应电流,转子绕组的感应电流,转子电路的功率因数,结论：转子转动时，转 子电路中的各量均与转,差率,s,有关，即与转速,n,有关。,I,2,cos,2,s,1,I,2,O,7,.,4,三相异步电动机转矩与机械特性,7. 4. 1,转矩公式,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,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。,7. 4. 2,机械特性曲线,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,),。,电机带动最大负载的能力。,令：,求得,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.,电动机的运行分析,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。,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） 。,此过程中，,n,、,s,E,2,I,2, ,I,1, ,电源提供的功率自动增加。,T,2,s,T,2,T,T =T,2,n, ,T,T,2,达到新的平衡,T,2,T,O,5.,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。,(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。,7.5,三相异步电动机的起动,7. 5. 1,起动性能,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：,n,=,0,，,s,=1,接通电源。,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,7.5.2,起动方法,(1),直接起动,二、三十千瓦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),转子串电阻起动,（适用于绕线式电动机）,以下介绍降压起动和转子串电阻起动。,设：电机每相阻抗为,1.,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,1,W,1,W,2,+,正常,运行,U,1,U,2,V,1,V,2,W,1,W,2,(a),仅适用于正常运行为三角形联结的电机。,(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,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,起动时将适当的,R,串入转子电路中，起动后将,R,短路。,2,.,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。,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,三相异步电动机的正、反转,电 源,U,V,W,M,3,U,V,W,电 源,M,3,例,1,:,1),解,:,一台,Y225M-4,型的三相异步电 动机，定子,绕组,型,联结,，,其额定数据为：,P,2N,=45kW,n,N,=1480r/min,，,U,N,=380V,，,N,=92.3%,，,cos,N,=,0.88,，,I,st,/,I,N,=7.0,T,st,/,T,N,=1.9,，,T,max,/,T,N,=2.2,，,求：,1),额定电流,I,N,? 2),额定转差率,s,N,?,3),额定转矩,T,N,、,最大转矩,T,max,、,和起动转矩,T,N,。,2,）由,n,N,=1480r/min,，,可知,p,=2,（,四极电动机）,3,）,解：,在,上例中,(,1,),如果负载转矩为,510.2N,m,试问在,U,=,U,N,和,U,=0.9,U,N,两种情况下电动机能否起动？（2）采用,Y-,换接起动时，求起动电流和起动转矩。 又当负载转矩为起动转矩的,80%,和,50%,时，电动机能否起动？,(,1),在,U,=,U,N,时,T,st,= 551.8N,m 510.2 N. m,不能起动,(,2),I,st,=7,I,N,=784.2=589.4 A,在,U,= 0.9,U,N,时,能起动,例,2:,在,80%,额定负载时,不能起动,在,50%,额定负载时,可以,起动,(3),7.6.1,变频调速,(,无级调速,),f,=50Hz,逆变器,M,3,整流器,f,1,、,U,1,可调,+,变频调速方法,恒转距调速（,f,1,f,1N,）,频率调节范围：,0.5,几,百赫兹,三种电气,调速方法,7.6,三相异步电动机的调速,7.6.2,变极调速,(,有级调速,),变频调速方法可实现无级平滑调速,调速性,能优异，因而正获得越来越广泛的应用。,A,1,X,1,A,2,X,2,i,i,P,=2,A,1,A,2,X,1,X,2,N,N,S,S,A,1,X,1,A,2,X,2,i,i,P,=1,采用变极调速方法的电动机称作双速电机，,由于调速时其转速呈跳跃性变化，因而只用在对,调速性能要求不高的场合，如铣床、镗床、磨床,等机床上。,A,1,A,2,X,1,X,2,S,N,T,o,7.6.3,变转差率调速,(,无级调速,),变转差率调速是绕线式电动机特有的一种调,速方法。其优点是调速平滑、设备简单投资少，,缺点是能耗较大。这种调速方式广泛应用于各种,提升、起重设备中。,n,n,T,L,T,L,s,s,T,s,o,7.7,三相异步电动机的制动,7.7.1,能耗制动,制动方法,机械制动,电气制动,能耗制动,反接制动,发电反馈制动,在断开三相电源的同时，给电动机其中两相,绕组通入直流电流，直流电流形成的固定磁场与,旋转的转子作用，产生了与转子旋转方向相反的,转距（制动转距），使转子迅速停止转动。,n,F,转子,T,n,0,=0,7.7.2,反接制动,停车时，将接入电动机的三相电源线中的任意两相对调，使电动机定子产生一个与转子转动方向相反的旋转磁场，从而获得所需的制动转矩，使转子迅速停止转动。,M,3,+,-,运转,制动,R,P,M,3,运转,制动,n,F,转子,T,n,0,7.7.3,发电反馈制动,当电动机转子的转速大于旋转磁场的转速,时，旋转磁场产生的电磁转距作用方向发生变,化，由驱动转距变为制动转距。电动机进入制,动状态，同时将外力作用于转子的能量转换成,电能回送给电网。,n,F,转子,T,n,0,n,n,0,7.8,三相异步电动机铭牌数据,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,教材表,7.8.1,中列出了各种电动机的系列代号。,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,定子三相绕组的联接方法,。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.,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.,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,=7293,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.,功率因数,P,N,三相异步电动机的功率因数较低，在额定负载,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。,7.,额定转速,电机在额定电压、额定负载下运行时的转速。,P,2,cos,O,如：,n,N,=,1440,转,/,分,s,N,=,0.04,8.,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),。,7.9.1,功率的选择,功率选得过大不经济，功率选得过小电动机容易因过载而损坏。,1.,对于连续运行的电动机，所选功率应等于或略大于生产机械的功率。,2.,对于短时工作的电动机，允许在运行中有短暂的过载，故所选功率可等于或略小于生产机械的功率。,7.9,三相异步电动机的选择,7.9.2,种类和型式的选择,1.,种类的选择,一般应用场合应尽可能选用鼠笼式电动机。,只有在需要调速、不能采用鼠笼式电动机的场,合才选用绕线式电动机。,2.,结构型式的选择,根据工作环境的条件选择不同的结构型式，,如开启式、防护式、封闭式电动机。,7.9.3,电压和转速的选择,根据电动机的类型、功率以及使用地点的电源电压来决定。,Y,系列鼠笼电动机的额定电压只有,380V,一个,等级。大功率电动机才采用,3000V,和,6000V,。,单相异步电动机主要应用于电动工具、洗衣机、电冰箱、空调、电风扇等小功率电器中。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,。,定子绕组中通入单相交流电后,形成脉动磁场，若不采取措施，将无法获得所需的起动转矩。,定子,定子,绕组,转子,A,A,N,S,7.11.1,单相异步电动机的工作原理,7.11,单相异步电动机,定子绕组产生的脉动磁场,，可用,正、反两个,旋转磁场合成来等效。即,+,-,m,=,+,-,=,t,O,脉动磁场的分解,+,-,-,+,+,-,正反向旋转磁场的合成转矩特性,合成转矩,(,正向,),起动转矩,为零,(,反向,),正,转,转,反,.,.,.,.,F,鼠笼式转子,导条及电流,当定子绕组产生的合成磁场增加时，根据,右手螺旋定则和左手定则，可知转子导条左、,右受力大小相等方向相反，所以没有起动转矩。,A,A,为了获得所需的起动转矩，单相异步电动,机的,定子进行了特殊设计。,常用的单相异步电,动机有电容分相式异步电动机和罩极式异步电,动机。他们都采用鼠笼式转子，但定子结构不,同。,7.11.2,电容分相式异步电动机,电容分相式异步电动机的定子中放置有两个,绕组，一个是工作绕组,A,A,，,另一个是起动绕,组,B,B, ,两个绕组在空间相隔,90,。起动时，,B,B,绕组经电容接电源，两个绕组的电流相位相,差近,90,，即可获得所需的旋转磁场。,电容分相式异步电动机,i,A,S,A,B,B,A,i,B,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,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,S,A,B,B,i,A,i,B,A,1,2,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,；当,将,S,切换到位置,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。,电动机转子转动起来后，利用,离心力将开关,S,断开,(S,是离心开,关,),，使起动绕组,B,B,断电。,M,7.11.2,罩极式单相异步电机,i,1,2,定子绕组,鼠笼式转子,短路环,极掌,(,极靴,),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。,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。,7.11.3,三相异步电动机的单相运行,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，但转矩降低了，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？,