最新三相异步电动机的结构工作原理及其控制电路电工技师Word格式文档下载.docx
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1).定子
三相异步电动机的定子由三部分组成:
定子
定子铁心
由厚度为0.5mm的,相互绝缘的硅钢片叠成,硅钢片内圆上有均匀分布的槽,其作用是嵌放定子三相绕组AX、BY、CZ。
定子绕组
三组用漆包线绕制好的,对称地嵌入定子铁心槽内的相同的线圈。
这三相绕组可接成星形或三角形。
机座
机座用铸铁或铸钢制成,其作用是固定铁心和绕组
2).转子
三相异步电动机的转子由三部分组成:
转子
转子铁心
由厚度为0.5mm的,相互绝缘的硅钢片叠成,硅钢片外圆上有均匀分布的槽,其作用是嵌放转子三相绕组。
转子绕组
转子绕组有两种形式:
鼠笼式--鼠笼式异步电动机。
绕线式--绕线式异步电动机。
转轴
转轴上加机械负载
鼠笼式电动机由于构造简单,价格低廉,工作可靠,使用方便,成为了生产上应用得最广泛的一种电动机。
为了保证转子能够自由旋转,在定子与转子之间必须留有一定的空气隙,中小型电动机的空气隙约在0.2~1.0mm之间。
2.三相异步电动机的转动原理
1).基本原理
为了说明三相异步电动机的工作原理,我们做如下演示实验,如图5-2所示。
图5-2三相异步电动机工作原理
(1).演示实验:
在装有手柄的蹄形磁铁的两极间放置一个闭合导体,当转动手柄带动蹄形磁铁旋转时,将发现导体也跟着旋;
若改变磁铁的转向,则导体的转向也跟着改变。
(2).现象解释:
当磁铁旋转时,磁铁与闭合的导体发生相对运动,鼠笼式导体切割磁力线而在其内部产生感应电动势和感应电流。
感应电流又使导体受到一个电磁力的作用,于是导体就沿磁铁的旋转方向转动起来,这就是异步电动机的基本原理。
转子转动的方向和磁极旋转的方向相同。
(3).结论:
欲使异步电动机旋转,必须有旋转的磁场和闭合的转子绕组。
2).旋转磁场
(1).产生
图5-3表示最简单的三相定子绕组AX、BY、CZ,它们在空间按互差1200的规律对称排列。
并接成星形与三相电源U、V、W相联。
则三相定子绕组便通过三相对称电流:
随着电流在定子绕组中通过,在三相定子绕组中就会产生旋转磁场(图5-4)。
图5-3三相异步电动机定子接线
当t=00时,
,AX绕组中无电流;
为负,BY绕组中的电流从Y流入B1流出;
为正,CZ绕组中的电流从C流入Z流出;
由右手螺旋定则可得合成磁场的方向如图5-4(a)所示。
当t=1200时,
,BY绕组中无电流;
为正,AX绕组中的电流从A流入X流出;
为负,CZ绕组中的电流从Z流入C流出;
由右手螺旋定则可得合成磁场的方向如图5-4(b)所示。
当t=2400时,
,CZ绕组中无电流;
为负,AX绕组中的电流从X流入A流出;
为正,BY绕组中的电流从B流入Y流出;
由右手螺旋定则可得合成磁场的方向如图5-4(c)所示。
可见,当定子绕组中的电流变化一个周期时,合成磁场也按电流的相序方向在空间旋转一周。
随着定子绕组中的三相电流不断地作周期性变化,产生的合成磁场也不断地旋,因此称为旋转磁场。
图5-4旋转磁场的形成
(2).旋转磁场的方向
旋转磁场的方向是由三相绕组中电流相序决定的,若想改变旋转磁场的方向,只要改变通入定子绕组的电流相序,即将三根电源线中的任意两根对调即可。
这时,转子的旋转方向也跟着改变。
3).三相异步电动机的极数与转速
(1).极数(磁极对数p)
三相异步电动机的极数就是旋转磁场的极数。
旋转磁场的极数和三相绕组的安排有关。
当每相绕组只有一个线圈,绕组的始端之间相差1200空间角时,产生的旋转磁场具有一对极,即p=1;
当每相绕组为两个线圈串联,绕组的始端之间相差600空间角时,产生的旋转磁场具有两对极,即p=2;
同理,如果要产生三对极,即p=3的旋转磁场,则每相绕组必须有均匀安排在空间的串联的三个线圈,绕组的始端之间相差400(=1200/p)空间角。
极数p与绕组的始端之间的空间角的关系为:
(2).转速n
三相异步电动机旋转磁场的转速n0与电动机磁极对数p有关,它们的关系是:
(5-1)
由(5-1)可知,旋转磁场的转速n0决定于电流频率f1和磁场的极数p。
对某一异步电动机而言,f1和p通常是一定的,所以磁场转速n0是个常数。
在我国,工频f1=50Hz,因此对应于不同极对数p的旋转磁场转速n0,见表5-1
表5-1
p
1
2
3
4
5
6
n0
3000
1500
1000
750
600
500
(3).转差率s
电动机转子转动方向与磁场旋转的方向相同,但转子的转速n不可能达到与旋转磁场的转速n0相等,否则转子与旋转磁场之间就没有相对运动,因而磁力线就不切割转子导体,转子电动势、转子电流以及转矩也就都不存在。
也就是说旋转磁场与转子之间存在转速差,因此我们把这种电动机称为异步电动机,又因为这种电动机的转动原理是建立在电磁感应基础上的,故又称为感应电动机。
旋转磁场的转速n0常称为同步转速。
转差率s——用来表示转子转速n与磁场转速n0相差的程度的物理量。
即:
(5-2)
转差率是异步电动机的一个重要的物理量。
当旋转磁场以同步转速n0开始旋转时,转子则因机械惯性尚未转动,转子的瞬间转速n=0,这时转差率S=1。
转子转动起来之后,n>
0,(n0-n)差值减小,电动机的转差率S<
1。
如果转轴上的阻转矩加大,则转子转速n降低,即异步程度加大,才能产生足够大的感受电动势和电流,产生足够大的电磁转矩,这时的转差率S增大。
反之,S减小。
异步电动机运行时,转速与同步转速一般很接近,转差率很小。
在额定工作状态下约为0.015~0.06之间。
根据式(4-2),可以得到电动机的转速常用公式
(5-3)
例有一台三相异步电动机,其额定转速n=975r/min,电源频率f=50Hz,求电动机的极数和额定负载时的转差率S。
解:
由于电动机的额定转速接近而略小于同步转速,而同步转速对应于不同的极对数有一系列固定的数值。
显然,与975r/min最相近的同步转速n0=1000r/min,与此相应的磁极对数p=3。
因此,额定负载时的转差率为:
(4).三相异步电动机的定子电路与转子电路
三相异步电动机中的电磁关系同变压器类似,定子绕组相当于变压器的原绕组,转子绕组(一般是短接的)相当于副绕组。
给定子绕组接上三相电源电压,则定子中就有三相电流通过,此三相电流产生旋转磁场,其磁力线通过定子和转子铁心而闭合,这个磁场在转子和定子的每相绕组中都要感应出电动势。
总结:
1、三相异步电动机的两个基本组成部分为定子(固定部分)和转子(旋转部分)。
2、欲使异步电动机旋转,必须有旋转的磁场和闭合的转子绕组,并且旋转的磁场和闭合的转子绕组的转速不同,这也是“异步”二字的含义;
3、三相电源流过在空间互差一定角度按一定规律排列的三相绕组时,便会产生旋转磁场;
4、旋转磁场的方向是由三相绕组中电源相序决定的;
5、三相异步电动机旋转磁场的转速n0与电动机磁极对数p有关,它们的关系是:
6、转差率s——用来表示转子转速n与磁场转速n0相差的程度的物理量。
转差率是异步电动机的一个重要的物理量,异步电动机运行时,转速与同步转速一般很接近,转差率很小。
7、三相异步电动机中的电磁关系同变压器类似,定子绕组相当于变压器的原绕组,转子绕组(一般是短接的)相当于副绕组。
1.2三相异步电机的转矩特性与机械特性
1.电磁转矩(简称转矩)
异步电动机的转矩T是由旋转磁场的每极磁通与转子电流I2相互作用而产生的。
电磁转矩的大小与转子绕组中的电流I及旋转磁场的强弱有关。
经理论证明,它们的关系是:
(5-4)
其中T为电磁转矩KT为与电机结构有关的常数
为旋转磁场每个极的磁通量I2为转子绕组电流的有效值
2为转子电流滞后于转子电势的相位角
若考虑电源电压及电机的一些参数与电磁转矩的关系,(5-4)修正为:
(5-5)
其中
为常数U1为定子绕组的相电压
S为转差率R2为转子每相绕组的电阻
X20为转子静止时每相绕组的感抗
由上式可知,转矩T还与定子每相电压U1的平方成比例,所以当电源电压有所变动时,对转矩的影响很大。
此外,转矩T还受转子电阻R2的影响。
图4-15为异步电动机的转矩特性曲线。
2.机械特性曲线
图5-5三相异步电动机的机械特性曲线
在一定的电源电压U1和转子电阻R2下,电动机的转矩T与转差率n之间的关系曲线T=f(s)或转速与转矩的关系曲线n=f(T),称为电动机的机械特性曲线,它可根据式(5-4)得出,如图5-5所示。
在机械特性曲线上我们要讨论三个转矩:
1).额定转矩TN
额定转矩TN是异步电动机带额定负载时,转轴上的输出转矩。
(5-6)
式中P2是电动机轴上输出的机械功率,其单位是瓦特,n的单位是转/分,TN的单位是牛·
米。
当忽略电动机本身机械摩擦转矩T0时,阻转矩近似为负载转矩TL,电动机作等速旋转时,电磁转矩T必与阻转矩TL相等,即T=TL。
额定负载时,则有TN=TL。
2).最大转矩Tm
Tm又称为临界转矩,是电动机可能产生的最大电磁转矩。
它反映了电动机的过载能力。
最大转矩的转差率为Sm,此时的Sm叫做临界转差率,见图5-5(a)
最大转矩Tm与额定转矩TN之比称为电动机的过载系数,即
=Tm/TN
一般三相异步的过载系数在1.82.2之间。
在选用电动机时,必须考虑可能出现的最大负载转矩,而后根据所选电动机的过载系数算出电动机的最大转矩,它必须大于最大负载转矩。
否则,就是重选电动机。
3).起动转矩Tst,
Tst为电动机起动初始瞬间的转矩,即n=0,s=1时的转矩。
为确保电动机能够带额定负载起动,必须满足:
TstTN,一般的三相异步电动机有Tst/TN=12.2。
3.电动机的负载能力自适应分析
电动机在工作时,它所产生的电磁转矩T的大小能够在一定的范围内自动调整以适应负载的变化,这种特性称为自适应负载能力。
1、电磁转矩T的大小与转子绕组中的电流I及旋转磁场的强弱有关。
转矩T还与定子每相电压U1的平方成比例,所以当电源电压有所变动
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