第4章三相异步电动机基础教案doc.docx
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第4章三相异步电动机基础教案doc
安徽新闻出版职业技术学院教案
科目电机与拖动技术基础
年级
15
包装自动化技术
1班
任课教师
付学敏
第4章三相异步电动机
课
题
1、知识方面:
了解三相异步电动机的基本结构、理解工作原理、电磁转矩和机械特
教
性,理解起动、调速、制动方法。
学
2、德育方面:
科学技术就是生产力。
目
3、技能方面:
识别三相异步电动机的基本结构。
的
重三相异步电动机的感应电动式和磁动势
点三相异步电动机的工作原理
难三相异步电动机的工作特性
点
挂(a)简化的三相绕组分布图
图(b)按星形连接的三相绕组接通三相电源
或(c)三相对称电流波形图
实(d)两极绕组的旋转磁场
验
用
具
作
业
本
课
小
结
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导入:
三相异步电动机结构简单、制造方便、坚固耐用、维护容易、运行效率高、工作特性好;和同容量的直流电动机相比,异步电动机的
重量约为直流电动机的一半,其价格仅为直流电动机的l/3左右;而且异步电动机的交流电源可直接取自电网,用电既方便又经济。
所以大部
分的工业、农业生产机械,家用电器都用异步电动机作原动机,其单机容量从几十瓦到几千千瓦。
我国总用电量的2/3左右是被异步电动机消耗掉的。
教三相异步电动机的基本结构与工作原理
学
过
程
一、基本结构
三相异步电动机主要是由定子部分(静止的)和转子部分(转动的)两大部分组成,定、转之间是空气隙。
另外还有端盖、轴承、机座、风扇等部件。
(一)异步电动机的定子结构
异步电动机的定子是由机座、定子铁心和定子绕组三个部分组成的。
1.机座
异步电动机的机座主要是固定和支撑定子铁心和绕组。
中小型电机
一般采用铸铁机座、大中型电机采用钢板焊接的机座。
电机损耗变成的
热量主要通过机座散出,为了加强散热面积,机座外部有很多均匀分布
的散热筋。
机座两端面上安装端盖,端盖支撑转子,保持定、转子之间
的气隙值。
2.定子铁心
定子铁心是电动机磁路的一部分,装在机座里。
为了降低定子铁心
的铁损耗,定子铁心用厚的硅钢冲片叠成,硅钢片两面还应涂上绝缘漆,
用以降低交变磁通在铁心中产生的涡流损耗。
在定子铁心内圆上开有
槽,槽内放置定子绕组(也叫电枢绕组)。
3.定子绕组
异步电机的定子绕组是电动机电路部分。
小型异步电动机定子绕组
通常由高强度漆包圆线绕成线圈嵌入铁心槽内;大、中型电机使用矩形
截面导线预先制成成型线圈,再嵌入槽内。
每相绕组按一定规律连接,
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三相构成对称绕组。
定子绕组用绝缘的铜(或铝)导线绕成,嵌放在定
铁心的槽中。
绕组与槽壁间用绝缘隔开。
三相绕组的6个出线,引到机座上接线盒内的接线板上,可按要求接成Y或接法。
(二)定子与转子间的气隙
异步电动机的气隙比同容量直流电动机的气隙小得多,在中、小型异步电动机中,气隙一般为0.2~1.5mm左右。
由于气隙是电动机能量转换的主要场所,所以气隙大小与电动机性能有很大的关系。
异步电动机
教
的励磁电流是由定子电源供给的,气隙大时,磁路磁组增加,要求的励磁电流也增加,从而影响电动机的功率因数。
为了提高功率因数,尽量
让气隙小些,但也不应太小,否则,不但给制造带来困难,也可能使定、转子摩擦或碰撞。
如果从减少附加损耗以及减少高次谐波磁动势产生的
学磁通来看,气隙大点当然又有好处。
因此对气隙的大小应全面考虑。
(三)异步电动机的转子结构
异步电动机的转子是由转子铁心、转子绕组和转轴组成。
1.转子铁心
转子铁心也是磁略的一部分,与定子铁心一样,也由0.5mm厚的硅钢片
过叠压而成,整个铁心固定在转轴上。
转子铁心外圆上冲有均匀分布的槽,用以安放转子绕组。
由于槽缝很小,整个转子铁心的外表面成圆柱形。
2.转子绕组
三相异步电动机的转子绕组用来感应电动势及产生电流,同时与旋
转磁场作用产生转矩,是电机的重要部件之一。
异步电动机的转子绕组
程
按结构分笼型绕组和绕线型绕组两种。
笼型绕组。
笼型绕组分铜条绕组和铸铝绕组两种。
铜条转子是在转子铁心槽内插入铜条(又称导条),铁心两端槽口外用铜环将全部导条焊接,全部导条自行闭合,其形状为圆柱形“笼子”。
铸铝绕组是将熔化的铝注入转子槽内,同时注上端环和风扇,使导条与端环构成闭合绕组,其形状也是圆柱形“笼子”。
笼型绕组的工艺和结构简单、制造方便、经济耐用。
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绕线型转子绕组。
绕线型转子的铁心槽内嵌放三相对称绕组,与定子绕组相似。
转子绕组采用Y接线,三相绕组的首端接到转轴上的三个集电环,再通过电刷、滑环间的滑动与外电路连接。
绕线型转子回路中串接外接电阻或其他电气设备,以改善电动机的启动性能和调速性能,因此获得广泛应用。
但是结构比笼型电机复杂,而且电刷、滑环还增加了维修工作量。
教二、三相异步电动机的铭牌数据
三相异步电动机的机座上都装有铭牌,铭牌上标明了使用电动机应遵循的技术数据和电机型号。
(一)型号
电机的型号表明了电动机的名称、规格和基本技术条件的产品代
学号。
一般采用大写印刷体的汉语拼音字母和阿拉伯数字组成。
其中汉语
拼音字母是根据电机的全名称选择有代表意义的汉字,再用该汉字的第一个拼音字母组成,例如Y系列三相异步电动机表示如下:
过
程
Y系列异步电机是普通用途的小型鼠笼全封闭、自冷式三相异步电动机。
用于金属切削机床、通用机械、矿山机械、农业机械等。
我国生产的异步电动机种类很多,其它类型的异步电动机可参阅产品目录。
(二)额定值
异步电动机按额定值运行称为额定运行状态,异步电动机的额定值
有:
1.定功率PN
定功率指电动机在额定运行状态时轴上输出的机械功率,单位为W
或kW。
2.额定电压UN
额定电压指额定运行状态下加在定子绕组上的线电压,单位为V或kV。
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异步电动机为了区分定、转子边的量,在定子边的量加下标
l,如
U1N
。
转子边的量加下标
2表示,如
U
2N
。
3.额定电流
IN
额定电流指电动机在定子绕组加额定电压、输出额定功率时,定子
绕组中的线电流,单位为
A。
也可表示为I1N(转子为I2N)。
教
4.
额定频率fN
额定频率是指电动机所接电源标准频率,单位为
HZ。
我国工业用
电的频率是50HZ。
5.
额定转速
额定转速指电动机定子所加电源为额定频率、额定电压,且轴端输
学
出额定功率时电机的转速,单位为r/min。
6.
额定效率N和额定功率因数cosN
指电动机在额定负载时,电机的效率和定子边的功率因数。
电动机
额定运行时有
过
PN
3UNINNcosN
(4—1)
三、三相异步电动机的工作原理
多媒体直观展示
三相异步电动机的定子铁芯中放置三相结构完全相同的绕组
U、V、
加深认识
W,如图(a)。
各相绕组在空间上互差120°电角度,向这三相绕组通入
对称的三相交流电,如图(b)(c)所示。
下面我们以两极电动机为例
程说明电流在不同时刻时,磁场在空间的位置。
下图(d)所示,假设电流的瞬时值为正时是从各绕组的首端流入,
(用〇中间加个×表示),末端流出(用“⊙”表示),当电流为负值时,
于此相反。
在ωt=0的瞬间,iu=0,iv为负值,iw为正值,如图(c)所示,
则V相电流从V2流进,V1流出,而W相电流从W1流进,W2流出。
利用安培右手定则可以确定ωt=0瞬间由三相电流所产生的合成磁场方向
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如图(d)①所示。
可见这时的合成磁场是一对磁极,磁场方向与纵轴线方向为一致,上方式北极,下方是南极。
应用同样的分析方法可画出
ωt=2/3*π,ωt=4/3*π,ωt=2π时的合成磁场,分别如图(d)②③
④所示,由图中可明显地看出磁场的方向逐步按顺时针方向旋转,共计转过360°,即旋转了一周。
教
学
过
程
(d)①②③④
(a)简化的三相绕组分布图
(b)按星形连接的三相绕组接通三相电源
(c)三相对称电流波形图
(d)两极绕组的旋转磁场
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由此可以得出如下结论:
在三相交流电动机定子上布置有结构完全
相在空间位置各相差120度电角度的三相绕组,分别接入三相对称交流
电,则在定子与转子间所产生的合成磁场是沿定子内圆旋转的,我们称
此为旋转磁场。
旋转磁场的磁感线切割转子绕组,在转子绕组中产生感应电动势和
感应电流,转子绕组在磁场中受到电磁力的作用,电磁力乘以电枢半径
教就形成了电磁转矩。
电磁转矩的方向与旋转磁场方向相同。
转子转动后,其转速为n,则转子导体与定子旋转磁场间的相对切
割速度为nn1n。
当nn1时,n0,相应地有e20,i20,即
转子与旋转磁场间无相对切割运动时,转子绕组中无感应电动势和电
流,也就没有驱动转子转动的电磁转矩,可见nn1是异步电动机维持
学
运行的必要条件,“异步”电机之称也因此而得名。
转子转速与旋转磁场转速间的大小用转差率s来描述,
n1n
s
n1
(4—2)
转差率s又称滑差,它是描述异步电机运行状态的一个基本量。
电
过
机空载时s
0.5%,额定负载时s
5%,所以异步电动机的转子转速
总是接近旋转磁场转速的。
这就是异步电机的基本原理。
1)旋转磁场的方向:
由上图可以看出,三相交流电按U-V-W相序变化,则产生的旋转磁场在空间上以顺时针方向旋转。
程若我们任意对调电动机两相绕组的电流相许,如:
U-W-V相序,则由理论分析和实践证明,产生的旋转磁场以逆时针方向旋转。
由此可知,旋转磁场的旋转方向取决于通入绕组中的三相交流电源的相序,只要任
意对调电动机的相序,则可改变旋转磁场的方向。
2)旋转磁场的转速为:
n1=60f1/P,上述公式中
n1:
表示旋转磁场的转速,单位转/分;f1:
表示三相交流电源的频率,单位赫兹;P:
表示磁极对数;60:
表示一分钟的60秒。
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教
三相异步电动机的绕组和额定值
三相异步电动机绕组绕制原则
1.根据磁极对数要求,三相绕组必须保持在空间上的对称,三相绕组互差120度空间电角度。
排列规律为:
每绕一对磁极则需一组三相对称绕组(A、B、C为三相首端,X、Y、Z为三相尾端),排列顺序为A、Z、B、X、C、Y。
2.根据对称原则,每相绕组应相等均匀,若极数为2P,所以要将总的定子槽分为2P等分,每一等分为一个极距,称为一个极相组(以槽数
表示)。
再将每一极距内的槽数分成三组,以分别安装(m=3)相绕组的
线圈边。
每一相所占槽数以表示称每极每相槽数q。
q
z
2pm
3.槽距角
学槽距角为相邻两槽中心线间的电角度。
公式为
0
p.360
z
4.极距
极距为相邻两磁极中心线间的距离(槽数)
过
z
2p
三相绕组的种类
(1)单层绕组和双层绕组
(2)整距绕组和短距绕组
程
整距绕组y=
短距绕组y<
(3)集中绕组和分布绕组集中绕组q=1
分布绕组q>1
额定值
P
1N
3
N
I
NCOS
N(输入功率)
U
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三相异步电动机
型号
Y132S-6
功
率
3kW
频
率50Hz
电压
380V
电
流
A
联
结Y
铭牌电压为额定电压(线电压),电流为额定电流(线电流,功率指的
教是轴上输出额定机械功率,Y132S-66指的是极数。
三相异步电动机的电磁转矩和机械特性1.三相异步电动机的电磁转矩
三相异步电动机的电磁转矩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,故电磁转矩与转子电流的有功分量I2cos2及
学
定子旋转磁场的每极磁通成正比,即:
TKTI2cos2
式中KT是一个与电动机结构有关的常数。
将I2、cos2的表达
式及与U1的关系式代入上式,得三相异步电动机电磁转矩公式的另一过个表示式:
sRU
2
TK
2
1
2
(sX
)2
R
20
2
式中K是一常数。
可见电磁转矩T也与转差率s有关,并且与定子
程每相电压U1的平方成正比,电源电压对转矩影响较大。
同时,电磁转矩
T还受到转子电阻R2的影响
2.三相异步电动机的机械特性
起动转矩:
电动机刚起动(n=0,s=1)时的转矩称为起动转矩。
额定转矩:
电动机在额定负载下工作时的电磁转矩称为额定转矩,
忽略空载损耗转矩,则额定转矩等于机械负载转矩。
dT
0
最大转矩:
对应于最大转矩的转差率Sm可由ds求得
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学
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教
学
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程
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