三相电动机教学课件PPT.ppt

三相异步电动机,河海大学机电工程学院 2010.02,电 动 机,进行机械能与电能互换的旋转机械称为电机：将机械能转换为电能的电机称为发电机，将电能转换为机械能的电机称为电动机。 电动机分为交流电动机和直流电动机。交流电动机又分为异步电动机和同步电动机。 异步电动机有单相和三相两种。单相电动机一般为小容量电机。 三相异步电动机构造简单、价格低廉、工作可靠、易于控制及使用维护方便等。,第一节 三相异步电动机的结构 一、基本结构 二、型号和额定值及选用 第二节 三相异步电动机的工作原理 一、三相绕组旋转磁场的产生 二、三相异步电动机的工作原理 三、三相异步电动机的转差率 第三节 三相异步电动机的机械特性 一、三相异步电动机机械特性的三种表达式 二、固有机械特性 三、人为机械特性,目 录,第一节 三相异步电动机的结构,1、定子部分,1）定子铁心：由导磁性能很好的硅钢片叠成导磁部分。,2）定子绕组：放在定子铁心内圆槽内，通三相交流电，产生旋转磁场导电部分。,3）机座：固定定子铁心及端盖，具有较强的机械强度和刚度。,2、转子部分,1）转子铁心：由硅钢片叠成，也是磁路的一部分。,2）转子绕组： 切割定子旋转磁场产生感应电动 势和电流，并形成电磁转矩使电动机旋转， 分鼠笼式和绕线式。,异步电动机的气隙是均匀的。大小为 机械条件所能允许达到的最小值（ 0.22mm）。,3、气隙,一、基本结构,常见外形图,下面是它主要部件的拆分图。,定子三相绕组接线方式,y接法 接法,按转子结构分：,绕线型：转子绕组为三相对称绕组，嵌放在转子铁心槽内。,鼠笼型：转子铁心的每个槽内插入一根裸导条，形成一个多相对称短路绕组。,二、型号和额定值及选用,1、型号,额定值关系有：,2、额定值,其它参数有：绝缘等级、接线方式、温升等,3、三相电动机的选择,1. 功率选择：要防止选择的功率过大；也要防止选择的功率过小（在过载状态下工作容易烧坏定子绕组）。 2. 类型的选择：不带负载起动（鼠笼式异步电动机）、带一定负载起动（高起动转矩电动机）、起动、制动频繁，且要求起动转矩大（绕线型异步电动机）。 3. 结构型式的选择 安全可靠、环保，根据要求选用适当的防护型式：开启式、防护式、 封闭式和防爆式。 4. 转速选择 根据生产机械的要求选。转速高的电动机，体积小，价格便宜；而转速低的电动机，体积大，价格贵。 5. 电压的选择 主要依据电动机运行场所供电网的电压等级，同时兼顾电动机的类型和功率。小容量的电动机额定电压均为380 v，大容量的电动机有时采用3kv和6kv的高压电动机。,第二节 三相异步电动机的工作原理,一、三相绕组基波合成磁动势旋转磁场的产生,推出三相的合成磁动势：,取u相绕组轴线位置作为空间坐标原点、以相序的方向作为x的参考方向、u相电流为零时作为时间起点，则三相基波磁动势为：,三相合成磁动势是一个幅值恒定不变的圆形旋转磁动势。,交流电机三相对称绕组, 通入三相对称电流，磁动势是三相的合成磁动势。,空间角a说明各基波磁势在空间分布是正弦函数；而时间角t说明各基波磁势随时间作正弦变化。利用三角积化和差公式,旋转磁场的旋转方向 设三相对称电流按余弦规律变化，u 相电流最大时为计时零点，电流取首进尾出为正，电流波形和各时刻旋转磁动势的位置如图所示：,如果将三相电源线任意两相互换，旋转磁场旋转方向改变。,用图解法分析不同时刻三相合成磁动势,合成磁动势的转向是从载有超前电流的相转到载有滞后电流的相。由此也可得改变三相异步电动机转向的方法。,产生圆形旋转磁动势的条件：一是三相或多相对称绕组；二是三相或多相对称电流。两个条件有一个不满足，即产生椭圆形旋转磁动势。,三相对称绕组通入三相对称电流，产生的基波合成磁动势是一个幅值恒定不变的圆形旋转磁动势，它有以下主要性质,(1)幅值是单相脉动磁动势最大幅值的3/2倍。,(2)转向由电流相序决定,从载有超前电流相转到载有滞后电流相.,(3)转速决定于电流的频率和电机的磁极对数,(4)当某相电流达最大值时,旋转磁动势的波幅位置刚好转到该相绕组的轴线位置上,静止的转子绕组与旋转磁场之间有相对运动，在转子导体中产生感应电动势。由于转子电路为闭合电路，在感应电动势的作用下， 产生了感应电流。,载流转子导体受磁力的作用产生一电磁转矩，方向同旋转磁场的旋转方向一致；转子便以一定的速度沿旋转磁场的旋转方向转动。,当异步电动机的负载增大时，转子电流增大，在电压不变时，定子绕组电流也增大（消耗功率增加）。,二、三相异步电动机的工作原理,三、三相异步电动机的转差率,三相异步电动机转子转速n和定子旋转磁场转速n1关系： 1）当n=0，转子切割旋转磁场的相对转速最大n1-n=n1，故转子中感应电动势和电流最大； 2）当转子转速n增加时，n1-n下降，感应电动势和电流下降； 3）当n=n1时，则n1-n=0，不切割旋转磁场，不产生转矩。因此转子转速一般情况下不可能等于旋转磁场转速（异步得名）。 转差率：s=(n1-n)/n1 1）电动机启动瞬间（静止），n=0，s=1 2）电动机空载，阻力小，转速n很高，s很小（0.005） 3）额定状态工作，对中小型电动机，转差率约0.010.07。 4）负载变化时，s也随之改变。,第三节 三相异步电动机的机械特性,一、三相异步电动机机械特性的三种表达式,1、物理表达式 2、参数表达式 3、实用表达式,1、物理表达式,电磁转矩：,异步电动机的转矩系数：,转子电流折算值：,转子功率因数：,反映了不同转速时t与主磁通m及转子电流有功分量i2cos2之间的关系，不能直接反映异步电动机转矩与电动机参数（如定子相电压ux，s，r1，r2，x1，x2，定子相数m1，转子同步机械角速度w0等） ； 称物理表达式，用于物理上分析异步电动机在各种运转状态下，转矩t与磁通fm及转子电流有功分量之间的关系较方便。,2、参数表达式,异步电动机的电磁转矩t与定子每相电压u1平方成正比，若电源电压波动大，会对转矩造成很大影响。,机械特性曲线,在电压、频率及绕组参数一定的条件下，电磁转矩t与转差率s之间的关系可用曲线表示如图所示。,最大转矩tm是t=（s）的极值点，最大转矩为：,1）最大转矩,最大转矩对应的临界转差率为：,两式中“+”为电动状态（特性在第象限）；“-”为制动状态（特性在第象限）。,通常情况下， 可忽略r1，则有：,2）最大转矩近似表达式,最大转矩与额定转矩的比值称为过载倍数，其值大小反映电动机过载能力，用m表示，即：,一般异步电动机过载倍数m=1.52.2。,起动瞬间n=0或s=1时，电动机相当于堵转，这一时刻的电磁转矩称为起动转矩或堵转转矩，用tst表示，则有：,2）起动转矩tst,起动转矩与额定转矩的比值称为起动转矩倍数或堵转转矩倍数，用kst表示，则有：,一般普通异步电动机起动转矩倍数为0.81.2。,3、实用表达式,忽略r1的：,临界转差率：,当拖动额定负载时，tl=tn临界转差率为：,从产品目录查出该异步电动机的数据pn、nn、m应用实用公式就可方便得出机械特性表达式。,额定转矩为：,二、固有机械特性,异步电动机的固有机械特性是指u1=u1n， 1=1n，定子三相绕组按规定方式连接，定子和转子电路中不外接任何元件时测得的机械特性n =（t）或t=（s）曲线。 对于同一台异步电动机有正转（曲线1）和反转（曲线2）两条固有机械特性。,1）同步转速点a 同步转速点又称理想空载点， 在该点处： s=1，n=n1，t=0，e2s=0，i2=0，i1=i0 电动机处于理想空载状态。 2）额定运行点b 在该点处： n=nn，t=tn，i1=i1n，i2=i2n，p2=pn， 电动机处于额定运行状态。,曲线上各特殊点,3）临界点c 在该点处：s=sm，t=tm， 对应的电磁转矩是电动机所 能提供的最大转矩。tm是 异步电动机回馈制动状态所 对应的最大转矩，若忽略r1 的影响时，有t m=tm。 4）起动点d 在该点处：s=1，n=0， t=tst，i=ist。,异步电动机的人为机械特性是指人为改变电动机的电气参数而得到的机械特性。 由参数表达式可知，改变定子电压u1、定子频率f1、极对数p、定子回路电阻r1和电抗x1、转子回路电阻r2和电抗x2，都可得到不同的人为机械特性。,三、人为机械特性,在参数表达式中，保持其它参数不变，只改变定子电压u1的大小，可得改变定子电压的人为机械特性。 讨论电压在额定值以下范围调节的人为特性,1）降低定子电压的人为机械特性,tl1-恒转矩负载特性、tl2-风机类负载特性,tmu12；tstu12；n1和sm与电压无关,当定子电阻r1增大时，同步转速n1不变，但临界转矩tm、临界转差率sm、起动转矩tst都变小,定子回路串入对称电阻的 接线图和人为机械特性,2）定子回路串入对称电阻的人为机械特性,如果定子回路串入对称的电抗，同步转速n1仍不变，但临界转矩tm、临界转差率sm、起动转矩tst也都变小。两种接线可实际应用于鼠笼式异步电动机的起动，以限制起动电流。,定子回路串入对称电抗的 接线图和人为机械特性,3）定子回路串入对称电抗的人为机械特性,4）转子回路串入对称电阻的人为机械特性,绕线式异步电动机转子回路串入 三相对称电阻的接线图和人为机械特性,5）变极调速,n=60*f1*(1-s)/p 改变定子的极对数,通常采用改变定子绕组连结 的方法. 一般采用笼型的异步电机,因为它的极对数能自 动地和定子的极对数相对应. 属于有级调速方法,/yy接法调速,5）变频调速,n=60*f1*(1-s)/p 改变三相异步电动机电源频率，可以改变旋转磁通势的同步转速，达到调速的目的。额定频率称为基频，变频调速时，可以从基频向上调，也可以从基频向下调。,从基频向下变频调速： 三相异步电动机每相电压：u1 e1= f1n1kw1m 降低电源频率时，必须同时降低电源电压(感抗减少，电流增加)。 保持e1/f1=常数：这种方法是恒磁通控制方式,这种调速方法机械特性较硬，在一定的静差率要求下，调速范围宽，而且稳定性好。由于频率可以连续调节，因此变频调速为无级调速，平滑性好。另外，电动机在正常负载运行时，转差率s较小，因此转差功率较小，效率较高。,从基频向上变频调速： 升高电源电压是不现实的，因此升高频率