机械制造第6章三相交流异步电动机ppt模版课件

1,复习 第6章 三相异步电动机 6.16.3 作业 p171172: 6.2.3，6.2.4，6.4.1，6.4.4，6.5.2 预习 第6章 三相异步电动机 6.46.6 分析与思考 p147（3）（5）；p151（1）（2）；p153（2）；p158（1）（2）,复习、作业、预习,2,海南风光,第六章 三相异步电动机 （Sixthly chapter three-phase asynchronism motor）,3,第六章 三相异步电动机,6.5 三相异步电动机的使用（Use）,(Sixthly chapter three-phase asynchronism motor),6.1 三相异步电动机的结构（Configuration ofthree-phase asynchronism motor),6.3 三相异步电动机的机械特性 （Torque-speed characteristic）,6.4 三相异步电动机的铭牌数据 （Nameplate data）,6.2 三相异步电动机的转动原理 （Running elements）,4,1. 了解三相交流异步电动机的基本构造和转动 原理。,本章要求：,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的意义。,第6章 交流电动机,5,序(Preface),第六章 三相异步电动机,电动机是机械能与电能相互转换的机械。将机械能转换为电能的机械称为发电机，将电能转换为机械能的机械称为电动机。,Sixthly chapter three-phase asynchronism motor,6,异步电动机的应用非常广泛： 工业方面：中、小型轧钢设备，机床、轻工机械、起重机械，矿山机械等。 农业方面：脱粒机、粉碎机、排灌机械及加工机械。 家用电器方面：电风扇、空调机、洗衣机、电冰箱。,异步电动机的分类：,交流电动机分异步电动机和同步电动机两大类。,按电机定子相数分：三相异步电动机、两相异步电动机、单相异步电动机。,按电机的转子结构分：笼型异步电动机、绕线型异步电动机。,序(Preface),用途与分类,7,交流电动机具有结构简单、价格低廉、坚固耐用、使用维护方便等优点，但其功率因数较低，调速性能较差。 直流电动机虽然结构复杂、维修不便、价格高，但因其调速性能好、起动转矩大，在一些对调速和起动要求高的场所使用。 异步电动机又分为鼠笼式和绕线式，本章以三相鼠笼式异步电动机为重点，介绍异步电动机的结构、工作原理、机械特性、使用方法及主要技术数据。,序(Preface),8,6.1 三相异步电动机的结构,Configuration of three-phase asynchronism motor,线绕式（Wound rotor）,9,三 相异步电动机的基本结构 示意图,定子,转子,轴承,端盖,机座,三相异步电动机主要部件是由定子和转子两大部分 组成。此外，还有端盖、机座、轴承、风扇等部件。,10,1.定子,6.1 三相异步电动机的构造,11,1. 定子 三相异步电动机的定子是由机座、定子铁心和定子绕组组成。,机座定子铁心和定子绕组示意图,定子绕组,机座,铁心,12,6.1 异步电动机的结构,（1）定子铁心 是由冲有槽孔的硅钢片叠压而成,定子硅钢片,13,6.1 异步电动机的结构,定子铁心是由冲有槽孔的硅钢片叠压而成,14,6.1 异步电动机的结构,（1）定子铁芯是电动机磁路的一部分，紧贴机座内壁。为减小涡流损耗，由厚0.5mm互相绝缘的硅钢片压叠而成。定子铁芯的内圆周有均匀分布的许多线槽，用来嵌放定子绕组。,15,6.1 异步电动机的结构,16,6.1 异步电动机的结构,17,6.1 异步电动机的结构,（2）定子绕组：是由许多绝缘线圈连接而成。中、小型电动机一般用高强度漆包线绕制成对称三相绕组，每相之间互成120电角，对称均匀地嵌放在定子铁芯槽内。,18,6.1 异步电动机的结构,三相绕组线圈,19,A,Z,B,X,C,Y,在定子槽孔中放置三相彼此独立的绕组,定子绕组,20,在定子槽孔中放置三相彼此独立的绕组。,定子绕组 星形接法,定子绕组 三角形接法,端子,图6.1.3,21,转子: 在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电流。,2.转子,鼠笼转子,铁心：由外周有槽的硅钢片叠成。,(2) 绕线式转子,同定子绕组一样，也分为三相，并且接成星形。,22,绕 线 型 转 子 铁 心 与 绕 组,2. 转子 根据转子绕组结构的不同又分为笼型转子和绕线型转子,笼型转子的电机称笼型电动机 绕线型转子的电机称绕线型电动机,外接电阻,电刷,滑环,转子铁心,转子绕组,23,6.1 异步电动机的结构,转子由转子铁心、转子绕组、转轴和风扇等组成。,24,鼠笼式转子（Squirrel-cage rotor）,Configuration of three-phase asynchronism motor,鼠笼式异步电动机的转子绕组因其形状象鼠笼而得名（如图6.1.4），其结构是嵌入线槽中铜条为导体，铜条的两端用短路环焊接起来。,图6.1.4,25,6.1 异步电动机的结构,转子铁心由外圆周上冲有均匀线槽的硅钢片叠压而成，并固定在转轴上。转子铁心的线槽中放置转子绕组。,26,6.1 异步电动机的结构,按转子绕组结构的不同，三相异步电动机又可分为鼠笼式和绕线式两种。,27,6.1 异步电动机的结构,将转子导体、短路环和风扇等铸成一体，成为铸铝鼠笼式转子,图6.1.5,28,Configuration of three-phase asynchronism motor,线绕式（Wound rotor）,电刷,铜环,外接电阻,29,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。,30,6.2.1 三相异步电动机的转动原理,（Running elements of three-phase asynchronism motor）,电动机是如何旋转起来的呢？,31,异步机演示模型,现象：线圈跟着磁铁转,且旋转方向一致；但线圈与磁铁的转速不一样， 。,1.转动原理：依据载流导体在磁场中受力。,Running elements of three-phase asynchronism motor,32,e方向用 右手定则 确定,f方向用 左手定则 确定,磁场旋转,1.转动原理Running elements,33,磁极旋转,导线切割磁力线产生感应电动势,导线长,切割速度,（右手定则）,1.转动原理Running elements,34,2. 线圈比磁场转得慢,1.转动原理Running elements,35,Running elements,现象：线圈跟着磁铁转,且旋转方向一致；但线圈与磁铁的转速不一样， 。,异步,什么时候（感应）电流最大呢？,n=0的时候，线圈切割磁力线的速度最大！异步电动机在起动时（感应）电流最大。,36,Running elements,实际电动机的旋转磁场（rotating or revolving magnetic field）是如何产生的呢？,磁铁反转时,线圈跟着磁铁反转。,旋转磁场的转向决定电动机的转向。,37,A,X,Y,C,B,Z,电流流出,电流流入,6.2.2 旋转磁场的产生,三相定子绕组接入三相电源,(Produce of rotating magnetic field),-P145,38,合成磁场方向： 向下,39,Produce of rotating magnetic field,40, t,i,iA,iB,iC,0,改变旋转磁场的转向,A,B,C,X,Y,Z,90,60,0,相序A-C-B-A,41,Produce of rotating magnetic field,总结（Summarize）,1.定子绕组接入电源后，三相定子电流产生的合成磁场是旋转磁场。三相电流变化一周，旋转磁场也转了一圈。,2.旋转磁场的旋转方向：取决于三相定子电流的相序。对换定子绕组中任意两相的接线，即可改变电机的转向。,42,Summarize :Produce of rotating magnetic field,3.旋转磁场的转速,- 同步旋转速度,旋转磁场的转速与三相定子绕组在定子槽内放置的空间位置及联接方式有关。,43,极对数（p）的概念,44,将每相绕组分成两段，按右下图放入定子槽内。形成的磁场则是两对磁极。即p=2,极对数（p）的概念P147,45,同步旋转速度,极对数,若将定子线圈分为两段，绕组间的空间位置相差600 ：,Produce of rotating magnetic field,极对数和转速的关系,46,极对数,同步旋转速度,极对数和转速的关系,(6.2.1),47,转子转速与旋转磁场转速相差的程度-转差率s。,Summarize :Produce of rotating magnetic field,极对数和转速的关系,48,转差率s :,4.转子的转速（Rotors speed),Summarize :Produce of rotating magnetic field,(6.2.2),49,2. 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,旋转磁场切割定子导体和转子导体的速度不同,旋转磁场与定子导体间的相对速度为 n0 ，所以,1.定子感应电势的频率 f1,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,(6.2.4),(6.2.5),50,由此得电磁转矩公式,3. 电磁转矩的大小,(6.2.6),(6.2.7),51,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 U1 一定时，T 是 s 的函数。,3. R2 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R2 ，从而改变转距。,3. 电磁转矩的大小,(6.2.7),52,综上：（三相异步电动机的转动原理）,三相定子绕组接入三相对称电源，在电机内产生旋转磁场。,旋转磁场与转子绕组产生相对运动，转子绕组切割磁力线，在闭合的转子绕组内产生感应电动势及感应电流。,转子内感应电流与旋转磁场相互作用，产生电磁转矩，使转子转动，并带动生产机械旋转。,53,一.铭牌,标明电动机各项额定运行条件与数据。,6.4 三相异步电动机的铭牌数据-Nameplate data of three-phase asynchronism motor,54,6.1 异步电动机的结构,55,二.三相异步电动机的技术数据 Technic data of three-phase asynchronism motor,1.型号JO2 - 32 - 4,同步转速1500转/分,转差率,2.转速,如：1440 转/分,56,3.接法,指三相定子绕组的联接方式-Y/ 接法,Nameplate data,57,4.额定电压,说明：一般规定电动机的电压不能高于或低于额定值的5。,220V/380V,意味着定子绕组承受的额定电压为220V。,额定运行时定子绕组应加的线电压。,Nameplate data,58,5.额定电流,电机的效率：,6.额定功率 电机在额定运行时，轴输出的机械功率 。,鼠笼电机额定运行时的效率 约为 7293。,220V/380V -/Y,-11.2/6.48A,输入功率( )=输出功率( )电机其它损耗,电机在额定运行时定子绕组的线电流。,Nameplate data,59,额定负载时为0.7- 0.9，空载时为0.2 0.3。,8.绝缘等级 ,防止“大马”拉“小车”,注意：实用中应选择合适容量的电机。,7.功率因数,定子绕组为感性负载，相电压超前相电流。,Nameplate data,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(105C)，H级最高(180C)。,60,1. 型号,（2) 电压 UN 定子绕组上所加的线电压,小结 三相异步电动机的铭牌和额定值,Y132S6,2. 铭牌,3. 额定值,p151,（1) 功率 PN 输出功率 W，kW,（3) 电流 IN 流入定子绕组的线电流,（5) 频率 fN,（4) 转速 nN 额定状态下转子的转速 r/min,（6) 效率,（7) 功率因数 cos N 满载时 0.7 0.9,（8)绝缘等级, m， st ， Ist / IN,61,试计算电机的输入功率、输出功率、效率。,三相异步电机的部分铭牌数据如下：,解：,输入功率,输出功率,Classrooms exercise,62,试计算电机的输入功率、输出功率、效率。,三相异步电机的部分铭牌数据：,解：,效率,此外，还可计算哪些量呢？,转差率,额定转矩,Classrooms exercise,63,机械特性：在电源电压与转子电阻一定的条件下，电动机转子的转速n随电磁转距T变化的关系。即,或T随s的变化关系（因电机转动的快慢常用转差率表示）。即,6.5 三相异步电动机的机械特性,（Torque-speed characteristic of three-phase asynchronism motor ）,一. 曲线,64,6. 5. 1 机械特性曲线,根据转矩公式,得特性曲线：,65,一. 曲线,曲线a c段是电动机稳定运行区。,电动机的转速n较前低。,Torque-speed characteristic,66,曲线,工作点,曲线a c段较平坦时称硬机械特性。,曲线a c段斜率较大时称软机械特性。,如：车床车削时，吃刀量增大不希望电机的转速有较大变化。,如：电车在平路上速度较快，爬坡时希望速度自动减慢。,Torque-speed characteristic,67,二. 机械特性曲线上的(几个)特征转矩,1.最大转矩,b,a,c,d,过载系数：,表示电机短时容许的过载能力。三相异步机：,Character torque at torque-speed characteristic,（maximum torque）,68,如果 电机将会 因带不动负载而停转。,求解,69,过载系数：,70,2.额定转矩,（阻转矩）,大约为最大转矩的一半。,机械角速度,Character torque,（rated torque）,71,机械角速度：,可在产品铭牌上找到。,额定转矩 ：,Character torque,72,3.起动转矩Tst,反映电机带负载起动的能力。,a,c,d,起动时间：,Character torque,starting torque,73,起动转矩 与电源电压 及转子电阻 有关。,Character torque,74,机械特性曲线,启动：,TstTL (负载转矩)，电机启动,转速n，转矩T ,c,c点：转矩达最大Tm ，转速n继续，T，沿cb走,b,b点：T=TL，转速n不再上升，稳定运行,若TL ，暂时T TL,n s I2 T n ,电动机的自适应负载能力,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。,s=0,s=1,75,例1：三相异步电动机，额定功率PN=10kW，额定转速nN=1450r/min，启动能力Tst/TN=1.2，过载系数=1.8。,（牛顿米）,解：（1）额定转矩TN,（2）启动转矩Tst,（3）最大转矩Tm,#（4）用Y 方法起动时的Tst,76,6.6 三相异步电动机的使用,（Use of three-phase ac asynchronism motor）,一.起动(Start),1. 起动电流,中小型鼠笼电机起动电流为额定电流的5-7倍。,起动时 ，,应电动势和转子电流很大,原因：,转子导条切割磁力线速度很快,77,(1) 直接起动,在起动时把电动机的定子绕组直接接入电网。,特点：起动转矩小；起动电流大，比额定值大57倍；影响同一电网上其它负载的正常工作。,优点： 简单、方便、经济、起动过程快，适用 于二三十千瓦以下的小电机。,(2) Y- 降压起动,起动时降低电动机的电源电压，待电动机转速接近稳定转速时，再把电压恢复正常。,2. 起动方法（Start method),78,FU,W2,U1,U2,V1,V2,W1,Q1,转子,定子 绕组,条件: 只适用于正常运行时为 接法 的电动机。,(2) Y- 降压起动,形起动 : Ul = UP,79,(a) 仅适用于正常运行为三角形联结的电机。,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,80,Y 起动器接线简图,静触点,81,Y 起动器接线简图,Y起动,82,Y 起动器接线简图, 工作,83,转矩减小到1/3，降压起动适合于空载或轻载的场合。,起动转矩,Y起动,直接起动()：,降压起动(Y)：,（3）利用变压器降压起动,适于容量较大或工作时定子绕组为Y接法的电机。,另：线绕式电机可采用在转子电路中串电阻的方法。,Start of three-phase ac asynchronism motor,84,(3) 自耦降压起动,Q2下合： 接入自耦变 压器，降压 起动。,Q2上合： 切除自耦变 压器，全压 工作。,合刀闸开关Q,Q2,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。,85,(4) 串电抗降压起动,Q1,FU,M 3,Q2,电动机起动时先合开关Q1, 当电动机的转速接近稳定值时, 再将开关 Q2合上,切除电抗器。,绕线式电动机起动可在转子绕 组中串电阻，减小起动电流。,转子串电阻起动,86,起动方法小结,(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。,（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。,87,1.电机能采用Y 起动吗？,三相异步电机的部分铭牌数据如下：,可以。,二.反转(Reverse rotation),电机转向,2.起动与正常运行时定子绕组的线电流？,Classrooms exercise,88,对调任意两相定子绕组与电源的接线，就可实现反转。,电机反转(Reverse rotation of motor),89,Use of three-phase ac asynchronism motor,6.7 调速(Speed regulation),如：机床上用的多速电动机。,适于小功率电动机，如建筑用的起重机。,90,一、 变频调速 (无级调速),频率调节范围：0.5几百赫兹,6.7 三相异步电动机的调速,91,二、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。,P=2,92,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。,93,三、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。,94,四.制动(Braking),Use of three-phase ac asynchronism motor,1. 抱闸：加机械抱闸;,3. 能耗制动,4. 发电反馈制动,2. 反接制动：停车时，将电动机接电源的任意两相反接，使电动机由原来的旋转方向反过来，以达制动的目的；,95,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：P2N=45kW, nN=1480r/min，UN=380V，N=92.3%，cosN= 0.88， Ist/IN=7.0, Tst/TN=1.9，Tmax/TN=2.2，求： 1) 额定电流IN? 2) 额定转差率sN? 3) 额定转矩 TN 、最大转矩Tmax 、和起动转矩TN 。,96,2）由nN=1480r/min，可知 p=2 （四极电动机）,3）,1) 额定电流IN? 2) 额定转差率sN? 3) 额定转矩 TN 、最大转矩Tmax 、和起动转矩TN 。,97,解：,在上例中(1)如果负载转矩为 510.2Nm, 试问在U=UN和U=0.9UN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=UN时 Tst = 551.8Nm 510.2 N. m,不能起动,(2) Ist =7IN=784.2=589.4 A,在U= 0.9UN 时,能起动,例1,98,在80%额定负载时,不能起动,在50%额定负载时,可以起动,(3),99,例2：已知TN=260 Nm，IN=75 A，N=8