交流电动机.doc

第六章 交流电动机 电机是实现电能和机械能互相转换的旋转装置。 本章主要介绍交流电动机的基本构造、工作原理、转速与转矩之间的机械特性及起动、反转、调速及制动的基本原理和使用方法等。61 三相异步电动机的构造 三相异步电动机分主要由定子(固定部分)和转子(旋转部分)两个基本部分组成。见下图 三相异步电动机的定子构成：由机座和装在机座内的圆筒形铁心以及其中的定子绕组组成。见下图 三相异步电动机的转子铁心是圆柱状的，也是用硅钢片叠成，表面有冲槽，用来放置转子绕组。转子铁心装在转轴上，轴上加机械负载。 根据构造的不同可分为鼠笼式和绕线式两种。 鼠笼式异步电动机若去掉转子铁心，嵌放在铁心槽中的转子绕组，就象一个“鼠笼”，它一般是用铜或铝铸成。见下图 绕线式异步电动机的转子绕组同定子绕组一样也是三相的，它联接成星型。每相绕组的的始端联接在三个铜制的滑环上，滑环固定在转轴上。环与环，环与转轴之间都是互相绝缘的。在环上用弹簧压着碳质电刷。 起动电阻和调速电阻是借助于电刷同滑环和转子绕组联接，见下图62 异步电动机转动原理：旋转磁场1.旋转磁场的产生 三相异步电动机的定子绕组嵌放在定子铁心槽内，按一定规律连接成三相对称结构。三相绕组AX，BY，CZ在空间互成1200，它可以联接成星形,也可以联接成三角形。当三相绕组接至三相对称电源时，则三相绕组中便通入三相对称电流iA、iB、iC：iA=ImsintiB= Imsin(t120o)iC= Imsin(t120o) 电流的参考方向和随时间变化的波形图见下图。 的产生过程(见下图)： 由分析可知,当定子绕组中通入三相电流后，当三相电流不断地随时间变化时，它们共同产生的合成磁场也随着电流的变化而在空间不断地旋转着，这就是旋转磁场。这个旋转磁场同磁极在空间旋转所产生的作用是一样的。2.旋转磁场的转向从旋转磁场可以看出，在t=00的时，A相的电流iA=0，此时旋转磁场的轴线与A相绕组的轴线垂直；当t=900时，A相的电流iA=+Im达到最大，这时旋转磁场轴线的方向恰好与A相绕组的轴线一致。三相电流出现正幅值的顺序为ABC，因此旋转磁场的旋转方向是与通入绕组的电流相序是一致的，即旋转磁场的转向与三相电流的相序一致。如果将与三相电源相联接的电动机三根导线中的任意两根的对调一下，则定子电流的相序随之改变，旋转磁场的旋转方向也发生改变。电动机就会反转，见下图3.旋转磁场的极数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定子绕组的安排有关。在上图的情况下,每相绕组只有一个线圈, 三相绕组的始端之间相差1200，则产生的旋转磁场具有一对极,即p=1。如将定子绕组按下图所示安排。电动机的转动原理下图为三相异步电动机工作原理示意图。当三相定子绕组接至三相电源后，三相绕组内将流过对称的三相电流，并在电动机内产生一个旋转磁场。当p=l时，图中用一对以恒定同步转速n0（旋转磁场的转速）按顺时针方向旋转的电磁铁来模拟该旋转磁场，在它的作用下，转子导体逆时针方向切割磁力线而产生感应电动势。感应电动势的方向由右手定则确定。由于转子绕组是短接的,所以在感应电动势的作用下，产生感应电流，即转子电流I2。即异步电动机的转子电流是由电磁感应而产生的，因此这种电动机又称为感应电动机。由图可见，电磁转矩与旋转磁场的转向是一致的，故转子旋转的方向与旋转磁场的方向相同。（但电动机转子的转速n必须低于旋转磁场转速n0。如果转子转速达到n0，那末转子与旋转磁场之间就没有相对运动，转子导体将不切割磁通,于是转子导体中不会产生感应电动势和转子电流，也不可能产生电磁转矩，所以电动机转子不可能维持在转速n0状态下运行。可见该） 电动机只有在转子转速n低于同步转速n0时,才能产生电磁转矩并驱动负载稳定运行。因此这种电动机称为异步电动机。转差率异步电动机的转子转速n与旋转磁场的同步转速n0之差是保证异步电动机工作的必要条件。这两个转速之差与同步转速之比称为转差率，用s表示，即s=（n0n）/n由于异步电动机的转速n 0，故转差率在0到1的范围内,即0 s n0的情况。66 三相异步电动机的铭牌数据三相异步电动机的额定值刻印在每台电动机的铭牌上,一般包括下列几种： 1.型号：为了适应不同用途和不同工作环境的需要，电动机制成不同的系列,每种系列用各种型号表示。例如 Y 132 M- 4 Y 三相异步电动机，其中三相异步电动机的产品名称代号还有：YR为绕线式异步电动机；YB为防爆型异步电动机；YQ为高起动转距异步电动机。 132机座中心高(mm) M 机座长度代号 4 磁极数 2.接法：这是指定子三相绕组的接法。一般鼠笼式电动机的接线盒中有六根引出线,标有U1、V1 、W1、U2、V2、W2。其中：U1 U2是第一相绕组的两端；V1 V2是第二相绕组的两端；W1 W2是第三相绕组的两端。 如果U1、V1 、W1分别为三相绕组的始端(头) ,则U2、V2、W2是相应的末端(尾)。这六个引出线端在接电源之前,相互间必须正确联接。联接方法有星形(Y)联接和三角形()联接两种(下图所示)。通常三相异步电动机自3kW以下者,联接成星形;自4kW以上者, 联接成三角形。 3.额定功率PN：是指电动机在制造厂所规定的额定情况下运行时, 其输出端的机械功率,单位一般为千瓦（kW）。 4.额定电压UN：是指电动机额定运行时,外加于定子绕组上的线电压,单位为伏（V）。 一般规定电动机的工作电压不应高于或低于额定值的5%。当工作电压高于额定值时,磁通将增大，将使励磁电流大大增加,电流大于额定电流,使绕组发热。同时,由于磁通的增大,铁损耗(与磁通平方成正比)也增大,使定子铁心过热；当工作电压低于额定值时，引起输出转矩减小，转速下降,电流增加，也使绕组过热，这对电动机的运行也是不利的。 我国生产的Y系列中、小型异步电动机，其额定功率在3kW以上的,额定电压为380 V，绕组为三角形联接。额定功率在3 kW及以下的,额定电压为380/220V,绕组为Y/联接(即电源线电压为380 V时,电动机绕组为星形联接；电源线电压为220 V时,电动机绕组为三角形联接)。 5.额定电流IN：是指电动机在额定电压和额定输出功率时,定子绕组的线电流,单位为安（A）。 当电动机空载时,转子转速接近于旋转磁场的同步转速,两者之间相对转速很小,所以转子电流近似为零,这时定子电流几乎全为建立旋转磁场的励磁电流。当输出功率增大时,转子电流和定子电流都随着相应增大,如下图中的I1=f(P2)曲线所示。图中是一台l0kW三相异步电动机的工作特性曲线。 6.额定频率fN：我国电力网的频率为50赫兹（Hz），因此除外销产品外,国内用的异步电动机的额定频率为50赫兹。 7.额定转速nN：是指电动机在额定电压、额定频率下,输出端有额定 功率输出时, 转子的转速,单位为转/分(r/min)。由于生产机械对转速的要求不同,需要生产不同磁极数的异步电动机,因此有不同的转速等级。最常用的是四个极的异步电动机(n0=l500 r/min)。 8.绝缘等级：它是按电动机绕组所用的绝缘材料在使用时容许的极限温度来分级的。 所谓极限温度,是指电动机绝缘结构中最热点的最高容许温度。其技术数据见下表：绝缘等级AEBFH极限温度1051201301551809.工作方式：反映异步电动机的运行情况，可分为三种基本方式：连续运行、短时运行和断续运行。三相交流异步电动机的选择 三相交流异步电动机的选用，主要从选用的电动机的功率、工作电压、种类、型式及其保护电器考虑。 1.功率的选择 选用电动机的功率大小是根据生产机械的需要所确定的。(1)连续运行电动机功率的选择对于连续运行的电动机，先算出生产机械的功率，所选用的电动机的额定功率等于或大于生产机械的功率即可。(2)短时运行电动机功率的选择短时运行电动机的功率可以允许适当过载 2.种类和型式的选择(1）种类的选择选择电动机的种类是从交流或直流、机械特性、调速与起动特性、维护及价格等方面考虑。 因为生产上常用的是三相交流点，如没有特殊要求，多采用交流电动机。由于三相鼠笼式异步电动机结构简单，坚固耐用，工作可靠，价格低廉，维护方便；其缺点是调速困难，功率因数较低，起动性能较差。因此，在要求机械特性较硬而无特殊要求的一般生产机械的拖动，如水泵、通风机、运输机、传送带和机床都采用鼠笼式异步电动机。 绕线式电动机的基本性能与鼠笼式相同。其特点是起动性能较好，并可在不大的范围内平滑调速。但是它的价格较鼠笼式电动机为贵，维护亦较不便。因此，只有在某些必须采用绕线式电动机的