第5章-三相异步电动机及其控制.ppt

第五章三相异步电动机及其控制 第一节异步电动机的结构第二节异步电动机的转动原理第三节异步电动机的特性第四节异步电动机的起动和调速第五节异步电动机的额定值第六节异步电动机的继电接触控制 5 1异步电动机 异步电动机的特点 应用最广泛 三相异步电动机 9 3 1三相异步电动机的结构和工作原理 复习提问 根据上述理论 我们来观察下列实验现象 提问 闭合电路中导体切割磁力线 感应电动势 产生 感应电流 感应电流受磁场力作用 导致导体 运动 产生 导入新课 问题 随着磁场的转动 闭合线圈是如何运动的 闭合线圈也将转动 问题2 闭合线圈的转动方向与磁场的旋转方向有什么关系 闭合线圈与磁场的旋转方向相同 导入新课 这就是感应电动机的基本原理 导入新课 通过接线盒接入三相交流电 电动机转动输出机械转矩 一 结构 电动机由定子和转子两个基本部分组成 新课讲解 定子 转子 定子绕组是电动机的电路部分 由三相对称绕组组成 有六个出线端U1 U2 V1 V2 W1 W2 定子绕组按要求接成星形或三角形 1 定子 定子由机座 铁心和定子绕组组成 作用 产生旋转磁场 星形连接 新课讲解 三角形连接 三相定子绕组接线盒 新课讲解 L1 L2 L3 星形连接 L1 L2 L3 三角形连接 结构 由转轴 转子铁心和转子绕组组成 作用 输出机械转矩 分类 转子绕组分为笼型和绕线式两种 新课讲解 2 转子 转子是异步电动机的旋转部分 电机转动原理 演示图 当手柄摇动磁极时 发现 转子跟着磁极一起转动 启示 有一旋转磁场 转子跟着磁场转动 实际的异步电动机中 转子之所以转动 是由于旋转磁场的作用 思考 三相异步电动机磁场何来 又如何旋转起来 二 旋转磁场 A Y C B Z 异步电动机中 旋转磁场代替了旋转磁极 电流出 电流入 X 合成磁场方向 向下 三相对称绕组通入三相对称电流就形成 旋转磁场 电流磁场的合成磁场N S 磁场轴线方向 同理分析 可得其它电流角度下的磁场方向 旋转磁场的旋转方向 与三相电流相序一致 顺时针旋转 旋转方向 取决于三相电流的相序 改变电机的旋转方向 换接其中两相 旋转磁场的旋转方向 方法 和电源相接的任意两相互换 就可实现反转 旋转磁场的转速大小 磁极对数 P 的概念 磁极对数 P 的改变 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 磁极对数 磁极对数和转速的关系 旋转磁场转速n1与极对数p的关系 当三相异步电动机接通电源时 定子绕组就会产生旋转磁场 转子相当于磁场中的闭合线圈 随着磁场的旋转 转子就会旋转起来 三 工作原理 转子电流是由电磁感应而产生的 感应电动机 三相异步电动机转子的转速小于旋转磁场的转速 这也是异步电动机工作的必要条件 新课讲解 异步 含义 电动机转速和旋转磁场同步转速的关系 电动机转速 转子转速 转差率的概念 异步电机运行中 转差 n 旋转磁场的同步转速和电动机转速之差 即 转差率s 一 电磁转矩 转子中各载流导体在旋转磁场的作用下 受到电磁力所形成的转矩之总和 常数 与电机结构有关 旋转磁场每极磁通 转子电流 转子电路的功率因数 9 3 2三相异步电动机的特性和额定值 牛顿米 Nm 由此得电磁转矩公式 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 U1 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 二 机械特性 根据转矩公式 得特性曲线 电动机在额定负载时的转矩 1 额定转矩TN 三个重要转矩 额定转矩 N m 如某普通机床的主轴电机 Y132M 4型 的额定功率为7 5kw 额定转速为1440r min 则额定转矩为 2 最大转矩Tmax 转子轴上机械负载转矩T2不能大于Tmax 否则将造成堵转 停车 闷车 电机带动最大负载的能力 临界转差率 将sm代入转矩公式 可得 当U1一定时 Tmax为定值 过载系数 能力 一般三相异步电动机的过载系数为 工作时必须使T2 Tmax 否则电机将停转 电机严重过热而烧坏 3 起动转矩Tst 电动机起动时的转矩 起动时n 0时 s 1 2 Tst与R2有关 适当使R2 Tst 对绕线式电机改变转子附加电阻R 2 可使Tst Tmax Tst体现了电动机带载起动的能力 若Tst T2电机能起动 否则不能起动 起动能力 4 U1和R2变化对机械特性的影响 1 U1变化对机械特性的影响 T2 2 R2变化对机械特性的影响 R2 Tst n 硬特性 负载变化时 转速变化不大 运行特性好 软特性 负载增加时转速下降较快 但起动转矩大 起动特性好 三 铭牌数据 额定值 1 型号 例如 Y132M 4 用以表明电动机的系列 几何尺寸和极数 异步电动机产品名称代号 2 接法 接线盒 Y联结 联结 3 额定电压 例如 380 220V Y 是指线电压为380V时采用Y联结 线电压为220V时采用 联结 说明 一般规定 电动机的运行电压不能高于或低于额定值的5 因为在电动机满载或接近满载情况下运行时 电压过高或过低都会使电动机的电流大于额定值 从而使电动机过热 电动机在额定运行时定子绕组上应加的线电压值 三相异步电动机的额定电压有380V 3000V 及6000V等多种 4 额定电流 例如 Y 6 73 11 64A表示星形联结下电机的线电流为6 73A 三角形联结下线电流为11 64A 两种接法下相电流均为6 73A 5 功率与效率 电动机在额定运行时定子绕组的线电流值 额定功率是指电机在额定运行时轴上输出的机械功率P2 它不等于从电源吸取的电功率P1 注意 实用中应选择容量合适的电机 防止出现 大马拉小车 的现象 6 额定功率因数 指定子电路的 额定负载时约为0 7 0 9 空载时功率因数很低 只有0 2 0 3 额定负载时 功率因数最高 电机在额定电压 额定负载下运行时的转速 7 额定转速 8 绝缘等级 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 105 C H级最高 180 C 9 定额 指电机运行情况 连续运行 短时运行 断续运行 三相异步电动机的起动 三相异步电动机的反转 三相异步电动机的调速 9 3 3三相异步电动机的使用 三相异步电动机的制动 一 异步电动机的起动 接电 起动转矩 负载反转矩 起转 n 至稳定运行 起动问题 起动电流大 起动转矩小 一般中小型鼠笼式电机起动电流为额定电流的5 7倍 电动机的起动转矩为额定转矩的 1 0 2 2 倍 后果 原因 起动方法 1 直接起动20 30kw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 转子串接电阻起动 适用于绕线式电动机 直接通电问题 会产生定子电流比额定电流大4 7倍 过电流 电网电压下降 优点 简单 启动过程快 适用于 中小型笼型异步电动机 20 30KW以下的 1 直接起动 目的 减小启动对电网的影响 方法 启动时用低电压 等n接近稳定时 再恢复正常电压 问题 降压启动 T会减小 2 降压起动 1 Y 换接起动 降压起动时的电流为直接起动时的 设 电机每相阻抗为 Y 起动器接线简图 静触点 Y 起动器接线简图 Y起动 Y 起动器接线简图 工作 a 仅适用于正常运行为三角形连接的笼型电动机 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 2 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 R R R 定子 转子 起动时将适当的R串入转子电路中 起动后将R短路 起动电阻 3 绕线式电动机转子电路串电阻起动 若R2选得适当 转子电路串电阻起动既可以降低起动电流 又可以增加起动转矩 常用于要求起动转矩较大的生产机械上 如 卷扬机 锻压机 起重机 转炉 R2 Tst T O 转子电路串电阻起动的特点 方法 任意调换电源的两根进线 电动机反转 电动机正转 电动机反转 二 三相异步电动机的反转 调速方法 调速 在负载不变情况下 人为改变转速 三 三相异步电动机的调速 据 故 改变p f1 s均可实现调速 笼型电动机调速 绕线型电动机调速 1 变极调速 有级调速 P 2 磁极对数p与定子绕组的接法有关 改变每相绕组中各线圈接法 串并联 可改变p 原理分析 P 1 2 变频调速 无极调速 频率调节范围 0 5 320HZ 根据 通过变频 可实现平滑 宽范围 高精度调速 变频调速装置 变频调速分析 在电机调速时 通常要考虑的一个重要因素是希望保持 不变 因为如果磁通减弱 没有充分利用电机的铁心 是一种浪费 如果磁通增强 又会使铁心饱和 导致励磁电流过大 变频调速的优点 具有较硬的机械特性 转速稳定性好 调速范围宽 可实现无级调速 3 变转差率调速 方法 在绕线型电动机转子回路串调速电阻 改变R 可平滑调速 如 R S n Tmax不变 优点 调速方法简单 缺点 能耗较大 轻载时调速范围小 应用 广泛应用于各种提升 起重设备中 9 3 4单相异步电动机 定子 定子绕组 转子 两种都是笼型转子 但定子不同 一 电容式电动机 设两相电流为 两相电流 正弦波形如图所示 工作绕组 起动绕组 两相旋转磁场 开关S若为离心开关 起动后若S断开 电容启动电动机起动后若S不断 或不串入S 电容运转电动机 笼型转子在旋转磁场作用下产生电磁转矩而旋转 实现正反转的电路 改变电容C的串联位置 可使单相异步电动机反转 将开关S合在位置1 电容C与B绕组串联 电流iB较iA超前近90 将开关S换到位置2 电容C与A绕组串联 电流iA较iB超前近90 这样就改变了旋转磁场的转向 从而实现电动机的反转 例如 洗衣机中的电动机 由定时器的转换开关来自动切换 二 罩极式电动机 定子绕组 鼠笼式转子 短路环 凸极式磁极极掌 极靴 移动磁场 当电流i流过定子绕组时 产生了一部分磁通 1 同时产生的另一部分磁通与短路环作用生成了磁通 2 由于短路环中感应电流的阻碍作用 使得 2在相位上滞后 1 从而在电动机定子极掌上形成一个向短路环方向移动的磁场 使转子获得所需的起动转矩 电动机旋转方向与磁场移动方向一致 罩极式单相异步电动机起动转矩较小 转向不能改变 常用于电风扇 吹风机中 电容分相式单相异步电动机的起动转矩大 转向可改变 故常用于洗衣