三相异步电动机授课

第三章三相异步电动机，学习目标1。确定三相异步电动机的结构2。掌握三相异步电动机的工作原理掌握三相异步电动机的工作特性和机械特性4。异步电动机的拆卸和简单维修5。完成电机的一般试验，三章三相异步电动机，三相异步电动机的基本结构和工作原理，3.1、车床、磨床等金属切削机器广泛用于工业生产，一般应采用三相异步电动机所用工作的动作或加工工具、工作台等动作。三相异步电动机容量达数十瓦特至数千千瓦，其结构简单，体积小，重量轻，效率高，不仅广泛用于工业生产，农业方面还将泵、脱粒机、研磨机及其他农副产品加工机械等拖动到异步电动机。据统计，在总功耗中，电动机的能耗约占总功率的65%，而在总电动机的能耗中，三相异步电动机又占第一位。随着变频技术的发展，三相异步电动机的平稳调速性能越来越突出其优点，三相异步电动机将取代直流电动机在更多领域的应用。外壳、三相异步电动机可根据外壳保护方法分为开放、保护、封闭三类。密封结构防止异物流入电机内部，防止人和物体接触电机的充电部位和运动部分，使其运行中的安全功能优秀，成为目前使用最广泛的结构形式。3.1三相异步电动机的基本结构和工作原理，3.1.1三相异步电动机的基本结构，笼型异步电动机的各个部件，1 .定子，(1)定子铁芯是电动机磁通，为了使芯材料的导电、剩磁、涡流损耗最小，通常由0.5mm厚表面有绝缘层的硅钢片的叠层压力构成。定子铁芯有均匀分布的凹槽，以嵌入三相定子绕组。(2)定子绕组三相绕组是绝缘铜线或铝线周围三相对称形成的绕组，按照一定的规则卡入定子槽。小型异步电动机定子绕组一般采用高强度搪瓷圆形铜线绕组制造，中大型异步电动机采用油漆封装扁平铜线或玻璃丝封装扁平铜线缠绕。三相定子绕组之间和绕组和定子铁芯之间铺有绝缘材料。常用的薄膜绝缘材料有聚酯膜绿色壳纸、聚酯膜、聚酯膜玻璃漆膜箔和聚四氟乙烯膜。定子、异步同步定子由定子铁芯、定子绕组和底座三部分组成。芯和座、定子冲头、定子线圈、定子接线图、(a)星形连接、(b)三角连接三相绕组的连接、(3)固定定子绕组和定子铁芯、通过两侧端盖和轴承支撑电动机转子的同时，配置电动机的电磁路径，并散发电动机运行产生的热量的机械座。框架通常用铸钢件、大型感应电动机框架一般用钢板焊接，而一些小型电动机的底座则用铸件减轻电动机的重量。密封电动机的底座具有散热材料，以增加冷却面积，保护电动机的底座两端设有通风孔，使电动机内部和外部的空气直接对流，从而散热。(4)端盖端盖保护内部，使用滚动轴承将电机转子和底座组合在一起。端盖通常是铸钢件，微电机是铸铝。2 .转子，(1)转子芯作为电机磁路的一部分，并放置转子绕组。转子芯通常由0.5mm厚硅钢片的层压压力构成，硅钢片的外圈打孔用于放置转子绕组的均匀分布孔。小型异步电动机的转子芯直接安装在轴上，而大中型异步电气的转子芯通过转子支架对轴施加压力。为了提高电机启动和运行性能，降低谐波，笼型感应电动机转子芯一般采用斜顶结构(2)转子绕组转子绕组转子绕组线切割定子旋转磁场，产生感应电动势和电流，在旋转磁场下受力旋转转子，根据绕组，其他感应电动机分为笼型转子和绕组转子。2种转子，笼型转子。根据导体材料，笼形转子分为铜棒转子和铸铝转子。铜条转子，即在转子芯槽内放置未绝缘的铜条，铜条两端用短路环焊接，形成保持架形状；中小型异步电动机的笼形转子一般是铸铝转子，用离心铸造法熔化的铝在转子芯槽中铸造，完成了整体，两端的短路环和冷却风扇叶片也一起铸造。笼型转子，绕组转子照片，绕组转子。绕组转子绕组和定子绕组一样，是用绝缘电线缠绕的三相对称绕组，夹在转子芯槽中，以星形连接。绕组的外线端3个分别连接在铰链端的3个相互绝缘的铜套上。通过滑环与支持端盖的刷子进行滑动接触，转子绕组的三个插座端位于引导的接线盒内，以便与外部压敏电阻连接，因此绕组转子也称为滑环转子。感应电动机的气隙比等容量直流电动机的气隙小得多，中等和小型感应电动机的气隙通常为0.22.5mm。气隙大小对电动机性能影响较大，气隙越大，设置磁场所需的励磁电流越大，降低了电动机的功率因数。将感应电动机看作变压器时，气隙越小，定子和转子之间的相互感应(即耦合)工作越好。因此，气隙必须尽可能小，但不能太小。否则，加工和组装将很困难，操作时转子之间很容易发生扫描。3 .气隙，3.1.3三相异步电动机的铭牌，三相异步电动机铭牌，1 .型号，3.1.3三相异步电动机的铭牌，Y2系列三相笼异步电动机示意图，2 .额定功率pn(2.2 kw)表示马达在额定工作状态下工作时，允许输出的机械功率。3.额定电流IN(9.69/5.61A)表示电动机在额定运行状态下运行时定子电路输入的导线电流。9.69A是连接d时的额定电流，5.61A是连接y时的额定电流。4 .额定电压UN(380V)表示在额定工作状态下操作电动机时添加到定子电路的导线电压。5.额定速度nn (950r/min)表示在额定运行状态下运行电动机时的速度。6.连接(220D/380Y)表示电动机定子三相绕组和交流电源连接方法，220D/380Y表示电源为220V时使用d连接，电源为380V时使用y连接。对于Y2系列电动机，国家标准规定3千瓦以下均采用星型连接。4kW或更高版本使用三角形连接。7 .保护级别(IP44)表示电动机外壳的保护方法。IPll是开放的，IP22、IP23是受保护的，IP44是关闭的8。频率(50Hz)表示马达使用交流电源的频率。9.绝缘等级表示用于每个电动机绕组和其他绝缘零件的绝缘材料的等级。绝缘材料可以根据耐热性分为7种等级，电动机允许温度上升和绝缘耐热性等级关系，10 .配额表示马达根据铭牌值工作时可以继续工作的时间和顺序。马达配额分为连续配额、短期配额和间歇配额三种。分别标记为Sl、S2和S3。连续配额(S1):可以连续运行短期配额(S2):表示马达根据铭牌值运行时，可以在指定的时间内在短时间内运行。我国规定的短时间运行时间为10，30，60，90分4种。间歇定额(S3):表示马达按铭牌值运行时，停止运行一段时间，以一定的周期继续重复运行。每周期10分钟，我国规定的负载持续率为15%、25%、40%和60%等4种(显示40%的话，马达运行6分钟)和3.1.1三相异步电动机的基本结构工作原理，1 .旋转磁场产生，三相异步电动机定子绕组分布图，定子三相绕组为三相交流(AC)，1。旋转磁场产生，规定，()电流产生，()电流进入，三相电流合成磁场的分布，合成磁场方向下，合成磁场旋转60，合成磁场旋转90，动画，o，分析结果：三相电流产生的合成磁场旋转磁场的旋转方向决定。结论：任意改变两条电源进线将反转旋转磁场。动画，随机更换两条电源输入线(电路图)3。旋转磁场的极对数p，三相定子绕组按图排列时，一对极旋转磁场，即，中的各相绕组由两个线圈连续时，绕组的起始端相互相差60，形成两对极旋转磁场。极对数、动画、旋转磁场的极对数和三相绕组的排列、p=2、旋转磁场速度n0与极对数p的关系、在定子绕组中通过三相对称电流时，固定方向速度n1的旋转磁场在定子内部产生。此时转子导体和旋转磁场之间有相对运动，切断磁力线，产生感应电动势。电动势的方向可以根据右手定则确定。转子绕组闭合，因此感应电动势的作用，绕组的电流如图3-9所示流过。转子电流与旋转磁场相互作用，在转子绕组上产生电磁力f。力f的方向可以由左手规则确定。该力在轴上形成电磁力矩Tem，使转子在旋转磁场方向上旋转。感应电动机的定子及转子间能量传递是由电磁感应引起的。这称为感应电动机，2 .三相异步电动机的工作原理，7.2.1旋转磁场，定子三相绕组为三相交流(AC)，1 .旋转磁场的产生，按照规定，电流通过，三相电流合成磁场的分布，合成磁场方向向下，合成磁场旋转60，合成磁场旋转90，动画，o，分析：三相电流生成的合成磁场是旋转磁场，即一电流周期，一2.旋转磁场的旋转方向，结论：随机交换两条电源入口线会反转旋转磁场。动画，随机更换两条电源输入线(电路图)3。旋转磁场的极对数p，三相定子绕组按图排列时，一对极旋转磁场，即，中的各相绕组由两个线圈连续时，绕组的起始端相互相差60，形成两对极旋转磁场。极对数，动画，旋转磁场的极对数和三相绕组的排列，p=2点，旋转磁场速度n0和极对数p的关系，2电动机的旋转原理，1。旋转原理，A，X，Y，C，B，Z，定子三相绕组为三相交流，感应电动势E20，电磁力F，3旋转磁场的同步速度以及电动机转子速度差和旋转，在之前的分析中，电动机转子的旋转方向与磁场旋转的方向一致，但转子速度n不能达到与旋转磁场相同的速度。也就是说，在：的情况下，转子速度和旋转磁场速度之间必须存在差异。感应电动机运行期间为：转子速度也可从偏差率中获得，偏差率s，示例1:额定速度n=975r/min，电源频率f1=50Hz。试验马达的极对数和额定负载下的偏差率。解决方案：根据感应电动机转子速度与旋转磁场同步速度的关系：n0=1000r/min，即p=3，额定公差速度，转子的速度n等于旋转磁场的速度n1吗？不可能。因为如果转子的速度和旋转磁场的速度相同，就没有相对运动，电子也不能产生感应电动势和感应电流，也没有电磁转矩。只有在旋转速度不同的情况下，才能产生电磁扭矩来旋转转子。转子速度n总是比旋转磁场的速度n1小一些。正是由于这种关系，这种电动机被称为异步电动机。已知y2-112m-4三相异步电动机的同步速度n1=1500r/min，额定公差速度sN=0.04，相应电动机的额定速度nN。SN=nn=(1-SN)n1=(1-0.04)1500 r/min=1440 r/min，例如3-1)，3.2三相感应电动机的运行分析，3旋转磁场对定子绕组的影响，感应电动机三相定子绕组通过三相交流后产生旋转磁场。这个旋转磁场在固定定子绕组中产生感应电动势。定子绕组本身的阻抗压降比电源电压小得多。也就是说，可以大致认为电源电压U1等于感应电动势E1。即E1=4.44 k1f 1 m，u1；E1=4.44 k1f 1 m，2 .旋转磁场在转子中感应电动势和电流的频率(1)F2=，即在转子中电动势和电流的频率与功率因数s成正比。如果旋转器不移动(即s=1，则f2=f1)。转子达到同步速度时，s=0，即转子导体没有感应电动势和电流，(2)转子绕组感应电动势E2，E2=4.44 k2f 2 m=4.44 k2 SF 1 m，转子不运动时感应电动势E20为e20=4.44 k2f 1 功率和转矩的关系(1)功率和效率，驱动电机轴上转子旋转的总机械功率为PMEC，PMEC=Pem-PCu2，电磁力，Pem=P1 pculpfe，轴输出的机械功率：p2=PMC-PMC因此，P2=pmcp 0，感应电动机的总功率平衡计算公式为p2=P1 pculpfe-pcu2-PME-pad=P1 p，p=PCU 1 pfe PC U2 PMC pad是感应电动机的总损耗，电动机的效率是输出功率ppm由于P=t，因此可以在三相异步电动机功率公式中得出P1=，u1 i1 cos 110-3，=38011.70.8310-3=6.391kw=，(2)转矩。此时，输入p=t、=、tem=、=、将生成输出转矩和输出功率的通用计算公式。T2=p2/=、Y160M-4和Y180L-8三相异步电动机分别查找P2=11kW、1460r/min额定速度和730r/min额定输出转矩T2。解决方案Y160M-4三相异步电动机T2=，Y180L-8三相异步电动机T2=，示例3-3，具有相同输出功率的异步电动机(极数)很多，速度低，输出转矩大。极小、速度高时，输出的扭矩小，3.2.2三相异步电动机的工作特性为1。n=(1-s) n1，马达空载时的负载扭矩较小，转子速度n接近同步速度n1，s较小，因为速度性质n=f(P2)。随着载荷的增加，速度n略有下降，s略有上升，转子感应电位E2增大，转子电流I2增大，较大的电磁转矩与载荷转