城市轨道交通电工电子技术 课件 模块8 三相异步电动机

模块8三相异步电动机8.1三相异步电动机的结构三相异步的电动机由两个基本部分组成：固定部分称为定子，主要由机座、定子铁芯、定子绕组等组成；旋转的部分称为转子，主要由转子铁芯、转子绕组和转轴等组成。转子装载定子腔内，为了保证转子能在定子内自由转动，定、转子必须有一定间隙，称为气隙。此外，还有一些其他零部件，如端盖、轴承、轴承盖、风扇、风罩等。8.1.1三相异步电动机定子电动机的静止部分称为定子，其组成部分主要包括定子铁芯、定子绕组、机座等部分。定子三相绕组的接线方式定子三相绕组的槽内嵌放完毕后共有六个出线端引到电动机机座的接线盒内，可按需要将三相绕组接成星形接法（Y接）或三角形接法（△接）。8.1.2三相异步电动机转子转子是电动机的旋转部分，包括转子铁芯，转子绕组和转轴等部分。1）转子铁芯：作为电机磁路的一部分，并放置转子绕组。一般由0.5毫米厚的硅钢片冲制叠压而成。2）转子绕组：其作为切割定子磁场，产生感应电动势和电流，并在旋转磁场的作用下受力使转子转动。根据构造的不同可分为鼠笼式和绕线式转子两种类型。8.1.2三相异步电动机转子8.1.2三相异步电动机转子感谢聆听THANKS模块8三相异步电动机8.2三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理是根据电磁感应原理而工作的，当定子绕组通过三相对称交流电，则在定子与转子间产生旋转磁场，该旋转磁场切割转子绕组，在转子回路中产生感应电动势和电流，转子导体的电流在旋转磁场的作用下，受到力的作用而使转子旋转。8.2.1旋转磁场的产生原理三相异步电动机的定子铁芯中放置三相结构完全相同的绕组U、V、W，各相绕组在空间上互差120°电角度，我们以两极电动机为例说明电流在不同时刻时，磁场在空间的位置。8.2.1旋转磁场的产生原理8.2.2旋转磁场的速度8.2.2旋转磁场的速度旋转磁场的速度不仅与电流的频率有关，还与磁极对数有关。如图，当三相交流电变化一周后（即每相经过360°电角），其所产生的旋转磁场也正好旋转一周。故在两极电动机中旋转磁场的转速等于三相交流电的变化速度，即n1=60f1=3000转/分旋转磁场的速度等于三相交流电变化速度的一半，即n1=（60/2）f1=1500转/分。故当磁极对数增加一倍，则旋转磁场的速度减少一半。转差率如图所示的三相异步电动机工作原理，当电机定子绕组接通三相电源后，绕组中便有三相交流电流通过，并在空间产生一个旋转磁场。设旋转磁场按顺时针方向旋转，则静止的转子同旋转磁场之间就有了相对运动，转子导体因切割磁力线二产生感应电动势。上述工作原理中转子的速度总是小于同步转速，否则，转子导体与磁场之间无相对运动，也就无感应电流产生，转子也转不起来。正因为如此，我们才把这种交流电动机叫做异步电动机。又因为这种电动机的转子电流时由电磁感应产生的，所以又把它叫做感应电动机。转差率电动机旋转磁场转速n1与转子实际转速n之差（n1-n）称为旋转差，转速差与同步转速之比的百分比叫做转差率，用符号S表示。转差率计算公式为：S=（n1-n）/n1×100%。转差率是异步电动机的一个重要参数，习惯上用转差率的大小来说明电动机的运行速度。电动机空载时转差率很小，即转子的转速接近同步转速。随着负载的增加，转差率也增大。就是说，转子的转差速随负载而变。三相异步电动机的额定负载运行时，其转差率很小，约为2%～6%。感谢聆听THANKS模块8三相异步电动机8.3三相异步电动机的机械特性机械特性是异步电动机的主要特性，它是指电动机的转速n与电磁转矩Tem之间的关系，即n=f（Tem）。8.3三相异步电动机的机械特性8.3三相异步电动机的机械特性固有机械特性是指异步电动机工作在额定电压和额定频率时的机械特性。将s坐标替换成转速n的坐标就成如图8-8所示的三相异步电动机的机械特性曲线。机械特性的曲线被Tm分成两个性质不同的区域，即ab段和bc段。当电动机启动时，只要启动转矩Tst大于阻力矩TL，电动机便转动起来。电磁转矩T的变化沿曲线bc段运行。随着转速的上升，bc段中的T一直增大，所以转子一直被加速使电动机很快越过cb段而进入ab段，在ab段随这转速上升，电磁转速下降。当转速上升某一定值时，电磁转矩T与阻转矩TL相等，此时，转速不在上升，电动机就稳定运行在ab段，所以bc段称为不稳定区，ab段成为稳定区。8.3三相异步电动机的机械特性电动机一般都工作在稳定区域ab段上，在这区域里，负载转矩变化时，异步电动机的转速变化不大，电动机转速随转矩的增加而略有下降，这种机械特性称为硬特性。三相异步电动机的这种硬特性很适用于一般金属切削机床。感谢聆听THANKS模块8三相异步电动机8.4三相异步电动机的启动由电动机所拖动的各种生产、运输机械及电气设备经常需要进行启动和停止，所以电动机的启动、调速和制动性能的好坏，对这些机械或设备的运行影响很大，三相笼形异步电动机的启动方式有两类，即在额定电压下的直接启动和降低启动电压的降压启动，它们各有优缺点，应按具体情况正确选用。8.4.1三相异步电动机的启动方式直接启动即是将电动机三项定子绕组直接接到额定电压的电网上，因此又称为全压启动。通常认为只需满足下述三个条件中的一条即可：（1）容量在7.5kW以下的三相异步电动机一般均可采用直接启动。（2）当电动机启动时在电网上引起的电压降不超过10%～15%时，就允许直接启动。（3）由独立的动力变压器供电时，允许直接启动的电动机容量不超过变压器容量的20%。即：

1）直接启动2）降压启动电动机电动机启动瞬间，产生的启动电流为额定电流的5～7倍，这样的电流对电动机本身和电网都不利，会造成电源电压瞬间下降以及电动机启动困难、发热，甚至烧毁电动机，所以一般对容量比较大的电动机必须采取限制启动电流的方法，因此在启动时为了减小启动电流和减少对电网冲击，其启动电压要比额定电压低来启动，当转速接近额定时再切换到额定电压工作，这个启动过程叫降压启动。8.4.2异步电动机定子绕组的降压启动常用的定子绕组的降压启动有星三角降压启动、串电阻（电抗）降压启动、自耦变压器降压启动及软起动器启动。1）串联电阻（电抗）降压启动2）星形—三角形降压启动3）自耦变压器降压启动4）软启动器启动感谢聆听THANKS模块8三相异步电动机8.5三相异步电动机的选用与维护根据实际工况选择一台合适的电机直接关系到生产机械的运行安全和经济效益。如果选用性能过剩的电机，一方面投资费用较大，而且电机长期处于低效率、低功率因数点运行，不合理、不经济；如果选用性能不足的电机，电机经常过载运行，长期温升过高，加速电机老化，增加电机故障率，电机的维护维修成本大大提高。8.5.1三相异步电动机的分类8.5.2三相异步电动机的主要参数三相异步电动机的铭牌上面标明了该电动机的一些主要技术参数，这些参数包括电动机的型号、额定功率、额定电流、额定电压、转速、接线方法、防护等级数据。若能熟悉异步电动机的铭牌参数，对于我们正确使用及维修时将起到很大的帮助。8.5.2三相异步电动机的主要参数8.5.3三相异步电动机的选用原则1）根据供电电源的电压和频率来选择2）根据电动机的工作环境来选择3）根据负载情况来选择（1）电动机功率的（2）电动机定额工作制的选择4）根据电动机的转速来选择8.5.4三相异步电动机的维护与维修1）三相异步电动机使用前的检查（1）看该电动机外部是否清洁（2）拆除该电动机出线端子上的所有外部接线及出线端子本身之间的连接线（3）对照电动机铭牌标明的额定数据（4