电机与电机控制技术 课件 第2章 异步电动机

电机与电气控制技术第2章异步电动机学习目标【知识目标】

了解三相异步电动机的结构、分类及铭牌数据； 掌握三相异步电动机的工作原理； 掌握三相异步电动机的机械特性、拖动方法及其特点； 掌握单相异步电动机的基本形式和工作原理。【技能目标】

能够分析三相异步电动机的起动、调速、反转与制动过程； 能够对三相异步电动机的一般故障进行检修。第2章异步电动机2.1.1三相异步电动机的结构异步电动机主要由固定不动的定子和旋转的转子两大部分组成，定子与转子之间是气隙，在定子两端有端盖支撑转子。1.异步电动机的定子异步电动机的定子由机座、定子铁心和定子绕组三部分组成。1）机座：其作用主要是固定与支撑定子铁心，它也是电动机磁路的一部分。2）定子铁心：它是异步电动机磁路的一部分，用以嵌放定子绕组。3）定子绕组：它是三相对称绕组，当通入三相交流电时，能产生旋转磁场，并与转子绕组相互作用，实现能量的转换与传递。2.异步电动机的转子异步电动机的转子由转子铁心、转子绕组及转轴等部件组成。作用是带动其它机械设备旋转。1）转子铁心：转子铁心的是电动机磁路的一部分，在转子铁心外圆冲有许多槽，用来嵌放转子绕组。转子铁心也是用0.5mm的硅钢片叠压而成，整个转子铁心固定在转轴上。2）转子绕组：转子绕组的结构可分为绕线型转子和鼠笼型转子。3.气隙气隙是定子和转子之间的物理间隙，是定子和转子之间磁通的必经之路。2.1.2三相异步电动机的工作原理1.旋转磁场及同步转速同步转速（r/min）极对数p123456n1(r/min)300015001000750600500通入三相定子绕组中的电流相序为U→V→W，则旋转磁场的方向为U→V→W,如果把通入三相绕组中的电流相序任意调换其中两相，如电流的相序为U→W→V,则旋转磁场的方向反向，转子运动方向也改变。转向：2.转子旋转原理及转差定子磁场顺时针方向旋转，而转子导体相对磁极为逆时针方向切割磁力线。因转子绕组是闭合的，转子导体中产生电流，转子载流导体在磁场中要受到电磁力，在转子导体上形成一个顺时针方向的电磁转矩，于是转子就随着旋转磁场顺时针方向转动。电动机转子的旋转方向与旋转磁场对的方向一致。异步电机稳态时转子转速始终与旋转磁场的转速不同，一般略低于或高于同步转速。因为只有转子转速与同步转速不同时，才能产生电磁转矩驱动转子旋转，假设某一时刻转子的转速与旋转磁场转速相同，无相对运动，转子不能产生感应电动势和感应电流，也就没有电磁转矩，在空载转矩和负载转矩的作用下，转子的转速会立即下降，低于旋转磁场的转速。这是为什么感应电机被叫做异步电机。通常把同步转速n1与转子转速n之间的差称为转差（或滑差）。转差与同步转速n1的比值称为转差率（或滑差率）2.1.3三相异步电动机的铭牌数据1．型号型号是选用产品名称中最有代表意义的大写字母及阿拉伯数字表示的，主要包括产品代号、设计序号、规格等。我国生产的异步电动机的主要产品代号见表2-2，Y表示异步电动机，R代表绕线式，D代表多速等。设计序号用阿拉伯数字表示。规格代号对于中小型异步电动机包括中心高（mm）、机座长度代号、铁芯长度代号及磁极数；对于大型异步电动机则包括功率（kW）、磁极数、铁芯外径等。2．额定值额定值是设计、制造、管理和使用电动机的依据。1）额定功率，是指电动机在额定负载运行时轴上所输出的机械功率，单位为kW。2）额定电压，是指电动机额定运行时，定子绕组所加的线电压，单位为V。三相异步电动机的额定电压有380V、3kV、6kV和10kV等多种规格，小容量电动机以380V/220V应用为主。3）额定电流，是指电动机在额定电压下运行，输出额定功率时，定子绕组的线电流有效值，单位为A。4）额定频率，是指加载电动机定子绕组上的允许频率。我国的工频多为50Hz。对于采用变频调速或其他有专门用途的电机，额定频率通常在12.5~70Hz。5）额定转速，是指电动机在额定状态下，转子的转速，单位为r/min。6）额定功率因素，是指电动机在额定状态下运行时定子侧的功率因素。3.接法异步电动机三相定子绕组的连接方法有星形(Y)联结和三角形(△)联结之分。7）效率，电动机的效率是指电动机转子轴输出功率与电网输入电动机的有功功率的比值。8）绝缘等级9）工作方式，电动机的工作方式分为连续工作制、短期工作制、断续工作制三类。2.2.1三相异步电动机的运行状态1.空载运行转轴上不带任何机械负载，电磁转矩只需克服轴承摩擦与转子风阻等产生的空载转矩即能稳定运行。此时转子的转速n接近同步转速n1，旋转磁场与转子之间的相对转速差接近于零，即旋转磁场与转子之间几乎没有相对运动，旋转磁场也就不切割转子绕组，因此转子绕组上产生的感应电动势接近于零，转子电流也接近于零。空载时定子电流近似等于激磁电流。2.2.2三相异步电动机的电动运行2.负载运行电机的转速将从空载转速n0下降到转速n，与此同时转子绕组的感应电动势和电流将会增大。若气隙旋转磁场为正向旋转，转子三相对称绕组的感应电动势和电流也将是正相序，产生正向旋转的转子磁动势。转子绕组的感应电动势和转子电流的频率f2。对称稳态运行时，无论转子实际转速多少，转子磁动势在空间的转速总是等于同步转速n1，与定子磁动势保持相对静止,这是三相异步电动机产生恒定的电磁转矩的必要条件。2.3.1三相异步电动机的等效电路1.三相异步电动机的“单相”分析方法2.等效电路简化频率归算2.等效电路简化绕组归算T型等效电路2.3.2三相异步电动机的功率功率流图2.3.3三相异步电动机的电磁转矩和机械特性Tem既可以用总机械功率除以转子机械速度算出，也可以用电磁功率除以同步机械角速度1.电磁转矩2.固有机械特性起动点C：起动转矩倍数临界点B：过载能力同步点A额定点P3.人为机械特性1）降低定子电压U1时的人为机械特性3.人为机械特性2）定子电路串联对称电阻的人为机械特性3.人为机械特性3）转子电路内串联对称电阻的人为机械特性2.4.1电力拖动系统的基本知识电力拖动系统组成运动状态：稳定运行、加速运行、减速运行负载转矩特性恒转矩负载特性恒功率负载特性离心式负载特性2.4.2三相异步电动机的起动1.直接起动2．笼型异步电动机的降压起动1）定子串接电抗器或电阻降压起动定子绕组实际所加电压减小，从而减小起动电流。但定子串接电阻时，能耗较大。2）Y—△起动起动电流是直接起动时的1/3，起动转矩也是直接起动的1/3。3）自耦变压器（起动补偿器）起动3．绕线型异步电动机的起动1）转子串接电阻起动2）转子串频敏变阻器起动起动时断开接触器，频敏变阻器接入转子电路。由于起动时转差率大，转子电流频率高，频敏变阻器的铁心损耗大，等效电阻大，既限制了起动电流，增大起动转矩，又提高了转子回路的功率因数。随着转速提高，转子电流频率减小，铁心损耗和等效电阻也随之减小，相当于逐渐切除了转子电路所串的电阻。频敏变阻器起动结构简单，运行可靠，但与转子串电阻起动相比，在同样电流下起动转矩要小些。2.4.3三相异步电动机的调速1．变极调速2．变频调速1）额定频率以下调速当频率在额定频率以下改变时，一般维持主磁通不变，即保持U1/f1为恒定值，频率在额定频率附近时可认为最大转矩为恒定值，频率较低时，最大转矩将减小。这种控制方式称为恒压频比调速，因其最大转矩变化不大，又称为恒转矩调速。当运行频率高于额定频率时，由于电动机端电压不允许升高，因此维持端电压不变。此时主磁通将减小，最大电磁转矩将减小，此时近似认为是恒功率调速。2）额定频率以上调速3．变转差率调速1）改变定子电压调速2）转子串电阻调速3）串级调速2.4.4三相异步电动机的制动1.三相异步电动机的机械制动电磁抱闸制动常用于起重机械、电梯等设备，比如建筑工地上的塔式起重机，在起吊重物停止时，电磁抱闸能可靠地制动，防止重物下落。2.三相异步电动机的电气制动1）能耗制动2）反接制动电源反接制动2）反接制动倒拉反转反接制动3）回馈制动2.5.1单相异步电动机的结构和工作原理1.单相异步电动机的结构2.单相异步电动机的工作原理1