第五章三相異步電機(jī)(上課課件)

1、一、一、 三相異步電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)三相異步電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)二、二、 三相異步電動機(jī)的工作原理三相異步電動機(jī)的工作原理三、三、 三相異步電動機(jī)的機(jī)械特性三相異步電動機(jī)的機(jī)械特性四、四、 三相異步電動機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)三相異步電動機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)五、五、 三相異步電動機(jī)的起動三相異步電動機(jī)的起動 六、六、 三相異步電動機(jī)的調(diào)速三相異步電動機(jī)的調(diào)速 第第5章章 數(shù)控機(jī)床常用電氣控制系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床常用電氣控制系統(tǒng) 了解三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)組成，熟悉異步電動機(jī)的工作原理，了解銘牌數(shù)據(jù)；理解和掌握三相異步電動機(jī)機(jī)械特性的分析方法；了解單相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)組成及其工作原理；熟悉常用低壓電器及在電路中的作用；掌握三相異步

2、電動機(jī)基本控制線路的分析方法；理解電動機(jī)的起動、制動、調(diào)速等概念。一、電機(jī)的分類一、電機(jī)的分類:1. 發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)2 .電動機(jī)電動機(jī)直流電動機(jī)直流電動機(jī)交流電動機(jī)交流電動機(jī)同步電動機(jī)同步電動機(jī)異步電動機(jī)異步電動機(jī)鼠籠型鼠籠型1.1 三相異步電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)三相異步電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能；將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能；將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。線繞型線繞型直流電機(jī)圖片23交流伺服電機(jī)步進(jìn)電機(jī)二、三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)二、三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)二、 三相異步電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)三相異步電動機(jī)定子轉(zhuǎn)子 三相異步電動機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、運(yùn)行可靠且效率高等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的各

3、種機(jī)床、水泵、通風(fēng)機(jī)、鍛壓和鑄造機(jī)械、傳送帶、起重機(jī)及家用電器、實驗設(shè)備中。 1、定子：指其固定不動部分，主要包括：（1）、機(jī)座機(jī)座是電動機(jī)的支架，通常用鑄鐵或鑄鋼制成。（2）、定子鐵芯鐵芯硅鋼片 異步電動機(jī)的定子鐵芯是由0.5mm厚的硅鋼片疊壓制成的。定子鐵芯內(nèi)圓沖有分布的槽。定子鐵芯構(gòu)成異步電動機(jī)磁路的一部分。（1）、機(jī)座（3）、定子繞組定子繞組是由漆包線繞制而成，嵌入到定子鐵芯槽中。構(gòu)成電機(jī)電路的一部分。 2、轉(zhuǎn)子：指其旋轉(zhuǎn)部分轉(zhuǎn)子 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子: :在旋轉(zhuǎn)磁場作用下，產(chǎn)生感應(yīng)電動在旋轉(zhuǎn)磁場作用下，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢或電流。勢或電流。轉(zhuǎn)子鐵芯也是由0.5mm厚的硅鋼片疊壓制成。在其內(nèi)圓沖有均勻分

4、布的槽，用來嵌放轉(zhuǎn)子繞組。轉(zhuǎn)子鐵芯構(gòu)成電動機(jī)磁路的又一部分。（1）、轉(zhuǎn)子鐵芯鐵芯硅鋼片一般用45號鋼制成，用來傳遞電磁轉(zhuǎn)矩。（3）、轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)子繞組大部分是澆鑄鋁籠型，大功率也有銅條制成的籠型轉(zhuǎn)子導(dǎo)體。轉(zhuǎn)子繞組構(gòu)成電動機(jī)電路的另一部分。（2）、轉(zhuǎn)軸 繞線式異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組與定子繞組相同，也是采用漆包線繞制成對稱三相繞組，嵌放到轉(zhuǎn)子鐵芯中。繞線式轉(zhuǎn)子三相繞組必須連接成星形，三個向外的引出端子與固定在轉(zhuǎn)軸上的三個相互絕緣的銅環(huán)相接，如下圖所示： 由于繞線式異步電動機(jī)的能采用轉(zhuǎn)子繞組串電阻起動和調(diào)速，因此起動性能和調(diào)速性能均比鼠籠式異步機(jī)優(yōu)越。轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)子鐵芯固定在轉(zhuǎn)軸上的三個銅滑環(huán)。Y接三相轉(zhuǎn)子繞

5、組分別與三個銅滑環(huán)相聯(lián)。變阻器電刷電刷與滑環(huán)緊壓，并通過輸電線與變阻器相聯(lián)。三、 三相異步電動機(jī)的工作原理 固定不動的轉(zhuǎn)子繞組和旋轉(zhuǎn)的定子磁場相切割而感應(yīng)電動勢。 載流的轉(zhuǎn)子繞組處在磁場中，必定受到電磁力的作用。 兩個電磁力的大小相等、方向相反，因此對電動機(jī)轉(zhuǎn)軸形成了電磁轉(zhuǎn)矩于是轉(zhuǎn)子就順著定子磁場的方向轉(zhuǎn)動起來。模型電機(jī)的定子磁極模型電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組eei2FFn0電機(jī)轉(zhuǎn)動的關(guān)鍵是：旋轉(zhuǎn)的定子磁場！用右手定則判斷用左手定則判斷 120sin120sinsinmCmBmAtIitIitIi BiAXBYCZAiCiCiAiBiitmIoiCiAiBitmIo0n規(guī)定規(guī)定 i : “+” 首端流入，

6、尾端流出。首端流入，尾端流出。 i : “” 尾端流入，首端流出。尾端流入，首端流出。 AYCBZX()電流出電流出( )電流入電流入CiBiAii tAXYCBZAXYCBZAXYCBZNS0 t 60t 0n60 90t 600mIoSNSNAAXZBCYAAXYCBZ分析可知：三相電流產(chǎn)生的合成磁場是一旋轉(zhuǎn)的磁場分析可知：三相電流產(chǎn)生的合成磁場是一旋轉(zhuǎn)的磁場 即：即：2. .0t 60t 任意調(diào)換兩根電源進(jìn)線任意調(diào)換兩根電源進(jìn)線BiAXCZBYAiCi0mICiBiAi tiomINSNS 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的方向轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的方向 與旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向相同。與旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向相同。n0三相異步電動機(jī)工作原

7、理概括 在對稱三相定子繞組中通入對稱三相交流電流產(chǎn)生氣隙旋轉(zhuǎn)磁場 轉(zhuǎn)子導(dǎo)體與磁場相切割感應(yīng)電動勢，由于閉合生成感應(yīng)電流轉(zhuǎn)子繞組在磁場中受到電磁力的作用轉(zhuǎn)子順著旋轉(zhuǎn)磁場的方向轉(zhuǎn)動起來。FF要改變電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向：任調(diào)通入定子繞組中兩相電流的相序即可。 當(dāng)電動機(jī)各相定子繞組的四個線圈首接首、尾接尾連接后分別構(gòu)成三相定子繞組時，其磁極對數(shù)：NSSNmin/ r 30001506060 , 10pfnpmin/ r, 20pfnp)/( 6010分分轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)pfn 2p180分）轉(zhuǎn)/( 50011p360分）轉(zhuǎn)/( 0003極對數(shù)極對數(shù)每個電流周期每個電流周期磁場轉(zhuǎn)過的空間角度磁

8、場轉(zhuǎn)過的空間角度同步轉(zhuǎn)速同步轉(zhuǎn)速)f(Hz501 3p120分）轉(zhuǎn)/( 00014p分分）轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)/( 75090旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速n0與頻率與頻率f1和極對數(shù)和極對數(shù)p有關(guān)有關(guān)。0nn 如果如果:0nn 00nnns有關(guān)轉(zhuǎn)差率的討論 00nnns電動機(jī)的轉(zhuǎn)差率隨著電動機(jī)轉(zhuǎn)速的升高而減小。 (1) 電動機(jī)起動瞬間，轉(zhuǎn)速n=0，轉(zhuǎn)差率s =1； (2) 電動機(jī)轉(zhuǎn)速最高時，轉(zhuǎn)速nn0，轉(zhuǎn)差率s 0； (3) 運(yùn)行過程中，轉(zhuǎn)速0nn0，轉(zhuǎn)差率0s1；額定運(yùn)行時額定運(yùn)行時: s = 0.01 0.07 有一臺三相異步電動機(jī)，其額定轉(zhuǎn)速為975r/min。試求工頻情況下電動機(jī)的磁極對數(shù)和電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)

9、差率。由于電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)速接近于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速，所以3975506060nfp即該電動機(jī)的極對數(shù)p=3，同步轉(zhuǎn)速n0=1000r/min。額定轉(zhuǎn)差率為：0.0251000975100000nnns22Tcos IKT 常數(shù)，與電常數(shù)，與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)磁場每極磁通每極磁通轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)子電路的轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)功率因數(shù)ilBF 22cos, , IT 四、三相異步電動機(jī)機(jī)械特性四、三相異步電動機(jī)機(jī)械特性21220222)(UsXRsRKT 21UTmsm1T0s21220222)(UsXRsRKT可得異步機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩特性曲線：最大電磁轉(zhuǎn)矩最大電磁轉(zhuǎn)矩對應(yīng)最大電對應(yīng)最大電磁

10、轉(zhuǎn)矩的臨磁轉(zhuǎn)矩的臨界轉(zhuǎn)差率。界轉(zhuǎn)差率。(1)額定轉(zhuǎn)矩TN 電動機(jī)額定電壓下以額定轉(zhuǎn)速nN運(yùn)m)(Nr/min)()KW(9550602NNNNNnPnPT行，輸出額定機(jī)械功率 PN時，電機(jī)轉(zhuǎn)軸上對應(yīng)輸出的機(jī)械轉(zhuǎn)矩為額定電磁轉(zhuǎn)矩TN。 最大轉(zhuǎn)矩反映了電動機(jī)帶最大負(fù)載的性能，我們把它與額定轉(zhuǎn)矩的比值稱為電動機(jī)的，即：TMT0s最大電磁轉(zhuǎn)矩起動電磁轉(zhuǎn)矩(2)最大轉(zhuǎn)矩TM 起動轉(zhuǎn)矩反映了異步機(jī)帶負(fù)載起動時的性能。起動轉(zhuǎn)矩與額定電磁轉(zhuǎn)矩之比稱作電動機(jī)的，即：NMmTTTst(3)起動轉(zhuǎn)矩Tst m通常在1.82.5之間。如果負(fù)載轉(zhuǎn)矩超過了最大轉(zhuǎn)矩，電動機(jī)將停轉(zhuǎn)。NststTT st通常在1.02.2之間

11、。如果電機(jī)的起動 轉(zhuǎn)矩Tst小于電動機(jī)軸上的負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩TL時，電動機(jī)將無法起動。五、三相異步電動機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)五、三相異步電動機(jī)的銘牌數(shù)據(jù) 三相異步電動機(jī)三相異步電動機(jī)型型 號號 Y132S6功功 率率 3 kW 頻頻 率率 50Hz電電 壓壓 380 V 電電 流流 7.2 A 聯(lián)聯(lián) 結(jié)結(jié) Y轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 速速 960r/min 功率因數(shù)功率因數(shù) 0.76 絕緣等級絕緣等級 B1 1、型號型號 Y132S6 2p = 6n0 = 1000 r/min磁極數(shù)磁極數(shù)( 極對數(shù)極對數(shù) p = 3 )機(jī)座長度代號機(jī)座長度代號機(jī)座中心高（機(jī)座中心高（mm）三相異步電動機(jī)三相異步電動機(jī)異步電動機(jī)產(chǎn)品名稱代號異步電

12、動機(jī)產(chǎn)品名稱代號五、三相異步電動機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)五、三相異步電動機(jī)的銘牌數(shù)據(jù) 三相異步電動機(jī)三相異步電動機(jī)型型 號號 Y132S6功功 率率 3 kW 頻頻 率率 50Hz電電 壓壓 380 V 電電 流流 7.2 A 聯(lián)聯(lián) 結(jié)結(jié) Y轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 速速 960r/min 功率因數(shù)功率因數(shù) 0.76 絕緣等級絕緣等級 B2、額定功率、額定功率PN PN = 3kW軸上輸出機(jī)械功率的額定值軸上輸出機(jī)械功率的額定值3、額定電壓、額定電壓UN UN = 380V定子三相繞組應(yīng)施加的線電壓定子三相繞組應(yīng)施加的線電壓4、額定電流、額定電流IN IN = 7.2A 三相異步電動機(jī)三相異步電動機(jī)型型 號號 Y132S6功

13、功 率率 3 kW 頻頻 率率 50Hz電電 壓壓 380 V 電電 流流 7.2 A 聯(lián)聯(lián) 結(jié)結(jié) Y轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 速速 960r/min 功率因數(shù)功率因數(shù) 0.76 絕緣等級絕緣等級 B定子三相繞組的額定線電流定子三相繞組的額定線電流5、額定功率因數(shù)、額定功率因數(shù)N= cos NP1N = 3 UNIN cos NPN = NP1N = 3 UNIN cos NN6、額定轉(zhuǎn)速、額定轉(zhuǎn)速 nN電機(jī)在額定電壓、額定負(fù)載下運(yùn)行時的轉(zhuǎn)速。電機(jī)在額定電壓、額定負(fù)載下運(yùn)行時的轉(zhuǎn)速。接線盒接線盒。通常。通常聯(lián)結(jié)聯(lián)結(jié)電機(jī)容量電機(jī)容量Y3kW 聯(lián)聯(lián)結(jié)結(jié)電電機(jī)機(jī)容容量量 kW4U2U1W2V1V2W1U1U2W2U2V

14、2V1W1U1W1V1W2V2指電機(jī)絕緣材料能夠承受的極限溫度等級，分指電機(jī)絕緣材料能夠承受的極限溫度等級，分為為A、E、B、F、H五級，五級，A級最低級最低(105C)，H級最高級最高(180C)。問題：問題：。 一般中小型鼠籠式電機(jī)起動電流為額定電流的一般中小型鼠籠式電機(jī)起動電流為額定電流的5 7 倍倍 7.5千瓦以下的異步電動機(jī)一般都采用直接起千瓦以下的異步電動機(jī)一般都采用直接起動。動。星形星形-三角形三角形(Y ) 換接起動換接起動自耦降壓起動自耦降壓起動(3) 轉(zhuǎn)子串電阻起動轉(zhuǎn)子串電阻起動以下介紹降壓起動和轉(zhuǎn)子串電阻起動。以下介紹降壓起動和轉(zhuǎn)子串電阻起動。ZUIll3:Y 星形聯(lián)結(jié)時

15、星形聯(lián)結(jié)時ZUIll3 三三角角形形聯(lián)聯(lián)結(jié)結(jié)時時：Z31Y llII31YlIZlU+U1U2V1V1W1W2 lIlU+ZU1U2V1V2W1W2手柄上打，定子繞組形運(yùn)行手柄下打，定子繞組成Y形起動優(yōu)點(diǎn)：起動電流降為全壓起動時的1/3； QS1L3V2L2L1QS2 FU V1 U1 U2 W1 W2V1U1W1W2U2V2缺點(diǎn)：起動轉(zhuǎn)矩也降為全壓起動時的1/3。三相異步電動機(jī)三相異步電動機(jī)Y-起動器起動器閉合電源開關(guān)，為閉合電源開關(guān)，為電機(jī)通電做好準(zhǔn)備電機(jī)通電做好準(zhǔn)備lUU31P (a) 僅適用于正常運(yùn)行為三角形聯(lián)結(jié)的電機(jī)。僅適用于正常運(yùn)行為三角形聯(lián)結(jié)的電機(jī)。 )(2StUT (b) Y

16、起動起動 ststTIY 換接起動適合于空載或輕載起動的場合換接起動適合于空載或輕載起動的場合SYtst31TT UlU1W2V2W1+U2V1UP+Ul+U1W2V2W1U2V1L1L3L2FUQQ2R12220220)(st2IIRXREIRR滑環(huán)滑環(huán)電刷電刷定子定子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子起動電阻起動電阻 pfsnsn106011 f=50HzM3 +變頻調(diào)速方法變頻調(diào)速方法恒轉(zhuǎn)距調(diào)速（恒轉(zhuǎn)距調(diào)速（f1f1N）變頻調(diào)速方法可實現(xiàn)無級平滑調(diào)速變頻調(diào)速方法可實現(xiàn)無級平滑調(diào)速,調(diào)速性調(diào)速性能優(yōu)異，因而正獲得越來越廣泛的應(yīng)用。能優(yōu)異，因而正獲得越來越廣泛的應(yīng)用。A1X1A2X2iiP=2A1A2X1X2NNSS

17、A1X1A2X2iiP=1 采用變極調(diào)速方法的電動機(jī)稱作雙速電機(jī)，采用變極調(diào)速方法的電動機(jī)稱作雙速電機(jī)，由于調(diào)速時其轉(zhuǎn)速呈跳躍性變化，因而只用在對由于調(diào)速時其轉(zhuǎn)速呈跳躍性變化，因而只用在對調(diào)速性能要求不高的場合，如銑床、鏜床、磨床調(diào)速性能要求不高的場合，如銑床、鏜床、磨床等機(jī)床上。等機(jī)床上。A1A2X1X2SNTn0no22RR2R2R( 變轉(zhuǎn)差率調(diào)速是繞線式電動機(jī)特有的一種調(diào)變轉(zhuǎn)差率調(diào)速是繞線式電動機(jī)特有的一種調(diào)速方法。其優(yōu)點(diǎn)是調(diào)速平滑、設(shè)備簡單投資少，速方法。其優(yōu)點(diǎn)是調(diào)速平滑、設(shè)備簡單投資少，缺點(diǎn)是能耗較大。這種調(diào)速方式廣泛應(yīng)用于各種缺點(diǎn)是能耗較大。這種調(diào)速方式廣泛應(yīng)用于各種提升、起重設(shè)備

18、中。提升、起重設(shè)備中。nnTLTLs sTs2R2Ro制動方法制動方法機(jī)械制動機(jī)械制動電氣制動電氣制動能耗制動能耗制動反接制動反接制動發(fā)電反饋制動發(fā)電反饋制動 電機(jī)斷電后由于機(jī)械慣性總要經(jīng)過一段時間才能停下來。為了提高生產(chǎn)效率及安全，采用一定的方法讓高速運(yùn)轉(zhuǎn)的電動機(jī)迅速停轉(zhuǎn)，就是所謂的制動。1、能耗制動n0=0當(dāng)電動機(jī)三相定子繞組與交流電源斷開后，把直流電通入兩相繞組，產(chǎn)生固定不動的磁場n0。 電動機(jī)由于慣性仍在運(yùn)轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割固定磁場產(chǎn)生感應(yīng)電流。 載流導(dǎo)體在磁場中又會受到與轉(zhuǎn)子慣性方向相反的電磁力作用，由此使電動機(jī)迅速停轉(zhuǎn)。MRNSFFn 能耗制動常用于生產(chǎn)機(jī)械中的各種機(jī)床制動。2、反接制動把與電源相接的三根火線中的任意兩根對調(diào)，使旋轉(zhuǎn)磁場改變方向，從而產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩的方法。 反接制動適用于中型車床和銑床的主軸制動。Mn0NSFF3、發(fā)電反饋制動 起重機(jī)快速下放重物，使重物拖動轉(zhuǎn)子出現(xiàn)nn0情況時，電動機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，此時在轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中感應(yīng)電流，感應(yīng)電流的方向與原電流方向相反，因此