第4章三相異步電動機基礎教案.doc

1、安徽新聞出版職業(yè)技術學院教案科目電機與拖動技術基礎年級15包裝自動化技術1班 任課教師 付學敏第4章三相異步電動機 課題教學目的1、知識方面：了解三相異步電動機的基本結構、理解工作原理、電磁轉矩和機械特 性，理解起動、調速、制動方法。2、德育方面：科學技術就是生產(chǎn)力。3、技能方面：識別三相異步電動機的基本結構。重 三相異步電動機的感應電動式和磁動勢點三相異步電動機的工作原理難三相異步電動機的工作特性掛 (a)簡化的三相繞組分布圖圖 (b)按星形連接的三相繞組接通三相電源 或 (C)三相對稱電流波形圖實 (d)兩極繞組的旋轉磁場導入：三相異步電動機結構簡單、制造方便、堅固耐用、維護容易、 運行效

2、率高、工作特性好；和同容量的直流電動機相比，異步電動機的 II 重量約為直流電動機的一半，其價格僅為直流電動機的1/3左右；而且異步iB 電動機的交流電源可直接取自電網(wǎng)，用電既方便又經(jīng)濟。所以大部! iIi 分的工業(yè)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機械，家用電器都用異步電動機作原動機，其單機容 I a量從幾十瓦到幾千千瓦。我國總用電量的2/3左右是被異步電動機消耗掉 iI 的。!i 三相異步電動機的基本結構與工作原理II一、基本結構IB三相異步電動機主要是由定子部分（靜止的）和轉子部分（轉動的）i ! 兩大部分組成，定、轉之間是空氣隙。另外還有端蓋、軸承、機座、風扇等I i 部件。I !（一）異步電動機的定子結構I

3、異步電動機的定子是由機座、定子鐵心和定子繞組三個部分組成的。I1. 機座I 異步電動機的機座主要是固定和支撐定子鐵心和繞組。中小型電機I » 一般采用鑄鐵機座、大中型電機采用鋼板焊接的機座。電機損耗變成的I! 熱量主要通過機座散出，為了加強散熱面積，機座外部有很多均勻分布I的散熱筋。機座兩端面上安裝端蓋，端蓋支撐轉子，保持定、轉子之間i! 的氣隙值。IBI2. 定子鐵心 !定子鐵心是電動機磁路的一部分，裝在機座里。為了降低定子鐵心II I的鐵損耗，定子鐵心用厚的硅鋼沖片疊成，硅鋼片兩面還應涂上絕緣漆，用以降低交變磁通在鐵心中產(chǎn)生的渦流損耗。在定子鐵心內(nèi)圓上開有!I 槽，槽內(nèi)放置定子繞

4、組（也叫電樞繞組）。!3. 定子繞組!異步電機的定子繞組是電動機電路部分。小型異步電動機定子繞組I 通常由高強度漆包圓線繞成線圈嵌入鐵心槽內(nèi)；大、中型電機使用矩形i 截面導線預先制成成型線圈，再嵌入槽內(nèi)。每相繞組按一定規(guī)律連接，1安徽新聞出版職業(yè)技術學院教師專用紙三相構成對稱繞組。定子繞組用絕緣的銅（或鋁）導線繞成，嵌放在定鐵心的槽中。繞組與槽壁間用絕緣隔開。三相繞組的6個出線，引到機座 上接線盒內(nèi)的接線板上，可按要求接成Y或 接法。（二）定子與轉子間的氣隙異步電動機的氣隙比同容量直流電動機的氣隙小得多，在中、小型異 步電動機中，氣隙一般為O21.5mm左右。由于氣隙是電動機能量轉換 的主要場

5、所，所以氣隙大小與電動機性能有很大的關系。異步電動機的勵磁電流是由定子電源供給的，氣隙大時，磁路磁組增加，要求的勵 磁電流也增加，從而影響電動機的功率因數(shù)。為了提高功率因數(shù)，盡量讓氣隙小些，但也不應太小，否則，不但給制造帶來困難，也可能使 定、轉子摩擦或碰撞。如果從減少附加損耗以及減少高次諧波磁動勢產(chǎn)生的 磁通來看，氣隙大點當然又有好處。因此對氣隙的大小應全面考慮。（三）異步電動機的轉子結構異步電動機的轉子是由轉子鐵心、轉子繞組和轉軸組成。1.轉子鐵心轉子鐵心也是磁略的一部分，與定子鐵心一樣，也由0.5mm厚的硅鋼片疊壓而成，整個鐵心固定在轉軸上。轉子鐵心外圓上沖有均勻分布的槽,用以安放轉子繞

6、組。由于槽縫很小,整個轉子鐵心的外表面成圓柱形。2.轉子繞組三相異步電動機的轉子繞組用來感應電動勢及產(chǎn)生電流，同時與旋轉磁場作用產(chǎn)生轉矩，是電機的重要部件之一。異步電動機的轉子繞組 按結構分籠型繞組和繞線型繞組兩種?；\型繞組?；\型繞組分銅條繞組和鑄鋁繞組兩種。銅條轉子是在轉子鐵心槽內(nèi)插入銅條（又稱導條），鐵心兩端槽口外用銅環(huán)將全部導條焊 接，全部導條自行閉合，其形狀為圓柱形“籠子” O鑄鋁繞組是將熔化的 鋁注入轉子槽內(nèi)，同時注上端環(huán)和風扇，使導條與端環(huán)構成閉合繞組，其 形狀也是圓柱形“籠子” O籠型繞組的工藝和結構簡單、制造方便、經(jīng)濟 耐用。安徽新聞岀版職業(yè)技術學院教師專用紙繞線型轉子繞組。繞

7、線型轉子的鐵心槽內(nèi)嵌放三相對稱繞組，與定 i& 子繞組相似。轉子繞組采用Y接線，三相繞組的首端接到轉軸上的三個 j 集電環(huán)，再通過電刷、滑環(huán)間的滑動與外電路連接。繞線型轉子回路中 i:* r 串接外接電阻或其他電氣設備，以改善電動機的啟動性能和調速性能， B 因此獲得廣泛應用。但是結構比籠型電機復雜，而且電刷、滑環(huán)還增加 :B Bl 了維修工作量。I二、三相異步電動機的銘牌數(shù)據(jù)!iI! 三相異步電動機的機座上都裝有銘牌，銘牌上標明了使用電動機應 遵循的技術數(shù)據(jù)和電機型號。!B （一）型號i: t 電機的型號表明了電動機的名稱、規(guī)格和基本技術條件的產(chǎn)品代ihI 號。一般采用大寫印刷體的漢

8、語拼音字母和阿拉伯數(shù)字組成。其中漢語 ！:h 拼音字母是根據(jù)電機的全名稱選擇有代表意義的漢字，再用該漢字的第 I 一個拼音字母組成，例如Y系列三相異步電動機表示如下：1Y112 1IT-I異步電動機一J匚機數(shù)機庫中心高度（FnInJ一L機座類別（L一長機甌 M-中機匝；S-短機座）Y系列異步電機是普通用途的小型鼠籠全封閉、自冷式三相異步電動i 機。用于金屬切削機床、通用機械、礦山機械、農(nóng)業(yè)機械等。我國生產(chǎn) i 的異步電動機種類很多，其它類型的異步電動機可參閱產(chǎn)品目錄。！8I（二）額定值i£> 異步電動機按額定值運行稱為額定運行狀態(tài)，異步電動機的額定值i 有：！Ib1. 定功率P

9、NjM b 定功率指電動機在額定運行狀態(tài)時軸上輸出的機械功率，單位為W I或 kW。SB2. 額定電壓UNI! 額定電壓指額定運行狀態(tài)下加在定子繞組上的線電壓，單位為V或kv。!安徽新聞出版職業(yè)技術學院教師專用異步電動機為了區(qū)分定、轉子邊的量，在定子邊的量加下標1，如II U IN O轉子邊的量加下標2表示，如1 u2N OiSI 3額定電流INiII額定電流指電動機在定子繞組加額定電壓、輸出額定功率時，定子 i!繞組中的線電流，單位為 AO也可表示為IlN （轉子為I2N ） oIi4. 額定頻率fNiI 額定頻率是指電動機所接電源標準頻率，單位為 Hz。我國工業(yè)用II:電的頻率是50 Hz

10、 o!IB5. 額定轉速iI額定轉速指電動機定子所加電源為額定頻率、額定電壓，且軸端輸出額定功率時電機的轉速，單位為r / min ojBBI6. 額定效率N和額定功率因數(shù)CoS N!IJ指電動機在額定負載時，電機的效率和定子邊的功率因數(shù)。電動機 額定運行時有PN 73UNlN NCoSN（41 ）I多媒體直觀展示加深認識三、三相異步電動機的工作原理iI !三相異步電動機的定子鐵芯中放置三相結構完全相同的繞組U、V、IIW,如圖（“）O各相繞組在空間上互差120°電角度，向這三相繞組通貝iI B 對稱的三相交流電，如圖（b） （C）所示。下面我們以兩極電動機為例i 說明電流在不同時刻

11、時，磁場在空間的位置。iI !t 下圖（d）所示，假設電流的瞬時值為正時是從各繞組的首端流入，II! （用O中間加個X表示），末端流出（用""表示），當電流為負值時，iI于此相反。it 在 t=0的瞬間，iu=0 , iv為負值，iw為正值，如圖（C）所示，則V相電流從V2流進，Vl流出，而W相電流從Wl流進，W2流出。利用安培右手定則可以確定 =0瞬間由三相電流所產(chǎn)生的合成磁場方向安徽新聞出版職業(yè)技術學院教師專用紙如圖（d）所示。可見這時的合成磁場是一對磁極，磁場方向與縱軸線 方向為一致，上方式北極，下方是南極。應用同樣的分析方法可畫岀 t=23* , 5=4/3* ,

12、t=2 時的合成磁場，分別如圖（d）所示，由圖中可明顯地看出磁場的方向逐步按順時針方向旋轉，共 計轉過360。,即旋轉了一周。UlTI.(bI IxJI tILI*(d)(a)簡化的三相繞組分布圖(b)按星形連接的三相繞組接通三相電源(C)三相對稱電流波形圖(d)兩極繞組的旋轉磁場安徽新聞岀版職業(yè)技術學院教師專用紙由此可以得出如下結論：在三相交流電動機定子上布置有結構完全 相在空間位置各相差120度電角度的三相繞組，分別接入三相對稱交流 電，則在定子與轉子間所產(chǎn)生的合成磁場是沿定子內(nèi)圓旋轉的，我們稱 此為旋轉磁場。旋轉磁場的磁感線切割轉子繞組，在轉子繞組中產(chǎn)生感應電動勢和 感應電流，轉子繞組在

13、磁場中受到電磁力的作用，電磁力乘以電樞半徑 教 就形成了電磁轉矩。電磁轉矩的方向與旋轉磁場方向相同。轉子轉動后，其轉速為n ,則轉子導體與定子旋轉磁場間的相對切割速度為 n n n。當n m時，n 0 ,相應地有e2 0 , i 2 0 ,即 轉子與旋轉磁場間無相對切割運動時，轉子繞組中無感應電動勢和電 流，也就沒有驅動轉子轉動的電磁轉矩，可見 n n是異步電動機維持 學運行的必要條件，“異步”電機之稱也因此而得名。轉子轉速與旋轉磁場轉速間的大小用轉差率 S來描述，m nS n(42)轉差率S又稱滑差，它是描述異步電機運行狀態(tài)的一個基本量。電 機空載時S °-5% ,額定負載時S 5

14、%,所以異步電動機的轉子轉速 總是接近旋轉磁場轉速的。這就是異步電機的基本原理。1)旋轉磁場的方向：由上圖可以看出，三相交流電按U-V-W相序變 化，則產(chǎn)生的旋轉磁場在空間上以順時針方向旋轉。程若我們?nèi)我鈱φ{電動機兩相繞組的電流相許，如：U-W-V相序，則由理論分 析和實踐證明，產(chǎn)生的旋轉磁場以逆時針方向旋轉。由此可知，旋轉磁場 的旋轉方向取決于通入繞組中的三相交流電源的相序，只要任 意對調電動機的相序，則可改變旋轉磁場的方向。2)旋轉磁場的轉速為：nl=60flP ,上述公式中nl：表示旋轉磁場的轉速，單位轉/分；fl :表示三相交流電源的 頻率，單位赫茲；P：表示磁極對數(shù)；60：表示一分鐘

15、的60秒。安徽新聞出版職業(yè)技術學院教師專用三相異步電動機的繞組和額定值三相異步電動機繞組繞制原則1根據(jù)磁極對數(shù)要求，三相繞組必須保持在空間上的對稱，三相繞組 互差120度空間電角度。排列規(guī)律為：每繞一對磁極則需一組三相對稱繞組（A、B、C為三相 首端，X、Y、Z為三相尾端），排列順序為A、Z、B、X、C、Yo2根據(jù)對稱原則，每相繞組應相等均勻，若極數(shù)為2P,所以要將總的定m=3）相繞組的子槽分為2P等分，每一等分為一個極距，稱為一個極相組（以槽數(shù)表示）。再將每一極距內(nèi)的槽數(shù)分成三組，以分別安裝（線圈邊。每一相所占槽數(shù)以表示稱每極每相槽數(shù)q。q 2pm3.槽距角距角為相鄰兩槽中心線間的電角度。公

16、式為P 360 4.極距極距為相鄰兩磁極中心線間的距離（槽數(shù)）Z2p三相繞組的種類(0單層繞組和雙層繞組整距繞組和短距繞組整距繞組y=短距繞組y<(3)集屮繞組和分布繞組集中繞組q=l分布繞組q>l額定值P INNI NCOS N (輸入功率)安徽新聞出版職業(yè)技術學院教師專用紙三相異步電動機型號Y132S-6功率3 kW 頻 率50HZ電壓380 V電流A聯(lián) 結Y銘牌電壓為額定電壓(線電壓)，電流為額定電流(線電流，功率指的 是軸上輸出額定機械功率，Y132S- 66指的是極數(shù)。三相異步電動機的電磁轉矩和機械特性1三相異步電動機的電磁轉矩三相異步電動機的電磁轉矩 T是由旋轉磁場的每極磁通與轉子電流D相互作用而產(chǎn)生的，故電磁轉矩與轉子電流的有功分量12 COS 2及定子旋轉磁場的每極磁通成正比，即：T KTl2 COS 2式中KT是一個與電動機結構有關的常數(shù)。將 12、COS 2的表達式及與UI的關系式代入上式，得三相異步電動機電磁轉矩公式的另一 過個表示式：SRU2T K 2_1-R2 (SX )22 20式中K是一常數(shù)?？梢婋姶呸D矩