三相電機結構原理

1、學習情境 2.1三相交流異步電動機的安裝與維修 任務一、三相交流異步電動機的拆卸與安裝任務二、電動機典型故障的檢測與維修1一、三相異步電動機概述異步電機的定義： 轉速和所接的交流電源頻率之間沒有嚴格不變關系的電機。2一、三相異步電動機概述異步電動機的用途 異步電機主要作電動機用，其功率范圍從幾瓦到上萬千瓦，是國民經濟各行業(yè)和人們日常生活中應用最廣泛的電機，主要拖動各種生產機械。 異步電動機之所以被廣泛應用，是由于它結構簡單、運行可靠、效率較高、成本較低及維修方便且適用于多種機械負載的工作特性等優(yōu)點。3三相交流異步電動機的拆卸與安裝一三相異步電動機概述二三相異步電動機的結構三三相異步電動機的銘牌

2、四三相異步電動機的繞組任務一4三相交流異步電動機啟動調速技術 一、學習情境一三相交流異步電動機的安裝與維修 二、學習情境二給水系統(tǒng)電動機啟動方法設計 三、學習情境三空調器電動機調速方法設計 5一、三相異步電動機概述異步電動機的分類異步電機的種類很多，最常用的分類方法是：一按照定子繞組相數(shù)來分，有單相異步電動機、 兩相異步電動機和三相異步電動機；二是按照轉子結構來分，有繞線式異步電動機和鼠籠式異步電動機。6二、三相異步電動機的結構 三相異步電動機主要由靜止的定子和旋轉的轉子兩大部分組成，定子與轉子之間存在氣隙，此外，還有端蓋、軸承、機座、風扇等部件。7二、三相異步電動機的結構一、定子 異步電機的

3、定子由定子鐵心、定子繞組和機座構成。 定子鐵心是電機磁路的一部分，為了減小交變磁場在鐵心中引起的鐵耗，定子鐵心采用導磁性能好、鐵耗小、厚度為0.5mm的硅鋼片疊壓而成，疊片間需經絕緣處理。為了嵌放定子繞組，每個硅鋼片上都沖制出一些沿圓周均勻分布、尺寸相同的槽。8二、三相異步電動機的結構9二、三相異步電動機的結構 定子繞組是定子的電路部分，由若干線圈按照一定規(guī)律嵌放在定子鐵心槽中并聯(lián)接起來構成。大中型三相異步電機定子繞組為三相雙層繞組，小型電機為單層繞組。小型異步電動機定子繞組用高強度漆包圓銅線或鋁線繞制而成；大型異步電動機的導線截面較大，采用矩形截面的銅線或鋁線制成線圈，再放置再定子槽內。高壓

4、大功率三相異步電動機定子繞組采用星形聯(lián)結，只有三根線引出；中、小功率低壓三相異步電動機在運行時，定子繞組通常采用三角形聯(lián)結，但是一般把三相繞組的6個端子都引出，這樣便于使用者根據(jù)實際需要將三相繞組接成星形或三角形聯(lián)結。10二、轉子 異步電動機的轉子由轉子鐵心、轉子繞組和轉軸組成。轉軸用于固定和支撐轉子鐵心。 轉軸一般用中碳鋼做材料，起支撐和固定轉子鐵心及傳遞轉矩的作用。二、三相異步電動機的結構11二、三相異步電動機的結構二、轉子 轉子繞組是轉子的電路部分，在交變的磁場中感應電動勢，流過電流并產生電磁轉矩，轉子繞組分為籠型繞組和繞線型繞組兩種，所以按轉子結構分類，異步電機可分為籠型電機和繞線式電

5、機。12 鼠籠式繞組，是自行短路的對稱繞組，在轉子鐵心的每個槽中放置一根導體，稱為導條，每根導條的軸向長度都比鐵心略長。在導條的兩端用短路環(huán)（也稱為端環(huán)）把所有導條伸出鐵心的部分聯(lián)結起來，形成一個閉合回路，整個繞組的外形象一個鼠籠，因此得名。 繞線式轉子上放置三相交流繞組，其極數(shù)與定子相同，一般用雙層繞組，連接成Y形，三相出線端子引到三個滑環(huán)上，再利用三個固定在定子上的電刷將電動勢引出到外電路，這樣可利用外電路串附加電阻以改善電動機的起動性能或調節(jié)轉速，這是繞線式異步電動機的特點。二、三相異步電動機的結構13二、三相異步電動機的結構三、氣隙 異步電機定子與轉子之間有一小的間隙，稱為電機氣隙。氣

6、隙的大小對異步電機運行性能有重要影響。異步電機的氣隙磁場是由勵磁電流產生，為了減小勵磁電流，提高功率因數(shù)，氣隙應盡可能小。但氣隙過小不僅使裝配困難，而且電機運行時定、轉子之間可能發(fā)生摩擦。異步電機的氣隙較同容量的同步電機要小得多，中小型異步電機的氣隙一般為0.2mm2mm；功率越大，轉速越高，氣隙長度越大。14三、三相異步電動機的銘牌 三相異步電動機性能參數(shù)使用連接等的說明書銘牌的意義15三、三相異步電動機的銘牌銘牌標明的參數(shù)額定功率PN ：指電機在銘牌規(guī)定的額定條下，轉軸上輸出的機械功率，單位為W或kW。額定電壓 UN ：電機在額定工況下運行時，加在定子繞組出線端的線電壓，單位為V。額定電流

7、 IN ：指電機定子繞組上所加電額定電壓，轉軸上輸出功率為額定功率時定子繞組的線電流，單位為安（A）。16三、三相異步電動機的銘牌額定頻率 FN：指加在定子邊的電源頻率，我國規(guī)定標準工頻為50Hz。額定轉速 nN ：指電機在定子繞組加額定電壓，轉軸輸出額定功率時的轉速，單位r/min。額定功率因數(shù) ：是電機在額定運行條件下定子側的功率因數(shù)。額定效率 ： 是電機在額定運行條件下，轉軸輸出的機械功率（即額定功率）與定子側輸入的電功率（即額定輸入功率）的比值。銘牌標明的參數(shù)17三、三相異步電動機的銘牌銘牌說明的其他意義除了以上各額定值外 三相異步電機在銘牌上還標出了相數(shù)、繞組聯(lián)結方式、絕緣等級、額定

8、溫升等。 對三相繞線式異步電機，還標有轉子繞組的聯(lián)結方式及轉子的額定電壓和電流。18四、三相異步電動機的繞組交流繞組的用途 交流電機的三相定子繞組是電機實現(xiàn)機電能量轉換的主要部件，通過它電機產生一個極數(shù)、大小、波形均滿足要求的磁場，同時在定子繞組中感應出頻率、大小和波形及其對稱性均滿足要求的電動勢。19交流繞組的構成原則四、三相異步電動機的繞組1.合成電動勢和磁動勢的波形接近正弦波，即要求電動勢和磁動勢中的諧波分量盡可?。?.在一定的導體數(shù)下，能得到較大的基波電動勢和磁動勢；3.三相繞組中，電動勢和磁動勢的基波對稱，即三相大小相等，相位互差 ，且三相阻抗相等；4.繞組銅耗小，用銅量少；5.絕緣

9、可靠，機械強度高，散熱條件好，制造工藝簡單，維護檢修方便。20交流繞組分類方法四、三相異步電動機的繞組 按照其相數(shù)、繞組層數(shù)、每極下每相槽數(shù)和繞法進行分類，分別可分為：（1）單相、兩相、三相和多相繞組；（2）單層繞組和雙層繞組，單層繞組又分為等元件式、交叉式和同心式繞組，雙層繞組又分為迭繞組和波繞組；（3）整數(shù)槽繞組和分數(shù)槽繞組。21四、三相異步電動機的繞組三相雙層繞組 現(xiàn)代10kW以上的三相交流電機，其定子繞組一般都采用雙層繞組，雙層繞組的每個槽內有上、下兩個線圈邊。同一個線圈的一條邊在某一槽的上層，另一條邊則在相距為y的另一槽的下層。整個繞組的線圈數(shù)與槽數(shù)相等。 雙層繞組的主要優(yōu)點為： 在

10、采用分布繞組的同時，選擇最合適的節(jié)距，可改善電動勢和磁動勢波形；所有線圈尺寸相同，便于制造；端部形狀排列整齊，有利于散熱和增強機械度。22四、三相異步電動機的繞組雙層繞組圖迭繞組和波繞組線圈23四、三相異步電動機的繞組 繞組嵌線時，相鄰的兩個串聯(lián)線圈中，后一個線圈緊“迭”在前一個線圈上，這種繞組稱為迭繞組。迭繞組24四、三相異步電動機的繞組波繞組 把所有同一極性下屬于同一相的線圈按波浪形依次串聯(lián)起來，組成一組；再把所有另一極性下屬于同一相的線圈按波浪形依次串聯(lián)起來，組成另一組；最后把這兩大組線圈根據(jù)需要串聯(lián)或并聯(lián)，構成一相繞組。波繞組的優(yōu)點：可減少線圈之間的連接線25電動機典型故障的檢測與維修

11、任務二一三相異步電動機的工作原理二三相異步電動機的典型故障與維修26一、三相異步電動機的工作原理 三相異步電動機由定子和轉子兩大部件組成，定子上有三相交流繞組，轉子按一定方式構成閉合回路。當定子繞組通入三相對稱交流電后，產生旋轉磁場，以 的速度旋轉，它切割轉子繞組并在其中感應出電動勢，電動勢的方向由右手定則決定。由于轉子是閉合回路，轉子中便有電流產生，電流方向與電動勢方向相同，而載流導體在磁場中將產生電磁力 ，方向由左手定則決定。原理27一、三相異步電動機的工作原理 由電磁力形成的電磁轉矩使轉子旋轉起來，轉速為n。不過轉子轉速達不到n1，因為轉速如果達到n1時，轉子繞組與定子旋轉磁場之間便無相

12、對運動，不能在轉子繞組中感應電動勢，從而無法產生電流和轉矩。28一、三相異步電動機的工作原理轉差率s轉差率是異步電機運行時的一個重要物理量。轉子靜止時， ，則 ；轉速 時，則 。所以，異步電動機運行時，s的取值范圍在 。異步電動機在額定負載條件下運行時，一般額定轉差率 。29一、三相異步電動機的工作原理 根據(jù)轉差率s為正（或負）的大小，三相異步電動機可分為電動機、發(fā)電機和電磁制動三種運行狀態(tài)。30一、三相異步電動機的工作原理電動機運行狀態(tài)電磁轉矩T是驅動轉矩，電機作為電動機運行，將從電源吸收（輸入）的電能轉變?yōu)檩S上的機械能（輸出）31一、三相異步電動機的工作原理發(fā)電機運行狀態(tài) 如果異步電動機由

13、其它原動機驅動，使轉子仍順著旋轉磁場方向旋轉，并且使其轉速超過旋轉磁場同步轉速，感應在轉子導體中的感應電動勢和電流方向與電動機狀態(tài)時相反，所以產生的電磁轉矩方向反向，電磁轉矩對電機轉軸起制動作用。定子繞組中電流有功分量相對于電動機狀態(tài)是反向的，即電機向電網輸送出有功功率，將原動機的機械能通過電磁耦合磁場轉變?yōu)殡娔?，這時電機為發(fā)電機運行狀態(tài)，如圖（c）所示。 32一、三相異步電動機的工作原理電磁制動狀態(tài) 如果作用在電動機轉子上的外轉矩使轉子朝著與旋轉磁場方向相反的方向轉動，如起重機放下重物的情況，由于轉子繞組與旋轉磁場相對運動方向仍與電動機狀態(tài)時一樣，所以感應電動勢與電流有功分量與電動機狀態(tài)時相

14、同，電磁轉矩方向如圖（a）所示，與電動機運行狀態(tài)時一樣，但外轉矩使轉子反方向旋轉，所以電磁轉矩對旋轉的轉子而言是制動性質。這時，電機一方面從電網吸收電功率，另一方面轉子也從外部吸收機械功率，二者都轉變?yōu)檗D子內部電阻上的損耗，異步電機運行在電磁制動狀態(tài)。 33二、三相異步電動機的典型故障與維修 若電動機工作在正常負載（接近額定）時，端電壓降低對電機運行不利。此時，轉子電流較大，端電壓降低時，轉差率和轉子電流增大，定子電流的兩個電流分量中，負載分量起主要作用，所以定子電流隨轉子電流增大而增大。由于轉差率增大，轉子功率因數(shù)和定子功率因數(shù)降低。1、異步電動機非額定電壓故障與維修電源電壓額定電壓1、異步

15、電動機非額定電壓故障與維修如果電動機運行在 的情況下，由于端電壓的升高，電機主磁通增大，此時磁路飽和程度也增加，電機的勵磁電流大大增加，使電機功率因數(shù)下降，同時鐵耗隨主磁通增加也增大，導致電機效率下降，溫升提高。所以，當電動機在高于額定電壓下運行時，必須減小負載。362、異步電動機非額定頻率下的故障與維修 當電網頻率高于額定頻率，主磁通減小，勵磁電流隨之減小。同時，定子電流也減小，轉速上升，對電動機的功率因數(shù)、效率和通風冷卻等都會有所改善。 當電網頻率低于額定頻率，主磁通將增大，鐵心飽和程度增加，勵磁電流增大很快，從而定子電流也增大，電動機的鐵耗和銅耗均增大，引起電機的功率因數(shù)和效率降低。同時

16、，電動機轉速下降，使電機通風冷卻條件變差，溫升提高。此時，電動機必須減小負載，使電機在輕載下運行，防止電機過熱。373、異步電動機不對稱電源下的故障與維修 對稱的正序電流產生正序旋轉磁勢 ，以同步轉速正向旋轉，轉子繞組切割此磁動勢，產生正序感生電流，正序轉子電流與正向旋轉磁場相互作用，產生正向電磁轉矩 ，此時，正序系統(tǒng)的轉差率為：383、異步電動機不對稱電源下的故障與維修 對稱的負序電流產生負序旋轉磁動勢，以同步轉速反向旋轉，轉子繞組切割此磁動勢，產生負序感生電流，負序轉子電流與負序的旋轉磁場相互作用，產生負序的電磁轉矩，其方向與轉子的轉向相反，為制動轉矩。 因為負序磁場反轉，轉速為 ，所以負

17、序電流的轉差率為：393、異步電動機不對稱電源下的故障與維修 在負序等效電路中，經折算后轉子等效電阻為 。由于負序阻抗較小，將產生較大的負序電流，從而使不對稱運行的銅耗增加，效率降低，并可能引起電機過熱。另外，負序轉矩為制動轉矩，將使電機出力減小。 可見，電動機在不對稱情況下運行時，性能變差，實際運行時，不允許電動機三相電流出現(xiàn)嚴重的不對稱。 404、異步電動機電源缺相時的故障與維修 三相異步電動機在運行中三相電源缺一相或定子繞組斷相是時有發(fā)生的，這會給電機運行帶來不利的影響，嚴重時會燒壞電機。 414、異步電動機電源缺相時的故障與維修 三相異步電動機正常運行時，由三相交流電源通入三相對稱繞組產生三相平衡電流，產生圓形旋轉磁場，當三相電源中缺少一相或三相繞組中任何一相斷開，稱為三相異步電