電機及其控制技術(shù)-交流電動機2

課題2交流電動機三相交流異步電動機的應(yīng)用碾米機一、認(rèn)識三相異步電動機二、三相異步電動機的運行三、三相異步電動機的啟動、調(diào)速、制動三相異步交流電動機的任務(wù)知識目標(biāo)：1、了解交流電機的結(jié)構(gòu)，熟悉交流電機的工作原理2、掌握交流電機的啟動、調(diào)速與制動能力目標(biāo)：1、**能分析交流電動機的機械特性

2、能根據(jù)交流電動機的類型和使用場合，分析交流電動機的啟動、調(diào)速和制動會額定值的簡單計算能力目標(biāo)：知識目標(biāo)：1、了解三相異步電機的外型和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，熟悉各部件的作用2、熟悉三相異步電機的工作原理3、了解三相異步電動機銘牌型號和額定值的含義任務(wù)一認(rèn)識三相異步電動機

單相電動機一般為1kW以下的小容量電機，在日常生活中應(yīng)用較多。三相異步電動機因為具有構(gòu)造簡單、價格低廉、工作可靠、易于控制及使用維護(hù)方便等突出優(yōu)點，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用很廣。由于生產(chǎn)過程的機械化，電動機作為拖動生產(chǎn)機械的原動機，在現(xiàn)代生產(chǎn)中有著廣泛的應(yīng)用。電機:機械能電能的旋轉(zhuǎn)機械。發(fā)電機:機械能電能電動機:電能機械能交流電動機直流電動機異步電動機同步電動機單相三相一、三相異步電動機motor的結(jié)構(gòu)P106鼠籠式三相異步電動機定子轉(zhuǎn)子定子鐵心機座定子繞組轉(zhuǎn)子鐵心轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)子鐵心籠形轉(zhuǎn)子繞組定子是固定部分，轉(zhuǎn)子是轉(zhuǎn)動部分。為了使轉(zhuǎn)子能夠在定子中自由轉(zhuǎn)動，定子、轉(zhuǎn)子之間0.2~2mm的空氣隙。三相定子繞組轉(zhuǎn)子如何轉(zhuǎn)？風(fēng)罩端蓋定子風(fēng)葉轉(zhuǎn)子鑄鋁籠形轉(zhuǎn)子三相異步電動機的機座

三相定子繞組

三相異步電動機的定子鐵心

三相定子繞組的接法三相異步電動機的定子繞組有兩種接法：Y形和Δ形

。三相定子繞組由機殼外面的接線盒引出，左下圖為Y接連線圖；右下圖為Δ接連線圖。例1：電源線電壓為380V,現(xiàn)有2臺電動機,其銘牌數(shù)據(jù)如下,試選擇定子繞組的連接方式。（1）型號Y90S-4，功率1.1KW，電壓220/380V，接法Δ/Y，電流4.67/2.7A，轉(zhuǎn)速1400r/min，功率因數(shù)0.79。（2）型號Y112M-4，功率4.0KW，電壓380/660V，接法Δ/Y，電流8.8/5.1A，轉(zhuǎn)速1400r/min，功率因數(shù)0.82。問題與討論鼠籠型電動機的定子各部分結(jié)構(gòu)和作用如何？鼠籠型異步機轉(zhuǎn)子各部分的結(jié)構(gòu)和作用是什么？定子鐵心是由0.5mm厚的硅鋼片疊壓制成，在其內(nèi)圓沖有分布的槽。定子鐵心的作用：一是槽內(nèi)可用來嵌放定子繞組；二是定子鐵心構(gòu)成電動機磁路的一部分。定子繞組是由銅導(dǎo)線繞制而成。構(gòu)成電動機電路的一部分。機座是電動機的支架，一般用鑄鐵或鑄鋼制成。轉(zhuǎn)子鐵心鑄鋁籠形轉(zhuǎn)子籠形轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)子鐵心是也是由0.5mm厚的硅鋼片疊壓制成，在其外圓沖有分布的槽。轉(zhuǎn)子鐵心可嵌放轉(zhuǎn)子繞組，構(gòu)成電機磁路的另一部分。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，構(gòu)成電機電路的一部分。由轉(zhuǎn)軸輸出機械能。二、工作原理U1iViUiwV2W2W1V1U2i0TiuωtiViW三相定子繞組中通過的電流W2t1t2t3t4W1V1W2U1U2V2SNV1V2U1W2W1U2SNW1U2W2V1U1V2SN4點同時出現(xiàn)P113W1U1V1U2V2三相電動機旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生SNU1W2U2V2W1V1i0TiuωtiViWSNV1U2V2W2U1W1i0TiuωtiViWSNW1V2W2U2V1U1i0TiuωtiViWSNU1W2U2V2W1V1i0TiuωtiViW可以看出，在通入按正弦規(guī)律變化的三相交流電流時，就會在定子鐵心中產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場。i0TiuωtiViWSNSNSNSNSNSN在定子旋轉(zhuǎn)磁場的帶動下，處于旋轉(zhuǎn)磁場中的轉(zhuǎn)子，會按照定子旋轉(zhuǎn)磁場的方向轉(zhuǎn)動起來。旋轉(zhuǎn)磁場的形成(1)旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速若電流f=50Hz（每秒種旋轉(zhuǎn)50圈），則每分鐘U1U2SNV2w1w2v1旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速磁極對數(shù)p=1U1iViUiwV2W2W1V1U2問題與討論旋轉(zhuǎn)磁場的極對數(shù)p=2，轉(zhuǎn)速n1是多少？iViUiWU1U1'U2w1U2'V1w1'V2w2'w2V1'V2'旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速P115(2)磁場方向旋轉(zhuǎn)：rotate與電流（順時針）相序一致(同步轉(zhuǎn)速)三、旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速和磁場方向國產(chǎn)的異步電動機，定子繞組的電流頻率為50Hz，所以不同極對數(shù)的異步電動機所對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速也就不同。p1234n1/r(min)-1

300015001000750問題與討論轉(zhuǎn)子(電動機)的轉(zhuǎn)速n能等于旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速n1嗎？轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場間沒有相對運動如果轉(zhuǎn)子不切割磁場不能生成感應(yīng)電流轉(zhuǎn)子不是載流導(dǎo)體則不能產(chǎn)生電磁力結(jié)論：n≠n1異步！三相對稱定子繞組對稱三相交流電旋轉(zhuǎn)磁場靜止的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割感應(yīng)電動勢感應(yīng)電流電磁力轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動

轉(zhuǎn)差率S的概念：1.5%-6%P113轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速又叫異步轉(zhuǎn)速S=??U1iViUiwV2W2W1V1U2四、電動機的轉(zhuǎn)動原理同步轉(zhuǎn)速：轉(zhuǎn)差率：解：三相異步電動機磁極對數(shù)p=3，電源f1=50Hz，電機額定轉(zhuǎn)速n=960r/min。求：轉(zhuǎn)差率s.例2：有一臺三相異步電動機，其額定轉(zhuǎn)速n＝1450r/min，空載轉(zhuǎn)差率為0.26％。求該電動機的磁極對數(shù)、同步轉(zhuǎn)速、空載轉(zhuǎn)速n0及額定負(fù)載時的轉(zhuǎn)差率。解：要求轉(zhuǎn)差率，首先應(yīng)知道同步轉(zhuǎn)速n1。最接近于n＝1450r／min的同步轉(zhuǎn)速是nl=1500r／min，磁極對數(shù)p=2。空載時的轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)差率為例3：12345任選一題若答案正確：選T若答案錯誤：選F習(xí)題(判斷)祝賀你的判斷正確你的判斷錯誤繼續(xù)努力1異步電機的轉(zhuǎn)子電流是外部輸入的，才能與磁場的共同作用，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。2無論是異步電動機還是發(fā)電機，既有感應(yīng)電動勢，又有電磁轉(zhuǎn)矩。3同步速度是指異步電機在實際空載時的速度。4異步電機的極對數(shù)越多，頻率越低，則電機的轉(zhuǎn)速就越低。5異步電機的旋轉(zhuǎn)磁場的方向取決于三相交流電流的頻率與幅值，而與相序無關(guān)。1、根據(jù)銘牌參數(shù)確定電動機負(fù)載拖動能力

2、**能分析交流電動機的機械特性

能力目標(biāo)：知識目標(biāo)：1、了解交流電機運行時的電磁關(guān)系2、掌握交流電機的機械特性3、了解交流電機的銘牌參數(shù)任務(wù)二三相異步電動機的運行一、三相異步電動機的空載運行1、空載時的電磁關(guān)系三相對稱定子繞組對稱三相交流電旋轉(zhuǎn)磁場n1靜止的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割感應(yīng)電動勢感應(yīng)電流電磁力轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動問題與討論變壓器的一次側(cè)和二次側(cè)的電流頻率是否相等?一次、二次繞組是靜止的P125（1）P71P126（3）轉(zhuǎn)子繞組的感抗（2）轉(zhuǎn)子繞組的感應(yīng)電動勢二、三相異步電動機的負(fù)載運行一臺三相異步電動機接到50Hz的交流電源上，其額定轉(zhuǎn)速nN=1455r／min，試求：(1)該電動機的極對數(shù)p；(2)額定轉(zhuǎn)差率sN；(3)額定轉(zhuǎn)速運行時，轉(zhuǎn)子電動勢的頻率。例4：解：(1)

n1=1500r／min，則(2)(3)(1)

異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩（牛頓米）轉(zhuǎn)矩常數(shù)主磁通轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)子電路功率因數(shù)P134力矩=力*力臂TTm0ssm1Sm稱為臨界轉(zhuǎn)差率，對應(yīng)電動機的最大轉(zhuǎn)矩Tm。三、三相異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩和機械特性

三相異步機轉(zhuǎn)子中各導(dǎo)體在旋轉(zhuǎn)磁場作用下，受到電磁力的作用，對轉(zhuǎn)軸形成轉(zhuǎn)矩，稱為電磁轉(zhuǎn)矩

T：nT0/s10電動機若要迅速啟動起來，啟動轉(zhuǎn)矩Tst

必須大于轉(zhuǎn)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL。(2)異步電動機的機械特性TmTstTNDnT0nNn1ABC最大轉(zhuǎn)矩啟動轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩電動機的轉(zhuǎn)速隨輸出轉(zhuǎn)矩的變化而變化的關(guān)系曲線稱為機械特性。D點是電動機的額定工作點。對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩是額定轉(zhuǎn)矩；對應(yīng)的轉(zhuǎn)速是額定轉(zhuǎn)速。AB段是穩(wěn)定運行段。電動機隨著負(fù)載的增加而轉(zhuǎn)速略有下降；

BC段始終處于不穩(wěn)定的過渡狀態(tài)。TTm0ssm1/s10啟動轉(zhuǎn)矩？最大轉(zhuǎn)矩？額定轉(zhuǎn)矩？a、額定轉(zhuǎn)矩TN:電動機在額定電壓下，驅(qū)動額定負(fù)載,輸出額定功率時的電磁轉(zhuǎn)矩。P136c、啟動轉(zhuǎn)矩Tst:異步電動機剛接通電源但尚未轉(zhuǎn)動時的轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速n=0s=1b、最大轉(zhuǎn)矩Tm:電動機輸出的最大轉(zhuǎn)矩。若負(fù)載轉(zhuǎn)矩>最大轉(zhuǎn)矩→電動機停轉(zhuǎn)(悶車)→造成電動機電流過大→繞組燒毀保證電動機在電源電壓波動時能正常工作，Tm比TN大得多，以保證電動機不會因短時過載而停轉(zhuǎn)。過載系數(shù)1.8-2.2≈1.3-2啟動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)例5：例6：有一臺異步電動機，其Tst/TN=1.7，額定功率30KW，額定電壓380V，Δ形聯(lián)結(jié)，啟動時電源電壓為額定電壓的65%，試問當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的80%和50%時，此電動機能否啟動？解：

Tst=1.7TN

TN’=0.652TN

Tst’=0.6521.7TN=0.7

TN

Tst’=0.7

TN<0.8TN不能啟動

Tst’=0.7

TN>0.5TN能啟動

四.

三相異步電動機的銘牌數(shù)據(jù)三相異步電動機型號Y132M-4功率7.5KW頻率50Hz電壓380V

電流15.4A

接法Δ轉(zhuǎn)速1440r/min絕緣等級B工作方式連續(xù)標(biāo)準(zhǔn)編號工作制S1

B級絕緣年月編號××電機廠Y表示三相異步機，132（mm）表示機座中心高度；M代表中機座（L長機座、S短機座）；4代表磁極數(shù)。(額定)功率指的是電動機輸出的功率。(額定)電壓、電流均指電動機額定運行情況下的定子線電壓、線電流的數(shù)值。(額定)轉(zhuǎn)速指的是電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n

。P109電動機定子繞組所用絕緣材料允許的最高溫度等級(ABCEFH)

。（1）連續(xù)(S1)：按額定功率長期連續(xù)使用（2）短時(S2)：在規(guī)定時間內(nèi)按額定功率運行（3）斷續(xù)(S3)：以間歇方式運行三相異步電動機型號Y180M—4功率18.5kW電壓380V電流35.9A頻率50Hz轉(zhuǎn)速1470r/min接法△工作方式連續(xù)外殼防護(hù)等級IP44產(chǎn)品編號××××××重量180kg絕緣等級B級××電機廠××××年××月練習(xí)：IP:表征字第1位數(shù)字:外殼對人和殼內(nèi)部件的防護(hù)等級。第2位數(shù)字:由于外殼進(jìn)水而引起有害影響的防護(hù)等級。例7：由上表，試求Y-225M-6型異步電動機的額定轉(zhuǎn)差率、額定轉(zhuǎn)矩、啟動轉(zhuǎn)矩、最大轉(zhuǎn)矩、啟動電流和輸入功率。解：磁極對數(shù)p=3，例8：型號Y180L-650HZ15KW220/380VΔ/Y31.4A970r/min又知其滿載功率因數(shù)為0.81，該實驗室的電源線電壓為380V，問（1）電動機的定子繞組應(yīng)采取何種接法？（2）電動機滿載運行時的輸入功率、效率和轉(zhuǎn)差率；（3）額定轉(zhuǎn)矩；（4）若電源電壓為220V，此電動機能否滿載運行？

解（1）Y型實驗室有臺三相異步電動機，其銘牌數(shù)據(jù)如下：所以不能Δ：可以1、一臺三相異步電動機型號為Y112M-2，電源頻率為50HZ，轉(zhuǎn)子額定轉(zhuǎn)速為2890r/min，求額定轉(zhuǎn)差率。2、一臺Y280M-4型三相異步電動機，其額定數(shù)據(jù)如下表所示，試求（1）額定電流IN；（2）額定轉(zhuǎn)差率SN；（3）額定轉(zhuǎn)矩、最大轉(zhuǎn)矩、啟動轉(zhuǎn)矩；（4）如果電源電壓降為額定電壓的80%，這臺電動機的啟動轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)矩各變?yōu)槎嗌?？功率轉(zhuǎn)速電壓效率功率因數(shù)Ist/INTst/TNTm/TN90KW1480r/min380V93.3%0.887.01.92.2課外作業(yè)：教材P123－7、8、9課外作業(yè)：

能力目標(biāo)：知識目標(biāo)：1、掌握三相異步電動機的啟動(start-up)方法與過程

2、掌握三相異步電動機的制動(applythebrake)方法與過程

3、掌握三相異步電動機的調(diào)速

(timing)方法能根據(jù)交流電動機的類型和使用場合，分析交流電動機的啟動、制動和調(diào)速

任務(wù)三三相異步電動機的啟動、制動、調(diào)速任務(wù)：分析：1、……類型的電機在……場合啟動，應(yīng)該采用什么啟動方法？2、……類型的電機在……場合制動，應(yīng)該采用什么制動方法？3、……類型的電機在……場合調(diào)速，應(yīng)該采用什么調(diào)速方法？1、三相異步電動機的啟動從異步電動機接入電源，轉(zhuǎn)子開始轉(zhuǎn)動到穩(wěn)定運轉(zhuǎn)的過程，稱為啟動。啟動瞬間,n=0P1441．全壓啟動電動機容量在10kW以下全壓啟動是利用閘刀開關(guān)或接觸器將電動機直接接到額定電壓上的啟動方式，又叫直接啟動。優(yōu)點：設(shè)備簡單，操作方便，啟動時間短。缺點：啟動電流較大，將使線路電壓下降，影響負(fù)載正常工作。適用范圍：大容量的電動機能直接啟動嗎？（1）定子串電阻啟動：2．降壓啟動缺點：外接啟動電阻上有較大的功率損耗，經(jīng)濟(jì)性較差。Δ運行時，首尾相接構(gòu)成閉環(huán)Y啟動時，繞組尾端連成一點適用范圍：正常運行時定子繞組為三角形連接。（鼠籠式異步電動機）優(yōu)點：缺點：啟動電流為全壓啟動時的1／3。QS1L3V2L2L1QS2FUV1U1U2W1W2V1U1W1W2U2V2（2）Y-Δ降壓啟動：啟動時定子繞組連成星形，通電后電動機運轉(zhuǎn)，當(dāng)轉(zhuǎn)速升高到接近額定轉(zhuǎn)速時再換接成三角形。ABCXYZ啟動UP'AZBYXC正常運行UP不適合高啟動轉(zhuǎn)矩場合，適合空載或輕載啟動三相異步電動機，電源電壓=380V，三相定子繞組接法運行，額定電流IN=20A，啟動電流Ist/IN=7，求：（1）接法時的啟動電流Ist

（2）若啟動時改為Y接法，求IstY（1）Ist=7IN=720=140A（2）IstY=Ist/3=140/3=47A解：例9：（3）自耦變壓器降壓啟動：優(yōu)點：缺點：1、不論電動機定子繞組采用Y或都可使用；2、啟動電壓可根據(jù)需要選擇，使用靈活，適用于不同的負(fù)載。設(shè)備體積大、笨重，成本高。正常運行時定子繞組是Y型的電機該采用什么啟動方法？分析：1、額定功率為30KW的三相交流異步電動機，重載啟動應(yīng)采用什么啟動方法？自耦變壓器降壓啟動2、額定功率為80KW的三相交流異步電動機，輕載啟動應(yīng)采用什么啟動方法？Y-降壓啟動2、三相異步電動機的制動（剎車）(1)能耗制動

電動機斷電后由于機械慣性總要經(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轉(zhuǎn)的電動機迅速停轉(zhuǎn)，就是所謂的制動。制動方法：n0=0R＋－M~3NSnF＋當(dāng)電動機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。電動機由于慣性仍在運轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割固定磁場感應(yīng)電流，載流導(dǎo)體受到與轉(zhuǎn)子慣性方向相反的電磁力使電機迅速停轉(zhuǎn)。儲存在轉(zhuǎn)子中的動能變?yōu)檗D(zhuǎn)子繞組電阻的功率損耗P149時間控制原則的單向運行能耗制動控制分析要點：1）運行控制2）制動控制缺點：時間的長度如何控制時間繼電器KT功能：延時接通或斷開控制電路P236速度繼電器P251速度繼電器由轉(zhuǎn)子