相异步电动机的基本结构和调速.ppt

6.3 三相异步电动机的基本结构,6.2 三相异步电动机的工作原理,6.5 三相异步电动机的机械特性,6.4 三相异步电动机的铭牌数据,6.6 三相异步电动机的起动,6.7 三相异步电动机的调速,6.8 单相异步电动机,教学基本要求,第 6 章 电 动 机,分析与思考,练习题,返回主页,6.1 电机概述,1. 了解三相异步电动机的结构，分清笼式和绕线式两种 转子的结构特点； 2. 理解旋转磁场和三相异步电动机的工作原理； 3. 掌握三相异步电动机改变转子转向的方法； 4. 理解三相异步电动机的转矩平衡关系和功率平衡关系； 5. 理解三相异步电动机的固有机械特性以及额定状态、 临界状态和起动状态的意义； 6. 了解定子电压和转子电阻改变时的人为机械特性； 7. 理解三相异步电动机的铭牌数据的意义； 9. 掌握三相异步电动机的起动方法；,上一页,下一页,返 回,教学基本要求,10. 掌握三相异步电动机的调速方法； 11. 了解单相异步电动机的工作原理和起动方法； 12. 了解三相异步电动机一相或一线断路后的后果。,上一页,下一页,返 回,6.1 电机概述,发电机,直流电动机,同步电动机,鼠笼型,将机械能转换为电能； 将电能转换为机械能。,绕线型,电动机,交流电动机,异步电动机,电机：实现能量转换或信号转换的电磁装置,（动力电机）,（控制电机）,单相,三相,单相,三相,6.2 三相异步电动机的工作原理,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,（1）旋转磁场的产生,（一）旋转磁场,旋转磁场是三相异步电动机工作的基础。,电机是利用电与磁的相互转化和相互作用制成的。,旋转磁场由三相电流通过三相对称绕组产生。,对称：,三相对称负载,空间对称分布,上一页,下一页,返回,上一节,下一节,二极旋转磁场, 极对数（p）的概念：,（2）旋转磁场的转速,旋转磁场转速 n0 同步转速 如何改变旋转磁场的转速？,以 Y 型接法为例，当每相 绕组只有一个线圈时，按右图放入定子槽内，合成的旋转磁场只有一对磁极，则极对数为 1。 即 p = 1,上一页,下一页,返回,上一节,下一节,以 Y 型接法为例，将每相绕组都改用两个线圈串联组成。,按下图放入定子 槽内。 形成的磁场则是两对磁极。 即 p = 2,上一页,下一页,返回,上一节,下一节,三相绕组,四极旋转磁场,上一页,下一页,返回,上一节,下一节,上一页,下一页,返回,上一节,下一节,三相异步电动机的同步转速,f 1= 50 Hz 时,不同极对数时的同步转速如下:,同步转速,p 为任意值时：,上一页,下一页,返回,上一节,下一节,旋转方向：取决于三相电流的相序。,（3）旋转磁场的转向,旋转磁场是沿着：,U1,V1,W1,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,i1U1， i2V1， i3W1, 与三相绕组中的三相电流的相序：L1 L2 L3 一致，通入导前电流的绕组通入滞后电流的绕组。,旋转磁场是沿着：,U1,W1,V1,i1U1， i2W1， i3V1,任意对调两根电源进线，磁场反转。,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,（二）工作原理,对称三相绕组 通入对称三相电流,旋转磁场 (磁场能量),磁场切割 转子绕组,转子绕组中 产生 e 和 i,转子绕组在磁场中 受到电磁力的作用,转子旋转起来,机械负载 旋转起来,三相交流电能,输出机械能量,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,（1）电磁转矩的产生, 用右手定则判断转子绕组中感应电流的方向, 用左手定则判断转子绕组受到的电磁力的方向,电磁力电磁转矩 T T 与 n0 同方向。,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,工作原理示意图,电动机转速 n 和旋转磁场同步转速 n0的关系：,电机转子转动方向与磁场旋转的方向一致， 但 n n0,转差率 :,起动时: n = 0， s = 1 额定运行时: s = 0.01 0.09,称异步电动机或感应电动机,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,0s 1,转子转速亦可由转差率求得,例：一台三相异步电动机，其额定转速 nN =975 r/min，电源频率 f1=50 Hz。试求电动机的极对数和额定负载下的转差率。,解：,根据异步电动机转子转速与旋转磁场同步转 速的关系可知：n0=1000 r/min , 即,p=3,额定转差率为,转差率 :,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,起动时：n = 0, n = n0 转子电磁感应最强 转子电路电量的频率： f2 = f1 当n n 转子电路电量的频率 f2 （ f1） 稳定运行时： n = n0n 很小, 转子电路频率的变化：,f2 = f1 很小,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,（2）电磁转矩的方向,电磁转矩的方向与旋转磁场的转向一致。,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,任意对调两根电源进线，电动机反转。,（3）电磁转矩 T 的大小,T U1p2,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,常数，与电 机结构有关,旋转磁场 每极磁通,转子电流,转子电路 功率因数,转子中各载流导体在旋转磁场的作用下,受到电磁力形成转矩。,R2 的大小对 T 有影响,（三）转矩平衡,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,转轴上输出的转矩为: T2 = T T0,电动机稳定运行，即匀速转动: T2 = T L,转矩平衡: T = T L + T0,T T L T2,若TL, TTL, n, (n0 n) , 切割加快, E2 , I2 , F , T , 至T = TL, 以较原转速低的n 重新匀速转动,（四）功率关系,输出的机械功率: P2 = T2 ,空载损耗: P0 = PCu+PFe + PMe,电动机的效率:,上一页,下一页,返回,上一节,下一节,输入的电功率:,P2 = P1P0,PN：kW,nN：r/min,TN：Nm,例 ： 某三相异步电动机，极对数 p = 2，定子绕 组三角形联结，接于 50 Hz、380 V 的三相电源上工作，当 负载转矩 TL= 91 Nm 时，测得 I1l = 30 A，P1= 16 kW，n = 1 470 r/min，求该电动机带此负载运行时的 s 、P2 、 和。,= 87.5%,解：,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,6.3 三相异步电动机的基本结构,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,1.定子,铁心：由内周有槽 的硅钢片叠成。,机座：铸钢或铸铁,端盖：固定、支撑、防护,转子: 在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电流。,2.转子,鼠笼转子,铁心：由外周有槽的硅钢片叠成。,(2) 绕线式转子,同定子绕组一样，也分为三相，并且接成星形。,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,另一端分别接滑环，可外接电阻,鼠笼式电动机与绕线式电动机的的比较：,鼠笼式： 结构简单、价格低廉、工作可靠；不能人为改变电动机的机械特性。,绕线式： 结构复杂、价格较贵、维护工作量大；转子 外加电阻可人为改变电动机的机械特性。,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,异步电动机的结构,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,三相笼式异步电动机的部件图,6.4 三相异步电动机的铭牌数据,三相异步电动机 型 号 Y132S6 功 率 3 kW 频 率 50Hz 电 压 380 V 电 流 7.2 A 联 结 Y 转 速 960r/min 功率因数 0.76 绝缘等级 B,1.型号 Y132S6,Y系列异步机,机座中心高度,机座长度代号,2p = 6,n0 = 1 000 r/min,2. 额定功率 PN PN = 3 kW,轴上输出机械功率的额定值,3. 额定电压 UN UN = 380 V,定子三相绕组应施加的线电压,磁极数,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,4. 额定电流 IN IN = 7.2A,三相异步电动机 型 号 Y132S6 功 率 3 kW 频 率 50Hz 电 压 380 V 电 流 7.2 A 联 结 Y 转 速 960r/min 功率因数 0.76 绝缘等级 B,定子三相绕组的额定线电流,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,6. 额定转速nN,电机在额定电压、额定负载下运行时的转子转速。,5. 联结方式,通常三相异步电动机3kW以下者，联结成星形，4kW以上者，联结成三角形。,三相异步电动机 型 号 Y132S6 功 率 3 kW 频 率 50Hz 电 压 380 V 电 流 7.2 A 联 结 Y 转 速 960r/min 功率因数 0.76 绝缘等级 B,8. 绝缘等级,指电机绝缘材料能够承受的极限温度等级，分 为A、E、B、F、H五级，A级最低(105C)，H级最高(180C)。,7. 额定功率因数N = cosN,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,固有特性:,人为特性:,在额定电压、额定频率，转子电路不外串电阻或电抗时的 T = f (s) 和 n = f (T),在改变电压、频率及转子电路参数时的 T = f (s) 和 n = f (T),n = f (T),T = f (s),转矩特性: 异步机的 T 与 s 之间的关系,机械特性: 异步机 n 与T 之间的关系,6.5 三相异步电动机的机械特性,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,和 n = (1 s) n0,（一）固有特性,转矩特性 机械特性 固有特性,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,（1）额定状态,在额定 UN 下， 以额定转速 nN 运行、 输出额定功率 PN 时， 电动机转轴上输出的转矩为,机械特性,M,额定状态说明了电动机长期运行能力。,上一页,下一页,返回,上一节,下一节,N,S,额定状态、临界状态、起动状态代表三个重要的工作状态。,临界转速,临界转差率 sM:,Y 系列: KM = 22.2,（2）临界状态,过载倍数 KM：,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,M,N,S,机械特性,最大转矩TM:,电动机带动最大负载的能力,转轴上机械负载转矩不能大于TM ，否则将造成堵转(停车),(3) 起动状态,TS 体现了电动机直接起动的能力。 若 TSTL 电机能起动，否则将起动不了。,Y系列: KS = 1.62.2 KC = 5.57.0,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,机械特性,起动电流倍数：,起动转矩倍数：,（二）人为特性,（1）降低定子电压时的人为特性,UN,0.9UN,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,定子电压降低时的人为机械特性,T U1p2,（2）增加转子电阻时的人为特性,R2,R2 +R,TS +T,转子电阻增加时的人为机械特性, 转子串联合适的电阻，可使 TS = TM,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,（三）机械特性的软硬,硬特性：负载变化时，转速变化不大，运行特性好。 软特性：负载增加时，转速下降较快，起动特性好。,硬特性,软特性,不同场合应选用不 同的电机。 如金属切削，选硬特 性电机； 重载起动则选软特性 电机。,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,电动机的电磁转矩可以随负载的变化而自动调整，这种能力称为自适应负载能力。,（四）电动机的自适应负载能力,电动机工作在特性曲线的 哪一点上？ 应当运行于与负载机械特性的交点上。,上一页,下一页,返回,上一节,下一节,TL,TL,工作段,自适应负载能力是电动机区别于其它动力机械 的重要特点（如：柴油机当负载增加时，必须由 操作者加大油门，才能带动新的负载） 。,a 点TLnI2T,直至新的平衡,I1 P1, a点,上一页,下一页,返回,上一节,下一节,异步机的起动特性： 起动电流大: IS = KC IN =（57）IN 起动转矩小: TS = KSTN =（1.62.2）TN,影响： 频繁起动时造成热量积累,易使电动机过热。 大电流使电网电压降低，影响其他负载工作。,6.6 三相异步电动机的起动,不好!,良好的起动性能: 起动电流小 起动转矩大,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,（一）鼠笼式异步电动机的起动,（1）直接起动（全压起动） (a) 小容量的电动机（二三十千瓦以下）； (b) 电源容量足够大时。 （2）减压起动 (a) Y 减压起动： 适用于：正常运行为联结的电动机。,起 动 时,运 行 时,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,设：定子每相阻抗为 Z,TUp2, Y接起动的起动转矩：, Y接起动的起动电流：,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节, Y接起动的起动转矩为：, Y接起动的起动电流为：,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,(b) 自耦变压器减压起动,Ul,降压比为:,Ul= KAUN,定子电压：,定子电流： KA Is,线路电流： KA2Is, 自耦变压器降压起动的起动电 流为：, 自耦变压器降压起动的起动转 矩为：,UN,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,自耦变压器降压起动的特点： 定子绕组接法不变，改变定子绕组的电压； 降压比 KA可调: 0.5、0.65、0.8； 0.55、0.64、0.73,自耦变压器降压起动的使用条件： IsaImax （线路中允许的最大电流）； TsaTL ，适用于轻载或空载起动 否则不能采用此法。 选择 KA的方法： KA2Is Imax KA2Ts TL,需要两者 均满足,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,(二)绕线式异步机的起动：,R,R,R,定子,转子,起动电阻,起动时将适当的R 串入转子电路中，起动后将R 短路。,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,(1) 转子电路串电阻起动,减小起动电流 增大起动转矩,(2) 转子电路串频敏变阻器起动, 频敏变阻器： 频率高，损耗大，电阻大； 频率低，则反之。 转子电路起动时:, 转子电路运行时:,f2 高，电阻大，,Ts 大， Is 小。,f2 低，电阻小，,自动切除变阻器。,R2R2,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,例1:,1),解:,一台Y225M-4型的三相异步电动机，定子 绕组型联结，其额定数据为：PN=45kW, nN=1480r/min，UN=380V，N=92.3%，cosN= 0.88， KC = 7.0, Ks = 1.9，KM = 2.2 求：1) 额定电流IN? 2) 额定转差率sN? 3) 额定转矩TN 、最大转矩TM 和起动转矩TS 。,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,2）由nN=1480r/min，可知 p=2 （四极电动机）,3）,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,解：,在上例中(1)如果负载转矩为 510.2Nm , 试问在U=UN 和U =0.9UN两种情况下电动机能否起动？（2）采用Y- 换接起动时，求起动电流和起动转矩。 （3） 当负载转矩为额定转矩的80%和50%时，电动机能否Y- 换接起动？,(1) 在U=UN时 TS = 551.8Nm 510.2 N. m,不能起动,(2) IS =KCIN=784.2=589.4 A,在U= 0.9UN 时,能起动,例2:,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,在80%额定负载时,在50%额定负载时,可以起动,(3),不能起动,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,1. 改变磁极对数 p 2. 改变转差率 s 3. 改变电源频率 f1 (变频调速),调速方法：,6.7 三相异步电动机的调速,有级调速,无级或有级调速,无级调速,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,在负载不变的前提下，人为改变电动机的转速,（一）变频调速,U、f 可 变,整流电路,逆变电路,50 Hz,fN,f1, fN,f2, f1,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,变频调速,TL,频率降低，转速下降,（二）变极调速,(a) p = 2,(b) p = 1,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,每相绕组由两个线圈组成，可串联、并联,（三）变转差率调速,（1）变压调速,UN,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,电压降低，转速下降,（2）转子串电阻调速,R2,R2+RC,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,电阻增大，转速下降,（一）脉振磁场 定子：单相绕组；,6.8 单相异步电动机,定子绕组,定子,转子：鼠笼型。,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节, 定子单相绕组产生的脉振磁场的分析:,1m= 2m = m / 2, 脉振磁场的分解:,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,t4,t8,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,脉振磁场,（1）自身没有起动转矩 （2）转子借助其它力量 转动后，外力去除后仍按 原方向继续转动。 怎样产生起动转矩？,（二）工作原理,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,（1） 两相起动,工作绕组,起动绕组, 原理：两相电流,旋转磁场,起动转矩,上一页,下一