第6章(X电机).ppt

第6章三相异步电动机及其控制 鼠笼式电动机的各部件 6 1三相异步电动机的基本结构 一 定子 固定部分 定子主要用来产生旋转磁场 它由定子铁心 定子绕组 机壳等组成 定子的硅钢片 装有三相绕组的定子 三相定子绕组的接法 二 转子 转动部分 转子主要用来产生旋转力矩 拖动生产机械旋转 转子由转轴 转子铁心 转子绕组构成 三相异步电动机的转子绕组分为鼠笼式和绕线式两种 转子的硅钢片 鼠笼绕组铸铝转子 绕线式转子绕组与外接变阻器的连接 6 2三相异步电动机的工作原理 三相异步电动机是根据磁场与载流导体相互作用产生电磁力的原理而制成的 一 旋转磁场 1 旋转磁场的产生 三相绕组的空间位置互差120 电流参考方向由首端指向末端 电气角 1200 电流瞬时值为正 首端流入 末端流出 电流瞬时值为负 首端流出 末端流入 合成磁场方向 向下 两极旋转磁场 由此可见 1 随着定子绕组中三相对称电流的不断变化 所产生的合成磁场也在空间不断地旋转 2 电流变化一周 合成磁场在空间旋转360 一转 两极旋转磁场 2 旋转磁场的转向 三相电流的相序 旋转磁场的转向与电流的相序一致 2 旋转磁场的转向 改变转向 3 旋转磁场的极数 旋转磁场的极数与定子三相绕组的排列有关 以上分析的是每相绕组只有一个线圈的情况 产生的旋转磁场具有一对磁极 异步电动机的极数 旋转磁场的极数 此种接法下 合成磁场只有一对磁极 则极对数为1 即 极对数 P 的改变 将每相绕组分成两段 按右下图放入定子槽内 形成的磁场则是两对磁极 极对数 四极旋转磁场 4 旋转磁场的转速 旋转磁场的转速 同步转速 n1 单位为r min 设电源的频率为 f1 旋转磁场极对数增加时 电动机的同步转速将会减小 我国电工标准规定f1 50Hz 则n1和p的对应关系可用表列出 同步转速与极对数的关系 同步转速与电源频率 磁场极对数有关 4 旋转磁场的转速 旋转磁场的转速 同步转速 n1 单位为r min 设电源的频率为 f1 二 三相异步电动机的工作原理 定子绕组通以三相交流电时 转子导体切割磁力线 旋转磁场 感应电动势 感应电流 载流导体在磁场中要受到力的作用 电磁力 电磁转矩 转子转速n 磁场转速n1 电动机转速和旋转磁场同步转速的关系 电动机转速 额定转速 提示 如果 三 转差率 转子转速n 磁场转速n1 异步 电动机 3 异步电动机启动的瞬间 n 0 转差率最大 S 1 1 S越小 说明转子的转速n越接近于磁场的转速n1 2 异步电动机在额定负载下工作时 转差率很小 S一般为2 6 例1 有一台三相异步电动机 其额定转速nN 975r min 求电动机的磁极数和额定负载时的转差率SN 解 1 极对数p 分析 电动机额定转速接近略小于同步转速n0 而n0对应于不同的极对数有一系列固定值 表5 1 于是得极对数 p 3 2 转差率SN 6 3三相异步电动机的电路分析 u1 e1 e 1 e2 e 2 f1 f2 一 异步电动机中的电磁关系 每相电路图 每相定子绕组匝数N1每相转子绕组匝数N2 二 定子电路分析 R1 U1 I1 E1 jX 1 设旋转磁场每极磁通 1 msin 1t 其中 m为通过每相绕组的最大磁通量 N1为每相定子绕组的匝数 f1为电源 旋转磁场 的频率 e1的频率 每相定子电路图 三 转子电路分析 R2 E2 I2 jX 2 每相转子电路图 X2 2 f2L2 设每相转子电路的漏磁电感为L2 流过的电流为i2 I2msin 2t 当电动机刚接通电源的瞬间转子还来不及转动 或因负载过重转子停转时 转子的转速n2 0 转差率S 1 其他物理量 用下标20区别 为 1 转子静止时 转子与旋转磁场的相对转速 n n1 转子电路的漏电抗 转子电路中的电流 转子电路功率因数 2 转子转动时 当转子以转速n随旋转磁场转动时 它与旋转磁场的相对转速为 既旋转磁场以 n速度切割转子绕组导体 在转子中产生感应电势和电流的频率为 f2 转子转速 n 转子阻抗 转子电路的功率因数 电抗 电流 0 S 1 I2 cos 2 cos 2 I2 n 0 R X Z 当转子起动时 S 1 n2 0 I2 cos 2 由上可知 转子电路的各物理量 E2 I2 f2 X2 cos 2等都与转差率S有关 既与转速n有关 转子转速 n 电抗 电流 频率 感应电势 功率因数 6 4三相异步电动机的转矩与机械特性 Km 转矩系数 电动机结构因素决定的常数 一 电磁转矩公式 一 电磁转矩公式 电源电压波动时 对异步电动机影响很大 易烧坏绕组 一般当电压低于额定值的85 应停止运行 二 机械特性 在电源电压U1 转子电阻R2一定时 T f s 或n f T 的关系曲线 异步电动机的机械特性曲线 自然机械特性 1 定子绕组加三相对称额定电压 2 定子 转子电路不存在外加电阻 1 额定转矩TN TN 电动机在额定负载下工作时的电磁转矩 PN 电动机轴上输出的机械功率 nN 额定转速 r min 额定功率PN KW PN nN 由电动机铭牌上标出 三个重要转矩 2 最大转矩Tm 正比于U12 过载系数 表示电动机的过载能力 一般三相异步电动机的过载能力在1 6 2 3范围内 负载突然冲击或过载不致于损坏电机 与R2无关 3 起动转矩Tst Tst 异步电动机起动瞬间的转矩 n 0 S 1 Tst的大小决定了电动机的起动能力 Tst 正比于U12与R2有关 机械特性和电路参数的关系 和电压的关系 结论 和转子电阻的关系 机械特性曲线 启动 Tst TL 负载转矩 电机启动 转速n 转矩T c c点 转矩达最大Tm 转速n继续 T 沿cb走 b b点 T TL 转速n不再上升 稳定运行 若TL 暂时T TL n s I2 T 电动机的自适应负载能力 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 s 0 s 1 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 负载增加转速下降较快 但起动转矩大 起动特性好 例2 JQ2 41 4型三相异步电动机 额定功率PN 4KW 额定转速nN 1440r min 过载系数 Tmax TN 2 0 Tst TN 1 6 额定效率 N 84 求TN Tst Tmax及输入额定功率P1N 解 6 5三相异步电动机的起动 从异步电动机接入电源 转子开始转动到稳定运转的过程 称为起动 在起动开始的瞬间 n 0 s 1 转子和定子绕组中都有很大的起动电流 一般中 小型鼠笼式电动机的定子起动电流 线电流 大约是额定电流的4 7倍 过大的起动电流会造成输电线路的电压降增大 容易对处在同一电网中的其它电器设备的工作造成危害 例如 使照明灯的亮度减弱 使邻近异步电动机的转矩减小等 另外 虽然转子电流较大 但由于转子电路的功率因数cos 2很低 起动转矩并不是很大 为了改善电动机的起动过程 要求电动机在起动时既要把起动电流限制在一定数值内 同时要有足够大的起动转矩 以便缩短起动过程 提高生产率 一 直接起动 所谓降压启动就是在起动时 先采用较低的电压供电 等电动机接近正常运转后 再恢复正常的电压供电 这样可以适当减小电动机的起动电流 二 降压起动 6 5三相异步电动机的起动 二 降压起动 降压起动的主要目的是为了限制起动电流 但同时也限制了起动转矩 1 定子电路中串接电阻或电抗器起动 2 Y 起动 只适用于正常运转时定子绕组作三角形连接的电动机 起动时 先将定子绕组改接成星形 使加在每相绕组上的电压降低 从而降低了起动电流 待电动机转速升高后 再将绕组接成三角形 使其在额定电压下运行 若采用三角形联接启动 则启动电流应为 采用星形联接启动时 启动电流为 于是有 Y 起动 结论 2 电流降低为原值的1 3 3 起动转矩降低为原值的1 3 1 电压降低为原值的 IYst 1 3 I st TYst 1 3 T st Tst 正比于U12 3 自耦变压器起动 对容量较大或正常运行时作星形连接的电动机 可应用自耦变压器降压起动 采用自耦降压法起动时 若加到电动机上的电压与额定电压之比为k 则线路起动电流Ist 为 电动机的起动转距Tst 为 结论 U 0 6U U kU 三 绕线式异步电动机的起动 绕线式异步电动机一般采用在转子绕组上串接降压电阻的方法起动 6 5异步电动机的调速 改变电动机的转速可有三种方式 1 调电源频率f1 2 调极对数p 3 调转差率s 一 变极调速 二 变频调速 三 变转差率调速 6 7三相异步电动机的制动 由于电动机转动部分有惯性 所以电动机脱离电源后 还会继续转动一段时间才能停止 为了提高生产率 保障安全 某些生产机械要求电动机能迅速停转 这就需要对电动机进行制动 一 能耗制动 二 反接制动 三 再生制动 6 8三相异步电动机的铭牌数据 一 型号及应用 1 型号Y132M 4 二 三相异步电动机的铭牌 1 额定功率PN 额定功率为电动机在额定状态下运行时 转子轴上输出的机械功率 单位为kW 2 额定电压UN 额定电压指定子绕组按铭牌上规定的接法连接时 正常工作要求的电源额定线电压值 3 额定电流IN 额定电流指电动机在额定运行情况下 定子绕组的线电流值 5 额定转速 额定转速为电动机在额定运行状态时的转速 单位为r min 额定频率指额定电压的频率 国产电动机均为50Hz 4 额定频率 除了铭牌数据外 还可以根据有关产品目录或电工手册查出电动机的其它一些技术数据 6 定额 工作方式 工作方式即电动机的运行方式 按负载持续时间的不同 国家标准把电动机分成三种工作方式 连续工作制 短时工作制和断续工作制 绝缘等级是电动机定子绕组所用的绝缘材料的等级 温升是电动机运行时绕组温度允许高出周围环境温度的数值 7 温升及绝缘等级 绝缘等级及极限工作温度 三 异步电动机的铭牌技术数据 1 功率因数和效率 功率因数 额定运行时定子的功率因数 额定运行时 定子输入功率P1N 效率 Y连接 连接 额定电流IN 2 Ist IN Ist IN 7 Y连接 IstY 7IN 7 8 5 59 5 A 连接 Ist 7IN 7 14 7 102 9 A 3 额定转矩 4 Tst TN Tst TN 1 6Tst 1 6TN Tmax TN 2Tmax 2TN Tmax TN 例3 求 1 额定转差率sN 2 额定电流IN 3 额定转矩TN 最大转矩Tmax 起动转矩Tst 解 1 4 如果负载转矩为TF 274 4N m 问在U UN及U 0 9UN两种情况下 电动机能否起动 U UN 能起动 U 0 9UN 不能起动 5 采用Y 换接