学习情境七 三相异步电动机的分析课件

学习情境七三相异步电动机的分析知识目标（1）了解对称三相交流电源的特点、连接方法、相电压和线电压的关系。（2）理解三相负载不同连接方式下各电压、电流关系及功率计算。（3）了解常用低压电器的使用方法。（4）了解三相异步电动机的工作原理、选择及应用。

技能目标．能正确连接三相交流电源与三相负载；．能分析三相正弦交流电路；．能选用常用低压电器及使用方法；．能选用三相异步电动机及应用素质目标．养成勤于思考的学习习惯；．培养学生的职业意识任务一：认识三相交流发电机

任务二：分析三相对称电路

任务三：认识低压电器

情境任务任务四：分析三相异步电动机

能力目标知识目标●能正确写出对称三相交流电源不同连接方式下各电压表达式●能画出对称三相交流电源相量图了解对称三相交流电源的特点、连接方法、相电压和线电压的关系。任务一：认识三相交流发电机

问题的提出三相交流电如何产生的？发电厂的发电机是如何发电的？三相交流电与单相交流电有什么不同的联系？知识一:三相交流电如何产生发电机及内部结构？发电机燃烧室燃料循环水汽轮机3000r/min升压变压器超热高压蒸汽电能输出发电机锅炉的炉膛火力发电机示意图知识一:三相交流电如何产生？发电机励磁机发电机水轮机水力发电•×ו

NSXBYCZA三相定子绕组在空间位置互差120o定子转子三相交流发电机示意图尾端：

XYZ首端：

ABC↓↓↓转子以

的角速度旋时，定子三相绕组分别感应出振幅值相等，频率相同，相位上互差120°的三相正弦电压uA、uB、uC，这三个电压称为对称三相电源。解析式为横截面

tOuA

AYBZCX

tOuB

tOuC

NS三相交流发电机发电示意图波形图u0TuAuBuCωt相量表达式120°120°120°UBUAUC相量图三个电压大小相等，频率相同，相位互差120º称为对称三相交流电。记住解析式12u0TuAuBuCωt120°120°120°UBUAUC由波形图和相量图可看出：对称三相交流电压uA、uB、uC到达最大值的先后顺序称为三相交流电压的相序。若按uA→uB→uC为正相序，若按uA→uC→uB为负相序，一般均用正相序。工程上以黄、绿、红三种颜色分别作为A、B、C三相的标志。想想练练已知对称三相电源;（1）试写出（2）写出的表达式;（3）作相量图。（3）

A·U

C·U

B·U分析的表达式;知识二:三相交流电源连接方式？Y形、△形XZYNBCA中性线相线(火线)相线(火线)相线(火线)1.Y形连接电源绕组三个首端分别引出三根端线(A、B、C）称相线(火线),三个尾端连接公共点引出线（N）,称中性线(零线)XZYNBCA(1).相电压电源绕组首端指向尾端的电压(即火线与零线之间的电压)。(2).线电压火线与火线之间的电压。(3).三相四线制三根相线和一根中线,,——三相相电压对称用表示,,——三相线电压对称用表示几个术语XZYNBCAY形连接相电压和线电压之间的关系如何？问题的提出XZYNBCA三个电源相电压总是对称的，则三个线电压与相电压之间的关系为：-UBUABUC-UBCUA-UCA小常识线电压与相电压的关系结论

2.三相电源的Δ形连接三相电源绕组首尾相连组成闭环，在三个连接点处向外引出三根火线，即构成Δ连接。XZYBCAABC问题的提出Δ形连接相电压和线电压之间的关系如何？结论:线电压等于相电压,Δ形连接有一相接反电源为怎样?例C相接反烧坏电源XZYBCAABC三角形连接必须首尾相连注意

数量上线电压是相电压的1.732倍；在相位上线电压超前与其相对应的相电压30°电角。验电笔的正确握法如下图示：你能说出对称三相交流电的特征吗？你会做吗？三相四线制供电体制中，你能说出线、相电压之间的数量关系及相位关系吗？

如何用验电笔或400V以上的交流电压表测出三相四线制供电线路上的火线和零线？电笔头与被测导线接触时，使氖管发光的是火线（或端线），不发光的是零线。

三个最大值相等、角频率相同、相位上互差120°电角的单相正弦交流电的组合。利用线电压和相电压的数量关系，用电压表连测三次即可确定其火线和零线。能力目标知识目标能分析对称三相电路不同联结方式下线电压与相电压、线电流与相电流的关系及画相量图。理解三相电源与负载Y和△两种联结方式下电路中线电压与相电压、线电流与相电流的计算方法。任务二分析三相对称电路

问题的提出知识一:三相负载的Y形联接？Y形、△形三相电源与负载如何联接方式?负载中线电压与相电压、线电流与相电流怎样计算?1.三相负载的Y形连接对称三相电源绕组的相电压负载阻抗负载端线电压负载端相电压线电流中线电压UNN'=0。2.电源绕组相电压=负载端相电压,负载端相电流中线电流Y接电路特点：1.相电流等于线电流N'ZAZBZCNBCAabc（1）.对称Y联接电路的分析对称三相负载的概念：中线电流在对称三相负载电路中，中线的有、无对电路无影响。N'ZZZNBCAabc应用举例电源线电压为380V，对称负载Y接，Z=3+j4Ω，设解根据对称关系：求：各相负载中的电流及中线电流。有根据对称关系可得：对称三相负载电路的计算只要先求一相电路其它两相则可根据对称关系直接写出。归纳应用举例解三相四线制电路中,星形负载各相阻抗分别为ZA=8+j6Ω,ZB=3－j4Ω,ZC=10Ω,电源线电压为380V,求各相电流及中线电流。中线电流则各相负载的相电流为总结负载Y联接电路计算相电流1.对称三相负载电路的计算只要先求一相电路相电流,其它两相则可根据对称关系直接写出。2.不对称三相负载电路的计算相电流只能一相一相求。不行，开关和保险断开时没有中性线，则阻抗大的相电压高损坏负载。中性线作用在于使不对称负载的相电压对称。Y形联接三相负载不对称，中性线上能不能接开关和保险？A.........A相BCNB相C相三相不对称电路实例分析

正确接法:每组灯相互并联,然后分别接至各相电压上。设电源电压为：

当有中线时，每组灯的数量可以相等也可以不等，但每盏灯上都可得到额定的工作电压220V。A.........一组二组三组CBN若三相不对称，能否去掉中线？无中线且一相开路时的情况分析分析如果中线断开，设A相灯负载又全部断开，此时B、C两相构成串联，串联负载端电压为电源线电压380V。

若B、C相对称，各相端电压为190V，均低于额定值220V而不能正常工作；若B、C相不对称，则负载大的一相分压少而不能正常发光，负载小的一相分压多则易烧损。A.........A相BCNB相C相A.........A相BCNB相C相显然，三相四线制Y接电路中，中线不允许断开！如果中线断开，设又发生A相短路，此时B、C相都会与短接线构成通路，两相端电压均为线电压380V，因此B、C相由于超过额定值而烧损。

由此可得，中线的作用是使Y接不对称三相负载的端电压保持对称。无中线且一相短路时的情况分析分析关于中线(零线)的有关结论

由上例分析可得：负载不对称且又无中线时，负载上将得到大小不等的电压，有的超过用电设备的额定电压，有的达不到额定电压，各相负载均不能正常工作。对于照明电路这类三相不对称电路而言：实际应用中各相负载不能保证完全对称，所以必须采用三相四线制供电，而且必须保证中线(零线)可靠。前面分析可知，中线的作用在于：使星形连接的不对称三相负载得到相等的相电压。因此，为确保中线(零线)在运行中安全可靠不断开，中线上不允许接保险丝和开关！(1)三相负载的Δ形连接电路知识二:三相负载的△形联接负载的相电压等于线电压电源“Y”接，负载为Δ形连接的三相电路。线电流相电流相电压线电压对a、b、c三个结点KCL方程可得：-IbcIAIca-IBIab-IC线电流相电流线电流比相电流滞后30°

(2)三相负载Δ形连接电路分析当ZA=

ZB=ZC三相负载对称时相电流、线电流都对称已知对称三相电路中，线电压为Ul

=380V,负载阻抗Z=6+j8,分别求当上述三个负载接成

形时负载的相电流，线电流，相电压和线电压。相电流应用举例解相电流线电流

Δ形对称三相负载电路的计算只要先求一相电路电流，其它两相相电流则可根据对称关系直接写出。归纳负载的相电压等于线电压

知识三：三相电路的功率负载对称时：1.三相总有功功率：星形接法时：

又有三角形接法时：φA、φB

、φC分别是各相的相电压与相电流的相位差。也是每相负载的阻抗角和功率因数角，而不是线电压与线电流之间的相位差。1.对称三相电路的功率有功功率的单位是瓦特[W]；无功功率的单位是乏尔[var];视在功率的单位是伏安[VA]。2.三相电路不对称时，三相电路的功率：三相不对称时，各相功率应单独计算然后进行叠加。总结三相电路应注意的事项1、三相电源一般都是对称的，而且大多采用三相四线制供电方式。2、三相负载有星形和三角形两种连接方式。其中Y形连接且负载对称时：Δ形连接负载对称时：3、负载不对称时，各相电压、电流应单独计算。4、三相电路的计算特别要注意相位问题。5、求电表读数时，可只算有效值，不算相位。应用举例已知三相电源线电压为380V，电阻丝每根220V、2KW。设计一个12KW的三相电阻炉应如何接线？线电流多大？分析第1方案:单相，并联P=2kW

6=12kW第2方案：三相，Y形P=2kW

6=12kWA220VN缺点：电流太大易造成电网负载不平衡！ANBC怎样安全用电讨论安全电压：36V和12V两种。一般情况下可采用36V的安全电压，在非常潮湿的场所或容易大面积触电的场所，如坑道内、锅炉内作业，应采用12V的安全电压。拓展知识:安全用电1.触电方式及其防护2、间接触电及其防护间接触电主要有跨步电压触电和接触电压触电。虽然危险程度不如直接触电的情况，但也应尽量避免。防护的方法是将设备正常时不带电的外露可导电部分接地，并装设接地保护等。1、直接触电及其防护直接触电又可分为单相触电和两相触电。两相触电非常危险，单相触电在电源中性点接地的情况下也是很危险的。其防护方法主要是对带电导体加绝缘、变电所的带电设备加隔离栅栏或防护罩等设施。电气设备的保护接地和保护接零是为了防止人体接触绝缘损坏的电气设备所引起的触电事故而采取的有效措施。1．保护接地电气设备的金属外壳或构架与土壤之间作良好的电气连接称为接地。可分为工作接地和保护接地两种。工作接地是为了保证电器设备在正常及事故情况下可靠工作而进行的接地，如三相四线制电源中性点的接地。保护接地是为了防止电器设备正常运行时，不带电的金属外壳或框架因漏电使人体接触时发生触电事故而进行的接地。适用于中性点不接地的低压电网。2．保护接零在中性点接地的电网中，由于单相对地电流较大，保护接地就不能完全避免人体触电的危险，而要采用保护接零。将电气设备的金属外壳或构架与电网的零线相连接的保护方式叫保护接零。2.接地与接零3.静电防护与电气防火防爆1)．静电的危害及其防护静电防护措施：（1）利用控制工艺过程和控制工艺过程中所用材料的选择，使之不产生静电或少产生静电；（2）采取接地、增湿、加入抗静电添加剂等措施，加速静电的泄漏；（3）利用感应中和器、高压中和器、放射线中和器等装置，加速静电的中和；（4）改善生产环境，利用封闭的方法限制危害的产生，减小易燃易爆物散发的浓度。2)．电气防火防爆电气防火防爆措施：严格遵守电气设备的铭牌值、操作规程、勤于观察和检测设备的运行情况、温升情况，以及设备的定期维修等，都可防止事故的发生。在易发生火灾危险的场所，应按国家有关技术规范选用封闭型、防尘型、防滴型或防爆型等电器设备。另外，可安装预防报警装置等监测设备，防止灾害的发生。一旦发生火灾，要积极组织扑救。根据不同的情况，采用相应的灭火方法。电气设备在切断电源后的灭火方法与扑救一般的火灾相同。在无法切断电源或者不能确定是否已切断电源的情况下，应采用带电灭火的方法，应用不导电的灭火剂带电灭火。小结三相交流电源联接三相负载联接（重点）能力目标能认识常用低压电器符号和实物；能选择和使用常用低压电器。知识目标理解常用低压电器的工作原理及作用。任务三认识常用低压电器与使用问题的提出电器与低压电器有什么区别?常用低压电器有那些？常用低压电器如何选择？电器是指能接通或断开电路以及能对电路或非电现象进行切换、控制、保护、检测和调节等作用的元器件。低压电器通常是指工作在交流1200 V及以下或直流1500 V及以下的电器。知识一开关电器一、刀开关

作用：隔离电源，不频繁通断电路

分类：

按刀的级数分:单极、双极和三极

按灭弧装置分：带灭弧装置和不带灭弧装置

按刀的转换方向分为：单掷和双掷

按接线方式分为：板前接线和板后接线

按操作方式分为：手柄操作和远距离联杆操作

按有无熔断器分：带熔断器和不带熔断器一、刀开关1.开关板用刀开关（不带熔断器式刀开关）作用：不频繁地手动接通、断开电路和隔离电源用。结构图和符号：

QS一、刀开关2.带熔断器式刀开关——用作电源开关、隔离开关和应急开关，并作电路保护用。一、刀开关3.负荷开关(1)开启式负荷开关用途：作不频繁带负荷操作和短路保护用。结构：由刀开关和熔断器组合成。瓷底板上装有进线座、静触头、熔丝、出线座及刀片式动触头，工作部分用胶木盖罩住，以防电弧灼伤人手。分类：单相双极和三相三极两种一、刀开关3.负荷开关(2)封闭式负荷开关（铁壳开关）作用：手动通断电路及短路保护。触头系统：主触头、辅助触头

常开触头（动合触头）常闭触头（动断触头）电磁系统：动、静铁芯，吸引线圈和反作用弹簧灭弧系统：灭弧罩及灭弧栅片灭弧知识二接触器1．结构

一、交流接触器

交流接触器结构图主触头常闭辅助触头常开辅助触头静铁心动铁心吸引线圈灭弧装置KM常闭辅助触点线圈KM主触点KM常开辅助触点KM二、接触器的符号

作用：电动机的过载保护利用双金属片受热弯曲去推动杠杆使触头动作利用电阻值随温度变化而变化的特性制成利用过载电流发热使易熔合金熔化而使继电器动作知识三热继电器型式：双金属片式热敏电阻式易熔合金式结构：由发热元件、双金属片和触头及动作机构等部分组成。a）

外形

b）结构图

1-电流整定装置

2-主电路接线柱

3-复位按钮

4-常闭触头

5-动作机构

6-热元件

31-常闭触头接线柱32-公共动触头接线柱

33-常开触头接线柱

双金属片式热继电器1.接线端子2主双金属片3热元件4推动导板5补偿双金属片

6常闭触头7常开触头8复位调节螺钉9.动触头

10复位按钮11偏心轮12支撑件13弹簧

双金属片式热继电器原理示意图作用：短路和严重过载保护应用：串接于被保护电路的首端优点：结构简单，维护方便，价格便宜，体小量轻

知识四熔断器瓷插式熔断器螺旋式熔断器有填料式熔断器无填料密封式熔断器快速熔断器自恢复熔断器作用：发送控制命令或信号的电器分类：控制按钮万能转换开关主令控制器行程开关接近开关知识六主令电器控制按钮万能转换开关行程开关接近开关电动机交流电动机直流电动机三相电动机单相电动机同步电动机异步电动机他励、并励电动机串励、复励电动机电动机的分类：第三章交流电动机能力目标能选择及应用三相异步电动机。

知识目标理解三相异步电动机的工作原理。知道三相异步电动机的铭牌数据含意。

任务三分析三相异步电动机

问题的提出三相异步电动机为什么会转？三相异步电动机的铭牌数据含意？三相异步电动机如何选择？定子铁芯及定子绕组定子端盖及轴承端盖及轴承转子转子铁芯及转子绕组接线盒机壳及底座知识一三相异步电动机的构造定子铁芯与定子绕组XACZYB定子铁芯BYAXCZ定子铁芯：定子三相绕组：匝数相同空间排列互差1200由内周有槽的硅钢片叠成。（作为导磁路经）定子绕组AXBYCZ首端末端2.转子转子铁心：由外周有槽的硅钢片叠成。(1)鼠笼式转子铁芯槽内放铜条，端部用短路环形成一体。或铸铝形成转子绕组。(2)绕线式转子同定子绕组一样，也分为三相，并且接成星形。转子绕组：鼠笼式绕线式根据转子的不同，交流异步电动机分为：鼠笼式转子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。f一对磁极NSn0ei闭合线圈Φ知识二

三相异步电动机的转动原理●一对磁极形成旋转磁场在空间旋转，●放入闭合线圈，由轴承架起●线圈导体切割磁力线，感生电动势e(右手定则）●感生电动势e

在线圈中驱动电流

i●电流

i在磁场中受力

f产生转距，使线圈转动转动的必要条件：★空间旋转磁场★可转动闭合线圈

定子三相对称绕组，(星形联接)加三相电压，通入三相交流电流。AXBYCZ1).旋转磁场的产生o1.旋转磁场

i>0:

首端流入，尾端流出。AYCBZX规定

i<0:

尾端流入，首端流出。o(•)电流出(

)电流入××t=0时刻：iC为正，从C端流入，从Z端流出iB为负，从Y端流入，从B端流出iA>0,iB<0,iC<0iA>0,iB<0,iC=0iA=0,iB<0,iC>0AXYCBZAXYCBZAXYCBZ合成磁场方向向下合成磁场旋转60°合成磁场旋转90°600i0iAiBiC2

900三相电流如何产生旋转磁场iA>0,iB<0,iC<0iA>0,iB<0,iC=0AXYCBZ合成磁场方向向下合成磁场旋转60°AXYCBZAXYCBZ合成磁场旋转90°

结论：分析可知，三相电流产生的合成磁场是一旋转的磁场，

即：一个电流周期，旋转磁场在空间转过360°iA=0,iB<0,iC>0AXYCBZAXYCBZAXYCBZ2).旋转磁场的旋转方向从上图可以看出，从通入iA的绕组转向通入iB的绕组再转向通入iC的绕组,旋转磁场顺时针旋转任意调换两根电源进线，则旋转磁场反转。2.旋转磁场的极对数P当定子每相一个绕组时：AXBYCZAXYCBZ产生一对磁极的旋转磁场C'Y'ABCXYZA'X'B'Z'AXBYC形成两对磁极的旋转磁场。绕组的分布如图：iA=0,iB<0,iC>0×●×●×●×●若定子每相绕组由n个线圈串联则:形成n对磁极的旋转磁场。P=2P=np=1时:电流每变化一个周期，旋转磁场在空间旋转一圈电流每秒变化f1周期,工频：

f1=50HZ同步转速：p=2时:电流每变化一个周期，旋转磁场在空间旋转半圈同步转速：p=n时:电流每变化一个周期，旋转磁场在空间旋转1/n圈同步转速：旋转磁场的转速称为同步转速，记为n0转子转速:n,n<n0

转差率:极对数每个电流周期磁场转过的空间角度同步转速旋转磁场转速n0与频率f1和极对数p有关。可见:旋转磁场转速n0与极对数p的关系3.电动机的转动原理AXYCBZ定子三相绕组通入三相交流电方向:顺时针磁场切割转子导体右手定则感应电动势旋转磁场感应电流I2旋转磁场左手定则电磁力FF电磁转矩T转子转动，转速为

nF结论：●转子的转动方向与磁场旋转的方向一致

●转子转速n不可能达到与旋转磁场的转速

n<n0

(故称为异步电动机）（若n=n0则：转子导体不切割旋转磁场、无电流、无转距→n↓)

●改变旋转磁场的转向就可改变电动机的转向1).三相异步机铭牌与技术数据知识三三相异步电动机的使用2.转速:电机轴上的转速（n)。如：n=1440转/分三相异步电动机型号Y132M-4

功率7.5KW

频率50Hz电压380V

电流15.4A

接法△转速1440r/min

绝缘等级B

工作方式连续年月编号××电机厂磁极数(极对数p=2)1.型号Y132M－4

机座长度代号机座中心高（mm）三相异步电动机3.联接方式：Y/

接法

Y接法：

接法：ABCZXYABCZXYABCXYZAZBYXCABCXYZ接线盒：4.额定电压：定子绕组在指定接法下应加的线电压.说明：一般规定电动机的运行电压不能高于或低于额定值的5％。线电压AZBYXC线电压ABCXYZ例：380/220Y/

是指：线电压为380V时采用Y接法；当线电压为220V时采用接法。5.额定电流：定子绕组在指定接法下的线电流。如：表示三角接法下，电机的线电流为11.2A，相电流为6.48A；星形接法时线、相电流均为6.48A。6.额定功率：

额定功率指电机在额定运行时轴上输出的功率（），不等于从电源吸收的功率（）。两者的关系为：其中鼠笼电机

=72－93％额定负载时一般为0.7~0.9，空载时功率因数很低约为0.2~0.3。额定负载时，功率因数最大。注意：实用中应选择合适容量的电机，防止“大马”拉“小车”的现象。7.功率因数(cos

1)：P2PN此外还有绝缘等级等参数，不一一介绍。cos

1

起动性能起动问题：起动电流大，起动转矩小。

大电流使电网电压降低，影响邻近负载的工作频繁起动时造成热量积累，使电机过热后果：原因：起动：

n=0，接通电源。起动时，n=0，转子导体切割磁力线速度很大，转子感应电势转子电流定子电流

2).三相异步机的起动方法（2）降压起动。Y－

起动自耦降压起动动画+－

起动a1a2b1b2c1c2

+－正常运行a1a2b1b2c1c2星形联结时：动画3.自耦降压起动L1L3L2FUQ

Q2下合：接入自耦变压器，降压起动。

Q2上合：切除自耦变压器，全压工作。合刀闸开关QQ2

自耦降压起动适合于容量较大的或正常运行时联成Y形不能采用Y－

起动的鼠笼式异步电动机。RRR滑环电刷定子转子起动时将适当的R串入转子电路中，起动后将R短路。起动电阻

4.绕线式电动机转子电路串电阻起动