第5章《电工电子技术》课件第5章幻灯片.ppt

1、新编本科规划教材电工与电子信息、电工与电子技术范立平、张国光、宋程依娜、赵伟主编、袁，第5章，三相异步电动机及其简易控制，第5章，三相异步电动机及其简易控制，本章的重点，三相异步电动机的基本结构、工作原理和机械特性，三相异步电动机的起动、制动和基本调速方法，三相异步电动机的铭牌数据和选型， 常用的低压电器元件，三相异步电动机的基本控制电路，第五章，三相异步电动机及其简单控制，电动机，发电机，电动机，DC电动机，交流电动机，同步电动机，异步电动机，三相电动机，单相电动机和交流电动机根据定子绕组相数和转速是否受负载影响进行划分。 三相异步电动机的分类和简介：第五章，三相异步电动机及其简单控制，电动

2、机：电能和机械能相互转换的机械装置。异步电动机：将交流电能转换成机械能的动力装置。三相异步电动机应用广泛，这是本章的研究对象。马达：将电能转化为机械能的装置。发电机将机械能转化为电能的装置。根据电源的不同，电机分为DC电机和交流电机。交流电机分为两类：单相(通常容量较小)、三相(容量相对较大)以及同步和异步。同步电机的速度是恒定的，不受负载控制。它用于大型机械(如大型鼓风机、压缩机、通风机等)。)具有高功率，无需调速和长期运行。第五章：三相异步电动机及其简单控制；5.1三相异步电动机的基本结构。三相异步电动机由两个基本部分组成：定子和转子，它们由气隙隔开。此外，还有其他附件，如端盖、风扇和接线

3、盒。第五章：三相异步电动机及其简单控制。一、定子：三相异步电动机的定子主要由机座、定子铁芯和定子绕组组成。1.机座：电机支架通常由铸铁或铸钢铸造，起支撑和保护作用。2.定子铁芯：电机磁路的一部分，由相互绝缘的圆形硅钢片层叠而成。铁芯内壁上均匀分布有多个冲压槽，用于放置定子绕组。3.定子绕组：电机的电路部分嵌入定子铁芯槽中。绕组是三个对称分布的绕组。第五章三相异步电动机及其简单控制，三相对称分布绕组：每相绕组的匝数、结构和形状相同；当沿定子铁芯的内圆周放置时，空间相位差为120。每相绕组和绕组与铁芯之间是绝缘的。每相绕组引出一个头端和一个尾端，三相绕组的六个端子引出接线盒，接线盒可根据需要连接成

4、Y形或U形。第五章三相异步电动机及其简单控制。2.转子。三相异步电动机的转子由转子铁心、转子绕组和转轴组成。1.铁芯：相互绝缘的硅钢片折叠成圆筒状，套在转轴上。在其外表面上有许多均匀分布的冲压槽，用于放置转子绕组。转子、气隙和定子铁芯构成了电机的完整磁路。2.绕组：鼠笼式和缠绕式；(1)鼠笼式转子绕组：做成笼形，即在转子铁芯槽内放置铜排，铜排两端用端环连接；或将铝液浇铸在凹槽中，将转子导杆和端环浇铸在一起，形成鼠笼。目前，中小型鼠笼式电动机的转子多为铸铝。鼠笼式异步电动机是工农业生产中应用最广泛的电动机。第五章三相异步电动机及其简单控制，鼠笼转子，铸铝鼠笼转子，鼠笼绕组，转子型线，第五章三相异

5、步电动机及其简单控制，(2)绕线转子绕组：三相绕组，一般以星形连接转子的三个启动端通过电刷引至接线盒，便于在转子电路中连接附加电阻，提高电机的运行性能。鼠笼式绕线转子有不同的工作原理，与鼠笼式绕线转子相比，鼠笼式绕线转子结构复杂，价格高，但一般用于重载，优缺点，第5章三相异步电动机及其简单控制，绕线转子结构，第5章三相异步电动机及其简单控制，5.2三相异步电动机的工作原理，5.2.1旋转、1。定子绕组(三相对称分布)由对称的三相交流电供电。第五章：三相异步电动机及其简单控制。2.iA=0；IB为负，其方向与参考方向相反，即y-b；IC为正，方向与参考方向相同，即C-Z。根据右手螺旋法则，判断三

6、相电流产生的合成磁场轴方向为自上而下。第五章三相异步电动机及其简单控制，当iA为正时，其方向与参考方向相同，即a-x；IB为负，其方向与参考方向相反，即y-b；Ic=0 .此时，合成磁场的方向与当时相比在空间上已经转动了60。第五章三相异步电动机及其简单控制。此时iA为正，其方向与参考方向相同，即A-X；IB为负，其方向与参考方向相反，即y-b；集成电路为负，其方向与参考方向相反，即z-c。判断此时合成磁场的方向与当时相比在空间上已转动了30，第五章三相异步电动机及其简单控制，综上所述，当三相交流电引入三相对称绕组时，合成磁场随交流电在空间上不断旋转，即产生旋转磁场。第五章，三相异步电动机及其

7、简单控制，两个旋转磁场的旋转，从图5.7可以看出，旋转磁场沿ABC方向旋转，这与三相绕组中对称三相电流的相序一致，即旋转磁场的旋转由三相电流进入绕组的相序决定。因此，可以通过改变三相绕组中电流的相序来改变旋转磁场的方向。异步电动机的反转就是通过这一原理实现的。通过任意切换连接到定子绕组的两个三相电源的导线，可以改变异步电机的旋转方向。第五章：三相异步电动机及其简单控制。第三，旋转磁场的磁极数。三相异步电动机的磁极对数是旋转磁场的磁极对数。旋转磁场的极数与三相绕组的排列有关。在图5.7所示的情况下，每个相绕组只有一个线圈，绕组起始端之间的差为120个空间角，因此产生的旋转磁场有一对磁极(或双极旋

8、转磁场)，即p=1(p是磁极数)。第五章三相异步电动机及其简单控制如果定子绕组布置在图的左下方，即每相绕组串联两个线圈，绕组起始端之间相差60空间角，则产生的旋转磁场有两对磁极(或四极旋转磁场)，即p=2。产生的四极旋转磁场如图5.9所示。第五章三相异步电动机及其简单控制；(a) (b)图5.9四极旋转磁场(p=2)；第五章三相异步电动机及其简单控制；4.旋转磁场的转速与旋转磁场的转速有关，取决于磁场的极数。在一对磁极的情况下，如下图所示，当电流从t=0到t=60时，磁场在空间中也旋转60。当电流变化一个周期时，磁场在空间中正好旋转一次。如果电流频率为f1，旋转磁场的转速为n0=60f1。转速

9、的单位是r/min。在第章中(a) t=0 (b) t=6 0图5.9四极旋转磁场(p=2)，第5章三相异步电动机及其简单控制，因此旋转磁场的转速是，而旋转磁场的转速n0取决于电流频率f1和极对数P。F1由异步电动机的电源频率决定，而P则由三相绕组的结构决定。对于异步电机，f1和p通常是常数，因此磁场速度n0是常数。在中国，工频f1=50 Hz，所以可以得到不同极数p对应的同步速度n0，如表5.1所示。表5.1，不同极数p下的旋转磁场速度n0，工作原理5.2.2，工作原理，图5.10转子中只显示了两根导杆。当三相定子绕组连接到三相电源时，三相电流将在三相绕组中流动，并且将在电机中建立旋转磁场，

10、并且N和S用于表示两极旋转磁场。当旋转磁场顺时针旋转时，转子棒相当于逆时针切割磁力线，转子棒中产生感应电动势。根据右手定则，N极下转子棒的感应电动势是向外的，而S极下转子棒的感应电动势是向内的。由于转子绕组本身是闭合的，在感应电动势的作用下，有感应电流通过转子条，即产生转子电流。载流转子导体与旋转磁场相互作用，因此转子导体受到电磁力f的作用。电磁力的方向可由左手定则确定。每个载流杆件的电磁力在旋转磁场的作用下，在转子转轴上形成一个力矩，称为电磁力矩。在电磁转矩的作用下，转子转动。转子的旋转方向与磁极的旋转方向相同。第五章三相异步电动机及其简单控制。从以上分析可以看出，异步电动机的旋转是由于电磁

11、转矩的作用，而电磁转矩的产生是由于转子棒和定子旋转磁场之间的相对运动。如果转子速度达到旋转磁场速度，转子和旋转磁场之间就不会有相对运动，转子条就不会切断磁力线，转子电动势、转子电流和电磁转矩就不会存在。这样，转子就不可能继续旋转。因此，异步电动机旋转的必要条件是异步电动机的转速n总是小于旋转磁场的转速n0。旋转磁场的转速n0也称为同步速度。异步电动机的速度n是转子速度。转差率：异步电动机的速度差与旋转磁场的速度之比。第五章三相异步电动机及其简单控制。转差率是异步电动机的一个重要参数，它与负载情况有关。负载越大，转速越慢，滑移率越大；负载越小，转速越快，滑动越小。因为三相异步电动机的额定速度与同

12、步速度相似，所以它的额定转差率很小。一般来说，异步电动机在额定负载下的转差率约为0.010.07。第五章三相异步电动机及其简单控制。例5.1有一台额定转速n=1440r转/分钟的三相异步电动机。试着找出电机的极数和额定负载时的滑差。电源频率为f 1=50赫兹。解决方案：电机的额定速度接近并略小于同步速度，同步速度有一系列对应不同极对的固定值(见表5-1)。显然，最接近1440 r/min的同步速度n0为1500 r/min，因此电机的磁极对数为0，额定负载下的转差率为0。第五章，三相异步电动机及其简单控制，5.3，三相异步电动机的转矩，5.3.1，三相异步电动机的电路分析，1，定子电路，异步电

13、动机的定子绕组是静止的，所以产生旋转磁场。异步电动机气隙的旋转磁场切割定子绕组以产生感应电动势e1，忽略定子漏磁场对定子绕组的影响，旋转磁场的每极磁通取决于定子电压U1，第5章三相异步电动机及其简单控制、2、转子电路，(1)转子电流频率f2与S的关系，当转子静止时(起动时刻或转子锁定状态)，n=0，s=1，即转子电流频率f2与转差率S成正比。因此，转子感应电动势与转差率S有关。第五章，三相异步电动机及其简单控制，(3)I2和S之间的关系，R2是转子电路各相的电阻，X2是转子电路各相的漏电抗，L2是转子各相的漏电感；是转子静止时各相的感抗，也与转差率有关。转子各相阻抗为，转子电路功率因数为，转子

14、各相电流有效值为。从以上分析可以看出，转子电路的所有物理量，如电动势、电流、频率、感抗和功率因数，都与转差有关，即与电机转速有关。第5章，三相异步电动机及其简单控制，5.3.2电磁转矩，以及与电动机结构有关的常数；旋转磁场每极磁通量；转子相电流有效值；转子电路的功率因数，其中转子相电流I2的相位差角滞后于同相绕组中的感应电动势，I2，可以进一步获得为异步电动机的电磁转矩的参数表达式：可以看出，电磁转矩t与定子相电压U1的平方成正比，因此电源电压的波动会引起电磁转矩的很大变化。此外，电磁转矩还与滑差s和转子参数有关。在上述公式中，第五章电磁转矩，三相异步电动机及其简单控制，从电磁转矩的参数表达式

15、中，可以知道转矩T与滑差S有关，它们之间的关系可以用右图表示。该曲线称为电机的转矩特性曲线。当s0 (nn0)时，电机不产生电磁转矩。这是电机在没有负载和机械损失的理想空载状态下的运行状态。第五章：三相异步电动机及其简单控制；第2章：临界滑移率和最大扭矩，指令，增益，最大扭矩：临界滑移率，与r 2成比例，但独立；1、称为过载系数，它代表电机的过载能力，一般为1 . 82 . 2；第五章：三相异步电动机及其简单控制。电流急剧上升到额定值的6或7倍，导致电机过热并烧毁。第5章三相异步电动机及其简单控制，5.4三相异步电动机的机械特性，机械特性：电动机转速N与转矩T的关系，1。有额定转矩TN、额定转

16、差率sN、额定转速nN、额定转矩计算公式KW、额定工作点R、1.N，允许短期过载。轻载工作状态，低效率，例5.2已知Y225S-4三相异步电动机、第5章三相异步电动机及其简单控制。如果电机轴上的负载扭矩t1处于以下三种情况，电机处于什么工作状态？TL 238.75Nm；TL60 NmTL286.5Nm，解决方案：首先计算总氮，然后计算TL238.75 NmTN，因此电机处于满载运行状态，即额定运行状态。TL60 Nm0.25 TN时，电机处于轻载工作状态，仅为额定负载的1/4。如果TL=286.5 Nm1.2 TN，电机处于过载状态，过载为20。第五章：三相异步电动机及其简单控制；第五章：三相异步电动机及其简单控制；2.临界点C，1。C