异步电动机.doc

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第二章异步电动机

第一节三相异步电动机的工作原理

第二节三相异步电动机的结构

课时：

2课时

课型：

新课

授课方式：

课堂讲授、样品展示、举例、小结、提问

目的要求：

1、理解变压器的外特性及电压变化率

2、了解变压器的损耗及效率

重点：

变压器的用途、单相变压器的工作原理

难点：

单相变压器的工作原理

内容及步骤：

第一节三相异步电动机的工作原理

一、旋转磁场的产生

实际使用的异步电动机其旋转磁场不可能靠转动永久磁铁来产生，因为电动机的职能是将电能转换成机械能。

下面先分析旋转磁场产生的条件，再分析三相电动机的旋转原理。

三相异步电动机结构见下图

实际生产的三相异步电动机均采用隐极式结构，现向定子绕组中分别通入三相交流电，各相电流将在定子绕组中产生相应的磁场。

对上图分析可得以下结论：

结论：

在三相异步电动机定子上布置结构完全相同在空间各相差120电角度的三相定子绕组，当分别向三相定子绕组通入三相交流电时，则在定子、转子与空气隙中产生一个沿定子内圆旋转的磁场，该磁场称为旋转磁场。

二、旋转磁场的旋转方向

由上图可以看出：

三相交流电的变化次序（相序）为U相达到最大值

V相达到最大值W相达到最大值U相最大值……。

将U相交流电接U相绕组，V相交流电接V相绕组，W相交流电接W相绕组，则产生的旋转磁场的旋转方向为：

U相V相W相（顺时针旋转），即与三相交流电的变化相序一致。

结论：

旋转磁场的旋转方向决定于通入定子绕组中的三相交流电源的相序，且与三相交流电的相序UVW的方向一致。

只要任意调换电动机两相绕组所接交流电源的相序，旋转磁场即反转。

三、旋转磁场的旋转速度

1、当2p=2

2、当2p=4

3、当三相异步电动机定子绕组为p对磁极时

例：

通入三相异步电动机定子绕组中的交流电频率f=50Hz,试分别求电动机磁极对数p=1、p=2、p=3、p=4时旋转磁场的转速n1

四、三相异步电动机的旋转原理

1、分析旋转原理

2、结论：

（1）转子的转速一定要小于旋转磁场的转速n1，如果转子转速与旋转磁场的转速相等，则转子导体就不再切割旋转磁场，转子导体中就不再产生感应电动势和电流，电磁力将为零，转子就将减速。

（2）因此，异步电动机的“异步”就是指电动机转速n与旋转磁场转速n1之间存在着差异，两者的步调不一致。

（3）异步电动机的转子绕组并不直接与电源相接，而是依据电磁感应来产生电动势和电流，获得电磁转矩而旋转，因此又称为感应电动机

（4）转差率：

异步电动机旋转磁场的转速n1与电动机转速n之差与旋转磁场的转速n1之比。

下面对转差率作进一步分析：

（1）当异步电动机在静止状态或刚接上电源的一瞬间，转子转速n=0，则对应的转差率s=1

（2）如转子转速n=n1，则转差率s=0

（3）异步电动机在正常状态下运行时，转差率s在0～1之间变化

（4）三相异步电动机在额定状态下运行时，额定转差率sN约在0.01-0.05之间，由此可以看出三相异步电动机的额定转速nN与同步转速较为接近n1

（5）当三相异步电动机空载时，转速n与同步转速n1相差很小。

转差率s很小，约为0.04-0.07

第二节三相异步电动机的结构

一、定子：

指电动机中静止不动的部分，主要包括定子铁心、定子绕组、机座、端盖、罩壳等部件

1、定子铁心

2、定子绕组：

作为电路电动机的电路部分，通入三相交流电即可产生旋转磁场，它是由嵌放在定子铁心槽中的线圈按一定规则连接而成。

注意：

1、小型异步电动机定子绕组一般采用高强度漆包圆铜线绕制。

2、大中型异步电动机用漆包扁铜或玻璃丝包扁铜线绕制

三相异步电动机定子绕组的主要绝缘项目有以下三种：

（1）对地绝缘是指定子绕组整体与定子铁心之间的绝缘

（2）相间绝缘是指各相定子绕组之间的绝缘

（3）匝间绝缘是指每相定子绕组各线匝之间的绝缘

定子三相绕组的结构完全对称，一般有6个出线端U1、U2、V1、V2、W1、W2置于机座外部的接线盒内，根据需要接成星形或三角形联结

3、机座

4、端盖

二、转子：

转子铁心、转子绕组、风扇、转轴等

1、转子铁心

2、转子绕组：

原来切割定子旋转磁场，产生感应电动势和电流，并在旋转磁场的作用下受力而使转子转动，分笼型转子和绕线型转子异步电动机。

（1）笼型转子

（2）绕线型转子

三、其他附件

1、轴承

2、轴承端盖

3、风扇

四、电动机铭牌

现分别说明如下：

1、型号（Y2-132S-4）

2、额定功率：

表示电动机在额定工作状态下运行时，允许输出的功率

3、额定电流：

表示电动机在额定工作状态下运行时，定子电路输入的线电流

4、额定电压：

表示电动机在额定工作状态下运行时，定子电路所加的线电压

5、额定转速：

表示电动机在额定工作状态下运行时的转速

6、接法

7、防护等级

8、频率

9、绝缘等级：

表示电机各绕组及其他绝缘所用绝缘材料的等级

10、定额工作制：

指电动机按铭牌值工作时，可以持续运行的时间和顺序。

电动机定额分连续定额、短时定额和断续定额三种，分别用S1、S2、S3表示

课堂小结：

本次课介绍了三相电动机的基本结构、工作原理。

通过本次课的学习应掌握教学要求的授课内容，为下次课打好基础

作业：

书面作业：

P832-12-32-4

阅读作业：

P832-5

课题：

第五节三相异步电动机的起动

第六节三相异步电动机的调速

第七节三相异步电动机的制动

课时：

2课时

课型：

新课

授课方式：

课堂讲授、样品展示、举例、小结、提问

目的要求：

1、熟悉三相异步机的起动方法及各自优缺点。

2、了解三相异步机调速的原理。

3、掌握三相异步电动机的几种制动方法。

重点：

三相异步电动机的几种起动与制动方法。

难点：

三相异步机调速的原理

内容及步骤：

第五节三相异步电动机的起动

一、概述

起动是指电动机通电后转速从零开始逐渐加速到正常运转的过程。

对异步电动机的起动提出主要要求:

（1）电动机应有足够大的起动转矩。

（2）在保证一定大小的起动转矩前提下,电动机的起动电流应尽量小。

（3）起动所需的控制设备应尽量简单,价格力求低廉,操作及维护方便。

（4）起动过程中的能量损耗应尽量小。

三相笼型异步电动机的起动方式有两类,即在额定电压下的直接起动和降低起动电压的降压起动,它们各有优点,应按具体情况正确选用。

二、三相笼型异步电动机的直接起动

所谓直接起动即是将电动机三相定子绕组直接接到额定电压的电网上来起动电动机。

直接起动的条件：

（1）容量在7.5KW以下的三相异步电动机一般均可采用直接起动。

（2）用户由专用的变压器供电时,如电动机容量小于变压器容量的20%时,允许直接起动对于不经常起动的电动机,则该值可放宽到30%。

（3）也可用经验公式来粗估电动机是否可以直接起动

最简单的直接起动控制电路可用三相刀开关和熔断器将三相笼型异步电动机直接接入交流电网。

直接起动的优点是所需设备简单,起动时间短,缺点是对电动机及电网有一定的冲击。

三、三相笼型异步电动机的降压起动

降压起动是指起动时降低加在电动机定子绕组上的电压,起动结束后加额定电压运行的起动方式。

（一）串电阻（电抗）降压起动

如图所示,电动机起动时在定子绕组中串电阻降压,起动结束后再用开关S将电阻短路,全压运行。

由于串电阻起动时,在电阻上有能量损耗而使电阻发热,故一般常用铸铁电阻片。

有时为了减小能量损耗,也可用电抗器代替。

电阻降压起动具有起动平稳、工作可靠、设备线路简单、起动时功率因数高等优点,主要缺点是电阻的功率损耗大、温升高,所以一般不宜用于频繁起动。

（二）自耦变压器（补偿器）降压起动

这种降压起动方法是利用自耦变压器来降低加在定子三相绕组上的电压,如图所示。

起动时,先合上开关Sl,再将补偿器控制手柄（即开关S2）投向“起动”位置,这时经过自耦变压器降压后的交流电压加到电动机三相定子绕组上,电动机开始降压起动,待电动机转速升高到一定值后,再把S2投向“运行″位置,电动机就在全压下正常运行。

此时自耦变压器已从电网上被切除。

自耦变压器二次侧有2一3组抽头,其电压可以分别为一次电压U1的80%,65%或80%,60%,40%。

这种起动方法的优点：

可以按容许的起动电流和所需的起动转矩来选择自耦变压器的不同抽头实现降压起动,而且不论电动机定子绕组采用星形联结或三角形联结都可以使用。

缺点：

是设备体积大,投资较贵。

（三）星-三角降压起动

起动时,先把定子三相绕组作星形联结,待电动机转速升高到一定值后再改接成三角形联结。

因此这种降压起动方法只能用于正常运行时作三角形联结的电动机上。

其原理线路图如图所示。

四、绕线转子异步电动机的起动

　　前已叙述绕线转子异步电动机与笼型异步电动机的主要区别是绕线转子异步电动机的转子采用三相对称绕组,且均采用星形联结。

起动时通常在转子三相绕组中串可变电阻起动,也有部分绕线转子异步电动机用频敏变阻器起动。

（一）转子串电阻起动

如图所示,在绕线转子异步电动机的转子电路中串入一组可以均匀调节的变阻器,称为起动变阻器。

起动开始时,手柄置于图中所示的位置,此时全部电阻串在转子电路中,随着电动机转速的升高,逐渐将手柄按顺时针方向转动,则串人转子电路中的电阻逐渐减小,当电阻被全部切除（即电阻为零）时,电动机起动即告结束。

此法一般用于小容量的绕线转子电动机上。

当电动机容量稍大时则采用下图所示的电路,此时电阻不是均匀地减小,而是通过接触器触点或凸轮控制器触点的开闭有级地切除电阻。

电动机在整个起动过程中起动转矩较大,适合于重载起动,主要用于桥式起重机、卷扬机、龙门吊车等上面。

其主要缺点是所需起动设备较多,起动级数较少,起动时有一部分能量消耗在起动电阻上。

为克服以上缺点,又研制了频敏变阻器起动。

（二）转子串频敏变阻器起动

频敏变阻器外形结构如下图（a）所示

当绕线转子电动机在轻载起动时,采用频敏变阻器法起动优点较明显,如重载起动一般采用串电阻起动。

第六节三相异步电动机的调速

　　为了实际应用的需要,异步电动机需要进行调速,所谓调速即是用人为的方法来改变异步电动机的转速。

由前面异步电动机的转差率公式（2～2）可得:

故异步电动机的调速有以下三种方法:

（1）改变定子绕组的磁极对数P——变极调速。

（2）改变供电电网的频率f——变频调速。

（3）改变电动机的转差率s。

一、变极调速

　将三相异步电动机定子绕组展开图简化成如图（a）的形式,此时U相绕组的磁极数为2p=4,若改变绕组的连接方法,使一半绕组中的电流方向改变,成为图（b）的形式,则此时U相绕组的磁极数即变为2p=2,由此可以得出:

当每相定子绕组中有一半绕组内的电流方向改变时,即达到了变极调速的目的。

　采用改变定子绕组极数的方法来调速的异步电动机称为多速异步电动机。

下面简单介绍多速异步电动机的变极原理,如图2-33所示为联结双速异步电动机定子绕组接线图。

如果没有4,5,6三个抽头即为一台三角形联结的三相异步电动机定子绕组接线原理图,当将1、2、3接三相电源时,每相绕组的两组线圈为正向串联连接,电流方向如图中实线箭头所示,对应于图2-32中的（a）,因此磁极数为2p=4。

如果把1,2,3点接在一起,将4,5,6接到电源上,就成了双星形（YY）联结,每相绕组中有一半反接了,电流如图中虚线箭头所示,这时的磁极数2p=2。

即实现了变极调速。

　　三相变极多速异步电动机有双速、三速、四速等多种,定子绕组常用的接线方法除外,也有部分采用Y/YY接线方法。

其中联结的双速电动机,变极调速前后电动机的输出功率基本上不变,故适用于近恒功率情况下的调速,较多用于金属切削机床上。

Y/YY联结的双速电动机,变极调速前后的输出转矩基本不变,故适用于负载转矩基本恒定的恒转矩调速,例如起重机、运输带等机械。

变极调速的优点是所需设备简单,其缺点是电动机绕组引出头较多,调速级数少。

为了避免转子绕组变极的困难,故绕线转子异步电动机不采用变极调速,即变极调速只用于笼型异步电动机中。

二、改变转差率s调速

（—）变阻调速

即改变转子电路的电阻,此法只适用于绕线转子异步电动机。

三、变频调速

（一）变频调速基本原理

　由式（2-24）可见,当异步电动机的磁极对数p不变时,电动机的转速n与电源频率f成正比,如果能连续地改变电源的频率,就可以连续平滑地调节异步电动机的转速,这就是变频调速的原理。

（二）变频调速的控制方式

根据电动机所拖动的负载性质不同,常用的异步电动机变频调速主要有两种控制方式,即恒转矩变频调速和恒功率变频调速。

1、恒转矩变频调速

在变频调速过程中,电动机的输出转矩保持不变。

2、恒功率变频调速

在变频调速过程中,电动机的输出功率保持不变。

§2-7三相异步电动机的制动

　　三相异步电动机除了运行于电动机状态外,还时常运行于制动状态。

所谓电动机的制动是指在电动机的轴上加一个与其旋转方向相反的转矩,使电动机减速或停止,对位能性负载（起重机下放重物）,制动运行可获得稳定的下降速度。

　　根据制动转矩产生的方法不同,可分机械制动和电气制动两类。

机械制动通常是靠摩擦方法产生制动转矩,如电磁抱闸制动。

而电气制动是使电动机所产生的电磁转矩与电动机的旋转方向相反。

三相异步电动机的电气制动有反接制动、能耗制动和再生制动三种。

一、三相异步电动机的机械制动

机械制动最常用的装置是电磁抱闸,它主要有制动电磁铁和闸瓦制动器两大部分组成。

起重机械经常使用电磁抱闸,如桥式起重机、提升机、电梯等,当电动机断电停转时保证定位准确,并避免重物自行下坠而造成事故。

二、三相异步电动机的电气制动

（一）三相异步电动机的反接制动

电动机在断电停转后因机械惯性仍继续旋转,此时如果和控制电动机反转一样改变三相电源的相序,电动机的旋转磁场随即反向,产生的电磁转矩与电动机的旋转方向相反,为制动转矩,使电动机很快停下来,这就是反接制动。

（二）三相异步电动机的能耗制动

三相异步电动机的能耗制动控制就是在断开电动机三相电源的同时接通直流电源,此时直流电流流入定子的两相绕组,产生恒定磁场。

转子由于惯性仍继续沿原方向以转速n旋转,切割定子磁产生感应电动势和电流,载流导体在磁场中受电磁力作用,其方向与电动机转动方向

相反,因而起到制动作用。

　这种制动方法是利用转子转动时的惯性切割恒定磁场的磁通而产生制动转矩,把转子的动能消耗在转子回路的电阻上,所以称为能耗制动。

（三）三相异步电动机的再生制动（回馈制动）

若异步电动机在电动状态下运行时,由于某种原因,使电动机的转速n超过了旋转磁场的同步转速n1（此时s<0）则转子导体切割旋转磁场的方向与电动机运行状态时相反,从而使转子n流及所产生的电磁转矩改变方向,成为与转子转向相反的制动转矩,电动机即在制动状态下运电流,这种制动称为再生制动。

课堂小结：

通过本次课的学习掌握教学要求中的内容

作业：

P842-172-181-19