第4章三相異步電動機基礎(chǔ)教案

1、安徽新聞出版職業(yè)技術(shù)學院教案科 目電機與拖動技術(shù)基礎(chǔ) 年 級 15包裝自動化技術(shù)1班 任課教師 付學敏課題第4章 三相異步電動機教學目的1、知識方面：了解三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)、理解工作原理、電磁轉(zhuǎn)矩和機械特性，理解起動、調(diào)速、制動方法。2、德育方面：科學技術(shù)就是生產(chǎn)力。3、技能方面：識別三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)。重點難點三相異步電動機的感應(yīng)電動式和磁動勢三相異步電動機的工作原理三相異步電動機的工作特性掛圖或 實驗用具（a）簡化的三相繞組分布圖（b）按星形連接的三相繞組接通三相電源（c）三相對稱電流波形圖（d）兩極繞組的旋轉(zhuǎn)磁場作業(yè)本課小結(jié) 安徽新聞出版職業(yè)技術(shù)學院教師專用紙教學過程導(dǎo)入：三

2、相異步電動機結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、堅固耐用、維護容易、運行效率高、工作特性好；和同容量的直流電動機相比，異步電動機的重量約為直流電動機的一半，其價格僅為直流電動機的l/3左右；而且異步電動機的交流電源可直接取自電網(wǎng)，用電既方便又經(jīng)濟。所以大部分的工業(yè)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機械，家用電器都用異步電動機作原動機，其單機容量從幾十瓦到幾千千瓦。我國總用電量的2/3左右是被異步電動機消耗掉的。4.1 三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)與工作原理1、 基本結(jié)構(gòu)三相異步電動機主要是由定子部分（靜止的）和轉(zhuǎn)子部分（轉(zhuǎn)動的）兩大部分組成，定、轉(zhuǎn)之間是空氣隙。另外還有端蓋、軸承、機座、風扇等部件。（一）異步電動機的定子結(jié)構(gòu)異步電動機的

3、定子是由機座、定子鐵心和定子繞組三個部分組成的。1. 機座異步電動機的機座主要是固定和支撐定子鐵心和繞組。中小型電機一般采用鑄鐵機座、大中型電機采用鋼板焊接的機座。電機損耗變成的熱量主要通過機座散出，為了加強散熱面積，機座外部有很多均勻分布的散熱筋。機座兩端面上安裝端蓋，端蓋支撐轉(zhuǎn)子，保持定、轉(zhuǎn)子之間的氣隙值。 2. 定子鐵心 定子鐵心是電動機磁路的一部分，裝在機座里。為了降低定子鐵心的鐵損耗，定子鐵心用0.5mm厚的硅鋼沖片疊成，硅鋼片兩面還應(yīng)涂上絕緣漆，用以降低交變磁通在鐵心中產(chǎn)生的渦流損耗。在定子鐵心內(nèi)圓上開有槽，槽內(nèi)放置定子繞組(也叫電樞繞組)。3. 定子繞組 異步電機的定子繞組是電動

4、機電路部分。小型異步電動機定子繞組通常由高強度漆包圓線繞成線圈嵌入鐵心槽內(nèi)；大、中型電機使用矩形截面導(dǎo)線預(yù)先制成成型線圈，再嵌入槽內(nèi)。每相繞組按一定規(guī)律連接， 安徽新聞出版職業(yè)技術(shù)學院教師專用紙教學過程三相構(gòu)成對稱繞組。定子繞組用絕緣的銅（或鋁）導(dǎo)線繞成，嵌放在定鐵心的槽中。繞組與槽壁間用絕緣隔開。三相繞組的6個出線，引到機座上接線盒內(nèi)的接線板上，可按要求接成Y或接法。（二）定子與轉(zhuǎn)子間的氣隙 異步電動機的氣隙比同容量直流電動機的氣隙小得多，在中、小型異步電動機中，氣隙一般為左右。由于氣隙是電動機能量轉(zhuǎn)換的主要場所，所以氣隙大小與電動機性能有很大的關(guān)系。異步電動機的勵磁電流是由定子電源供給的,

5、氣隙大時，磁路磁組增加，要求的勵磁電流也增加，從而影響電動機的功率因數(shù)。為了提高功率因數(shù)，盡量讓氣隙小些，但也不應(yīng)太小，否則，不但給制造帶來困難，也可能使定、轉(zhuǎn)子摩擦或碰撞。如果從減少附加損耗以及減少高次諧波磁動勢產(chǎn)生的磁通來看，氣隙大點當然又有好處。因此對氣隙的大小應(yīng)全面考慮。（三）異步電動機的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)異步電動機的轉(zhuǎn)子是由轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)軸組成。1轉(zhuǎn)子鐵心轉(zhuǎn)子鐵心也是磁略的一部分，與定子鐵心一樣，也由厚的硅鋼片疊壓而成，整個鐵心固定在轉(zhuǎn)軸上。轉(zhuǎn)子鐵心外圓上沖有均勻分布的槽，用以安放轉(zhuǎn)子繞組。由于槽縫很小，整個轉(zhuǎn)子鐵心的外表面成圓柱形。 2. 轉(zhuǎn)子繞組 三相異步電動機的轉(zhuǎn)子繞組用來感應(yīng)電

6、動勢及產(chǎn)生電流，同時與旋轉(zhuǎn)磁場作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，是電機的重要部件之一。異步電動機的轉(zhuǎn)子繞組按結(jié)構(gòu)分籠型繞組和繞線型繞組兩種?；\型繞組?；\型繞組分銅條繞組和鑄鋁繞組兩種。銅條轉(zhuǎn)子是在轉(zhuǎn)子鐵心槽內(nèi)插入銅條（又稱導(dǎo)條），鐵心兩端槽口外用銅環(huán)將全部導(dǎo)條焊接，全部導(dǎo)條自行閉合，其形狀為圓柱形“籠子”。鑄鋁繞組是將熔化的鋁注入轉(zhuǎn)子槽內(nèi)，同時注上端環(huán)和風扇，使導(dǎo)條與端環(huán)構(gòu)成閉合繞組，其形狀也是圓柱形“籠子”?；\型繞組的工藝和結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、經(jīng)濟耐用。 安徽新聞出版職業(yè)技術(shù)學院教師專用紙教學過程繞線型轉(zhuǎn)子繞組。繞線型轉(zhuǎn)子的鐵心槽內(nèi)嵌放三相對稱繞組，與定子繞組相似。轉(zhuǎn)子繞組采用Y接線，三相繞組的首端接到轉(zhuǎn)軸上的

7、三個集電環(huán)，再通過電刷、滑環(huán)間的滑動與外電路連接。繞線型轉(zhuǎn)子回路中串接外接電阻或其他電氣設(shè)備，以改善電動機的啟動性能和調(diào)速性能，因此獲得廣泛應(yīng)用。但是結(jié)構(gòu)比籠型電機復(fù)雜，而且電刷、滑環(huán)還增加了維修工作量。二、三相異步電動機的銘牌數(shù)據(jù)三相異步電動機的機座上都裝有銘牌，銘牌上標明了使用電動機應(yīng)遵循的技術(shù)數(shù)據(jù)和電機型號。（一）型號電機的型號表明了電動機的名稱、規(guī)格和基本技術(shù)條件的產(chǎn)品代號。一般采用大寫印刷體的漢語拼音字母和阿拉伯數(shù)字組成。其中漢語拼音字母是根據(jù)電機的全名稱選擇有代表意義的漢字，再用該漢字的第一個拼音字母組成，例如Y系列三相異步電動機表示如下：Y系列異步電機是普通用途的小型鼠籠全封閉、

8、自冷式三相異步電動機。用于金屬切削機床、通用機械、礦山機械、農(nóng)業(yè)機械等。我國生產(chǎn)的異步電動機種類很多，其它類型的異步電動機可參閱產(chǎn)品目錄。（二）額定值異步電動機按額定值運行稱為額定運行狀態(tài)，異步電動機的額定值有：1. 定功率定功率指電動機在額定運行狀態(tài)時軸上輸出的機械功率，單位為或。2. 額定電壓額定電壓指額定運行狀態(tài)下加在定子繞組上的線電壓，單位為或。安徽新聞出版職業(yè)技術(shù)學院教師專用教學過程異步電動機為了區(qū)分定、轉(zhuǎn)子邊的量，在定子邊的量加下標l，如。轉(zhuǎn)子邊的量加下標2表示，如。 3. 額定電流額定電流指電動機在定子繞組加額定電壓、輸出額定功率時，定子繞組中的線電流，單位為A。也可表示為（轉(zhuǎn)子

9、為）。4. 額定頻率 額定頻率是指電動機所接電源標準頻率，單位為。我國工業(yè)用電的頻率是50。5. 額定轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)速指電動機定子所加電源為額定頻率、額定電壓，且軸端輸出額定功率時電機的轉(zhuǎn)速，單位為。6. 額定效率和額定功率因數(shù)指電動機在額定負載時，電機的效率和定子邊的功率因數(shù)。電動機額定運行時有 （41）三、三相異步電動機的工作原理三相異步電動機的定子鐵芯中放置三相結(jié)構(gòu)完全相同的繞組U、V、W，如圖（a）。各相繞組在空間上互差120°電角度，向這三相繞組通入對稱的三相交流電，如圖（b）（c）所示。下面我們以兩極電動機為例說明電流在不同時刻時，磁場在空間的位置。下圖（d）所示，假設(shè)電流的

10、瞬時值為正時是從各繞組的首端流入，（用中間加個×表示），末端流出（用“”表示），當電流為負值時，于此相反。在t=0的瞬間，iu=0，iv為負值，iw為正值，如圖（c）所示，則V相電流從V2流進，V1流出，而W相電流從W1流進，W2流出。利用安培右手定則可以確定t=0瞬間由三相電流所產(chǎn)生的合成磁場方向多媒體直觀展示加深認識 安徽新聞出版職業(yè)技術(shù)學院教師專用紙教學過程如圖（d）所示?？梢娺@時的合成磁場是一對磁極，磁場方向與縱軸線方向為一致，上方式北極，下方是南極。應(yīng)用同樣的分析方法可畫出t=2/3*, t=4/3*,t=2時的合成磁場，分別如圖（d） 所示，由圖中可明顯地看出磁場的方向逐

11、步按順時針方向旋轉(zhuǎn)，共計轉(zhuǎn)過360°，即旋轉(zhuǎn)了一周。(d) （a）簡化的三相繞組分布圖（b）按星形連接的三相繞組接通三相電源（c）三相對稱電流波形圖（d）兩極繞組的旋轉(zhuǎn)磁場安徽新聞出版職業(yè)技術(shù)學院教師專用紙教學過程由此可以得出如下結(jié)論：在三相交流電動機定子上布置有結(jié)構(gòu)完全相在空間位置各相差120度電角度的三相繞組，分別接入三相對稱交流電，則在定子與轉(zhuǎn)子間所產(chǎn)生的合成磁場是沿定子內(nèi)圓旋轉(zhuǎn)的，我們稱此為旋轉(zhuǎn)磁場。旋轉(zhuǎn)磁場的磁感線切割轉(zhuǎn)子繞組，在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流，轉(zhuǎn)子繞組在磁場中受到電磁力的作用，電磁力乘以電樞半徑就形成了電磁轉(zhuǎn)矩。電磁轉(zhuǎn)矩的方向與旋轉(zhuǎn)磁場方向相同。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)

12、動后，其轉(zhuǎn)速為，則轉(zhuǎn)子導(dǎo)體與定子旋轉(zhuǎn)磁場間的相對切割速度為。當時，相應(yīng)地有，即轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場間無相對切割運動時，轉(zhuǎn)子繞組中無感應(yīng)電動勢和電流，也就沒有驅(qū)動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的電磁轉(zhuǎn)矩，可見是異步電動機維持運行的必要條件，“異步”電機之稱也因此而得名。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速間的大小用轉(zhuǎn)差率來描述， （42）轉(zhuǎn)差率 又稱滑差，它是描述異步電機運行狀態(tài)的一個基本量。電機空載時 ，額定負載時 ，所以異步電動機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速總是接近旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速的。這就是異步電機的基本原理。1)旋轉(zhuǎn)磁場的方向: 由上圖可以看出，三相交流電按U-V-W相序變化，則產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場在空間上以順時針方向旋轉(zhuǎn)。若我們?nèi)我鈱φ{(diào)電動機兩相繞組的電流

13、相許，如：U-W-V相序，則由理論分析和實踐證明，產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場以逆時針方向旋轉(zhuǎn)。由此可知，旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向取決于通入繞組中的三相交流電源的相序，只要任意對調(diào)電動機的相序，則可改變旋轉(zhuǎn)磁場的方向。2)旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速為：n1=60f1/P，上述公式中n1：表示旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速，單位轉(zhuǎn)/分；f1：表示三相交流電源的頻率，單位赫茲；P：表示磁極對數(shù)；60：表示一分鐘的60秒。安徽新聞出版職業(yè)技術(shù)學院教師專用教學過程4.2 三相異步電動機的繞組和額定值4.2.1 三相異步電動機繞組繞制原則1.根據(jù)磁極對數(shù)要求，三相繞組必須保持在空間上的對稱，三相繞組互差120度空間電角度。排列規(guī)律為：每繞一對磁極則需

14、一組三相對稱繞組（A、B、C為三相首端，X、Y、Z為三相尾端），排列順序為A、Z、B、X、C、Y。2.根據(jù)對稱原則，每相繞組應(yīng)相等均勻，若極數(shù)為2P，所以要將總的定子槽分為2P等分，每一等分為一個極距，稱為一個極相組（以槽數(shù)表示）。再將每一極距內(nèi)的槽數(shù)分成三組，以分別安裝（m=3）相繞組的線圈邊。每一相所占槽數(shù)以表示稱每極每相槽數(shù)q。3.槽距角槽距角為相鄰兩槽中心線間的電角度。公式為4.極距t 極距為相鄰兩磁極中心線間的距離（槽數(shù)）4.2.2 三相繞組的種類(1)單層繞組和雙層繞組(2)整距繞組和 短距繞組 整距繞組 y=t 短距繞組 y<t (3)集中繞組和分布繞組 集中繞組 q=1

15、分布繞組 q>14.2.3 額定值（輸入功率）（輸出功率）安徽新聞出版職業(yè)技術(shù)學院教師專用紙教學過程三相異步電動機型 號 Y132S6 功 率 3 kW 頻 率 50Hz電 壓 380 V 電 流 7.2 A 聯(lián) 結(jié) Y轉(zhuǎn) 速 960r/min 功率因數(shù) 0.76 絕緣等級 B銘牌電壓為額定電壓（線電壓），電流為額定電流（線電流，功率指的是軸上輸出額定機械功率，Y132S6 6指的是極數(shù)。4.3三相異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩和機械特性1三相異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩三相異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩T是由旋轉(zhuǎn)磁場的每極磁通與轉(zhuǎn)子電流I2相互作用而產(chǎn)生的，故電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子電流的有功分量及定子旋轉(zhuǎn)磁場的每極磁通成正比，即： 式中KT是一個與電動機結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)。將I2、的表達式及與U1的關(guān)系式代入上式，得三相異步電動機電磁轉(zhuǎn)矩公式的另一個表示式：式中K是一常數(shù)?？梢婋姶呸D(zhuǎn)矩T也與轉(zhuǎn)差率s有關(guān)，并且與定子每相電壓