三相異步電動機三相異步電動機及其控制線路 (2)

1、三相異步電動機 三相異步電動機及其控制線路實現(xiàn)電能與機械能相互轉(zhuǎn)換的電工設備總稱為電機。電機是利用電磁感應原理實現(xiàn)電能與機械能的相互轉(zhuǎn)換。把機械能轉(zhuǎn)換成電能的設備稱為發(fā)電機，而把電能轉(zhuǎn)換成機械能的設備叫做電動機。在生產(chǎn)上主要用的是交流電動機，特別三相異步電動機，因為它具有結(jié)構(gòu)簡單、堅固耐用、運行可靠、價格低廉、維護方便等優(yōu)點。它被廣泛地用來驅(qū)動各種金屬切削機床、起重機、鍛壓機、傳送帶、鑄造機械、功率不大的通風機及水泵等。對于各種電動機我們應該了解下列幾個方面的問題：（1）基本構(gòu)造；（2）工作原理；（3）表示轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩之間關系的機械特性；（4）起動、調(diào)速及制動的基本原理和基本方法；（5）應用場合

2、和如何正確使用。5.1.1 三相異步電動機的結(jié)構(gòu)與工作原理1三相異步電動機的構(gòu)造三相異步電動機的兩個基本組成部分為定子（固定部分）和轉(zhuǎn)子（旋轉(zhuǎn)部分）。此外還有端蓋、風扇等附屬部分，如圖5-1所示。 圖一圖（一）是三相電動機的結(jié)構(gòu)示意圖1）定子三相異步電動機的定子由三部分組成：2）轉(zhuǎn)子三相異步電動機的轉(zhuǎn)子由三部分組成： 圖二鼠籠式電動機由于構(gòu)造簡單，價格低廉，工作可靠，使用方便，成為了生產(chǎn)上應用得最廣泛的一種電動機。為了保證轉(zhuǎn)子能夠自由旋轉(zhuǎn)，在定子與轉(zhuǎn)子之間必須留有一定的空氣隙，中小型電動機的空氣隙約在0.21.0mm之間。2三相異步電動機的轉(zhuǎn)動原理1）基本原理為了說明三相異步電動機的工作原理，

3、我們做如下演示實驗，如圖（二）所示。圖（二）是三相異步電動機工作原理(1)演示實驗：在裝有手柄的蹄形磁鐵的兩極間放置一個閉合導體，當轉(zhuǎn)動手柄帶動蹄形磁鐵旋轉(zhuǎn)時，將發(fā)現(xiàn)導體也跟著旋；若改變磁鐵的轉(zhuǎn)向，則導體的轉(zhuǎn)向也跟著改變。(2)現(xiàn)象解釋：當磁鐵旋轉(zhuǎn)時，磁鐵與閉合的導體發(fā)生相對運動，鼠籠式導體切割磁力線而在其內(nèi)部產(chǎn)生感應電動勢和感應電流。感應電流又使導體受到一個電磁力的作用，于是導體就沿磁鐵的旋轉(zhuǎn)方向轉(zhuǎn)動起來，這就是異步電動機的基本原理。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的方向和磁極旋轉(zhuǎn)的方向相同。(3)結(jié)論：欲使異步電動機旋轉(zhuǎn)，必須有旋轉(zhuǎn)的磁場和閉合的轉(zhuǎn)子繞組。 2）旋轉(zhuǎn)磁場 （1）產(chǎn)生圖5-3表示最簡單的三相定子繞組

4、AX、BY、CZ，它們在空間按互差1200的規(guī)律對稱排列。并接成星形與三相電源U、V、W相聯(lián)。則三相定子繞組便通過三相對稱電流：隨著電流在定子繞組中通過，在三相定子繞組中就會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。ìiU=Imsinwtï0i=Isin(wt-120)íVmï0i=Isin(wt+120)mîWB 圖三圖（三）所示是三相異步電動機定子接線當wt=00時，iA=0，AX繞組中無電流；iB為負，BY繞組中的電流從Y流入B1流出；iC為正，CZ繞組中的電流從C流入Z流出；由右手螺旋定則可得合成磁場的方向如圖四（a）所示。當wt=1200時，iB=0，BY繞組中

5、無電流；iA為正，AX繞組中的電流從A流入X流出；iC為負，CZ繞組中的電流從Z流入C流出；由右手螺旋定則可得合成磁場的方向如圖四（b）所示。當wt=2400時，iC=0，CZ繞組中無電流；iA為負，AX繞組中的電流從X流入A流出；iB為正，BY繞組中的電流從B流入Y流出；由右手螺旋定則可得合成磁場的方向如圖四（c）所示?？梢?，當定子繞組中的電流變化一個周期時，合成磁場也按電流的相序方向在空間旋轉(zhuǎn)一周。隨著定子繞組中的三相電流不斷地作周期性變化，產(chǎn)生的合成磁場也不斷地旋轉(zhuǎn)，因此稱為旋轉(zhuǎn)磁場。圖（四）所示是旋轉(zhuǎn)磁場的形成（2）旋轉(zhuǎn)磁場的方向旋轉(zhuǎn)磁場的方向是由三相繞組中電流相序決定的，若想改變旋轉(zhuǎn)

6、磁場的方向，只要改變通入定子繞組的電流相序，即將三根電源線中的任意兩根對調(diào)即可。這時，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向也跟著改變。3）三相異步電動機的極數(shù)與轉(zhuǎn)速 （1）極數(shù)（磁極對數(shù)p）三相異步電動機的極數(shù)就是旋轉(zhuǎn)磁場的極數(shù)。旋轉(zhuǎn)磁場的極數(shù)和三相繞組的安排有關。當每相繞組只有一個線圈，繞組的始端之間相差1200空間角時，產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場具有一對極，即p=1；當每相繞組為兩個線圈串聯(lián)，繞組的始端之間相差600空間角時，產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場具有兩對極，即p=2；同理，如果要產(chǎn)生三對極，即p=3的旋轉(zhuǎn)磁場，則每相繞組必須有均勻安排在空間的串聯(lián)的三個線圈，繞組的始端之間相差400（=1200/p）空間角。極數(shù)p與繞組的始端之間

7、的空間角120度（2）轉(zhuǎn)速n60f1p （5-1）=三相異步電動機旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n0與電動機磁極對數(shù)p有關，它們的關系是： n0由（5-1）可知，旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n0決定于電流頻率f1和磁場的極數(shù)p。對某一異步電動機而言，f1和p通常是一定的，所以磁場轉(zhuǎn)速n0是個常數(shù)。在我國，工頻f1=50Hz，因此對應于不同極對數(shù)p的旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速n0，見表5-1表5-1（3）轉(zhuǎn)差率s電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向與磁場旋轉(zhuǎn)的方向相同，但轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n不可能達到與旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n0相等，否則轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場之間就沒有相對運動，因而磁力線就不切割轉(zhuǎn)子導體，轉(zhuǎn)子電動勢、轉(zhuǎn)子電流以及轉(zhuǎn)矩也就都不存在。也就是說旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子之間存在轉(zhuǎn)

8、速差，因此我們把這種電動機稱為異步電動機，又因為這種電動機的轉(zhuǎn)動原理是建立在電磁感應基礎上的，故又稱為感應電動機。旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n0常稱為同步轉(zhuǎn)速。n-n0=轉(zhuǎn)差率s用來表示轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n與磁場轉(zhuǎn)速n0相差的程度的物理量。即： snn0 (5-2)D=n0轉(zhuǎn)差率是異步電動機的一個重要的物理量。當旋轉(zhuǎn)磁場以同步轉(zhuǎn)速n0開始旋轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)子則因機械慣性尚未轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)子的瞬間轉(zhuǎn)速n=0，這時轉(zhuǎn)差率S=1。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動起來之后，n>0，（n0-n）差值減小，電動機的轉(zhuǎn)差率S<1。如果轉(zhuǎn)軸上的阻轉(zhuǎn)矩加大，則轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n降低，即異步程度加大，才能產(chǎn)生足夠大的感受電動勢和電流，產(chǎn)生足夠大的電磁轉(zhuǎn)矩，這時的轉(zhuǎn)差率

9、S增大。反之，S減小。異步電動機運行時，轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速一般很接近，轉(zhuǎn)差率很小。在額定工作狀態(tài)下約為0.0150.06之間。根據(jù)式(4-2),可以得到電動機的轉(zhuǎn)速常用公式n0 (5-3)s-1(=93 n例 有一臺三相異步電動機，其額定轉(zhuǎn)速 n=975r/min，電源頻率f=50Hz，求電動機的極數(shù)和額定負載時的轉(zhuǎn)差率S。解：由于電動機的額定轉(zhuǎn)速接近而略小于同步轉(zhuǎn)速，而同步轉(zhuǎn)速對應于不同的極對數(shù)有一系列固定的數(shù)值。顯然，與975r/min最相近的同步轉(zhuǎn)速n0=1000r/min，與此相應的磁極對數(shù)p=3。因此，額定負載時的轉(zhuǎn)差率為：n-n0=s2.5%=100%´9751000-100

10、0=100%´n0（4）三相異步電動機的定子電路與轉(zhuǎn)子電路三相異步電動機中的電磁關系同變壓器類似，定子繞組相當于變壓器的原繞組，轉(zhuǎn)子繞組（一般是短接的）相當于副繞組。給定子繞組接上三相電源電壓，則定子中就有三相電流通過，此三相電流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，其磁力線通過定子和轉(zhuǎn)子鐵心而閉合，這個磁場在轉(zhuǎn)子和定子的每相繞組中都要感應出電動勢?？偨Y(jié)：1、三相異步電動機的兩個基本組成部分為定子（固定部分）和轉(zhuǎn)子（旋轉(zhuǎn)部分）。2、欲使異步電動機旋轉(zhuǎn)，必須有旋轉(zhuǎn)的磁場和閉合的轉(zhuǎn)子繞組，并且旋轉(zhuǎn)的磁場和閉合的轉(zhuǎn)子繞組的轉(zhuǎn)速不同，這也是“異步”二字的含義；3、三相電源流過在空間互差一定角度按一定規(guī)律排列的三相繞組時，便會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場；4、旋轉(zhuǎn)磁場的方向是由三相繞組中電源相序決定的；60f1p=5、三相異步電動機旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n0與電動機磁極對數(shù)p有關，它們的關系是： n0n-n0=6、轉(zhuǎn)差率s用來表示轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n與磁場轉(zhuǎn)速n0相差的程度的物