機(jī)械電氣設(shè)備與維修--電子教案3-4課時(shí)--三相異步電動(dòng)機(jī)工作原理

1、第3-4 課時(shí) 第1頁授課日期班級(jí)出勤情況復(fù)習(xí)舊課要點(diǎn)直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁方式；同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行的條件新課內(nèi)容章、節(jié)標(biāo)題課題名稱第四章 三相異步電動(dòng)機(jī)第一節(jié) 三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理授課目的1、 掌握旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)是怎樣產(chǎn)生的？2、 掌握三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理新課重點(diǎn)及措施旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)是怎樣產(chǎn)生的？畫圖講解新課難點(diǎn)及措施旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)是怎樣產(chǎn)生的？畫圖講解備注 第2 頁教授內(nèi)容與教法 第一節(jié) 三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理交流電機(jī)可分為同步電機(jī)和異步電機(jī)兩大類。同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速與所接電源頻率之間存在嚴(yán)格不變的關(guān)系，主要用作發(fā)電機(jī)。異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速與所接電源頻率之間不存在嚴(yán)格不變的關(guān)系，主要用于電動(dòng)機(jī)。異步電動(dòng)機(jī)是

2、生產(chǎn)設(shè)備中應(yīng)用最廣泛的動(dòng)力設(shè)備，如在工農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸、日常生活等各個(gè)方面。異步電動(dòng)機(jī)之所以獲得廣泛應(yīng)用，是因?yàn)樗推渌鞣N電機(jī)比較，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、運(yùn)行可靠等優(yōu)點(diǎn)。如和同容量的直流電機(jī)相比，異步電機(jī)的重量約為直流電機(jī)的一半，而其價(jià)格約為直流電機(jī)的三分之一。但是異步電動(dòng)機(jī)也存在一些缺點(diǎn)：不能經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)范圍較廣的平滑調(diào)速，對(duì)電網(wǎng)永遠(yuǎn)是一個(gè)感性負(fù)載，使電網(wǎng)的功率因數(shù)降低。1、三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理由于三相定子繞組結(jié)構(gòu)相同、彼此在空間位置互差120電角，為簡(jiǎn)化分析，用彼此互隔120電角的三個(gè)線圈來表示。當(dāng)三相定子繞組接上對(duì)稱的三相電源后，流過三相對(duì)稱電流，各相電流的瞬時(shí)表達(dá)式為：iU=Imc

3、ost iV =Imcos(t120) （2-4） iW=Imcos(t240) 圖2-16三相電流波形圖三相電流的波形如圖2-16所示。如果規(guī)定電流的正方向從繞組的首端流向尾端，那么當(dāng)各相電流的瞬時(shí)值為正值時(shí)，電流從該相繞組的首端（U1、V1、W1）流入，從尾端（U2、V2、W2）流出。當(dāng)電流的瞬時(shí)值為負(fù)時(shí)，電流從該相繞組的尾端流入，而從首端流出。分析時(shí)用符號(hào)表示電流流入，表示電流流出。圖2-172極旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)示意圖 第3頁教授內(nèi)容與教法下面以t=0、t=120、t=240、t=360四個(gè)特定的時(shí)刻分析。當(dāng)t=0時(shí)，U相電流為正且達(dá)到最大值，電流從U1流入，從U2流出，而V、W兩相電流為負(fù)，分

4、別從V2、W2流入，從V1、W1流出，如圖2-17a所示。根據(jù)右手螺旋定則，可知三相繞組產(chǎn)生的合成磁場(chǎng)的軸線與U相線圈的軸線相重合。合成磁場(chǎng)為2極磁場(chǎng)，磁場(chǎng)的方向從上向下，上方為N極，下方為S極。用同樣的方法可以畫出t=120、t=240、t=360這三個(gè)瞬時(shí)的電流分布情況，分別如圖2-17（b）（c）（d）所示。觀察圖2-17，發(fā)現(xiàn)當(dāng)三相對(duì)稱電流流入三相對(duì)稱繞組后，所建立的合成磁場(chǎng)，并不是靜止不動(dòng)的，而是旋轉(zhuǎn)的。電流變化一周，合成磁場(chǎng)在空間也旋轉(zhuǎn)一周。若電源的頻率為f，則2極磁場(chǎng)每分鐘旋轉(zhuǎn)60f周。 圖2-184極旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)示意圖2. 相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理當(dāng)對(duì)稱的三相定子繞組通入三相對(duì)稱電流

5、后，定子繞組產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng) ,磁場(chǎng)的瞬時(shí)位置如圖2-19所示，設(shè)磁場(chǎng)為逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。該磁場(chǎng)的磁力線通過定子鐵心、氣隙和轉(zhuǎn)子鐵心而閉合。由于靜止的轉(zhuǎn)子繞組與定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)子槽內(nèi)的導(dǎo)體即要切割定子磁場(chǎng)而感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，電動(dòng)勢(shì)的方向可根據(jù)右手定則確定。由于轉(zhuǎn)子繞組為閉合回路，在轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)的作用下，轉(zhuǎn)子繞組中就有電流通過，如不考慮電流與電動(dòng)勢(shì)的相位差，則電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)方向就是電流的瞬時(shí)方向。根據(jù)電磁力定律，載流的轉(zhuǎn)圖2-19 三相異步電動(dòng)機(jī)工作原理示意圖子導(dǎo)體在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中必然會(huì)受到電磁力，電磁力的方向可用左手定則確定。所有轉(zhuǎn)子導(dǎo)體受到的電磁力對(duì)轉(zhuǎn)軸便形成一逆時(shí)針方向的電磁轉(zhuǎn)矩。從圖2-19可知

6、，電磁轉(zhuǎn)矩的方向與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向一致。于是轉(zhuǎn)子在電磁轉(zhuǎn)矩作用下，便沿著旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向旋轉(zhuǎn)起來。如果轉(zhuǎn)子與生產(chǎn)機(jī)械聯(lián)接，則轉(zhuǎn)子受到的電磁轉(zhuǎn)矩將克服負(fù)載轉(zhuǎn)矩而作功，從而實(shí)現(xiàn)了電能與機(jī)械能的轉(zhuǎn)換。由此可見，對(duì)稱的三相電流通入對(duì)稱的三相繞組后所形成的磁場(chǎng)是一個(gè)隨時(shí)間變化而旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)。3. 三相異步電動(dòng)機(jī)與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)有關(guān)的因素 采用上面的分析方法，從圖2-18可知，產(chǎn)生的合成磁場(chǎng)為4極旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，電流變化一周，磁場(chǎng)僅轉(zhuǎn)過1/2周，它的轉(zhuǎn)速為2極旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速的1/2。依次類推，當(dāng)電機(jī)的極數(shù)為2p時(shí)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速為2極磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速的1/p，即每分鐘轉(zhuǎn)周。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速稱為同步轉(zhuǎn)速，以n1表示。即： r/min 2

7、極 轉(zhuǎn)速 3000 r/min4極 轉(zhuǎn)速 1500 r/min6極 轉(zhuǎn)速 1000 r/min8極 轉(zhuǎn)速 750 r/min4. 三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率 由于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向和旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向是一致的，如果轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n等于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速即同步轉(zhuǎn)速n1，它們之間將不再有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體就不能切割磁場(chǎng)而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、電流和電磁轉(zhuǎn)矩。所以異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n總是小于同步轉(zhuǎn)速n1，即與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)“異步地”轉(zhuǎn)動(dòng)，故稱為異步電動(dòng)機(jī)。轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的相對(duì)速度，即同步轉(zhuǎn)速n1與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n之差稱為轉(zhuǎn)差n，轉(zhuǎn)差即為轉(zhuǎn)子切割旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的速度。n與n1之比稱為轉(zhuǎn)差率，用s表示，即：（2-6） 異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速隨負(fù)載的變化而變化，轉(zhuǎn)差率s也就隨負(fù)載的變化而變化。但正常工作時(shí)，轉(zhuǎn)差率變化不大，空載時(shí)s約在0.5%以下；額定負(fù)載時(shí)絕大部分電動(dòng)機(jī)s約在1.5%6%范圍內(nèi)第4頁本次課要點(diǎn)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)是怎樣產(chǎn)生的課外作業(yè)D1 1. 直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁方式有那些？2. 同