電機(jī)與控制電子教案4三相異步電動(dòng)機(jī)

1、【課題】第四章三相異步電動(dòng)機(jī)新授課【教學(xué)目標(biāo)】1知識(shí)目標(biāo)：了解日用電器中使用的其他類型電動(dòng)機(jī)（三相異步電動(dòng)機(jī)、單相同步電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)）的基本結(jié)構(gòu)、原理和應(yīng)用。2能力目標(biāo)：能夠?qū)θ粘Ｊ褂秒娖髦械碾妱?dòng)機(jī)的類別進(jìn)行判別，并能夠了解他們的工作原理，為故障維修打下理論基礎(chǔ)。3情感目標(biāo)：激發(fā)學(xué)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，鍛煉實(shí)際分析能力，培養(yǎng)動(dòng)手能力?！窘虒W(xué)重點(diǎn)】日常使用電器中的電動(dòng)機(jī)的類別判別?！窘虒W(xué)難點(diǎn)】三相異步電動(dòng)機(jī)、同步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理。【教學(xué)方法】讀書指導(dǎo)法、分析法、演示法、練習(xí)法?！菊n時(shí)安排】2課時(shí)（90分鐘）。【教學(xué)過(guò)程】導(dǎo)入（3分鐘） 提問(wèn)： 以前介紹過(guò)的幾種電動(dòng)機(jī)

2、的結(jié)構(gòu)及其工作原理。新課 第一節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理一、三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)定子：繞組為三相繞組，空間分布上完全對(duì)稱?？尚切位蚪切温?lián)結(jié)。轉(zhuǎn)子：籠型或繞線型兩種。二、三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理三相對(duì)稱交流電流流入對(duì)稱的三相定子繞組，在定子繞組的空間可產(chǎn)生一個(gè)圓形的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子導(dǎo)體之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流在磁場(chǎng)中受到電磁力的作用，從而順著旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向旋轉(zhuǎn)起來(lái)。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生可以用下圖說(shuō)明。思考：為什么對(duì)稱的三相定子繞組通過(guò)以對(duì)稱的三相交流電流，能夠產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)？旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向分別由什么決定？分析解答：因?yàn)槿嘟涣麟娫谙辔簧匣ゲ?20，而且是對(duì)稱的

3、，所以能產(chǎn)生一個(gè)圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，使電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行更加平穩(wěn)，起動(dòng)和過(guò)載能力、效率和功率因數(shù)都強(qiáng)于單相異步電動(dòng)機(jī)。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速與電源頻率成正比，與磁極對(duì)數(shù)成反比。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向由電源的相序決定。三、三相異步電動(dòng)機(jī)的的單向運(yùn)行三相異步電動(dòng)機(jī)的單相運(yùn)行是指三相電動(dòng)機(jī)在只有單相電源的場(chǎng)合，通過(guò)改變繞組的接法，作為一臺(tái)單相電動(dòng)機(jī)，也能運(yùn)行。繞組接線如圖所示，圖（a）中，繞組“2”和“3”組成單相電動(dòng)機(jī)的主繞組，“1”作為輔助繞組與外加電容器C串聯(lián)；圖（b）中，繞組“1”為單相電動(dòng)機(jī)的主繞組，“3”和電容C串聯(lián)組成輔助繞組電路，繞組“2”對(duì)輔助繞組電流的大小和相位有影響。三相電動(dòng)機(jī)在單相運(yùn)行時(shí)，輔助繞組只串一

4、個(gè)電容器，是不能獲得圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的，一般還需再串聯(lián)一個(gè)電阻。若把一臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)改接成單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)式電動(dòng)機(jī)，其有效功率只有原來(lái)額定功率的65% 75%。缺相運(yùn)行狀態(tài)：三相異步電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，突遭一相電源斷路，也就變成了一臺(tái)單相電動(dòng)機(jī)，在脈振磁場(chǎng)下繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。該狀態(tài)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)繞組被燒壞。第二節(jié)三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性一、三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性 三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線，如圖，A、B、C、D點(diǎn)分別為電動(dòng)機(jī)的同步點(diǎn)、額定運(yùn)行點(diǎn)、臨界點(diǎn)和起動(dòng)點(diǎn)。由圖可見電動(dòng)機(jī)在D點(diǎn)起動(dòng)后，隨著轉(zhuǎn)速的上升轉(zhuǎn)矩隨之上升，在達(dá)到轉(zhuǎn)矩的最大值后（C點(diǎn)），進(jìn)入AC段的工作區(qū)域。 二、三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行性能三相異步電動(dòng)

5、機(jī)的運(yùn)行性能：1曲線的AC段：近似于線性，隨著異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩增加而轉(zhuǎn)速略有下降，從同步點(diǎn)A（n = n0，s = 0，T = 0）到滿載的B點(diǎn)（額定運(yùn)行點(diǎn)），轉(zhuǎn)速僅下降2 6 %，可見三相異步電動(dòng)機(jī)在AC段的工作區(qū)域有較“硬”的機(jī)械特性。2額定運(yùn)行狀態(tài)：在B點(diǎn)，電動(dòng)機(jī)工作在額定運(yùn)行狀態(tài)，在額定電壓、額定電流下產(chǎn)生額定的電磁轉(zhuǎn)矩，以拖動(dòng)額定的負(fù)載，此時(shí)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)差率均為額定值（額定值均用下標(biāo)“N”表示）。電動(dòng)機(jī)工作時(shí)應(yīng)盡量接近額定狀態(tài)運(yùn)行，以使電動(dòng)機(jī)有較高的效率和功率因數(shù)。3臨界狀態(tài)：C點(diǎn)被稱為“臨界點(diǎn)”，在該點(diǎn)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)達(dá)矩為最大轉(zhuǎn)矩Tm ，它是電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的臨界轉(zhuǎn)矩，因?yàn)橐坏┴?fù)載轉(zhuǎn)矩大于T

6、m ，電動(dòng)機(jī)因無(wú)法拖動(dòng)而使轉(zhuǎn)速下降，工作點(diǎn)進(jìn)入曲線的CD段，在CD段隨著轉(zhuǎn)速的下降轉(zhuǎn)矩繼續(xù)減小，使轉(zhuǎn)速很快下降至零，電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)。C點(diǎn)為曲線AC段與CD段交界點(diǎn)，所以稱為“臨界點(diǎn)”，該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)差率均為臨界值。電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的最大轉(zhuǎn)矩Tm與額定轉(zhuǎn)矩TN之比稱為電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力，即一般三相異步電動(dòng)機(jī)的在1.8 2.2之間，這表明在短時(shí)間內(nèi)電動(dòng)機(jī)軸上帶動(dòng)的負(fù)載只要不超過(guò)1.8 2.2 TN ，電動(dòng)機(jī)仍能繼續(xù)運(yùn)行，因此一定的表明電動(dòng)機(jī)所具有的過(guò)載能力的大小。4起動(dòng)狀態(tài)：D點(diǎn)稱為“起動(dòng)點(diǎn)“。在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)瞬間，n = 0，s = 1，電動(dòng)機(jī)軸上產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩稱為起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst（又稱為“堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩”）。Tst必須

7、大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電動(dòng)機(jī)才能起動(dòng)，否則電動(dòng)機(jī)將無(wú)法起動(dòng)。電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst與額定轉(zhuǎn)矩TN之比稱為電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)能力，即一般三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)能力在1 2之間。第三節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)、起動(dòng)和調(diào)速一、三相異步電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)三相異步電動(dòng)機(jī)采用改變?nèi)嚯娫聪嘈虻姆椒▉?lái)改變旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)向, 從而改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向。方法是: 將三根電源線的任意兩根對(duì)調(diào), 就可以改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向，如圖所示。思考：為什么對(duì)調(diào)任意兩個(gè)電源線，即可改變?nèi)嚯娫吹南嘈颍繌亩淖冃D(zhuǎn)磁場(chǎng)以及電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向？二、三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)起動(dòng)要求起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst要大，以減小起動(dòng)時(shí)間；起動(dòng)電流Ist要小，以免導(dǎo)致電網(wǎng)電壓下降，影響其它同一

8、電網(wǎng)的設(shè)備正常運(yùn)行和自身使用壽命。另外，起動(dòng)方法和設(shè)備要求簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、易操作。視與電源容量的相對(duì)大小，三相異步電動(dòng)機(jī)可直接起動(dòng)或降壓起動(dòng)。（一）直接起動(dòng)電動(dòng)機(jī)在額定電壓、額定頻率下進(jìn)行的，起動(dòng)電流大、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大，且簡(jiǎn)單、方便，因此一般都作為首選采用。（二）降壓起動(dòng)一般20 kW以上較大容量的三相異步電動(dòng)機(jī)，須采用以下各種降壓起動(dòng)的方法來(lái)限制起動(dòng)電流，但應(yīng)注意在降壓起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩會(huì)因電壓下降而會(huì)下降得更多。常用的降壓起動(dòng)方法有：1定子串電阻或電抗的降壓起動(dòng)在定子繞組上串聯(lián)電阻或電抗2星三角降壓起動(dòng)正常運(yùn)行時(shí)定子繞組為三角形聯(lián)結(jié)的三相電動(dòng)機(jī)才能使用這種方法起動(dòng)，如圖所示。 3自耦變壓器降壓起動(dòng)

9、自耦變壓器接在電源和電動(dòng)機(jī)之間，給電動(dòng)機(jī)輸出一個(gè)可調(diào)電壓，進(jìn)行降壓、降電流起動(dòng)。以上幾種起動(dòng)方法適用于三相籠型電動(dòng)機(jī)和繞線式電動(dòng)機(jī)。三、三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速三種方法：變極調(diào)速、改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速、變頻調(diào)速。（1）變極調(diào)速：改變磁極對(duì)數(shù)p，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速只能成倍的改變。（2）改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速：轉(zhuǎn)差率與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)，對(duì)于繞線型電動(dòng)機(jī)可在轉(zhuǎn)子電路中串聯(lián)電阻改變轉(zhuǎn)差率，達(dá)到調(diào)速的目的。這種方法不適用于籠型電動(dòng)機(jī)。（3）變頻調(diào)速：改變交流電源的頻率調(diào)速。板書：第一節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理一、三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)二、三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理三、三相異步電動(dòng)機(jī)的的單向運(yùn)行第二節(jié)三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性一、三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性二、三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行性能第三節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)、起動(dòng)和調(diào)速一、三相異步電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)二、三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)三、三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速本章小結(jié)1三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)定子：繞組為三相繞組，空間分布上完全對(duì)稱?？尚切位蚪切温?lián)結(jié)。轉(zhuǎn)子：籠型或繞線型兩