航空傳感器與控制元件：第11章 交流異步電動機(jī)

1、2022/8/6第11章 交流異步電動機(jī)2第十一章 交流異步電動機(jī)11.1 三相異步電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)11.2 三相異步電動機(jī)的工作原理 11.3 三相異步電動機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)11.4 單相異步電動機(jī)3 三相異步電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)三相異步電動機(jī)定子轉(zhuǎn)子 三相異步電動機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低廉、使用和維修方便、運(yùn)行可靠且效率高等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的各種機(jī)床、水泵、通風(fēng)機(jī)、鍛壓和鑄造機(jī)械、傳送帶、起重機(jī)及家用電器、實(shí)驗設(shè)備中。 11.1三相異步電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)4 異步電動機(jī)的定子指其固定不動部分，主要包括有：機(jī)座機(jī)座是電動機(jī)的支架，通常用鑄鐵或鑄鋼制成。定子鐵芯鐵芯硅鋼片 異步電動機(jī)的定子鐵

2、芯是由0.5mm厚的硅鋼片疊壓制成的。定子鐵芯內(nèi)圓沖有分布的槽。定子鐵芯構(gòu)成異步電動機(jī)磁路的一部分。定子繞組定子繞組是由漆包線繞制而成，嵌入到定子鐵芯槽中。構(gòu)成電機(jī)電路的一部分。11.1三相異步電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)5一般用45號鋼制成，用來傳遞電磁轉(zhuǎn)矩。 異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子指其旋轉(zhuǎn)部分，主要部件包括：轉(zhuǎn)子鐵芯也是由0.5mm厚的硅鋼片疊壓制成。在其內(nèi)圓沖有均勻分布的槽，用來嵌放轉(zhuǎn)子繞組。轉(zhuǎn)子鐵芯構(gòu)成電動機(jī)磁路的又一部分。轉(zhuǎn)子鐵芯鐵芯硅鋼片轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)子繞組大部分是澆鑄鋁籠型，大功率也有銅條制成的籠型轉(zhuǎn)子導(dǎo)體。轉(zhuǎn)子繞組構(gòu)成電動機(jī)電路的另一部分。轉(zhuǎn)軸11.1三相異步電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)6 繞線式異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)

3、子結(jié)構(gòu)中，轉(zhuǎn)子鐵芯與鼠籠式相類似，但轉(zhuǎn)子繞組與定子繞組相同，也是采用漆包線繞制成對稱三相繞組，嵌放到轉(zhuǎn)子鐵芯中。繞線式轉(zhuǎn)子三相繞組必須連接成星形，三個向外的引出端子與固定在轉(zhuǎn)軸上的三個相互絕緣的銅環(huán)相接，如下圖所示： 由于繞線式異步電動機(jī)的能采用轉(zhuǎn)子繞組串電阻起動和調(diào)速，因此起動性能和調(diào)速性能均比鼠籠式異步機(jī)優(yōu)越。轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)子鐵芯固定在轉(zhuǎn)軸上的三個銅滑環(huán)。Y接三相轉(zhuǎn)子繞組分別與三個銅滑環(huán)相聯(lián)。變阻器電刷電刷與滑環(huán)緊壓，并通過輸電線與變阻器相聯(lián)。顯然，三相繞線式異步機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組是閉合的。11.1三相異步電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)7三相異步電動機(jī)是如何轉(zhuǎn)動起來的？ 設(shè)三相異步電動機(jī)模型的定子磁極是順時針轉(zhuǎn)動的。

4、固定不動的轉(zhuǎn)子繞組和旋轉(zhuǎn)的定子磁場相切割而感應(yīng)電動勢。 轉(zhuǎn)子繞組是閉合的，因此感應(yīng)電動勢在繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電流。感應(yīng)電流的方向與感應(yīng)電動勢的方向相同。 載流的轉(zhuǎn)子繞組處在磁場中，必定受到電磁力的作用。 兩個電磁力的大小相等、方向相反，因此對電動機(jī)轉(zhuǎn)軸形成了電磁轉(zhuǎn)矩。于是轉(zhuǎn)子就順著定子磁場的方向轉(zhuǎn)動起來。NS模型電機(jī)的定子磁極模型電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組eei2FFn0電機(jī)轉(zhuǎn)動的關(guān)鍵是：旋轉(zhuǎn)的定子磁場！n用右手定則判斷用左手定則判斷11.2三相異步電動機(jī)的工作原理8實(shí)際三相電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場是如何產(chǎn)生的呢？ 在電動機(jī)的對稱三相定子繞組中通入對稱三相交流電；AXBYCZt0it =0時電流和磁場情況A、C兩相電

5、流t=0時為正，因此首端流入、尾端流出。B相電流t=0時為負(fù)，尾端流入、首端流出。 電流入 電流出NSn0相鄰線圈電流流向一致，在氣隙中生成合成磁場，方向為：11.2三相異步電動機(jī)的工作原理9t0it =120AXBYCZt =120時電流和磁場情況NSn0 顯然，電流隨時間變化120電角，電動機(jī)的氣隙磁場在空間的位置也隨之旋轉(zhuǎn)了120。 觀察電流波形圖及電機(jī)示意圖可看出，合成磁場的轉(zhuǎn)向取決于三相電流的順序，ABC正序時氣隙磁場順時針旋轉(zhuǎn)。11.2三相異步電動機(jī)的工作原理10t0it =240AXBYCZt =240時電流和磁場情況NSn0 電流隨時間繼續(xù)變化，經(jīng)歷了120電角的同時，電動機(jī)的

6、氣隙磁場在空間的位置也順時針旋轉(zhuǎn)了120。11.2三相異步電動機(jī)的工作原理11t0it =360AXBYCZt =360時電流和磁場情況NSn0 電流隨時間變化一周，電動機(jī)的氣隙磁場在空間的位置也順時針旋轉(zhuǎn)了360。 可見，工程實(shí)際中，三相異步電動機(jī)定子和轉(zhuǎn)子之間的氣隙旋轉(zhuǎn)磁場代替了模型電機(jī)定子的轉(zhuǎn)動磁極。歸納：只要三相異步機(jī)的對稱三相定子繞組中通入對稱三相交流電，就會在定子和轉(zhuǎn)子之間的氣隙中產(chǎn)生一個隨時間空間位置不斷變化的旋轉(zhuǎn)磁場。11.2三相異步電動機(jī)的工作原理12AXBYCZn0 在電動機(jī)對稱三相定子繞組中通入對稱三相交流電流產(chǎn)生氣隙旋轉(zhuǎn)磁場NS轉(zhuǎn)子導(dǎo)體與磁場相切割感應(yīng)電動勢，由于閉合生

7、成感應(yīng)電流載流導(dǎo)體受電磁力的作用形成力偶力偶對電機(jī)轉(zhuǎn)軸形成電磁轉(zhuǎn)矩從而使固定不動的轉(zhuǎn)子順著旋轉(zhuǎn)磁場的方向轉(zhuǎn)動起來。FF 若要改變電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向，只需任調(diào)通入定子繞組中兩相電流的相序即可。11.2三相異步電動機(jī)的工作原理13三相電動機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速與哪些因素有關(guān)？AXBYCZ 設(shè)電動機(jī)各相定子繞組只有一個線圈，各相首尾相接順串后分別構(gòu)成三相定子繞組時，其磁極對數(shù)： SN11.2三相異步電動機(jī)的工作原理1411.2三相異步電動機(jī)的工作原理若每相定子繞組由兩個線圈串聯(lián)組成，首接首、尾接尾連接后分別構(gòu)成三相定子繞組時，其磁極對數(shù)： 顯然，頻率不變時，電動機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速取決于電動機(jī)的極對數(shù)p。AAB

8、YCZXXBYCZ15四極旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速的分析AABYCZXXBYCZ 相鄰線圈電流的流向一致，其合成磁場的分布情況為：t0it =0時t =120時AABYCZXXBYCZ 電流變化120，旋轉(zhuǎn)磁場在空間的位置僅轉(zhuǎn)過了60；當(dāng)電流變化360時，四極電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場才能旋轉(zhuǎn)180。顯然，四極旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速是二極電機(jī)的1/2。11.2三相異步電動機(jī)的工作原理16 依此類推，可得電動機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速與極對數(shù)之間的關(guān)系為： 電動機(jī)通常工作在50Hz的工頻情況下，因此： 即：異步電動機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速與電源頻率成正比，與電機(jī)的極對數(shù)(出廠時就已經(jīng)確定)成反比。顯然，改變電機(jī)的極對數(shù)，可以得到不同的轉(zhuǎn)速。1

9、1.2三相異步電動機(jī)的工作原理17有關(guān)轉(zhuǎn)差率的討論 電動機(jī)的轉(zhuǎn)差速度與磁場轉(zhuǎn)速之比稱為轉(zhuǎn)差率，用s表示： 顯然，電動機(jī)的轉(zhuǎn)差率隨著電動機(jī)轉(zhuǎn)速的升高而減小。 (1) 電動機(jī)起動瞬間，電動機(jī)轉(zhuǎn)速n=0，轉(zhuǎn)差率s =1； (2) 電動機(jī)轉(zhuǎn)速最高時，轉(zhuǎn)速nn0，轉(zhuǎn)差率s 0； (3) 電動機(jī)運(yùn)行過程中，轉(zhuǎn)速0nn0，轉(zhuǎn)差率0s1；問題與討論 電動機(jī)的轉(zhuǎn)速n能等于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n1嗎？分析如果二者相等，則轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場之間產(chǎn)生感應(yīng)電流成為載流導(dǎo)體不是載流導(dǎo)體就無法在磁場中nn1，異步！就沒有了相對切割轉(zhuǎn)子不切割磁場就不能受力不受力電動機(jī)就永遠(yuǎn)轉(zhuǎn)運(yùn)不起來。11.2三相異步電動機(jī)的工作原理18例解有一臺三相

10、異步電動機(jī)，其額定轉(zhuǎn)速為975r/min。試求工頻情況下電動機(jī)的磁極對數(shù)和電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)差率。由于電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)速接近于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速，所以即該電動機(jī)的極對數(shù)p=3，同步轉(zhuǎn)速n0=1000r/min。額定轉(zhuǎn)差率為：11.2三相異步電動機(jī)的工作原理19三相異步電動機(jī)型號 Y132M-4 功率 7.5KW 頻率 50Hz電壓 380V 電流 15.4A 接法 轉(zhuǎn)速 1440r/min 絕緣等級 B 工作方式 連續(xù)標(biāo)準(zhǔn)編號 工作制 S1 B級絕緣 年 月 編號 電機(jī)廠 Y表示異步機(jī)，132(mm)表示機(jī)座中心高；M代表中機(jī)座(L長機(jī)座、S短機(jī)座)，-4代表4極電機(jī)。額定功率指的是電動機(jī)輸出的機(jī)械功率

11、。額定電壓、電流均指電動機(jī)額定運(yùn)行情況下的定子線電壓、線電流的數(shù)值。額定轉(zhuǎn)速指的是電動機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n 。 三相異步電動機(jī)的定子繞組有兩種接法：Y形和形 。 三相定子繞組由機(jī)殼外面的接線盒引出，如圖示：Y形接線形接線11.3三相異步電動機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)20 實(shí)驗室、家庭及辦公場所通常是單相供電，因此實(shí)驗室的很多儀器、各種電動小型工具、家用洗衣機(jī)、電冰箱、電風(fēng)扇等，都采用單相異步電動機(jī)。單相異步機(jī)采用鼠籠式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，一般容量多在0.75KW以下。電容運(yùn)轉(zhuǎn)單相機(jī)洗衣機(jī)電動機(jī)電風(fēng)扇電動機(jī)制冷壓縮機(jī)單相異步電動機(jī)產(chǎn)品圖 三相異步電動機(jī)只所以能夠轉(zhuǎn)動，是因為它的定子繞組通入對稱三相交流電后產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場。那么

12、，單相異步電動機(jī)通入單相交流電后，產(chǎn)生的是一個什么樣的磁場呢？11.4單相異步電動機(jī)21單相異步電動機(jī)的定子磁場單相機(jī)定子單相機(jī)轉(zhuǎn)子t0i在定子繞組中通入單相交流電電流正半周，線圈導(dǎo)體中通過的電流始終為正值，如圖示： 相鄰導(dǎo)體中電流方向相同，電流的合成磁場方向一致。 合成磁場隨時間大小不斷變化，但磁場軸線的位置始終不變。NS電流的負(fù)半周，線圈導(dǎo)體中通過的電流方向始終為負(fù)，如圖：SN 相鄰導(dǎo)體中電流方向相同，電流的合成磁場方向一致。 合成磁場隨時間大小不斷變化，但磁場軸線的位置始終不變。顯然，單相異步電動機(jī)的定子磁場是一個大小和方向隨時間不斷變化、但磁場軸線位置始終不變的脈動磁場。11.4單相異步電動機(jī)22如何使單相異步電動機(jī)旋轉(zhuǎn)起來呢？電容分相法可讓單相異步機(jī)轉(zhuǎn)動 電容分相式異步電動機(jī)的定子有兩