中職電機(jī)與控制第四章教學(xué)課件

1、正版可修改PPT課件(中職）電機(jī)與控制第四章教學(xué)課件第四章 三相異步電動(dòng)機(jī)第一節(jié) 三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理第二節(jié) 三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性第三節(jié) 三相異步電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)、啟動(dòng)和調(diào)速返回第四章 三相異步電動(dòng)機(jī)本章概述旋轉(zhuǎn)電機(jī)可分為直流電機(jī)與交流電機(jī)兩大類，交流電機(jī)又有同步電機(jī)與異步電機(jī)之分，異步電機(jī)包括異步發(fā)電機(jī)與異步電動(dòng)機(jī)。異步電動(dòng)機(jī)又分為三相異步電動(dòng)機(jī)和單相異步電動(dòng)機(jī)。其中三相異步電動(dòng)機(jī)以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、價(jià)格便宜、運(yùn)行可靠，成為應(yīng)用最廣、需求量最大的電動(dòng)機(jī)。三相異步電動(dòng)機(jī)按結(jié)構(gòu)可分為三相籠型異步電動(dòng)機(jī)和三相繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)。本章主要敘述三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理及其空載與負(fù)載

2、運(yùn)行，重點(diǎn)分析三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性和電力拖動(dòng)的基本知識(shí)，另外對(duì)單相異步電動(dòng)機(jī)也作一介紹。下一頁返回第四章 三相異步電動(dòng)機(jī)教學(xué)目標(biāo)1.掌握三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作的原理;2.了解三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性;3.了解三相異步電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)、啟動(dòng)和調(diào)速上一頁返回第一節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理一、三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)三相異步電動(dòng)機(jī)由兩個(gè)基本部分組成，一是固定不動(dòng)的部分，稱為定子;一是旋轉(zhuǎn)部分，稱為轉(zhuǎn)子。圖4-1為一臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)的外形和結(jié)構(gòu)圖。1.定子定子由機(jī)座、定子鐵芯、定子繞組和端蓋等組成。機(jī)座通常用鑄鐵制成，機(jī)座內(nèi)裝有由0. 5 mm厚的硅鋼片疊制而成的定子鐵芯。鐵芯內(nèi)圓周上有分布的定

3、子槽，槽內(nèi)嵌放三相定子繞組，定子繞組與鐵芯間有良好的絕緣。定子繞組是定子的電路部分，對(duì)于中小型電動(dòng)機(jī)一般采用漆包線繞制而成，共3組，分布在定子鐵芯槽內(nèi)。3個(gè)繞組在定子內(nèi)整個(gè)圓周空間彼此相隔120“放置，構(gòu)成對(duì)稱的三相繞組。下一頁返回第一節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理三相繞組共有6個(gè)出線端，引出后接在置于電動(dòng)機(jī)外殼上的接線盒中，3個(gè)繞組的首端分別用U1、V1、W1表示，其對(duì)應(yīng)的末端分別用U2、V2、W2表示。通過接線盒上6個(gè)端頭的不同聯(lián)結(jié)，可將三相定子繞組聯(lián)結(jié)成星形或三角形，如圖4-2所示。 2.轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵芯、轉(zhuǎn)子繞組、轉(zhuǎn)軸、風(fēng)扇等部分組成。轉(zhuǎn)子鐵芯為圓柱形，通常由定子鐵芯沖片沖下來的內(nèi)

4、圓硅鋼片疊壓而成，并在其外圓周上沖成均勻分布的槽后壓裝在轉(zhuǎn)軸上。轉(zhuǎn)子鐵芯與定子鐵芯之間有很小的空氣隙，與定、轉(zhuǎn)子鐵芯一起共同組成電動(dòng)機(jī)的磁路。轉(zhuǎn)子鐵芯外圓周上均勻分布的槽是用來安放轉(zhuǎn)子繞組的。上一頁下一頁返回第一節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理轉(zhuǎn)子繞組有籠型和繞線型兩種結(jié)構(gòu)?；\型轉(zhuǎn)子繞組是由嵌在轉(zhuǎn)子鐵芯槽內(nèi)的銅條或鋁條以及與其兩端短接的端環(huán)組成，外形像一個(gè)鼠籠，故稱籠型轉(zhuǎn)子。目前中小型異步電動(dòng)機(jī)大都在轉(zhuǎn)子鐵芯槽中澆注鋁液，鑄成籠型繞組，并在端環(huán)上鑄出許多葉片，作為冷卻用的風(fēng)扇。繞線型轉(zhuǎn)子繞組與定子繞組相似，在轉(zhuǎn)子鐵芯槽中嵌放對(duì)稱的三相繞組，做星形聯(lián)結(jié)。將3個(gè)繞組的尾端聯(lián)結(jié)在一起，3個(gè)首端分別接

5、到裝在轉(zhuǎn)軸上的3個(gè)銅制圓環(huán)上，并通過電刷與外電路的可變電阻相連，供啟動(dòng)和調(diào)速用。繞線轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格較高，一般只用于對(duì)啟動(dòng)和調(diào)速要求較高的場(chǎng)合，如起重機(jī)等設(shè)備上。上一頁下一頁返回第一節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理3.三相異步電動(dòng)機(jī)分類及用途三相異步電動(dòng)機(jī)按防護(hù)形式分為開啟式、防護(hù)式、封閉式及特殊防護(hù)式等。(1)開啟式電動(dòng)機(jī)除必要的支撐結(jié)構(gòu)外，轉(zhuǎn)動(dòng)部分及繞組沒有專門的防護(hù)而與外界空氣直接接觸。因此，散熱性好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適用于干燥、無塵埃、無有害氣體的場(chǎng)合。(2)防護(hù)式電動(dòng)機(jī)機(jī)殼或端蓋設(shè)有通風(fēng)罩，可以防止水滴、塵土、鐵屑和其他物體從上方或斜上方落入電動(dòng)機(jī)內(nèi)部。適用于比較清潔、干燥的場(chǎng)合，

6、但不能用于有腐蝕性和有爆炸性氣體的場(chǎng)合。上一頁下一頁返回第一節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理(3)封閉式電動(dòng)機(jī)外殼完全封閉，可防止水滴、塵土、鐵屑或其他物體從任何方向侵入電動(dòng)機(jī)內(nèi)部。適用于灰塵、潮濕、水土飛濺的場(chǎng)合。此種電動(dòng)機(jī)內(nèi)外空氣不能對(duì)流，只靠本身風(fēng)扇冷卻，但由于運(yùn)行中安全性好，獲得廣泛應(yīng)用。特殊防護(hù)式電動(dòng)機(jī)有隔爆型、防腐型、防水型等，適用于相應(yīng)環(huán)境下工作。 二、三相異步電動(dòng)機(jī)工作原理三相異步電動(dòng)機(jī)是利用定子繞組中三相交流電所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子繞組內(nèi)的感應(yīng)電流相互作用而旋轉(zhuǎn)的。上一頁下一頁返回第一節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理(1)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生 圖4-3為一個(gè)最簡(jiǎn)單的三相異步電動(dòng)機(jī)定

7、子繞組布置圖與結(jié)構(gòu)示意圖。每相繞組由一個(gè)線圈組成，這3個(gè)相同的繞組U1U2、 V1V2、 W1 W2在定子鐵芯的槽內(nèi)按空間相隔120放置，并將其末端U2、 V2、 W2連成一點(diǎn)，作星形聯(lián)結(jié)。當(dāng)定子繞組的三個(gè)首端U1、V1、W1分別與三相對(duì)稱交流電源L1、L2、L3接通時(shí)，在定子繞組中便有對(duì)稱的三相交流電流iu、iv、iw流過。若電源電壓的相序L1 L2 L3，電流參考方向或規(guī)定正方向如圖4-3所示，即從U1、V1、W1流入，從末端U2、V2、 W2流出，則三相電流iu、iv、iw波形如圖4-4所示，它們?cè)谙辔簧匣ゲ?200。上一頁下一頁返回第一節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理1.三相交流電的旋

8、轉(zhuǎn)磁場(chǎng)下面分析三相交流電流在鐵芯內(nèi)部空間產(chǎn)生的合成磁場(chǎng)。在t=0時(shí)刻， iu為零，U1U2繞組此時(shí)無電流; iv為負(fù)，電流的真實(shí)方向與參考方向相反，即從末端V2流入，從首端V1流出;iVW為正，電流真實(shí)方向與參考方向一致，即從首端W1流入，從末端W2流出，如圖4-4(a)所示。將每相電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)相疊加，便得出三相電流共同產(chǎn)生的合成磁場(chǎng)，這個(gè)合成磁場(chǎng)此刻在轉(zhuǎn)子鐵芯內(nèi)部空間的方向是自上而下，相當(dāng)于一個(gè)N極在上、S極在下的兩極磁場(chǎng)。用同樣的方法可畫出2/3 、4/3 、2 時(shí)各相電流的流向及合成磁場(chǎng)的磁力線方向，如圖4-4(b)、(c)、(d)所示，而t =2二時(shí)的電流流向與t =0時(shí)的完全一樣。

9、上一頁下一頁返回第一節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理進(jìn)一步分析可以發(fā)現(xiàn)，各瞬間合成磁場(chǎng)的磁通大小和分布情況均相同，僅方向不同，且向一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)。當(dāng)正弦交流電變化一周時(shí)，合成磁場(chǎng)在空間正好旋轉(zhuǎn)了一周。由上面分析可知，在定子鐵芯中空間互差120的3個(gè)線圈分別通入相位互差120的三相交流電時(shí)，三相電流所產(chǎn)生的合成磁場(chǎng)是一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。而旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的極對(duì)數(shù)，由定子繞組在定子鐵芯中的布置決定。上述電動(dòng)機(jī)三相定子繞組共有3個(gè)線圈，分別置于定子鐵芯的6個(gè)槽中。當(dāng)通入三相對(duì)稱電流時(shí)，產(chǎn)生的磁場(chǎng)相當(dāng)于一對(duì)N,S磁極的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。上一頁下一頁返回第一節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理若每繞組由兩個(gè)線圈串聯(lián)組成，這樣定子鐵

10、芯槽數(shù)應(yīng)為12個(gè)，每個(gè)線圈在空間相隔600，如圖4-5所示。U相由U1U2與U1U2串聯(lián)，V相由V1 V2與V1V2串聯(lián)，W相由W1W2與W1W2串聯(lián)組成，且同一相中兩個(gè)線圈的始端如U1與U1 端在空間上相隔1800，而相鄰兩相繞組的始端如U1與V1,V1與W1在空間只相隔600，當(dāng)通入三相對(duì)稱交流電流時(shí)，可產(chǎn)生具有兩對(duì)磁極的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，如圖4-6所示。當(dāng)t=0時(shí)，iu為零，U相繞組無電流， iv為負(fù)值， iw為正值，V相與W相電流流向及合成磁場(chǎng)如圖4-6(a)所示。依次分析及2時(shí)， iu、 iv、 iw的流向及合成磁場(chǎng)情況如圖4-6(b),(c),(d)所示。由此可見，當(dāng)正弦交流電變化一周時(shí)，

11、合成磁場(chǎng)在空間只旋轉(zhuǎn)了1800，由此可見，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的極對(duì)數(shù)越多，其轉(zhuǎn)速越低。上一頁下一頁返回第一節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理由上述分析，得出三相旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)產(chǎn)生的條件:三相繞組必須對(duì)稱，且在定子鐵芯上按空間互差1200電角度分布。通入三相對(duì)稱繞組的電流也必須對(duì)稱，即大小、頻率相同，相位互差1200電角度。為達(dá)到三相繞組對(duì)稱，三相繞組在定子鐵芯上的分布應(yīng)遵循如下原則:各相繞組在每個(gè)磁極下應(yīng)均勻分布，以達(dá)到磁場(chǎng)對(duì)稱的目的。為此，先將定子槽數(shù)按極數(shù)均勻分配，稱為分極，每極為1800電角度。每極下又分為三相，稱為分相，即分為3個(gè)相帶，每個(gè)相帶600電角度，相帶也叫極相組。三相繞組在每極下按相帶順序U1

12、 W2 V1 U2 W1 V2均勻分布。上一頁下一頁返回第一節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理各相繞組的引出線應(yīng)彼此相隔1200電角度。圖4 -6中每個(gè)相部相帶的電流參考方向相反。同相繞組中相帶線圈之間應(yīng)順著電流參考方向連接。同一相繞組的各有效邊在同性磁極下，電流參考方向應(yīng)相同;而在異性磁極下電流參考方向應(yīng)相反。各相繞組的電源引出線應(yīng)彼此相隔1200電角度。按上述原則，畫出了三相4極電動(dòng)機(jī)定子繞組圓形接線圖如圖4-7所示。此圖是在三相異步電動(dòng)機(jī)實(shí)際接線時(shí)，為能清楚看出各線圈組之間的連接關(guān)系而采用的一種簡(jiǎn)化圓形接線參考圖。上一頁下一頁返回第一節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理畫此圖時(shí)，不管每極每相組

13、內(nèi)有幾個(gè)線圈，每一個(gè)極相組都用一根短圓弧線來表示，其內(nèi)側(cè)帶箭頭的線段表示該極相組電流參考方向。接線圖具體繪制步驟如下:將定子圓周按極相組數(shù)均勻分成2pm圓弧段(其中P為極對(duì)數(shù)，m為相數(shù))，每段圓弧表示一個(gè)極相組。順次給每個(gè)極相組編號(hào)，并根據(jù)600相鄰原則標(biāo)出相序。在極相組圓弧線內(nèi)側(cè)標(biāo)電流參考方向，按相鄰極相組的電流方向相反來標(biāo)示。確定各相引出線的位置，要求三相互差1200電角度。將各相按電流方向串聯(lián)起來，得到三相繞組的尾端。上一頁下一頁返回第一節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速如上所述，當(dāng)電流變化一周時(shí)，一對(duì)磁極的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在空間正好轉(zhuǎn)過一周。對(duì)50Hz的工頻交流電來說，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)每秒

14、鐘將在空間旋轉(zhuǎn)50周，其轉(zhuǎn)速n1=60f1=60 x 50r/min=3000 r/min。若旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)有兩對(duì)磁極，則電流變化一周，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)只轉(zhuǎn)過0. 5周，比極對(duì)數(shù)P=1情況下的轉(zhuǎn)速慢了一半，即n1=60f1/2=1500r/min。同理，在3對(duì)磁極的情況下，電流變化一周，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)僅旋轉(zhuǎn)了1/3周，其轉(zhuǎn)速n1=60f1/3=1000r/min。以此類推，當(dāng)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)具有P對(duì)磁極時(shí)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速為上一頁下一頁返回第一節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理式中 n1旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速(r/min);f1交流電源頻率(Hz );P電動(dòng)機(jī)定子極對(duì)數(shù)。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n1又稱為同步轉(zhuǎn)速。由上式可知，它決定于電源頻率f1

15、和旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的極對(duì)數(shù)P。當(dāng)電源頻率f1 = 50Hz時(shí)，三相異步電動(dòng)機(jī)同步轉(zhuǎn)速n1與磁極對(duì)數(shù)P的關(guān)系如表4-1所示。(3)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在空間的旋轉(zhuǎn)方向是由三相電流的相序決定，在磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)過程中，磁極N從與電源L1連接的U1出發(fā)，先經(jīng)過與電源L2連接的V1，然后經(jīng)過與電源L3連接的W1，最后回到U1，與通過三相定子繞組電流的相序L1 L2 L3一致。上一頁下一頁返回第一節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理若把定子繞組與交流電源連接的3根導(dǎo)線中的任意兩根對(duì)調(diào)位置，如把繞組V接電源L3，把繞組W1接電源L2，即流過繞組U1U2的電流仍為iu，而流過V1V2的電流變?yōu)閕w，流過W1W2的電流變?yōu)?/p>

16、iv，再按上述分析可得出旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)將按逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，即磁極N從U1經(jīng)W1，再經(jīng)V1回到U1，仍與通過三相定子繞組中電流的相序L1 L2 L3一致。 2.轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)(1)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的原理如圖4-8所示，當(dāng)定子繞組接通三相電源后，繞組中將流過三相交流電流，圖中示出某一瞬間定子電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)。上一頁下一頁返回第一節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理它以同步轉(zhuǎn)速n1按順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，于是靜止的轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)間就有了相對(duì)運(yùn)動(dòng)，相當(dāng)于磁場(chǎng)靜止而轉(zhuǎn)子導(dǎo)體接逆時(shí)針方向切割磁場(chǎng)，這樣在轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中就會(huì)有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生，其方向可用右手定則確定，轉(zhuǎn)子上半部導(dǎo)體的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向是向外的，下半部導(dǎo)體的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向是進(jìn)入里面的

17、。由于轉(zhuǎn)子導(dǎo)體通過端環(huán)連接構(gòu)成閉合回路，所以在感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)作用下產(chǎn)生轉(zhuǎn)子電流I2，其方向與轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向一致。流有轉(zhuǎn)子電流I2的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體因處在磁場(chǎng)中，又與磁場(chǎng)相互作用，根據(jù)左手定則，便可確定轉(zhuǎn)子導(dǎo)體受電磁力F作用的方向如圖4-8所示。這些電磁力對(duì)轉(zhuǎn)軸形成電磁轉(zhuǎn)矩，其方向與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向一致，于是轉(zhuǎn)子就在電磁轉(zhuǎn)矩的作用下順著旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)方向轉(zhuǎn)動(dòng)起來。上一頁下一頁返回第一節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理(2)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n、轉(zhuǎn)差率:與轉(zhuǎn)動(dòng)方向由上面分析可知，異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向一致，但轉(zhuǎn)速n不可能達(dá)到旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n1。因?yàn)楫a(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩需要轉(zhuǎn)子中存在感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流，如果轉(zhuǎn)子

18、轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速相等，兩者之間就沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體將不切割磁力線，則轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、轉(zhuǎn)子電流及電磁轉(zhuǎn)矩都不存在，轉(zhuǎn)子也就不可能繼續(xù)以n1轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)。所以，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速n1之間必須有差別，且n n1 。這就是“異步”電動(dòng)機(jī)名稱的由來。另外，因?yàn)楫a(chǎn)生轉(zhuǎn)子電流的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是由電磁感應(yīng)產(chǎn)生的，所以異步電動(dòng)機(jī)也稱為“感應(yīng)”電動(dòng)機(jī)。上一頁下一頁返回第一節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理同步轉(zhuǎn)速n1與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n之差稱為轉(zhuǎn)速差，轉(zhuǎn)速差與同步轉(zhuǎn)速的比值稱為轉(zhuǎn)差率，用s表示，即轉(zhuǎn)差率是分析異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行情況的一個(gè)重要參數(shù)。如啟動(dòng)瞬間n=0,s=1，轉(zhuǎn)差率最大;空載時(shí)n接近n1 ，s 很小，在0.00

19、5以下;若n= n1時(shí)，則s=0，稱為理想空載狀態(tài)，這種狀態(tài)實(shí)際運(yùn)行中并不存在。異步電動(dòng)機(jī)工作時(shí)，轉(zhuǎn)差率在10之間變化，額定負(fù)載時(shí)，其額定轉(zhuǎn)差率SN=0. 010. 07 。由上分析還可知，異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向總是與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向一致。因此，只需把定子繞組與三相電源連接的三根導(dǎo)線對(duì)調(diào)其中任意兩根，就可以改變旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向，即實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向的改變。上一頁下一頁返回第一節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理三、三相異步電動(dòng)機(jī)的銘牌及主要系列1.三相異步電動(dòng)機(jī)的銘牌每一臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)機(jī)座上都嵌有一塊銘牌，上面標(biāo)注有電動(dòng)機(jī)的型號(hào)、額定值等，如表4-2所示。(1)型號(hào)異步電動(dòng)機(jī)的型號(hào)用漢語拼音的大寫字母和阿

20、拉伯?dāng)?shù)字的組合表示，用以說明電動(dòng)機(jī)的種類、規(guī)格和用途等。型號(hào)意義:上一頁下一頁返回第一節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理中心越高，電動(dòng)機(jī)容量越大，一般中心高80315mm為小型電機(jī);315630mm為中型電動(dòng)機(jī);630mm以上為大型電動(dòng)機(jī)。在同一中心高下，機(jī)座即鐵芯越長，則容量越大。(2)額定值額定值規(guī)定了電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行狀態(tài)和條件，是選用、維修電動(dòng)機(jī)的依據(jù)。在銘牌上標(biāo)注的主要額定值有:額定功率PN，即電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)軸上輸出的機(jī)械功率(kW ) 。額定電壓UN，即電動(dòng)機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)，加在定子繞組出線端的線電壓(V)。額定電流IN，即電動(dòng)機(jī)在額定電壓、額定頻率下，轉(zhuǎn)軸上輸出額定功率時(shí)，定子繞組

21、中的線電流(A)。上一頁下一頁返回第一節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理對(duì)于三相異步電動(dòng)機(jī)，其額定功率與其他額定數(shù)據(jù)之間有如下關(guān)系式式中COSN額定功率因數(shù);N 額定效率。額定頻率fN即電動(dòng)機(jī)所接交流電源的頻率，我國電力系統(tǒng)頻率規(guī)定為50Hz。額定轉(zhuǎn)速nN ，即電動(dòng)機(jī)在額定電壓、額定頻率下，電動(dòng)機(jī)軸上輸出額定機(jī)械功率時(shí)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速(r/min ) 。上一頁下一頁返回第一節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理接法，即電動(dòng)機(jī)定子三相繞組以及三相交流電源的連接方法。一般3kW及其以下電動(dòng)機(jī)采用星形聯(lián)結(jié)，4kW及其以上電動(dòng)機(jī)采用三角形聯(lián)結(jié)。此外，銘牌上還標(biāo)明防護(hù)等級(jí)、絕緣等級(jí)及工作制等。表4 -2中的防護(hù)等級(jí)I

22、P44是指電動(dòng)機(jī)的防護(hù)結(jié)構(gòu)達(dá)到國際電工委員會(huì)(IEC )規(guī)定的外殼防護(hù)等級(jí)IP44的要求，適用于灰塵飛揚(yáng)、水土濺射的場(chǎng)所。對(duì)于繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)還標(biāo)有轉(zhuǎn)子繞組的額定電壓(指定子繞組加上額定頻率的額定電壓而轉(zhuǎn)子繞組開路時(shí)集電環(huán)間的電壓)和轉(zhuǎn)子額定電流。上一頁下一頁返回第一節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理2.三相異步電動(dòng)機(jī)主要系列Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)是20世紀(jì)70年代末設(shè)計(jì)80年代開始替代J2 , JO2系列的更新?lián)Q代產(chǎn)品。常用的Y系列異步電動(dòng)機(jī)有Y (IP44)封閉式、Y (IP23)防護(hù)式小型三相異步電動(dòng)機(jī)，YR (IP44)封閉式、YR (IP23)防護(hù)式繞線轉(zhuǎn)子三相異步電動(dòng)機(jī)，YD變極多速

23、三相異步電動(dòng)機(jī)，YX高效率三相異步電動(dòng)機(jī)，YH高轉(zhuǎn)差率三相異步電動(dòng)機(jī)，YB隔爆型三相異步電動(dòng)機(jī)，YCT電磁調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī)，YEJ制動(dòng)三相異步電動(dòng)機(jī)，YTD電梯用三相異步電動(dòng)機(jī)，YQ高啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩三相異步電動(dòng)機(jī)等幾十種產(chǎn)品。上一頁返回第二節(jié) 三相異步電動(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4 -9所示，圖中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)和啟動(dòng)點(diǎn)。由圖可見電動(dòng)機(jī)在D點(diǎn)啟動(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)行性能下面用圖4-9所示的機(jī)械特性曲線來分析三相異步電

24、動(dòng)機(jī)的運(yùn)行性能:(1)曲線的AC段在這一段的曲線近似于線性，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。下一頁返回第二節(jié) 三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性(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)矩為最大轉(zhuǎn)矩Tm，

25、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Tm，電動(dòng)機(jī)因無法拖動(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。上一頁下一頁返回第二節(jié) 三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性電動(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)的過載能力，即一般三相異步電動(dòng)機(jī)的在1.82.2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(1.82.2) 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)所具有的過載能力的大小。(4)啟動(dòng)狀態(tài)D點(diǎn)稱為“啟動(dòng)點(diǎn)”。在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)瞬間，

26、n=0,s=1，電動(dòng)機(jī)軸上產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩稱為啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst(又稱為“堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩”)。上一頁下一頁返回第二節(jié) 三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性Tst必須大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電動(dòng)機(jī)才能啟動(dòng)，否則電動(dòng)機(jī)將無法啟動(dòng)。電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst與額定轉(zhuǎn)矩TN之比稱為電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)能力，即一般三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)能力在12之間。上一頁返回第三節(jié) 三相異步電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)、啟動(dòng)和調(diào)速一、三相異步電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)從工作原理可知，三相異步電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向與磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)方向一致，而磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向由三相繞組的相序決定。所以，如圖4-10所示，將三相電源接線的任意兩根對(duì)調(diào)，改變?nèi)嗬@組的相序，即可使電動(dòng)機(jī)反向旋轉(zhuǎn)。二、三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)三相異步電動(dòng)

27、機(jī)啟動(dòng)時(shí)，一般要求啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst要大，以減小啟動(dòng)時(shí)間;啟動(dòng)電流Ist要小，以免導(dǎo)致電網(wǎng)電壓下降，影響其他同一電網(wǎng)的設(shè)備正常運(yùn)行和自身使用壽命。另外，啟動(dòng)方法和設(shè)備要求簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、易操作。下一頁返回第三節(jié) 三相異步電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)、啟動(dòng)和調(diào)速實(shí)際上，三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流很大而啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩卻偏小。這是因?yàn)樵趩?dòng)瞬間，n=0,s=1，轉(zhuǎn)差率很大，所以轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流很大，通過磁場(chǎng)耦合使定子啟動(dòng)電流也很大，可達(dá)額定電流的4 7倍;由于啟動(dòng)時(shí)的功率因數(shù)很低，所以啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst并不大，如圖4-9所示三相異步電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性曲線中的D點(diǎn)。只要啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩(如額定負(fù)載TN)，電動(dòng)機(jī)就會(huì)從D點(diǎn)啟動(dòng)，隨著轉(zhuǎn)速

28、的上升，電磁轉(zhuǎn)矩不斷增加，工作點(diǎn)經(jīng)過最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)C進(jìn)入AC穩(wěn)定工作段，轉(zhuǎn)速繼續(xù)上升，電磁轉(zhuǎn)矩開始減小，直到B點(diǎn)與額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩相等，加速度為零，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過程結(jié)束，進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。上一頁下一頁返回第三節(jié) 三相異步電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)、啟動(dòng)和調(diào)速視與電源容量的相對(duì)大小，三相異步電動(dòng)機(jī)可直接啟動(dòng)或降壓?jiǎn)?dòng)。1.直接啟動(dòng)直接啟動(dòng)是電動(dòng)機(jī)在額定電壓、額定頻率下進(jìn)行的，啟動(dòng)電流大、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大，且簡(jiǎn)單、方便，因此一般都作為首選采用?？紤]到對(duì)啟動(dòng)電流的要求，所以只有相對(duì)電源容量較小的電動(dòng)機(jī)才允許直接啟動(dòng)。2.降壓?jiǎn)?dòng)一般20 kW以上較大容量的三相異步電動(dòng)機(jī)，必須采用以下各種降壓?jiǎn)?dòng)的方法來限制啟動(dòng)電流，但應(yīng)注意在

29、降壓?jiǎn)?dòng)時(shí)，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩會(huì)因電壓下降而會(huì)下降得更多。常用的降壓?jiǎn)?dòng)方法如下。上一頁下一頁返回第三節(jié) 三相異步電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)、啟動(dòng)和調(diào)速(1)定子串電阻或電抗的降壓?jiǎn)?dòng)通過在定子繞組上串聯(lián)電阻或電抗，利用分壓原理使定子繞組電壓下降K倍，達(dá)到減小電流的目的，啟動(dòng)電流為直接啟動(dòng)時(shí)的K倍，但同時(shí)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩減小得更多，為直接啟動(dòng)時(shí)的K倍。這種方法的降壓比可調(diào)，適用于空載或輕載啟動(dòng)。(2)星三角降壓?jiǎn)?dòng)在正常運(yùn)行時(shí)定子繞組為三角形聯(lián)結(jié)的三相電動(dòng)機(jī)才能使用這種方法啟動(dòng)。如圖411所示，啟動(dòng)時(shí)將三相定子繞組連接成星形，可使每相繞組電壓下降為直接啟動(dòng)時(shí)的1/，啟動(dòng)電流、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩均下降為直接啟動(dòng)時(shí)的1/3。啟動(dòng)結(jié)束后應(yīng)將

30、三相繞組切換成原來的三角形聯(lián)結(jié)運(yùn)行。上一頁下一頁返回第三節(jié) 三相異步電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)、啟動(dòng)和調(diào)速這種啟動(dòng)方法適用于空載或輕載頻繁啟動(dòng)的場(chǎng)合。此法的最大優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、易行，因此被廣泛使用，我國生產(chǎn)的Y、Y2系列三相籠型異步電動(dòng)機(jī)，凡功率在4 kW及以上者，正常運(yùn)行時(shí)都采用三角形聯(lián)結(jié)。3.自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)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、降電流啟動(dòng)，同時(shí)自耦變壓器又能通過變比K，使電源輸出的啟動(dòng)電流進(jìn)一步減小，減輕電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)對(duì)電網(wǎng)電源的沖擊。這種方法的啟動(dòng)電流和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩能同比例下降且比例可調(diào)，均為直接啟動(dòng)時(shí)的1/K倍，適合于大容量的電動(dòng)機(jī)帶負(fù)載啟動(dòng)。但是啟動(dòng)設(shè)備

31、笨重、價(jià)格高、不易維護(hù)。上一頁下一頁返回第三節(jié) 三相異步電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)、啟動(dòng)和調(diào)速以上幾種啟動(dòng)方法適用于三相籠型電動(dòng)機(jī)和繞線轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)，另外，繞線轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)還有轉(zhuǎn)子串電阻或串頻敏變阻器啟動(dòng)的方法，啟動(dòng)性能更好。可同時(shí)減小啟動(dòng)電流和增大啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。不管采用哪種啟動(dòng)方法，啟動(dòng)結(jié)束后都應(yīng)逐漸恢復(fù)電動(dòng)機(jī)的額定電壓或去除啟動(dòng)設(shè)備，使電動(dòng)機(jī)在額定條件下正常運(yùn)行。三、三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速電動(dòng)機(jī)的調(diào)速是指在負(fù)載不變的前提下，通過改變電動(dòng)機(jī)的電氣參數(shù)來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的過程。三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能比直流電動(dòng)機(jī)差，難在較寬范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速，在某些調(diào)速性能要求高的場(chǎng)合，三相異步電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用受到了限制。上一頁下一頁返回第三節(jié)

32、 三相異步電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)、啟動(dòng)和調(diào)速目前，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代交流調(diào)速系統(tǒng)的性能已有了很大的提高，前景十分廣闊。根據(jù)前面章節(jié)內(nèi)容可知，三相異步電動(dòng)機(jī)主要有三類調(diào)速方式:變極調(diào)速、變頻調(diào)速和改變轉(zhuǎn)差率的調(diào)速。1.變極調(diào)速變極調(diào)速只能用于籠型轉(zhuǎn)子而不能用于繞線轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)，因?yàn)榛\型轉(zhuǎn)子的極數(shù)可以自動(dòng)跟隨定子極數(shù)變化。三相異步電動(dòng)機(jī)通常采用定子繞組改接的方法實(shí)現(xiàn)變極，在制造電動(dòng)機(jī)時(shí)需要預(yù)先專門設(shè)計(jì)定子繞組，這樣的電動(dòng)機(jī)稱為多速電機(jī)。三相異步電動(dòng)機(jī)常用的變極方案有:三角形/雙星形(/YY)和星形/雙星形(Y/YY)兩種連接方法，如圖412所示。上一頁下一頁返回第三節(jié) 三相異步電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)、啟動(dòng)和調(diào)

33、速當(dāng)三相電動(dòng)機(jī)定子繞組的T1、T2、T3端接三相電源,T4、T5、T6端懸空時(shí)圖(a)為三角形聯(lián)結(jié)，圖(b)為星形聯(lián)結(jié)，磁極對(duì)數(shù)均為P9若把T1、T2、T3端連接在一起， T4、T5、T6端接三相電源時(shí)，圖(a)、圖(b)中定子繞組均為雙星形聯(lián)結(jié)，每相都有一半繞組的電流方向被改變，極對(duì)數(shù)變?yōu)閜/2，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)同步轉(zhuǎn)速提高一倍，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速近似增加一倍。變極調(diào)速的特點(diǎn):設(shè)備簡(jiǎn)單、可靠，轉(zhuǎn)速級(jí)差大，易對(duì)負(fù)載產(chǎn)生沖擊，屬于有級(jí)調(diào)速。由于變極前后三相繞組的空間位置并沒有改變，若極對(duì)數(shù)成倍改變，繞組相序?qū)l(fā)生變化。上一頁下一頁返回第三節(jié) 三相異步電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)、啟動(dòng)和調(diào)速例如p=1時(shí)，三相繞組首端對(duì)應(yīng)的電角度

34、分別為00,1200,2400，與電源相序相同;變極后p =2時(shí)，原三相繞組首端對(duì)應(yīng)的電角度變?yōu)?0,2400,4800(1200)，正好與電源相序相反，即三相異步電動(dòng)機(jī)在變極調(diào)速時(shí)將反轉(zhuǎn)。為保持電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向不變，在變極的同時(shí)應(yīng)將三相電源線任意兩根對(duì)調(diào)，施加反相序電源。2.變頻調(diào)速變頻調(diào)速是通過改變電源頻率以改變旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速，來達(dá)到異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速的目的，目前是三相異步電動(dòng)機(jī)的主要調(diào)速形式。在調(diào)速過程中，為保證電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)和電磁轉(zhuǎn)矩不減小，獲得較為滿意的調(diào)速性能，應(yīng)保持磁通不變，這就需要有一套在調(diào)頻同時(shí)能同比例調(diào)節(jié)電壓的變頻電源。上一頁下一頁返回第三節(jié) 三相異步電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)、啟動(dòng)和調(diào)速50 Hz以下可以實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速;50 Hz以上可以實(shí)現(xiàn)恒功率調(diào)速。隨著電子變頻技術(shù)的日趨成