電工電子技術(shù) 課件 4任務(wù)二、三相異步電動(dòng)機(jī)的認(rèn)識(shí)

任務(wù)二、三相異步電動(dòng)機(jī)的認(rèn)識(shí)電工電子技術(shù)

黃燕華任務(wù)導(dǎo)學(xué)電動(dòng)機(jī)是一種把電能轉(zhuǎn)換成為機(jī)械能的電工設(shè)備，是應(yīng)用最多、最廣的動(dòng)力機(jī)械。三相異步電動(dòng)機(jī)具有構(gòu)造簡(jiǎn)單、工作可靠、使用維護(hù)方便、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，因而被廣泛應(yīng)用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在我國(guó)電動(dòng)機(jī)總用量中大約有８５％是三相異步電動(dòng)機(jī)，舉出幾個(gè)電動(dòng)機(jī)具體的應(yīng)用案例。

任務(wù)導(dǎo)學(xué)1.機(jī)床：機(jī)床內(nèi)部的電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)切削工具進(jìn)行高速、精度的切削加工，如車(chē)床、銑床等。2.輸送帶：生產(chǎn)線上的輸送帶通過(guò)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，將工件直接運(yùn)輸?shù)较鄳?yīng)的工序處。3.泵：泵內(nèi)部的電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)液體輸送，廣泛應(yīng)用于各種液體輸送場(chǎng)合。4.洗衣機(jī)：洗衣機(jī)內(nèi)部的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)恒定速度的轉(zhuǎn)子，在水箱中形成等速旋轉(zhuǎn)的水流，使衣物達(dá)到深度清洗的效果。5.吸塵器：吸塵器的電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)的吸塵器頭，產(chǎn)生強(qiáng)大的吸力，將灰塵、細(xì)菌等雜質(zhì)吸盡。6.空調(diào)：空調(diào)內(nèi)部的電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，將熱量從室內(nèi)排放至室外，實(shí)現(xiàn)制冷效果。7.冰箱：冰箱內(nèi)部的電動(dòng)機(jī)通過(guò)循環(huán)制冷使食品保持新鮮，并能夠進(jìn)行快速冷凍。任務(wù)情境機(jī)床工作中需要各種電動(dòng)機(jī)，比如，帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)、供給刀具冷卻液用的冷卻泵電動(dòng)機(jī)，還有快速移動(dòng)刀架用的電動(dòng)機(jī)，這些電動(dòng)機(jī)是三相異步電動(dòng)機(jī)，簡(jiǎn)要分析異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)原理、構(gòu)造及其參數(shù)。任務(wù)實(shí)施１)什么是旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)?三相異步電動(dòng)機(jī)如何產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)?２)闡述三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理。３)如何改變?nèi)喈惒诫妱?dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向?４)簡(jiǎn)述三相異步電動(dòng)機(jī)的組成結(jié)構(gòu)。５)寫(xiě)出表４-１中三相異步電動(dòng)機(jī)銘牌數(shù)據(jù)的含義。知識(shí)鏈接一、三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理二、三相異步電動(dòng)機(jī)的構(gòu)造三、三相異步電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)四、元件檢測(cè)

一、三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理電工電子技術(shù)

黃燕華三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理一.轉(zhuǎn)動(dòng)原理nn1NSn1F·F外力拖動(dòng)蹄性磁鐵旋轉(zhuǎn)，形成空間旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，旋轉(zhuǎn)方向?yàn)轫槙r(shí)針，轉(zhuǎn)速n1。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)蹄性磁鐵轉(zhuǎn)子短路線圈

模型機(jī)

（一）轉(zhuǎn)動(dòng)原理

電磁感應(yīng)定律---右手定則電磁力定律---左手定則轉(zhuǎn)子導(dǎo)電銅條與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)之間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，方向由右手定則確定。n1NSn1F·Fn電磁力F使轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)同方向（順時(shí)針）轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速n。在感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的作用下，產(chǎn)生轉(zhuǎn)子電流。轉(zhuǎn)子電流與磁場(chǎng)相互作用，產(chǎn)生電磁力F，方向用左手定則確定。同理，當(dāng)磁場(chǎng)逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子也將逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。二.旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生極性與強(qiáng)弱（每極下的磁通量）不變，以確定的方向和轉(zhuǎn)速在空間旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)。在對(duì)稱(chēng)三相繞組中通入對(duì)稱(chēng)三相電流，即可產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。對(duì)稱(chēng)三相繞組對(duì)稱(chēng)放置在定子鐵心圓周的內(nèi)表面如圖所示。對(duì)稱(chēng)三相繞組可做星形或三角形連接。以星形連接為例三相繞組首端外接三相電源,三相電流的正方向自繞組的首端指向末端。WUViViWU1V1W1iUVWU1U2V2V1W2W1UiU⊙⊙⊙iViWW1iW（一）兩極旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生VWU1U2V2V1W2W1UiU⊙⊙⊙iViWiU=ImsintiV=Imsin(t-120)iW=Imsin(t+120)相序U→V→W對(duì)稱(chēng)三相電流

ti0iUiViW

ti0iUiViW60°180°90°UViUWU1V1W1iVU2⊙W1V2U1V1W2SN⊙ωt=60°WUViViWU1V1W1W1⊙⊙V2U1V1W2NSU2ωt=0°ωt=90°NSW2U2U1⊙⊙⊙V1V2W1UVWiUiViWU1V1W1W1iViWV1U1UVWNSW1V2U1V1W2U2⊙⊙ωt=180°W1⊙⊙V2U1V1W2NSU2U2⊙W1V2U1V1W2SN⊙ωt=60°ωt=0°ωt=90°NSW2U2U1⊙⊙⊙V1V2W1NSW1V2U1V1W2U2⊙⊙ωt=180°結(jié)論對(duì)稱(chēng)放置(空間位置差120o角)的對(duì)稱(chēng)三相繞組，通入對(duì)稱(chēng)三相電流時(shí)，在空間產(chǎn)生強(qiáng)弱不變、轉(zhuǎn)速恒定的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。（二）旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向由三相繞組通入三相電流的相序決定。相序U→V→W旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在空間的旋轉(zhuǎn)方向從U相繞組→V相繞組→W相繞組。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。改變通入三相電流的相序，如將V相、W相繞組與電源的連線對(duì)調(diào)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)將逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。iUUU1iViWVWV1W1UU1iUVWiViWV1W1相序U-W-V相序U-V-W（三）同步轉(zhuǎn)速同步轉(zhuǎn)速n1

r／min（每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)）。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相對(duì)于靜止空間的轉(zhuǎn)速稱(chēng)為同步轉(zhuǎn)速。以上分析的是二極旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)（磁極對(duì)數(shù)p=1），交流電變化一個(gè)周期，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在空間旋轉(zhuǎn)一周。交流電頻率f1=50Hz，則同步轉(zhuǎn)速

n1=50×60=3000r／min增加磁極對(duì)數(shù)p=2（四極旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)）旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速較前者減半。同步轉(zhuǎn)速改變電動(dòng)機(jī)三相繞組的結(jié)構(gòu)，可使旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁極對(duì)數(shù)p=1、2、……。

表4-2同步轉(zhuǎn)速n1與磁極對(duì)數(shù)p的關(guān)系具有p對(duì)磁極的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)同步轉(zhuǎn)速(r／min)(四)轉(zhuǎn)差率s異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理是建立在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子導(dǎo)體相對(duì)運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)上。因此，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n必定低于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n1,即n＜n1。正是由于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n11之間存在差異,這種類(lèi)型的電動(dòng)機(jī)稱(chēng)為異步電動(dòng)機(jī)。n與n1之間的異步程度對(duì)于電動(dòng)機(jī)的特性有重要影響。轉(zhuǎn)差率s是表示異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的重要物理量。電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)速n接近但略低于同步轉(zhuǎn)速n1，轉(zhuǎn)差率s=（n1-1—n）／n1約在(0.015～0.06)之間。轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)子軸上的阻轉(zhuǎn)矩越大,異步程度越大；反之，則異步程度較小。轉(zhuǎn)差率s就反映了這種異步程度。電動(dòng)機(jī)起動(dòng)瞬間n=0s=1理想空載時(shí)n=n1

s=0s的變化范圍0～1二、三相異步電動(dòng)機(jī)的構(gòu)造電工電子技術(shù)

黃燕華

三相異步電動(dòng)機(jī)的構(gòu)造定子

產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。

轉(zhuǎn)子

產(chǎn)生感應(yīng)電流和電磁轉(zhuǎn)矩。外形三相異步電動(dòng)機(jī)主要部件是由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成，此外，還有端蓋、機(jī)座、軸承、風(fēng)扇等部件。端蓋機(jī)座定子機(jī)座機(jī)座端蓋轉(zhuǎn)子軸承定子一.定子三相異步電動(dòng)機(jī)的定子是由機(jī)座、定子鐵心和定子繞組組成。定子繞組機(jī)座鐵心定子鐵心是由沖有槽孔的硅鋼片疊壓而成。在定子槽孔中放置三相彼此獨(dú)立的繞組U1U2V1V2W1W2三相電源U1V1W1W2U2V2

接線盒三相定子繞組的接法星形連接。三相電源U1U2V1V2W1W2三相定子繞組的接法三角形連接。U1U2V1V2W1W2三相電源U1V1W1W2U2V2

接線盒三相電源

是由嵌放在轉(zhuǎn)子鐵心槽內(nèi)的導(dǎo)電條組成，在轉(zhuǎn)子鐵心的兩端各用一個(gè)導(dǎo)電端環(huán)把所有的導(dǎo)電條連接起來(lái)。

籠型轉(zhuǎn)子二.轉(zhuǎn)子

由轉(zhuǎn)子鐵心和繞組組成。轉(zhuǎn)子鐵心轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)子鐵心是由相互絕緣的硅鋼片疊壓而成?；\形鑄鋁轉(zhuǎn)子

繞線轉(zhuǎn)子外接電阻電刷滑環(huán)轉(zhuǎn)子鐵心轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)子繞組可變電阻器滑環(huán)電刷轉(zhuǎn)子手柄繞線轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意三、三相異步電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)電工電子技術(shù)

黃燕華三相異步電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)一.型號(hào)Y系列電動(dòng)機(jī)型號(hào)的表示方法示例Y160M4磁極數(shù)機(jī)座類(lèi)別代號(hào)S--短機(jī)座M--中機(jī)座L--長(zhǎng)機(jī)座表示機(jī)座中心高(mm)表示異步電動(dòng)機(jī)銘牌提供電動(dòng)機(jī)的型號(hào)、額定值和主要技術(shù)數(shù)據(jù)，是正確、合理使用電動(dòng)機(jī)的依據(jù)。二.功率(額定功率)PN電動(dòng)機(jī)在額定狀態(tài)下（電源電壓為額定電壓、電流是額定電流）運(yùn)行,轉(zhuǎn)軸上輸出的機(jī)械功率。單位W或kW。三.電壓(額定電壓)U1N電動(dòng)機(jī)在額定狀態(tài)下運(yùn)行,定子繞組所應(yīng)加的線電壓。四.電流(額定電流)I1N電動(dòng)機(jī)在額定狀態(tài)下運(yùn)行,輸出額定功率時(shí),定子繞組的線電流。五.接法電動(dòng)機(jī)在額定電壓下運(yùn)行,定子三相繞組的連接方法。Y系列電動(dòng)機(jī)額定電壓U1N=380VPN≤3kW定子繞組Y連接PN

＞4kW△連接。六.頻率fN我國(guó)使用的電力標(biāo)準(zhǔn)頻率是50Hz。七.轉(zhuǎn)速(額定轉(zhuǎn)速)nN電動(dòng)機(jī)在額定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速。八.功率因數(shù)cosφφ是定子繞組相電流滯后相電壓的角度。在額定工作狀態(tài)下,三相異步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)cosφ約在0.7～0.9之間?？蛰d或輕載運(yùn)行時(shí)，cosφ較低，僅為0.2～0.3。九.效率η在額定工作狀態(tài)下,輸出機(jī)械功率PN與輸入電功率P1N之比。效率在接近額定工作狀態(tài)下運(yùn)行,電動(dòng)機(jī)的效率最高，可達(dá)0.9左右。輕載運(yùn)行時(shí)，效率則大大降低。合理選擇電動(dòng)機(jī)的功率具有重要的經(jīng)濟(jì)意義（節(jié)約電能）。四、元件檢測(cè)電工電子技術(shù)

黃燕華元件檢測(cè)1）外觀檢查，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，無(wú)摩擦雜音，螺絲齊全無(wú)松脫，外殼無(wú)破裂。2）用萬(wàn)用表電阻檔測(cè)三相繞組的直流電阻，要求三個(gè)電阻接近相等，其不平衡度不超過(guò)4%，否則可能有局部短路、斷路或匝數(shù)不對(duì)稱(chēng)。

電動(dòng)機(jī)三相繞組直流電阻測(cè)量安裝使用1）電動(dòng)機(jī)應(yīng)妥善接地，接線盒內(nèi)右下方有接地裝置。必要時(shí)亦可利用電動(dòng)機(jī)的底腳或法蘭盤(pán)固定螺栓接地。2）按照銘牌上規(guī)定的定子繞組接法接成△聯(lián)結(jié)方式或Y聯(lián)結(jié)方式。3）電動(dòng)機(jī)一般應(yīng)有熱保護(hù)裝置，并應(yīng)根據(jù)電動(dòng)機(jī)的銘牌電流調(diào)整保護(hù)裝置的整定值。4）當(dāng)電源的頻率與銘牌上的數(shù)值偏差超過(guò)1%或電壓偏差超5%時(shí)，電動(dòng)機(jī)不能保證連續(xù)輸出額定功率，邊疆工作的電動(dòng)機(jī)，不允許過(guò)載。5）電機(jī)空載或負(fù)載運(yùn)行時(shí)不應(yīng)有斷續(xù)的或異常的聲響或振動(dòng)，軸承溫度不應(yīng)超過(guò)95℃。任務(wù)實(shí)施１)什么是旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)?三相異步電動(dòng)機(jī)如何產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)?在空間按確定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)，稱(chēng)為旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。三個(gè)形狀、尺寸、匝數(shù)等完全相同的繞組U1U2、V1V2和W1W2,其中U1、V1和W1三個(gè)對(duì)應(yīng)端分別是三個(gè)繞組的首端，U2、V2和W2則分別是三個(gè)繞組的末端。將這三相繞組對(duì)稱(chēng)地放置（三相繞組在空間的位置相互差120°）在圓筒狀鐵心的內(nèi)表面，該鐵心就是電動(dòng)機(jī)的定子鐵心，對(duì)稱(chēng)三相繞組中通入對(duì)稱(chēng)三相電流后，所建立的合成磁場(chǎng)是一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。給對(duì)稱(chēng)三相繞組通入對(duì)稱(chēng)三相電流，所建立的合成磁場(chǎng)是隨電流交變而在空間旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)，即為旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。２)闡述三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理。當(dāng)轉(zhuǎn)子銅條置于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)下時(shí)，在轉(zhuǎn)子銅條內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，由于轉(zhuǎn)子是一個(gè)自成閉合回路的線圈，所以在感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的作用下，產(chǎn)生了轉(zhuǎn)子電流，根據(jù)電磁力定律，在磁場(chǎng)中與磁感線方向垂直的載流導(dǎo)體將受到電磁力的作用，該電磁力使得電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，方向與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向一致。３)如何改變?nèi)喈惒诫妱?dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向?旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向是由三相繞組通入三相電流的相序決定的，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的