機車電機與電器 課件 項目三 三相異步電機

項目三三相交流異步電機任務(wù)一三相異步電動機的結(jié)構(gòu)引言2引言電力牽引交流傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖3結(jié)構(gòu)4結(jié)構(gòu)5定子|定子鐵心由內(nèi)周有槽的硅鋼片疊成。6定子|定子繞組構(gòu)成電路部分，用來感應(yīng)電動勢、流過電流、實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換。7定子|定子繞組（a）Y形接法

（b）△形接法8定子|機座固定和支撐定子鐵心。9轉(zhuǎn)子|轉(zhuǎn)子鐵心由外周有槽的硅鋼片疊成。10轉(zhuǎn)子|轉(zhuǎn)子繞組構(gòu)成電路部分，有籠型和繞線型兩種繞組型式。11轉(zhuǎn)子|轉(zhuǎn)軸支撐轉(zhuǎn)子鐵心和輸出、輸入機械轉(zhuǎn)矩。。12結(jié)構(gòu)|其他氣隙：異步電機的氣隙很小，中小型電機一般為0.2～2mm。端蓋：安裝在機座的兩端，一般為鑄鐵件。端蓋上的軸承室里安裝了軸承來支撐轉(zhuǎn)子，以使定子和轉(zhuǎn)子得到較好的同心度，保證轉(zhuǎn)子在定子內(nèi)膛里正常運轉(zhuǎn)。端蓋除了起支撐作用外，還起著保護定子、轉(zhuǎn)子繞組的作用。13結(jié)構(gòu)|其他軸承：連接轉(zhuǎn)動部分與不動部分，目前都采用滾動軸承以減少摩擦。風(fēng)扇：冷卻電機。14THANKYOU任務(wù)二三相異步電機的工作原理引言三相異步電動機把電能轉(zhuǎn)化為機械能，拖動各種生產(chǎn)機械。例如：風(fēng)機、泵、壓縮機、機床、輕工及礦山機械、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的脫粒機和粉碎機、農(nóng)副產(chǎn)品中的加工機械等等。17引言通入三相交流電旋轉(zhuǎn)定子轉(zhuǎn)子18基本定律電生磁比如，空間有n=3根導(dǎo)體，其中電流方向如圖所示，它們所產(chǎn)生的磁場強度H沿任何閉合路徑的線積分等于該閉合回路所包圍的導(dǎo)體電流的代數(shù)和。.19基本定律磁生電大?。?/p>

B--磁通密度

l--導(dǎo)體有效長度

v--導(dǎo)體切割磁力線速度方向：右手定則.20基本定律載流導(dǎo)體在磁場中受力大小：

B－磁通密度；

l－導(dǎo)體的有效長度；

I－通電電流強度方向：左手定則.21旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生定子三相繞組通入三相交流電(星形聯(lián)接)U1U2V1V2W1W2o22旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生

三相電流合成磁場的分布情況：ωt=0°ωt=60°ωt=120°ωt=180°23旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生結(jié)論：定子繞組通入三相電流，會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場電流變化一周，磁場旋轉(zhuǎn)3600()24旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速n1又稱為同步轉(zhuǎn)速,與定子電流頻率f1、磁極對數(shù)p有關(guān)。異步電動機轉(zhuǎn)速和極對數(shù)的對應(yīng)關(guān)系（f1=50Hz)

2512345300015001000750600工作原理1、定子通三相交流電旋轉(zhuǎn)磁場；

2、轉(zhuǎn)子切割磁感線感應(yīng)電動勢與感應(yīng)電流；3、帶電的轉(zhuǎn)子在磁場中受力旋轉(zhuǎn)。U1U2V2W1V1W2FF異步電動機26U1U2V2W1V1W2FF轉(zhuǎn)差率s27轉(zhuǎn)速n(s=0.01~0.09)THANKYOU任務(wù)三三相異步電動機的功率和轉(zhuǎn)矩

三相異步電動機的損耗當(dāng)三相異步電動機接在電網(wǎng)上穩(wěn)定運行時，由電網(wǎng)供給的電功率稱為三相異步電動機的輸入功率。輸入功率中的一小部分將消耗于定子繞組的電阻上，該部分稱為定子繞組銅耗3031輸入功率的另外一小部分將消耗于定子鐵心上，該部分稱為鐵耗。輸入功率減去定子銅耗和鐵耗以后，余下的功率全部送入轉(zhuǎn)子，這部分功率稱為電磁功率。

三相異步電動機的損耗32傳遞到轉(zhuǎn)子的電磁功率，一部分將消耗于轉(zhuǎn)子繞組中的電阻上，這部分功率稱為轉(zhuǎn)子繞組銅耗。

三相異步電動機的損耗

三相異步電動機功率流程圖33三相異步電動機從電網(wǎng)吸收電功率，從轉(zhuǎn)軸上輸出機械功率三相異步電動機的轉(zhuǎn)矩平衡方程式34在三相異步電動機中，輸入定子的電能轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)子上的機械能輸出是通過轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生電磁力（載流導(dǎo)體在磁場中的受力），由電磁力產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)而實現(xiàn)的。因此，電磁轉(zhuǎn)矩是電機中能量形態(tài)變換的基礎(chǔ)。U1U2V2W1V1W2FF351.在三相異步電動機中，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸上的電磁轉(zhuǎn)矩等于全機械功率除以轉(zhuǎn)子機械角速度；2.電磁轉(zhuǎn)矩為三相異步電動機的空載轉(zhuǎn)矩，它等于機械損耗與雜散損耗之和除以轉(zhuǎn)子機械角速度；3.電磁轉(zhuǎn)矩為三相異步電動機的輸出轉(zhuǎn)矩，它等于輸出功率除以轉(zhuǎn)子機械角速度。三相異步電動機的轉(zhuǎn)矩平衡方程式THANKYOU任務(wù)四

三相異步電動機的

工作特性和機械特性工作特性在額定電壓及額定頻率時，轉(zhuǎn)速、電磁轉(zhuǎn)矩、定子電流、定子功率因數(shù)以及效率隨著輸出功率變化而變化的關(guān)系曲線。38工作特性|轉(zhuǎn)速特性轉(zhuǎn)速n隨著輸出功率P2怎樣變化?轉(zhuǎn)矩平衡方程：當(dāng)輸出功率為0時：空載，轉(zhuǎn)速很接近同步轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)差率很小。隨著輸出功率增大：負載增大，轉(zhuǎn)差率隨之增大，轉(zhuǎn)速隨之下降。在額定負載時轉(zhuǎn)差率約為0.01～0.07。39工作特性|轉(zhuǎn)速特性轉(zhuǎn)速特性：一條微微下傾的曲線。40工作特性|轉(zhuǎn)矩特性電磁轉(zhuǎn)矩T隨著輸出功率P2怎樣變化?轉(zhuǎn)矩平衡方程：電機從空載到額定負載之間，空載轉(zhuǎn)矩T0可認為不變。隨著P2的增加，轉(zhuǎn)速n變化不大，只是略有下降。41工作特性|轉(zhuǎn)矩特性轉(zhuǎn)矩特性：一條比直線略有上翹的曲線。42工作特性|定子電流特性定子電流I1隨著輸出功率P2怎樣變化?空載運行時：定子電流為勵磁電流。負載增加：輸出功率P2增大，轉(zhuǎn)速n下降，轉(zhuǎn)子電流增加，以產(chǎn)生足夠的電磁轉(zhuǎn)矩與負載轉(zhuǎn)矩相平衡，通過電磁感應(yīng)關(guān)系，定子電流I1也隨著增加，輸入功率增大，從而滿足功率平衡方程的要求。43工作特性|定子電流特性定子電流特性：一條上升曲線。44工作特性|功率因數(shù)特性定子功率因數(shù)隨著輸出功率P2怎樣變化?空載：定子電流中的大部分是勵磁電流，功率因數(shù)很低。負載：由于要輸出一定的機械功率，定子電流中的有功分量增加，電動機的功率因數(shù)逐漸提高。額定功率因數(shù)＝0.7～0.9。45工作特性|功率因數(shù)特性46工作特性|效率特性效率隨著輸出功率P2怎樣變化?效率空載：輸出功率P2=0，故。負載：輸出功率逐步增大，效率也相應(yīng)增大。不變損耗與可變損耗相等時，效率最大。負載繼續(xù)增大，銅耗急劇增大，效率反而降低。47工作特性|效率特性48THANKYOU任務(wù)五

三相異步電動機的起動啟動啟動：從電動機接入電網(wǎng)開始轉(zhuǎn)動，到達正常運轉(zhuǎn)為止。啟動要求：（1）起動電流盡可能小。（2）起動轉(zhuǎn)矩要足夠大。51直接啟動降壓啟動轉(zhuǎn)子串接電阻起動(繞線電動機）啟動星-三角（Y/△）降壓起動自耦變壓器降壓起動52直接啟動直接啟動：

將電動機定子繞組直接接到具有額定電壓的電網(wǎng)上。53直接啟動導(dǎo)致問題：啟動電流較大因為啟動時，轉(zhuǎn)子還沒有轉(zhuǎn)動，旋轉(zhuǎn)磁場以同步轉(zhuǎn)速切割轉(zhuǎn)子，這時轉(zhuǎn)子產(chǎn)生很大的感應(yīng)電動勢，轉(zhuǎn)子電流很大，根據(jù)磁動勢平衡關(guān)系，電子電流非常大。那么就會損壞電機與供電電網(wǎng)。啟動轉(zhuǎn)矩不大因為啟動時，轉(zhuǎn)差率s=1，轉(zhuǎn)子功率因數(shù)很??；同時，對應(yīng)的氣隙磁通減小。依據(jù)電磁轉(zhuǎn)矩公式

啟動轉(zhuǎn)矩比較小。那么可能無法啟動或者啟動過慢。54直接啟動能否采用直接起動？

小容量電動機空載或輕載時，可以直接啟動。55降壓啟動降壓啟動：電動機在啟動時降低加在定子繞組上的電壓，啟動結(jié)束后再加上額定電壓運行。56降壓啟動|星-三角（Y/△）降壓啟動啟動：Y接法；正常運行：△接法。57降壓啟動|星-三角（Y/△）降壓啟動Y接法啟動△接法啟動相電壓線電流啟動轉(zhuǎn)矩只能用于空載或輕載啟動58降壓啟動|自耦變壓器降壓啟動利用自耦變壓器來降低啟動時加在定子三相繞組上的電壓。59降壓啟動|自耦變壓器降壓啟動啟動：接經(jīng)自耦變壓器降壓后的交流電壓；正常運行：接額定電壓。60降壓啟動|自耦變壓器降壓啟動自耦變壓器降壓啟動直接啟動相電壓線電流啟動轉(zhuǎn)矩只能用于空載或輕載啟動61繞線電動機啟動|轉(zhuǎn)子串接電阻在轉(zhuǎn)子中串入多級對稱電阻增大啟動轉(zhuǎn)矩,減小啟動電流,使啟動過程平滑隨著轉(zhuǎn)速升高，逐漸切除電阻62THANKYOU任務(wù)六三相異步電動機的調(diào)速和制動

異步電動機的調(diào)速異步電動機的轉(zhuǎn)速公式：變極調(diào)速變轉(zhuǎn)差率調(diào)速變頻調(diào)速651、變極調(diào)速改變電動機定子繞組的極對數(shù)來調(diào)速。有級調(diào)速，不平滑。在鼠籠型電機上應(yīng)用。66123453000150010007506001、變極調(diào)速A1X1A2X2ii··A1A2X1X2··NNSSA1··A2X1X2SNA1X1A2X2ii??672、變轉(zhuǎn)差率調(diào)速在轉(zhuǎn)子回路中串電阻是改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速常用的方法。無級調(diào)速，平滑。在繞線型電機上應(yīng)用。682、變轉(zhuǎn)差率調(diào)速693、變頻調(diào)速改變供電電源的頻率來調(diào)速。無級調(diào)速，平滑；調(diào)速范圍大；最有前途的一種調(diào)速方式。703、變頻調(diào)速所以為保持磁通不變，要求713、變頻調(diào)速（1）保持過載能力不變的變頻調(diào)速。（2）恒轉(zhuǎn)矩變頻調(diào)速。（3）恒功率變頻調(diào)速。723、變頻調(diào)速73采用變頻調(diào)速的電力牽引交流傳動系統(tǒng)

異步電動機的制動制動：加上一個與電動機轉(zhuǎn)向相反的轉(zhuǎn)矩來使電動機迅速停轉(zhuǎn)或限制電動機的轉(zhuǎn)速。當(dāng)電動機需要減速或停止轉(zhuǎn)動時74制動75制動方法機械制動：加機械抱閘電氣制動能耗制動反接制動回饋制動1、能耗制動76將正在運行中的異步電動機的定子繞組從交流電網(wǎng)斷開，接到一個直流電源上。1、能耗制動77直流電流建立的靜止磁場與旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子作用，產(chǎn)生與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相反的制動轉(zhuǎn)距，使轉(zhuǎn)子迅速停止轉(zhuǎn)動。。2、反接制動78將正在電動機定子繞組的三相電源線的任意兩相對調(diào)，旋轉(zhuǎn)磁場立即反轉(zhuǎn)。運轉(zhuǎn)制動2、反接制動79產(chǎn)生與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相反的制動轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子迅速停止轉(zhuǎn)動。運轉(zhuǎn)制動2、反接制動80串入電阻來限制定子電流；當(dāng)轉(zhuǎn)速下降至零時，必須立即切斷電源。運轉(zhuǎn)制動2、反接制動81線路簡單，制動力大，制動效果好；電流沖擊大，不宜在頻繁制動的場合下使用。運轉(zhuǎn)制動3、回饋制動82電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速大于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速時，產(chǎn)生與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相反的制動轉(zhuǎn)矩，將外力作用于轉(zhuǎn)子的能量轉(zhuǎn)換成電能回饋給了電網(wǎng)。nF轉(zhuǎn)子T

n1n>n13、回饋制動83經(jīng)濟性能好，可將機械能變?yōu)殡娔芊邓突仉娋W(wǎng)；應(yīng)用范圍窄，只有在轉(zhuǎn)速大于同步轉(zhuǎn)速時才能實現(xiàn)。nF轉(zhuǎn)子T

n1n>n13、回饋制動84電力機車再生制動THANKYOU任務(wù)七典型異步牽引電動機

一、三相交流牽引電機的優(yōu)點1.結(jié)構(gòu)簡單、牢固，維修方便三相交流牽引電機沒有換向器和電刷裝置。87換向器

一、三相交流牽引電機的優(yōu)點2.功率大、體積小、質(zhì)量輕三相交流牽引電機的轉(zhuǎn)速可以較高，定子的電壓和電流也可以提高。因此，在體積相同時輸出功率較大。88一、三相交流牽引電機的優(yōu)點3.有良好的牽引性能可以實現(xiàn)大范圍的平滑調(diào)速，充分發(fā)揮電機功率；機械特性很硬，防空轉(zhuǎn)性能好。89

一、三相交流牽引電機的優(yōu)點4.節(jié)省電器設(shè)備，操作簡便采用靜止的變流器和電子控制系統(tǒng)，通過改變輸出電源的相序或頻率即可自動完成電機轉(zhuǎn)向和牽引制動的轉(zhuǎn)換。90一、三相交流牽引電機的優(yōu)點5.可以得到更高的功率因數(shù)和更小的電網(wǎng)諧波干擾電流功率因數(shù)接近于1。91二、結(jié)構(gòu)特點機座上不需要換向器觀察孔；機座多采用鋼板焊接結(jié)構(gòu)