三相異步電動(dòng)機(jī)工作原理課件ppt.ppt

1、電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理講 課 人：逯華磊,授課重點(diǎn)：三相交流異步電動(dòng)機(jī)原理及結(jié)構(gòu) 授課目標(biāo)：了解電動(dòng)機(jī)原理和熟悉電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu),電動(dòng)機(jī)培訓(xùn)內(nèi)容安排,1、電動(dòng)機(jī)的分類 2、直流電動(dòng)機(jī)特點(diǎn) 3、異步電動(dòng)機(jī)特點(diǎn) 4、三相異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu) 5、三相異步電動(dòng)機(jī)原理 6、三相異步電動(dòng)機(jī)銘牌解釋 7、三相異步電動(dòng)機(jī)常見故障分析,1.電機(jī)分類,靜止電機(jī)-變壓器,旋轉(zhuǎn)電機(jī),直流電機(jī),交流電機(jī),2.直流電機(jī)的特點(diǎn),直流發(fā)電機(jī)的電勢波形較好，對(duì)電磁干擾的影響小。 直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速范圍寬廣，調(diào)速特性平滑。 直流電動(dòng)機(jī)過載能力較強(qiáng)，熱動(dòng)和制動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大。 由于存在換向器，其制造復(fù)雜，價(jià)格較高,異步電機(jī) 同步電機(jī),異步與同步的概

2、念：所謂異步及同步是指電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)數(shù)與氣隙中的旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向及速度是否相同，相同即稱為同步反之就是異步。,交流電機(jī),3.1交流電機(jī)的特點(diǎn),異步電機(jī)主要用作電動(dòng)機(jī)，去拖動(dòng)各種生產(chǎn)機(jī)械。 異步電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn):結(jié)構(gòu)簡單、容易制造、價(jià)格低廉、運(yùn)行可靠、堅(jiān)固耐用、運(yùn)行效率較高和具有適用的工作特征。 異步電動(dòng)機(jī)的缺點(diǎn):功率因數(shù)較差。異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，必須從電網(wǎng)里吸收落后性的無功功率，它的功率因數(shù)總是小于。,3.2異步電動(dòng)機(jī)的主要用途及優(yōu)缺點(diǎn),4.1三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu),下面是它主要部件的拆分圖。,右圖是一臺(tái)三相鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)的外形圖。,4.1.1定子部分,定子是用來產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的。三相電動(dòng)機(jī)的定子一

3、般由外殼、定子鐵心、定子繞組等部分組成。 （1）外殼：三相電動(dòng)機(jī)外殼包括機(jī)座、端蓋、軸承蓋、接線盒及吊環(huán)等部件。 機(jī)座：鑄鐵或鑄鋼澆鑄成型，它的作用是保護(hù)和固定三相電動(dòng)機(jī)的定子繞組。中、小型三相電動(dòng)機(jī)的機(jī)座還有兩個(gè)端蓋支承著轉(zhuǎn)子，它是三相電動(dòng)機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)的重要組成部分。通常，機(jī)座的外表要求散熱性能好，所以一般都鑄有散熱片。 端蓋：用鑄鐵或鑄鋼澆鑄成型，它的作用是把轉(zhuǎn)子固定在定子內(nèi)腔中心，使轉(zhuǎn)子能夠在定子中均勻地旋轉(zhuǎn)。 軸承蓋：也是鑄鐵或鑄鋼澆鑄成型的，它的作用是固定轉(zhuǎn)子，使轉(zhuǎn)子不能軸向移動(dòng)，另外起存放潤滑油和保護(hù)軸承的作用。 接線盒：一般是用鑄鐵澆鑄，其作用是保護(hù)和固定繞組的引出線端子。 吊環(huán)：

4、一般是用鑄鋼制造，安裝在機(jī)座的上端，用來起吊、搬抬三相電動(dòng)機(jī)。,（2）定子鐵心 異步電動(dòng)機(jī)定子鐵心是電動(dòng)機(jī)磁路的一部分，由0.35mm0.5mm厚表面涂有絕緣漆的薄硅鋼片疊壓而成，如圖3.2所示。由于硅鋼片較薄而且片與片之間是絕緣的，所以減少了由于交變磁通通過而引起的鐵心渦流損耗。鐵心內(nèi)圓有均勻分布的槽口，用來嵌放定子繞圈。,（a）定子鐵心 （b）定子沖片 圖3.2 定子鐵心及沖片示意圖,（3）定子繞組 定子繞組是三相電動(dòng)機(jī)的電路部分，三相電動(dòng)機(jī)有三相繞組，通入三相對(duì)稱電流時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。三相繞組由三個(gè)彼此獨(dú)立的繞組組成，且每個(gè)繞組又由若干線圈連接而成。每個(gè)繞組即為一相，每個(gè)繞組在空間相

5、差120電角度。線圈由絕緣銅導(dǎo)線或絕緣鋁導(dǎo)線繞制。中、小型三相電動(dòng)機(jī)多采用圓漆包線，大、中型三相電動(dòng)機(jī)的定子線圈則用較大截面的絕緣扁銅線或扁鋁線繞制后，再按一定規(guī)律嵌入定子鐵心槽內(nèi)。定子三相繞組的六個(gè)出線端都引至接線盒上，首端分別標(biāo)為U1, V1, W1 ，末端分別標(biāo)為U2, V2, W2 。這六個(gè)出線端在接線盒里的排列如圖4.3所示，可以接成星形或三角形。,（a）星形連接 （b）三角形連接 圖3.3 定子繞組的聯(lián)結(jié),定子繞組:是電路重要的組成部分定子繞組用絕緣的銅（或鋁）導(dǎo)線繞成，嵌在定子槽內(nèi)。,異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子是由轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)軸組成的 。 1、轉(zhuǎn)子鐵心：是電動(dòng)機(jī)磁路的一部分，它用

6、0.5mm厚的硅鋼片疊壓而成。鐵心固定在轉(zhuǎn)軸或轉(zhuǎn)子支架上，整個(gè)轉(zhuǎn)子的外表呈圓柱形。 2、轉(zhuǎn)子繞組：分為籠型和繞線型兩類。,4.2.1轉(zhuǎn)子部分,籠型轉(zhuǎn)子：籠型繞組是一個(gè)自己短路的繞組。在轉(zhuǎn)子的每個(gè)槽里放上一根導(dǎo)體，在鐵心的兩端用端環(huán)連接起來，形成一個(gè)短路的繞組。如果把轉(zhuǎn)子鐵心拿掉，則可看出，剩下來的繞組形狀像個(gè)松鼠籠子，因此又叫鼠籠轉(zhuǎn)子。導(dǎo)條的材料有用銅的，也有用鋁的。 如果用的是銅料，就需要把事先做好的裸銅條插入轉(zhuǎn)子鐵心上的槽里，再用銅端環(huán)套在伸了兩端的銅條上，最后焊在一起，如圖(b)所示。如果用的是鑄鋁，就連同端環(huán)、風(fēng)扇一次鑄成，如圖(c)所示 ?；\型轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、是一種經(jīng)濟(jì)、耐用

7、的電機(jī)，所以應(yīng)用極廣。,其他部分包括端蓋、風(fēng)扇等。端蓋除了起防護(hù)作用外，在端蓋上還裝有軸承，用以支撐轉(zhuǎn)子軸。風(fēng)扇則用來通風(fēng)冷卻電動(dòng)機(jī)。三相異步電動(dòng)機(jī)的定子與轉(zhuǎn)子之間的空氣隙，一般僅為0.2mm1.5mm。氣隙太大，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的功率因數(shù)降低；氣隙太小，使裝配困難，運(yùn)行不可靠，高次諧波磁場增強(qiáng)，從而使附加損耗增加以及使啟動(dòng)性能變差。,4.3.1其他部分,三相交流電通入定子繞組后，便形成了一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場，其轉(zhuǎn)速 。旋轉(zhuǎn)磁場的磁力線被轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢。轉(zhuǎn)子繞組是閉合的，則轉(zhuǎn)子導(dǎo)體有電流流過。設(shè)旋轉(zhuǎn)磁場按順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，且某時(shí)刻為上為北極N下為南極S，如圖3.7所示

8、。根據(jù)右手定則，在上半部轉(zhuǎn)子導(dǎo)體的電動(dòng)勢和電流方向由里向外，用表示；在下半部則由外向里，用表示。,圖3.8 三相電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理,5.1異步電機(jī)的工作原理,iA,iB,iC,原理：定子旋轉(zhuǎn)磁場以速度n0切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體感生電動(dòng)勢（發(fā)電機(jī)右手定則），在轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中形成電流，使導(dǎo)體受電磁力作用形成電磁轉(zhuǎn)矩，推動(dòng)轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)速n順n0方向旋轉(zhuǎn)（電動(dòng)機(jī)左手定則），并從軸上輸出一定大小的機(jī)械功率。(n不能等于n0)特點(diǎn)：電動(dòng)機(jī)內(nèi)必須有一個(gè)以n0旋轉(zhuǎn)的磁場。實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的前提；電動(dòng)運(yùn)行時(shí)n恒不等于n0（異步）必要條件nn0； 建立轉(zhuǎn)矩的電流由感應(yīng)產(chǎn)生。感應(yīng)名稱的來源。,5.1.1異步電機(jī)的工作原理,流過電流的轉(zhuǎn)子導(dǎo)

9、體在磁場中要受到電磁力作用，力F的方向可用左手定則確定，如圖3.8所示。電磁力作用于轉(zhuǎn)子導(dǎo)體上，對(duì)轉(zhuǎn)軸形成電磁轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子按照旋轉(zhuǎn)磁場的方向旋轉(zhuǎn)起來，轉(zhuǎn)速為n。 三相電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n始終不會(huì)加速到旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n1。因?yàn)橹挥羞@樣，轉(zhuǎn)繞組與旋轉(zhuǎn)磁場之間才會(huì)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)而切割磁力線，轉(zhuǎn)子繞組導(dǎo)體中才能產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢和電流，從而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子按照旋轉(zhuǎn)磁場的方向繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。由此可見 ，且 ，是異步電動(dòng)機(jī)工作的必要條件，“異步”的名稱也由此而來。,5.1.2異步電機(jī)的工作原理,轉(zhuǎn)差率 旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速n1與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n之差與同步轉(zhuǎn)速n1之比稱為異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率s，即 轉(zhuǎn)差率是異步電動(dòng)機(jī)的一個(gè)基本參數(shù)，對(duì)

10、分析和計(jì)算異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)及其機(jī)械特性有著重要的意義。當(dāng)異步電動(dòng)機(jī)處于電動(dòng)狀態(tài)運(yùn)行時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩 和轉(zhuǎn)速n同向。轉(zhuǎn)子尚未轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，n=0, ；當(dāng) 時(shí)， ，可知異步電動(dòng)機(jī)處于電動(dòng)狀態(tài)時(shí)，轉(zhuǎn)差率的變化范圍總在0和1之間，即0s1。一般情況下，額定運(yùn)行時(shí)=1%5%。,5.1.3異步電機(jī)的工作原理,5.2異步電機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生,定子繞組通入三相交流電流,旋轉(zhuǎn)磁場,切割轉(zhuǎn)子繞組,轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生感應(yīng)電勢,轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生感應(yīng)電流,轉(zhuǎn)子電流與磁場作用,產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩,運(yùn)轉(zhuǎn),問題:旋轉(zhuǎn)磁場又是如何產(chǎn)生的呢?,iA,iB,iC,A,B,C,X,Y,Z,iA = Imsin t,iB = Imsin( t 120 ),iC

11、 = Imsin( t + 120 ),iA,iB,iC,相序 A-B-C,對(duì)稱三相電流流入對(duì)稱三相繞組。,5.2.1異步電機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場,iA,t = 0, t,i,A,Z,B,X,C,Y,iA = 0 iB 為負(fù)值 iC 為正值,電流的流入端用 + 表示,iB,iC,電流的流出端用 表示,O,5.2.2異步電機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生,t,t = 60,i,A,Z,B,X,C,Y,60,iC = 0 iB 為負(fù)值 iA 為正值,iA,iB,iC,O,5.2.3異步電機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生,t = 90,A,Z,B,X,C,Y,90,iA 為正值 iB 為負(fù)值 iC 為負(fù)值, t,i,iA,iB,iC,O,5

12、.2.4異步電機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生,t = 180,A,Z,B,X,C,Y,iA = 0 iB 為正值 iC 為負(fù)值, t,i,iA,iB,iC,O,5.2.5異步電機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生,5.2.6異步電機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生,空間相差 120 角的三相繞組，通入對(duì)稱三相電流時(shí)，產(chǎn)生的是一對(duì)磁極的旋轉(zhuǎn)磁場，當(dāng)電流經(jīng)過一個(gè)周期變化時(shí)，磁場也沿著順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)了一周(在空間旋轉(zhuǎn)的角度為360)。,綜上分析可以得出：, t,i,iA,iB,iC,O,90,60,0,相序 A-C-B-A,5.3.1改變旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向,改變流入三相繞組的電流相序，就能改變旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向；改變了旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向，也就改變了三相異步電動(dòng)機(jī)

13、的旋轉(zhuǎn)方向。,綜上分析可以得出：,要正確使用電動(dòng)機(jī)，必須要看懂銘牌。今以Y132M-4型電動(dòng)機(jī)為例，來說明銘牌上各個(gè)數(shù)據(jù)的意義。,此外，還有功率因數(shù)0.85，效率87%。,6.1電機(jī)銘牌數(shù)據(jù),為了適應(yīng)不同用途和不同工作環(huán)境的需要，電動(dòng)機(jī)制成不同的系列，每種系列用各種型號(hào)表示。,型號(hào)說明：,（S-短機(jī)座；M-中機(jī)座；L-長機(jī)座）,6.1.1電機(jī)銘牌數(shù)據(jù)-型號(hào),6.1.1電機(jī)銘牌數(shù)據(jù)-型號(hào),6.1.2電機(jī)銘牌數(shù)據(jù)-接法,3、電壓,銘牌上所標(biāo)的電壓值是指電動(dòng)機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)定子繞組上應(yīng)加的線電壓。,4、電流,銘牌上所標(biāo)的電流值是指電動(dòng)機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)定子繞組的線電流。,5、功率與效率,銘牌上所標(biāo)的功率值

14、是指電動(dòng)機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)軸上輸出的機(jī)械功率值。所謂效率就是輸出功率與輸入功率的比值。,6.1.3電機(jī)銘牌數(shù)據(jù)-其他參數(shù),6、功率因數(shù),因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)是電感性負(fù)載，定子相電流比相電壓滯后一個(gè)角。cos 就是功率因數(shù)。,7、轉(zhuǎn)速,由于生產(chǎn)機(jī)械對(duì)轉(zhuǎn)速的要求不同，需要生產(chǎn)不同磁極數(shù)的異步電動(dòng)機(jī)，因此有不同的轉(zhuǎn)速等級(jí)。最常用的是四磁極的（n0=1500r/min)。,8、絕緣等級(jí),絕緣等級(jí)是按電動(dòng)機(jī)繞組所用的絕緣材料在使用時(shí)容許的極限溫度來分級(jí)的。所謂極限溫度，是指電動(dòng)機(jī)絕緣結(jié)構(gòu)中最熱點(diǎn)的最高容許溫度。,絕緣等級(jí),極限溫度（0C）,A,E,B,105,120,130,Y,F,H,C,90,155,180,大于

15、180,6.1.3電機(jī)銘牌數(shù)據(jù)-其他參數(shù),9防護(hù)等級(jí) 防護(hù)等級(jí)表示三相電動(dòng)機(jī)外殼的防護(hù)等級(jí)，其中IP是防護(hù)等級(jí)標(biāo)志符號(hào)，其后面的兩位數(shù)字分別表示電機(jī)防固體和防水能力。數(shù)字越大，防護(hù)能力越強(qiáng)，如IP44中第一位數(shù)字“4”表示電機(jī)能防止直徑或厚度大于1毫米的固體進(jìn)入電機(jī)內(nèi)殼。第二位數(shù)字“4”表示能承受任何方向的濺水。,6.1.3電機(jī)銘牌數(shù)據(jù)-其他參數(shù),機(jī)械方面的原因 電氣方面的原因,7. 三相交流電動(dòng)機(jī)常見故障,軸承過熱 電動(dòng)機(jī)振動(dòng)大 電動(dòng)機(jī)運(yùn)行有異音,7.1 機(jī)械方面故障原因,滑脂過多或過少； 油質(zhì)不好含有雜質(zhì)； 軸承與軸頸或端蓋配合不當(dāng)； 電動(dòng)機(jī)軸彎曲。,7.1.1軸承過熱,由于磨損軸承間隙過

16、大； 氣隙不均勻； 轉(zhuǎn)子不平衡； 轉(zhuǎn)軸彎曲； 機(jī)殼或基礎(chǔ)強(qiáng)度不夠； 電動(dòng)機(jī)地腳螺絲松動(dòng)； 籠型轉(zhuǎn)子開焊斷路；繞線轉(zhuǎn)子斷路； 定子繞組故障。,7.1.2電動(dòng)機(jī)振動(dòng)大,轉(zhuǎn)子與定子絕緣紙或槽楔相擦； 軸承磨損或油內(nèi)有砂粒等異物； 軸承缺油； 風(fēng)道填塞或風(fēng)扇擦風(fēng)罩； 定轉(zhuǎn)子鐵芯相擦（掃膛）； 電源電壓過高或不平衡； 定子繞組錯(cuò)接或短路。,7.1.3電機(jī)運(yùn)行中異音,通電后電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)有嗡嗡聲 通電后電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)，然后開關(guān)跳閘 電動(dòng)機(jī)過熱甚至冒煙,7.2電氣方面原因,定、轉(zhuǎn)子繞組有斷路（一相斷線）或電源一相失電； 繞組引出線始末端接錯(cuò)或繞組內(nèi)部接反； 電源回路接點(diǎn)松動(dòng)，接觸電阻大； 電動(dòng)機(jī)負(fù)載過大或轉(zhuǎn)子卡??； 電源電壓過低； 軸承卡住。,7.2.1通電后電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)有嗡嗡聲,電源缺相，或定子線圈一相反接； 定子繞組相間短路； 定子繞組接地； 定子繞組接線錯(cuò)誤；開關(guān)定值或容量過?。?電源線短路或接地。,7.2.2通電后電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)，開關(guān)跳閘,定轉(zhuǎn)子鐵芯相擦； 電動(dòng)機(jī)過載或頻繁起動(dòng)； 籠型轉(zhuǎn)