电机与电气控制技术项目式教程 教学课件 ppt 作者 唐惠龙 模块1

1,模块1 异步电动机,三相交流异步电动机是以三相对称交流为电源，将电能转换成机械能的设备。具有结构简单、运行可靠、维护方便、价格低廉等优点，因而被广泛应用。 随着电子技术及变流系统的迅速发展，使得三相交流异步电动机的运行特性得到很大的改善，使用领域也进一步拓宽。 本项目主要分析三相异步电动机的基本结构及原理，基本运行特性，起、制动及调速方法。,三相异步电动机基本结构 定子部分 转子部分,项目一三相交流异步电动机,任务1.1 三相交流异步电动机的结构组成,三相异步电动机的结构,1.转子；2，定子铁心；3集电环；4定子绕组；5出线盒；6，转子绕组；7，端盖；8，轴承,三相异步电动机结构,三相异步电动机基本结构 定子部分 转子部分,1.转子；2，定子铁心；3集电环；4定子绕组；5出线盒； 6，转子绕组；7，端盖；8，轴承,三相异步电动机结构,三相异步电动机基本结构 定子部分 转子部分,1.转子；2，定子铁心；3集电环；4定子绕组；5出线盒；6，转子绕组；7，端盖；8，轴承,（1）机座 指固定的外壳和底座，主要的作用是固定和支撑铁心。机座的前后装有轴承，以支撑旋转的转子轴。,三相异步电动机结构,三相异步电动机基本结构 定子部分 转子部分,1.转子；2，定子铁心；3集电环；4定子绕组；5出线盒；6，转子绕组；7，端盖；8，轴承,（2）定子铁心 其作用是嵌装定子绕组，也是磁路的重要组成部分。为了减少涡流损耗，采用由涂有绝缘漆的环形硅钢片叠压而成，铁心的内圆周开有均匀的槽，用以安装定子绕组。,三相异步电动机结构,三相异步电动机基本结构 定子部分 转子部分,1.转子；2，定子铁心；3集电环；4定子绕组；5出线盒；6，转子绕组；7，端盖；8，轴承,（3）定子绕组 由在几何空间完全对称的三相线圈独立绕成，嵌于定子槽内，外接三相对称电源。其主要作用是接受外部的三相交流电能，产生其工作必须的旋转磁场，是完成电能与机械能相互转换的中枢。,三相异步电动机结构,三相异步电机基本结构 定子部分 转子部分,1.转子；2，定子铁心；3集电环；4定子绕组；5出线盒；6，转子绕组；7，端盖；8，轴承,（1）转子铁心 紧套装在转轴上，由环形硅钢片迭压而成，开有装设转子绕组的槽。其作用是提供电机磁路及固定转子绕组。,三相异步电动机结构,三相异步电动机基本结构 定子部分 转子部分,1.转子；2，定子铁心；3集电环；4定子绕组；5出线盒；6，转子绕组；7，端盖；8，轴承,（2）转子绕组 为安装在转子槽中的导体。其作用是在磁场作用下产生感应转子电流，配合完成电能与机械能的转换。转子绕组可分为两类， 鼠笼型 绕线型,转子部分 _绕线型 _鼠笼型,绕线型绕组：它是在转子槽中安装的三相获至对称绕组， 一般接成星形，三相的引出线分别接在转轴上的三个集电环上，通过电刷与外电路相联，能方便地串入外接电阻，具有较好的起制动特性，可方便进行调速控制，多用于对运行特性要求较高的场合。,三相异步电动机结构,转子部分 _绕线型 _鼠笼型,三相异步电动机结构,鼠笼型绕组：是在转子铁心槽中插入导条（铜条或铝条），两端用铜环或铸铝短接起来，称铜排转子或铸铝转子。由鼠笼型绕组制作的电机称鼠笼式电机，因其结构简单，价格便宜，运行可靠而被广泛应用。,任务1.2 三相交流异步电动机的工作原理,三相异步电动机转子的旋转，是由于其气隙磁场是旋转的，从而使转子绕组切割磁场，产生感生电势与电流，完成电能与机械能的交换。 所谓旋转磁场，是指其磁场极性能以一定的速度旋转的磁场。电机的气隙磁场是由定子的交流电流产生的，所以磁场是变化的，当在定子的三相对称绕组上加上三相对称交流电时，则气隙磁场就以一定的速度旋转起来了。旋转磁场是三相异步电动机的工作核心问题，可通过解析和图形分析两种方法论证，本文只作图形分析以加强感性理解。,三相异步电动机旋转磁场,旋转磁场产的条件 三相定子绕组在空间上必须对称，即在空间位置上互差1200空间电角度。在三相对称绕组上通入三相对称电流，即在时间上互差1200时间电角度。 所谓空间电角度：是指一对磁极所占空间位置为3600，常称电气角。 所谓时间电角度：将正弦电流或电压一个周期定义为3600。每秒周期数称为频率，以HZ为单位，对应的角度称为角频率，以弧度为单位。 机械角度：则指一圆周为3600。,旋转磁极对数的形成规律,1对磁极,2对磁极,三相异步电动机旋转磁场,旋转磁极对数的形成规律,1对磁极,2对磁极,三相异步电动机旋转磁场,观察t=0时刻情况，当三相对称绕组只有一组时如下图所示，只形成了一对极，即只有一个N极，一个S极，一个圆周的空间电角度正好为3600，与机械角度相同；当定子槽中绕了两组三相对称绕组串联后，就形成了两对磁极如图所示，其圆周的空间电角度为3600，即180度机械角度就对应着360度空间电角度。,旋转磁极对数的形成规律,1对磁极,2对磁极,三相异步电动机旋转磁场,可以推出，若要形成P对磁极，则应在定子槽中绕制P组三相对称绕组。排列顺序为：若P=3 U1W2V1U2W1V2U1W2V1U2W1V2U1W2V1U2W12Y 其中：U1、U2为U相的首、尾。 V1、V2为V相的首、尾。 W1、W2为W相的首、尾。,旋转原理及速度,在t=0时：三相电流是从W相进，从V相出，产生的一对磁极在竖直方向上如图；当经过60度时间电角度，即t= T/6，三相电流是U进V出，磁极也顺时旋转60度空间电角度如图；当t= 2T/6时，三相电流是U进W出，磁极也同步旋转60度；当t= 3T/6时，三相电流是V进W出，磁极再同步旋转60度。,旋转原理及速度,当三相对称电流变化了180度时间电角度（半个周期），则旋转磁场也同样转过了180度空间电角度。,旋转原理及速度,（1）三相电流的变化时间电角度与旋转磁场的旋转空间电角度是完全相同的。由于一个圆周的空间电角度与极对数P成正比，等于360P，所以旋转磁场的转速r/min与极对数P成反比。也就是说当有P对极时，只有三相交流电经过P个周期的时间电角度，旋转磁场也才转过360P度空间电角度，即沿气隙转了一周。,旋转原理及速度,（2）旋转磁场的旋转方向与三相绕组中交流电的相序变化也是一致的，即当三相对称交流的相序为UVW（U相电流超前B相120°，V相电流超前W相120 ° ，W相电流超前U相120 ° 则旋转磁场也由对应的U相绕组轴线V相绕组轴线W相绕组轴线。若改变三相绕组的与三相电源的联接相序，则旋转磁场的方向将反向。这就为三相异步电机进行正反向控制提供了理论依据。,旋转原理及速度,（3）旋转磁场的幅取决于各个瞬时的磁势，很容易证明在三相对称绕组加以三相对称电流的条件下，任一瞬间的磁势都是相同的，所以旋转磁场的幅值是恒定的，常称圆形旋转磁场。,三相异步电动机基本原理,三相异步电动机的工作其理论基础是电磁基本定律。当在三相异步电机定子三相绕组加上对称三相交流电后，则在定子三相绕组产生三相对称电流，于是就产生了旋转磁场。 转子绕组被旋转着的磁场切割，转子绕组内就会产生感应电势，从而在闭合的转子绕组内产生感应电流。 转子电流与旋转磁场的共同作用（电磁力定律），就产生了电磁转矩。转子于是在电磁转矩的作用下被拖动，沿旋转磁场的旋转方向转动。,三相异步电动机基本原理,磁场与转子感应电流是异步电动机转动的两个基本要素，而感应电流的产生必需转子导体的对磁场的切割运动，所以转子的转速度与旋转磁场的旋转速度总有转差存在，故称其为“异步电机”，就是指转速与同步速度不相等。,三相异步电动机基本原理,转差与同步速度的比称转差率，用S表示，它是异步电机运行的重要参数。其定义式为:,同步速度,任务1.3三相交流异步电动机的铭牌参数,我国生产的异步电动机的主要产品系列 :,Y系列 YD系列是变极多速三相异步电动机。 YR系列是三相绕线式异步电动机。 YZ和YZR系列是起重和冶金用三相异步电动机。 YB系列是防爆式鼠笼异步电动机。 YCT系列是电磁调速异步电动机。,1.小型异步电动机 Y132S12 Y：表示异步电动机。 132：表示三相异步电动机的中心高度（单位为mm）。 S：表示短机座（M：表示中机座，L：表示长机座）。 1：表示铁心长度的字母代号。 2：表示极数。 2.中型异步电动机 除了小型异步电动机用以上表示外，中型异步电动机用以下形式表示。 YR355M24 YR：表示绕线式异步电动机。 355：表示中心高度为355毫米。 M：表示中机座。 2：表示铁心长度代号为2. 4：表示极数为4。 3.大型异步电动机 对于大型异步电动机用以下形式来表示。 Y630101180 Y：表示异步电动机。 630：表示功率为630KW。 10：表示为磁极为10极。 1180：表示定子铁心外径为1180毫米。,三相异步电动机铭牌参数 额定值,额定功率 额定电压 额定电流 额定频率 额定转速,指三相异步电动机在额定运行时转子轴上输出的机械功率，单位为KW。为正常工作允许的最大运行功率。,三相异步电动机铭牌参数,额定功率 额定电压 额定电流 额定频率 额定转速,指在三相异步电动机额定运行时加于定子绕组上的线电压。单位为V。,三相异步电动机铭牌参数,额定功率 额定电压 额定电流 额定频率 额定转速,指电动机在额定电压下输出额定功率时，定子绕组中的线电流，单位为A。,三相异步电动机铭牌参数,额定功率 额定电压 额定电流 额定频率 额定转速,指电动机所接电源的频率，单位是Hz。我国的规定的工业用电频率是50 Hz 。,三相异步电动机铭牌参数,额定功率 额定电压 额定电流 额定频率 额定转速,指额定运行时转子的速度，单位为r/min,异 步 电 动 机,绝缘等级,电动机内部所有绝缘材料允许的最高温度等级，它决定了电动机工作时允许的温升,Y系列,异 步 电 动 机,防护等级的代码2,三相异步电动机特性主要指工作特性与机械特性两类，其工作特性反映了三相异步电机运行时的转速、电流、电磁转矩、及效率与负载之间的关系。本任务主要分析三相异步电动机的机械特性及画法。,任务1.4 三相异步电动机的机械特性,三相异步电动机机械特性,三相异步电动机机械特性是反应电磁转矩与转速的关系特性曲线，是异步电动机控制的基础。 由于异步电动机的转差率与转速有着固定关系，所以常常将电磁转矩与转差的关系称为机械特性。,三相异步电动机的机械特性是指加在定子绕组上的电压和频率为常数时，电动机转子转速n与电磁转矩T之间的关系。 1.机械特性表达式 1）物理表达式 由于三相异步电动机机的电磁转矩是由转子电流与旋转磁场相互作用而产生的，所以，电磁转矩的大小与磁通量的大小及转子电流的有功分量成正比，即 T=CTmI2cos2 在上式中，I2和cos2 都随转差率s而变化，因此电磁转矩也随转差率而变化。,三相异步电动机机械特性,三相异步电动机机械特性,2）参数表达式,机械特性基本表达式,三相异步电动机机械特性,3）实用表达式,2.特性曲线 由三个坐标点可画出三相异步电动机的机械特性曲线，三个坐标点分别是（TSt,0）,(TM,nM)和(o,n1)。 在机械曲线中，最大转矩Tm与额定转矩TN的比值称为电动机的过载能力，用T表示， 一般三相异步电动机的过载系数T =1.62.2左右。起重和冶金专用笼型电动机T =2.22.8。 TST为起动转矩，表示电动机的带载起动能力，一般用KT表示，一般笼型电动机KT1.02.0。起重和冶金专用笼型电动机KT2.8.0。 二、机械特性分类 1.固有特性 在三相异步电动机的特性曲线中，当定子绕组工作在额定电压、额定频率，转子绕组没有外接附加电阻时，所得到的机械特性曲线称为固有机械特性。,三相异步电动机机械特性,正