机械电气设备与维修--电子教案3-4课时--三相异步电动机工作原理

第3-4课时第1页授课日期班级出勤情况复习旧课要点直流电动机的励磁方式；同步发电机并联运行的条件新课内容章、节标题课题名称第四章三相异步电动机第一节三相异步电动机的工作原理授课目的1、掌握旋转磁场是怎样产生的？2、掌握三相异步电动机的工作原理新课重点及措施旋转磁场是怎样产生的？画图讲解新课难点及措施旋转磁场是怎样产生的？画图讲解备注图2-16三相电流波形图第2页教授内容与教法第一节三相异步电动机的结构和工作原理交流电机可分为同步电机和异步电机两大类。同步电机的转速与所接电源频率之间存在严格不变的关系，主要用作发电机。异步电机的转速与所接电源频率之间不存在严格不变的关系，主要用于电动机。异步电动机是生产设备中应用最广泛的动力设备，如在工农业、交通运输、日常生活等各个方面。异步电动机之所以获得广泛应用，是因为它和其它各种电机比较，具有结构简单、制造方便、运行可靠等优点。如和同容量的直流电机相比，异步电机的重量约为直流电机的一半，而其价格约为直流电机的三分之一。但是异步电动机也存在一些缺点：不能经济地实现范围较广的平滑调速，对电网永远是一个感性负载，使电网的功率因数降低。1、三相异步电动机的工作原理由于三相定子绕组结构相同、彼此在空间位置互差120°电角，为简化分析，用彼此互隔120°电角的三个线圈来表示。当三相定子绕组接上对称的三相电源后，流过三相对称电流，各相电流的瞬时表达式为：iU=ImcosωtiV=Imcos(ωt－120°)（2-4）iW=Imcos(ωt－240°)三相电流的波形如图2-16所示。如果规定电流的正方向从绕组的首端流向尾端，那么当各相电流的瞬时值为正值时，电流从该相绕组的首端（U1、V1、W1）流入，从尾端（U2、V2、W2）流出。当电流的瞬时值为负时，电流从该相绕组的尾端流入，而从首端流出。分析时用符号表示电流流入，⊙表示电流流出。图2-172极旋转磁场示意图图2-19三相异步电动机工作原理示意图第3页教授内容与教法下面以ωt=0°、ωt=120°、ωt=240°、ωt=360°四个特定的时刻分析。当ωt=0°时，U相电流为正且达到最大值，电流从U1流入，从U2流出，而V、W两相电流为负，分别从V2、W2流入，从V1、W1流出，如图2-17a所示。根据右手螺旋定则，可知三相绕组产生的合成磁场的轴线与U相线圈的轴线相重合。合成磁场为2极磁场，磁场的方向从上向下，上方为N极，下方为S极。用同样的方法可以画出ωt=120°、ωt=240°、ωt=360°这三个瞬时的电流分布情况，分别如图2-17（b）（c）（d）所示。观察图2-17，发现当三相对称电流流入三相对称绕组后，所建立的合成磁场，并不是静止不动的，而是旋转的。电流变化一周，合成磁场在空间也旋转一周。若电源的频率为f，则2极磁场每分钟旋转60f周。2.相异步电动机的工作原理当对称的三相定子绕组通入三相对称电流后，定子绕组产生旋转磁场,磁场的瞬时位置如图2-19所示，设磁场为逆时针方向旋转。该磁场的磁力线通过定子铁心、气隙和转子铁心而闭合。由于静止的转子绕组与定子旋转磁场存在相对运动，转子槽内的导体即要切割定子磁场而感应电动势，电动势的方向可根据右手定则确定。由于转子绕组为闭合回路，在转子电动势的作用下，转子绕组中就有电流通过，如不考虑电流与电动势的相位差，则电动势的瞬时方向就是电流的瞬时方向。根据电磁力定律，载流的转子导体在旋转磁场中必然会受到电磁力，电磁力的方向可用左手定则确定。所有转子导体受到的电磁力对转轴便形成一逆时针方向的电磁转矩。从图2-19可知，电磁转矩的方向与旋转磁场的方向一致。于是转子在电磁转矩作用下，便沿着旋转磁场的方向旋转起来。如果转子与生产机械联接，则转子受到的电磁转矩将克服负载转矩而作功，从而实现了电能与机械能的转换。由此可见，对称的三相电流通入对称的三相绕组后所形成的磁场是一个随时间变化而旋转的磁场。图2-184极旋转磁场示意图3.三相异步电动机与旋转磁场有关的因素采用上面的分析方法，从图2-18可知，产生的合成磁场为4极旋转磁场，电流变化一周，磁场仅转过1/2周，它的转速为2极旋转磁场转速的1/2。依次类推，当电机的极数为2p时，旋转磁场的转速为2极磁场转速的1/p，即每分钟转pf/60周。旋转磁场的转速称为同步转速，以n1表示。即：pfn601r/min2极转速3000r/min4极转速1500r/min6极转速1000r/min8极转速750r/min4.三相异步电动机的转差率由于转子的旋转方向和旋转磁场的方向是一致的，如果转子的转速n等于旋转磁场的转速即同步转速n1，它们之间将不再有相对运动，转子导体就不能切割磁场而产生感应电动势、电流和电磁转矩。所以异步电动机的转速n总是小于同步转速n1，即与旋转磁场“异步地”转动，故称为异步电动机。转子与旋转磁场的相对速度，即同步转速n1与转子转速n之差称为转差△n，转差即为转子切割旋转磁场的速度。△n与n1之比称为转差率，用s表示，即：%10011nnns（2-6）异步电动机的转速随负载的变化而变化，转差率s也就随负载的变化而变化。但正常工作时，转差率变化不大，空载时s约在0.5%以下；额定负载时绝大部分电动机s约在1.5%～6%范围内第4页本次课要点旋转磁场是怎样产生的课外作业D11.直流电动机的励磁方式有那些？2.同步发电机并联运行的条件？3.旋转磁场是怎样产生的？4.三相异步电动机的工作原理？本课小结与改进措施旋转磁场是怎样产生的，它的产生是有条件的;三相异步电动机的工作原理要搞清楚；若有模型教学效果更好。任课教师:张伟敏年月日