第四章 三相交流电动机

第四章交流电动机的工作原理及特性了解三相异步电动机主要结构、工作原理及铭牌数据；熟悉三相异步电动机的机械特性;掌握三相异步电动机的起动、制动和调速的方法及应用场合;掌握单相异步电动机的工作原理及特性。电动机交流电动机直流电动机鼠笼式异步电动机他励、并励、串励、复励电动机的分类同步电动机绕线式4.1三相异步电动机的结构与工作原理三相异步电动机的基本结构；三相异步电动机的铭牌；三相异步电动机的工作原理。一、三相异步电动机结构三相异步电动机的组成鼠笼式电动机的各部件V2V1W2U2U1W1转子定子定子绕组（三相）机座三相异步电动机的基本结构U、V、W分别代表三个线圈；角标1表示线圈的首端，角标2表示线圈的末端。三相异步电动机的结构均可分为定子和转子两部分。三相异步电动机结构简图定子由定子铁芯、定子绕组、机座三部分组成。定子铁芯:一般采用0.5mm厚并涂有绝缘漆的硅钢片叠压而成，形状为环形，沿内圆表面均匀轴向开槽。作用：一是导磁，二是安放绕组。1、定子定子绕组：由漆包线绕制而成。连接方式有三角形或星形两种。作用：形成旋转磁场。机座：中小型电机采用铸铁机座；大型电机采用钢板焊接机座。作用：支撑定子铁心。A定子硅钢片装有三相绕组的定子2、转子转子主要由转子铁芯、转子绕组和转轴组成。转子铁芯:它用0.5mm厚且外圆周冲有转子槽形的硅钢片叠压而成。作用：一是导磁，二是安放绕组。转子绕组线绕式由漆包线绕制而成。鼠笼式作用：产生电磁转矩铁芯槽内放铜条，端部用短路环形成一体或铸铝形成转子绕组。鼠笼转子和绕线转子鼠笼式转子绕线式转子鼠笼式电动机与绕线式电动机的的比较：鼠笼式：结构简单、价格低廉、工作可靠；不能人为改变电动机的机械特性。绕线式：结构复杂、价格较贵、维护工作量大；转子外加电阻可人为改变电动机的机械特性。3、定子绕组接线方式机座外有一接线盒，定子绕组的首端和末端都接在接线盒内的接线柱上，选择不同的接线方式可以使定子绕组的接线形式为星形或三角形。U1U2V2V1W2W1接线盒AYCXZBY接法：U1U1U2U2V2V2V1V1W1W1W2W2接法：V2U1U1U2U2V2V1V1W2W2W1W1注：定子绕组的连接方式分别为星形连接与三角形连接。三相电动机的定子三相绕组的接法选择，取决于电动机上铭牌标注的额定接法，另外还要考虑电源线电压和电动机的额定电压。通常：4kW以上电动机铭牌上标有符号接法、额定电压380V；4kW及以下电动机铭牌上标有符号/Y接法、额定电压220/380V。二、三相异步电动机铭牌数据三相异步电动机型号编号某某电机厂标准编号工作制S1B级绝缘年月防护等级IP44接法50HZ45Kg380V1440r/minLW82dBY-112M-44.0KW8.8A1.型号Y112M－4磁极数４(磁极对数p=2)Y系列异步电动机中心机座高度112mmM表示中机座，L表示长机座，S表示短机座。2.额定功率P2N4.0KW指电动机在额定运行时转轴上输出的机械功率。3.额定频率fN（50Hz）电动机所接交流电的频率。4.额定电压UN定子绕组在额定运行、指定接法下应加的线电压。说明：一般规定电动机的运行电压不能高于或低于额定值的5％。线电压线电压W1U2U1V1V2W2U2U1V1V2W2W15.额定电流IN定子绕组在额定运行指定接法下的线电流。如：A8.8表示三角形接法下，电机的额定线电流为8.8A。6.转速nN:额定运行时电机轴上的转速。如：n=1440转/分7.工作制：S1指电动机可以在铭牌标出的额定状态下连续运行，即连续工作制。S2表示短时工作制，S3表示断续周期工作制。9．防护等级IP44防护等级由字母IP和两个数字组成，IP是(International国际)与(Protection防护)的首写字母。开启式11：适用于干燥无灰尘场合；防护式22或23：适用于一般场合；封闭式44：适用于灰尘多、潮湿或含酸性气体场合；防爆式：适用于易燃、易爆场合。IP后面的第一个数字代表第一种防护型式(防尘)的等级，第二个数字代表第二种防护型式(防水)的等级，数字越大，防护能力越强。8.接法Δ表示在额定运行时，定子绕组应采用的接线方式。11.功率因数（相电流与相电压之间的相位差）Ncos额定负载时定子电路的功率因数，一般为0.7~0.9。空载时功率因数很低约为0.2~0.3。额定负载时，功率因数最大。P2PNcos110.效率ηN电动机额定输出的功率P2N与在额定负载下的输入功率P1N之比。%100cos3%100212NNNNNNNIUPPP鼠笼电机=72%－93％N绝缘等级是按电动机绕组所用的绝缘材料在使用时允许的极限温度来分级的。所谓允许极限温度是指电机绝缘材料的允许最高工作温度，它反应绝缘材料的耐热性能。绝缘等级极限温度（0C）AEB10512013012、绝缘等级注:我国规定的标准环境温度为40℃FH155180异步电动机产品名称代号产品名称异步电动机绕线式异步电动机防爆型异步电动机高起动转矩异步电动机新代号汉字意义老代号Y异异绕异爆异起YRYBYQJ、JOJR、JROJB、JBOJQ、JQO2n1nei三、三相异步电动机的工作原理NSF磁铁闭合线圈1、工作原理三相异步电动机的工作原理和其他类型的电动机是一样的，都是利用磁场与转子导体中的电流相互作用产生电磁力，进而输出电磁转矩进行工作的。所不同的是，在三相异步电动机中，其磁场是由定子绕组内的三相电流所产生的合成磁场，且磁场是以电动机的转轴为中心在空间旋转，称为旋转磁场。1.线圈跟着磁铁转→两者转动方向一致结论：异步2.线圈比磁场转得慢12nn2n1neiNSF右手螺旋定则（安培定则）表示电流和电流所激发的磁场磁感线方向间关系的定则。通电直导线中的安培定则（安培定则一）：用右手握住通电直导线，让大拇指指向电流的方向，那么四指的指向就是磁感线的环绕方向。通电螺线管中的安培定则（安培定则二）：用右手握住螺线管，使四指弯曲方向与电流方向一致，那么大拇指所指的那一端即是通电螺线管的N极。2、旋转磁场的产生异步电动机中,旋转磁场代替了旋转磁极通入线圈线圈通入线圈通入WtIiVtIiUtIimWmVmU120sin120sinsinU1V2W1V1W21n(•)电流出()电流入U2约定:电流为正时，电流由线圈的首端流进，末端流出；电流为负时，电流由线圈的末端流进，首端流出。0tU1U2V2w1V1w2NSUiViWimItViU1U2V1V2W1W2UiWi合成磁场方向：向下同理分析，可得其它电流角度下的磁场方向：UiViWitmI60tU1U2V2W1V1W2SN1n60180tU2V1W21nU1V2W1SN180A120tU2V2W1V1W21nU1SN120UiViWitmI60tU1U2V2W1V1W2SN1n60180tU2V1W21nU1V2W1SN180A120tU2V2W1V1W21nU1SN120由以上分析可知，三相定子绕组分别通入三相对称电流iU、iV、iW，就能产生一个随时间变化沿电动机转轴不断旋转的磁场。3、旋转磁场的转速大小分）转/(600fn交流电（频率f）变化一个周期，旋转磁场在空间转过360°。则磁极对数P=1时的同步转速（旋转磁场的速度）为：UiViWimItU1U2V2V1W2NSW1W1U1U2V2V1W2NSW11nU1U2V2V1W2W1NS60t磁极对数（P）的概念ViU1V1U2V2W1W2UiWi1p此种接法下，合成磁场只有一对磁极，则磁极对数为1。即：U1U2V2W1V1W2NS磁极对数（P）的改变将每相绕组分成两段，按右下图放入定子槽内。则形成两对磁极的磁场。U1U2W1W2W1'V2'V1W1U2V2W2U1'U2'V1'W2'UiWiViU1U1'U2'V1V2V2'V1'W1'W2'W1'V2'V1W1U2V2W2U1'U2'V1'W2'UiWiViU1NSSNU1U2U1'U2'W1'W2'V1'V2'V1V2W1W2磁极对数2pUiViWimItX0tNSSNU1U2U1'U2'W1'W2'V1'V2'V1V2W1W260t1nZC'Z'CSNSN30U1U2U1'U2'磁极对数和转速的关系UiViWimItW1'V2'V1W1U2V2W2U1'U2'V1'W2'UiWiViU1三相异步电动机的同步转速磁极对数P=1P=3P=4P=5P=6P=2同步转速n1(f=50HZ)3000转/分1500转/分1000转/分750转/分600转/分500转/分分）转/(600pfn旋转方向：取决于三相电流的相序。4、旋转磁场的旋转方向UiwivimIt0nUiViWimIt0nV和W相对调注意：只要将接入定子绕组的三相交流电任意换接其中两相，旋转磁场的方向改变，电机的旋转方向也改变。UiViWimItU1U2V2W1V1W2NS5、电动机的转动原理U1U2V2W1V1W2定子三相绕组通入三相交流电分）转/(6010pfn方向:顺时针切割转子导体Blv右手定则感应电动势E2旋转磁场感应电流I2旋转磁场Bli左手定则电磁力FF电磁转矩TnvF0nNS6、转差率S00nnns异步电机运行中:090.0~010.0s转差为旋转磁场的同步转速和电动机转速之差。电动机起动瞬间:1,0sn（转差率最大）即：转差率为转差与同步转速之比。综上所述，三相异步电动机的工作原理如下:1、三相定子绕组中通入对称三相电流产生旋转磁场。2、转子导体切割旋转磁场产生感应电动势和电流。3、转子载流导体在磁场中受电磁力作用，从而形成电磁转矩，进而驱动电动机的转子旋转。例1：已知某三相异步电动机UN=380V，cosφN=0.82，效率η=84%，额定功率PN=4KW，额定转速nN=1440r/min，试求：额定电流、额定转差率？解:因为84.082.03803104cos33NNNNNiNIIUPPP所以求得IN=8.8A额定转差率04.015001440-150000nnns例2：一台三相异步电动机，其额定转速n=975r/min，电源频率f1=50Hz。试求电动机的极对数和额定负载下的转差率。解：根据异步电动机转子转速与旋转磁场同步转速的关系可知：n0=1000r/min,即p=3额定转差率为250.01000975100000nnns4.2三相异步电动机的电路分析三相异步电动机的电磁关系与变压器类似：1)变压器原、副绕组是与同一主磁通相交链，异步电动机中定子和转子绕组与同一旋转磁通相交链。因此异步电动机中定子和转子绕组相当于变压器的原、副绕组。2）变压器：变化eU1E1=4.44fN1异步机：旋转eU1E1=4.44fN1异步机：当负载增加时，转子电流I2增大I1增大，以保持基本不变，达到传递能量的目的。三相异步电动机与变压器的不同之处：1）变压器是静止的。而异步机是旋转的。2）变压器的磁路是无气隙的。而异步机中的定子和转子之间是有不大的气隙。3）变压器中原、副绕组的感应电动势是同频率的。而异步机中转子感应电动势的频率是随转子转速改变的。3）变压器：I2增大I1增大，以保持基本不变，以达到传递能量的目的。一、定子电路1.定子每相绕组E1异步电动机：旋转磁场切割导体e，U1E1=4.44f1N1kdp1旋转磁场与定子导体间的相对速度为n0，所以2.定子感应电势的频率f16001pnf感应电势的频率与磁场和导体间的相对速度有关f1=电源频率f异步电动机每相电路i1u1e1e2i2+－++－－f1f2式中：f1为定子感应电动势的频率；kdp1为定子绕组系数；为气隙每极磁通量。二、转子电路1.转子感应电势频率f2∵定子导体与旋转磁场间的相对速度固定，而转子导体与旋转磁场间的相对速度随转子的转速不同而变化。