三相异步电动机课件

三相异步电动机1三相异步电动机的概述2三相异步电动机的构造3三相异步电动机的工作原理5三相异步电动机的铭牌数据8三相异步电动机的维护与保养9三相异步电动机的常见故障及处理方法4三相异步电动机的转速和极数7三相异步电动机的安装与使用6三相异步电动机的选择电动机的分类直流电动机1、按工作电源分类交流电动机单相电动机三相电动机2、按结构及工作原理分类直流电动机异步电动机同步电动机永磁直流电机串励直流电机并励直流电机复励直流电机驱动用电动机控制用电动机3、按用途分类电动工具用电动机家电用电动机通用小型设备用电动机伺服电动机步进电动机测速电动机异步电动机又称感应电动机,是由气隙旋转磁场与转子绕组感应电流相互作用产生电磁转矩,从而实现机电能量转换为机械能量的一种交流电机。异步电动机按照转子结构分为两种形式:有鼠笼式、绕线式异步电动机。作电动机运行的异步电机。因其转子绕组电流是感应产生的，又称感应电动机。异步电动机是各类电动机中应用最广、需要量最大的一种。在中国，异步电动机的用电量约占总负荷的60％多。概述基本特点转子绕组不需与其他电源相连，其定子电流直接取自交流电力系统；与其他电机相比，异步电动机的结构简单，制造、使用、维护方便，运行可靠性高，重量轻，成本低。以三相异步电动机为例，与同功率、同转速的直流电动机相比，前者重量只及后者的二分之一，成本仅为三分之一。异步电动机还容易按不同环境条件的要求，派生出各种系列产品。它还具有接近恒速的负载特性，能满足大多数工农业生产机械拖动的要求。其局限性是，它的转速与其旋转磁场的同步转速有固定的转差率（见异步电机），因而调速性能较差，在要求有较宽广的平滑调速范围的使用场合（如传动轧机、卷扬机、大型机床等），不如直流电动机经济、方便。此外,异步电动机运行时,从电力系统吸取无功功率以励磁，这会导致电力系统的功率因数变坏。因此，在大功率、低转速场合（如拖动球磨机、压缩机等）不如用同步电动机合理。应用由于异步电动机生产量大,使用面广,要求其必须有繁多的品种、规格与各种机械配套。因此，异步电动机的设计、生产特别要注意标准化、系列化、通用化。在各类系列产品中，以产量最大、使用最广的三相异步电动机系列为基本系列；此外还有若干派生系列（在基本系列基础上作部分改变导出的系列）、专用系列（为特殊需要设计的具有特殊结构的系列）。异步电动机上一页下一页返回防爆式上一页下一页返回绕线式异步机上一页下一页返回下面是它主要部件的拆分图。右图是一台三相鼠笼型异步电动机的外形图。三相异步电动机的结构1．定子部分定子是用来产生旋转磁场的。三相电动机的定子一般由外壳、定子铁心、定子绕组等部分组成。（1）外壳三相电动机外壳包括机座、端盖、轴承盖、接线盒及吊环等部件。机座：铸铁或铸钢浇铸成型，它的作用是保护和固定三相电动机的定子绕组。中、小型三相电动机的机座还有两个端盖支承着转子，它是三相电动机机械结构的重要组成部分。通常，机座的外表要求散热性能好，所以一般都铸有散热片。端盖：用铸铁或铸钢浇铸成型，它的作用是把转子固定在定子内腔中心，使转子能够在定子中均匀地旋转。轴承盖：也是铸铁或铸钢浇铸成型的，它的作用是固定转子，使转子不能轴向移动，另外起存放润滑油和保护轴承的作用。接线盒：一般是用铸铁浇铸，其作用是保护和固定绕组的引出线端子。吊环：一般是用铸钢制造，安装在机座的上端，用来起吊、搬抬三相电动机。（1）定子铁心异步电动机定子铁心是电动机磁路的一部分，由0.35mm～0.5mm厚表面涂有绝缘漆的薄硅钢片叠压而成，如图所示。由于硅钢片较薄而且片与片之间是绝缘的，所以减少了由于交变磁通通过而引起的铁心涡流损耗。铁心内圆有均匀分布的槽口，用来嵌放定子绕圈。（a）定子铁心（b）定子冲片定子铁心及冲片示意图（2）定子绕组上一页下一页返回上一页下一页返回定子绕组是三相电动机的电路部分，三相电动机有三相绕组，通入三相对称电流时，就会产生旋转磁场。三相绕组由三个彼此独立的绕组组成，且每个绕组又由若干线圈连接而成。每个绕组即为一相，每个绕组在空间相差120°电角度。线圈由绝缘铜导线或绝缘铝导线绕制。中、小型三相电动机多采用圆漆包线，大、中型三相电动机的定子线圈则用较大截面的绝缘扁铜线或扁铝线绕制后，再按一定规律嵌入定子铁心槽内。定子三相绕组的六个出线端都引至接线盒上，首端分别标为U1,V1,W1，末端分别标为U2,V2,W2。这六个出线端在接线盒里的排列如图所示，可以接成星形或三角形。（a）星形连接（b）三角形连接定子绕组的联结示意图2．转子部分（1）转子铁心是用0.5mm厚的硅钢片叠压而成，套在转轴上，作用和定子铁心相同，一方面作为电动机磁路的一部分，一方面用来安放转子绕组。（2）转子绕组异步电动机的转子绕组分为绕线形与笼形两种，由此分为绕线转子异步电动机与笼形异步电动机。①绕线形绕组与定子绕组一样也是一个三相绕组，一般接成星形，三相引出线分别接到转轴上的三个与转轴绝缘的集电环上，通过电刷装置与外电路相连，这就有可能在转子电路中串接电阻或电动势以改善电动机的运行性能，见右图。1—集电环；2—电刷；3—变阻器绕线形转子与外加变阻器的连接转子铁芯槽嵌放导体线圈）转子上一页下一页返回转子上一页下一页返回②转子绕组在转子铁心的每一个槽中插入一根铜条，在铜条两端各用一个铜环（称为端环）把导条连接起来，称为铜排转子，如图（a）所示。也可用铸铝的方法，把转子导条和端环风扇叶片用铝液一次浇铸而成，称为铸铝转子，如图（b）所示。100kW以下的异步电动机一般采用铸铝转子。转子绕组3．其他部分其他部分包括端盖、风扇等。端盖除了起防护作用外，在端盖上还装有轴承，用以支撑转子轴。风扇则用来通风冷却电动机。三相异步电动机的定子与转子之间的空气隙，一般仅为0.2mm～1.5mm。气隙太大，电动机运行时的功率因数降低；气隙太小，使装配困难，运行不可靠，高次谐波磁场增强，从而使附加损耗增加以及使启动性能变差。额定功率PN：是转轴上输出的机械功率，单位为W或kW额定电压UN：施加在定子绕组上的线电压，单位为V。额定电流IN：电动机在额定电压、额定频率下轴端输出额定功率时，定子绕组的线电流，单位为A。额定频率fN：我国电网频率f=50Hz。额定转速nN：电动机在额定电压、额定频率、轴端输出额定功率时，转子的转速，单位为r/min额定值之间的关系对于三相异步电动机有：五、异步电动机的铭牌与数据三相异步电动机的工作原理对称三相绕组通入对称三相电流旋转磁场(磁场能量)磁场绕组切割转子绕组转子绕组中产生e和i转子绕组在磁场中受到电磁力的作用转子旋转起来机械负载旋转起来三相交流电能输出机械能量上一页下一页返回上一节下一节三相异步电动机的基本原理•基本原理——在定子绕组中，通入三相交流电所产生的旋转磁场与转子绕组中的感应电流相互作用产生的电磁力形成电磁转矩，驱动转子转动，从而使电动机工作。1．三相交流电机的旋转磁场三相异步电动机转子之所以会旋转、实现能量转换，是因为转子气隙内有一个旋转磁场。下面来讨论旋转磁场的产生。如图所示，U1U2,V1V2,W1W2为三相定子绕组，在空间彼此相隔120°，接成Y形。三相绕组的首端U1,V1,W1接在三相对称电源上，有三相对称电流通过三相绕组。设电源的相序为U,V,W,的初相角为零，如波形图所示。三相交流电流波形图设为了分析方便，假设电流为正值时，在绕组中从始端流向末端，电流为负值时，在绕组中从末端流向首端。当的瞬间，=0，为负值，为正值，根据”右手螺旋定则”，三相电流所产生的磁场叠加的结果，便形成一个合成磁场，如图所示，可见此时的合成磁场是一对磁极（即二极），右边是N极，左边是S极。tiUsin)120sin(tiV)120sin(tiW0tUiViWi两极旋转磁场示意图•空间120度对称分布的三相绕组通过三相对称的交流电流时，产生的合成磁场为极对数p=1的空间旋转磁场，每电源周期旋转一周，即两个极距；•·某相绕组中电流达到最大值时，磁极轴线恰好旋转到该相绕组轴线上。iiuiviwiu0t33三相电流波形UUVVWW111222t=Iu=Im0UUVVWW111222t=Iv=ImUUVVWW111222t=Iw=Im（1）旋转磁场的产生（一）旋转磁场二极旋转磁场UVW▲极对数（p）的概念：（2）旋转磁场的转速旋转磁场转速n0—同步转速如何改变旋转磁场的转速？以Y型接法为例，当每相绕组只有一个线圈时，按右下图放入定子槽内，合成的旋转磁场只有一对磁极，则极对数为1。即p=1U1U2V1V2W2W1U1U2V1V2W1W2i2i1i3以Y型接法为例，将每相绕组都改用两个线圈串联组成。按下图放入定子槽内.形成的磁场则是两对磁极。即p=2U1U2U3U4V1V4V2V3W4W1W2W3i3W2V4U1V1W1U2V2W3U3U4V3W4i1i2三相绕组四极旋转磁场电流变化一周→旋转磁场转一圈电流每秒钟变化50周→旋转磁场转50圈→旋转磁场转3000圈电流每分钟变化(50×60)周p=1时：电流变化一周→旋转磁场转半圈电流每秒钟变化50周→旋转磁场转25圈→旋转磁场转1500圈电流每分钟变化(25×60)周p=2时：三相异步电动机的同步转速600pfnmin）r/(p123456n0/(r/min)300015001000750600500f=50Hz时,不同极对数时的同步转速如下:同步转速p为任意值时：旋转方向：取决于三相电流的相序。（3）旋转磁场的转向旋转磁场是沿着：U1V1W1◆与三相绕组中的三相电流的相序：L1→L2→L3一致。U1U2V1V2W2W1i1i2L1L2L3U1U2V1V2W1W2i2i1i3ImOti3NS（二）工作原理（1）电磁转矩的产生▲用右手定则判断转子绕组中感应电流的方向▲用左手定则判断转子绕组受到的电磁力的方向电磁力→电磁转矩TT与n0同方向。工作原理示意图原理：定子旋转磁场以速度n0切割转子导体感生电动势（发电机右手定则），在转子导体中形成电流，使导体受电磁力作用形成电磁转矩，推动转子以转速n顺n0方向旋转（电动机左手定则），并从轴上输出一定大小的机械功率。(n不能等于n0)特点：·电动机内必须有一个以n0旋转的磁场。－实现能量转换的前提；电动运行时n恒不等于n0（异步）－必要条件nn0；建立转矩的电流由感应产生。－感应名称的来源。NSn0n异步电动机模型笼型转子流过电流的转子导体在磁场中要受到电磁力作用，力F的方向可用左手定则确定，如上图所示。电磁力作用于转子导体上，对转轴形成电磁转矩，使转子按照旋转磁场的方向旋转起来，转速为n。三相电动机的转子转速n始终不会加速到旋转磁场的转速n1。因为只有这样，转绕组与旋转磁场之间才会有相对运动而切割磁力线，转子绕组导体中才能产生感应电动势和电流，从而产生电磁转矩，使转子按照旋转磁场的方向继续旋转。由此可见，且，是异步电动机工作的必要条件，“异步”的名称也由此而来。nn11nn▲电动机转速和旋转磁场同步转速的关系：电机转子转动方向与磁场旋转的方向一致，但nn0电动机转速n，旋转磁场的转速为n0转差率:00nnns起动时:n=0，s=1额定运行时:s=0.01~0.09称异步电动机或感应电动机起动时：n=0,△n=n0→转子电磁感应最强→转子电路电量的频率：f2=f1→n↑→△n↓→转子电路电量的频率f2↓（＜f1）稳定运行时：△n=n0－n很小▲转子电路频率的变化：f2=ｓf1很小（2）电磁转矩的方向转子旋转的方向与旋转磁场的转向相同。电磁转矩的方向与旋转磁场的转向一致。改变旋转磁场的转向一、三相异步电动机的极数三相异步电动机定子产生旋转磁场的磁极个数，称为极数对于每相只有一个线圈的电动机，绕组始端之间相差120°的空间角，则产生的旋转磁场只有一对磁极。磁极对数用p表示，则p=1。若每相定子绕组由两个线圈串联组成(如图所示)，则绕组始端之间相差60°空间角，因而旋转磁场具有两对磁极，p=2ABCXA´X´B´Y´YZZ