第5章《电工电子技术》课件第5章

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新编电气与电子信息类 本科规划教材
电工电子技术 Electrical and electronic technology
樊立萍 张国光 宋婀娜 主编 肇 巍 袁艳敏 林晓梅 参编
第 5章
三相异步电动机及其简单控制
第5章 三相异步电动机及其简单控制
本章重点
三相异步电动机的基本构造、工作原理、机械特性 三相异步电动机的铭牌数据和选择 三相异步电动机的起动、制动和基本调速方法 常用的低压电器元件 ,三相异步电动机的基本控制 电路
第5章 三相异步电动机及其简单控制
鼠 笼 型 绕 组
转子 外形
铸铝的鼠笼型转子
鼠笼型转子
第5章 三相异步电动机及其简单控制
(2)绕线式转子绕组:三相绕组,一般接成星形。每相的始 端分别联接在三个铜制的滑环上,滑环固定在转轴上。 环与环、环与转轴都互相绝缘。每个滑环上都用弹簧压着一 个固定不动的电刷,转子转动时,滑环与电刷保持滑动接触。 转子的三个始端通过电刷引到接线盒中,便于在转子回路接 入附加电阻,改善电动机运行性能。 鼠笼式 转子构造不同
三相异步电动机的定子主要由机座、定子铁心和定子绕组组成。
第5章 三相异步电动机及其简单控制
三相对称分布绕组:①每一相绕组的匝数、结构和形状相同; ②在沿定子铁心内圆周放置时,空间相位互差120º 。 各相绕组之间及绕组与铁心之间都是绝缘的。 每相绕组引出一个首端和一个末端, 三相绕组共6个端子 都引到接线盒中,按需要可以联成Y形或Δ形。
第5章 三相异步电动机及其简单控制
三、旋转磁场的极数 三相异步电动机的磁极对数就是旋转磁场的磁极 对数 。
旋转磁场的极数和三相绕组的安排有关。在图5.7所示情况 下,每相绕组只有一个线圈,绕组的始端之间相差120°空 间角,则产生的旋转磁场具有一对极(或称两极旋转磁场), 即p=1(p是磁极对数)。
所以旋转磁场的转速为
在我国,工频f1=50 Hz,于是可得出对应于不同极对数p的同 步转速n0,见表5.1。
表5.1 不同极对数p的旋转磁场转速n0 p 1 2 3 4 5 6
n0 (r/min)
3000
1500
1000
750
600
500
第5章 三相异步电动机及其简单控制
5.2.2 工作原理 一、工作原理
t 90
第5章 三相异步电动机及其简单控制
t 0
t 60
t 90
综上,当三相对称绕组中通入三相交流电流时,所 产生 的合成磁场是随电流的交变而在空间不断旋 转的,即产生旋转磁场。
第5章 三相异步电动机及其简单控制
二.旋转磁场的转向 由图5.7可以看出,旋转磁场是沿着A→B→C方向旋 转的,与三相绕组中对称三相电流的相序一致,即旋 转磁场的转向由通入绕组的三相电流的相序决定。 所以可以通过改变三相绕组中电流的相序来改变旋 转磁场的转向。异步电动机的反转就是利用这一原 理实现的。任意对调两根三相电源接到定子绕组上 的导线,就可以改变异步电动机的旋转方向。
第5章 三相异步电动机及其简单控制
(a)
t 0
( b)t
60
图5.9 四极旋转磁场(p=2)
第5章 三相异步电动机及其简单控制
四、旋转磁场的转速
三相异步电动机的转速与旋转磁场的转速有关,而旋转磁场的 转速决定于磁场的极对数。
在一对极的情况下,如下图,当电流从ωt = 0°到ωt =60°时, 磁场在空间也旋转了60°。当电流变化了一个周期时,磁场 恰好在空间旋转了一周(亦称一转)。设电流的频率为f1,则 旋转磁场的转速为n0=60f1。转速的单位为转/分(r/min)。
第5章 三相异步电动机及其简单控制
例5.1有一台三相异步电动机,其额定转速n = 1440r/min。试 求电动机的极对数和额定负载时的转差率。电源频率f 1 = 50 Hz。 解:由于电动机的额定转速接近而略小于同步转速,而同步 转速对应于不同的极对数有一系列固定的数值(见表5-1)。 显然,与1440 r/min最相近的同步转速n0 =1500 r/min,所以 电动机的磁极对数为
电动机:把电能转换为机械能的装置。 电动机按供电电源不同,分为直流和交流电动机。
交流电动机分为单相(一般容量小)三相(相对容量大)、同步异步两 大类。 同步电动机转速恒定,不受负载控制。用于功率大,不需调、速、长期 工作的大型机械(如大型鼓风机、压缩机、通风机等)
异步电动机:把交流电能转换为机械能的一种动力装置。 三相异步电动机应用广泛,为本章学习研究对象。
根据右手螺旋定则,判断此时三相电流所产生的合成磁场轴 线的方向是自上而下。
t 0
t 60
t 90
第5章 三相异步电动机及其简单控制
t 0
3、当 t 60
t 60
t 90
iA是正的,其方向与参考方向相同,即A-X; iB是负的,其方向与参考方向相反,即Y-B; Ic = 0。 此时合成磁场的方向与t 0 时相比,已在空间转过了60°
第5章 三相异步电动机及其简单控制
5.1 三相异步电动机的基本构造
三相异步电动机由定子和转子两个基本部分组成,定子和转子 之间由气隙分开。此外,还有端盖、风扇、接线盒等其他附件 。
三相异步电动机构造
第5章 三相异步电动机及其简单控制
一、定子
1、机座:电动机的支架,一般为铸铁或铸钢铸造而成,起支 撑和保护作用。 2、定子铁心:电机磁路的一部分,由 互相绝缘的圆环形硅钢片叠压而成。 铁心内壁均匀分布若干冲槽,用于放 置定子绕组。 3、定子绕组:电动机的电路部分, 嵌放在定子铁心槽中。绕组是三相对 称分布绕组 。
图5.10 工作原理图
由于转子绕组自身闭合,在感应电动势的作用下,转子导条中便有感应 电流通过,即产生转子电流。载流转子导条与旋转磁场相互作用,使转 子导条受到电磁力F的作用。电磁力的方向可用左手定则来确定。
每个载流导条在旋转磁场作用下受到的电磁力对转子转轴形成转矩,称 之为电磁转矩。在电磁转矩的作用下,转子就转动起来。转子转动的方 向和磁极旋转的方向相同。
所以,异步电动机旋转的必要条件是:异步电动机的转速n 恒小于旋转磁场的转速n0。 旋转磁场的转速n0,也叫同步转速。 异步电动机的转速n,就是转子转速 。 二、转差率 转差率s :异步电动机的转速差 (n0 n)与旋转磁场的转速 n0 的比率。
n0 n s n0
第5章 三相异步电动机及其简单控制
图5.10中转子只示出两根导条。当三相定子绕组 接至三相电源后,三相绕组内将流过三相电流并 在电机内建立旋转磁场,用N、S表示两极旋转 磁场。当旋转磁场按顺时针方向旋转时,转子导 条相当于逆时针方向切割磁力线,在转子导条中 产生感应电动势。由右手定则可确定,N极下的 转子导条的感应电动势的方向是向外的,而S极 下的导条的感应电动势方向是向里的。
第5章 三相异步电动机及其简单控制
4、在 t 90 时 iA是正的,其方向与参考方向相同,即A-X; iB是负的,其方向与参考方向相反,即Y-B; iC是负的,其方向与参考方向相反,即Z-C。
判断此时合成磁场的方向与t 60 时相比,
在空间又转过了30°
t 0
t 60
绕线式
比较 鼠笼式
工作原理一样
绕线式
优缺点
结构复杂,价格较贵,但其起动转 矩大,一般用于重载负荷
第5章 三相异步电动机及其简单控制
绕线式转子结构
第5章 三相异步电动机及其简单控制
5.2 三相异步电动机的工作原理
5.2.1 旋转磁场 一、旋转磁场的产生 1、定子绕组(三相对称分布)通入对称三相交流电流
第5章 三相异步电动机及其简单控制
二、转子
三相异步电动机的转子由转子铁心、转子绕组和转轴构成。 转子、气隙和定子铁心构成了一个电动机的完整磁路。 1、铁心:由彼此绝缘的硅钢片叠成圆筒形,套在转轴上。其 外表面有很多均匀分布的冲槽,用于安放转子绕组。 2、绕组:鼠笼式、绕线式 (1)鼠笼型转子绕组:做成笼状,即在转子铁心槽内放铜 条,铜条两端用端环联接;或在槽中浇铸铝液,将转子导条 与端环铸在一起,铸成一鼠笼。 目前中小型鼠笼式电动机的转子多是铸铝的。鼠笼式异步电 动机是工农业生产中应用最广泛的一种电动机。
t 0
t 60
t 90
第5章 三相异步电动机及其简单控制
在旋转磁场具有两对极的情况下,由下图,当电流也从ωt = 0°到ωt =60°经历了60°时,而磁场在空间仅旋转了30°。 就是说,当电流变化了一周时,磁场仅旋转了半周,比p=1情 况下的转速慢了一半,即n0=60f1 /2。
由于 n n0 且 n0 ,故
0 s 1 。
转差率是异步电动机的一个重要参数,它与负载情况有关。负 载越大,转速越慢,转差率就越大;负载越小,转速越快,转 差率就越小。 由于三相异步电动机的额定转速与同步转速相近,所以它的额 定转差率很小。通常异步电动机在额定负载时的转差率约为 0.01~0.07。
I A
A
i
iA
X Y
90
iB
iCΒιβλιοθήκη Baidu
Z
I B I
C
C
B
O
60
t
iA (t ) I msint
iB (t ) I msin(t 120 ) iC (t ) I msin(t 120 )
第5章 三相异步电动机及其简单控制
2、在 t 0时 iA= 0; iB是负的,其方向与参考方向相反,即Y-B; iC是正的,其方向与参考方向相同,即C-Z。
第5章 三相异步电动机及其简单控制
2、转子电路 (1)转子电流频率f2与s的关系 p(n0 n) p n0 n0 n f2 sf1 60 60 n0 即转子电流频率f2与转差率s成正比
第5章 三相异步电动机及其简单控制
如将定子绕组安排成下左图示,即每相绕组由两个线圈串联, 绕组的始端之间相差60°空间角,则产生的旋转磁场具有两 对极(或称四极旋转磁场),即p=2。所产生的四极旋转磁 场如图5.9示。
I A
A
Z Y
X
I B
C
B
I C
( a) (b)
产生四极旋转磁场的定子绕组
E1 4.44 f1K1N1Φ
式中 f1——电源频率; K1——定子绕组系数,小于1的常数; N1——每相绕组的串联匝数; Φ ——旋转磁场每极磁通。 U1——定子绕组相电压的有效值。
忽略定子漏磁场对定子绕组的作用,
U1 E1 4.44 f1K1 N1Φ
旋转磁场每极磁通 Φ 的大小取决于定子电压U1
第5章 三相异步电动机及其简单控制
由上述分析可以看出,异步电动机的转动是由于电磁转矩的作用,而电 磁转矩的产生是由于转子导条与定子旋转磁场间存在相对运动。如果转 子转速达到旋转磁场转速,转子与旋转磁场之间就没有相对运动,转子 导条将不切割磁力线,转子电动势、转子电流以及电磁转矩也就都不存 在。这样,转子就不可能继续转动。
第5章
三相异步电动机及其简单控制
三相异步电动机分类及简介: 发电机 电机 电动机 交流电动机
按转速是否受负 载影响分
直流电动机 同步电动机 异步电动机 单相电动机 三相电动机
交流电动机
按定子绕组相数分
第 5章
三相异步电动机及其简单控制
电机:进行电能和机械能相互变化的机械装置。 发电机:把机械能转换为电能的装置。
p
60 f1 60 50 2 n0 1500
额定负载时的转差率为
n0 n 1500 1440 s 0.04 n0 1500
第5章 三相异步电动机及其简单控制
5.3 三相异步电动机的转矩 5.3.1三相异步电动机的电路分析
1.定子电路
异步电动机的定子绕组是静止的,所以旋转磁场产生的感应电动势的频率 等于电源频率f1。异步电动机气隙的旋转磁场切割定子绕组在其中产生感应 电动势e1 ,定子绕组中每相感应电动势的有效值为 :
(a) ωt
= 0°
( b) ωt
=6 0°
图5.9 四极旋转磁场(p=2)
第5章 三相异步电动机及其简单控制
60 f1 n0 (r/min) p 旋转磁场的转速n0取决于电流频率f1和磁极对数p。f1由异步 电动机的供电电源频率决定,而p决定于三相绕组的结构。对 某一异步电动机而言, f1和p通常是一定的,所以磁场转速n0 是个常数。
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