三相异步电动机的根基布局和就业道理

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三相异步电动机的基本结构和工作原理_工学_高等教育_教育专区。机电传动控制课件 第五章 交流电动机的工作原理及特性 ? 了解三相异步电动机的基本结构及工作原理; ? 掌握三相异
三相异步电动机的根基布局和就业道理

三相异步电动机的根基布局和就业道理

  三相异步电动机的基本结构和工作原理_工学_高等教育_教育专区。机电传动控制课件

  第五章 交流电动机的工作原理及特性 ? 了解三相异步电动机的基本结构及工作原理; ? 掌握三相异步电动机的转矩特性和机械特性; ? 掌握三相异步电动机的连接方法和额定参数; ? 掌握三相异步电动机启动、调速和制动等各种特性; ? 掌握实现三相异步电动机启动、调速和制动的各种方法及它们 的使用场所; ? 掌握单相异步电动机的工作原理和启动方法; ? 了解同步电动机的结构、工作原理、运行特性和启动方法。 5.1 三相异步电动机的基本结构和工作原理 一、三相异步电动机的基本结构 三相异步电动机主要由定子和转子两个部分组成,定子是不动 的部分,转子是旋转部分,在定子和转子之间有一定的气隙。如图 所示。 异步电动机的结构 图 6.1.1 三相笼式异步电动机的部件图 返 回 上一节 下一节 上一页 下一页 1.定子 定子由定子铁心、绕组以及机座组成。 定子铁心是磁路的一部 分,它由0.5mm的硅钢片叠 压而成,片与片之间是绝缘 的,以减少涡流损耗。定子 铁心的硅钢片的内圆冲有定 子槽,槽中安放线圈,如图 所示。硅钢片铁心在叠压后 成为一个整体,固定于机座 上。 定子绕组是电动机的电 路部分。三相电动机的定子 绕组分为三个部分对称地分 布在定子铁心上,称为三相 绕组,分别用AX、BY、CZ 表示,其中,A、B、C称为 首端,而X、Y、Z称为末端。 三相绕组接入三相交流电源,三相绕组中的电流定子铁心中产 生旋转磁场。 机座主要用于固定与支撑定子铁心。中小型异步电动机一般采 用铸铁机座。根据不同的冷却方式采用不同的机座型式。 2.转子 转子由铁心与绕组组成。 转子铁心也是电动机磁 路的一部分,由硅钢片叠压 而成。转子铁心装在转轴上。 硅钢片冲片如图所示。 线绕式和鼠笼式两种电动机的转子构造虽然不同,但工作原理 是一致的。转子的作用是产生转子电流,即产生电磁转矩。 鼠笼式异步电动机转子绕 组是在转子铁心槽里插入铜条, 再将全部铜条两端焊在两个铜 端环上而组成,如图所示。 线绕式异步电动机转 子绕组是由线圈绕组放入转 子铁心槽内,并分为三相对 称绕组,与定子产生的磁极 数相同。线绕式转子通过轴 上的滑环和电刷在转子回路 中接入外加电阻,用以改善 启动性能与调节转速, 二、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 三相交流电能 旋转磁场 (磁场能量) 转子绕组在磁场中 受到电磁力的作用 转子绕组中 产生 e 和 i 磁场绕组切 割转子绕组 转子旋转起来 输出机械能量 机械负载 旋转起来 返回 上一节 下一节 上一页 下一页 二、三相异步电动机的工作原理 1.定子旋转磁场 假设每相绕组只有一个线匝,分别嵌放在定子内圆周的 6个凹 槽之中。现将三相绕组的末端X、Y、Z相连,首端A、B、C接三相 交流电源。且三相绕组分别叫做A、B、C相绕组。如图所示。 假定定子绕组中电流的正方向规定为从首端流向末端,且A相 绕组的电流作为参考正弦量,即 iA的初相位为零,则三相绕组A、B、C的 电流(相序为A—B—C)的瞬时值为: iA ? I m sin ? t 2? iB ? I m sin( ? t ? ) 3 4? iC ? I m sin( ? t ? ) 3 如图所示是这些电流随时间变化的曲线 i B 为负,电流实际方向与正方向相反,即电流从 Y 端流到 B 端; i C 为正,电流实际方向与正方向一致,即电流从 C端流到 Z端。 按右手螺旋法则确定 三相电流产生的合成磁场 , 如图(a)箭头所示。 ?2?t ? T 6时 iA为正,电流实际方向与正方向一致,即电流从A端流到X端。 iB为负,电流实际方向与正方向相反,即电流从Y端流到B端; iC=0 此时的合成磁场如图( b ) 所示,合成磁场已从t=0 瞬间 所在位置顺时针方向旋转了 ? /3。 ?3?t ? T iB=0 3时 iA为正,电流实际方向与正方向一致,即电流从A端流到X端。 i C 为负,电流实际方向与正方向相反,即电流从 Z端流到 C 端; 此时的合成磁场如图 (c)所示,合成磁场已从 t=0 瞬间所在位置顺时针方 向旋转了2 ? /3。 ?4?t ? T 2时 iA ? 0 iB为正,电流实际方向与正方向一致,即电流从B端流到Y端。 i C 为负,电流实际方向与正方向相反,即电流从 Z端流到 C端; 此时的合成磁场如图 ( d )所示,合成磁场已从 t=0 瞬间所在位置顺时针方 向旋转了? 。 按以上分析可以证明:当三相电流随时间不断变化时,合成磁 场也在不断旋转,故称旋转磁场。 2.旋转磁场的旋转方向 A相绕组内的电流超前B相绕组内的电流2 ? /3,而B相绕组内的 电流又超前C相绕组内的电流2 ? /3,当三相交流电的A→B→C , 旋转磁场的旋转方向为从A→B→C,即向顺时针方向旋转。 如果将定子绕组接至电源的三根导线中的任意两根线对调,例 如,将B,C两根线对调,使B相与C相绕组中电流的相位对调,如 图所示。 此时A相绕组内的电流超前C相绕组内的电流2 ? /3,而C相绕 组内的电流又超前B相绕组内的电流2 ? /3,用上述同样的分析方法 可知,此时旋转磁场的旋转方向将变为A→C→B,即向逆时针方向 旋转,如图所示,即与未对调前的旋转方向相反。 由此可见,要改变旋转磁场的旋转方向,只要把定子绕组接到 电源的三根导线中的任意两根对调即可。 (一)旋转磁场 (1)旋转磁场的产生 图 6.2.2 二极旋转磁场 返回 上一节 下一节 上一页 下一页 3.旋转磁场的极数与旋转速度 在交流电动机中,旋转磁场相对定子的旋转速度被称为同步速 度,用n0表示。 n0 ? 60 f 以上讨论的旋转磁场,具有一对磁极(磁极对数用 p 表示)即 p=1。 从上述分析可以看出,电流变化经过一个周期(变化 360 电角 度),旋转磁场在空间也旋转了一转(转了 360机械角度),若电 流的频率为f,旋转磁场每分钟将旋转60f 转,即: n0 ? 60 f 如果把定子铁心的槽数增加1倍(12个槽),制成如图所示的 三相绕组。 其中,每相绕组由两个部分串联组成,再将这三相绕组接到对 称三相电源使通过对称三相电流,便产生具有两对磁极的旋转磁场。 如图所示。 返回 上一节 下一节 上一页 下一页 p = 1 时: 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 电流每分钟变化 (50×60) 周 →旋转磁场转 3000 圈 p = 2 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 电流每分钟变化 (25×60) 周 →旋转磁场转 1500 圈 返回 上一节 下一节 上一页 下一页 p 为任意值时: 三相异步电动机的同步转速 n0 ? p ( r / min) f = 50 Hz 时,不同极对数时的同步转速如下: 表 6.2.1 同步转速 p n0/(r/min) 1 3000 2 1500 3 1000 4 750 5 600 6 500 60 f 返回 上一节 下一节 上一页 下一页 从图可以看出,对应于不同时刻,旋转磁场在空间转到不同位 置,此情况下电流变化半个周期,旋转磁场在空间只转过了 ? /2, 即1/4转,电流变化一个周期,旋转磁场在空间只转了1/2转。 由此可知,当旋转磁场具有两对磁极(p=2)时,其旋转速度 仅为一对磁极时的一半。依次类推,当有p对磁极时,其转速为: 60 f n0 ? p 所以,旋转磁场的旋转速度与电流的频率成正比而与磁级对数 成反比。 5.转差率 S 由工作原理可知:转子的转速 n(电动机的转速)恒比旋转磁 场的旋转速度n0(同步速度)要小。因为如果两种速度相等时,转 子和旋转磁场没有相对运动,转子导体不切割磁力线,因此,不能 产生电磁转矩,转子将不能继续旋转。因此,转子与旋转磁场之间 的转速差是保证转子转速的主要因素,也是异步电动机的由来。 定义:转速差 ( n 0 - n) 与同步转速 n0 的比值称为异步电动机的转 差率,用表示S,即 n0 ? n S? n0 转差率S是分析异步电动机运行特性的主要参数。