異步電機的基本結(jié)構(gòu)與運行狀態(tài).ppt

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1 第八章異步電機的基本結(jié)構(gòu)與運行狀態(tài) 2 第一節(jié)異步電機的用途和分類第二節(jié)三相異步電動機的結(jié)構(gòu) 第三節(jié)籠型轉(zhuǎn)子的極數(shù)和相數(shù)第四節(jié)三相異步電動機的運行狀態(tài)第五節(jié)三相異步電動機的型號及額定值 本章主要內(nèi)容 3 交流電機可分為感應(yīng)電機和同步電機兩大類 異步電機主要分為 鼠籠式異步電動機繞線式異步電動機各種控制用電動機 錄象1 錄像2 第一節(jié)異步電機的用途和分類 4 異步電機定義 轉(zhuǎn)速和所接交流電源頻率之間沒有嚴格不變關(guān)系的電機 異步電機主要作電動機運行 異步電動機的優(yōu)點 結(jié)構(gòu)簡單 運行可靠 效率較高 成本較低及維護方便 得到廣泛運用 缺點 功率因數(shù)低 調(diào)速性能差 第一節(jié)異步電機的用途和分類 5 異步電動機存在功率因數(shù)較低和調(diào)速性能較差的缺點 在一些生產(chǎn)機械中 不得不采用其它形式的電機 如直流電機 來拖動 對于異步電動機引起的功率因數(shù)低問題 可采用一些其它措施來提高電網(wǎng)功率因數(shù) 異步電動機調(diào)速性能差的方面 可采用異步電動機與電力電子裝置結(jié)合 從而構(gòu)成優(yōu)良的調(diào)速系統(tǒng) 第一節(jié)異步電機的用途和分類 6 按定子繞組供電電源相數(shù) 按轉(zhuǎn)子繞組的結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)簡單 堅固 成本低 運行性能不如繞線式 通過外串電阻改善電機的起動 調(diào)速等性能 第一節(jié)異步電機的用途和分類 7 異步電動機運行時 將定子繞組接到交流電源上 轉(zhuǎn)子繞組直接短路 鼠籠式電機 或起動時接到一可變電阻 繞線式電機 上 異步電機的轉(zhuǎn)子電流由接到電源上的定子建立的基波旋轉(zhuǎn)磁場感應(yīng)產(chǎn)生 轉(zhuǎn)子電流與旋轉(zhuǎn)磁場相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩 從而實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換 所以 異步電機又稱作感應(yīng)電機 第一節(jié)異步電機的用途和分類 8 定子繞組 三相 轉(zhuǎn)子 在旋轉(zhuǎn)磁場作用下 產(chǎn)生感應(yīng)電動勢或電流 三相定子繞組 產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場 第二節(jié)三相異步電動機的結(jié)構(gòu) 9 第二節(jié)三相異步電動機的結(jié)構(gòu) 靜止的定子旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子定子與轉(zhuǎn)子之間存在氣隙還有端蓋 軸承 機座 風扇等部件 錄像 10 第二節(jié)三相異步電動機的結(jié)構(gòu) 圖8 1異步電機結(jié)構(gòu)圖 1 定子2 轉(zhuǎn)子3 5 軸承4 軸承蓋6 冷卻風扇7 外殼 11 1 定子組成 定子鐵心 定子繞組和機座 第二節(jié)三相異步電動機的結(jié)構(gòu) 機座 支撐定子鐵心 小型機用鑄鐵作成 大型機多采用鋼板焊成 12 1 定子定子鐵心是電機磁路的一部分 為減小鐵耗 定子鐵心采用導(dǎo)磁性能好 鐵耗小 厚度為0 5mm的硅鋼片疊壓而成 疊片間經(jīng)絕緣處理 為了嵌放定子繞組 每個硅鋼片上都沖制出一些沿圓周均勻分布 尺寸相同的槽 第二節(jié)三相異步電動機的結(jié)構(gòu) 13 定子鐵心沖片 第二節(jié)三相異步電動機的結(jié)構(gòu) 14 定子繞組是定子的電路部分 由若干線圈按照一定規(guī)律嵌放在定子鐵心槽中并聯(lián)接起來構(gòu)成 大中型三相異步電機定子繞組為三相雙層繞組 小型電機為單層繞組 小型異步電動機定子繞組用高強度漆包圓銅線或鋁線繞制而成 大型異步電動機的導(dǎo)線截面較大 采用矩形截面的銅線或鋁線制成線圈 再放置在定子槽內(nèi) 第二節(jié)三相異步電動機的結(jié)構(gòu) 1 定子 15 第二節(jié)三相異步電動機的結(jié)構(gòu) 16 高壓大功率三相異步電動機定子繞組采用星形聯(lián)結(jié) 只有三根線引出 中 小功率低壓三相異步電動機在運行時 定子繞組通常采用三角形聯(lián)結(jié) 但是一般把三相繞組的6個端子都引出 接到固定在機座上的接線盒中 這樣便于使用者根據(jù)實際需要將三相繞組接成星形或三角形聯(lián)結(jié) 圖8 4定子繞組接線端子 第二節(jié)三相異步電動機的結(jié)構(gòu) 17 異步電動機的轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵心 轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)軸組成 轉(zhuǎn)軸用于固定和支撐轉(zhuǎn)子鐵心 并輸出機械功率 轉(zhuǎn)軸一般用中碳鋼做材料 起支撐和固定轉(zhuǎn)子鐵心及傳遞轉(zhuǎn)矩的作用 2 轉(zhuǎn)子 圖8 5籠型轉(zhuǎn)子鐵心及沖片 第二節(jié)三相異步電動機的結(jié)構(gòu) 18 轉(zhuǎn)子繞組分為籠型繞組和繞線型繞組兩種 第二節(jié)三相異步電動機的結(jié)構(gòu) 19 導(dǎo)條 轉(zhuǎn)子鐵心每個槽中放置一根導(dǎo)體 稱為導(dǎo)條 每根導(dǎo)條的軸向長度比鐵心略長 短路環(huán) 也稱為端環(huán) 在導(dǎo)條兩端把所有導(dǎo)條伸出鐵心的部分聯(lián)結(jié)起來 形成的一個閉合回路 整個繞組的外形象一個鼠籠 因此得名 制造時 把疊好的轉(zhuǎn)子鐵心放在鑄鋁的模具內(nèi) 把鼠籠和端部的內(nèi)風扇一次鑄成 第二節(jié)三相異步電動機的結(jié)構(gòu) 20 鼠籠式轉(zhuǎn)子 21 繞線式轉(zhuǎn)子上放三相交流繞組 極數(shù)與定子相同 一般用雙層繞組 連接成Y形 三相出線端子引到三個滑環(huán) 再利用電刷將電動勢引出到外電路 可利用外電路串附加電阻改善電動機的起動性能或調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速 這是繞線式異步電動機的特點 第二節(jié)三相異步電動機的結(jié)構(gòu) 22 圖8 7繞線式異步電動機接線圖 第二節(jié)三相異步電動機的結(jié)構(gòu) 23 3 氣隙氣隙的大小對異步電機運行性能有重要影響 氣隙磁場由勵磁電流產(chǎn)生 氣隙小 勵磁電流小 功率因數(shù)高 氣隙過小裝配困難 且電機運行時定 轉(zhuǎn)子之間可能發(fā)生摩擦 氣隙小 磁場的高次諧波幅值和附加損耗增大 因此最小氣隙由制造工藝 運行可靠性 運行性能等多種因素決定 異步電機氣隙較同容量同步電機要小得多 中小型異步電機的氣隙一般為0 2mm 2mm 功率越大 轉(zhuǎn)速越高 氣隙長度越大 第二節(jié)三相異步電動機的結(jié)構(gòu) 24 任何電機定子和轉(zhuǎn)子極數(shù)都應(yīng)該相同 否則 電磁轉(zhuǎn)矩等于零 電機無法工作 繞線型轉(zhuǎn)子的極數(shù) 在設(shè)計時通過轉(zhuǎn)子繞組的適當聯(lián)結(jié) 使其與定子極數(shù)一致 籠型轉(zhuǎn)子的繞組由導(dǎo)條加端環(huán)構(gòu)成 與繞線型轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)不同 其極數(shù)和相數(shù)也有自己的特點 第三節(jié)籠型轉(zhuǎn)子的極數(shù)和相數(shù) 25 籠型轉(zhuǎn)子導(dǎo)條在兩端被端環(huán)短路 整個結(jié)構(gòu)對稱 是一個對稱的多相繞組 每根導(dǎo)條在氣隙磁場中位置不同 感應(yīng)電動勢和電流相位不同 每根導(dǎo)條就構(gòu)成獨立的一相 1 籠型轉(zhuǎn)子的相數(shù) 26 2 籠型轉(zhuǎn)子的極數(shù) 每個導(dǎo)條內(nèi)電流的空間分布取決于氣隙主磁場分布 籠型轉(zhuǎn)子的磁動勢極數(shù)與產(chǎn)生它的氣隙磁場的極數(shù)恒相等 即籠型轉(zhuǎn)子極數(shù)與定子繞組極數(shù)相等 與轉(zhuǎn)子導(dǎo)條數(shù)無關(guān) 定子 轉(zhuǎn)子磁動勢的旋轉(zhuǎn)速度始終為同步轉(zhuǎn)速 27 第四節(jié)三相異步電動機的運行狀態(tài) 1 三相異步電動機的基本工作原理 定子繞組接入三相交流電流 建立定子三相合成旋轉(zhuǎn)磁勢 定子旋轉(zhuǎn)磁場 以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn) 轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割磁場感應(yīng)電動勢 該電動勢在閉合轉(zhuǎn)子回路產(chǎn)生電流 載流的轉(zhuǎn)子繞組在旋轉(zhuǎn)磁場中受電磁力以轉(zhuǎn)速小于同步轉(zhuǎn)速運動 轉(zhuǎn)軸帶動機械負載 電能 機械能 動畫 28 定子鐵心上有三相對稱繞組AX BY CZ 并且通入三相對稱電流 圓形旋轉(zhuǎn)磁場 方向A B C為順時針 速度為 n 60f p 1 三相異步電動機的基本工作原理 29 轉(zhuǎn)子鐵心中有閉合繞組 當它與定子旋轉(zhuǎn)磁場間有相對速度則切割定子磁場 轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中有感應(yīng)電勢 載流導(dǎo)體在磁場中受力轉(zhuǎn)動 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速總是小于同步轉(zhuǎn)速n1 如果轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為n1 與旋轉(zhuǎn)磁場沒有相對運動 不切割定子磁場 無感應(yīng)電流 無感應(yīng)電勢 也無轉(zhuǎn)矩 電機n 故為異步電機 1 三相異步電動機的基本工作原理 30 異步電動機轉(zhuǎn)子的正常運行轉(zhuǎn)速不等于旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生的同步轉(zhuǎn)速 這是異步電機的主要特點 1 三相異步電動機的基本工作原理 31 異步電動機運行的必要條件 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和定子旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速之間存在差異 異步電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 隨著負載變化而變化 1 三相異步電動機的基本工作原理 32 2 轉(zhuǎn)差率s 定義 轉(zhuǎn)差率為旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速和電動機轉(zhuǎn)速之差 即 異步電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n與定子旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速n1之間有轉(zhuǎn)速差 此轉(zhuǎn)速差正是定子旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體的速度 轉(zhuǎn)差率的大小決定著轉(zhuǎn)子電動勢及頻率的大小 直接影響異步電機的工作狀態(tài) 33 轉(zhuǎn)子靜止 n 0 則s 1 轉(zhuǎn)速n n1時 則s 0 異步電動機運行時 s的取值范圍在0 s 1 異步電動機在額定負載條件下運行時 一般額定轉(zhuǎn)差率sN 0 01 0 06 2 轉(zhuǎn)差率s 34 根據(jù)轉(zhuǎn)差率s為正 或負 的大小 三相異步電動機可分為電動機 發(fā)電機和電磁制動三種運行狀態(tài) 3 三相異步電動機的三種運行狀態(tài) 35 1 電動機運行狀態(tài)0 s 1 3 三相異步電動機的三種運行狀態(tài) 定子圓形旋轉(zhuǎn)磁場 轉(zhuǎn)子中感應(yīng)電流 轉(zhuǎn)子受力 轉(zhuǎn)動 可見0 n n10 s 1 另 T與n同向 電磁轉(zhuǎn)矩為驅(qū)動性質(zhì) 電機此時吸入電能 輸出機械能 電動機 T T N n n1 s 0 s 10 n n1電動機 36 2 發(fā)電機運行狀態(tài) s 0 3 三相異步電動機的三種運行狀態(tài) 以另外的原動機拖動轉(zhuǎn)子 使n與n1同向且n n1 導(dǎo)條中有電流 轉(zhuǎn)子受力 n n1 s 0T與n反向 起制動作用 吸收機械能 輸出電能 發(fā)電機 T T N n n1 s sn1發(fā)電機 37 3 電磁制動狀態(tài)1 s 3 三相異步電動機的三種運行狀態(tài) 定子磁場未變 以外力使轉(zhuǎn)子速度n與n1反向 n1T與n反向 制動作用 電機同時吸收電能及機械能 消耗于內(nèi)部轉(zhuǎn)子電阻上 T T N n n1 s s 1n 0電磁制動 38 3 三相異步電動機的三種運行狀態(tài) 39 第四節(jié)三相異步電動機的型號及額定值 1 三相異步電動機的型號 電機產(chǎn)品的型號一般采用大寫印刷體的漢語拼音字母和阿拉伯數(shù)字組成 它是表示電機主要技術(shù)條件 名稱和規(guī)格的一種產(chǎn)品代號 如中小型三相異步電動機表示如下 40 大型異步電動機表示為 我國生產(chǎn)的異步電動機種類很多 Y系列是小型鼠籠全封閉自冷式三相異步電動機 還有如JQ2 JS JR等系列 可參閱電機產(chǎn)品目錄 1 三相異步電動機的型號 41 額定功率PN 指電機在銘牌規(guī)定的額定條件下 轉(zhuǎn)軸上輸出的機械功率 單位為瓦 W 或千瓦 kW 2 三相異步電動機的額定值 額定功率不等于從電源吸收的功率 關(guān)系為 其中 42 定子額定電壓UN 額定工況下運行時 加在定子繞組出線端的線電壓 單位為伏 V 或千伏 kV 2 三相異步電動機的額定值 說明 一般規(guī)定電動機的運行電壓不能高于或低于額定值的5 例 380 220Y 是指 線電壓為380V時采用Y接法 當線電壓為220V時采用 接法 43 額定電流IN 指電機定子繞組上所加電壓為額定電壓 轉(zhuǎn)軸上輸出功率為額定功率時定子繞組的線電流 單位為安 A 2 三相異步電動機的額定值 如 表示三角接法下 電機的線電流為11 2A 相電流為6 48A 星形接法時線 相電流均為6 48A 44 額定頻率fN 指加在定子邊的電源頻率 我國規(guī)定標準工頻為50Hz 額定轉(zhuǎn)速nN 指電機在定子繞組加額定電壓 轉(zhuǎn)軸輸出額定功率時的轉(zhuǎn)速 單位為r min 2 三相異步電動機的額定值 轉(zhuǎn)差率 如 n 1440轉(zhuǎn) 分 45 額定功率因數(shù) 是電機在額定運行條件下定子側(cè)的功率因數(shù) 2 三相異步電動機的額定值 額定負載時一般為0 7 0 9 空載時功率因數(shù)很低約為0 2 0 3 額定負載時 功率因數(shù)最大 注意 實用中應(yīng)選擇合適容量的電機 防止 大馬 拉 小車 的現(xiàn)象 P2 PN cos 1 46 此外 銘牌上還標出了相數(shù) 繞組聯(lián)結(jié)方式 絕緣等級 額定溫升等 對三相繞線式異步電機 還標有轉(zhuǎn)子繞組的聯(lián)結(jié)方式及轉(zhuǎn)子的額定電壓和電流 2 三相異步電動機的額定值 額定效率 是電機在額定運行條件下 轉(zhuǎn)軸輸出的機械功率 即額定功率 與定子側(cè)輸入的電功率 即額定輸入功率 的比值 47 例題 解 同步轉(zhuǎn)速 額定轉(zhuǎn)速 當n 700r min時 轉(zhuǎn)差率 當n 800r min時 轉(zhuǎn)差率 當電動機起動時 n 0 轉(zhuǎn)差率 48 本章內(nèi)容結(jié)束THANKS