異步電機的基本結構與運行狀態(tài).ppt

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1 第八章異步電機的基本結構與運行狀態(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構 第三節(jié)籠型轉子的極數和相數第四節(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 本章主要內容 3 交流電機可分為感應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 轉速和所接交流電源頻率之間沒有嚴格不變關系的電機 異步電機主要作電動機運行 異步電動機的優(yōu)點 結構簡單 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 功率因數低 調速性能差 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較低和調速性能較差的缺點 在一些生產機械中 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低問題 可采用一些其它措施來提高電網功率因數 異步電動機調速性能差的方面 可采用異步電動機與電力電子裝置結合 從而構成優(yōu)良的調速系統(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 按轉子繞組的結構 結構簡單 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 異步電機的轉子電流由接到電源上的定子建立的基波旋轉磁場感應產生 轉子電流與旋轉磁場相互作用產生電磁轉矩 從而實現機電能量轉換 所以 異步電機又稱作感應電機 第一節(jié)異步電機的用途和分類 8 定子繞組 三相 轉子 在旋轉磁場作用下 產生感應電動勢或電流 三相定子繞組 產生旋轉磁場 第二節(jié)三相異步電動機的結構 9 第二節(jié)三相異步電動機的結構 靜止的定子旋轉的轉子定子與轉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構 圖8 1異步電機結構圖 1 定子2 轉子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構 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 定子鐵心采用導磁性能好 鐵耗小 厚度為0 5mm的硅鋼片疊壓而成 疊片間經絕緣處理 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構 13 定子鐵心沖片 第二節(jié)三相異步電動機的結構 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接起來構成 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 第二節(jié)三相異步電動機的結構 1 定子 15 第二節(jié)三相異步電動機的結構 16 高壓大功率三相異步電動機定子繞組采用星形聯結 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結 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實際需要將三相繞組接成星形或三角形聯結 圖8 4定子繞組接線端子 第二節(jié)三相異步電動機的結構 17 異步電動機的轉子由轉子鐵心 轉子繞組和轉軸組成 轉軸用于固定和支撐轉子鐵心 并輸出機械功率 轉軸一般用中碳鋼做材料 起支撐和固定轉子鐵心及傳遞轉矩的作用 2 轉子 圖8 5籠型轉子鐵心及沖片 第二節(jié)三相異步電動機的結構 18 轉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構 19 導條 轉子鐵心每個槽中放置一根導體 稱為導條 每根導條的軸向長度比鐵心略長 短路環(huán) 也稱為端環(huán) 在導條兩端把所有導條伸出鐵心的部分聯結起來 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 把疊好的轉子鐵心放在鑄鋁的模具內 把鼠籠和端部的內風扇一次鑄成 第二節(jié)三相異步電動機的結構 20 鼠籠式轉子 21 繞線式轉子上放三相交流繞組 極數與定子相同 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節(jié)轉速 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構 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構 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生 氣隙小 勵磁電流小 功率因數高 氣隙過小裝配困難 且電機運行時定 轉子之間可能發(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 轉速越高 氣隙長度越大 第二節(jié)三相異步電動機的結構 24 任何電機定子和轉子極數都應該相同 否則 電磁轉矩等于零 電機無法工作 繞線型轉子的極數 在設計時通過轉子繞組的適當聯結 使其與定子極數一致 籠型轉子的繞組由導條加端環(huán)構成 與繞線型轉子結構不同 其極數和相數也有自己的特點 第三節(jié)籠型轉子的極數和相數 25 籠型轉子導條在兩端被端環(huán)短路 整個結構對稱 是一個對稱的多相繞組 每根導條在氣隙磁場中位置不同 感應電動勢和電流相位不同 每根導條就構成獨立的一相 1 籠型轉子的相數 26 2 籠型轉子的極數 每個導條內電流的空間分布取決于氣隙主磁場分布 籠型轉子的磁動勢極數與產生它的氣隙磁場的極數恒相等 即籠型轉子極數與定子繞組極數相等 與轉子導條數無關 定子 轉子磁動勢的旋轉速度始終為同步轉速 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磁勢 定子旋轉磁場 以同步轉速旋轉 轉子導體切割磁場感應電動勢 該電動勢在閉合轉子回路產生電流 載流的轉子繞組在旋轉磁場中受電磁力以轉速小于同步轉速運動 轉軸帶動機械負載 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 轉子鐵心中有閉合繞組 當它與定子旋轉磁場間有相對速度則切割定子磁場 轉子導體中有感應電勢 載流導體在磁場中受力轉動 轉子轉速總是小于同步轉速n1 如果轉子轉速為n1 與旋轉磁場沒有相對運動 不切割定子磁場 無感應電流 無感應電勢 也無轉矩 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 異步電動機轉子的正常運行轉速不等于旋轉磁場產生的同步轉速 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 轉子轉速和定子旋轉磁場轉速之間存在差異 異步電動機轉子轉速 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 轉差率s 定義 轉差率為旋轉磁場的同步轉速和電動機轉速之差 即 異步電機轉子轉速n與定子旋轉磁場轉速n1之間有轉速差 此轉速差正是定子旋轉磁場切割轉子導體的速度 轉差率的大小決定著轉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 轉子靜止 n 0 則s 1 轉速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 一般額定轉差率sN 0 01 0 06 2 轉差率s 34 根據轉差率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) 定子圓形旋轉磁場 轉子中感應電流 轉子受力 轉動 可見0 n n10 s 1 另 T與n同向 電磁轉矩為驅動性質 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子 使n與n1同向且n n1 導條中有電流 轉子受力 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 消耗于內部轉子電阻上 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字組成 它是表示電機主要技術條件 名稱和規(guī)格的一種產品代號 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 額定轉速nN 指電機在定子繞組加額定電壓 轉軸輸出額定功率時的轉速 單位為r min 2 三相異步電動機的額定值 轉差率 如 n 1440轉 分 45 額定功率因數 是電機在額定運行條件下定子側的功率因數 2 三相異步電動機的額定值 額定負載時一般為0 7 0 9 空載時功率因數很低約為0 2 0 3 額定負載時 功率因數最大 注意 實用中應選擇合適容量的電機 防止 大馬 拉 小車 的現象 P2 PN cos 1 46 此外 銘牌上還標出了相數 繞組聯結方式 絕緣等級 額定溫升等 對三相繞線式異步電機 還標有轉子繞組的聯結方式及轉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 轉軸輸出的機械功率 即額定功率 與定子側輸入的電功率 即額定輸入功率 的比值 47 例題 解 同步轉速 額定轉速 當n 700r min時 轉差率 當n 800r min時 轉差率 當電動機起動時 n 0 轉差率 48 本章內容結束THANKS