異步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)與運(yùn)行狀態(tài).ppt

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1 第八章異步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)與運(yùn)行狀態(tài) 2 第一節(jié)異步電機(jī)的用途和分類第二節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)第五節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的型號(hào)及額定值 本章主要內(nèi)容 3 交流電機(jī)可分為感應(yīng)電機(jī)和同步電機(jī)兩大類 異步電機(jī)主要分為 鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)繞線式異步電動(dòng)機(jī)各種控制用電動(dòng)機(jī) 錄象1 錄像2 第一節(jié)異步電機(jī)的用途和分類 4 異步電機(jī)定義 轉(zhuǎn)速和所接交流電源頻率之間沒有嚴(yán)格不變關(guān)系的電機(jī) 異步電機(jī)主要作電動(dòng)機(jī)運(yùn)行 異步電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 運(yùn)行可靠 效率較高 成本較低及維護(hù)方便 得到廣泛運(yùn)用 缺點(diǎn) 功率因數(shù)低 調(diào)速性能差 第一節(jié)異步電機(jī)的用途和分類 5 異步電動(dòng)機(jī)存在功率因數(shù)較低和調(diào)速性能較差的缺點(diǎn) 在一些生產(chǎn)機(jī)械中 不得不采用其它形式的電機(jī) 如直流電機(jī) 來拖動(dòng) 對(duì)于異步電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)調(diào)速性能差的方面 可采用異步電動(dòng)機(jī)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(jī)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(jiǎn)單 堅(jiān)固 成本低 運(yùn)行性能不如繞線式 通過外串電阻改善電機(jī)的起動(dòng) 調(diào)速等性能 第一節(jié)異步電機(jī)的用途和分類 7 異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí) 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(jī) 或起動(dòng)時(shí)接到一可變電阻 繞線式電機(jī) 上 異步電機(jī)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(chǎng)感應(yīng)產(chǎn)生 轉(zhuǎn)子電流與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩 從而實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換 所以 異步電機(jī)又稱作感應(yīng)電機(jī) 第一節(jié)異步電機(jī)的用途和分類 8 定子繞組 三相 轉(zhuǎn)子 在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用下 產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)或電流 三相定子繞組 產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng) 第二節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu) 9 第二節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)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(jī)座 風(fēng)扇等部件 錄像 10 第二節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu) 圖8 1異步電機(jī)結(jié)構(gòu)圖 1 定子2 轉(zhuǎn)子3 5 軸承4 軸承蓋6 冷卻風(fēng)扇7 外殼 11 1 定子組成 定子鐵心 定子繞組和機(jī)座 第二節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu) 機(jī)座 支撐定子鐵心 小型機(jī)用鑄鐵作成 大型機(jī)多采用鋼板焊成 12 1 定子定子鐵心是電機(jī)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(gè)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(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu) 13 定子鐵心沖片 第二節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)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(jī)定子繞組為三相雙層繞組 小型電機(jī)為單層繞組 小型異步電動(dòng)機(jī)定子繞組用高強(qiáng)度漆包圓銅線或鋁線繞制而成 大型異步電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu) 1 定子 15 第二節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu) 16 高壓大功率三相異步電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)在運(yùn)行時(shí) 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(gè)端子都引出 接到固定在機(jī)座上的接線盒中 這樣便于使用者根據(jù)實(shí)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(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu) 17 異步電動(dòng)機(jī)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(jī)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(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu) 19 導(dǎo)條 轉(zhuǎn)子鐵心每個(gè)槽中放置一根導(dǎo)體 稱為導(dǎo)條 每根導(dǎo)條的軸向長(zhǎng)度比鐵心略長(zhǎng) 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(gè)閉合回路 整個(gè)繞組的外形象一個(gè)鼠籠 因此得名 制造時(shí) 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(fēng)扇一次鑄成 第二節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)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(gè)滑環(huán) 再利用電刷將電動(dòng)勢(shì)引出到外電路 可利用外電路串附加電阻改善電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)性能或調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速 這是繞線式異步電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn) 第二節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu) 22 圖8 7繞線式異步電動(dòng)機(jī)接線圖 第二節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu) 23 3 氣隙氣隙的大小對(duì)異步電機(jī)運(yùn)行性能有重要影響 氣隙磁場(chǎng)由勵(lì)磁電流產(chǎn)生 氣隙小 勵(lì)磁電流小 功率因數(shù)高 氣隙過小裝配困難 且電機(jī)運(yùn)行時(shí)定 轉(zhuǎn)子之間可能發(fā)生摩擦 氣隙小 磁場(chǎng)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(yùn)行可靠性 運(yùn)行性能等多種因素決定 異步電機(jī)氣隙較同容量同步電機(jī)要小得多 中小型異步電機(jī)的氣隙一般為0 2mm 2mm 功率越大 轉(zhuǎn)速越高 氣隙長(zhǎng)度越大 第二節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu) 24 任何電機(jī)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(jī)無法工作 繞線型轉(zhuǎn)子的極數(shù) 在設(shè)計(jì)時(shí)通過轉(zhuǎn)子繞組的適當(dāng)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(diǎn) 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(gè)結(jié)構(gòu)對(duì)稱 是一個(gè)對(duì)稱的多相繞組 每根導(dǎo)條在氣隙磁場(chǎng)中位置不同 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電流相位不同 每根導(dǎo)條就構(gòu)成獨(dú)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(gè)導(dǎo)條內(nèi)電流的空間分布取決于氣隙主磁場(chǎng)分布 籠型轉(zhuǎn)子的磁動(dòng)勢(shì)極數(shù)與產(chǎn)生它的氣隙磁場(chǎng)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(dòng)勢(shì)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(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài) 1 三相異步電動(dòng)機(jī)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(shì) 定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng) 以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn) 轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割磁場(chǎng)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 該電動(dòng)勢(shì)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(chǎng)中受電磁力以轉(zhuǎn)速小于同步轉(zhuǎn)速運(yùn)動(dòng) 轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)機(jī)械負(fù)載 電能 機(jī)械能 動(dòng)畫 28 定子鐵心上有三相對(duì)稱繞組AX BY CZ 并且通入三相對(duì)稱電流 圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng) 方向A B C為順時(shí)針 速度為 n 60f p 1 三相異步電動(dòng)機(jī)的基本工作原理 29 轉(zhuǎn)子鐵心中有閉合繞組 當(dāng)它與定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)間有相對(duì)速度則切割定子磁場(chǎng) 轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中有感應(yīng)電勢(shì) 載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受力轉(zhuǎn)動(dòng) 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(chǎng)沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng) 不切割定子磁場(chǎng) 無感應(yīng)電流 無感應(yīng)電勢(shì) 也無轉(zhuǎn)矩 電機(jī)n 故為異步電機(jī) 1 三相異步電動(dòng)機(jī)的基本工作原理 30 異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的正常運(yùn)行轉(zhuǎn)速不等于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)產(chǎn)生的同步轉(zhuǎn)速 這是異步電機(jī)的主要特點(diǎn) 1 三相異步電動(dòng)機(jī)的基本工作原理 31 異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的必要條件 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速之間存在差異 異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 隨著負(fù)載變化而變化 1 三相異步電動(dòng)機(jī)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(chǎng)的同步轉(zhuǎn)速和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速之差 即 異步電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n與定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)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(chǎng)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(dòng)勢(shì)及頻率的大小 直接影響異步電機(jī)的工作狀態(tài) 33 轉(zhuǎn)子靜止 n 0 則s 1 轉(zhuǎn)速n n1時(shí) 則s 0 異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí) s的取值范圍在0 s 1 異步電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載條件下運(yùn)行時(shí) 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(fù) 的大小 三相異步電動(dòng)機(jī)可分為電動(dòng)機(jī) 發(fā)電機(jī)和電磁制動(dòng)三種運(yùn)行狀態(tài) 3 三相異步電動(dòng)機(jī)的三種運(yùn)行狀態(tài) 35 1 電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)0 s 1 3 三相異步電動(dòng)機(jī)的三種運(yùn)行狀態(tài) 定子圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng) 轉(zhuǎn)子中感應(yīng)電流 轉(zhuǎn)子受力 轉(zhuǎn)動(dòng) 可見0 n n10 s 1 另 T與n同向 電磁轉(zhuǎn)矩為驅(qū)動(dòng)性質(zhì) 電機(jī)此時(shí)吸入電能 輸出機(jī)械能 電動(dòng)機(jī) T T N n n1 s 0 s 10 n n1電動(dòng)機(jī) 36 2 發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài) s 0 3 三相異步電動(dòng)機(jī)的三種運(yùn)行狀態(tài) 以另外的原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)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(dòng)作用 吸收機(jī)械能 輸出電能 發(fā)電機(jī) T T N n n1 s sn1發(fā)電機(jī) 37 3 電磁制動(dòng)狀態(tài)1 s 3 三相異步電動(dòng)機(jī)的三種運(yùn)行狀態(tài) 定子磁場(chǎng)未變 以外力使轉(zhuǎn)子速度n與n1反向 n1T與n反向 制動(dòng)作用 電機(jī)同時(shí)吸收電能及機(jī)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(dòng) 38 3 三相異步電動(dòng)機(jī)的三種運(yùn)行狀態(tài) 39 第四節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的型號(hào)及額定值 1 三相異步電動(dòng)機(jī)的型號(hào) 電機(jī)產(chǎn)品的型號(hào)一般采用大寫印刷體的漢語拼音字母和阿拉伯?dāng)?shù)字組成 它是表示電機(jī)主要技術(shù)條件 名稱和規(guī)格的一種產(chǎn)品代號(hào) 如中小型三相異步電動(dòng)機(jī)表示如下 40 大型異步電動(dòng)機(jī)表示為 我國(guó)生產(chǎn)的異步電動(dòng)機(jī)種類很多 Y系列是小型鼠籠全封閉自冷式三相異步電動(dòng)機(jī) 還有如JQ2 JS JR等系列 可參閱電機(jī)產(chǎn)品目錄 1 三相異步電動(dòng)機(jī)的型號(hào) 41 額定功率PN 指電機(jī)在銘牌規(guī)定的額定條件下 轉(zhuǎn)軸上輸出的機(jī)械功率 單位為瓦 W 或千瓦 kW 2 三相異步電動(dòng)機(jī)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(yùn)行時(shí) 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(dòng)機(jī)的額定值 說明 一般規(guī)定電動(dòng)機(jī)的運(yùn)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(shí)采用Y接法 當(dāng)線電壓為220V時(shí)采用 接法 43 額定電流IN 指電機(jī)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(shí)定子繞組的線電流 單位為安 A 2 三相異步電動(dòng)機(jī)的額定值 如 表示三角接法下 電機(jī)的線電流為11 2A 相電流為6 48A 星形接法時(shí)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(guó)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)工頻為50Hz 額定轉(zhuǎn)速nN 指電機(jī)在定子繞組加額定電壓 轉(zhuǎn)軸輸出額定功率時(shí)的轉(zhuǎn)速 單位為r min 2 三相異步電動(dòng)機(jī)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(jī)在額定運(yùn)行條件下定子側(cè)的功率因數(shù) 2 三相異步電動(dòng)機(jī)的額定值 額定負(fù)載時(shí)一般為0 7 0 9 空載時(shí)功率因數(shù)很低約為0 2 0 3 額定負(fù)載時(shí) 功率因數(shù)最大 注意 實(shí)用中應(yīng)選擇合適容量的電機(jī) 防止 大馬 拉 小車 的現(xiàn)象 P2 PN cos 1 46 此外 銘牌上還標(biāo)出了相數(shù) 繞組聯(lián)結(jié)方式 絕緣等級(jí) 額定溫升等 對(duì)三相繞線式異步電機(jī) 還標(biāo)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(dòng)機(jī)的額定值 額定效率 是電機(jī)在額定運(yùn)行條件下 轉(zhuǎn)軸輸出的機(jī)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(dāng)n 700r min時(shí) 轉(zhuǎn)差率 當(dāng)n 800r min時(shí) 轉(zhuǎn)差率 當(dāng)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí) n 0 轉(zhuǎn)差率 48 本章內(nèi)容結(jié)束THANKS