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第14讲 三相交流异步电动机

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三相交流异步电动机 三相异步电动机 14三相异步电动机
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第十四讲 三相异步电动机 14.1三相异步电动机的结构 与工作原理 14.2 三相异步电动机的机械特性 14.3 三相异步电动机的使用 交流电动机 电动机 直流电动机 鼠笼式 绕线式 异步机 同步机 他励、异励、串励、复励 鼠笼式异步交流电动机授课内容: 基本结构、工作原理、 机械特性、控制方法 电动机的分类 14.1 三相异步电动机的结构与工 作原理 磁铁 闭合 线圈 e方向用 右手定则 确定 f方向用 左手定则 确定 磁场旋转 磁极旋转导线切割磁力线产生感应电动势 导线长磁感应强度切割速度 (右手定则) 闭合导线产生电流 i (左手定则) 通电导线在磁场中受力 1. 线圈跟着磁铁转→两者转动方向一致 结论: 2. 线圈比磁场转得慢 异步 三相异步机的结构 Y B Z X A C 转子 定子 定子绕组 (三相) 机 座 转子:在旋转磁场作用下, 产生感应电动势或 电流。 三相定子绕组:产生旋转 磁场。 线绕式 鼠笼式 鼠笼转子 旋转磁场的产生 A Y C B Z 异步机中,旋转磁场代替了旋转磁极 (•)电流出 ()电流入 X A X Y C B Z A X B Y C Z 合成磁场方向: 向下 X B Z A Y C A X Y CB Z A X Y CB Z 同理分析,可得 其它电流角度下 的磁场方向: 旋转方向:取决于三相电流的相序。 改变电机的旋转方向:换接其中两相。 旋转磁场的旋转方向 旋转磁场的转速大小 一个电流周期,旋转磁场在空间转过360° 电流频率为 f Hz,则磁场1/f秒旋转1圈,每秒旋 转f圈。每分钟旋转: n1称为同步转速 极对数(P)的概念 A X B Y C Z 此种接法下,合成磁场只有一对磁极,则极对数为1。 即: A X Y C B Z 极对数(P)的改变 C' Y' A B C X Y Z A' X' B' Z' 将每相绕组分成两段,按右下图放入定子槽内。形 成的磁场则是两对磁极。 A X B Y C Z 极对数 C' Y' A B C X Y Z A' X' B' Z' 极对数和转速的关系 三相异步电动机的同步转速 极对数 每个电流周期 磁场转过的空间角度 同步转速 电动机转速和旋转磁场同步转速的关系 电动机转速(额定转速): 电机转子转动方向与磁场旋转的方向一致, 但 异步电动机 无转距 转子与旋转磁场间没有相对运动 无转子电动势(转子导体不切割磁力线) 无转子电流 提示:如果 转差率 的概念: 异步电机运行中: 转差率为旋转磁场的同步转速和电动机转速之差。即: 电动机起动瞬间: (转差率最大) 转子感生电流的频率: 例1:三相异步电动机 p=3,电源f1=50Hz,电机额定 转速n=960r/min。 求:转差率s,转子电动势的频率f2 同步转速: 转差率: 一、三相异步电动机的“电-磁”关系 14.2 三相异步电动机的机械特性 定子电路 i2R1 R2 i1 u1 e1 e2 :主磁通产 生的感应电动势。 e1e2、 转子电路 设:则: 定子边: i2R1 R2 i1 u1 e1 e2 :转子感应电动势的频率 :转子线圈匝数 取决于转子和旋转磁场的相对速度 同理可得: i2R1 R2 i1 u1 e1 e2 i2R1 R2 i1 u1 e1 e2 转子电流 转子功率因数 例2:三相异步电动机,p=2,n=1440 r/min,转子 R2=0.02,X20=0.08 , E20=20V, f1= 50Hz。 启动时I2(st) 额定转速下的I2(N) s=1 电磁转矩 T:转子中各载流导体在旋转磁场的作用下, 受到电磁力所形成的转距之总和。 常数 每极磁通 转子电流 转子电路的 转矩公式的推导 (牛顿米) 得到转矩公式 将其中参数代入: 二、 三相电动机的机械特性 根据转矩公式 10 n1 T n 得特性曲线: 启动时n=0 最大转速n=n1时 三个重要转矩 n1 T n 额定转矩 : 电机在额定电压下,以额 定转速 运行,输出额 定功率 时,电机转轴 上输出的转矩。 ( 1 ) (牛顿•米) nN 如果 电机将会 因带不动负载而停转。 最大转矩 : ( 2 ) 电机带动最大负载的能力。 求解 10 sm Tm 过载系数: 三相异步机 工作时,一定令负载转矩 ,否则 电机将停转。致使 注意: (1)三相异步机的 和电压的平方成正比,所 以对电压的波动很敏感,使用时要注意电压的变化。 (2) 电机严重过热 起动转矩 : ( 3 ) 电机起动时的转矩。 n1 T n 其中 则 体现了电动机带载起动的能力。若 电机能 起动,否则将起动不了。 n1 T n Tm Tst 机械特性曲线 TL 启动: TstTL (负载转矩),电机启动 转速n,转矩T  c c点:转矩达最大Tm ,转速n继续,T,沿cb走 b b点:T=TL,转速n不再上升,稳定运行 若TL ,暂时T TL,n  s  I2  T  n  电动机的自适应负载能力 电动机的电磁转矩可以随负 载的变化而自动调整,这种 能力称为自适应负载能力。 常用特 性段 s=0 s=1 例3(7-7):三相异步电动机,额定功率PN=10kW, 额定转速nN=1450r/min,启动能力Tst/TN=1.2,过载 系数=1.8。 (牛顿•米) (1)额定转矩TN (2)启动转矩Tst (3)最大转矩Tm #(4)用Y-  方法起动时的Tst' 机械特性和电路参数的关系 和电压的关系 结论:  和转子电阻的关系 R2的 改变 : 鼠笼式电机转子导条的金属材料不同,线绕式电 机外接电阻不同。 结论:  机械特性的软硬 硬特性:负载变化时,转速变化不大,运行特性好。 软特性:负载增加转速下降较快,但起动转矩大,起 动特性好。 ￿￿  硬特性 (R2小) 软特性 (R2大) 不同场合应选用不同的电机。如金属切削,选硬特性 电机;重载起动则选软特性电机。 一、三相异步机铭牌与技术数据 1. 型号 Y 132M-4 磁极数(极对数 p=2) 同步转速1500转/分 转差率 14.3 三相异步电动机的使用 2. 转速: 电机轴上的转速(n)。 如: n =1440 转/分 3. 联接方式 : Y/ 接法 Y 接法: 接法: AB C ZX Y A B C ZX Y A B C X Y Z AZ BY X C ABC XYZ 接线盒: 4. 额定电压:定子绕组在指定接法下应加的线电压. 说明:一般规定电动机的运行电压不能高于或低于额 定值的 5 %。 线 电 压 AZ B Y X C 线 电 压 A B C X Y Z 例:380/220 Y/是指:线电压为380V时采用Y接法; 当线电压为220V时采用接法。 5. 额定电流:定子绕组在指定接法下的线电流。 如: 表示三角接法下,电机的线电流为11.2A,相电流 为6.48A;星形接法时线、相电流均为6.48A。 6. 额定功率: 额定功率指电机在额定运行时轴上输出的功率 ( ),不等于从电源吸收的功率( )。两者的 关系为: 其中 鼠笼电机 =72-93% 额定负载时一般为0.7 ~ 0.9 , 空载时功率因数很 低约为0.2 ~ 0.3。额定负载时,功率因数最大。 注意:实用中应选择合适容量的电机,防止“大马” 拉“小车”的现象。 7. 功率因数(cos1): P2 PN 此外还有绝缘等级等参数,不一 一介绍。 cos1 二、 三相异步机的起动 起动电流 : 中小型鼠笼式电机起动电流为额定电流的5 ~ 7 倍。 定子电流 ￿￿ 原因:起动时 ,转子导条切割磁力线速度很大。 转子感应电势 转子电流 大电流使电网电压降低 ￿￿ 影响其他负载工作 频繁起动时造成热量积累 ￿￿ 电机过热 影响: 三相异步机的起动方法: (1) 直接起动。二三十千瓦以下的异步电动机一般 采用直接起动。 (2) 降压起动。Y-  起动 自耦降压起动 (3)转子串电阻起动。 以下介绍Y-  起动。 Y-  起动: ￿￿ 正常运行 AZ B Y X C 起动 A B C X Y Z 设:电机每相阻抗为 AZ B Y X C 正常 运行 UP A B C X Y Z 起 动 UP' (2) Y-  起动应注意的问题: (1)仅适用于正常接法为三角形接法的电机。 所以降压起动适合于空载或轻载起动的场合 Y-  起动。 例4:三相异步电动机,电源电压 =380V,三相定子 绕组接法运行,额定电流IN=20A,启动电流Ist/IN=7, 求: (1)接法时的启动电流Ist  (2)若启动时改为Y接法,求 Ist Y (1)Ist  =7 IN =720=140A解: (2) Ist Y = Ist  /3=140/3=47A 方法:和电源相接的任意两相互换,就可实现反转。 三、三相异步电动机的正、反转 正转 反转 A B C M 3~ 电 源 A BC M 3~ 电 源 制动方法: 1. 抱闸:加机械抱闸 四、 三相异步电动机的制动 反接制动时,定子旋转磁场与转子的相对转速很大。 为限制电流,在制动时要在定子或转子中串电阻。 即切割磁力线的速度很大,造成 ,引起 。 注意: 3. 能耗制动4.发电反馈制动 2. 反接制动: 停车时,将电动机接电源的意两相反接, 使电动机由原来的旋转方向反过来,以达 制动的目的; 五、三相异步电动机的调速 1. 改变极对数 有级调速。 2. 改变转差率 无级调速 调速方法: 3. 改变电源频率 (变频调速) 无级调速 变频电源 可变 此种调速方法发展很快,且调速性能较好。其主 要环节是研制变频电源(常由整流器、逆变器等组 成)。
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