模块四 交流异步电动机

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模块四 交流异步电动机§课题一 三相异步电动机的启动§课题二 三相异步电动机的反转、调速和制动§课题三 三相异步电动机的选用§课题四 单相异步电动机的调速和反转§课题一 三相异步电动机的启动 任务一 三相笼型异步电动机的直接启动 【知识点】 (1)三相笼型异步电动机的结构、各部件的作用。 (2)三相异步电动机的工作原理。 【技能点】 (1)会正确连接三相笼型异步电动机的直接启动电路。 (2)会用钳形电流表测启动电流和工作电流。 【任务导入】 三相笼型异步电动机主要应用于各种机床、起重设备、传送带、 下一页 §课题一 三相异步电动机的启动鼓风机、水泵以及各种农副产品的加工机械中,做动力设备使用。在使用中首先遇到的是三相笼型异步电动机的启动问题,本任务就是学会三相笼型异步电动机的直接启动方法。 【相关知识】 一、三相笼型异步电动机的结构 三相笼型异步电动机主要由两大部分组成:静止部分(称为定子)和转动部分(称为转子),定子主要由定子铁心、定子绕组和机座等组成;转子主要由转子铁心、转子绕组和转轴等组成,如图4-1所示。 1.定子 (1)定子铁心。定子铁心的作用是作为电动机磁路的一部分。一般用0.5 mm厚相互绝缘的硅钢片叠成。 上一页 下一页 §课题一 三相异步电动机的启动在硅钢片的内圆上冲有均匀分布的槽口,用来嵌放三相定子绕组。 (2)定子绕组。定子绕组的作用是作为电动机的电路部分。一般用漆包线绕成。三相对称的定子绕组按互差120°的电角度嵌放在定子槽内。分别以U1,V1,W1,表示三相绕组的首端,以U2,V2,W2表示三相绕组的末端。 (3)机座。机座的作用是固定定子铁心和定子绕组,并通过端盖支撑转轴。一般用铸铁或铸钢制成。机座上有一个接线盒,盒内的接线柱上分别接有三相定子绕组的6个出线端。根据电动机的铭牌,可把定子绕组接成星形(Y)或三角形(△),如图4-2所示。 2.转子 (1)转子铁心。 上一页 下一页 §课题一 三相异步电动机的启动转子铁心的作用作为磁路的一部分,它由相互绝缘的硅钢片压装在转轴上而成。其外圆上冲有均匀槽日,用来嵌放转子绕组。 (2)笼型转子绕组。转子绕组的作用是产生感应电势和电磁转矩,从而实现机电能量转换。笼型转子绕组是在转子铁心槽内嵌放铜条,并用铜环(短路环)将全部铜条短接成笼型,如图4-3(a)所示。目前,中小型异步电动机的笼型转子大多采用铸铝转子,即将熔化的铝液浇铸在转子铁心槽内,并连同短路环、风扇一起铸成一个整体,如图4-3(b)所示。 (3)转轴。转轴的作用是支撑转子铁心和绕组,并传递电动机输出的机械转矩。一般用中碳钢制成。 上一页 下一页 §课题一 三相异步电动机的启动 二、三相异步电动机的工作原理 三相交流异步电动机是利用对称的三相交流电流通人对称的三相定子绕组所产生的旋转磁场来使转子转动的。 1.定子绕组的旋转磁场的产生 图4-4表示作星形连接的对称的三相定子绕组U1-U2、V1-V2、W1-W2,三相绕组在空间互隔120°排列。 现向三相定子绕组中分别通人三相交流电流。 (4-1-3) 上一页 下一页 §课题一 三相异步电动机的启动则每个绕组都会产生一个按正弦规律变化的磁场。下面以图4-5为例,分析5个瞬间的合成磁场。为了分析方便,规定:当电流为正值时,由绕组的首端流入,用⑧表示,从末端流出,用④表示;当电流为负值时,由绕组的末端流入,从首端流出。 (1)Wt=0瞬间,iU=0,U相绕组中无电流;iV为负,电流由末端V2流入,从首端V1流出iw为正,电流由首端W1流入,从末端W2流出。根据右手螺旋定则可判断出合成磁场方向由上方的N极指向下方的5极,如图4-5(a)所示。 瞬间, 为玉电流由首端 流入,从末端 流出 为负,电 (2) ? iU U1 U2 ;iV ? t ?流由末端V22流入,从首端V1流出;i W为负,电流由末端W 2流入, 上一页 下一页 §课题一 三相异步电动机的启动从首端W1流出。根据右手螺旋定则可判断出合成磁场方向由右方的N极指向左方的S极,如图4-5(b)所示。可见,合成磁场沿顺时针方向旋转了90°。 3 (3) ? t ? ?、 ? 、 2 ? 瞬间,按照同样的方法分析,可得到如图4- 25(c)、图4-5(d)、图4-5(e)所示的合成磁场。 从上分析可见,如图4-5所示的定子绕组通人顺相序的三相交流电后,在电机空间将产生磁极对数P=1的沿顺时针方向旋转的合成磁场,且交流电变化一周,合成磁场便在空间旋转一周。 2.旋转磁场的转速 从上分析可知,交流电变化一周,P=1的合成磁场在空间旋转1周。 上一页 下一页 §课题一 三相异步电动机的启动 1同理可知,交流电变化一周,P=2的合成磁场在空间旋转 2 周。 f 1 秒钟,交流电变化 周,磁极对数为 的合成磁场在空间旋转 周。1 f1 P P 60 f 11分钟,交流电变化60f1周,磁极对数为P的合成磁场在空间旋转 P 周。 60 f 1于是,旋转磁场的转速为 n1 ? P (4-1-2)式中,n1——旋转磁场的转速,又称同步转速,r/min; f1—三相交流电的频率,Hz; P—电动机的旋转磁场的磁极对数。 当三相交流电的工作频率为50 Hz时,不同磁极对数的异步电动机的旋转磁场转速如表4-1所示。 上一页 下一页 §课题一 三相异步电动机的启动 3.旋转磁场的转向 由图4-5可见,当向对称的三相定子绕组通人顺相序的对称三相交流电流时,旋转磁场沿顺时针方向旋转。用同样的方法分析可知,当向对称的三相定子绕组通人逆相序的对称三相交流电流时,旋转磁场则沿逆时针方向旋转,即旋转磁场的转向与通人定子绕组中的三相交流电的相序一致。 4.三相交流异步电动机的转动原理 如图4-6所示,当向对称的三相定子绕组通人顺相序的对称三相交流电时,便在定子和转子之间产生以同步转速n1沿顺时针方向旋转的磁场。相当于转子导体沿逆时针方向切割旋转磁场的磁力线, 上一页 下一页 §课题一 三相异步电动机的启动从而在转子导体中将产生感应电动势和感应电流,其方向可用右手定则判定,图不瞬间,电流由转子下半部分的导体流入,从转子导体上半部分的导体流出。有电流的转子导体在旋转磁场中要受到电磁力的作用,其方向可用左手定则判定,如图4-6中箭头所示,该电磁力以转子轴心为中心形成顺时针方向的电磁转矩,使转子以转速n沿顺时针方向旋转。由如上分析可见,电动机转子的旋转方向与旋转磁场的旋转方向一致。 电动机正常运行时,转子转速n不可能达到同步转速n1。这是因为,如果转子转速等于同步转速,则转子导体和旋转磁场之间就不存在相对运动,转子导体不再切割磁力线,也就不存在感应电动势、 上一页 下一页 §课题一 三相异步电动机的启动感应电流和电磁转矩,转子当然不能继续以同步转速n1转动。可见,转子转速n始终要低于同步转速n1,即转子与旋转磁场不能同步,所以称为异步电动机。 5.转差率 同步转速n1与转子转速n之差称为转速差,转速差与同步转速的比值,称为转差率,用s来表示,即 n 1 ? n s ? n 1 (1-4-3)转差率s是分析异步电动机运行情况的一个重要参数。电动机在启动瞬间,n=0,转差率s=1,为最大;空载运行时,n->n s->0,为最小;额定状态运行时,sN=0. 02~0. 07。转差率的变化范围是0<s≤1,转子转速愈高,转差率愈小。 上一页 下一页 §课题一 三相异步电动机的启动 【任务实施】 一、工具、器材准备 对三相交流异步电动机进行手动直接启动控制所需的设备、工具、材料如表4-2所示,或使用实验室电工实验台。二、任务分析 1.启动基本情况 电动机定子绕组接通电源后转速从零开始上升到稳定转速的过程,称为启动。用开关将额定电压直接加到定子绕组上使电动机启动,称为直接启动,也称为全压启动。 2.直接启动的特点 上一页 下一页 §课题一 三相异步电动机的启动 优点:启动转矩大,启动过程短,设备简单,操作方便。 缺点:启动电流是额定电流的4~7倍。启动电流过大的危害有:使供电线路的电压降增大,负载的断电电压在短时间内下降,不但使电动机自身的启动转矩减小,而且影响同一供电线路上其他电气设备的正常工作;使电动机绕组发热,尤其是频繁启动,发热更严重,易造成绝缘老化,缩短电动
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