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三相異步電動機變壓器結構和原理.ppt

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三相異步電動機1. 轉動原理2. 極數與轉速3. 電動機的構造4. 定子與轉子電路5. 轉矩與機械特性6. 電動機的起動7. 電動機的調速8. 電動機的制動9. 銘牌數據10. 電動機的選擇電動機是將電能轉換成機械能的裝置。廣泛應用于現代各種機械中作為驅動。由電動機驅動的優點:減輕繁重的體力勞動;提高生產率;可實現自動控制和遠距離操縱。電動機的分類:電動機直流電動機交流電動機他勵電動機并勵電動機串勵電動機復勵電動機??同步電動機異步電動機??三相電動機單相電動機??同步電動機異步電動機兩相電動機??交流電動機異步電動機三相電動機電動機工業生產中廣泛應用著交流電動機,特別是三相異步電動機。它具有結構簡單、易于控制、效率高和功率大等許多優點。本章討論的問題 :(1)三相異步電動機的結構;(2)三相異步電動機的工作原理;(3)三相異步電動機的轉速與轉差率;(4)轉矩和機械特性及其與轉差率的關系;(5)電動機的起動、反轉、調速及制動的基 本原理和方法;1. 三相電動機的轉動原理參見教材2. 三相異步電動機的極數與轉速一、三相異步電動機的極數三相異步電動機定子產生旋轉磁場的磁極個數,稱為極數。對于每相只有一個線圈的電動機,繞組始端之間相差120°的空間角,則產生的旋轉磁場只有一對磁極。磁極對數用p表示,則p=1。若每相定子繞組由兩個線圈串聯組成(如圖所示),則繞組始端之間相差60°空間角,因而旋轉磁場具有兩對磁極,p=2.ABCXA′X′B′Y′YZZ′C′AXX′A′BCY′Z′ABCXA′X′B′Y′YZZ′C′轉子P=2????磁場位置(?t=0)二、三相異步電動機的轉速電動機的轉速是與旋轉磁場有關的。而磁場極數不同則磁場的轉速就不同,在一對磁極的情況下,交流電經歷一個周期磁場恰好在空間轉過一圈,若定子電流的頻率為f1,旋轉磁場在每分鐘將轉過60f1 周。當磁極對數為 p時,磁場的轉速為在我國(f1=50Hz),磁極對數為 p的磁場轉速n0為1234563000150010007506005001. 轉子轉速 n電動機運行時的實際轉速也就是轉子轉速 n。2. 同步轉速 n0電動機旋轉磁場的轉速也稱為同步轉速 n0。根據電動機的轉動原理,轉子轉速將小于磁場的轉速,即n< n0。若二者相等,轉子就沒有切割磁力線作用,轉矩也就消失了,因此轉子不可能以n0的轉速正常運行。3. 轉差率 s 轉差率 s 是表示轉子轉速n與磁場轉速n0 之間差別程度的,即它是異步電動機的重要參量之一,額定時約為1~9%例某三相異步電動機的額定轉速n=570r/min。求電動機的極數和額定時的轉差率(f1=50Hz)。解:由于電動機的額定轉速應接近且略小于同步轉速 n0,而 n0 對應于磁極對數p有一系列固定值。顯然,與570r/min最接近的是因此,額定時的轉差率為3. 三相異步電動機的構造參見教材4. 三相異步電動機的定子與轉子電路三相異步電動機的電磁關系同變壓器類似,定子繞組相當于變壓器的原繞組;轉子繞組相當于變壓器的副繞組(而電動機的轉子繞組一般是短路的)。定子電流產生的旋轉磁場將通過定子和轉子鐵心而構成的閉合磁路,該磁場不僅在轉子的每相繞組中產生感應電動勢 e2,也要在定子的每相繞組中產生感應電動勢 e1。而實際上,旋轉磁場是由定子電流和轉子電流共同作用產生的。設定子和轉子的每相繞組匝數分別N1為N2和,下面將對動機的電路進行分析。一、定子電路電動機內旋轉磁場的磁感應強度在沿定子與轉子間氣隙應是接近于正弦規律變化分布。因此,通過每想定子繞組的磁通也應是隨時間作正弦規律變化的,即φ=Φmsinωt因此,每相定子繞組中由旋轉磁場產生的感應電動勢為也是正弦量,其有效值為 f1 是 e1 的頻率,由同步轉速可得每相繞組的電路圖定子電路分析定子電流不僅產生主磁通φ,還將產生漏磁通??每相繞組的電路圖主磁通要通過轉子繞組,而漏磁通將不通過轉子繞組。這樣在原繞組的電壓約束方程為如用相量表示,則可認為式中R1和X1=2?f1L?1分別為定子每相繞組的電阻和漏磁感抗。它們都很小,對于主磁通產生的感應電動勢可忽略,則或二、轉子電路每相繞組的電路圖根據電動機的轉動原理,異步電動機之所以能夠轉動,是因為轉子繞組在旋轉磁場中要產生感應電動勢e2,進而產生轉子電流i2,而與旋轉磁場作用產生電磁轉矩T 。下面討論轉子電路中的各物理量:1. 轉子繞組中的感應電動勢旋轉磁場的主磁通φ在每相轉子繞組產生感應電動勢其有效值為 f2為轉子繞組中電流的頻率。因為旋轉磁場和轉子之間的相對轉速為 (n0– n),所以 2. 轉子繞組中電流的頻率 f2可見,轉子電流頻率與轉差率 s 有關,也就是與轉速n 有關。在 s=1 即(n =0)時,轉子電流頻率最大 f2= f1。對額定轉速時, s為1~9%,則f2= 0.5 ~ 4.5 Hz。由此,進而可得轉子感應電動勢的有效值為E20為 s = 1 (或n=0)時轉子所產生的感應電動勢的有效值,3. 轉子繞組中的電流 轉子電流也要產生漏磁通??2,每相繞組中的感應電動勢為對轉子電路應用KVL,有若用相量表示,則為每相繞組的電路圖X2與轉子頻率f 2有關,即可見,轉子感抗與轉差率有關。其中X20是s=1(或n=0)時的轉子感抗將感抗X2代如上式,可得轉子電流為可見,轉子電流I2也與轉差率s有關,如圖曲線所示。轉差率s增加(轉速n減小)時,轉子切割磁力線加劇,于是E2增加,I2也增加。0I2, cos?2s1I2cos?2由于轉子漏磁通的存在,呈電感性,因此 I2 比 E2 滯后?2角。轉子繞組的功率因數為也與轉差率s有關(見圖示曲線)。5. 三相異步電動機的轉矩 與機械特性電磁轉矩 T 是三相異步電動機最重要的物理量之一,機械特性是電動機的主要特性。對電動機進行分析往往離不開這兩方面內容。一、轉矩公式異步電動機的轉矩是由旋轉磁場每磁極的磁通 ? 與轉子電流I2相互作用產生的。它應與電磁功率成正比,因而與轉子的功率因數有關。于是及且則轉矩公式可表示為轉矩T也與s有關。由上式可見,轉矩還與定子的相電壓U1的平方成正比。所以,電源電壓的變動對轉矩的影響很大。轉矩特性T =T(s)曲線如圖所示,當s很小時, T與s成正比;當s很大時,T與 s 成反比(以雙曲線為漸近線),并且有最大轉矩Tmax存在。TssmTmax00nn01二、機械特性曲線在電源電壓U1和轉子電阻R2 一定的情況下,轉矩與轉差率的關系曲線 T= f (s) 或轉速與轉矩的關系曲線 n = f (T),稱為電動機的機械特性曲線。轉矩與轉差率的關系曲線T= f (s)如右側上圖所示,轉速與轉矩的關系曲線 n = f (T)如右側下圖所示。TssmTmax00nn01TbTmax0nn0TNTstnNa實際上,下圖是通過上圖右旋90°得到的。研究機械特性是分析為了分析電動機的運行性能。在機械特性曲線上,要討論三個轉矩。1. 額定轉矩 TNTbTmax0nn0TNTstnNa在電動機勻速轉動時,其轉矩T必須與阻力轉矩TC 平衡,而阻力轉矩包括負載轉矩T2和空載損耗轉矩T0。一般T0很小,??珊雎?。省略部分。有影響的。2、起動轉矩Tst在剛起動時,雖然轉子電流較大,但由于轉子的功率因數是很低的。因此起動轉矩是不大的,它與額定轉矩之比值約為1.0~2.2。如果起動轉矩過小,就不能在滿載下起動,應設法提高。但起動轉矩也不能過大,否則,會使傳動機構收到沖擊而損壞。由上述可知,異步電動機起動時的主要缺點是起動電流較大。為了減小起動電流,必須采用適當的起動方法。二、起動方法鼠籠式電動機的起動方法有兩種1、直接起動2、降壓起動1、直接起動 直接起動就是利用閘刀開關或接觸器將電動機直接接到額定電源上。這種起動方法雖然簡單,但如上所述,由于起動電流較大,將使線路電壓下降,影響負載的正常工作。一般只有功率在二三十千瓦以下的異步電動機才能采用直接起動的方法來起動。而對于功率較大的異步電動機通常都采用降壓起動。2、降壓起動所謂降壓起動就是在電動機起動時,降低其所加的電壓。其目的就是要減小起動電流。降壓起動通常采用下面的幾種方法。(1)星形—三角形(Y-△)換接起動該方法只適合于電動機在工作時,其定子繞組接成三角形時的情況。 如有一臺三角形聯接的電動機,接在電壓為380V的電源上,其每相定子繞組上的電壓就是380V;當采用星形聯接并接在相同電源上,此時每相定子繞組上的電壓是220V。電流關系|Z|ULIly=IpyIl△Ip△UL當電動機正常工作時,當電動機星形起動時,通過計算可以看出,電壓下降了1/√3倍,電流下降了1/3。 由于轉矩與電壓的平方成正比,所以起動轉矩也減小到直接起動時的1/3。因此,這種方法只適合于空載或輕栽時起動。該種起動一般采用星三角起動器來實現,電路如圖所示?!鲃佑|點Y動觸點Y起動狀態△動觸點Y動觸點待起動狀態△動觸點Y動觸點切換狀態△動觸點Y動觸點Δ工作狀態△動觸點Y動觸點返回正常狀態(2)自耦降壓起動自耦降壓起動是利用三相自耦變壓器將電動機在起動過程中的端電壓降低,其接線如圖所示。自耦變壓器備有抽頭,以便得到不同的電壓(例如為電源電壓的73%、64%、55%),根據對起動轉矩的要求而選用。自耦降壓起動適用于容量較大的或正常運行時聯成星形不能采用三角起動器的鼠籠式異步電動機。自耦降壓起動接線圖工作起動(3)、接起動電阻起動對于繞線式電動機的起動,只要在轉子電路中接入大小適當的起動電阻,就可達到減小起動電流的目的;同時起動轉矩也提高了。例有一Y225M-4型三相異步電動機,其額定數據如下:試求:(1)額定電流;(2)額定轉差率SN;(3)額定轉矩TN;最大轉矩Tmax;起動轉矩Tst1480r/min功率45KW轉速電壓效率功率因數380V92.3%0.887.01.92.2(2)(3)解:(1)4~100KW的電動機通常都是380V、△聯接。在上題中:(1)若負載轉矩為510.2N.m,試問在U=UN和U/=0.9 UN兩種情況下,能否起動?(2)采用Y-△換接起動時,求起動電流和起動轉矩。又當負載轉矩為額定轉矩TN的80%和50%時,電動機能否起動?例解:(1)Tst=551.8N.m>510.2N.m所以能起動。(2)在U/=0.9 UN時, T/st=0.92×551.8=447N.m <510.2N.m所以不能起動。在80%額定負載時在50%額定負載時對上題如采用自耦降壓起動,設起動時電動機的端電壓降到電源電壓的64%,求線路起動電流和電動機的起動轉矩。例解:直接起動時的起動電流設降壓起動時電動機中的起動電流為設降壓起動時線路中的起動電流為設降壓起動時的起動轉矩為7. 三相電動機的調速調速就是在同一負載下能得到不同的轉速,以滿足生產過程的要求。從三相異步電動機的轉速公式可以看到改變電動機的轉速有三種可能:(1)改變電源頻率f1(2)改變極對數p(3)改變轉差率s前兩者是鼠籠式電動機的調速方法,后者是繞線式電動機的調速方法。下面我們分別討論。一、變極調速由式可知,如果極對數減小一半,則旋轉磁場的轉速便提高一倍,轉子轉速差不多也提高一倍,因此,改變p可以得到不同的轉速。如何改變極對數呢?這同定子繞組的接法有關。A1X1A2X2AXA1X1A2X2AXp=1的繞組接法p=2的繞組接法二、變頻調速變頻調速就是改變電源電壓的頻率,從而改變電動機的轉速。目前主要采用下圖所示的變頻裝置整流器~f1=50Hz逆變器-+M3~f可變整流器先將50Hz的交流電變換為直流電,再由逆變器變換為頻率可調、電壓有效值也可調的三相交流電,供給鼠籠式異步電動機。由此可得到電動機的無級調速,并具有硬的機械特性。三、變轉差率調速只要在繞線式電動機的轉子電路中接入一個調速電阻,改變電阻的大小,就可以得到平滑調速。如增大調速電阻時,轉差率上升,而轉速下降。這種調速方法的優點是設備簡單、投資少;但能量損耗較大。這種調速方法廣泛應用于起重設備中。8. 三相電動機的制動因為電動機的轉動部分有慣性,所以把電源切斷后,電動機還會繼續轉動一定時間后停止。為了縮短輔助工時,提高生產機械的生產率,并為了安全起見,往往要求電動機能夠迅速停車和反轉。這就需要對電動機制動。對電動機制動,也就是要求它的轉矩與轉子的轉動方向相反。這時的轉矩稱為制動轉矩。異步電動機的制動常用下列幾種方法:一、能耗制動M3~R+-Φn0=0Fn二、反接制動FΦn0nM3~三、發電反饋制動Φn0nn>n0F9. 三相電動機的銘牌數據要正確使用電動機,必須要看懂銘牌。今以Y132M-4型電動機為例,來說明銘牌上各個數據的意義。三相異步電動機型號Y132M-4功率7.5KW頻率50Hz電壓380V電流15.4A接法△轉速1440r/min絕緣等級B工作方式連續年 月 編號××電機廠此外,還有功率因數0.85,效率87%。1、型號為了適應不同用途和不同工作環境的需要,電動機制成不同的系列,每種系列用各種型號表示。型號說明: Y 132 M - 4 三相異步電動機磁極數機座中心高機座長度代號(S-短機座;M-中機座;L-長機座)異步電動機產品名稱代號產品名稱異步電動機繞線式異步電動機防爆型異步電動機高起動轉矩異步電動機新代號漢字意義老代號Y異異繞異爆異起YRYBYQJ、JOJR、JROJB、JBOJQ、JQO2、接法U1U2V1V2W1W2U1U2V1V2W1W2U1V1W1W2U2V2接電源U1V1W1W2U2V2接電源3、電壓銘牌上所標的電壓值是指電動機在額定運行時定子繞組上應加的線電壓。4、電流銘牌上所標的電流值是指電動機在額定運行時定子繞組的線電流。5、功率與效率銘牌上所標的功率值是指電動機在額定運行時軸上輸出的機械功率值。所謂效率就是輸出功率與輸入功率的比值。6、功率因數因為電動機是電感性負載,定子相電流比相電壓滯后一個?角。cos ?就是功率因數。7、轉速由于生產機械對轉速的要求不同,需要生產不同磁極數的異步電動機,因此有不同的轉速等級。最常用的是四磁極的(n0=1500r/min)。8、絕緣等級絕緣等級是按電動機繞組所用的絕緣材料在使用時容許的極限溫度來分級的。所謂極限溫度,是指電動機絕緣結構中最熱點的最高容許溫度。絕緣等級極限溫度(0C)AEB10512013010. 三相電動機的選擇
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