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文檔簡介

1、第五章交流電動機的工作原理及特性 了解三相異步電動機的基本結構及工作原理;掌握三相異步電動機的轉矩特性和機械特性;掌握三相異步電動機的連接方法和額定參數: 掌握三相異步電動機啟動、調速和制動等各種特性; 掌握實現三相異步電動機啟動、調速和制動的各種方法及它們的使用場所; 掌握單相異步電動機的工作原理和啟動方法; 了解同步電動機的結構、工作原理、運行特性和啟動方法。5.1三相異步電動機的基本結構和工作原理一、三相異步電動機的基本結構 SU 三一鼻*】一承 2一”三相異步電動機主要由定子和轉子兩個部分組成,定子是不動的部分,轉子是旋轉部分,在定子和轉子之間有一定的氣隙。如圖所示。e-JtTlle-

2、HT吁無12根1.定子定子由定子鐵心、繞組以及機座組成。定子鐵心是磁路的一部三0 分,它由0.5mm的硅鋼片疊2定了物組 壓而成,片與片之間是絕緣的,以減少渦流損耗。定子 3一轉了鐵心 鐵心的硅鋼片的內圓沖有定S 子槽,槽中安放線圈,如圖 所示。硅鋼片鐵心在疊壓后 成為一個整體,固定于機座 上。1 一定了鐵心2定/繞組3一轉子鐵心4 一轉了統如定子繞組是電動機的電 路部分。三相電動機的定子 繞組分為三個部分對稱地分 布在定子鐵心上,稱為三相 繞組,分另U用AX、BY、CZ 表示,其中,A、B、C稱為 首端,而X、Y、Z稱為末端。三相繞組接入三相交流電源, 生旋轉磁場。三相繞組中的電流定子鐵心中

3、產機座主要用于固定與支撐定子鐵心。中小型異步電動機一般采用鑄鐵機座。根據不同的冷卻方式采用不同的機座型式。2.轉子轉子由鐵心與繞組組成。轉子鐵心也是電動機磁 路的一部分,由硅鋼片疊壓 而成。轉子鐵心裝在轉軸上。硅鋼片沖片如圖所示。線繞式和鼠籠式兩種電動機的轉子構造雖然不同,但工作原理 是一致的。轉子的作用是產生轉子電流,即產生電磁轉矩。鼠籠式異步電動機轉子繞組是在轉子鐵心槽里插入銅條, 再將全部銅條兩端焊在兩個銅 端環上而組成,如圖所示。線繞式異步電動機轉子繞組是由線圈繞組放入轉子鐵心槽內,并分為三相對 稱繞組,與定子產生的磁極 數相同。線繞式轉子通過軸 上的滑環和電刷在轉子回路中接入外加電阻

4、,用以改善 啟動性能與調節轉速,二、三相異步電動機的工作原理1 .定子旋轉磁場假設每相繞組只有一個線匝,分別嵌放在定子內圓周的6個凹槽之中。現將三相繞組的末端X、Y、Z相連,首端A、B、C接三相交流電源。且三相繞組分別叫做A、B、C相繞組。如圖所O假定定子繞組中電流的正方向規定為從首端流向末端,且A相繞組的電流作為參考正弦量,即iA的初相位為零,則三相繞組A、R、C的電流(相序為ABC)的瞬時值為,=/msindtIn3)ic = Zm sin(a)t -=,msin(d?t如圖所示是這些電流隨時間變化的曲線。(1=(M驍二0%為負,電流實際方向與正方向相反,即電流從Y端流到B端;為正,電流實

5、際方向與正方向一致,即電流從C端流到Z端,按右手螺旋法則確定三相電流產生的合成磁場,如圖(a)箭頭所示。(a)t=0(2=T/6fft“為正,電流實際方向與正方向一致,即電流從A端流到X端。“為負,電流實際方向與正方向相反,即電流從Y端流到B端:ic=0此時的合成磁場如圖(b)所示,合成磁場已從仁0瞬間所在位置順時針方向旋轉了/3o冗(i)/-p(b)i-T/6(3=T/3時為正,電流實際方向與正方向一致,即電流從A端流到X端。認為負,電流實際方向與正方向相反,即電流從Z端流到C端;此時的合成磁場如圖(c)所示,合成磁場已從=0瞬間所在位置順時針方 向旋轉了 2%/3。(a) 1=0(4=T/

6、2 時(b) 1=176A=0為正,電流實際方向與正方向一致,即電流從B端流到Y端。ic為負,電流實際方向與正方向相反,即電流從Z端流到C端;此時的合成磁場如圖(d)所示,合成磁場已從仁0瞬間所在位置順時針方向旋轉了幾。(b) /-776(c) t-T/3(d) 1-772按以上分析可以證明:當三相電流隨時間不斷變化時,合成磁場也在不斷旋轉,故稱旋轉磁場。2 .旋轉磁場的旋轉方向A相繞組內的電流超前B相繞組內的電流2乃/3,而B相繞組內的電流又超前C相繞組內的電流2%/3,當三相交流電的ABC,旋轉磁場的旋轉方向為從A-B-C,即向順時針方向旋轉。如果將定子繞組接至電源的三根導線中的任意兩根線

7、對調,例如,將B,C兩根線對調,使B相與C相繞組中電流的相位對調,如圖所示。此時A相繞組內的電流超前C相繞組內的電流2萬/3,而C相繞組內的電流又超前B相繞組內的電流2%/3,用上述同樣的分析方法可知,此時旋轉磁場的旋轉方向將變為A-CtB,即向逆時針方向旋轉,如圖所示,即與未對調前的旋轉方向相反。s)f-。(b) 1776(c)i=r/3(d) t=T/2只要把定子繞組接到由此可見,要改變旋轉磁場的旋轉方向,電源的三根導線中的任意兩根對調即可。3 .旋轉磁場的極數與旋轉速度在交流電動機中,旋轉磁場相對定子的旋轉速度被稱為同步速度,用表示。以上討論的旋轉磁場,具有一對磁極(磁極對數用p表示)即

8、P=lo從上述分析可以看出,電流變化經過一個周期(變化360電角度),旋轉磁場在空間也旋轉了一轉(轉了360機械角度),若電流的頻率為旋轉磁場每分鐘將旋轉6曠轉,即:如果把定子鐵心的槽數增加1倍(12個槽),制成如圖所示的三相繞組。注意三相繞組在鐵心槽中的分布位置。其中,每相繞組由兩個部分串聯組成,再將這三相繞組接到對稱三相電源使通過對稱三相電流,便產生具有兩對磁極的旋轉磁場。如圖所示。從圖可以看出,對應于不同時刻,旋轉磁場在空間轉到不同位置,此情況下電流變化半個周期,旋轉磁場在空間只轉過了力/2,即1/4轉,電流變化一個周期,旋轉磁場在空間只轉了1/2轉。由此可知,當旋轉磁場具有兩對磁極(p

9、=2)時,其旋轉速度僅為一對磁極時的一半。依次類推,當有p對磁極時,其轉速為:所以, 成反比。旋轉磁場的旋或速度與電流的頻率成正比而與磁級對數4 .工作原理三相異步電動機的工作原理是基于定子旋轉磁場和轉子電流的相互作用。假設定子只有一對磁極,轉子只有一匝繞組。在旋轉磁場的作用下,轉子導體切割磁力線(其方向與旋轉磁場的旋轉方向相反),因而在導體內產生感應電動勢e從而產生感應電流屋根據安培電磁力定律,轉子電流與旋轉磁場相互作用產生電磁力尸(其方向用左手定則決定),這力在轉子的軸上形成電磁轉矩,且轉矩作用方向與旋轉磁場的旋轉方向相同,轉子受此轉矩的作用,按旋轉磁場的旋轉方向旋轉起來。轉子的旋轉速度稱為電動機的轉速,用表示。5 .轉差率S由工作原理可知:轉子的轉速(電動機的轉速)恒比旋轉磁場的旋轉速度,。(同步速度)要小。因為如果兩種速度相等時,轉子和

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