機械電氣設(shè)備與維修--電子教案3-4課時--三相異步電動機工作原理

1、第3-4 課時 第1頁授課日期班級出勤情況復(fù)習(xí)舊課要點直流電動機的勵磁方式；同步發(fā)電機并聯(lián)運行的條件新課內(nèi)容章、節(jié)標(biāo)題課題名稱第四章 三相異步電動機第一節(jié) 三相異步電動機的工作原理授課目的1、 掌握旋轉(zhuǎn)磁場是怎樣產(chǎn)生的？2、 掌握三相異步電動機的工作原理新課重點及措施旋轉(zhuǎn)磁場是怎樣產(chǎn)生的？畫圖講解新課難點及措施旋轉(zhuǎn)磁場是怎樣產(chǎn)生的？畫圖講解備注 第2 頁教授內(nèi)容與教法 第一節(jié) 三相異步電動機的結(jié)構(gòu)和工作原理交流電機可分為同步電機和異步電機兩大類。同步電機的轉(zhuǎn)速與所接電源頻率之間存在嚴格不變的關(guān)系，主要用作發(fā)電機。異步電機的轉(zhuǎn)速與所接電源頻率之間不存在嚴格不變的關(guān)系，主要用于電動機。異步電動機是

2、生產(chǎn)設(shè)備中應(yīng)用最廣泛的動力設(shè)備，如在工農(nóng)業(yè)、交通運輸、日常生活等各個方面。異步電動機之所以獲得廣泛應(yīng)用，是因為它和其它各種電機比較，具有結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、運行可靠等優(yōu)點。如和同容量的直流電機相比，異步電機的重量約為直流電機的一半，而其價格約為直流電機的三分之一。但是異步電動機也存在一些缺點：不能經(jīng)濟地實現(xiàn)范圍較廣的平滑調(diào)速，對電網(wǎng)永遠是一個感性負載，使電網(wǎng)的功率因數(shù)降低。1、三相異步電動機的工作原理由于三相定子繞組結(jié)構(gòu)相同、彼此在空間位置互差120電角，為簡化分析，用彼此互隔120電角的三個線圈來表示。當(dāng)三相定子繞組接上對稱的三相電源后，流過三相對稱電流，各相電流的瞬時表達式為：iU=Imc

3、ost iV =Imcos(t120) （2-4） iW=Imcos(t240) 圖2-16三相電流波形圖三相電流的波形如圖2-16所示。如果規(guī)定電流的正方向從繞組的首端流向尾端，那么當(dāng)各相電流的瞬時值為正值時，電流從該相繞組的首端（U1、V1、W1）流入，從尾端（U2、V2、W2）流出。當(dāng)電流的瞬時值為負時，電流從該相繞組的尾端流入，而從首端流出。分析時用符號表示電流流入，表示電流流出。圖2-172極旋轉(zhuǎn)磁場示意圖 第3頁教授內(nèi)容與教法下面以t=0、t=120、t=240、t=360四個特定的時刻分析。當(dāng)t=0時，U相電流為正且達到最大值，電流從U1流入，從U2流出，而V、W兩相電流為負，分

4、別從V2、W2流入，從V1、W1流出，如圖2-17a所示。根據(jù)右手螺旋定則，可知三相繞組產(chǎn)生的合成磁場的軸線與U相線圈的軸線相重合。合成磁場為2極磁場，磁場的方向從上向下，上方為N極，下方為S極。用同樣的方法可以畫出t=120、t=240、t=360這三個瞬時的電流分布情況，分別如圖2-17（b）（c）（d）所示。觀察圖2-17，發(fā)現(xiàn)當(dāng)三相對稱電流流入三相對稱繞組后，所建立的合成磁場，并不是靜止不動的，而是旋轉(zhuǎn)的。電流變化一周，合成磁場在空間也旋轉(zhuǎn)一周。若電源的頻率為f，則2極磁場每分鐘旋轉(zhuǎn)60f周。 圖2-184極旋轉(zhuǎn)磁場示意圖2. 相異步電動機的工作原理當(dāng)對稱的三相定子繞組通入三相對稱電流

5、后，定子繞組產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場 ,磁場的瞬時位置如圖2-19所示，設(shè)磁場為逆時針方向旋轉(zhuǎn)。該磁場的磁力線通過定子鐵心、氣隙和轉(zhuǎn)子鐵心而閉合。由于靜止的轉(zhuǎn)子繞組與定子旋轉(zhuǎn)磁場存在相對運動，轉(zhuǎn)子槽內(nèi)的導(dǎo)體即要切割定子磁場而感應(yīng)電動勢，電動勢的方向可根據(jù)右手定則確定。由于轉(zhuǎn)子繞組為閉合回路，在轉(zhuǎn)子電動勢的作用下，轉(zhuǎn)子繞組中就有電流通過，如不考慮電流與電動勢的相位差，則電動勢的瞬時方向就是電流的瞬時方向。根據(jù)電磁力定律，載流的轉(zhuǎn)圖2-19 三相異步電動機工作原理示意圖子導(dǎo)體在旋轉(zhuǎn)磁場中必然會受到電磁力，電磁力的方向可用左手定則確定。所有轉(zhuǎn)子導(dǎo)體受到的電磁力對轉(zhuǎn)軸便形成一逆時針方向的電磁轉(zhuǎn)矩。從圖2-19可知

6、，電磁轉(zhuǎn)矩的方向與旋轉(zhuǎn)磁場的方向一致。于是轉(zhuǎn)子在電磁轉(zhuǎn)矩作用下，便沿著旋轉(zhuǎn)磁場的方向旋轉(zhuǎn)起來。如果轉(zhuǎn)子與生產(chǎn)機械聯(lián)接，則轉(zhuǎn)子受到的電磁轉(zhuǎn)矩將克服負載轉(zhuǎn)矩而作功，從而實現(xiàn)了電能與機械能的轉(zhuǎn)換。由此可見，對稱的三相電流通入對稱的三相繞組后所形成的磁場是一個隨時間變化而旋轉(zhuǎn)的磁場。3. 三相異步電動機與旋轉(zhuǎn)磁場有關(guān)的因素 采用上面的分析方法，從圖2-18可知，產(chǎn)生的合成磁場為4極旋轉(zhuǎn)磁場，電流變化一周，磁場僅轉(zhuǎn)過1/2周，它的轉(zhuǎn)速為2極旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速的1/2。依次類推，當(dāng)電機的極數(shù)為2p時，旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速為2極磁場轉(zhuǎn)速的1/p，即每分鐘轉(zhuǎn)周。旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速稱為同步轉(zhuǎn)速，以n1表示。即： r/min 2

7、極 轉(zhuǎn)速 3000 r/min4極 轉(zhuǎn)速 1500 r/min6極 轉(zhuǎn)速 1000 r/min8極 轉(zhuǎn)速 750 r/min4. 三相異步電動機的轉(zhuǎn)差率 由于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向和旋轉(zhuǎn)磁場的方向是一致的，如果轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n等于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速即同步轉(zhuǎn)速n1，它們之間將不再有相對運動，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體就不能切割磁場而產(chǎn)生感應(yīng)電動勢、電流和電磁轉(zhuǎn)矩。所以異步電動機的轉(zhuǎn)速n總是小于同步轉(zhuǎn)速n1，即與旋轉(zhuǎn)磁場“異步地”轉(zhuǎn)動，故稱為異步電動機。轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場的相對速度，即同步轉(zhuǎn)速n1與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n之差稱為轉(zhuǎn)差n，轉(zhuǎn)差即為轉(zhuǎn)子切割旋轉(zhuǎn)磁場的速度。n與n1之比稱為轉(zhuǎn)差率，用s表示，即：（2-6） 異步電動機的轉(zhuǎn)速隨負載的變化而變化，轉(zhuǎn)差率s也就隨負載的變化而變化。但正常工作時，轉(zhuǎn)差率變化不大，空載時s約在0.5%以下；額定負載時絕大部分電動機s約在1.5%6%范圍內(nèi)第4頁本次課要點旋轉(zhuǎn)磁場是怎樣產(chǎn)生的課外作業(yè)D1 1. 直流電動機的勵磁方式有那些？2. 同