三相交流异步电动机.pdf
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1、三相交流异步电动机电机是实现电能与机械能相互转换的电工设备总称为电机。电机是利用电磁感应原理实现电能与机械能的相互转换。把机械能转换成电能的设备称为发电机,而把电能转换成机械能的设备叫做电动机。电动机交流电动机直流电动机异步机 同步机鼠笼式 绕线式他励、异励、串励、复励在生产上主要用的是交流电动机,特别三相异步电动机,因为它具 有结构简单、坚固耐用、运行可靠、价格低廉、维护方便等优点。它被 广泛地用来驱动各种金属切削机床、起重机、锻压机、传送带、铸造机 械、功率不大的通风机及水泵等。对于各种电动机我们应该了解下列几个方面的问题:(1)基本构造;(2)工作原理;(3)表示转速与转矩之间关系的机械
2、特性;(4)起动、调速及制动的基本原理和基本方法;(5)应用场合和如何正确使用。1.三相异步电动机的构造三相异步电动机的两个基本组成部分为定子(固定部分)和转子(旋 转部分)。此外还有端盖、风扇等附属部分,如图5T所示。1).定子三相异步电动机的定子由三部分组成:b)2.三相异步电动机的转动原理1).基本原理 为了说明三相异步电动机的工作原理,我们做如下 演示实验,如图5-2所示图5-2三相异步电动机工作原理(1).演示实验:在装有手柄的蹄形磁铁的两极间放置一个闭合导体,当转动手柄带动蹄形磁铁旋转时,将发现导体也跟着旋;若改变磁铁的 转向,则导体的转向也跟着改变。(2).现象解释:当磁铁旋转时
3、,磁铁与闭合的导体发生相对运动,鼠笼式导体切割磁力线而在其内部产生感应电动势和感应电流。感应电 流又使导体受到一个电磁力的作用,于是导体就沿磁铁的旋转方向转动 起来,这就是异步电动机的基本原理。转子转动的方向和磁极旋转的方 向相同。(3).结论:欲使异步电动机旋转,必须有旋转的磁场和闭合的转子绕组。图5-4旋转磁场的形成(2).旋转磁场的方向旋转磁场的方向是由三相绕组中电流相序决定的,若想改变旋转磁 场的方向,只要改变通入定子绕组的电流相序,即将三根电源线中的任意两根对调即可。这时,转子的旋转方向也跟着改变。3).三相异步电动机的极数与转速(1).极数(磁极对数p)三相异步电动机的极数就是旋转
4、磁场的极数。旋转磁场的极数和三相绕组的安排有关。当每相绕组只有一个线圈,绕组的始端之间相差1200空间角时,产 生的旋转磁场具有一对极,即P=l;当每相绕组为两个线圈串联,绕组的始端之间相差600空间角时,产生的旋转磁场具有两对极,即P=2;同理,如果要产生三对极,即p=3的旋转磁场,则每相绕组必须有均匀安排在空间的串联的三个线圈,绕组的始端之间相差400(=1200/p)8=120/空间角。极数P与绕组的始端之间的空间角 的关系为:(2).转速n三相异步电动机旋转磁场的转速nO与电动机磁极对数p有关,它们 的关系是:由(5T)可知,旋转磁场的转速nO决定于电流频率fl和磁场的极 数P。对某一
5、异步电动机而言,fl和P通常是一定的,所以磁场转速nO 是个常数。在我国,工频fl=50Hz,因此对应于不同极对数p的旋转磁场转速 nO,见表P123456N0300015001000750600500(3).转差率s电动机转子转动方向与磁场旋转的方向相同,但转子的转速n不可 能达到与旋转磁场的转速nO相等,否则转子与旋转磁场之间就没有相对 运动,因而磁力线就不切割转子导体,转子电动势、转子电流以及转矩 也就都不存在。也就是说旋转磁场与转子之间存在转速差,因此我们把 这种电动机称为异步电动机,又因为这种电动机的转动原理是建立在电 磁感应基础上的,故又称为感应电动机。旋转磁场的转速nO常称为同步
6、转速。转差率S用来表示转子转速n与磁场转速nO相差的程度的物理转差率是异步电动机的一个重要的物理量。当旋转磁场以同步转速nO开始旋转时,转子则因机械惯性尚未转动,转子的瞬间转速n=0,这时转差率S=l。转子转动起来之后,n0,(nO-n)差值减小,电动机的转差率Sl。如果转轴上的阻转矩加大,则转子转速 n降低,即异步程度加大,才能产生足够大的感受电动势和电流,产生足 够大的电磁转矩,这时的转差率S增大。反之,S减小。异步电动机运行 时,转速与同步转速一般很接近,转差率很小。在额定工作状态下约为 0.0150.06 之间。(4).三相异步电动机的定子电路与转子电路三相异步电动机中的电磁关系同变压
7、器类似,定子绕组相当于变压 器的原绕组,转子绕组(一般是短接的)相当于副绕组。给定子绕组接 上三相电源电压,则定子中就有三相电流通过,此三相电流产生旋转磁 场,其磁力线通过定子和转子铁心而闭合,这个磁场在转子和定子的每 相绕组中都要感应出电动势。P40 12,13,14 题授课时间第2周课次第3次章节(项目/任务)名称 1-3二相交流异步电动机授课方式理论课(V)、实践课()、习题课()、理实一体化()、其它()教学时数教学目标要求1.知识方面:了解三相异步电动机的基本结构、理解工作 原理、电磁转矩和机械特性,理解起动、调速、制动方法。2.德育方面:科学技术就是生产力。3.技能方面:识别三相异
8、步电动机的基本结构。教学方法讲授法教学重点难点1.三相异步电动机的工作原理2.机械特性1.1常用低压电器的分类低压电器种类繁多,功能各样,构造各异,用途广泛,工作原理 各不相同,常用低压电器的分类方法也很多。1.按用途或控制对象分类(1)配电电器:主要用于低压配电系统中。要求系统发生故障 时准确动作、可靠工作,在规定条件下具有相应的动稳定性与热稳定 性,使电器不会被损坏。常用的配电电器有刀开关、转换开关、熔断 器和断路器等。(2)控制电器:主要用于电气传动系统中。要求寿命长、体积 小、重量轻且动作迅速、准确、可靠。常用的控制电器有接触器、继 电器、起动器、主令电器和电磁铁等。2.按动作方式分类
9、(1)自动电器:依靠自身参数的变化或外来信号的作用,自动 完成接通或分断等动作,如接触器和继电器等。(2)手动电器:用手动操作来进行切换的电器,如刀开关、转 换开关和按钮等。3.按触点类型分类(1)有触点电器:利用触点的接通和分断来切换电路,如接触 器、刀开关和按钮等。(2)无触点电器:无可分离的触点。主要利用电子元件的开关 效应,即导通和截止来实现电路的通、断控制,如接近开关、霍尔开 关、电子式时间继电器和固态继电器等。4.按工作原理分类(1)电磁式电器:根据电磁感应原理动作的电器,如接触器、继电器和电磁铁等。(2)非电量控制电器:依靠外力或非电量信号(如速度、压力和温度等)的变化而动作的电
10、器,如转换开关、行程开关、速度继电器、压力继电器和温度继电器等。5.按低压电器型号分类为了便于了解文字符号和各种低压电器的特点,采用我国国产 低压电器产品型号编制办法(JB 293081.10)的分类方法(参见 附录A),将低压电器分为13个大类。每个大类用一位汉语拼音字母 作为该产品型号的首字母,第二位汉语拼音字母表示该类电器的各种 形式。(1)刀开关H,例如HS为双投式刀开关(刀型转换开关),HZ 为组合开关。(2)熔断器R,例如RC为瓷插式熔断器,RM为密封式 熔断器。(3)断路器D,例如DW为万能式断路器,DZ为塑壳式断路 器。(4)控制器K,例如KT为凸轮控制器,KG为鼓型控制器。(
11、5)接触器C,例如CJ为交流接触器,CZ为直流接触器。(6)起动器Q,例如QJ为自耦变压器降压起动器,QX为星三角 起动器。(7)控制继电器J,例如JR为热继电器,JS为时间继电器。(8)主令电器L,例如LA为按钮,LX为行程开关。(9)电阻器Z,例如ZG为管型电阻器,ZT为铸铁电阻器。(10)变阻器B,例如BP为频敏变阻器,BT为起动调速变阻器。(10)变阻器B,例如BP为频敏变阻器,BT为起动调速变阻器。(11)调整器T,例如TD为单相调压器,TS为三相调压器。(12)电 磁铁M,例如MY为液压电磁铁,MZ为制动电磁铁。(13)其他A,例 如AD为信号灯,AL为电铃。在选用低压电器时常根据
12、型号来进行选用,所以本书按型号分类对上述低压电器的分类进行说明。1.2.刀开关刀开关是一器,常用的刀开关 投刀开关、HS型双 HR型熔断器式刀 型组合开关、HK型种手动电有HD型单 投刀开关、开关、HZ 闸刀开关和HY型倒顺开关等。HD型单投刀开关、HS型双投刀开关和HR型熔断器式刀开关主要用于在成套配电装置中作为隔离开关,装有灭弧装置的刀开关也可以控制一定范围内的负荷线路。作为隔离开关的刀开 关的容量比较大,其额定电流在100A1500A之间,主要用于供配电 线路的电源隔离作用。隔离开关没有灭弧装置,不能操作带负荷的线 路,而只能操作空载线路或电流很小的线路,如小型空载变压器、电 压互感器等
13、。操作时应注意,停电时应将线路的负荷电流用断路器、负荷开关等开关电器切断后再将隔离开关断开,送电时操作顺序相 反。隔离开关断开时有明显的断开点,有利于检修人员的停电检修工 作。隔离刀开关由于控制负荷能力很小,也没有保护线路的功能,所 以通常不能单独使用,一般要和能切断负荷电流和故障电流的电器(如熔断器、断路器和负荷开关等电器)一起使用。HZ型组合开关、HK型闸刀开关一般用于电气设备及照明线路的 电源开关。HZ型组合开关、HK型闸刀开关一般用于电气设备及照明线路的电源开关。HY型倒顺开关、HH型铁壳开关装有灭弧装置,一般可用 于电气设备的起动、停止控制。1.2.1 HD型单投刀开关HD型单投刀开
14、关按极数分为1极、2极、3极几种,其示意图及 图形符号如图1T所示。图IT(a)为直接手动操作,(b)为手柄 操作,(c)(h)为刀开关的图形符号和文字符号。图1-1(c)为 一般图形符号,(d)为手动符号,(e)为三极单投刀开关符号;当刀 开关用作隔离开关时,其图形符号上加有一横杠,如图bl(f)、图 1-1(g)、图 1-1(h)所示。(a)直接手动操作(b)手柄操作(c)一般图形符号(d)手动符号(e)3极单投 刀开关符号图1-1 HD型单投刀开关示意图及图形符号(f)一般隔离开关符号(g)手动隔离开关符号(h)3极单投 刀隔离开关符号图1-1 HD型单投刀开关示意图及图形符号(续)单投
15、刀开关的 型号含义如下:设计代号:n中央手柄式,12侧方正面杠杆操作机构式,13 一中央正面杠杆操作机构式,14一侧面手柄式。1.2.2 HS型双投刀开关HS型双投刀开关也称转换开关,其作用和单投刀开关类似,常 用于双电源的切换或双供电线路的切换等,其示意图及图形符号如图 1-2所示。由于双投刀开关具有机械互锁的结构特点,因此可以防止 双电源的并联运行和两条供电线路同时供电。图1-2 HS型双投刀开关示意图及图形符号1.2.3 HR型熔断器式刀开关HR型熔断器式刀开关也称刀熔开关,它实际上是将刀开关和熔 断器组合成一体的电器。刀熔开关操作方便,并简化了供电线路,在 供配电线路上的应用十分广泛,
16、其工作示意图及图形符号如图3 所示。刀熔开关可以切断故障电流,但不能切断正常的工作电流,所 以一般应在无正常工作电流的情况下进行操作。图1-3 HR型熔断器式刀开关示意图及图形符号1.2.4组合开关(a)外型()(b)结构组合开关又称转换开关,控制容量比较小,结构紧凑,常用于空 间比较狭小的场所,如机床和配电箱等。组合开关一般用于电气设备 的非频繁操作、切换电源和负载以及控制小容量感应电动机和小型电 器。组合开关由动触头、静触头、绝缘连杆转轴、手柄、定位机构 及外壳等部分组成。其动、静触头分别叠装于数层绝缘壳内,当转动 手柄时,每层的动触片随转轴一起转动。常用的产品有HZ5、HZ10和HZ15
17、系列。HZ5系列是类似万能转 换开关的产品,其结构与一般转换开关有所不同;组合开关有单极、双极和多极之分。组合开关的结构示意图及图形符号如图4所 示。1.2.5开启式负荷开关和封闭式负荷开关开启式负荷开关和封闭式负荷开关是一种手动电器,常用于电气 设备中作隔离电源用,有时也用于直接起动小容量的鼠笼型异步电动 机。(a)内部结构示意图,(b)外形示意图,(c)图形符号图1-4组合开关的结构示意图及图形符号1.HK型开启式负荷开关HK型开启式负荷开关俗称闸刀或胶壳刀开关,由于它结构简单、价格便宜、使用维修方便,故得到广泛应用。该开关主要用作电气照 明电路和电热电路、小容量电动机电路的不频繁控制开关
18、,也可用作 分支电路的配电开关。胶底瓷盖刀开关由熔丝、触刀、触点座和底座组成,如图5(a)所示。此种刀开关装有熔丝,可起短路保护作用。(a)开启式负荷开关(b)封闭式负荷开关(c)图形文字符号图1-5负荷开关1一上胶盖2一下胶盖3插座4触刀12触刀13一插 座14熔断器5一操作手柄6固定螺母7一出线端15一速断弹 簧16转轴8熔丝9触点座10底座11进线端17一操作 手柄闸刀开关在安装时,手柄要向上,不得倒装或平装,以避免由 于重力自动下落而引起误动合闸。接线时,应将电源线接在上端,负 载线接在下端,这样拉闸后刀开关的刀片与电源隔离,既便于更换熔 丝,又可防止可能发生的意外事故。2.HH型封闭
19、式负荷开关HH型封闭式负荷开关俗称铁壳开关,主要由钢板外壳、触刀开 关、操作机构和熔断器等组成,如图1-5(b)所示。刀开关带有灭 弧装置,能够通断负荷电流,熔断器用于切断短路电流。一般用于小 型电力排灌、电热器及电气照明线路的配电设备中,用于不频繁地接 通与分断电路,也可以直接用于异步电动机的非频繁全压起动控制。铁壳开关的操作结构有两个特点:一是采用储能合闸方式,即利用一根弹簧以执行合闸和分闸的功能,使开关的闭合和分断时的速度 与操作速度无关,这既有助于改善开关的动作性能和灭弧性能,又能 防止触点停滞在中间位置;二是设有联锁装置,以保证开关合闸后便 不能打开箱盖,而在箱盖打开后,不能再合开关
20、,起到安全保护作用。HK型开启式负荷开关和HH型封闭式负荷开关都是由负荷开关和 熔断器组成,其图形符号也是由手动负荷开关QL和熔断器FU组成,如图1-5(c)所示。1.3熔断器熔断器在电路中主要起短路保护作用,用于保护线路。熔断器的 熔体串接于被保护的电路中,熔断器以其自身产生的热量使熔体熔 断,从而自动切断电路,实现短路保护及过载保护。熔断器具有结构 简单、体积小、重量轻、使用维护方便、价格低廉、分断能力较高、限流能力良好等优点,因此在电路中得到广泛应用。1.3.1熔断器的结构原理及分类熔断器由熔体和安装熔体的 绝缘底座(或称熔管)组成。熔体由易熔金属材料铅、锌、锡、铜、银及其合金制成,形状
21、常为丝状或网状。由铅锡合金和锌等低熔点金 属制成的熔体,因不易灭弧,多用于小电流电路;由铜、银等高熔点 金属制成的熔体,易于灭弧,多用于大电流电路。熔断器串接于被 保护电路中,电流通过熔体时产生的热量与电流平方和电流通过的时 间成正比,电流越大,则熔体熔断时间越短,这种特性称为熔断器的 反时限保护特性或安秒特性,如图6所示。图中IN为熔断器额定 电流,熔体允许长期通过额定电流而不熔断。图-6熔断器的反时限保护特性熔断器种类很多,按结构可分为开启式、半封闭式和封闭式;按有无填料可分为有填料式、无填料式;按用途可分为工业用熔断器、保护半导体器件熔断器及自复式熔断器等。1.3.2 熔断器的主要技术参
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