相異步電動機(jī)與控制

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1、第5章三相異步電動機(jī)與控制5.1三相異步電動機(jī)5.2三相異步電動機(jī)的運(yùn)行5.3單相異步電動機(jī)5.4常用控制電動機(jī)5.5低壓電器5.6基本控制電路5.7行程、時(shí)間控制電路大連理工大學(xué)出版社5.1三相異步電動機(jī)三相異步電動機(jī)是由三相交流電供電的電動機(jī)，又稱異步電動機(jī)。它的結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、價(jià)格低廉、效率高、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)可靠且便于維護(hù)，獲得了廣泛的應(yīng)用。其缺點(diǎn)是調(diào)速性能差、功率因數(shù)低，在有些場合受到限制，但隨著當(dāng)前變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，該問題已得到了解決。一、三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)主要包括定子（固定部分

2、）和轉(zhuǎn)子（旋轉(zhuǎn)部分）兩大部件大連理工大學(xué)出版社1.定子定子是指電動機(jī)中靜止不動的部分，有定子鐵芯、定子繞組、機(jī)座、端蓋等部件。定子鐵芯用0.5mm厚的表面有絕緣層的硅鋼片疊壓成圓筒狀。在定子鐵芯的內(nèi)圓沖有均勻分布的槽孔，用以嵌置三相定子繞組，每相繞組分布在幾個槽內(nèi)，線圈按一定規(guī)則連接成三相定子繞組，如圖所示。三相定子繞組結(jié)構(gòu)完全對稱，一般有六個接線端U1、U2、V1、V2、W1、W2置于接線盒內(nèi)，根據(jù)需要接成星形或三角形大連理工大學(xué)出版社2.轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子是電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)部分，由轉(zhuǎn)子鐵芯、轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)軸組成。轉(zhuǎn)子鐵芯也

3、是由0.5mm厚的硅鋼片疊成的圓柱體，固定在轉(zhuǎn)軸上，轉(zhuǎn)軸上加機(jī)械負(fù)載，與定子相同在圓周外表面沖有槽孔，用以嵌置轉(zhuǎn)子繞組，如圖所示。轉(zhuǎn)子繞組的構(gòu)造分為籠式和繞線式兩種。大連理工大學(xué)出版社籠式轉(zhuǎn)子繞組是用銅條和銅環(huán)焊接成的籠形閉合電路，如圖5-4（b）所示，由于轉(zhuǎn)子繞組的形狀像鼠籠，故稱籠式轉(zhuǎn)子。繞線式轉(zhuǎn)子的特點(diǎn)是可以通過滑環(huán)和電刷，在轉(zhuǎn)子電路中接入附加的電阻，以便電動機(jī)啟動時(shí)調(diào)節(jié)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。在需要大啟動轉(zhuǎn)矩時(shí)，往往采用繞線式異步電動機(jī)。大連理工大學(xué)出版社二、三相異步電動機(jī)的工作原理1.旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生IU=Ims

4、inωtIV=Imsin（ωt-120°）IW=Imsin（ωt+120°）大連理工大學(xué)出版社如圖5-7（a）所示，t=0（ωt=0）時(shí)，iU=0，iV為負(fù)值，iW為正值，iV的大小與iW的大小相同，電流通過三個繞組的方向及形成磁場的磁力線方向可用右手螺旋法則判斷出，該磁場的磁力線由一對磁極產(chǎn)生，下邊是N極，上邊是S極。在t=（ωt=）時(shí)刻，iU為正，iV、iW均為負(fù)，合成的磁場如圖5-7（b）所示。左邊是N極，右邊是S極，磁場在空間順時(shí)針旋轉(zhuǎn)弧度。大連理工大學(xué)出版社大連理工大學(xué)出版社以上研究的磁場是一對磁極（

5、p=1），如果將定子繞組作不同的空間排列，可以制成兩對磁極（p=2）和三對磁極（p=3）或更多對磁極的旋轉(zhuǎn)磁場。三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速有關(guān)，而旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速又與磁極的對數(shù)有關(guān)。根據(jù)前面分析可知，電流變化一周期，電流頻率為f（Hz），旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n1=60f（r/min）。可以證明，若旋轉(zhuǎn)磁場為四極（p=2），電流變化一周期，旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)半周，則n1=60f/2。依此類推，p對磁極的旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速為大連理工大學(xué)出版社在圖5-7中，旋轉(zhuǎn)磁場是順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)磁場的方向是由線圈中電流的相序決定的，

6、如果將電源接到定子繞組的三根引線中的任意兩根對調(diào)，如圖5-8所示，這時(shí)三相定子繞組中的電流相序就按逆時(shí)針方向排列，將使旋轉(zhuǎn)磁場按逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。大連理工大學(xué)出版社2.轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動原理把旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n1與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n的差值與旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速n1之比稱為異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)差率，用s表示，即或或大連理工大學(xué)出版社【例5-1】有一臺三相異步電動機(jī)，其額定轉(zhuǎn)速nN=975r/min，試求電動機(jī)的磁極對數(shù)和額定負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)差率。電源頻率f1=50Hz。解:由于電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)速接近而略小于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速，而同步轉(zhuǎn)速對應(yīng)于不同的磁極對數(shù)，顯

7、然975r/min與1000r/min最相近，從而確定磁極對數(shù)p=3。額定負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)差率為大連理工大學(xué)出版社三、機(jī)械特性電動機(jī)產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n的關(guān)系曲線，即n=f（T）曲線稱為電動機(jī)的機(jī)械特性曲線，如圖5-10所示。在電動機(jī)啟動時(shí)，即n=0時(shí)，對應(yīng)于機(jī)械特性曲線上的D點(diǎn)，電動機(jī)軸上的電磁轉(zhuǎn)矩稱為啟動轉(zhuǎn)矩（又稱為堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩），用Tst表示。當(dāng)電動機(jī)帶額定負(fù)載時(shí)，對應(yīng)于機(jī)械特性曲線上的B點(diǎn)電動機(jī)在運(yùn)行中對應(yīng)的最大轉(zhuǎn)矩用Tm表示，對應(yīng)圖5-10中的C點(diǎn)。電動機(jī)空載時(shí)，對應(yīng)圖中的D點(diǎn)。大連理工大學(xué)出版社由三相

8、異步電動機(jī)的機(jī)械特性曲線可知，當(dāng)啟動轉(zhuǎn)矩大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩時(shí)，轉(zhuǎn)子在電磁轉(zhuǎn)矩的作用下逐漸加速，轉(zhuǎn)速沿DC段上升，電磁轉(zhuǎn)矩也隨之增加，一直增加到最大轉(zhuǎn)矩Tm。以后轉(zhuǎn)速沿CA段增加而電磁轉(zhuǎn)矩開始減小，當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩等于負(fù)載轉(zhuǎn)矩時(shí)，電動機(jī)就以某一轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運(yùn)行。電動機(jī)正常運(yùn)行過程中，由于外界因素而使電動機(jī)轉(zhuǎn)速發(fā)生變化，電動機(jī)在AC段自動調(diào)節(jié)電磁轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩平衡，并穩(wěn)定在新的轉(zhuǎn)速上穩(wěn)定運(yùn)行。顯然，AC段