任务3三相异步电动机.ppt

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1、学习情境3 三相异步电动机的启动、调速、反转与制动,任务3.1 认识三相异步电动机任务3.2 三相异步电动机的启动、调速、反转与制动 任务3.3 三相异步电动机点动、连续运行控制线路的装接与调试 任务3.4 三相异步电动机双向互锁运行控制线路的装接与调试任务3.5 三相异步电动机YD降压启动控制线路的装接与调试,电机控制与维修,化学工业出版社,学习情境3 三相异步电动机的启动、调速、反转与制动,【任务目标】技能目标：1.能认识三相异步电动机；2.能认识各种常规控制电器；3.能根据电路图，正确选择合适组件完成三相异步电动机的启动、调速、反转与制动控制线路的装接与调试。知识目标：1.了解三相异步电

2、动机的结构和工作原理；2.了解各种常规控制电器的组成和工作原理；3.掌握三相异步电动机的启动、调速、反转与制动的控制方法。,电机控制与维修,任务3.1 认识三相异步电动机,【任务描述】电动机是把电能转换成机械能的设备，它是利用通电线圈在磁场中受力转动的现象制成。电动机按使用电源不同分为直流电动机和交流电动机，电力系统中的电动机大部分是交流电机，可以是同步电机或者是异步电机（电机定子磁场转速与转子旋转转速不保持同步速）。电动机主要由定子与转子组成。交流电动机的使用和控制非常方便，具有自起动、加速、制动、反转、掣住等能力，能满足各种运行要求；电动机的工作效率较高，又没有烟尘、气味，不污染环境，噪声

3、也较小。由于它的一系列优点，所以在工农业生产、交通运输、国防、商业及家用电器、医疗电器设备等各方面广泛应用。各种电动机中应用最广的是三相异步电动机（又称感应电动机）。它使用方便、运行可靠、价格低廉、结构牢固。随着现代电力电子技术的进步，三相异步电动机功率因数较低、调速困难的缺点也得到有效解决。本任务主要研究三相异步电动机的结构、工作原理、机械特性以及基本试验。,电机控制与维修,任务3.1 认识三相异步电动机,【子任务目标】技能目标：1.能认识三相异步电动机；2.能认识三相异步电动机各组成部分；3.学会三相异步电动机的检测、接线和简单操作使用。知识目标：1.了解三相异步电动机的特点、用途和分类；

4、2.了解三相异步电动机的结构和工作原理；3.了解三相异步电动机铭牌；4.了解三相异步电动机的机械特性。,电机控制与维修,（一）三相异步电动机的特点、用途和分类1.三相异步电动机的特点 三相异步电动机实例见图3.1.1 和图3.1.2 所示。三相异步电动机的优点是结构简单、运行可靠、效率高、制造容易、成本低，维修方便；缺点是功率因数低，调速性能差。,电机控制与维修,任务3.1 认识三相异步电动机【知识准备】,图3.1.1 三相异步电动机实例,图3.1.2 三相异步电动机实例,放大,（一）三相异步电动机的特点、用途和分类2.三相异步电动机的用途 三相异步电动机广泛应用于工农业生产、交通运输及各行各

5、业，容量从几十瓦到数千千瓦。在轧钢厂中被用来拖动中、小型轧机，在矿山上被用来拖动卷扬机和鼓风机。对于不需要调速的生产机械，例如风机、水泵、皮带运输机等通用生产机械，一般都把三相异步电动机用作原动机。图3.1.3 和图3.1.4 是三相异步电动机的应用举例。,电机控制与维修,任务3.1 之【知识准备】,图3.1.3 汽车底盘综合测试系统,图3.1.4 龙门起重机,放大,（一）三相异步电动机的特点、用途和分类3.三相异步电动机的分类 按转子结构可分为鼠笼型异步电动机和绕线型异步电动机。如图3.1.5.3.1.6 所示。,电机控制与维修,图3.1.5 鼠笼型异步电动机,图3.1.6 绕线型异步电动机

6、,按机壳防护型式分为防护式、封闭式和开启式；按机座号分为小型电机、中型电机和大型电机；按安装方式分为立式和卧式电机；按冷却方式分为空气冷却和液体冷却电机。,任务3.1 之【知识准备】,放大,电机控制与维修,（二）三相异步电动机的结构与工作原理1.三相异步电动机的结构 三相异步电动机的种类很多，但各类三相异步电动机的基本结构是相同的，由定子和转子两大基本部分组成，在定子和转子之间具有一定的气隙。此外，还有端盖、轴承、接线盒、吊环等其他附件，如图3.1.7 所示。,图3.1.7 笼型异步电动机的结构,任务3.1 之【知识准备】,放大,电机控制与维修,1.三相异步电动机的结构1）定子部分 定子是用来

7、产生旋转磁场的。三相异步电动机的定子一般由外壳、定子铁心、定子绕组等部分组成。三相电动机外壳包括机座、端盖、轴承盖、接线盒及吊环等部件。机座：铸铁或铸钢浇铸成型，其作用是保护和固定三相电动机的定子绕组。中、小型三相电动机的机座还有两个端盖支承着转子，是三相异步电动机机械结构的重要组成部分。通常，机座的外表要求散热性能好，所以一般都铸有散热片。端盖：用铸铁或铸钢浇铸成型，它的作用是把转子固定在定子内腔中心，使转子能够在定子中均匀地旋转。轴承盖：也是铸铁或铸钢浇铸成型的，它的作用是固定转子，使转子不能轴向移动，另外起存放润滑油和保护轴承的作用。接线盒：一般是用铸铁浇铸，其作用是保护和固定绕组的引出

8、线端子。吊环：一般是用铸钢制造，安装在机座的上端，用来起吊、搬抬三相电动机。,任务3.1 之【知识准备】,电机控制与维修,1）定子部分 定子铁心是三相异步电动机磁路的一部分，由 0.35mm0.5mm厚表面涂有绝缘漆的薄硅钢片叠压而成，如图3.1.8 所示。由于硅钢片较薄而且片与片之间是绝缘的，所以减少了由于交变磁通通过而引起的铁心涡流损耗。铁心内圆有均匀分布的槽口，用来嵌放定子绕圈。,图3.1.8 定子铁心及冲片示意图,定子绕组是三相异步电动机的电路部分。三相电动机有三相绕组，通入三相对称电流时，就会产生旋转磁场。,任务3.1 之【知识准备】,放大,电机控制与维修,1.三相异步电动机的结构2

9、）转子部分 转子的作用是带动其它机械设备旋转。转子由转子铁心、转子绕组及转轴等部件组成，如图3.1.7 所示。转子铁心是用 0.5mm厚的硅钢片叠压而成，套在转轴上，作用和定子铁心相同，一方面作为电动机磁路的一部分，另一方面用来安放转子绕组。转子绕组分为鼠笼式和绕线式两种。鼠笼式是在转子铁心的每一个槽中插入一根铜条，在铜条两端各用一个铜环把导条连接起来，称为铜排转子；也可用铸铝的方法，把转子导条和端环风扇叶片用铝液一次浇铸而成，称为铸铝转子，如图3.1.9 所示。绕线式与定子绕组也是一个三相绕组。,图3.1.9 笼形转子绕组,任务3.1 之【知识准备】,放大,电机控制与维修,（二）三相异步电动

10、机的结构与工作原理2.三相异步电动机的工作原理 当定子三相绕组接至电源后，定子绕组中有对称三相电流流过，电流表达式如下：,各相电流随时间而变化的曲线如图3.1.10 所示。,图3.1.10 三相电流随时间而变化的曲线,任务3.1 之【知识准备】,放大,电机控制与维修,2.三相异步电动机的工作原理 为了分析方便，假设电流为正值时，从每相线圈的首端流出，由线圈末端流入，电流为负值时，从每相线圈的末端流出，由线圈首端流入。用符号表示电流流出，用表示电流流入。当 t=0，t=120，t=240，t=360的瞬间，将各相电流方向表示在各相线圈剖面图上，见图3111 a）、b）、c）、d）图所示。,图3.

11、1.11 两极旋转磁场示意图,任务3.1 之【知识准备】,放大,电机控制与维修,2.三相异步电动机的工作原理 三相交流电通入定子绕组后，便形成了如图3.1.11 所示的旋转磁场，其转速 n1 为：,式中 n1 旋转磁场转速，也叫同步转速；f 定子绕组通入的交流电频率；p 旋转磁场磁极对数。若转子绕组不动，转子绕组导体与旋转磁场之间有相对运动，导体中便有感应电动势，其方向由右手定则确定。转子绕组是一个闭合回路，于是转子导体中就有电流，不考虑电动势与电流的相位差，电流方向同电动势方向。这样，导体就在磁场中受到电磁力的作用，其方向可用左手定则确定。由此电磁力产生电磁转矩T。,任务3.1 之【知识准备

12、】,电机控制与维修,2.三相异步电动机的工作原理 由图3.1.12 可以看出，电磁转矩的方向与旋转磁场的方向一致，于是在电磁转矩的作用下，异步电动机的转子便沿着旋转磁场的方向以 n 转速旋转起来。可见，在定子旋转磁场为一对磁极（磁极对数 p=1）的情况下，定子电流变化一周，旋转磁场也变化一周。如果改变定子三相绕组中电流的相序，将会改变旋转磁场的旋转方向，电动机的旋转方向也将会随之改变。,图3.1.12 三相异步电动机的工作原理示意图,任务3.1 之【知识准备】,放大,电机控制与维修,（二）三相异步电动机的结构与工作原理3.三相异步电动机的转差率,旋转磁场转速 n1与转子转速 n 之差与同步转速

13、 n1之比称为异步电动机的转差率 s，即,转差率是异步电动机的一个基本参数，对分析和计算异步电动机的运行状态及其机械特性有着重要的意义。当异步电动机处于电动状态运行时，电磁转矩T和转速n同向。转子尚未转动时，n=0，s=（n10）/n1=1；当 n=n1时，s=（n1 n）/n1=0，可知异步电动机处于电动状态时，转差率的变化范围总在 0 和 1 之间，即0s1。,任务3.1 之【知识准备】,电机控制与维修,（三）三相异步电动机的铭牌 在三相电动机的外壳上钉有一块牌子，称为三相异步电动机的铭牌，如图3.1.13 所示。,图3.1.13 三相异步电动机的铭牌,任务3.1 之【知识准备】,电机控制

14、与维修,（三）三相异步电动机的铭牌 铭牌上注明这台三相异步电动机的主要技术数据，是选择、安装、使用和修理三相异步电动机的重要依据，铭牌的主要内容如下：1.型号 国产中小型三相电动机型号的系列为 Y系列，是按国际电工委员会 IEC 标准设计生产的三相异步电动机，它是以电机中心高度为依据编制型号谱的，如,Y 100 L2,任务3.1 之【知识准备】,电机控制与维修,（三）三相异步电动机的铭牌2.额定功率 PN 额定功率是指在满载运行时三相异步电动机轴上所输出的额定机械功率，用 PN表示，以千瓦（kW）或瓦（W）为单位。对于三相异步电动机，其额定功率为,对 380V的低压异步电动机，其 cosN和N

15、 的乘积大致在 0.8 左右，计算得,任务3.1 之【知识准备】,电机控制与维修,（三）三相异步电动机的铭牌3.额定电压 UN 额定电压是指接到电动机绕组上的线电压，用 UN 表示。三相异步电动机要求所接的电源电压值的变动一般不应超过额定电压的 5%。电压过高，电动机容易烧毁；电压过低，电动机难以启动，即使启动后电动机也可能带不动负载，容易烧坏。4.额定电流 IN 额定电流是指三相异步电动机在额定电源电压下，输出额定功率时，流入定子绕组的线电流，用 IN 表示，以安（A）为单位。若超过额定电流过载运行，三相异步电动机就会过热乃至烧毁。5.额定频率 fN 额定频率是指电动机所接的交流电源每秒钟内

16、周期变化的次数，用 fN表示。我国规定标准电源频率为 50Hz。6.额定转速 nN 额定转速表示三相异步电动机在额定工作情况下运行时每分钟的转速，用 nN 表示，一般是略小于对应的同步转速 n1。如 n1=1500 r/min，则 nN=1440 r/min。,任务3.1 之【知识准备】,电机控制与维修,7.绝缘等级 绝缘等级是指三相异步电动机所采用的绝缘材料的耐热能力，它表明三相异步电动机允许的最高工作温度。8.接法三相异步电动机定子绕组的连接方法有星形（Y）和三角形（）两种，如图所示。定子绕组的连接只能按规定方法连接，不能任意改变接法，否则会损坏三相异步电动机。,（a）星形连接（b）三角形

17、连接,图3.1.14 定子绕组的连接方法,9.防护等级 防护等级表示三相异步电动机外壳的防护等级，其中IP是防护等级标志符号，其后面的两位数字分别表示电机防固体和防水能力。数字越大，防护能力越强，如 IP44中第一位数字“4”表示电机能防止直径或厚度大于 1mm的固体进入电机内壳。第二位数字“4”表示能承受任何方向的溅水。,任务3.1 之【知识准备】,放大,电机控制与维修,例3-1-1 一台三相异步电动机，额定功率 PN=55 kW，电网频率为50Hz，额定电压UN=380V，额定效率N=0.79，额定功率因数cosN=0.89，额定转速 nN=570 r/min，试求：同步转速n1；极对数

18、p；额定电流 IN；额定负载时的转差率 sN。解 因电动机额定运行时转速接近同步转速，所以同步转速为 600 r/min.,任务3.1 之【知识准备】,电机控制与维修,（四）三相异步电动机的机械特性 机械特性是指在一定条件下，电动机的转速与转矩之间的关系，即 n=f（T），如图 所示。,图3.1.15 三相异步电动机的机械特性,任务3.1 之【知识准备】,电机控制与维修,（四）三相异步电动机的机械特性为了正确使用异步电动机，应注意 n=f（T）曲线上的两个区域和三个重要转矩。1.稳定区和不稳定区以最大转矩 Tm 为界，机械特性分为两个区，上边为稳定运行区（ac 段），下边为不稳定区（cd 段）

19、。当电动机工作在稳定区上某一点（如 b点）时，电磁转矩 T 与轴上的负载转矩 TL 相平衡而保持匀速转动。如果负载转矩 TL 变化，电磁转矩 T 将自动适应随之变化达到新的平衡而稳定运行。由于某种原因引起负载转矩突然增加，则在该瞬间 TTL，于是转速 n 下降，工作点将沿机械特性曲线下移，电磁转矩自动增大，直到增大到 T=TL时，n 不再降低，电动机便在较低的转速下达到新的平衡。可见，无论负载怎样变化，在 TL不超过 Tm的情况下，电动机轴上输出转矩必定随负载而变化，最后达到转矩平衡，并稳定运行。这说明电动机具有适应负载变化的能力。如果电动机工作在不稳定区，则电磁转矩不能自动适应负载转矩的变化

20、，因而不能稳定运行。,任务3.1 之【知识准备】,电机控制与维修,（四）三相异步电动机的机械特性2.三个重要转矩1）额定转矩 TN 额定转矩是电动机在额定电压下，以额定转速运行，输出额定功率时，其轴上输出的转矩，如下所示：,2）最大转矩 Tm 最大转矩 Tm 是电动机能够提供的极限转矩。由于它是机械特性上稳定区和不稳定区的分界点，故电动机运行中的机械负载不可超过最大转矩，否则电动机的转速将越来越低，迅速导致堵转。异步电动机堵转时电流最大，一般达到额定电流的 47 倍，这样大的电流如果长时间通过定子绕组，会使电动机过热，甚至烧毁。因此，异步电动机在运行中应注意避免出现堵转，一旦出现堵转应立即切断

21、电源，并卸掉过重的负载。,任务3.1 之【知识准备】,电机控制与维修,（四）三相异步电动机的机械特性 为了描述电动机允许的瞬时过载能力，通常用最大转矩与额定转矩的比值 Tm/TN 来表 示，称为过载能力m，即,一般三相异步电动机的过载能力为 1.82.2。,3）起动转矩 Tst 电动机在接通电源被起动的最初瞬间，n=0，s=1，这时的转矩称为起动转矩 Tst。如果起动转矩小于负载转矩，即 TstTL，则电动机不能起动。这时与堵转情况一样，电动机的电流达到最大，容易过热。因此当发现电动机不能起动时，应立即断开电源停止起动，在减轻负载或排除故障以后再重新起动。如果起动转矩大于负载转矩，即 Tst

22、TL，则电动机的工作点会沿着 n=f（T）曲线从底 部上升，电磁转矩 T 逐渐增大，转速 n 越来越高，很快越过最大转矩 Tm，然后随着 n 的升高，T 又逐渐减小，直到 T=TL时，电动机就以某一转速稳定运行。由此可见，只要异步电动机的起动转矩大于负载转矩，一经起动，便迅速进入机械特性的稳定区运行。,任务3.1 之【知识准备】,电机控制与维修,异步电动机的起动能力通常用起动转矩与额定转矩的比值 Tst/TN 来表示，称为起动能力st，即,（五）三相异步电动机的检测、接线和简单操作使用,对长期搁置未用的三相异步电动机或检修后的三相异步电动机在正式投入使用前应进行必要的检查和试验合格后方能投入使

23、用，以免发生不必要的事故。1.检查1）了解电动机原来的使用情况。如原来该电动机的运行是否正常，是否出现过异常情况，电动机停用的时间长短，电动机搁置的场地是否使电动机受潮等。2）检查接线情况。目前我国生产的三相异步电动机的额定电压一般是 380V。其定子绕组的连接形式，在额定功率 4kW 以下的小容量电动机中大多采用星形联结，4kW 以上的电 动机则采用三角形联结。因此在使用三相异步电动机时，不仅要注意电动机的额定电压是否和电源电压相符合，还要注意电动机绕组应采取的连接形式。额定电压和绕组接法等各项参数都标明在电动机的铭牌上，按铭牌上标明的要求进行接线。,任务3.1 之【知识准备】,电机控制与维

24、修,3）检查机械部分。将三相异步电动机的外表清扫干净，看电动机的端盖、轴承盖、风扇等安装是否符合要求，紧固部分是否牢固可靠，转动部分应轻便灵活，转动时应没有磨擦声和异常声响。4）将三相定子绕组出线端连接点拆开，用万用表欧姆档测量定子三相绕组的通断情况，以判断三相定子绕组有无断路现象。如三相绕组正常，则测出的各相电阻值应基本一致。5）用兆欧表测量定子三相绕组的对地绝缘电阻和相间绝缘电阻值。供电局规定：对于额定电压为 380V 的电动机，每相绕组和机壳间的绝缘电阻应不低于 0.22M，各相绕组间的绝缘电阻应不低于 0.38M。但一般情况不论绕组与绕组之间，还是绕组与机壳之间，只要它们之间的绝缘电阻

25、大于 0.5M时，就认为此电动机可安全使用。如果在 0.5M以下，说明此电动机绕组已受潮，或绕组绝缘很差，需进行烘干处理或重新进行浸漆处理。如果测得绝缘电阻为零，说明此电动机绕组接地，必须进行修理，排除故障后方能使用。,任务3.1 之【知识准备】,（五）三相异步电动机的检测、接线和简单操作使用 1.检查,电机控制与维修,2.试验1）空载试验 空载试验的目的：测定电动机空载电流 I0 和空载损耗功率 P0；检查电动机的装配质量和运行状况。空载试验接线如图3.1.16 所示。试验中应测量：三相电压、三相绕组空载电流及三相输入功率。当三相电源电压对称且等于额定电压 UN 时，电动机三相绕组中任一相的

26、空载电流与三相电流平均值的差值，均不得大于三相电流平均值的 10%。空载时，电动机不输出机械功率，此时的输入功率就是电动机的空载损耗功率 P0。,图3.1.16 空载试验接线图,任务3.1 之【知识准备】,（五）三相异步电动机的检测、接线和简单操作使用,放大,电机控制与维修,2.试验2）短路试验 短路试验的目的：测定电动机短路电压和短路损耗。接线方法如图3.1.16 所示。短路试验时，要把电动机的转轴卡住，不让转子转动，接通电源，调节调压器逐渐升高电压，使定子电流达到额定值，此时的电压即为短路电压。,任务3.1 之【知识准备】,（五）三相异步电动机的检测、接线和简单操作使用,图3.1.16 空

27、载试验接线图,电机控制与维修,3.实施内容与步骤：引导问题为：（1）异步电动机有什么用处？按转子结构是如何分类的？（2）异步电动机的主要结构有哪几部分？简述异步电动机的工作原理。（3）异步电动机的主要额定值有哪几个？说明额定功率、额定电压、额定电流、额定转速的意义以及额定功率、额定电压、额定电流之间的关系。（4）什么叫转差率？为什么异步电动机的转差率小于1？（5）画出三相异步电动机的机械特性曲线，并在图上标出三个重要转矩的位置。,任务3.1 之【任务实施】,电机控制与维修,3.实施内容与步骤：3）教师通过图片、实物或多媒体分析演示让学生了解三相异步电动机结构、原理、铭牌参数、机械特性，或指导学

28、生自学。4）实际观察几种三相异步电动机，并进行三相异步电动机绝缘电阻测试。（1）分组观察几种三相异步电动机外形，观察结果记录在表3-1-1 中。表3-1-1 三相异步电动机观察结果记录表,任务3.1 之【任务实施】,电机控制与维修,3.实施内容与步骤：（2）检测三相异步电动机绝缘电阻，用兆欧表测量定子三相绕组的对地绝缘电阻和相间绝缘电阻值，将数据填入表3-1-2 中。测量绝缘电阻时，对额定电压为 1000V及以下的电动机用 1000V兆欧表；对 1000V以上电压的电动机用 2500V兆欧表。将兆欧表放在水平位置,空摇兆欧表手柄，指针应该指到0处，再慢慢摇动手柄，使 L和 E两接线桩输出线瞬时

29、短接，指针应迅速指零。注意在摇动手柄时不得让 L和 E短接时间过长，否则将损坏兆欧表。测量相间绝缘电阻时，把绕组一相接于兆欧表的“地”（“E”或“3”）端子上，绕组另一相（剩余两相中任意一相）接兆欧表的“线”（“L”或“”）上，依次测量相间绝缘电阻值，计入表3-1-2 中。测量相对地绝缘电阻时，把电动机外壳接地螺栓接于兆欧表的“地”（“E”或“3”）端子上，绕组的一相（三相中任意一相）接兆欧表的“线”（“L”或“”）上，依次测量相对地绝缘电阻值，计入表3-1-2 中。,任务3.1 之【任务实施】,电机控制与维修,表3-1-2 三相定子绕组的绝缘电阻测试记录表,3.实施内容与步骤：（2）检测三相

30、异步电动机绝缘电阻，用兆欧表测量定子三相绕组的对地绝缘电阻和相间绝缘电阻值，将数据填入表3-1-2 中。以恒定速度（约 120r/min）转动兆欧表手柄，兆欧表指针逐渐上升，待指针摆动基本稳定后记录绝缘电阻值。,任务3.1 之【任务实施】,电机控制与维修,3.实施内容与步骤：（2）检测三相异步电动机绝缘电阻，用兆欧表测量定子三相绕组的对地绝缘电阻和相间绝缘电阻值，将数据填入表3-1-2 中。测试绝缘电阻注意事项：a）兆欧表应放在靠近电缆而平稳的地方，测试前还必须做兆欧表短路和开路试验。b）兆欧表的引出线不能靠在一起，接线端过长时必须用绝缘良好的支持物固定。c）转动兆欧表的速度应尽可能保持恒定，

31、并维持均匀转速，不应低于额定值的80%。d）检查被测电气设备和电路，看是否已全部切断电源。绝对不允许设备和线路带电时用兆欧表去测量。e）测量前，应对设备和线路先行放电，以免设备或线路的电容放电危及人身安全和损坏兆欧表，这样还可以减少测量误差，同时注意将被测试点擦拭干净。f）兆欧表未停止转动以前，切勿用手去触及设备的测量部分或兆欧表接线桩。拆线时也不可直接去触及引线的裸露部分。,任务3.1 之【任务实施】,电机控制与维修,任务3.1 认识三相异步电动机【学习小结】,1.三相异步电动机按转子结构可分为鼠笼型异步电动机和绕线型异步电动机两大类。2.三相异步电动机工作原理：三相对称绕组，通入三相对称电

32、流，就会产生旋转磁场。旋转磁场切割转子导体，在转子导体里产生感应电流；转子载流导体在旋转磁场里受到力的作用，转子便随着旋转磁场旋转起来。旋转磁场转速为 n1，转子转速为 n，n 总小于 n1，所以称为异步电动机。如果改变定子三相绕组中电流的相序，将会改变旋转磁场的旋转方向，电动机的旋转方向也将会随之改变。3.旋转磁场的转速 n1与定子绕组通入三相交流电的频率 f 以及定子旋转磁场的磁极对数 p 有关。当交流电的频率 f 确定时，n1与 p的关系如表3-1-3所示。,表3-1-3 n1与p 的关系,电机控制与维修,任务3.1 之【学习小结】,4.旋转磁场转速 n1与转子转速 n 之差与同步转速

33、n1之比称为异步电动机的转差率s，,转差率是异步电动机的一个基本参数。当异步电动机处于电动状态运行时，电磁转矩 T 和转速 n 同向。转子尚未转动时，n=0，s=（n10）/n1=1；当 n=n1时，s=（n1n）/n1=0，可知异步电动机处于电动状态时，转差率的变化范围总在 0 和 1 之间，即0s1。,电机控制与维修,5.电动机铭牌上注明这台三相异步电动机的主要技术数据，是选择、安装、使用和修理三相异步电动机的重要依据。三相异步电动机的主要技术数据有：额定功率 PN、额定电压UN、额定电流 IN、额定频率 fN、额定转速 nN、额定功率因数cosN以及接线方法等。注意到额定功率 PN、额定

34、电压 UN、额定电流 IN、额定功率因数 cosN之间的关系为：6.三相异步电动机的机械特性是指在一定条件下，电动机的转速与转矩之间的关系，即n=f（T）。（1）机械特性曲线可划分为稳定运行区和不稳定运行区；（2）机械特性曲线上可体现三个重要转矩：,任务3.1 之【学习小结】,电机控制与维修,6.n=f（T）。（2）机械特性曲线上可体现三个重要转矩：额定转矩TN 额定转矩是电动机在额定电压下，以额定转速运行，输出额定功率时，其轴上输出的转矩。,最大转矩Tm Tm是电动机能够提供的极限转矩，描述了电动机允许的瞬时过载能力。通常用最大转矩与额定转矩的比值 Tm/TN 来表示，称为过载能力m。,一般

35、三相异步电动机的过载能力为 1.82.2。,任务3.1 之【学习小结】,电机控制与维修,6.n=f（T）。（2）机械特性曲线上可体现三个重要转矩：起动转矩 Tst 电动机在接通电源被起动的最初瞬间，n=0，s=1，这时的转矩称为起动转矩 Tst。异步电动机的起动能力通常用起动转矩与额定转矩的比值 Tst/TN 来表示，称为起动能力st，即,7.三相异步电动机的检测通常由空载试验和短路试验。,任务3.1 之【学习小结】,电机控制与维修,任务3.1 认识三相异步电动机【自我评估】,3.1-1 三相异步电动机的基本结构有哪几部分？3.1-2 旋转磁场的转速和旋转方向取决于什么？如何改变旋转磁场的旋转

36、方向？3.1-3 异步电动机为什么称“异步”？3.1-4 一台三相异步电动机转子转速为 720 r/min，电源频率为50Hz，求此时的转差率。3.1-5 某台三相笼型异步电动机，额定功率 PN=20kW，额定转速 nN=970 r/min，过载系数 m=2.0，起动系数st=1.8，求该电动机的额定转矩 TN、最大转矩 Tm 和起动转矩 Tst。3.1-6 已知一台异步电动机的额定转速为 1470 r/min，额定功率为 30 kW，过载系数m 为 2.2，起动系数st 为 2.0，试大致画出这台电动机的机械特性。,电机控制与维修,表3-1-4 任务3.1综合评价表,任务3.1 认识三相异步

37、电动机【评价标准】,电机控制与维修,任务3.2 三相异步电动机的启动、调速、反转与制动【任务描述】,三相异步电动机的启动就是把电动机的定子绕组与电源接通，使电动机的转子由静止加速到以一定转速稳定运行的过程。衡量电动机启动性能的好坏，主要有三个方面：启动电流尽可能小；启动转矩尽可能大些；启动设备简单、经济，操作方便。笼型异步电动机的启动方法有直接启动和降压启动两种。随着电力电子技术的发展，三相异步电动机的调速性能大有改善，交流调速应用日益广泛，常用的方法有变频调速、变极对数调速和变转差率调速。,电机控制与维修,任务3.2 之【任务描述】,在实际应用中，往往要求生产机械改变运动方向，这就要求电动机

38、能实现正、反转。异步电动机转子的旋转方向取决于定子旋转磁场的旋转方向。因此，只要改变旋转磁场的旋转方向，就能使三相异步电动机反转。三相异步电动机切除电源后，依惯性总要转动一段时间才能停下来。为了提高生产机械的生产效率，保证安全运行，需要对电动机进行制动，其方法有两大类：机械制动和电气制动。电气制动方法有反接制动、能耗制动和反馈制动。本任务主要研究三相异步电动机的启动、调速、反转与制动。,电机控制与维修,任务3.2三相异步电动机的启动、调速、反转与制动【子任务目标】,技能目标：1.能启动三相异步电动机；2.能实现三相异步电动机的调速；3.能实现三相异步电动机的反转；4.能制动三相异步电动机。知识

39、目标：1.掌握三相异步电动机的启动方法；2.掌握三相异步电动机的调速方法；3.掌握三相异步电动机的反转方法；4.掌握三相异步电动机的制动方法。,电机控制与维修,任务3.2三相异步电动机的启动、调速、反转与制动【知识准备】,（一）三相异步电动机的启动,1.概述 电动机的启动就是把电动机的定子绕组与电源接通，使电动机的转子由静止加速到以一定转速稳定运行的过程。电动机接通电源后，只要启动转矩大于电动机轴上的负载转矩，电动机获得加速，转子就会从静止不动开始转动起来，沿着 n=f（T）曲线上升，直到电动机进入稳定区，电磁转矩与负载转矩平衡时，转子的速度稳定不变后，转子达到稳定。在生产过程中，电动机经常要

40、启动、停车，启动性能的好坏对生产有一定的影响。,电机控制与维修,任务3.2 之【知识准备】,电动机启动时的定子电流称为启动电流。启动电流大，电网电压降低，影响其他电气设备的正常工作。一般中、小型笼型异步电动机的起动电流为额定电流的 57 倍。其次，对于频繁开、停的设备，将使其电动机发热，影响电动机寿命。启动转矩小，电动机不能带负载，启动时间过长会使电动机温升过高。衡量电动机启动性能的好坏，主要有如下三个方面：1）启动电流尽可能小；2）启动转矩尽可能大些；3）启动设备简单、经济，操作方便。,（一）三相异步电动机的启动1.概述,电机控制与维修,2.笼型异步电动机的启动方法,笼型异步电动机的启动方法

41、有直接启动和降压启动两种。1）直接启动 直接启动（又称全压起动）是利用刀开关或接触器，将电动机的定子绕组直接接到具有额定电压的电源上，其原理如图3.2.1 所示。这种起动方法的设备简单，操作方便，起动迅速，但起动电流较大。,任务3.2 之【知识准备】,（一）三相异步电动机的启动,图3.2.1 直接启动原理图,放大,电机控制与维修,为了保证电动机启动时不引起电网电压下降太多，电动机的额定容量满足下列经验公式的要求时才允许直接启动。,式中：Ist电动机启动电流 IN电动机额定电流 一般情况下，Ist/IN大约为47。因而电动机的容量不超过电源变压器容量的 1520时都允许直接启动。,任务3.2 之

42、【知识准备】,2.笼型异步电动机的启动方法1）直接启动,电机控制与维修,2）降压启动 若三相异步电动机的额定功率超过了允许直接启动的范围，则应采用降压起动。所谓降压启动，是借助启动设备将电源电压适当降低后加在定子绕组上进行启动，待电动机转速升高到接近稳定时，再使电压恢复到额定值，转入正常运行。由于降低了启动电压，启动电流随之减小。因为启动转矩与定子电压的平方成正比，所以启动转矩也显著地减小。因此，这种方法只适用于空载或轻载启动，启动完毕后再加上机械负载。目前常用的降压启动方法有三种：串电阻降压启动、星形三角形降压启动、自耦变压器降压启动。,任务3.2 之【知识准备】,2.笼型异步电动机的启动方

43、法,电机控制与维修,（1）串电阻降压启动 三相异步电动机在启动时将电阻串入定子线路，待转速基本稳定后再将它切除。启动时，在电阻上降调了一部分电压，加在电机上的端电压就降低，因而启动电流得以减小。这种方法的特点是减小了起动电流，但电阻上消耗的功率较大，而且电阻增加了控制柜的体积。原理接线图如图所示。具体操作方法：启动时，接触器 1KM 断开，KM 闭合，将启动电阻 RST串入定 子电路，待转速上升到一定程度后再将 1KM闭合，RST被短接，电动机接上全部电压而趋于稳定运行。,图3.2.2 串电阻降压启动,任务3.2 之【知识准备】,2.笼型异步电动机的启动方法2）降压启动,放大,电机控制与维修,

44、（2）星形三角形降压启动（YD启动）星形三角形降压启动只适用于正常工 作时定子绕组为三角形联结的电动机。该 方法是在启动时将三相定子绕组连接成星 形，待转速上升到接近额定转速时，再换 接成三角形。原理接线图如图3.2.3 所示。具体操作方法：启动时，KM1 和KM2 闭合，KM3 断开，使定子绕组连接成星形；待转速上升到接近额定转速时，再将 KM2 断开，KM3 闭合，使定子绕组连接成三角形。,任务3.2 之【知识准备】,2.笼型异步电动机的启动方法2）降压启动,图3.2.3 星形三角形降压启动,放大,电机控制与维修,采用星形三角形启动时，设电机每相阻抗为 Z，,可见，电动机的启动电流减小到直

45、接启动时的 1/3，有效地限制了启动电流。但启动时，,任务3.2 之【知识准备】,2.笼型异步电动机的启动方法2）降压启动,电机控制与维修,可见，启动转矩也减小到直接启动时的 1/3。因此，星形三角形降压启动方法只适合于空载或轻载启动的生产机械。星形三角形启动的优点是起动设备简单、成本低、运行比较可靠、维护方便，所以广为应用。,任务3.2 之【知识准备】,2.笼型异步电动机的启动方法2）降压启动（2）YD启动,电机控制与维修,（3）自耦变压器降压启动 自耦变压器降压启动是利用三相自耦变压器将电动机启动时的端电压降低。自耦变压器一般由两组抽头可以得到不同的输出电压，一般为电源电压的 80和 65

46、，启动时使自耦变压器中的一组抽头（例如：65）接在电动机的回路中，当电动机的转速接近额定转速时，将自耦变压器切除，使电动机直接接在三相电源上进入运转状态。其原理如图3.2.4 所示。,图3.2.4 自耦变压器降压启动,任务3.2 之【知识准备】,2.笼型异步电动机的启动方法2）降压启动,放大,电机控制与维修,具体操作方法：启动时，KM3 闭合，自耦变压器接成星形。KM1闭合，由自耦变压器的 65抽头端将电源接入电动机，电动机在低电压下启动。当电动机转速接近额定转速时，KM1.KM3 断开将自耦变压器切除，KM2闭合，将电源直接接入电动机，电动机在全压下运行。,任务3.2 之【知识准备】,2.笼

47、型异步电动机的启动方法2）降压启动（3）自耦变压器降压启动,图3.2.4 自耦变压器降压启动,电机控制与维修,（二）三相异步电动机的调速,1.概述三相异步电动机转速公式为,从上式可见，改变供电频率 f、电动机的极对数 p 及转差率 s 均可达到改变转速的目的。2.三相异步电动机的调速方法1）变频调速方法 变频调速是改变电动机定子电源的频率，从而改变其同步转速的调速方法。变频调速系统主要设备是提供变频电源的变频器，变频器可分成交流直流交流变频器和交流交流变频器两大类，目前国内大都使用交直交变频器。其特点是效率高，调速过程中没有附加损耗；应用范围广，可用于笼型异步电动机；调速范围大，特性硬，精度高

48、；技术复杂，造价高，维护检修困难。本方法适用于要求精度高、调速性能较好场合。,任务3.2 之【知识准备】,电机控制与维修,2.三相异步电动机的调速方法2）变极对数调速方法 这种调速方法是用改变定子绕组的接线方式来改变笼型电动机定子极对数达到调速目的，其特点是具有较硬的机械特性，稳定性良好；无转差损耗，效率高；接线简单、控制方便、价格低；有级调速，级差较大，不能获得平滑调速；可以与调压调速、电磁转差离合器配合使用，获得较高效率的平滑调速特性。本方法适用于不需要无级调速的生产机械，如金属切削机床、升降机、起重设备、风机、水泵等。,任务3.2 之【知识准备】,（二）三相异步电动机的调速,电机控制与维

49、修,2.三相异步电动机的调速方法3）变转差率调速方法 改变转差率调速方法有：改变电源电压和改变转子电路电阻。（1）改变电源电压 当改变电动机的定子电压时，可以得到一组不同的机械特性曲线，从而获得不同转速。由于电动机的转矩与电压平方成正比，因此最大转矩下降很多，其调速范围较小，使一般笼型电动机难以应用。为了扩大调速范围，调压调速应采用转子电阻值大的笼型电动机，为了扩大稳定运行范围，当调速在 2：1以上的场合应采用反馈控制以达到自动调节转速目的。,任务3.2 之【知识准备】,（二）三相异步电动机的调速,电机控制与维修,2.三相异步电动机的调速方法3）变转差率调速方法（1）改变电源电压 调压调速的主

50、要装置是一个能提供电压变化的电源，目前常用的调压方式有串联饱和电抗器、自耦变压器以及晶闸管调压等几种。晶闸管调压方式为最佳。调压调速的特点是调压调速线路简单，易实现自动控制；调压过程中转差功率以发热形式消耗在转子电阻中，效率较低。调压调速一般适用于100kW以下的生产机械。（2）改变转子电路电阻 绕线式异步电动机转子串入附加电阻，使电动机的转差率加大，电动机在较低的转速下运行。串入的电阻越大，电动机的转速越低。此方法设备简单，控制方便，但转差功率以发热的形式消耗在电阻上。属有级调速，机械特性较软。,任务3.2 之【知识准备】,电机控制与维修,（三）三相异步电动机的反转,1.概述 在实际应用中，