項目三交流電機的應(yīng)用與維護課題一三相異步電動機的基本知識實訓(xùn)三相異步電動機三相繞組頭尾的判斷課題二交流繞組的基本知識課題三三相異步電動機的運行課題四三相異步電動機的起動、調(diào)速和制動實訓(xùn)交流電機的簡單操作課題五三相異步電動機的使用、維護與檢修課題六單相異步電動機的應(yīng)用課題一三相異步電動機的基本知識學(xué)習(xí)目標(biāo)?了解三相異步電動機的特點、用途和分類;?了解三相異步電動機的結(jié)構(gòu)、銘牌和轉(zhuǎn)差率等概念;?掌握定子繞組的接法。項目三交流電機的應(yīng)用與維護由于現(xiàn)代電網(wǎng)普遍采用三相交流電,而三相異步電動機又比直流電動機有更好的性價比,因此三相電動機比直流電動機使用得更為廣泛。在工礦企業(yè)的電氣傳動生產(chǎn)設(shè)備中,三相異步電動機是所有電動機中應(yīng)用最廣泛的一種。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計,現(xiàn)在電網(wǎng)中的電能2/3以上是由三相異步電動機消耗的,而且工業(yè)越發(fā)達,現(xiàn)代化程度越高,其比例也越大。三相異步電動機與其他電動機相比較,具有結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、運行可靠、價格低廉等一系列優(yōu)點;還具有較高的運行效率和較好的工作特性,能滿足各行各業(yè)大多數(shù)生產(chǎn)機械的傳動要求。三相異步電動機還便于派生成各種特殊要求的形式,以適應(yīng)不同生產(chǎn)條件的需要。一、三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)三相異步電動機的種類很多,但各類三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)是相同的,它們都由定子和轉(zhuǎn)子這兩大基本部分組成,在定子和轉(zhuǎn)子之間具有一定的氣隙。1.定子三相異步電動機的定子部分包括定子鐵心和定子繞組。1)定子鐵心圖3-1定子鐵心及沖片示意圖定子鐵心是電機主磁路的一部分,由兩邊都涂有絕緣漆、厚度為0.5mm或0.35mm的硅鋼片沖槽疊裝而成。沖了槽的硅鋼片稱為定子沖片。沖片疊到設(shè)計的厚度后,將它壓緊固定成形以構(gòu)成定子鐵心,如圖3-1所示。定子槽的形狀多種多樣,如圖3-2(a)所示的半閉口槽常用于小型電機,線圈由圓形截面的導(dǎo)體繞成,逐匝地嵌入槽中;如圖3-2(b)所示的半開口槽常用于中型電機;如圖3-2(c)所示的開口槽多用于大型電機,線圈為預(yù)制好的成形元件,整體地嵌入槽中。圖3-2定子槽形

2.轉(zhuǎn)子三相異步電動機的轉(zhuǎn)子也是由轉(zhuǎn)子鐵心和轉(zhuǎn)子繞組構(gòu)成。與定子鐵心相同,轉(zhuǎn)子鐵心也是主磁路的一部分,同樣是由兩邊都涂有絕緣漆、厚度為0.5mm或0.35mm的硅鋼片疊裝而成。轉(zhuǎn)子沖片外圓沖有許多均勻分布的槽,槽中嵌有轉(zhuǎn)子繞組。三相異步電動機的轉(zhuǎn)子繞組分為鼠籠式轉(zhuǎn)子和繞線式轉(zhuǎn)子兩種,由此分為鼠籠型三相異步電動機和繞線轉(zhuǎn)子三相異步電動機。圖3-3定子繞組的連接鼠籠式轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)子鐵心的每個槽中放置一根導(dǎo)條,導(dǎo)條的長度比鐵心略長,使導(dǎo)條能在鐵心的兩端都伸出一小段。然后用兩個被稱為端環(huán)的導(dǎo)電環(huán)將所有導(dǎo)條伸出鐵心兩端的部分都焊接在一起,形成如圖3-4所示的籠狀,故稱為鼠籠式轉(zhuǎn)子。在中小型異步電動機中轉(zhuǎn)子繞組大多采用鑄鋁轉(zhuǎn)子,如圖3-5所示。圖3-4銅排構(gòu)成的鼠籠式轉(zhuǎn)子圖3-5鑄鋁構(gòu)成的鼠籠式轉(zhuǎn)子2)繞線式轉(zhuǎn)子圖3-6繞線轉(zhuǎn)子異步電動機轉(zhuǎn)子繞組接線示意圖繞線轉(zhuǎn)子異步電動機的轉(zhuǎn)子繞組是與定子繞組具有相同極數(shù)的三相對稱繞組。將三相繞組接成Y形后,將其3個引出線分別接到裝在同一軸上的3個滑環(huán)上,并由三相電刷分別與3個滑環(huán)相接觸,如圖3-6所示。通過電刷可以接通外部的變阻器,以改變轉(zhuǎn)子的阻抗來調(diào)節(jié)電動機的運行狀態(tài)和特性。在電動機不需要接外部的阻抗時,可用提刷裝置將電刷提起,以減少摩擦損耗以及電刷的磨損。與此同時,將導(dǎo)電桿插入3個滑環(huán)之中使三個滑環(huán)短接起來。其結(jié)構(gòu)圖如圖3-7所示。圖3-7繞線轉(zhuǎn)子異步電動機轉(zhuǎn)子繞組結(jié)構(gòu)示意圖3.氣隙三相異步電動機定子和轉(zhuǎn)子之間的氣隙很小,一般只有0.2~2mm。氣隙的大小,對三相異步電動機的運行性能影響很大。氣隙大,由電網(wǎng)供給的勵磁電流大,則功率因數(shù)低,為了提高電動機的功率因數(shù),氣隙應(yīng)盡可能小。如果把三相異步電動機看成變壓器,顯然,氣隙愈小則定子和轉(zhuǎn)子之間的相互感應(yīng)(即耦合)作用就愈好。因此應(yīng)盡量讓氣隙小些。但也不能太小,否則會使加工和裝配困難,運轉(zhuǎn)時定子、轉(zhuǎn)子之間易發(fā)生摩擦或碰撞。二、三相異步電動機的工作原理1.旋轉(zhuǎn)磁場三相異步電動機轉(zhuǎn)子之所以會旋轉(zhuǎn)、實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換,是因為轉(zhuǎn)子氣隙內(nèi)有一個旋轉(zhuǎn)磁場。下面來討論旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生。圖3-8兩極旋轉(zhuǎn)磁場示意圖

圖3-9三相交流電流波形圖

圖3-10三相異步電動機的轉(zhuǎn)動原理轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n也不可能達到同步轉(zhuǎn)速n1,因為如果轉(zhuǎn)子與磁場同步旋轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)子導(dǎo)體與磁場的相對轉(zhuǎn)速為零,感應(yīng)電動勢等于零,電流、電磁轉(zhuǎn)矩均等于零。因此,三相異步電動機穩(wěn)定運行時,其轉(zhuǎn)速與磁場的同步轉(zhuǎn)速之間必須存在一定的轉(zhuǎn)速差,因此被稱為異步電動機。又由于其轉(zhuǎn)子電流是靠電磁感應(yīng)產(chǎn)生的,故又稱為感應(yīng)電動機。

三、三相異步電動機的銘牌和主要系列1.銘牌在三相異步電動機的外殼上,固定有一牌子,稱為銘牌。銘牌上注明這臺三相異步電動機的主要技術(shù)數(shù)據(jù),是選擇、安裝、使用和修理(包括重繞繞組)三相異步電動機的重要依據(jù)。圖3-11三相異步電動機的銘牌1)型號三相異步電動機型號的表示方法與其它電動機一樣,一般由大寫字母和數(shù)字組成,可以表示電動機的種類、規(guī)格和用途等。例如,Y112M—2的“Y”為產(chǎn)品代號,代表Y系列三相異步電動機;“112”代表機座中心高為112mm;“M”為機座長度代號(S、M、L分別表示短、中、長機座);“2”代表磁極數(shù)為2,即兩個磁極。

2.三相異步電動機的主要系列同一系列的電機,其結(jié)構(gòu)、形狀基本相似,零部件通用性很高,而且隨功率按一定的比例遞增。由于電機產(chǎn)品的系列化,使產(chǎn)品便于管理、設(shè)計、制造和使用。常用Y系列三相異步電動機的型號、名稱、使用特點和場合如下表所示。實訓(xùn)三相異步電動機三相繞組頭尾的判斷一、任務(wù)目標(biāo)掌握三相異步電動機三相繞組頭尾的判斷方法。二、實訓(xùn)設(shè)備三、實訓(xùn)內(nèi)容和步驟1.認(rèn)識實驗臺認(rèn)識DDSZ-1型電機及電氣技術(shù)實驗裝置各面板布置及使用方法,了解電機實訓(xùn)的基本要求,安全操作和注意事項。2.萬用表法判定三相異步電動機三相繞組的頭尾(1)將萬用表的轉(zhuǎn)換開關(guān)放在歐姆檔上,利用萬用表分出每相繞組的兩個出線端。(2)將萬用表的轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)到直流毫安檔上,按圖3-12接線。用手轉(zhuǎn)動電動機的轉(zhuǎn)子,如果萬用表指針不動,則說明并接點同為三相繞組的首端和尾端,如圖3-12(a)所示。如果萬用表指針動了,說明有一相繞組的頭尾接反了,如圖3-12(b)所示,應(yīng)一相一相分別對調(diào)后重新試驗,直到萬用表指針不動為止。圖3-12萬用表法區(qū)分繞組頭尾接線圖3.繞組串聯(lián)法判定電動機三相繞組的頭尾(1)將萬用表的轉(zhuǎn)換開關(guān)放在歐姆檔上,利用萬用表分出每相繞組的兩個出線端。(2)按圖3-13接線。將一相繞組接通36V交流電,另外兩相繞組串聯(lián)起來接上燈泡,如果燈泡發(fā)亮,說明相連兩相繞組是頭尾相連。如果燈泡不亮,則說明相連兩相繞組不是頭尾相連。這樣,這兩相繞組的頭尾便確定了。然后,用同樣的方法確定第三相繞組的頭尾。四、注意事項萬用表的正確使用方法。圖3-13繞組串聯(lián)法區(qū)分繞組頭尾接線圖課題二交流繞組的基本知識學(xué)習(xí)目標(biāo)?理解交流繞組基本術(shù)語的意義;?了解交流繞組展開圖的繪制方法。交流電機中的電樞或定子繞組,簡稱交流繞組,它是電機進行能量交換的重要部件。交流繞組與主磁通相對運動感應(yīng)產(chǎn)生電動勢,交流電流流過交流繞組會產(chǎn)生磁動勢。電動勢和磁動勢的大小和波形都與繞組結(jié)構(gòu)形式密切相關(guān)。一、交流繞組的類型和基本要求1.交流繞組的類型交流繞組的種類很多。按槽內(nèi)線圈邊的層次分,有單層繞組、雙層繞組、單雙層繞組;按相數(shù)分,有單相繞組、三相繞組、多相繞組;按線圈形狀和端部連接方式分,有疊繞組、波繞組以及等元件式繞組、同心式繞組、鏈?zhǔn)嚼@組、交叉式繞組;按每極每相所占有的槽數(shù)分,有整數(shù)槽繞組和分?jǐn)?shù)槽繞組等。交流繞組的種類雖多,但其構(gòu)成原則是一致的。單層繞組一般用作小型異步電動機的定子繞組。雙層疊繞組一般用作汽輪發(fā)電機、大中型異步電動機及部分水輪發(fā)電機的定子繞組。雙層波繞組一般用作水輪發(fā)電機的定子繞組和繞線轉(zhuǎn)子異步電動機的轉(zhuǎn)子繞組。2.交流繞組的構(gòu)成原則(1)三相繞組對稱(三相繞組完全一致,三相繞組軸線在電機空間彼此錯開120°電角度),以保證三相電動勢對稱。(2)繞組通入電流后,必須形成規(guī)定的磁極對數(shù),這由正確的連線來確定。(3)在一定的導(dǎo)體下,力求獲得盡可能大的電動勢和磁動勢。(4)電動勢和磁動勢的波形力求接近正弦波。(5)用銅量少,工藝簡單,結(jié)構(gòu)牢固,便于維護和檢修。二、交流繞組的基本概念1.線圈組成交流繞組的單元是線圈。它有兩個引出線,一個叫首端,另一個叫末端。在簡化實際線圈的描述時,可用一匝線圈來等效多匝線圈。其中,鐵心槽內(nèi)的直線部分稱為有效邊,槽外部分稱為端部。圖3-14交流繞組線圈2.電角度與機械角度電動機圓周在幾何上分成360°,這個角度稱為機械角度。從電磁觀點來看,若磁場在空間按正弦波分布,則經(jīng)過N、S一對磁極恰好相當(dāng)于正弦曲線的一個周期。如有導(dǎo)體去切割這種磁場,經(jīng)過N、S一對磁極,導(dǎo)體中所感應(yīng)產(chǎn)生的正弦電動勢的變化也為一個周期,變化一個周期即經(jīng)過360°電角度,因而一對磁極占有的空間是360°電角度。若電動機有p對磁極,電動機圓周期按電角度計算就為p×360°,而機械角度總是360°,因此電角度=p×機械角度。

5.節(jié)距y一個線圈的兩個有效邊所跨定子內(nèi)圓上的距離稱為節(jié)距。一般節(jié)距y用槽數(shù)表示。當(dāng)y=τ時,稱為整距繞組;當(dāng)y<τ時,稱為短距繞組;當(dāng)y>τ時,稱為長距繞組。長距繞組端部較長,費銅料,故較少采用。6.槽距角α相鄰兩槽之間的電角度稱為槽距角,槽距角α用下式表示:槽距角α的大小即表示了兩相鄰槽的空間電角度,也反映了兩相鄰槽中導(dǎo)體感應(yīng)電動勢的相位差。

圖3-1560°相帶三相繞組三、三相單層繞組單層繞組的每個槽內(nèi)只放置一個線圈邊,所以電動機的線圈總數(shù)等于定子槽數(shù)的一半。單層繞組分為鏈?zhǔn)嚼@組、交叉式繞組和同心式繞組。1.單層鏈?zhǔn)嚼@組單層鏈?zhǔn)嚼@組是由幾個幾何尺寸和節(jié)距都相同的線圈連接而成。

圖3-16單層鏈?zhǔn)嚼@組U相的展開圖劃分相帶實際上是給定子上每個槽劃分相屬。以U相為例,將各線圈邊按照y=τ-1的規(guī)律連接起來組成線圈,可以把2號與7號槽,8號與13號槽,14號與19號槽,20號與1號槽中的線圈邊也都分別構(gòu)成線圈,這樣U相繞組就有4個線圈,把它們依次串聯(lián)起來,就構(gòu)成了一相繞組,其展開圖如圖3-16所示。同樣,可根據(jù)對稱原則畫出V、W相繞組展開圖。

(2)分相:由q=3,按相帶順序列表,如下表所示。以U相為例,把U相所屬的每個相帶內(nèi)的槽導(dǎo)體分成兩部分,一部分是把2號與10號槽、3號與11號槽內(nèi)導(dǎo)體相連,形成兩個節(jié)距y=τ-1=8的“大線圈”,并串聯(lián)成一組;另一部分是把1號與30號槽內(nèi)導(dǎo)體有效邊相連,組成另一個節(jié)距y=τ-2=7的“小線圈”。同樣將第二對極下的20號與28號槽、21號與29號槽內(nèi)導(dǎo)體組成y=8的線圈組,19號與12號槽組成y=7的線圈,然后把這4組線圈按“頭接頭,尾接尾”的規(guī)律相連,即得U相交叉繞組。其展開圖如下圖所示。圖3-17單層交叉式繞組U相的展開圖同樣,可根據(jù)對稱原則畫出V、W相繞組展開圖?？梢?這種繞組由兩組大小線圈交叉布置,故稱交叉式繞組。交叉式繞組的端部連線較短,節(jié)約大量原材料,因此廣泛應(yīng)用于q為奇數(shù)的小型三相異步電動機中。

(2)分相:由q=4,按相帶順序列表,如下表所示。

以U相為例,把U相所屬的每個相帶內(nèi)的槽導(dǎo)體分成兩部分,把3號與14號槽內(nèi)導(dǎo)體的有效邊連成一個節(jié)距y=11的線圈,4號與13號槽內(nèi)導(dǎo)體連成一個節(jié)距y=9的線圈,再把這兩個線圈組成一組同心式線圈,同樣,把2號與15號槽內(nèi)導(dǎo)體、1號與16號槽內(nèi)導(dǎo)體構(gòu)成另一個同心式線圈。兩組同心式線圈再按“頭接頭,尾接尾”的規(guī)律相連,得U相同心式線圈的展開圖如圖3-18所示。用同樣的方法,可以得到另外兩相繞組的連接規(guī)律。單層繞組的優(yōu)點是每槽只有一個線圈邊,嵌線方便,槽利用率高,而且鏈?zhǔn)交蚪徊媸嚼@組的線圈端部也較短,可以省銅材料。但是從電磁觀點來看,其等效節(jié)距仍然是整距的,不可能用繞組的短距來改善感應(yīng)電動勢及磁場的波形。因而其電磁性能較差,一般只能適用于中心高160mm以下的小型異步電動機。圖3-18單層同心式繞組U相的展開圖四、三相雙層繞組雙層繞組是鐵心的每個線槽中分上、下兩層嵌放兩條線圈邊的繞組。為了使各線圈分布對稱,安排嵌線時一般某個線圈的一條邊如在上層,另一條則一定在下層。整臺電機的線圈數(shù)等于定子總槽數(shù)。雙層繞組的所有線圈尺寸相同,便于繞制;端接部分形狀相同,便于排列,有利于散熱;采用短距繞組,可改善電動勢或磁動勢波形,使電動機工作性能得到改善,其技術(shù)性能優(yōu)于單層繞組。目前10kW以上的電動機,幾乎都采用雙層短距疊繞組。

(2)分相:畫24對虛實線代表24對有效邊(實線代表上層邊,虛線代表下層邊)并按順序編號,如圖3-19所示;由q=2,按相帶順序列表,如下表所示。

(3)畫繞組展開圖。先畫U相繞組,如圖3-19所示。從1、2號槽的上層邊(用實線表示)開始,根據(jù)y=5槽,可知組成對應(yīng)線圈的另一邊分別在6,7號槽的下層(用虛線表示)。同理,由7,8號槽的上層邊與對應(yīng)的下層邊在12,13號槽的下層;13,14號槽的上層邊與對應(yīng)的下層邊在18、19號槽的下層;19,20號槽的上層邊對應(yīng)的下層邊在24、1號槽的下層。構(gòu)成U相繞組的8個線圈可并可串,若每相并聯(lián)支路數(shù)為1,把這4組線圈按“頭接頭,尾接尾”的規(guī)律相連,即得U相交叉繞組,其展開圖如下圖所示。圖3-19雙層疊繞組U相的展開圖課題三三相異步電動機的運行學(xué)習(xí)目標(biāo)?了解三相異步電動機運行時的電磁關(guān)系;?了解三相異步電動機運行時的基本方程式;?理解三相異步電動機的T形等效電路;?了解三相異步電動機的工作特性。

2.電壓平衡方程式三相異步電動機轉(zhuǎn)子靜止時,三相異步電動機內(nèi)部的電磁關(guān)系與變壓器非常相似,定子繞組相當(dāng)于變壓器一次繞組,轉(zhuǎn)子相當(dāng)于二次繞組。定子和轉(zhuǎn)子通過主磁通耦合起來,進行能量傳遞。不同之處主要是變壓器主磁通不是運動的,而三相異步電動機主磁通是運動的。三相異步電動機轉(zhuǎn)子靜止發(fā)生在兩種情況下,一種是電動機剛接通電源瞬間,另一種是運行中過載或低電壓引起轉(zhuǎn)子停轉(zhuǎn),也稱為堵轉(zhuǎn)。取定子一相回路和轉(zhuǎn)子對應(yīng)的一個閉合回路,轉(zhuǎn)子靜止時,定、轉(zhuǎn)子回路等效電路如圖3-20所示。圖3-20轉(zhuǎn)子靜止時定、轉(zhuǎn)子回路等效電路

同理,可得轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時轉(zhuǎn)子漏電抗與轉(zhuǎn)子靜止時轉(zhuǎn)子漏電抗關(guān)系為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時定、轉(zhuǎn)子繞組回路等效電路如圖3-21所示。根據(jù)基爾霍夫電壓定律可得轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時的定、轉(zhuǎn)子電壓平衡方程式為圖3-21轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時定、轉(zhuǎn)子回路等效電路3.折算三相異步電動機定、轉(zhuǎn)子之間沒有直接電路上的聯(lián)系,只有磁路上的聯(lián)系,不便于實際工作的計算,所以必須像變壓器那樣進行等效電路的分析。為了能將轉(zhuǎn)子電路與定子電路做直接的電的連接,等效要在不改變定子繞組的物理量(定子的電動勢、電流及功率因數(shù)等)而且轉(zhuǎn)子對定子的影響不變的原則下進行,即將轉(zhuǎn)子電路折算到定子側(cè)時要保持折算前后轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁動勢不變以保證磁動勢平衡不變和折算前后各功率不變。為了找到三相異步電動機的等效電路,除了進行轉(zhuǎn)子繞組的折算外,還需要進行轉(zhuǎn)子頻率的折算。1)頻率折算所謂頻率折算,是指用一個等效的靜止轉(zhuǎn)子來代替實際旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子,使轉(zhuǎn)子回路的頻率與定子回路的頻率相同。折算前、后要保持定子與轉(zhuǎn)子間的電磁關(guān)系不變,即轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁動勢不變。轉(zhuǎn)子磁動勢來源于轉(zhuǎn)子電流,也就是保持轉(zhuǎn)子電流相對關(guān)系不變。折算前、后轉(zhuǎn)子電流有效值不變,轉(zhuǎn)子電流相位相對于定子不變,可以認(rèn)為是相等,即折算前、后轉(zhuǎn)子電動勢有效值和漏抗關(guān)系分別見式(3-15)和式(3-16)。折算前、后轉(zhuǎn)子電動勢相位相對定子不變。轉(zhuǎn)子電阻折算前、后認(rèn)為不變。把折算前、后各量關(guān)系式代入折算前轉(zhuǎn)子回路電壓平衡方程式(3-18),可得頻率折算后轉(zhuǎn)子回路電壓平衡方程,即

圖3-22轉(zhuǎn)子頻率折算后定、轉(zhuǎn)子回路等效電路4.等效電路與變壓器等效電路一樣,折算后可以得出三相異步電動機T形等效電路。圖3-23三相異步電動機T形等效電路由于三相異步電動機T形等效電路是并、串聯(lián)混合電路,計算比較麻煩,所以在實際應(yīng)用中,考慮到勵磁電抗很大,勵磁電流很小,常將T形等效電路的勵磁支路前移,使電路簡化為并聯(lián)電路,如圖3-24所示,該電路稱為簡化等效電路。圖3-24三相異步電動機簡化等效電路

圖3-25三相異步電動機功率流程

電磁功率一部分用于轉(zhuǎn)子銅耗,一部分用于機械功率,即

圖3-26三相異步電動機的工作特性

電磁轉(zhuǎn)矩為即是三相異步電動機的機械特性方程式。

圖3-27三相異步電動機固有機械特性曲線

4)起動轉(zhuǎn)矩和起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)n=0,s=1時的電磁轉(zhuǎn)矩為三相異步電動機的起動轉(zhuǎn)矩。三相異步電動機的起動轉(zhuǎn)矩必須大于三相異步電動機所帶負(fù)載的轉(zhuǎn)矩,三相異步電動機才能起動,因此起動轉(zhuǎn)矩的大小是衡量三相異步電動機起動性能好壞的技術(shù)指標(biāo)。由機械特性方程式知:

5)轉(zhuǎn)矩實用計算以上三相異步電動機的機械特性性能都是通過特性方程式分析得來的。但方程式較為復(fù)雜,而且一般情況下,三相異步電動機的某些數(shù)據(jù)在產(chǎn)品目錄或銘牌上是查不到的,給方程式的定量運算帶來不便。通過對方程式的分析,可以得到只反映三相異步電動機運行外部機械參數(shù)的實用表達式如下:其中,各式中數(shù)據(jù)均是銘牌所給或通過銘牌數(shù)據(jù)可以計算得到的,能很方便地得到電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)差率的對應(yīng)關(guān)系。6)人為機械特性應(yīng)調(diào)速、起動的要求,一般會考慮電源電壓和轉(zhuǎn)子電阻對機械特性曲線的影響。根據(jù)起動轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)矩的變化規(guī)律可得電源電壓和轉(zhuǎn)子電阻分別對機械特性曲線的影響,分別如圖3-28和圖3-29所示。圖3-28改變電源電壓時的人為機械特性圖3-29轉(zhuǎn)子串電阻時的人為機械特性課題四三相異步電動機的起動、調(diào)速和制動學(xué)習(xí)目標(biāo)?理解和掌握三相異步電動機的起動方法;?理解和掌握三相異步電動機的調(diào)速方法;?理解和掌握三相異步電動機的制動運行。以交流電動機為原動機的電力拖動系統(tǒng)稱為交流電力拖動系統(tǒng),交流電力拖動系統(tǒng)中的電動機主要是三相異步電動機。一、三相異步電動機的起動三相籠型異步電動機的起動1)直接起動利用刀閘或交流接觸器把三相異步電動機定子繞組直接接到額定電壓上起動,稱為直接起動。直接起動操作簡便,具有較大的起動轉(zhuǎn)矩。它的缺點是:起動電流大,可達額定電流的4~7倍。當(dāng)供電變壓器容量不大時,會使供電變壓器輸出電壓降低過多,進而影響到自身的起動和接在同一線路上的其它設(shè)備的正常工作。通常認(rèn)為滿足下列條件之一時即可直接起動,否則應(yīng)采用降壓起動。

(1)

容量在10kW以下。(2)符合下列經(jīng)驗公式:2)降壓起動降壓起動方式是指在起動過程中降低其定子繞組上的外加電壓,起動結(jié)束后,再將定子繞組的兩端電壓恢復(fù)到額定值。這種方法雖然能達到降低起動電流的目的,但起動轉(zhuǎn)矩也同時減小很多,故此法一般只適用于三相異步電動機的空載或輕載起動,具體方法包括:(1)定子串電阻或電抗器降壓起動。三相籠型異步電動機起動時,在三相異步電動機定子電路串入電阻或電抗器,使加到三相異步電動機定子繞組端電壓降低,減小了三相異步電動機上的起動電流。接線原理圖如圖3-30所示。

圖3-30定子串電阻起動原理接線圖圖3-31Y-△起動原理接線圖

自耦變壓器起動。

這種方法是利用自耦變壓器將電源電壓降低后再加到電動機定子繞組上,達到減小起動電流的目的。圖3-32自耦變壓器降壓起動原理接線圖

2.繞線轉(zhuǎn)子異步電動機的起動在籠型異步電動機的降壓起動中,雖然它們能減小起動電流,但同時起動轉(zhuǎn)矩也隨起動電壓成平方倍地下降,故只適用于輕載和空載起動的機械負(fù)載。對于需重載起動的機械負(fù)載(如起重機、電梯等),如果既要限制起動電流又要有足夠大的起動轉(zhuǎn)矩,就必須采用其它的三相異步電動機。與籠型異步電動機不同的是,繞線轉(zhuǎn)子異步電動機的轉(zhuǎn)子可以外接阻抗元件以改變其相應(yīng)參數(shù)。利用這個特點,繞線轉(zhuǎn)子異步電動機常用的起動方法是在轉(zhuǎn)子回路串入分級起動電阻或頻敏變阻器起動。轉(zhuǎn)子回路串入起動電阻,既可以降低起動電流,又可以增大起動轉(zhuǎn)矩。1)轉(zhuǎn)子回路串電阻分級起動圖3-33轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)串電阻起動原理接線圖及機械特性

2)轉(zhuǎn)子回路串頻敏變阻器起動轉(zhuǎn)子回路串電阻分級起動方式下,當(dāng)逐級切除起動電阻時,由于轉(zhuǎn)矩的突變會引起機械沖擊,并且需要很多的切除開關(guān),所以控制設(shè)備大,維修也較麻煩。為克服上述缺陷,對于容量較大的三相異步電動機普遍采用頻敏變阻器作為起動電阻,其特點是,它的電阻值會隨著轉(zhuǎn)速的上升而自動減小。圖3-34轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器起動原理接線圖

二、三相異步電動機的調(diào)速在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中,迫切要求三相異步電動機具有優(yōu)良的調(diào)速性能。所謂調(diào)速,是指人為改變?nèi)喈惒诫妱訖C的轉(zhuǎn)速。三相異步電動機的轉(zhuǎn)速表達式為:

可知,三相異步電動機調(diào)速方法包括變轉(zhuǎn)差率調(diào)速、變頻調(diào)速和變極調(diào)速。

圖3-35定子繞組改接以改變定子磁極對數(shù)圖3-35中,每相繞組由兩個“半繞組”1和2組成。圖3-35(a)所示為正向串聯(lián)的方法得出四極的磁場分布。圖3-35(b)所示為反向串聯(lián)或圖3-35(c)所示為反向并聯(lián)接法都可得到兩極的磁場分布。由此可知,改變接法可使極對數(shù)成倍減少,使同步轉(zhuǎn)速成倍增加。顯然,這種調(diào)速方法只能是有級調(diào)速。目前,我國多級三相異步電動機定子繞組連接方式常用有兩種:一種是從星形改接成雙星形,寫作Y/YY,如圖3-36所示;另一種是從三角形改接成雙星形,寫作△/YY,如圖3-37所示。這兩種接法可使三相異步電動機磁極對數(shù)減少一半。在改接時,為了使三相異步電動機轉(zhuǎn)向不變,應(yīng)把繞組的相序改變一下。變極調(diào)速主要用于各種機床及其它設(shè)備上。它所需設(shè)備簡單、體積小、重量輕,但三相異步電動機的繞組引出頭較多,調(diào)速級數(shù)少,級差大。圖3-36Y/YY變極調(diào)速接線圖3-37△/YY變極調(diào)速接線

3.變轉(zhuǎn)差率調(diào)速改變外加電源電壓或者改變轉(zhuǎn)子回路電阻,都可以改變轉(zhuǎn)差率s,前者用于籠型異步電動機,后者僅適用于繞線轉(zhuǎn)子異步電動機的調(diào)速。繞線轉(zhuǎn)子異步電動機帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時,改變轉(zhuǎn)子回路串入電阻的大小,就可以改變?nèi)喈惒诫妱訖C的機械特性,如圖3-29所示。轉(zhuǎn)子回路串入的電阻越大,產(chǎn)生的臨界轉(zhuǎn)差率越大,曲線越向下傾斜,轉(zhuǎn)速越低。在負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變的情況下,增大轉(zhuǎn)子電阻,三相異步電動機轉(zhuǎn)速隨之下降。這種調(diào)速方法的優(yōu)點是,設(shè)備簡單,操作方便,初投資小,可在一定范圍內(nèi)平滑調(diào)速。其缺點是,低速運行時的機械特性軟,轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性差,損耗大,效率低。轉(zhuǎn)子串入電阻這種調(diào)速方法在中、小容量的三相異步電動機中用得比較多,特別適合于對調(diào)速性能要求不高的生產(chǎn)機械如起重機,也可用于通風(fēng)機的調(diào)速。三、三相異步電動機的電氣制動1.能耗制動圖3-38能耗制動接線圖

在籠型異步電動機中,可通過調(diào)節(jié)直流電流的大小來控制制動轉(zhuǎn)矩的大小;而在繞線轉(zhuǎn)子異步電動機中,則可通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子電阻來控制制動轉(zhuǎn)矩的大小。這種制動方法能量消耗小,制動平穩(wěn),但需要直流電源,低速時制動轉(zhuǎn)矩小。因此,能耗制動常用于要求制動準(zhǔn)確、平穩(wěn)的場合,如磨床砂輪、立式銑床主軸的制動等。圖3-39能耗制動原理圖2.反接制動反接制動通過改變定子繞組上所加電源的相序來實現(xiàn)的。圖3-40反接制動原理圖

圖3-41回饋制動原理圖實訓(xùn)交流電機的簡單操作一、任務(wù)目標(biāo)掌握三相異步電動機的起動和調(diào)速的方法。二、預(yù)習(xí)要點(1)三相異步電動機有哪些起動方法和起動技術(shù)。(2)三相異步電動機的調(diào)速方法。四、實訓(xùn)內(nèi)容和步驟1.認(rèn)識實驗臺認(rèn)識DDSZ-1型電機及電氣技術(shù)實驗裝置各面板布置及使用方法,了解電機實訓(xùn)的基本要求,安全操作和注意事項。2.三相籠型異步電動機直接起動(1)按圖3-42接線。三相籠型異步電動機繞組為△接法。圖3-42三相籠型異步電動機直接起動接線(2)把交流調(diào)壓器退到零位,開啟電源總開關(guān),按下“開”按鈕,接通三相交流電源。(3)調(diào)節(jié)調(diào)壓器,使輸出電壓達三相籠型異步電動機額定電壓220伏,使三相籠型異步電動機起動旋轉(zhuǎn)。(4)再按下“關(guān)”按鈕,斷開三相交流電源,待三相籠型異步電動機停止旋轉(zhuǎn)后,按下“開”按鈕,接通三相交流電源,使三相籠型異步電動機全壓起動,觀察三相籠型異步電動機起動瞬間電流值。3.三相籠型異步電動機星形—三角形(Y△)起動(1)按圖3-43接線。線接好后把調(diào)壓器退到零位。圖3-43三相籠型異步電動機星形三角形起動(2)三刀雙擲開關(guān)合向右邊(Y接法)。合上電源開關(guān),逐漸調(diào)節(jié)調(diào)壓器使升壓至電機額定電壓220伏,斷開電源開關(guān),待三相籠型異步電動機停轉(zhuǎn)。(3)合上電源開關(guān),觀察起動瞬間電流,然后把S合向左邊,使三相籠型異步電動機(△)正常運行,整個起動過程結(jié)束。觀察起動瞬間電流表的顯示值以與其它起動方法作定性比較。4.三相籠型異步電動機定子串入自耦變壓器起動(1)按圖3-44接線。三相籠型異步電動機繞組為△接法。圖3-44三相籠型異步電動機自耦變壓器法起動(2)三相調(diào)壓器退到零位,開關(guān)S合向左邊.自耦變壓器選用D43掛箱。(3)合上電源開關(guān),調(diào)節(jié)調(diào)壓器使輸出電壓達電機額定電壓220伏,斷開電源開關(guān),待電機停轉(zhuǎn)。(4)開關(guān)S合向右邊。合上電源開關(guān),使三相籠型異步電動機由自耦變壓器降壓起動(自耦變壓器抽頭輸出電壓分別為電源電壓的40%、60%和80%)并經(jīng)一定時間再把S合向左邊,使三相籠型異步電動機按額定電壓正常運行,整個起動過程結(jié)束。觀察起動瞬間電流以作定性的比較。5.繞線轉(zhuǎn)子異步電動機轉(zhuǎn)子繞組串入可變電阻器起動按圖接線。繞線轉(zhuǎn)子異步電動機定子繞組Y形接法。(2)轉(zhuǎn)子每相串入的電阻可用DJ17-1起動與調(diào)速電阻箱。(3)接通交流電源,調(diào)節(jié)輸出電壓,在定子電壓為180伏,轉(zhuǎn)子繞組分別串入不同電阻值時,測取定子電流。圖3-45繞線轉(zhuǎn)子異步電動機轉(zhuǎn)子繞組串入電阻起動課題五三相異步電動機的使用、維護與檢修學(xué)習(xí)目標(biāo)?了解三相異步電動機的選擇、安裝原則和日常運行維護;?了解三相異步電動機的常見故障以及處理方法。一、三相異步電動機的選擇合理選擇三相異步電動機是正確使用三相異步電動機的前提,選擇時要全面考慮電源、負(fù)載、使用環(huán)境等諸多因素。(1)類型的選擇。三相異步電動機有籠型和繞線轉(zhuǎn)子兩種?；\型異步電動機結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉,但起動性能較差,一般空載或輕載起動的生產(chǎn)機械方可選用。繞線轉(zhuǎn)子異步電動機起動轉(zhuǎn)矩大,起動電流小,但結(jié)構(gòu)復(fù)雜,起動和維護較麻煩,只用于需要大起動轉(zhuǎn)矩的場合,如起重設(shè)備等。(2)轉(zhuǎn)速的選擇。三相異步電動機轉(zhuǎn)速選擇的原則是使其盡可能接近生產(chǎn)機械的轉(zhuǎn)速,以簡化傳動裝置。(3)容量的選擇。三相異步電動機容量的選擇,是由生產(chǎn)機械決定的,即由負(fù)載所需的功率所決定。二、三相異步電動機的安裝1.安裝場地的選擇三相異步電動機的安裝應(yīng)遵循以下原則。(1)有大量塵埃、爆炸性或腐蝕性氣體、環(huán)境溫度超過40℃以及水中作業(yè)等場所,應(yīng)該選擇具有合適防護形式的三相異步電動機。(2)潮氣少的場所。(3)通風(fēng)良好的場所。(4)塵埃較少的場所?；覊m過多會附在三相異步電動機的線圈上,使三相異步電動機絕緣電阻降低、冷卻效果變差。(5)易維修、易檢查的場所。2.安裝前的清理與檢查(1)安裝前,核對三相異步電動機銘牌上的型號以及各項數(shù)據(jù)與實際要求是否相符。(2)清除掉積塵、臟污,用小于兩個大氣壓的壓縮空氣吹凈附著在三相異步電動機內(nèi)外各部位的灰塵。(3)檢查三相異步電動機裝配是否良好,緊固件應(yīng)無松動。(4)各導(dǎo)電連接部分接觸良好,無銹蝕情況,繞線轉(zhuǎn)子異步電動機應(yīng)檢查電刷集電環(huán)接觸是否良好,接觸面積應(yīng)大于電刷截面積的75%,電刷彈簧壓力大小是否適當(dāng)。(5)檢查軸承的潤滑情況,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動應(yīng)靈活無碰擦聲。(6)用兆歐表測三相異步電動機繞組的絕緣電阻,其測得值應(yīng)不低于允許界限,如低于允許值,必須經(jīng)干燥處理方能安裝。三、三相異步電動機的起動1.起動前的準(zhǔn)備對新安裝或停用三個月以上的三相異步電動機,在通電使用前必須按使用條件進行必要的檢查,以驗證三相異步電動機能否通電運行。(1)安裝檢查。檢查三相異步電動機端蓋螺栓、地腳螺釘、與連軸器聯(lián)接的螺釘和銷子是否緊固,松緊度是否合適,聯(lián)軸器或皮帶輪中心線是否校準(zhǔn);機組的轉(zhuǎn)子是否靈活,有無非正常的摩擦、竄動等。(2)絕緣電阻檢查。用兆歐表測量三相異步電動機的各相繞組之間以及各相繞組與機殼之間的絕緣電阻,測得冷態(tài)絕緣電阻一般不小于10MΩ。否則應(yīng)對三相異步電動機進行干燥。(3)電源檢查。電源電壓通常不得超出三相異步電動機額定值的+10%或-5%。(4)起動、保護措施檢查。開關(guān)和接觸器的容量合格,觸頭接觸良好;熔斷器和熱繼電器的額定電流與三相異步電動機容量相匹配,熱繼電器復(fù)位;外殼接地良好。2.起動后的檢查(1)三相異步電動機起動后的電流是否正常,在三相電源平衡時,三相電流中任一相與三相平均值的偏差不得超過10%。(2)三相異步電動機的旋轉(zhuǎn)方向有無錯誤。(3)有無異常振動和響聲。(4)有無異味和冒煙現(xiàn)象。(5)電流的大小與負(fù)載是否相當(dāng),有無過載情況。(6)起動裝置的動作是否正常,是否逐級加速,三相異步電動機加速是否正常,起動時間有無超過規(guī)定。四、三相異步電動機的日常運行監(jiān)視在三相異步電動機的日常運行中,應(yīng)注意監(jiān)視以下情況:(1)三相異步電動機有無過熱情況。(2)三相異步電動機工作電流是否超過額定值。(3)電源電壓有無異常變化。(4)三相電源電壓和電流是否平衡。(5)三相異步電動機通風(fēng)和環(huán)境的情況。(6)三相異步電動機振動情況。(7)三相異步電動機運轉(zhuǎn)聲音有無異常情況。(8)三相異步電動機是否發(fā)出異常氣味。(9)三相異步電動機軸承的工作和發(fā)熱情況。五、三相異步電動機的常見故障及處理方法（見表3-8教材P124）課題六單相異步電動機的應(yīng)用學(xué)習(xí)目標(biāo)?了解單相異步電動機的特點和用途;?掌握單相異步電動機的工作原理和基本結(jié)構(gòu);