電機拖動與電氣控制課程教案章節(jié)名稱第3章交流電動機3.1三相異步電動機的結構和工作原理授課時數(shù)2授課形式教學目標①掌握三相異步電動機的工作原理，了解三相異步電動機的結構與銘牌。②能正確識別異步電動機銘牌數(shù)據(jù)，并選型；能夠按照操作規(guī)范正確拆裝三相異步電機。③科學思考，嚴謹認真，創(chuàng)新意識。教學重點難點旋轉磁場的產(chǎn)生、三相異步電動機的工作原理。教學內容一、三相異步電動機的結構三相交流異步電動機屬于旋轉電機的范疇，因其結構簡單，制造、使用和維護方便，運行可靠，成本低廉，效率較高，在現(xiàn)實中被廣泛應用于現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)與日常生活中。在實際應用中，三相交流異步電動機根據(jù)轉子結構可分為兩種類型：三相鼠籠型異步電動機；三相繞線型異步電動機，其外形如下圖所示：左側為三相鼠籠型異步電動機，右側為三相繞線型異步電動機。鼠籠型電動機的內部結構包括有：定子鐵芯，定子繞組，轉子鐵芯，轉子繞組，前后端蓋等。如圖所示。繞線型電動機的內部結構主要包括有：定子鐵芯，定子繞組，轉子鐵芯，轉子繞組，前后端蓋，集電環(huán)等。如圖所示。不論何種類型的交流電動機，其基本結構大致相同，主要部件包括定子部分，轉子部分以及交流電機內的氣隙，這些重要部件在交流電機的工作中起到重要作用。1.定子其中定子部分包括有定子鐵芯和定子繞組，定子鐵芯為交流電機主磁路的組成部分，并嵌放定子繞組。由厚度為0.5mm的硅鋼片疊裝而成。為了嵌放定子繞組，在定子沖片內圓周上均勻地沖制若干個形狀相同的槽，其外形如圖所示。定子鐵心的槽形主要有三種：半閉口槽適用于小型異步電機，其繞組是用圓導線繞成的。半開口槽適用于低壓中型異步電機，其繞組是成型線圈。開口槽適用于高壓大中型異步電機，其繞組是用絕緣帶包扎并浸漆處理過的成型線圈。定子繞組構成電路部分。定子繞組通常采用導電能力較強的銅制材料構成，按照電機的結構，排布在定子鐵芯的凹槽內，其作用是感應電動勢、流過電流、實現(xiàn)機電能量轉換。2.轉子轉子主要包括轉子鐵芯，轉子繞組，轉軸。其中轉子鐵芯為交流電機主磁路的另一組成部分，并放置轉子繞組。轉子鐵芯由厚度為0.5mm的硅鋼片疊裝而成，在轉子外圓周上沖制均勻分布的形狀相同的槽。轉子繞組為轉子回路中的電路部分，有兩種形式，一種為轉子籠式轉子繞組。轉子每個槽內各放置一根導體，在鐵心兩端放置兩個端環(huán)，分別把所有的導體伸出槽外部分與端環(huán)聯(lián)接起來。這種籠型繞組一般為鋁澆鑄的，對中大型電機為減小損耗、提高效率，往往采用銅條焊接而成。另一種是繞線式轉子繞組。與定子繞組相似、極數(shù)相同的三相對稱繞組。一般接成星形。將三相繞組的三個引出線分別接到轉軸上三個滑環(huán)上，再通過電刷與外電路接通。繞線型轉子的特點是可以通過滑環(huán)電刷在轉子回路中接入附加電阻，以改善電動機的起動性能、調節(jié)其轉速。3.氣隙交流電機的另一重要部分為定轉子之間的微小氣隙，氣隙，也是電機主磁路的組成部分。氣隙大小對異步電機的性能影響很大。為了減小電機主磁路的磁阻，降低電機的勵磁電流，提高電機的功率因數(shù)，氣隙應盡可能小。異步電機氣隙長度應為定、轉子在運行中不發(fā)生機械摩擦所允許的最小值。中、小型異步電機中，氣隙長度一般為0.2～1.5mm。二、三相異步電動機的基本工作原理交流電機就其本質來說依然通過電磁感應原理完成能量的轉換，那么交流電機中的磁由何而生，其特性如何？1.旋轉磁場1）旋轉磁場的產(chǎn)生，交流電機中的旋轉磁場是由于定子三相繞組中通入三相正弦交流電能，如圖所示。()電流入(?)電流出()電流入(?)電流出從圖中可以發(fā)現(xiàn)：當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，而是旋轉的。電流變化一周，合成磁場在空間也旋轉一周。若電源的頻率為f?，則2極磁場每分鐘旋轉60f周，旋轉的方向從U相繞組軸線轉向V相繞組軸線再轉向W相繞組軸線。當空間互差120°的線圈通入對稱的三相對稱交流電流時，在空間就產(chǎn)生了一個隨時間而旋轉的磁場。2）旋轉磁場的轉速如果U、V、W三相繞組分別由兩個線圈串聯(lián)組成，產(chǎn)生的合成磁場為4極旋轉磁場。電流變化一周，磁場僅轉過1/2周，它的轉速為2極旋轉磁場轉速的1/2。依次類推，當電機的極數(shù)為2時，旋轉磁場的轉速為2極磁場轉速的1/，即每分鐘轉60f/周。旋轉磁場的轉速稱為同步轉速，以n1表示。即：r/min3）旋轉磁場的方向：旋轉的方向為從U→V→W,正好和電流出現(xiàn)正的最大值的順序相同。如果三相繞組通入負序電流,則電流出現(xiàn)正的最大值的順序是U→W→V。通過圖解法分析可知旋轉磁場的旋轉方向也為U→W→V。由此可以得出結論:旋轉磁場的旋轉方向決定于通入定子繞組中的三相交流電源的相序。只要任意調換電動機兩相繞組所接交流電源的相序,旋轉磁場即反轉。二、三相異步電動機的基本工作原理1）三相定子繞組通入三相對稱電流產(chǎn)生旋轉磁場2）轉子繞組切割磁場產(chǎn)生感應電動勢和感應電流3）轉子電流在磁場中受電磁力，產(chǎn)生電磁轉矩由于轉子的旋轉方向和旋轉磁場的方向是一致的，如果轉子的轉速n等于旋轉磁場的轉速即同步轉速n1，它們之間將不再有相對運動，轉子導體就不能切割磁場而產(chǎn)生感應電動勢、電流和電磁轉矩。所以異步電動機的轉速n總是略小于同步轉速n1，即與旋轉磁場“異步地”轉動，故稱為異步電動機。轉子與旋轉磁場的相對速度即同步轉速n1與轉子轉速n之差稱為轉差△n?！鱪與n1之比稱為轉差率，用s表示，即：。所以三相異步電動機的轉速為：r/min轉差率是表征電動機不同工作狀態(tài)的重要物理量，當交流電機工作在電動機狀態(tài)時，其轉差率0<s<1,；當交流電機工作在發(fā)電機狀態(tài)時，其轉差率s<0,當交流電機工作在電磁制動狀態(tài)時，其轉差率s>1.三、銘牌交流電機作為工業(yè)應用中最重要的電氣設備，其外部裝有表示電機型號與參數(shù)的名牌等信息，如圖所示：1.型號異步電動機的型號主要包括產(chǎn)品代號、設計序號、規(guī)格代號和特殊環(huán)境代號等，產(chǎn)品代號表示電機的類型，用大寫印刷體的漢語拼音字母表示。如Y表示異步電動機，YR表示繞線轉子異步電動機等。設計序號是指電動機產(chǎn)品設計的順序，用阿拉伯數(shù)字表示。規(guī)格代號是用中心高、鐵心外徑、機座號、機座長度、鐵心長度、功率、轉速或極數(shù)表示。如Y180M-4中：Y表示三相籠型異步電動機；180表示機座中心高180mm；M為機座長度代號(S—短機座，M—中機座，L—長機座)；4為磁極數(shù)(磁極對數(shù)p=2)。2.接線方式表示定子三相繞組的連接方式，一般情況下，當電機容量小于3kw時，一般采用Y型連接，當電機容量大于4KW時，通常采用△型接線。3.額定值額定電壓：電動機在額定運行時定子繞組上應加的線電壓值。三相異步電動機的額定電壓有380V，3000V,及6000V等多種。額定電流：電動機在額定運行時定子繞組的線電流值。功率與效率：額定功率是指電機在額定運行時軸上輸出的機械功率P2，它不等于從電源吸取的電功率P1。一般情況下，日常所用鼠籠型異步電動機的效率為72-93%.功率因素：三相異步電動機的功率因數(shù)較低，在額定負載時約為0.7~0.9?？蛰d時功率因數(shù)更低，只有0.2~0.3。額定負載時，功率因數(shù)最高。因此，在交流電機的使用過程中注意：應選擇容量合適的電機，防止出現(xiàn)“大馬拉小車”的現(xiàn)象。額定轉速：額定轉速至交流電機在額定工作時轉子的轉速。絕緣等級指電機絕緣材料能夠承受的極限溫度等級，分為A、E、B、F、H五級，A級最低(105oC)，H級最高(180oC)?？偨Y：1.三相異步電動機旋轉磁場產(chǎn)生的條件是什么？2.旋轉磁場的方向由什么決定？3.為什么轉子轉動的速度和旋轉磁場的轉速不能相同？課外拓展課下認真研討電機的工作過程。理解電機的工作原理。瀏覽相關資源，完成相關作業(yè)或任務，鞏固學習成果，提升綜合素養(yǎng)。電機拖動與電氣控制課程教案章節(jié)名稱第3章交流電動機3.2交流電動機的繞組授課時數(shù)2授課形式教學目標①掌握三相異步電動機定子繞組的相關概念。②能正確繪制繞組展開圖；能夠按照操作規(guī)范正確繞制電機繞組。③科學思考，嚴謹認真，愛護教學設備。教學重點難點交流電機定子繞組的相關概念和繞組展開圖的畫法。教學內容在交流電機的應用過程中，經(jīng)常會遇到如若電機長期過載運行，造成電機燒壞這種情況發(fā)生，一旦電機出現(xiàn)故障，檢修人員勢必要維修電機，絕大數(shù)情況是更換電機的定子繞組，本節(jié)課學習交流電機定子繞組的相關內容。一、交流電機繞組的基本知識1.交流繞組：是交流電機的重要電路部分，通常由導電能力較強的線圈構成。線圈（元件）是構成繞組的基本單元。繞組就是線圈按照一定的規(guī)律排列和聯(lián)結。對于交流電機的繞組AX,BY,CZ三相。2.極距τ：兩個相鄰磁極軸線之間沿定子鐵心內表面的距離。若定子的槽數(shù)為Z，磁極對數(shù)為p，則極距可由公式τ=z/2p計算。3.線圈節(jié)距y：一個線圈的兩個有效邊之間所跨的距離（通常用相距的槽數(shù)）稱為線圈的節(jié)距。y=τ時稱為整距繞組；y<τ時稱為短距繞組；y>τ時稱為長距繞組。4.電角度，所謂電角度是用來衡量磁場的角度，其數(shù)值為；5.槽距角：任意相鄰兩個槽之間的相差的電角度;6.每極每相槽數(shù)：每一個極面下每相線圈所占的槽數(shù)為q=Z/2Pm。7．相帶：每個極面下的導體平均分給各相，則每一相繞組在每個極面下所占的范圍，用電角度表示稱為相帶。因為每個磁極占有的電角度是1800，對三相繞組而言，一相占有600電角度，稱為600相帶。交流電機定子三相繞組，其基本要求包括：三相繞組對稱；力求獲得最大的電動勢和磁動勢；繞組的電動勢和磁動勢的波形力求接近正弦；節(jié)省用銅量；繞組的絕緣和機械強度可靠，散熱條件好；工藝簡單、便于制造、安裝和檢修。二、三相單層繞組單層繞組可分為鏈式繞組、同心式繞組、交叉式繞組等。1．鏈式繞組單層鏈式繞組是由形狀、幾何尺寸和節(jié)距都相同的線圈連接而成，就整個外形來看，形如長鏈故稱為鏈式繞組。單層鏈式繞組每個線圈節(jié)距相等，繞線方便；采用短距繞組，減少了用銅量。鏈式繞組主要用于q=2的4、6、8極小型三相異步電動機中。2．同心式繞組同心式繞組是將每對磁極下屬于同一相的繞組連成同心形狀。同心式繞組的特點是繞組同心排列，端部互相錯開，疊壓層數(shù)較少，有利于嵌線，線圈散熱較好；但繞組節(jié)距不等，繞線不便。3．交叉式繞組交叉式繞組是由線圈個數(shù)和節(jié)距都不相等的兩種線圈組構成，同一組線圈的形狀、幾何尺寸和節(jié)距均相同，各線圈組的端部都互相交叉。其優(yōu)點是線圈端部較短，節(jié)約用銅量。交叉式繞組主要用于q＝3、2＝4或6的小型三相異步電動機中。例如一臺Z=36、2=4的三相異步電動機，經(jīng)計算其極距τ=9，每極每相槽數(shù)q=3，槽距角=200。按照q=3分相，則U相的繞組展開圖如圖所示。三相單層繞組的特點：優(yōu)點在于元件少，結構簡單，嵌線方便，槽內無層間絕緣，廣泛應用于10kW以下的異步電動機定子繞組；缺點在于電動勢和磁動勢波形較差；鐵損和噪聲較大；起動性能較差。三、三相雙層繞組雙層繞組的每個槽內放兩個不同線圈的有效邊，一個在上層，另一個在下層。對于一個線圈來講，它的一個有效邊在某一槽的上層，另一個有效邊則應放在相距一個節(jié)距y的另一槽的下層。整臺電機的線圈數(shù)等于定子槽數(shù)。雙層繞組的節(jié)距可根據(jù)需要在一定范圍內選擇，以改善電機的電磁性能，10kW以上的電機一般均采用雙層繞組。雙層繞組可分為疊繞組和波繞組，本節(jié)僅介紹雙層疊繞組。疊繞組是指相串聯(lián)的后一個線圈的端接部分緊疊在前一個線圈元件端接部分的上面，整個繞組成折疊式前進。課外拓展課下了解三相異步電動機繞組的拆裝過程。理解電機的繞組展開圖，會畫出雙層疊繞組A相展開圖。瀏覽相關資源，完成相關作業(yè)或任務，鞏固學習成果，提升綜合素養(yǎng)。電機拖動與電氣控制課程教案章節(jié)名稱第3章交流電動機3.3三相異步電動機的機械特性授課時數(shù)2授課形式教學目標①了解三相異步電動機電磁轉矩各種表達式及意義。②掌握三相異步電動機機械特性及機械特性上的特殊點。③會繪制三相異步電動機機械特性和人為機械特性的曲線。=4\*GB3④科學思考，嚴謹認真。教學重點難點機械特性曲線，認為機械特性曲線特點，三相異步電動機電磁轉矩表達式。教學內容一、機械特性表達式三相異步電動機的機械特性也是指電動機的轉速與電磁轉矩之間的關系。因為異步電動機轉速與轉差率之間存在一定關系，就是，所以異步電動機的機械特性通常也用磁轉矩與轉差率之間的關系表示。三相異步電動機的機械特性有三種表達式，分別為物理表達式、參數(shù)表達式和實用表達式。1．物理表達式Tem=CTcosφ2從物理表達式可以看出，異步電動機的電磁轉矩是由主磁通與轉子電流的有功功率相互作用產(chǎn)生的，在形式上與直流電動機的轉矩表達式相似，這也是電磁力定律在異步電動機中的具體體現(xiàn)。2．參數(shù)表達式由參數(shù)表達式公式可以看出定子相數(shù)、磁極對數(shù)、定子相電壓U1、電源頻率、定子每相繞組電阻R1和漏抗X1、折算到定子側的轉子電阻、和漏抗等都是不隨轉差率s變化的常量。當電動機的轉差率s變化時，可通過參數(shù)表達式求出相應的電磁轉矩，因此可以我們可以根據(jù)參數(shù)表達式描點畫出三相異步電動機的機械特性曲線。3.實用表達式實用表達式中的Tm和sm可由異步電動機產(chǎn)品目錄查得的數(shù)據(jù)求出異步電動機機械特性的三種表達式，雖然都能用來表征電動機的運行性能，但其應用場合各有不同。一般來說，物理表達式適用于對電動機的運行做定性分析；參數(shù)表達式適用于分析各種參數(shù)變化對電動機運行性能的影響；實用表達式適用于電動機機械特性的工程計算。2二、固有機械特性三相異步電動機工作在額定電壓及額定頻率下，電動機定子繞組按規(guī)定的接線方式聯(lián)結，定子及轉子回路不外接任何電器元件時的機械特性稱為固有機機械特性。利用實用表達式計算出同步轉速點A，額定運行點B，最大轉矩點C和啟動點D這幾個特殊點，然后將這些點連接起來便得三相異步電動機在第一象限的固有機械特性曲線。我們也常用這幾個特殊點，來分析三相異步電動機的運行特性，下面我們對這幾個特殊點進行說明。1啟動點A：其特點是，，對應的轉矩稱為啟動轉矩，又叫堵轉轉矩啟動時，大于負載轉矩，電動機的工作點就會沿著機械特性曲線上升，電磁轉矩增大，轉速越來越高，過最大轉矩后，轉速增高，但電磁轉矩又逐漸減小，直到電磁轉矩等于負載轉矩時，電動機穩(wěn)定運行。當起動轉矩小于負載轉矩，電動機無法啟動，出現(xiàn)堵轉現(xiàn)象，電動機的電流達到最大，造成電動機過熱。這時應立即切斷電源，減輕負載或排除故障后再重新啟動。如何表示異步電動機的啟動能力呢，用表示，時電動機的啟動系數(shù)，他是啟動轉矩和額定轉矩的比值。是針對鼠籠式電動機而言。繞線式電動機通過增加轉子回路的電阻，可改變啟動轉矩。一般的鼠籠式電動機的=1.0～2.0；起重、冶金、機械專用的鼠籠式電動機的=2.8～4.0。2最大轉矩點B：其特點是對應的電磁轉矩為最大轉矩，對應的轉差率稱為臨界轉差率。通過三相異步電動機機械特性表達式可以求出最大電磁轉矩和臨界轉差率。和有以下2個特點，大家記住這2個特點可以幫助我們分析一般電動機的機械特性。（1）與成正比，與轉子電阻無關，與無關；（2）當電源電壓一定，與轉子電阻成正比，與無關。最大電磁轉矩對電動機來說具有重要意義。電動機運行時，若負載轉矩短時突然增大，且大于最大電磁轉矩，則電動機將會因為承載不了而停轉。為了保證電動機不會因短時過載而停轉，一般電動機都具有一定的過載能力。所以，最大電磁轉矩越大，電動機短時過載能力就越強，因此把最大電磁轉矩與額定轉矩之比稱為電動機的過載能力，用表示。是三相異步電動機運行性能的一個重要參數(shù)。三相異步電動機運行時，絕不可能長期運行在最大轉矩處。因為，此時電流過大，溫度升高，可能燒毀電機，并且在最大轉矩處運行轉速也不穩(wěn)定。一般情況下，三相異步電動機的=1.6～2.2，起重、冶金、機械專用的三相異步電動機的=2.2～2.8。3額定運行點C：其特點，，，。異步電動機一般長期運行在額定狀態(tài)。4同步轉速點D：其特點是，，，轉子電流。D點為理想空載運行點，在沒有外界轉矩的作用下，異步電動機本身不可能達到同步轉速點。三、人為機械特性人為地改變三相異步電動機的某些參數(shù)所得到的機械特性稱為人為機械特性。常見的人為機械特性有降低定子回路端電壓和轉子回路內串接對稱電阻。1降壓時的人為機械特性。由于三相異步電動機的磁路在額定電壓下已有飽和的趨勢，所以不能升高電壓。由前面分析可知，降低定子回路端電壓時，同步轉速不變，臨界轉差率不變，與成正比地降低。所以下降后的人為機械特性如圖所示。降低電壓后的人為機械特性線性段的斜率變大，即特性變軟。和均按關系減小，即電動機的啟動轉矩倍數(shù)和過載能力均顯著下降。如果電動機在額定負載下運行，降低后將導致n下降，s增大，轉子電流將因轉子電動勢的增大而增大，從而引起定子電流增大，導致電動機過載。長期欠壓過載運行，必然使電動機過熱，電動機的使用壽命縮短。另外電壓下降過多，可能出現(xiàn)最大轉矩小于負載轉矩，這時電動機將停轉。2.轉子回路串對稱電阻時的人為機械特性繞線式三相異步電動機的轉子回路內可以串接電阻，要求三相串接的電阻阻值相等。由前面的分析可知，轉子回路串電阻時，、不變，而則隨外接電阻的增大而增大。在一定范圍內增加轉子電阻，可以增大電動機的啟動轉矩。當所串接的電阻使其時，對應的啟動轉矩將達到最大轉矩，如果再增大轉子聲阻，啟動轉矩反而會減小。另外，轉子串接對稱電阻后，其機械特性曲線線性段的斜率增大，特性變軟。轉子電路串接對稱電阻適用于繞線轉子異步電動機的啟動、制動和調速。課外拓展水電站閘門一般采用什么電機？這類電機的機械特性是什么？瀏覽相關資源，完成相關作業(yè)或任務，鞏固學習成果，提升綜合素養(yǎng)。電機拖動與電氣控制課程教案章節(jié)名稱第3章交流電動機3.4三相異步電動機的起動授課時數(shù)2授課形式教學目標①了解三相異步電動機啟動要求。②掌握三相異步電動機機起動方法和特性。③會繪制三相異步電動機起動過程機械特性的曲線。=4\*GB3④嚴謹認真的學習態(tài)度和科學探究精神。教學重點難點起動方法和起動過程分析，起動機械特性曲線分析。教學內容三相異步電動機在起動的瞬間，由于轉子尚未加速，此時n=0，s=1，旋轉磁場以最大的相對速度切割轉子導體，轉子感應電動勢的電流最大，致使定子啟動電流也很大，約為額定電流的4～7倍。盡管啟動電流很大，但因啟動時功率因數(shù)很低，所以啟動轉矩不大。過大的啟動電流會引起電網(wǎng)電壓明顯降低，而且還影響接在同一電網(wǎng)的其他用電設備的正常運行，嚴重時連電動機本身也轉不起來。如果是頻繁啟動，不僅使電動機溫度升高，還會產(chǎn)生過大的電磁沖擊，影響電動機的壽命。啟動轉矩小會使電動機啟動時間拖長，既影響生產(chǎn)效率又會使電動機溫度升高，如果小于負載轉矩，電動機就根本不能啟動。一、三相籠型異步電動機的起動1．直接啟動又稱全壓啟動，因為直接啟動的啟動電流大、啟動轉矩小。所以直接啟動只在小容量電動機中使用，因電動機啟動電流較小，且體積小、慣性小、啟動快，一般來說對電網(wǎng)、對電動機本身都不會造成影響。如7.5KW以下的電動機可采用直接啟動。對大中型籠型異步電動機，一般采用減壓啟動啟動時降低加在電動機定子繞組電壓，啟動電壓小于額定電壓，待電動機轉速上升到一定數(shù)值后，再使電動機承受額定電壓，保證電動機在額定電壓下穩(wěn)定工作。1）定子回路串接電抗器或電阻啟動三相鼠籠式異步電動機在定子回路中串接電抗器或電阻起動與直流電動機甩電阻起動分析方法一樣。這種起動方法只適用于電動機的輕載啟動。2）星／三角減壓啟動。這種啟動方法只適用于正常運行時定子繞組是三角形聯(lián)結的三相異步電動機，啟動時可以采用星形聯(lián)結，電動機每相所承受的電壓降低，因而降低了啟動電流，待電動機啟動完畢，再接成三角形如圖所示，啟動時，先將控制開關SA2投向星形位置，定子繞組接成星形，然后合上電源控制開關SA1。待轉速上升到一定數(shù)值后，再將SA2切換到三角形運行的位置上，電動機定子繞組便接成三角形在全壓下正常工作。三相鼠籠式異步電動機啟動時定子繞組接成ㄚ形，正常運行時接成△形，則啟動時定子每相電壓降為額定電壓的，通過分析可以得：；TstYTstΔ所以Y-△降壓啟動時，啟動電流和啟動轉矩都降為直接啟動的。Y-△降壓啟動操作方便，啟動設備簡單，一般用途的小型異步電動機，當容量大于4kw時，定子繞組都采用三角形聯(lián)結。由于啟動轉矩為直接啟動時的，這種啟動方法多用于空載或輕載啟動。3）自耦變壓器降壓啟動自耦降壓啟動是利用自耦變壓器將電網(wǎng)電壓降低后再加到電動機定子繞組上，待轉速接近穩(wěn)定值時再將電動機直接接到電網(wǎng)上。自耦變壓器降壓啟動時，電動機定子電壓為直接啟動時的1／K，定子電流也降為直接啟動時的1／K，而自耦變壓器一次側電流則要降低為直接啟動時的1／K2；由于電磁轉矩與外加電壓的平方成正比，故啟動轉矩也降低為直接啟動時的1／K2。自耦變壓器的二次側上備有幾個不同的電壓抽頭，以供用戶選擇電壓。例如，QJ型有三個抽頭，其輸出電壓分別是電源電壓的55％、64％、73％，相應的電壓比分別為1.82、l.56、1.37。在電動機容量較大或正常運行時連成星形，并帶一定負載啟動時，宜采用自耦降壓啟動，它根據(jù)負載的情況，選用合適的變壓器抽頭，以獲得需要的啟動電壓和啟動轉矩。此時，啟動轉矩仍有削弱，但不致降低1／3。通過剛才的分析我們知道籠型異步電動機只能用于空載或輕載啟動。如果有的地方需要重載起動，怎么辦呢？比如三峽大壩上的水閘的閘門，在閘門提起時就需要重載起動。二、三相繞線轉子異步電動機的起動繞線轉子異步電動機的啟動分為轉子串電阻和轉子串頻敏變阻器兩種啟動方法。1．轉子串電阻啟動為了在整個啟動過程中得到較大的加速轉矩，并使啟動過程比較平滑，應在轉子回路中串入多級對稱電阻。啟動時，隨著轉速的升高，逐段切除啟動電阻，這與直流電動機電樞串電阻啟動類似。繞線轉子異步電動機不僅能在轉子回路串入電阻減小啟動電流，增大啟動轉矩，而且還可以在小范圍內進行調速，因此，廣泛地應用于啟動較困難的機械，如起重吊車、卷揚機等。當切除電阻時，轉矩突然增大，會在機械部件上產(chǎn)生沖擊。電動機容量較大，轉子電流很大，啟動設備也將變得龐大，操作和維護工作量大。為了克服這些缺點，目前多采用頻敏變阻器作為啟動電阻。2．轉子串頻敏變阻器啟動頻敏變阻器是一個三相鐵心繞組，電動機啟動時，轉子繞組中的三相交流電通過頻敏變阻器，在鐵心中便產(chǎn)生交變磁通，頻敏變阻器線圈的等效電阻隨著頻率的增大而增加，當電動機啟動時(s=1)，轉子電流就是頻敏變阻器線圈中通過的電流頻率最高()，這時頻敏變阻器電阻和感抗最大。啟動后，轉子電流頻率，轉子轉速逐漸升高，轉差率s降低，轉子電流頻率便逐漸降低，頻敏變阻器等效電阻也隨之減小。因為頻敏變阻器的電阻是隨交變電流的頻率而變化的，所以稱為頻敏變阻器，這正好滿足了三相繞線轉子異步電動機的啟動要求。由于頻敏變阻器在工作時總存在著一定的阻抗，使得機械特性比固有機械特性軟一些，因此，在啟動完畢后，可用接觸器將頻敏變阻器短接，使電動機在固有特性上運行。課外拓展了解電梯、汽車、水電站閘門一般采用什么起動方法？瀏覽相關資源，完成相關作業(yè)或任務，鞏固學習成果，提升綜合素養(yǎng)。電機拖動與電氣控制課程教案章節(jié)名稱第3章交流電動機3.5三相異步電動機的調速與反轉授課時數(shù)2授課形式教學目標①掌握三相異步電動機機調速方法和特性。②會繪制三相異步電動機調速過程機械特性的曲線。③掌握三相異步電動機反轉方法與實現(xiàn)=4\*GB3④嚴謹認真的學習態(tài)度和科學探究精神。教學重點難點調速方法和調速過程分析，調速機械特性曲線分析。教學內容通過三相異步電動機的轉速公式可以得出三相異步電動機的調速方法有以下幾種類型：變極調速、變頻調速、變轉差率調速一、變極調速變極調速是在電源頻率不變的條件下，改變定子繞組極對數(shù)，來改變同步轉速。根據(jù)，改變同步轉速就可達到改變電動機轉速的目的。這種調速方法的轉速按極對數(shù)的倍數(shù)而改變,所以只適用于籠型電動機，因為籠型轉子繞組的極對數(shù)是感應產(chǎn)生的，隨定子磁場極對數(shù)改變而自動改變，使兩磁場極對數(shù)保持一致。定子極對數(shù)的改變通常是通過改變定子繞組的連接方法來實現(xiàn)的，由于籠型電機的定子繞組極對數(shù)改變時，轉子極對數(shù)能自動地改變，始終保持，所以這種方法一般只能用于籠型異步電動機。例如一相繞組的兩個線圈，1Al、lA2表示第一個線圈的首、尾；2A1、2A2表示第二個線圈首、尾。如將兩個線圈首尾依次串聯(lián)相接，lA2和2A1聯(lián)結，電流從1Al到lA2、從2A1、到2A2，這時可得到的四極分布磁場，如將第一個線圈的尾lA2與第二個線圈的尾2A2連接，組成反向串聯(lián)結構，電流從1Al、到lA2、從2A2、到2A1，這就得到的兩極分布磁場，因為第二個線圈中的電流方向相反，極對數(shù)也降低了一半?？梢?，只要將一相繞組中的任一半相繞組的電流反向，電機繞組的極對數(shù)就成倍數(shù)變化。根據(jù)，同步轉速就發(fā)生變化，如果拖動恒轉矩負載，運行轉速也接近成倍數(shù)變化，這就是單相繞組的變極調速原理。二、變頻調速根據(jù)轉速公式可知，當轉差率s變化不大時，異步電動機的轉速n基本上與電源頻率成正比。連續(xù)調節(jié)電源頻率，就可以平滑地改變電動機的轉速。但是，單一地調節(jié)電源頻率，將導致電動機運行性能的惡化，為什么呢？電動機正常運行時，定子漏阻抗壓降很小，這時若端電壓U1不變，當頻率減小時，主磁通將增加，這將導致磁路過分飽和，勵磁電流增大，功率因數(shù)降低，鐵心損耗增大；而當增大時，將減小，電磁轉矩及最大轉矩下降，過載能力降低，電動機的容量也得不到充分利用。因此，為了使電動機能保持較好的運行性能，要求在調節(jié)的同時，改變定子電壓U1，以維持不變，或者保持電動機的過載能力不變。Ul隨按什么樣的規(guī)律變化最為合適呢?一般認為，在任何類型負載下變頻調速時，若能保持電動機的過載能力不變，則電動機的運行性能較為理想。隨著電力電子技術的發(fā)展，已出現(xiàn)各種性能良好、工作可靠的變頻調速電源裝置，也就是我們現(xiàn)在常說的變頻器。所以變頻調速的應用非常廣泛。變頻調速時以額定頻率為基頻，可以從基頻向上調速，也可以從基頻向下調速。1．基頻以下變頻調速變頻調速時要保證不變。如果頻率下調，而端電壓U1為額定值，則隨著下降，氣隙每極磁通增加，使電動機磁路進入飽和狀態(tài)。因此，基頻向下調速時，要保持，電動機最大電磁轉矩Tm在基頻附近可視為恒值，在頻率更低時，隨著頻率下調，最大轉矩Tm將變小。其機械特性近似于恒轉矩調速的類型。2．基頻以上變頻調速在基頻以上變頻調速時，也按比例升高電源電壓時不允許的，只能保持電壓為UN不變，頻率越高，磁通φm越低，是一種降低磁通升速的方法。此時電動機最大電磁轉矩及其臨界轉差率與頻率成反比。其機械特性可近似認為恒功率調速類型。三、變轉差率調速變轉差率調速包括改變定子電壓調速、繞線電機轉子回路串電阻調速和電磁轉差離合器調速。1．減壓調速從降低定子端電壓的人為機械特性知道，在降低電壓時，其同步轉速和臨界轉差頻率不變，電磁轉矩。當電機拖動恒轉矩負載時，降低電源電壓時可以降低轉速，當負載轉矩為圖中恒轉矩時，如電壓由，降到時，轉速將由降到。隨著電壓的降低，轉差率在增加，達到了調速的目的。但是隨著電壓的降低，下降很快，使電機的帶負載能力大為下降。對于恒轉矩負載，電機不能在時穩(wěn)定運轉，因此調速范圍只有，對于一般的異步電機很小，所以調速范圍很小。但若負載為通風機類負載，如圖中的特性曲線，在時，拖動系統(tǒng)也能穩(wěn)定運轉，因此調速范圍顯著擴大了。2．繞線式轉子異步電機轉子回路串電阻調速轉子電路串聯(lián)電阻調速也是一種改變轉差率的調速方法，繞線轉子異步電動機轉子電路中接入變阻器，電阻越大，曲線越偏向下方。在一定的負載轉矩下，電阻越大，轉速越低。這種調速方法損耗較大，調整范圍有限，但這種方法具有簡單、初期投資不高的優(yōu)點。適用于恒轉矩負載，如起重機。對于通風機負載也可應用。3．電磁轉差離合器調速電磁轉差離合器在鼠籠式異步電動機與負載之間，它將異步電動機和負載互相連接起來，。電磁轉差離合器主要由電樞和磁極兩個旋轉部分組成，電樞部分與三相異步電動機相連是主動部分。電樞部分相當于由無窮多單元導體組成的鼠籠轉，磁極部分與負載聯(lián)接是從動部分，磁極上勵磁繞組通過滑環(huán)，電刷與整流裝置連接，由整流裝置提供勵磁電流。電磁轉差離合器的工作原理與異步電動機的相似。當異步電動機運行時，電樞部分隨異步電動機的轉子同速旋轉，轉速為n，磁極部分的勵磁繞組通入的勵磁電流為0時，磁極的磁場為零，電樞與磁極二者之間既無電的聯(lián)系又無磁的聯(lián)系，無電磁轉矩產(chǎn)生，磁極及關聯(lián)的負載是不會轉動的，這時負載相當于與電機“離開”。若磁極部分的勵磁繞組通入的勵磁電流不等于0時，磁極部分則產(chǎn)生磁場，磁極與電樞二者之間就有了磁的聯(lián)系。由于電樞與磁極之間有相對運動，電樞載流導體受磁極的磁場作用產(chǎn)生電磁轉矩，磁極部分的負載跟隨電樞轉動，此時負載相當于被“合上”，而且負載轉速始終小于電動機轉速n，由于異步電動機的固有機械特性較硬，可以認為電樞的轉速n是恒定不變的，而磁極的轉速取決與磁極繞組的電流的大小。只要改變磁極電流的大小，就可以改變磁場的強弱，則磁極和負載轉速就不同，從而達到調速的目的。電磁轉差離合器調速設備簡單、運行可靠、控制方便且可以平滑調速，這種調速方法被廣泛應用于紡織、造紙等工業(yè)部門及通風機、泵的調速系統(tǒng)中。四、三相異步電動機反轉由三相異步電動機的工作原理可知三相異步電動機的旋轉方向由定子繞組中的電流相序決定。通過改變電源相序，可以改變定子旋轉磁場的方向，從而改變電動機的旋轉方向。例如，如果電源相序為

A-B-CA?B?C，則電動機正轉。將相序改為

A-C-BA?C?B

或

C-B-AC?B?A，電動機將反轉。課外拓展了解汽車、電梯、自動化生產(chǎn)線電機等一般采用什么起動調速？瀏覽相關資源，完成相關作業(yè)或任務，鞏固學習成果，提升綜合素養(yǎng)。電機拖動與電氣控制課程教案章節(jié)名稱第3章交流電動機3.6三相異步電動機的制動授課時數(shù)2授課形式教學目標①掌握三相異步電動機機制動方法和特性。②會繪制三相異步電動機制動過程機械特性的曲線。③嚴謹認真的學習態(tài)度和科學探究精神。教學重點難點制動方法和制動過程分析，制動機械特性曲線分析。教學內容三相異步電動機可以在機械特性的四個象限運行，當電磁轉矩Tem與轉速n方向相同，電磁轉矩為電動轉矩。電機運行于機械特性的一、三象限。例如自動往返的工作臺在中間正常運行時，電機是工作在1、3象限。當電磁轉矩與轉速的方向相反時，電磁轉矩為制動轉矩。電動機運行于制動狀態(tài)，電動機運行于機械特性的二、四象限，異步電動機制動的目的是使電力拖動系統(tǒng)快速停車或者使拖動系統(tǒng)盡快減速，對于位能性負載，制動運行還可獲得穩(wěn)定的下降速度。在制動運行狀態(tài)中，根據(jù)與的不同情況，又分為回饋制動、反接制動和能耗制動。一、能耗制動在異步電動機的能耗制動接線圖中。制動時，接觸器觸點KM1斷開，電動機脫離電網(wǎng)，同時接觸器觸點KM2閉合，在定子繞組中通入直流電流，于是定子繞組便產(chǎn)生一個恒定的磁場。轉子在慣性作用下旋轉，根據(jù)左手定則，轉子導體受力，產(chǎn)生制動力矩。轉速為零，轉矩為零，易于實現(xiàn)準確停車。三相異步電動機拖動位能性恒轉矩需要制動停車時，在時要及時切斷直流電源，才能保證準確停車；如果需要反轉運行，則不能切斷直流電源，這時電動機拖著負載先減速到后，接著便反轉。例如起重機低速下放重物時，經(jīng)常運行在這種狀態(tài)。通過改變直流勵磁電流的大小，或改變轉子回路所串電阻的值，均可以調節(jié)能耗制動運行時電動機的轉速。二、反接制動1.倒拉反轉反接制動三相異步電動機穩(wěn)定運行時，轉子突然串接較大電阻，由于轉速不能突變，將過渡到B點，沿曲線2運行，當轉速降為n=0時，TC<TL，在重物G的作用下，倒拉電動機反方向旋轉，并加速到D點，TD=TL，電動機轉速為-nD穩(wěn)定運行，重物勻速下降。要實現(xiàn)倒拉反轉反接制動，轉子回路必須串接足夠大的電阻，使工作點位于第四象限。這種制動方式的目的主要是限制重物的下放速度。2.定子兩相反接的反接制動當異步電動機帶負載穩(wěn)定運行在電動狀態(tài)時，定子兩相繞組出線端對調，改變定子電壓的相序，所以定子旋轉磁場方向改變了，電磁轉矩方向也隨之改變，變?yōu)橹苿有再|，電動機便進入了反接制動狀態(tài)。對于繞線式異步電機，為了限制反接制動時過大的電流沖擊，電源相序反接的同時在轉子電路中串接較大電阻，對于籠型異步電機可在定子回路中串入電阻。電動機在第Ⅰ象限的機械特性曲線1上的A點穩(wěn)定電動運行，反接制動時，改變電源相序，轉子回路串入電阻，電動機的運行點從曲線A點，平移到反相序聯(lián)接特性曲線2的B點，電機的電磁轉矩為。在和負載轉矩共同作用下，電機轉速急速下降，從運行點B沿曲線2降到C點，轉速為零。從的運行過程稱為反接制動。反接制動到C點后，根據(jù)負載形式和大小，可能出現(xiàn)三種運行狀態(tài)：如果電機拖動的是反抗性負載且，異步電機將準確停車。如果反抗性負載的，由于異步電機反向啟動轉矩大于反向負載轉矩，異步電機將反轉啟動，運行點沿反接制動曲線2運行至D點，最終穩(wěn)定運行在第Ⅲ象限，這時異步電機工作在反向電動機狀態(tài)。在這種條件下，如果需要制動停車，必須在反接制動到C點時切斷電源，確保準確停車。當異步電機拖動位能性負載反接制動到C點時，運行點沿曲線2從C到E點，最后穩(wěn)定運行在點，異步電機工作在反向回饋制動狀態(tài)。三、回饋制動當異步電機的轉速超過同步轉速時，便進入回饋制動運行狀態(tài)。在異步電機電力拖動系統(tǒng)中，只有在外力的作用下，轉速才有可能超過同步轉速，引起電磁轉矩反向成為制動轉矩，電機進入回饋制動狀態(tài)?；仞佒苿訒r，異步電動機處于發(fā)電狀態(tài)，不過如果定子不接電網(wǎng)，電動機不能從電網(wǎng)吸取無功電流建立磁場，就發(fā)不出有功電能。如在異步電動機三相定子出線端并上三相電容器提供無功功率即可發(fā)出電來，這就是自勵式異步發(fā)電動機?；仞佒苿映Ｓ糜诟咚偾乙髣蛩傧路胖匚锏膱龊稀嶋H上，除了下放重物時產(chǎn)生回饋制動外，在變極或變頻調速過程中，也會產(chǎn)生回饋制動。課外拓展了解電梯、汽車、水電站閘門一般采用什么制動方法？瀏覽相關資源，完成相關作業(yè)或任務，鞏固學習成果，提升綜合素養(yǎng)。電機拖動與電氣控制課程教案章節(jié)名稱第3章交流電動機3.7單相異步電動機的原理與類型授課時數(shù)2授課形式教學目標①掌握單相異步電動機的工作原理。②了解單相異步電動機的分類。③嚴謹認真的學習態(tài)度和科學探究精神。教學重點難點單相異步電動機工作原理及類型。教學內容大家在生活中見過那些單相異步電動機呢？通過視頻我們知道生活中離不開單相異步電動機。單相異步電動機結構簡單、成本低廉、運行可靠及維修方便等一系列優(yōu)點。多用在小型動力機械和家用電器等設備上，如電鉆、小型鼓風機、醫(yī)療器械、風扇、洗衣機、冰箱、冷凍機、空調機、抽油煙機、電影放映機及家用水泵等，是日?，F(xiàn)代化設備必不可少的驅動源。一、單相異步電動機的工作原理單相異步電動機與三相異步電動機相似，包括定子和轉子兩大部分。轉子結構都是籠型的，定子鐵心由硅鋼片疊壓而成，定子鐵心上嵌有定子繞組。單相異步電動機正常工作時，一般只需要單相繞組即可，但單相繞組通以單相交流電時產(chǎn)生的磁場是脈動磁場，單相運行的電動機沒有啟動轉矩。為使電動機能自行啟動和改善運行性能，除工作繞組（又稱主繞組）外，在定子上還安裝一個輔助的啟動繞組（又稱輔助繞組）。為什么單相繞組通以單相交流電時不能自行啟動呢？我們看工作繞組單獨通電時的機械特性工作繞組通入單相交流電流將產(chǎn)生脈動磁勢，一個脈動磁勢可以分解為兩個大小相等、轉速相同、轉向相反的圓形旋轉磁勢。分別用F+、F-表示，建立起正轉和反轉磁場，這兩個磁場切割轉子導體，產(chǎn)生感應電動勢和感應電流，從而形成正反向電磁轉矩Tem+、Tem-，疊加后即為推動轉子轉動的合成轉矩Tem。所以轉子靜止時，n=0,S=1，合成轉矩為0。單相異步機無啟動轉矩，不能自行啟動。由此可知，三相異步電動機電源斷一