第五章变压器与交流电机.ppt

图5-43 稀土永磁变频调速同步电动机 a) b) 第2章 变压器与交流电机 1 三相交流电动机 三相交流电动机是工业生产中最广泛使用的动力来源，其功率范围从分马力到数千千瓦覆盖了大多数电力拖动应用。与直流电动机和单相交流电动机比较，它的结构简单、需要的维护少、价格便宜。 三相交流电动机包括三相异步电动机和三相同步电动机，其中以异步电动机使用最为广泛。异步电动机又可称为感应电动机，它的转子不接任何电源，仅靠电磁感应从定子侧获取做功的能量。 三相交流异步电动机结构 当三相交流电动机的三相定子绕组接到三相交流电源上时，在电机空气隙中自动产生旋转磁场，正是这个旋转磁场在转子绕组中感应出交流电流，形成同样转速的转子旋转磁场，定子旋转磁场和转子旋转磁场相互吸引，产生了机械转矩。定子三相绕组分别称为A相、B相和C相，如图5-25所示。三相绕组均匀的分布在定子圆周上，位置依次相差120°，如图5-26所示。 1.三相异步电动机 由于三相定子绕组能自动产生气隙旋转磁场，三相异步电动机可以自己启动，不需要其他的附加启动方法。 为了产生足够大的旋转磁场，应对异步电动机定子绕组施加适当的外部电压，这个电压标示在电动机的铭牌上。 交流电机的定子铁心由硅钢片叠片组成，如图5-27所示，定子绕组嵌放在硅钢片槽中，如图5-28所示。 图5-27 交流电机定子铁心叠片 图5-28 三相交流电机的定 子铁心与绕组 1.三相异步电动机 图5-29 铸铝转子 a) b) 1.三相异步电动机 1.三相异步电动机 交流异步电机的转子铁心也是由硅钢片叠片组成，转子绕组可以是绕制的，，也可以用铝浇铸而成，如图5-29所示。铸铝转子因其坚固耐用、成本低廉，使用的相当普遍。铸铝转子也称为笼形转子，铸铝转子异步电动机也称为笼形异步电动机。笼形三相异步电动机的内部结构如图5-30所示。 1.三相异步电动机 三相定子绕组共有六个接线端，如果全部引出到电机的接线盒中，用户可以根据需要，选择三角形连接，或选择星形连接。 如果每相绕组的额定电压为220V，则三相绕组星形连接时，可以接到线电压为380V的三相交流电源上工作；而三角形连接时可以接到线电压为220V的三相交流电源上工作。小于4个千瓦的三相异步电动机大都采用这种方案。 1.三相异步电动机 如果每相绕组的额定电压为380V，三相绕组可以三角形连接到线电压为380V的三相交流电源上正常工作，而启动时采用星形连接，相当于降压启动，用这种方法限制启动电流，称为星-三角启动。大于4千瓦的三相异步电动机大都采用这种方案，因此可以使用星-三角启动。 相 图5-31 三相电动机起停控制 1.三相异步电动机 图5-31所示为一台功率不大的三相异步电动机的控制电路接线图，电机为星形连接。控制电路的核心是电机启动器，它相当于接触器与热继电器的组合，接触器实际启停电动机，热继电器对电动机进行过载保护。图中的熔断器对电机进行过流保护，启停按钮发出启停命令，控制变压器提供隔离的控制电源。 2.线绕转子异步电动机 线绕转子异步电动机的转子绕组不是铸铝，而是用导线绕制而成，通过滑环和电刷连接外部电阻。调节外部电阻，可以改变电动机机械特性的硬度，从而调节速度，如图5-32所示，是最早投入使用的交流电机调速方法。它启动转矩大，机械特性软，在起重设备、卷绕设备、传送带驱动等场合获得了广泛应用。 R r R r+R c1 R r+R c2 R r+R c3 R c1 R c2 R c3 Te n TL 图5-32 线绕转子电动机转子串电阻调速 R c a) b) 图5-33 线绕转子异步电机 图5-34 起重设备应用 滑环电刷 2.线绕转子异步电动机 图5-35 电机轴上的滑环和电刷 图5-36 滑环电机电缆卷筒 引线 电刷 滑环 2.线绕转子异步电动机 2.线绕转子异步电动机 线绕转子异步电机调速的最大缺点是效率低，仅适用于短时工作制和功率不大的应用。 如果在转子回路中串接的不是电阻而是电势，则效率可以大为提高。串直流电势，如图5-37所示，则称为串级调速，在水泵、风机等需要调速场合应用较多；串交流电势，则可以实现超同步双馈调速，风力发电中使用的就是这种技术。 线绕转子异步电机 速度调节器 电流调节与触发电路 启动电阻 测速发电机 速度给定 电流反馈 整流器 逆变器 变压器 固定频率三相电源 + - 图5-37 串级调速原理图 偏航系统 图5-38 风力发电机使用线绕转子滑环异步电机 a) b) 风轮 变速箱 图5-39 风力变速恒频双馈发电 电网 (1-s)Pg Pg sPg 3.同步电动机 同步电动机运行时没有滑差，转速完全由电源的频率和电机的极对数决定。它的定子绕组与异步电动机完全一样，其