第四章 电动机及其控制.ppt

电工电子技术教学课件 第四章 电动机及其控制 实现电能与机械能相互转换的电工设备总称为电机。 电机是利用电磁感应原理实现电能与机械能的相互转换。 把机械能转换成电能的设备称为发电机，而把电能转换成机械能的设备叫做电动机。 从能量转换角度来说它们是可逆的。 按电流种类的不同，电机有交流电机和直流电机两大类。交流电机分为异步电机和同步电机两种，异步电机主要作为电动机应用，而同步电机则是现代交流发电机的主要形式。 三相异步电动机(又称感应电动机)在工农业生产、科研及生活中应用最广，三相异步电动机主要具有结构简单、价格低廉、工作可靠、维修方便、容易控制等优点。 一、三相异步电动机的基本结构 异步电动机主要由定子和转子两个基本部分组成。 1.三相异步电动机定子 定子是指电动机中静止不动的部分，主要由定子铁心、定子绕组和机座组成。 (1)定子铁心 定子铁心由0.35～0.5 mm的硅钢片叠成，是电动机磁路的一部分。硅钢片两表面涂有绝缘漆或具有氧化膜绝缘层。在铁心内圆上均匀分布与轴平行的槽，用于嵌放定子绕组 。 (2)定子绕组 定子绕组由高强度漆包线绕制而成，是电动机的电路部分，用以产生旋转磁场。定子绕组在槽内嵌放完毕，应将引出线引到接线盒内，根据需要将三相绕组接成Y(星形)或△(三角形) 2. 三相异步电动机转子 转子是指电动机的旋转部分，主要由转子铁心、转子绕组、转轴和风扇组。对绕线式异步电动机还有滑环与电刷装置。 (1)转子铁心 转子铁心与定子铁心采用相同的材料制成，并紧固于转轴上，在其外表面有均匀分布的线槽，用于嵌放转子绕组。为了改善电动机的起动和运行性能，笼型异步电动机转子铁心一般采用斜槽结构。 (2)转子绕组 转子绕组作用是切割定子磁场，感应电流，并且在电磁力作用下使转子转动。根据构造的不同，分为笼型转子和绕线转子两种。 笼型转子是在转子铁心槽中嵌放铜条或铝条(铸铝)，然后在两端用端环将导条全部接通,如图4-3所示。小型异步电动机一般采用铸铝转子。为了提高电动机的起动转矩，在容量较大的异步电动机中，可采用双笼型(外笼用黄铜条制成，内笼用紫铜条制成)或深槽结构的转子。 绕线转子的结构与定子绕组相似，三相转子绕组接成星形后，三个首端引出线接到固定在转轴上并相互绝缘的三个铜制滑环上，通过固定在端盖上的电刷与滑环接触，再通过电刷自行短接或接到变阻器上。调节该变阻器的电阻值就可达到调节电动机转速的目的。对起动和调速有特殊要求的设备，如起重设备、卷扬机械、鼓风机、压缩机、泵类等采用绕线转子异步电动机。 ⑶转轴 转轴是输出转矩，带动负载的部件，一般由合金钢或中碳钢制成。 另外附属的元件有端盖、轴承等。定、转子之间的空气隙一般为0.2～2 mm。 二、三相异步电动机的工作原理 1.三相异步电动机的转动原理 如图4-4所示，转子转动的先决条件是要有一个旋转磁场。在实际的鼠笼式异步电动机中，旋转磁场是由定子绕组中的三相交流电产生的。先假设转子不转，那么转子导条将产生感应电动势和感应电流。一旦转子中产生感应电流，立即受到旋转磁场的作用力（电磁力），且受力方向与旋转磁场的旋转方向相同，转子在这个力的作用下开始旋转起来。 2. 旋转磁场的产生和方向 图4-5表示作星形联接的对称定子绕组，U1—U2、，V1—V2、W1—W2，三个绕组在空间互成120°排列。当把它们的首端U1 、V1 、W1接到三相对称的正弦交流电源上时，便有三相对称的电流流过三个绕组。假设三相交流电为正半周时，电流由绕组的首端流入，从末端流出；负半周时电流从绕组的末端流入，从首端流出。 由于三相绕组中流过正弦电流，则每个绕组都会产生一个按正弦规律变化的磁场。下面讨论在几个不同瞬时这三个磁场的合成磁场，如图4-6所示。 (1) ＜ ＞ 即电流从W线来，从V线回到电源。电流在绕组中实际流动方向及等效磁力线方向如图4-6 (a)所示。 (2)ωt=π/2 时，ｉ为正的最大，而、为负且数值均为的一半，即电流从U线来，分两路从V、W线回到电源。电流在绕组中实际方向及等效磁力线方向如图4-6(b)所示。由图中可以看出：时间过了周期，磁力线方向转过了角度。 (3) ωt=π 时ｉu＞0 ,ｉw＜0 即电流从V线来，从w线回到电源；电流在绕组中实际流通方向及电流产生的等效磁力线方向如图4-6(c)所示。比较图4-6（c)与图4-6 (a)，可以看出：时间过去了半个周期，磁力线方向转过180°。 (4) ωt=π3/2 时ｉu为负的最大，而ｉv与ｉw为正，且数值均等于的一半，即电流从V线及 W线来，而从U线回到电源。电流在线圈中实际方向如图4-6 (d)所示，比较图4-6