课程名称 | 特种作业证培训 | 课程性质 | 理论undefined 实作口 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
任课教师 | 教师证编号 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
授课对象 | 新训 undefined 复训 口 复训换证 口 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
授课题目 （课题） | 异步电动机 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
教学目的 和要求 | 1．了解三相异步电动机的基本结构； 2．理解三相异步电动机各部分的主要用途； 3．掌握三相异步电动机笼型与绕线式转子结构的不同； 4．理解三相异步电动机的转动原理； 5．掌握异步电动机的转动特点及转差率； 6．掌握三相异步电动机主要参数及相互关系； 7．理解电动机铭牌数据的意义； 8．了解电动机的启动、直接启动、降压启动的概念； | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
教学重点 和难点 | 三相异步电动机的转动原理 三相异步电动机主要参数及相互关系 异步电动机的转动特点及转差率 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
教学方法 和手段 | 讲授法，讨论法，实物展示法 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
主要参考资料 | 《电机原理与维修》人力资源和社会保障部教材办公室组织编写2004.5 《电机与变压器》主编：马宏骞、邹大为 电子工业出版社2013.11 《低压电工作业安全培训教程》 四川省安全科学技术研究院 2013.3 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
教学过程 | 电动机的种类和用途 电动机是把电能转换成机械能的设备。 一、三相异步电动机的分类 三相异步电动机已广泛使用，种类繁多，一般按以下方式分类： 1.按转子结构分类：笼型和绕线型，其中笼型使用得较广泛。 2.按防护形式分类：开启式（IP11）、防护式（IP22、IP23）、封闭式（IP44）等如图1所示。 3.按使用环境分类：船用、化工用、高原用、潮湿热带用等。 4.按电动机容量分类：大、中、小型和微型电动机，微型电动机也称为分马力电动机。 5.按功能分类：驱动、控制电动机。 6.按用电类型分：直流、交流电动机。 7.按转速与频率的关系分：异步、同步电动机。 8.按电源相数分：单相、三相电动机。 9.按安装结构型式分：卧式、立式、带底脚、带凸缘等。 10.按绝缘等级分：E级、B级、F级H级。 图1 三相异步电动机的外形图 a）开启式（IP11）b）防护式（IP22）c）封闭式（IP44）d）绕线转子式 常用的三相异步电动机的名称、型号、适用范围见表1。 表1 常用的三相异步电动机的名称、型号、适用范围
异步电动机的结构 三相异步电动机均由定子和转子两大部分组成，定子和转子之间的气隙一般为0.25～2mm。三相笼型异步电动机的组成如图2所示。 图2 1、定子 电动机的静止部分称为定子，主要有定子铁心、定子绕组和机座等部件。 （1）定子铁心 定子铁心是电动机磁路的一部分并放置定子绕组。为了减小定子铁心中的损耗，铁心一般用厚0.35～0.5mm、表面有绝缘层的硅钢片冲片而成。在铁心片的内圆冲有均匀分布的槽，以嵌放定子绕组，如图3a所示。槽有开口型、半开口型、半闭口型三种，如图4所示。半闭口型一般用于小型电动机，优点是电动机的效率和功率因数较高，缺点是绕组嵌线和绝缘都较困难；半开口型槽可以嵌放成形绕组，多用于大、中型电动机；开口型槽可以嵌放已经过绝缘处理的绕组，用于高压电动机。 图3 定、转子冲片 a）定子冲片 b）转子冲片 图4 定子铁芯槽型 （2）定子绕组 定子绕组的作用是通入三相对称交流电，产生旋转磁场。小型异步电动机定子绕组通常用高强度漆包线绕制成线圈后再嵌放在定子铁心槽内，大中型电机则用经过绝缘处理后的铜条嵌放在定子铁心槽内。为了保证绕组正常工作，绕组对铁心、绕组间和绕组匝间必须可靠绝缘。J02系列电机一般采用E级绝缘，Y系列一般采用B级绝缘。定子绕组在槽内嵌放完毕后，按规律接好线，把三相绕组的六个出线端引到电动机机座的接线盒内，可按需要将三相绕组接成星形接法或三角形接法，如图5所示。 图5 定子三相绕组的接线方法 a）绕组接法 b）出线盒接法 （3）机座 机座的作用是固定定子铁心，并以两个端盖支撑转子，同时保护整台电动机的电磁部分和散发电动机运行中产生的热量，所以封闭式电动机的机座外面有散热筋以增加散热面积。为了电动机搬运方便，电动机机座上装有吊攀。大型电动机机座一般用钢板焊成，中小型电动机机座大多用铸铁制成，小型电动机机座也可用铝铸造。 2、转子 转子是电动机的旋转部分，由转子铁心、转子绕组、转轴、风叶等组成。 （1）转子铁心 转子铁心也是电动机磁路一部分，一般用0.5mm厚相互绝缘的硅钢片冲制叠压而成，硅钢片外圆冲有均匀分布的槽，用来安置转子绕组，如图3b所示。转子铁心固定在转轴或转子支架上。为了改善电动机的启动及运行性能，笼型异步电动机转子铁心一般采用斜槽结构，如图6a 所示。 图6 笼型铸铝转子结构 a）铸铝转子绕组 b）铸铝转子 （2）转子绕组 转子绕组的作用是产生感生电动势和电流，并在旋转磁场的作用下产生电磁力矩而使转子转动。转子绕组根据结构不同分为笼型和绕线型两种。 1）笼型转子 笼型转子有单笼型、双龙型和深槽式结构。单龙型通常又分为两种结构形式，一种是把转子的导体、两端的短路环和风叶用铝液一次浇铸而成，如图6所示。另一种是在转子铁心的每一个槽内插入一根铜条，并在铁心两端各用一个铜环把每根铜条焊接起来，如图7所示。两种都似龙形状。在容量较大的异步电动机中，龙型转子可采用双龙型（上下两笼）或深槽式转子，利用交流的“趋肤效应”以提高电动机的启动转矩。 图7 笼型铜条转子结构 a）铜条转子绕组 b）铜条转子 2）绕线转子 绕线转子异步电动机的定子绕组结构与龙型异步电动机完全一样，两者的转子绕组却不同。绕线转子异步电动机的转子绕组是一个与定子绕组具有相同极数的三相对称绕组。转子绕组一般都接成星形，绕组的末端接在一起，绕组的首端分别接到转轴上的三个与转轴绝缘的滑环上，再通过安装在定子端盖上的电刷装置与外电路相连，如图8所示。有些绕线转子电动机上装有举刷装置，启动时转子绕组与外电路接通，启动完毕正常运行时，为了减少电刷与滑环间的磨损，扳动举刷装置到运转位置，将三相绕组的三个首端在滑环上短接，同时把三组电刷举起，不再与滑环接触。 1、慰问活动方案其他附件 （1）端盖 端盖装在机座的两侧，起支撑转子的作用，并保持定、转子之间同心度的要求。 寅虎年（2）轴承和轴承盖 轴承支撑转轴转动，一般采用滚动轴承以减小摩擦。轴承内注有润滑油脂，为防润滑油脂溢处加装内、外轴承盖。 3）风扇和风罩 转轴带动风叶一起旋转，冷却电动机。风罩保护风叶。 异步电动机的工作原理 一、转子感生电流的产生 以两极电动机为例说明感生电流的产生，如图10所示。它也是电动机的剖面图，转子上面的是转子线圈有效边的截面，转子线圈有效边也称为转子导体。假定旋转磁场以转速n1作顺时针旋转，而转子开始是静止的，故转子导体将被旋转磁场切割而产生感应电动势。感应电动势的方向用右手定则判定：由于运动是相对的，可以假定磁场不动而转子导体作逆时针旋转，又因转子导体两端被短路环短接，导体已构成闭合回路，导体中感生电流从上部流入，下部流出。 might的用法图10 三相异步电动机的转动原理 有感生电流的转子导体在旋转磁场中会受电磁力的作用，力的方向用左手定则判定，转子导体受到电磁力F的作用，形成一个顺时针方向的电磁转矩，驱动转子顺时针旋转，与定子的旋转磁场方向相同。 赚钱最快的方法二、旋转磁场的产生及条件 三相异步电动机要旋转起来的先决条件是具有一个旋转磁场，三相异步电动机的定子绕组就是用来产生旋转磁场的。 产生旋转磁场必须具备两个条件： （1）三相定子绕组必须对程，即每相定子绕组在定子铁心空间上互差120°电角度； （2）通入三相对称绕组的电流也必须对称，即每相电流大小相等、频率相同，相位上互差120°。 三、异步电动机的转速与转差率 异步电动机转子导体上的电流是感应产生的，所以异步电动机也可称为感应电动机。如果转子转速达到旋转磁场转速，则两者之间相对静止，转子转速和旋转磁场转速做到同步，因此旋转磁场转速也可称为同步转速。此时转子上导体无切割磁力线运动，转子导体不能感应电动势，当然也不可能有感生电流和电磁转矩。所以感应电动机的转速总是小于旋转磁场的转速（同步转速），故称为异步电动机。 通常将同步转速ns与转子转速n只差对同步转速ns之比成为转差率，用S表示如公式1、2所示 （1） （2） 转差率S是电动机的一个重要参数，在运动状态下0<S<1。再看三个特定的工作点： （1）电动机启动瞬间，n=0,S=1，转子切割相对速度最大，感应电动势、电流最大；反映在定子上，电动机的启动电流也很大，可达4～7倍的额定电流。千里送鹅毛歇后语 （2）电动机空载阻力很小，转速很高，n≈ns,S很小，一般在0.005左右，转子感生电动势、电流也很小；反映在定子上，电动机的空载电流也较小，一般约为0.3～0.5倍额定电流。 3）电动机在额定状态下运行，有额定转速SN, SN一般在0.01～0.07之间，通常为0.05左右。 例5-1 有一台异步电动机，额定转速为1440r/min，空载转差率为0.003。求该电动机的极数、同步转速、空载转速n0及额定负载时的转差率。解：同步转速为： 由于异步电动机的额定转速略小于同步转速，所以同步转速n1应为1500r/min，电动机为四极，即2p=4。则 r/min四、三相异步电动机的主要参数及相互关系 1、三相异步电动机主要参数 （1）电磁转矩 （2）额定功率 （3）转子每相绕组电流 （4）转子每相的功率因数 （5）效率 2、三相异步电动机功率平衡方程式 3、三相异步电动机的机械特性 五、三相异步电动机的启动、调速、反转和制动 1、三相异步电动机的启动 （1）直接启动：电动机容量在7.5Kw以下，满足 （2）降压启动：自耦变压器降压启动、星—三角降压启动、延边三角星降压启动、定子串电阻降压启动； （3）绕线转子电动机启动：转子串电阻启动和转子串频敏变阻器启动。 2、三相异步电动机的调速 由异步电动机转速公式知： （1）变极调速（只是用于笼型异步电动机） （2）变频调速 （3）变转差率调速（变阻调速：改变转子电路的外接电阻，适用于绕线式电动机；变压调速：改变定子绕组上的电压。） 3、三相异步电动机的反转——改变通入定子绕组中的三相交流电电源相序。 4、三相异步电动机的制动 （1）机械制动 1）电磁离合器 2）电磁抱闸（通电式和断电式） （2）电气制动 1）反接制动 2）能耗制动 3）电容制动 4）再生制动 五、电动机的运行于维护 1、电动机启动前应先检查是否有电，电压是否正常；各启动装置有无损坏，触头是否良好；各传动装置的连接是否牢固；电动机转子和负载的轴承的转动是否灵活。同时，移开电动机周围的杂物，并清除表面的灰尘、油垢等。 2、同一线路上的电动机不应同时启动，应从大到小逐一启动。避免启动电流大，电压降低而造成开关设备的跳闸。合闸时应先合控制开关，再合操作开关；断闸时，应先断操作开关，再断控制开关，切不可相反操作。更不允许指断操作开关，而不断控制开关。 3、接通电源后电动机不转，应立刻切断电源，切不能迟疑等待，更不能带电检查电动机故障，否则会烧坏电动机和发生危险。电动机运行时发生异常声响、异味，或出现过热、颤动、熔体经常熔断、导线连接处有火花等异常现象时，应立即拉闸，停电查找原因。 4、经常查看电动机温度、电流、电压等式否正常，随时了解电动机是否过热、过载等现象。5、经常查看电动机的传动装置是否正常，带和传动齿轮、联轴器是否跳动；轴承有无磨损，润滑情况是否良好。采用油环润滑时，轴承中的油环是否旋转，油环是否沾着油。 6、对于绕线转子异步电动机，还应检查滑环上有无火花。 电动机的铭牌和型号 电动机的机座上有一块铭牌，如图9所示，它简要标出了一些主要技术数据，供正确选用电动机之用。现分别说明如下： 图9 三相电动机的铭牌 根据图9标识的铭牌解释如下： 1、型号（Y-112M-4） Y为电动机的系列代号，112为基座至输出转轴的中心高度（mm），M为机座类别（L为长机座，M为中机座，S为短机座）4为磁极数。 旧的电机型号如J02-52-4：J为异步电动机，0为封闭式，2为设计序号，5为机座号，2为铁心长度序号，4为磁极数。 2、额定值 （1）额定功率（4.0Kw） 电动机在额定工作状态下，即额定电压、额定负载和规定冷却条件下运行时，转轴上输出的机械功率。 （2）额定电流（8.8A） 电动机在额定工作状况下运行时定子电路输入的线电流。 （3）额定电压（380V） 电动机正常运行时的电源线电压。 （4）额定转速（1440r/min） 电动机在额定状况下运行时的转速。 （5）额定频率（500Hz） 电动机使用的交流电源的频率。 3、绝缘等级 它与电动机绝缘材料所能承受的温度有关。A级绝缘为105℃，E级绝缘为120℃，B级绝缘为130℃，F级绝缘为155℃，H级绝缘为180℃。4、工作制 三相电动机的运转状态，即允许连续使用的时间，分连续、短时、周期断续 5、接法（△） 电动机定子三相绕组与交流电源的连接方法，小型电机（3kW以下）大多采用星形接法，大中型电机（4kW以上）采用三角形接法。 6、防护等级（IP44） 电动机外壳防护的形式，IP44属于封闭式。 7、噪声等级（82dB） 在规定安装条件下，电动机运行时噪声不得大于铭牌值。 例题1：已知一台Y-116M-2三相异步电动机的额定数据如下：额定功率15Kw，额定电压380伏，功率因数0.88，额定效率88.2%，定子绕组△形连接，求：该电动机的额定电流。 三相异步电动机的启动 三相异步电动机的启动：电动机从接入电源开始转动到正常运转的过程。 启动要求： 电动机有足够大的启动转矩； 较小的启动电流； 设备简单，价廉，操作、维护方便； 启动过程能耗小。 一、笼型异步电动机的直接启动： 1、直接启动（全压启动） 启动时电动机定子绕组所加电压为额定电压。 2、特点： （1）设备简单，启动时间短，启动方式简单、可靠，成本低； （2）启动电流大，启动转矩不大，对电网有一定冲击； 启动时转差=同步转速，转子中感生电流大，定子绕组也大；；。 启动电流大的不良后果：使电网电压产生波动，影响其他设备的正常工作；使电动机绕组发热，绝缘老化，寿命缩短。 3、适用条件： （1）容量在7.5KW以下的异步电动机； （2）启动瞬间电网电压降小于10%（不频繁启动电压降小于15%）； （3）满足下列经验公式： 式中：——公用变压器容量； ——电动机的额定功率； ——启动电流。 4、直接启动优点：启动设备简单，可靠成本低，启动时间短。 二、笼型异步电动机的降压启动 1、降压启动： 启动时定子绕组所加电压 < 凯迪拉克吉普; 启动完成时定子绕组所加电压 = 。 2、启动方法： （1）自耦变压器降压启动： 启动时定子绕组接自耦变压器副边；运行时定子绕组脱离自耦变压器，直接接电源。 启动电流降为直接启动的1/K2；启动转矩也降为直接启动的1/K2。 自耦变压器副边有2 ~ 3组抽头，抽头电压=80%、65%或80%、60%、40%，以适应不同大小的启动负载。 适用于定子绕组不论星型或三角形接法的电动机。 （2）Y——△降压启动： 启动时定子绕组——Y U相 = 220V 运行时定子绕组——△ U相 = 380V 启动电流为直接启动的1/3;启动转矩也降为直接启动的1/3； 只适用于正常运行为三角形接法的电动机在轻、空载场合启动。 （3）延边三角形降压启动： 启动时定子绕组——延边三角形 220<<380V； 运行时定子绕组——三角形 =380V 启动电流比Y——△要大，启动转矩也随之增大； 适用于定子绕组为特殊设计（有9个端头）的JO3系列的电动机。 （4）串电阻降压启动 启动时定子绕组串入启动电阻； 运行时将启动电阻切除； 特点：体积（电抗器）大，能耗大，已经很少使用。 三、绕线转子电动机的启动 1、转子绕组串电阻启动： 启动时转子绕组串入全部电阻；启动过程中，逐级切除电阻，启动完成，全部切除电阻 启动变阻器——小容量；接触器触头、凸轮控制触头——大容量 特点： （1）启动电流小，启动转矩大，适用于重载启动； （2）设备线路复杂，能耗大，启动级数少，不平稳。 适合电动机重载启动（起重机、卷扬机、龙门吊等）。 2、转子绕组串频敏变阻器启动： 1）频敏变阻器：其阻抗随转子电流频率的减小而减小 2）启动方法： 启动时转子绕组串频敏变阻器，启动过程中利用转子频率的变化来达到转子回路总电阻平滑下降的目的，启动完成时，转子绕组短接，将频敏变阻器切除。 特点： （1）设备线路简单，启动平滑； （2）功率因数小，故启动转矩不大； 适用于轻载启动设备。 | 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课后小结 （反思） | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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