[工学]电机与变压器教案3

[工学]电机与变压器教案3 目录 ?4-1 旋转磁场 ?4-2 三相异步电动机的工作原理及分类 ?4-3 三相异步电动机的结构 ?4--4 三相异步电动机的转矩与电压、功率的关系 ?4--5 三相异步电动机的机械特性 ?4---6异步电动机的启动 ?4--7异步电动机的调速 ?4——8 电磁调速异步电动机 ?4--9异步电动机的反转和制动 ?4--10异步电动机的使用、维护及一般试验 ?5—1 三相异步电动机绕组概述 ?5—2 三相单层绕组 ?5—3 三相双层绕组 ?6—1 单相异步电动机的工作原理及分类 ?6—2 单相电容,电阻,异步电动机 ?6—3 单相罩极式异步电动机 ?6—5 单相异步电动机的反转与调速 ?6—4 单相异步电动机的定子绕组 电动机选择与维护 《电机与变压器》教案首页 第 次课授课时间: 年 月 日 教案完成时间: 年 月 日 《电机与变 课程名称 MATCH_ word word文档格式规范word作业纸小票打印word模板word简历模板免费word简历 _1716240356912_1 专业、层次 中职 压器》 专业技术职 教员 学时 2 务 授课题目 ?4-1 旋转磁场 基本教材或《电机与变压器》中国劳动社会保障出版社、全国中等职业技术学校、参考书 电工类专业通用教材 教学目的与 理解旋转磁场原理 要求 教学重点与旋转磁场原理 难点 技能及知识 旋转磁场的转向、旋转磁场的转速等 点 教学方法 讲授 2 作业和课后 记 教学附页 教学环节 教学过程及主要内容 备注 3 教学环节 教学过程及主要内容 备注 ?4-1 旋转磁场 一(旋转磁场的产生 旋转磁场:极性和大小不变且以一定转速旋转的磁场。 旋转磁场的产生:对称三相绕组流过对称三相电流～产生圆形旋转磁通势和旋转磁场。 ,120三相对称绕组:三套数据相同～空间,沿定子内圆,互差电角度的绕组组成三相对称绕组～图4-1为最简单的三相对称绕组。 三相对称电流: ,1,瞬时 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 达式: ,,i,Icos,ti,Icos(,t,120)i,Icos(,t,240)BmCmAm ,2,电流变化曲线 ,图4-2, 旋转磁场:规定电流为正时～从首端出～分析几个特定瞬间: 1,(a),t,0;i,I;i,i,,IAmBCm2 1,(b),t,120;i,I;i,i,,IBmCAm2 1,(c),t,240;i,I;i,i,,ICmABm2 4 教学环节 教学过程及主要内容 备注 1,(d),t,360;i,I;i,i,,IAmBCm2 一、 旋转磁场的旋转方向 二、 旋转磁场的旋转速度 f601n,0rminp ,, 5 《电机与变压器》教案首页 第 次课授课时间: 年 月 日 教案完成时间: 年 月 日 《电机与变 课程名称 年级 专业、层次 中职 压器》 专业技术职 教员 学时 2 务 ?4-2 三相异步电动机的工作原理及分类 授课题目 基本教材或《电机与变压器》中国劳动社会保障出版社、全国中等职业技术学校、参考书 电工类专业通用教材 教学目的与 使学生掌握三相异电动机的工作原理及分类 要求 教学重点与三相异电动机的工作原理及分类 难点 三相异电动机的工作原理 技能及知识 三相异电动机的工作原理 点 教学方法 讲授 作业和课后 记 6 教学附页 教学环节 教学过程及主要内容 备注 ?4-2 三相异步电动机的工作原理及分类 一、 三相异步电动机的转动原理 1( 转子感生电流的产生 2( 转子电磁力矩的产生 二、 异步电动机的转速与转差率 nn0一般情况下～转子的转速总是略低于同步转速“异步”之 ，，n,n0名由此而来～转差是异步电机运行的必要条件～将转差与同步转速之比的百分值称为转差率S: n,n0s,n0 转差率是异步电机的一个基本参量～不同的数值范围反映不同的运行状态。 0,n,n,0,s,1.0 电动机的运行状态 n,n,s,0.0 发电机运行状态 n,0,s，0. 电磁制动状态 三、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:笼型和绕线转子型～其中笼型使用得较广泛。 (2)按防护形式分类:开启式(1P11)、防护式(1P22、IP23)、封闭式(1P44)等。 (3)按使用环境分类:船用、化工用、高原用、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。 7 《电机与变压器》教案首页 第 次课授课时间: 年 月 日 教案完成时间: 年 月 日 《电机与变 课程名称 年级 专业、层次 中职 压器》 专业技术职 教员 学时 2 务 ?4-3 三相异步电动机的结构 授课题目 基本教材或《电机与变压器》中国劳动社会保障出版社、全国中等职业技术学校、参考书 电工类专业通用教材 教学目的与通过教学使学生掌握三相异步电动机的结构 要求 教学重点与三相异步电动机的结构 难点 三相异步电动机的结构 技能及知识三相异步电动机的结构 点 教学方法 讲授 作业和课后 记 8 教学附页 教学环节 教学过程及主要内容 备注 ?4-3 三相异步电动机的结构 三相异步电机的结构～由定子和转子组成。 一、定子 定子铁芯:导磁和嵌放定子三相绕组,0.5mm硅钢片冲制涂漆叠压而成,内圆均匀开槽,槽形有半闭口 ,半开口和开口槽三种, 适用于不同的电机 定子绕组: 电路 ,绝缘导线绕制线圈,由若干线圈按一定规律连接成三相对称绕组, 交流电机的定子绕组称为电枢绕组 机座: 支撑和固定作用, 铸铁或钢板焊接 二、转子 转子铁芯: 导磁和嵌放转子绕组, 0.5mm硅钢片, 外圆开槽 转子绕组: 分为笼型和绕线型两种 笼型绕组: 电路 ,铸铝或铜条, 优缺点 绕线型绕组: 对称三相绕组, 星接, 集电环,优缺点 气隙: 气隙大小的影响, 中小型电机的气隙为0.2~2mm 三、 其他附件 四、 铭牌数据,额定数据, P,KWn1. 额定功率 。 额定运行时输出的机械功率 U,VN2. 额定电压 I,AN3. 额定电流 f,HNZ4. 额定频率 n,rminN5. 额定转速 铭牌上还应标示定子绕组接法、绝缘等级,允许温升,、绕线型异步电动机还应标示转子额定电动势及额定电流。 9 《电机与变压器》教案首页 第 次课授课时间: 年 月 日 教案完成时间: 年 月 日 《电机与变 课程名称 年级 专业、层次 中职 压器》 专业技术职 教员 学时 2 务 ?4--4 三相异步电动机的转矩与电压、功率的关系 授课题目 基本教材或《电机与变压器》中国劳动社会保障出版社、全国中等职业技术学校、参考书 电工类专业通用教材 通过教学使学生掌握三相异步电动机的转矩与电压、功率的关系 教学目的与 要求 三相异步电动机的转矩与电压、功率的关系 教学重点与 三相异步电动机的转矩与电压、功率的关系 难点 三相异步电动机的转矩与电压、功率的关系 技能及知识 点 教学方法 讲授 作业和课后 记 10 教学附页 教学环节 教学过程及主要内容 备注 ?4--4 三相异步电动机的转矩与电压、功率的关系 三相异步电动机又称为感应电动机～其工作原理与变压器有相似之处～可以把电动机的定子当成变压器的一次侧～两者的一次侧电路各电量关系基本相同,转子当成变压器的二次侧～不过异步电动机的转子是转动的～相对来说～二次侧的电路分析和计算较为复杂。由于电动机三相对称～分析其中一相就可以知道整个电动机的电路关系。 一、定子电路 在电动机三相定子绕组通人三相交流电后～即产生旋转磁场～磁场转速为ns=60f1/p～ 而定子绕组固定不动～所以定子绕组本身会产生频率为弄的感应电动势～大小为: ,4.44fNk,,,,w,, E (4--4) ,,式中 E——定子绕组感应电动势有效值～V, K——定子绕组的绕组系数～X1<1～约为0(9, N——定子每相绕组的匝数, F1——定子绕组感应电动势频率～等于所加电源频率, Φ——每极旋转磁通最大值～Wb。 式(4--4)与前面变压器中的感应电动势公式相比～多了一个绕组系数臵1～这是因为三相异步电动机的定子绕组嵌放于定子铁心各槽内～是个分布绕组～各槽导体相位不一样～合成电动势要乘以绕组系数Xl。在图4--17中～定子绕组电阻rl和漏电抗Xsj上的电压比较小。 二、转子电路 1(转子绕组的感应电动势和频率 旋转磁场转速n与转子旋转速度n之间的速度差决定了转子中感 11 教学环节 教学过程及主要内容 备注 应电动势频率F2 2(转子绕组的阻抗 3(转子电流和功率因数 三、异步电动机的转矩与电压的关系 四、异步电动机的转矩与功率 1(转矩与功率的关系 2(额定转矩 五、异步电动机的效率 (1)定子和转子绕组上的铜耗?Po,～它与流过定、转子绕组电流的平方成?比～因此与负载大小有关, (2)铁心中的磁滞、涡流损耗～统称为铁损耗?Pfe～它与定子上所加电压的平方成面正比 (3)电动机的机械摩擦、风阻力等～统称为机械损耗?Pa～它与电动机转速的平方成正比。 12 《电机与变压器》教案首页 第 次课授课时间: 年 月 日 教案完成时间: 年 月 日 《电机与变 课程名称 年级 专业、层次 中职 压器》 专业技术职 教员 学时 2 务 ?4--5 三相异步电动机的机械特性 授课题目 基本教材或《电机与变压器》中国劳动社会保障出版社、全国中等职业技术学校、参考书 电工类专业通用教材 掌握三相异步电动机的机械特性 教学目的与 要求 三相异步电动机的机械特性 教学重点与 三相异步电动机的机械特性 难点 三相异步电动机的机械特性 技能及知识 点 教学方法 讲授 作业和课后 记 13 教学附页 教学环节 教学过程及主要内容 备注 ?4--5 三相异步电动机的机械特性 1( 机械特性曲线上的特殊点 2( 稳定工作区与非稳定工作区 通过上述对异步电动机机械特性的分析～可以得出以下结论: 1)在稳定运行区内～负载变化时电动机转速变化很小～属于 硬机械特性, 2)异步电动机有较大过载能力, 3)电源电压发生变化时～电动机转矩变化较大～转速略有变 化～电压过低容易损坏电 动机, 4)除风机型负载外～一般负载不能在非稳定运行区工作。 14 《电机与变压器》教案首页 第 次课授课时间: 年 月 日 教案完成时间: 年 月 日 《电机与变 课程名称 年级 专业、层次 中职 压器》 专业技术职 教员 学时 2 务 授课题目 ?4---6异步电动机的启动 基本教材或《电机与变压器》中国劳动社会保障出版社、全国中等职业技术学校、参考书 电工类专业通用教材 教学目的与 掌握异步电动机的启动 要求 教学重点与异步电动机的启动 难点 技能及知识 异步电动机的启动 点 教学方法 讲授 作业和课后 记 15 教学附页 教学环节 教学过程及主要内容 备注 ?4---6异步电动机的启动 电动机要经常启动与停机。因此～对启动提出下列要求: (1)电动机应有足够大的启动转矩～以使启动时间尽量短, (2)保证足够的启动转矩前提下, 启动电流尽可能小, (3)转速尽可能平滑上升～减少对电动机及负载的冲击, (4)启动设备尽量简单、经济、可靠、维护方便。 从?4--5分析知道～电动机启动时转子电流很大～反映到电动机的定子侧～使电动机 的启动电流大大超过额定电流～一般为额定电流的4—7倍。如果是小型电动机～例如 2(2kW电动机的额定工作电流为4(7A～启动电流以6倍计为28(2A～对电网的影响可承受。如果是大型电动机～例如75kW电动机的额定电流为140A～启动电流以6倍840A。大启动电流将引起两种情况～一是大启动电流在线路上产生很大的电压降～影响同一线路上其他负载的正常工作～严重时还可能使本电动机的启动转矩太小而不启动。二是经常需要启动的电动机～往往造成绕组发热～绝缘老化～从而缩短电动机的使用寿命。 为了避免大启动电流对电机、电网的不良影响～要采取适当的启动方法来降低启动电流～满足上述条件。 一、笼型异步电动机的直接启动 电动机直接启动又称为全压启动～启动时加在电动机定子绕组上的电压为额定电压～一台电动机只需满足下述三个条件中的一个～即能直接启动: ,1,容量在7(5kW以下的三相异步电动机。 (2)电动机在启动瞬间造成电网电压波动小于10,的～对于不经常启动的电动机可放宽到15,,如有专用变压器～其容量 电机变压器S?5P～电动机允许直接频繁启动。 (3)满足下列经验公式的: 16 教学环节 教学过程及主要内容 备注 ISSTT3 I4PNN4 ,+ T试中 S——公用变压器容量～kVA, NP——电动机的额定功率～kW IST IN——电动机启动电流和额定电流之比 二、笼型异步电动机的降压启动 1(自耦变压器降压启动 2(Y—?降压启动 3. 延边三角形启动 4. 定子串电阻启动 三、绕线转子电动机的启动 1(转子串接电阻启动 2(转子串接频敏变阻器启动 17 《电机与变压器》教案首页 第 次课授课时间: 年 月 日 教案完成时间: 年 月 日 《电机与变 课程名称 年级 专业、层次 中职 压器》 专业技术职 教员 学时 2 务 ?4--7异步电动机的调速 授课题目 基本教材或《电机与变压器》中国劳动社会保障出版社、全国中等职业技术学校、参考书 电工类专业通用教材 教学目的与 掌握异步电动机的调速 要求 教学重点与异步电动机的调速 难点 技能及知识 异步电动机的调速 点 教学方法 讲授 作业和课后 记 18 教学附页 教学环节 教学过程及主要内容 备注 ?4--7异步电动机的调速 在实际应用中～往往要改变异步电动机的转速～即调速。从异步电动机转速公式: f601 NP n=n(1-S)=(1-S) 可以看出～异步电动机调速有三种方法: (1)改变定子绕组磁极对数P——变极调速, (2)改变电动机的转差率S——转子串联电阻～或改变定子绕组上的电压, f1(3)改变供给电动机电源的频率——变频调速。 一、变极调速 变极调速原理将在?5--4中详细介绍。通过对定子绕组引出线的不同连接～得到相应对数。变极调速只用于笼型异步电动机～因为定子变极时～笼型转子也能作相应的变 绕线转子电动机的转子绕组极数是固定不变的～所以不能进行变极调速。 变极调速的优点是所需设备简单,缺点是电动机绕组引出头多～调速只能有级调节～级。变极调速通常不单独用～往往与机械调速配套使用～以达到相互补充～扩大调速范围。 二、改变转差率调速 变阻调速是通过改变电动机转子电路的外接电阻实现的～因此只适用于绕线转子电动机速。电源电压保持不变～电动机的最大转矩了。不变～改变转子电路的外接电阻～则产大转矩时的转速(或Sm12)也随之变化。对应一负载转矩～就有不同的转速n、n、3n。这种调速方法简单方便～但机械特性曲线较而且外接电阻越大曲线越软～致使如果负载有较小的变化～便会引起很大的转速波动。在转子电路上的串接电阻要消耗功率～使电动机效率较低。变阻调速主要应用于起重、机械的调速。 19 教学环节 教学过程及主要内容 备注 变阻调速原理与转子串联电阻启动是一样的～但应该注意到启动用的转子外接串联电阻往往较小～不能用于调速,而调速用的外接串联电阻功率较大～可以用作启动。 2(变压调速 变压调速是改变电动机定子绕组上 的电压～由于转矩与电压平方成正 比～对于不同的定压～可以得到一 组不同的机械特性曲线～如图4--30 所示。对于恒转矩负载～可得到不 312稳定转速n、n、n～可见恒转矩 负载的调速变化很小～实用价值不 大。但是风机型的负载转矩与转速的平方成正比～随转速的上升～其负载转矩急剧增大～可得A、B、C工作点～调速效果显著。 为了在恒转矩负载下扩大变压调速范围～应采用高转子电阻笼型电动机～该电动机对应于不同电压的机械特性曲线。恒转矩负载可获得～三个工作点～可见速度调节作用明显增加～但机械特性曲线很软～为此常采用带转速负反馈的控制系统来解决速度的稳定性问题。 三、变频调速 变频调速是改变电动机电源的频率～应用最广的是恒磁通调速～或称为恒转矩调速～转速往额定转速以下调节。 异步电动机的变频调速有三种方式: (1)恒磁通控制。 (2)恒电流控制(过载能力丸不变) 机械特性曲线与恒磁通控制的机械特性曲线相似～只是过载能力小～用于负载容量小且变化不大的场合。 (3)恒功率控制 如果电动机的调速要高于额定转速～而电源电压又不能提高～此时电动机应为恒功率调速。 变频调速具有质量轻、体积小、惯性小、效率高等优点～价格也 20 教学环节 教学过程及主要内容 备注 在逐步下降。随着计算技术的发展～采用矢量控制技术～异步电 动机调速的机械特性曲线可以做的象直流电动机一样硬～是目前 交流调速的发展方向。 21 《电机与变压器》教案首页 第 次课授课时间: 年 月 日 教案完成时间: 年 月 日 《电机与变 课程名称 年级 专业、层次 中职 压器》 专业技术职 教员 学时 2 务 授课题目 ?4——8 电磁调速异步电动机 基本教材或《电机与变压器》中国劳动社会保障出版社、全国中等职业技术学校、参考书 电工类专业通用教材 教学目的与 掌握电磁调速异步电动机原理 要求 教学重点与 掌握电磁调速异步电动机原理 难点 技能及知识 掌握电磁调速异步电动机原理 点 教学方法 讲授 作业和课后 记 22 教学附页 教学环节 教学过程及主要内容 备注 ?4——8 电磁调速异步电动机 电磁调速异步电动机又称为滑差电动机～其特点是在异步电动机轴上装有一个电磁转差离合器～控制电磁转差离合器励磁绕组中的电流～就可调节离合器的输出转速。它有组合式(国产型号JZTZ)和整体式(国产型号JZTT)两大类。整个滑差电动机系统由异步电动机、转差离合器和控制装臵三部分组成～这里重点介绍转差离合器的结构、原理和特点。 一、 转差离合器的结构 转差离合器由主动部分和从动部分组成。 1(主动部分 转差离合器的主动部分是电枢(外转子)～它与异步电动机的转轴硬连接并一起旋转。电枢用铁磁性 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 做成～形状是圆筒形～有实心钢体和铝合金杯型等结构。驱动动力既可以是绕线转子异步电动机也可以是笼型异步电动机～笼型异步电动机既可以是单速的也可以是多速的。 2(从动部分 转差离合器的从动部分由励磁绕组、磁极、滑环和输出轴等组成。磁极(内转子)结构上有凸极式、爪式、感应式三种形式。 二、 转差离合器的工作原理 以结构较简单的由爪形磁极、圆筒形钢体电枢组成的转差离合器为例 说明 关于失联党员情况说明岗位说明总经理岗位说明书会计岗位说明书行政主管岗位说明书 。 三、 转差离合器的特点 23 《电机与变压器》教案首页 第 次课授课时间: 年 月 日 教案完成时间: 年 月 日 《电机与变05中职综合 课程名称 年级 专业、层次 中职 压器》 机电,5, 机电技术应 专业技术职 教员 用教研室曾讲师 学时 2 务 晓春 ?4--9异步电动机的反转和制动 授课题目 基本教材或《电机与变压器》中国劳动社会保障出版社、全国中等职业技术学校、 参考书 电工类专业通用教材 掌握异步电动机的反转和制动 教学目的与 要求 异步电动机的反转和制动 教学重点与 难点 异步电动机的反转和制动 技能及知识 点 教学方法 讲授 作业和课后 记 24 教学附页 教学环节 教学过程及主要内容 备注 一、三相异步电动机的反转 电动机的转向取决于旋转磁场方向～而改变旋转磁场的方向～只要改变接人定子绕组的三相交流电电源相序,即电动机任意两相绕组与交流电源接线互相对调。图 二、三相异步电动机的制动 电动机与电源断开之后～由于转子有惯性～要经过一段时间后才停车。为了使电动机迅速准确地停转～必须对电动机实行制动～通常采用的制动方法有机械制动和电气制动～电气制动又分反接制动、能耗制动和再生制动。 1(机械制动 机械制动是利用机械装臵使电动机在电源切断以后迅速停转的方法。常用的机械制动有电磁离合器和电磁抱闸～这里详细介绍电磁抱闸装臵。 它的构成主要有两大部分:电磁铁和闸瓦制动器。电磁铁又有单相电磁铁和三相电磁铁之分～它主要由电磁线圈和铁心组成,闸瓦制动器包括弹簧、闸轮、杠杆、闸瓦和轴等～闸轮与电动机转轴是刚性固定式连接。 电动机通电启动时～同时给电磁抱闸的电磁铁线圈通电～电磁铁的动铁心被吸引与静铁心合拢～同时克服弹簧拉力～迫使杠杆向外张开～闸瓦与闸轮松开～闸轮可自由转动～电动机就正常运转。当切断电动机电源时～电磁铁的线圈电源也同时被切断～动铁心与静铁心无吸引力～在弹簧的作用下～闸瓦把闸轮紧紧抱住～电动机迅速停止转动。由于电动机和电磁铁共用一个电源和控制线路～同时通、断电～因此只要电动机不通电～闸瓦总是把闸轮紧紧抱住～电动机总是被制动。为此～电磁线圈连接必须可靠～不能再装接熔断器。 25 教学环节 教学过程及主要内容 备注 电磁抱闸制动装臵广泛应用于 起重机械上。上吊重物时～电磁铁 和电动机同时通电～闸瓦松开～电 动机能自由转动,停车或停电时～ 闸瓦立即把闸轮抱住～电动机迅速 制动～重物仅不会因断电而下落～ 而且能准确地停留在某一位臵上～ 杜绝了因突然停电而发生的事故。 对具有位能性质的负载～它是必不 可少的安全装臵。 机械制动虽然可靠～但容易磨损～应定期检查。 2(电气制动 (1)反接制动 反接制动是改变正在转动的电动机定子绕组中任意两相与电源接线的相序～使旋转磁场转向与原来相反～从而使转子受到反力矩作用～转速很快下降到零。当电动机转速接近零时～立即切断电源～以免电动机反转。 反接制动的优点是停车迅速～设备简易,缺点是对电动机及负载冲击大。一般只用于小型电动机～且不经常停车制动的场合。 (2)能耗制动 这种制动方法是利用转子惯性转动切割磁通而产生制动转矩～把转子的动能消耗在转子回路的电阻上～所以称为能耗制动。它的优点是制动力较强～能耗少～制动较平稳～对电网及机械设备冲击小,但在低速时制动力矩也随之减小～不易制停～需要直流电源。直流电源可以用二极管整流供给。 (3)再生制动(发电制动) 由于外力的作用 (一般指势能负荷～如起重机在下放重物时)～电动机 的转速n超过同步转速n。～电动机处于发电状态～定 子电流方向反了～电动机转子导体的受力方向也反了～ 驱动力矩变为制动力矩～即电动机是将机械能转化为 26 教学环节 教学过程及主要内容 备注 电能～向电网反送电～故称为再生制动(发电制动)。再生制动应 用范围很窄～只有n>n～ s 时才能实现。它常用于起重机、电力机车和多速电动机中。这种 制动的特点不是把转速下降到零～而是使转速受到限制～不需要 任何设备装臵～还能向电网送电～经济性较好。 27 《电机与变压器》教案首页 第 次课授课时间: 年 月 日 教案完成时间: 年 月 日 《电机与变 课程名称 年级 专业、层次 中职 压器》 专业技术职 教员 学时 2 务 ?4--10异步电动机的使用、维护及一般试验 授课题目 基本教材或《电机与变压器》中国劳动社会保障出版社、全国中等职业技术学校、参考书 电工类专业通用教材 教学目的与 掌握异步电动机的使用、维护及一般试验 要求 教学重点与 异步电动机的使用、维护及一般试验 难点 技能及知识 异步电动机的使用、维护及一般试验 点 教学方法 讲授 作业和课后 记 28 教学附页 教学环节 教学过程及主要内容 备注 ?4--10异步电动机的使用、维护及一般试验 一、三相异步电动机使用前的检查 对新安装或久未运行的电动机～在通电使用前必须先作检查～检查内容有以下几项: (1)看电动机是否清洁～开启式电动机还要注意内部有无灰尘或耻物等～一般可用0(2MPa(2个大气压)的干燥压缩空气吹净,如无压缩空气～也可用手风箱(通称皮老虎)吹～或用于布抹去灰尘。不应用湿布或沾有汽油、煤油、机油的布去抹灰尘。 (2)拆去电动机所有外部连接线～用兆欧表测量各相绕组相间及对机壳之间的绝缘电阻。对于额定电压是380(V的电动机～用500V的兆欧表测量～绝缘电阻在0(5MΩ以上才可使用,新绕制电动机的绝缘电阻通常都在5MΩ以上。 (3)对于绕线转于电动机～要检查电刷与滑环的接触是否良好(接触面不少于电刷全面积的3,4)～电刷压力是否适当(14(7~24(5kPa～约为150—250g,cm2)～转子电路相间绝缘及对机壳绝缘是否良好～提刷装臵手柄是否在启动位臵。 (4)对照电动机铭牌参数～检查定子绕组连接是否正确(Y形连接或?形连接)～电源的电压是否与电动机铭牌值相符。 (5)检查电动机接地或接零装臵是否良好。 (6)用手扳动电动机转子和传动装臵～检查是否有被卡和相互摩擦的地方～轴承的润滑 (7)电动机通风系统完好无堵塞～所有紧固件完好不松动。 二、异步电动机启动中的注意事项 (1)电动机通电运行时必须提醒在场人员注意～防止旋转物切向飞出～伤及人员及设备 (2)接通电源之前就应作好切断电源的准备～当电动机出现不能启动、启动缓慢、辑烈振动、电刷火花大、声音异常时立刻切断电源。 (3)笼型电动机采用全压启动时启动次数不宜过于频繁。绕 29 教学环节 教学过程及主要内容 备注 线转子电动机在接通电源前～应检查启动器的操作手柄是不是已经在“零位”～若不是则应先臵于“零”位～接通电源后再逐渐转动手柄～随着电动机转速的提高而逐渐切除启动电阻。 三、三相异步电动机运行中的监视与维护 1(对电动机的监视 电动机在运行时～要通过听、看、闻、摸等手段随时监视电动机: (1)听——电动机在运行时发出的声音是否正常。电动机正常运行时～发出的声音是平稳、轻快、均匀的。如出现尖叫、沉闷、摩擦、撞击、振动等声音时～应当即停车检查。 (2)看——电动机的振动情况～传动装臵传动应流畅。对绕线转子电动机要经常注意电刷和滑环之间的火花是否过大～如果出现较密的舌状火花～应停车检修。 (3)闻——电动机运行时发出焦臭味～说明电动机温度过高～应停机检查原因。 (4)摸——电动机停机以后～可触摸机座～如很烫手～说明电动机过热。 2(对电动机的维护 平时还要对电动机进行定期维护: (1)保持电动机清洁～定期清扫～检查接线端连接是否可靠～更换轴承润滑油脂。对容易受到水滴、油污及杂物落到的电动机～要加做电动机机罩。 (2)定期测量电动机绝缘～特别是电动机受潮时～如发现电动机绝缘电阻过低～要及时进行干燥处理～再检测合格以后才能运行。 (3)定期检查控制电路的刀闸小～主触点是否磨损、接触不良。 (4)对绕线转子电动机要经常注意电刷和滑环之间的火花～如火花过大～要及时做好清洁工作～甚至更换电刷。 四、防止电动机电源缺相运行 30 教学环节 教学过程及主要内容 备注 电源缺相的三相电动机不会启动旋转～因为没有启动转矩,运行中的电动机如突然缺少一相电源仍会继续旋转～不容易察觉～但电动机运行发出的声音异常。由两相绕组来承担原来的三相负荷～这两相绕组流过较大的电流～时间稍长会发热损坏～所以一旦发现～应当即停车检查。为了防止电动机缺相运行～控制电路中可接人带断相保护的热继电器进行保护。 五、三相异步电动机的一般试验 异步电动机的试验分形式试验和检查试验。形式试验是对个别产品(主要指新型号产品)进行全面试验～测试项目很多,检查试验是检查制造出厂的所有成品和大修后的电动机质量～检查试验项目有以下几项。 1(绝缘电阻的测定 测量各相绕组之间及各相绕组对机壳之间的绝缘电阻～它可判别绕组绝缘是否严重受潮或有严重缺陷～测量方法通常用手摇式兆欧表。 2(绕组直流电阻的测定 电动机绕组的直流电阻测量一般用直流电桥～每相绕组的直流电阻值与其三相平均值的最大相对误差应小于土5,。如果电阻值相差过大～则表示绕组中有短路、断路～绕组匝数有较大误差或接头接触不良的故障。 3(转子开路电压的测定 转子开路电压测定是只对绕线转子异步电动机进行的。测定时转子静止固定不动～转子绕组开路～在定子绕组上加额定电压～在转子滑环间测量各线间电压。此时电动机的工作情况与变压器的空载运行相仿～测得的转子开路电压不应超过铭牌规定数值的土5,～转子三相绕组间的线电压与其平均值之间的误差不大于土2,。如果其中有+相电压过低～则表示转子上该相绕组有短路或接线错误等故障。 4(空载试验 空载试验是电动机检查试验的重要内容之一～通过电动机空载试 31 教学环节 教学过程及主要内容 备注 验～可以检查电动机启动性能、空载电流和空载损耗、电动机的振动和噪声情况、轴承运转情况、电动机的装配质量～等等。 (1)三相空载电流平衡 (2)空载电流值符合要求 (3)空载损耗符合要求 5(超速实验 超速试验的目的主要是测试绕线转子及大容量高转速笼型异步电动机的机械强度和装配质量。让电动机在热态情况下以1(2倍的额定转速连续空载运转2min～然后仔细查看有无摩擦、甩漆、脱焊等情况。中小型笼型异步电动机结构简单、牢固～一般不需做超速试验。 6(匝间绝缘试验 匝间绝缘试验的目的是检查定、转子绕组匝间绝缘的介电强度。试验时把电源电压提高到1(3U～让电动机空转3min～电N 动机不应发生匝间短路。一般性的检查试验本项目也可不做。 7(短路实验 常有两种堵转试验方法～一种为定电流测量法,另一种为定电压测量法。 8. 耐压实验 电动机定子绕组相与相之间及每相与机壳之间经过绝缘处理以后～应能承受一定的电压而不被击穿。绕线转子异步电动机还包含转子绕组相与相及相与机壳之间的耐压。耐压试验在耐压试验机上进行～试验电压是工频交流电～额定功率1kW以下的电动机试验电压值为2Un+500。额定电压380V的电动机～功率在1~3kW的试验电压值为1 500V,额定功率3kW以上的试验电压值为1 760V。试验时～电压一般从1,3左右试验电压值开始慢慢调高至最高值～并保持1min～再逐渐减小到零～以不发生击穿或闪弧为合格。试验时必须注意人身安全～试验结束～被试件必须放电后才能触及。 32 《电机与变压器》教案首页 第 次课授课时间: 年 月 日 教案完成时间: 年 月 日 《电机与变 课程名称 年级 专业、层次 中职 压器》 专业技术职 教员 学时 2 务 ?5—1 三相异步电动机绕组概述 授课题目 基本教材或《电机与变压器》中国劳动社会保障出版社、全国中等职业技术学校、参考书 电工类专业通用教材 教学目的与 掌握三相异步电动机绕组的基本概念及有关术语 要求 教学重点与 三相异步电动机绕组的基本概念及有关术语 难点 技能及知识 三相异步电动机绕组的基本概念及有关术语 点 教学方法 讲授 作业和课后 记 33 教学附页 教学环节 教学过程及主要内容 备注 三相异步电动机定子绕组通人三相交流电时～会产生旋转磁场～ 这就要求必须按照一定的规律把三相绕组嵌放在定子铁心槽内～并有序地连接起来。三相绕组必须满足的基本要求是: ( l ,绕组的结构要对称～空间上彼此相差120电角度～各相阻抗要相等, ( 2 ,绕组结构要力求使磁动势、电动势波形接近正弦波～尽量减少谐波及其产生的损耗, ( 3 ,要有可靠的绝缘性能、机械性能～工艺性能好～省铜～散热好～维修方便。二相绕组一般采用分布绕组的形式～即一个线圈组均匀分布在一个相带里～而不像集中级组都嵌在同一个槽内。根据绕组结构上的区别可分为单层、双层或单双层混合绕组,按每饭每相所占槽数分～可分为整数槽或分数槽绕组,按绕组的连接来分～单层绕组又可分为健绕组、同心绕组、交叉绕组～双层绕组又可分为叠绕组和波绕组。 在具体介绍各种绕组结构前～先介绍有关的基本知识。 一、绕组的基本术语 l 线圈、线圈组、绕组 线圈是用相应绝缘等级的绝缘导线按一定形状、尺寸在绕线模上绕制而成的～可由一匝或多匝组成。在第四章中～已阐述了由三个线圈组成的最简单电动机旋转磁场产生的原理～实际上电动机的线圈数比三个线圈要多得多。多个线圈按一定规则连接成一组就称为线圈组,(一般一个相带为一组,～线圈组按照一定规律连接在一起组成某相绕组。三相电动机有三个绕组～常称为三相绕组。 为了作图方便～常把线圈画成近似菱形～如图5 一1 所示。图中直线部分嵌人铁心槽内～进行电磁能量转换～称为有效边,伸出铁心槽外的部分～仅起连接作用～称为端部。在不影响电磁性能和工艺操作条件下～要尽量缩短线圈端部～节约导线～也减少 34 教学环节 教学过程及主要内容 备注 漏抗和其他损耗。 2 (极距:极距是指每一磁极所占圆周的距离,单位。m ) ～由于铁心内圆周表面均匀分布铁心槽～所以极距一般多用定子上的槽数来表示。即: Z,D1,, ,2P2p 3 (线圈节距y 一个线圈的两个有效边所跨定子圆周的距离称为节距～一般也用定子上的槽数来表如某线圈的一个有效边嵌放在第一槽～另一个有效边嵌放在第六槽～则其节距y = 6 --l 槽～节距少应接近 Z1y于极距:～即:而 当 ,,,y,,2P 时称为整距绕组～较常用, y,, :时称为短距绕组～可节省 5,导线～双层绕组常数以减少谐波损耗～改善电气性能。 y,6 y,, :时称为长距绕组～浪费导线～一般不用。 4 (机械角度和电角度 0一个圆周所对应的几何角度为350～该几何角度称为机械角度。从电磁观点来看～转子导体每经过一对定子磁极N 、S ～其感 0生电动势就完成一个交变周期～相位变化了360～因而一对磁极占有的是360电角度。若电机有p 对磁极～则相应的电角度为p 0x360。因此电角度二P× 机械角度 5 (每极每相槽数q 每一个极下每个相带所占的槽数～称为每极每相槽数～可用下式 35 教学环节 教学过程及主要内容 备注 Z1q,计算: 2pm 0通常情况下～三相异步电动机的绕组都采用60相带法分布～即 0每个磁极下可分为三个相带～一个磁极对应的电角度为180 ～ 00则每个相带占有的电角度为60所以称60相带～而每极每相槽 o 数就是指这60相带中有q 个槽。从第四章已知道一对磁极的电动机定子绕组排列顺序应如图5 一2 所示～实际在多对磁极的 00电动机定子绕组中～每对磁极都占有360电角度～根据60相带法～绕组的相带排列顺序也应如图5 一2 所示～即Ul 一W2 一Vl 一U2 一W1 一V2. 6 (极相组 把一个相带中的q 个绕组串连起来就成了极相组～或称为线圈组。极相组的概念很重要(因为在电动机的定子绕组实际制造中～一般把一相绕组分成若干个极相组,线圈组,绕好(再分组嵌线～最后再连接起来成为一个相绕组。 在画绕组的展开图时～也是把极相组为一个单元来画～最后把它们连接起来组成三相绕组 二、三相定子绕组的构成原则 0为了满足三相定子绕组对称并间隔120电角度等基本要求～其分布、排列和连接应按下列原则进行: l 、每相绕组在每对磁极下按相带顺序ul 一w2 一Vl 一U2 一wl 一v2均匀分布, 2 (展开图中每个相邻相带的电流参考方向相反, 3、 同相绕组中线圈之间应顺着电流参考方向连线, 4 为了省铜～线圈的节距应尽可能短。 36 《电机与变压器》教案首页 第 次课授课时间: 年 月 日 教案完成时间: 年 月 日 《电机与变 课程名称 年级 专业、层次 中职 压器》 专业技术职 教员 学时 2 务 ?5—2 三相单层绕组 授课题目 基本教材或《电机与变压器》中国劳动社会保障出版社、全国中等职业技术学校、参考书 电工类专业通用教材 教学目的与 学会三相异步电动机单层绕组的展开图的绘制～掌握绕组的组成。 要求 教学重点与 三相异步电动机单层绕组的展开图的绘制～掌握绕组的组成 难点 技能及知识 三相异步电动机单层绕组的展开图的绘制～掌握绕组的组成 点 教学方法 讲授 作业和课后 记 37 教学附页 教学环节 教学过程及主要内容 备注 5 一2 三相单层绕组 三相单层绕组的每个槽内只有一个线圈边～整个绕组的线圈数等于总槽数的一半。这种绕组嵌线方便～槽内没有层间绝缘～槽的利用率高。但由于单层绕组本质上是整距绕组～磁(势和电动势的波形稍差,谐波较大,～故铁损耗、噪声都较大～启动性能也不好～一般用于小容量的三相异步电动机。常用单层绕组有链绕组、同心绕组和交叉绕组等几种～绕组的结钩通常用展开图来表示～展开图一般按以下步骤画出: l、 计算每极每相槽数q , 02、按2P ,极数,划分极数～按q 槽划分相带,60相带法,, 3、按照Ul 一W2一Vl 一U2 一Wl 一V2 相序标明相带, 4 按相邻相带电流方向相反～画出所有槽内线圈有效边的参考电流方向, 5 、以极相组为单位～按绕组参考电流方向分别连接各相绕组～并标明出线端的首尾. 一、链绕组 链绕组由相同节距的线圈组成～其结构特点是线圈一环套一环～形如长链。举例说明妞下: 例5 一1 三相异步电动机Y 一90L 一4 型定子绕组为单层链式～定子槽数Z = 24 ～极数2P=4 ～请绘出绕组展开图。 1 解:(1)计算极距～每极每相槽数q : , ZZ242411,,,,6槽,q,,,2槽 2P42Pm4，3 ( 2 ,展开图上划分极、相带并画电流方向,图中画出24 根平行线段～表示的24 槽～并在每根平行线段上标明槽号。将24 槽 38 教学环节 教学过程及主要内容 备注 0分成4 个极～每个极下有6 个槽～ 槽～而每个极占有180 ,,6 0电角度～分属于三相～即为60相带,每极每相有2 个槽～槽占 0有30 电角度。按U1 、W2 、V1 、UZ 、Wl 、V2 相带排列～则各槽号所属磁极和相带。 ( 3 ,根据相带和电流方向连接线圈组及相绕组 ( 4 ,电源引线各相绕组的电源引出线端位臵没有严格的规定～ 0通常相隔120电角度～ 二、同心绕组 同心绕组的结构特点是各相绕组均由不同节距的同心线圈,大线圈套在小线圈外面,经适当连接而成～这种绕组的端部较长～常用于两极电动机中。 例5 一2 国产Y 一100L 一2 型异步电动机～定子槽数Z = 124 ～极数Zp = 2 。绕组为单层同心绕制。试绘出其绕组的展开图。 解:( l ,计算极距～每极每相槽数: Q24Q24 P,1Q,24m,3,,,,12q,,,42P22Pm2，3 三、交叉绕组 交叉绕组主要用于q 为奇数的小型三相异步电动机定子绕组中。 例5--3 三相异步电动机型号Y 一132s -- 4 ～定子槽数Z = 36 1 39 教学环节 教学过程及主要内容 备注 槽～极数Zp=4 ～采用单层交叉绕组～请绘出三相绕组展开图。 Q36 q,,,32Pm2，2，3 NSNS,,,,2726 2729313335251391175231713151921 17AX19 图4-9 单层交叉式绕组的A相展开图(2p=4,Q=36) 40 《电机与变压器》教案首页 第 次课授课时间: 年 月 日 教案完成时间: 年 月 日 《电机与变 课程名称 年级 专业、层次 中职 压器》 专业技术职 教员 学时 2 务 ?5—2 三相单层绕组 授课题目 基本教材或《电机与变压器》中国劳动社会保障出版社、全国中等职业技术学校、参考书 电工类专业通用教材 教学目的与 学会三相异步电动机单层绕组的展开图的绘制～掌握绕组的组成。 要求 教学重点与 三相异步电动机单层绕组的展开图的绘制～掌握绕组的组成 难点 技能及知识 三相异步电动机单层绕组的展开图的绘制～掌握绕组的组成 点 教学方法 讲授 作业和课后 记 41 教学附页 教学环节 教学过程及主要内容 备注 5 一2 三相单层绕组 三相单层绕组的每个槽内只有一个线圈边～整个绕组的线圈数等于总槽数的一半。这种绕组嵌线方便～槽内没有层间绝缘～槽的利用率高。但由于单层绕组本质上是整距绕组～磁(势和电动势的波形稍差,谐波较大,～故铁损耗、噪声都较大～启动性能也不好～一般用于小容量的三相异步电动机。常用单层绕组有链绕组、同心绕组和交叉绕组等几种～绕组的结钩通常用展开图来表示～展开图一般按以下步骤画出: l、 计算每极每相槽数q , 02、按2P ,极数,划分极数～按q 槽划分相带,60相带法,, 3、按照Ul 一W2一Vl 一U2 一Wl 一V2 相序标明相带, 4 按相邻相带电流方向相反～画出所有槽内线圈有效边的参考电流方向, 5 、以极相组为单位～按绕组参考电流方向分别连接各相绕组～并标明出线端的首尾. 一、链绕组 链绕组由相同节距的线圈组成～其结构特点是线圈一环套一环～形如长链。举例说明妞下: 例5 一1 三相异步电动机Y 一90L 一4 型定子绕组为单层链式～定子槽数Z = 24 ～极数2P=4 ～请绘出绕组展开图。 1 解:(1)计算极距～每极每相槽数q : , ZZ242411,,,,6槽,q,,,2槽 2P42Pm4，3 ( 2 ,展开图上划分极、相带并画电流方向,图中画出24 根平行线段～表示的24 槽～并在每根平行线段上标明槽号。将24 槽 42 教学环节 教学过程及主要内容 备注 0分成4 个极～每个极下有6 个槽～ 槽～而每个极占有180 ,,6 0电角度～分属于三相～即为60相带,每极每相有2 个槽～槽占 0有30 电角度。按U1 、W2 、V1 、UZ 、Wl 、V2 相带排列～则各槽号所属磁极和相带。 ( 3 ,根据相带和电流方向连接线圈组及相绕组 ( 4 ,电源引线各相绕组的电源引出线端位臵没有严格的规定～ 0通常相隔120电角度～ ,1,链式绕组 先画U相绕组。如图3.10所示～从同属于U相槽的2号槽开始～根据y=,-1=5～把2号槽的线圈边和7号槽的线圈边组成一个线圈～8号和13号～14号和19号～20号和1号～共组成4个线圈～把这些同一极相的2p=4个线圈串联成一个U1U2线圈组～构成U相绕组。各线圈之间的连线按同一相的相邻的线圈边电流应反相的原则～连成一路串联～其规律是线圈的“尾连尾～头连头”。我们称一相绕组为链式绕组。链式绕组为等距元件～而且每个线圈跨距小～端部短～可以省铜～还有q=2的两个线圈各朝两边翻～散热好。 对于三相绕组～仿上可以画出分别与U相相差120?的V相,从6号槽开始,相差240?的W相,从10号槽开始,的绕组展开图～从而得到三相对称绕组U1U2, V1V2, W1W2。然后根据铭牌要求～将线引至接线盒上连接成Y或D。 43 教学环节 教学过程及主要内容 备注 图 三相单层链式,2p=4 q=2,U相绕组展开图 二、同心绕组 同心绕组的结构特点是各相绕组均由不同节距的同心线圈,大线 圈套在小线圈外面,经适当连接而成～这种绕组的端部较长～常 用于两极电动机中。 例5 一2 国产Y 一100L 一2 型异步电动机～定子槽数Z = 1 24 ～极数Zp = 2 。绕组为单层同心绕制。试绘出其绕组的展 开图。 解:( l ,计算极距～每极每相槽数: 44 教学环节 教学过程及主要内容 备注 三相单层同心式绕组U相绕组展开图 三、交叉绕组 交叉绕组主要用于q 为奇数的小型三相异步电动机定子绕组 中。 例5--3 三相异步电动机型号Y 一132s -- 4 ～定子槽数Z = 36 1 槽～极数Zp=4 ～采用单层交叉绕组～请绘出三相绕组展开图。 Q36 q,,,32Pm2，2，3 其连接规律是把q=3的三个线圈分成y=,-1的两个大线圈和 y=,-2的一个小线圈各朝两面翻～因此一相绕组就按“两大一小” 顺序交错排列～故称之为交叉式绕组。端部连线较短～散热好～ 因此～p?2～q=3的单层绕组常用交叉式绕组。 45 教学环节 教学过程及主要内容 备注 图 三相单层交叉式绕组U相绕组展开图 单层绕组中～不论节距如何变化～从整个磁场来分析是属于整距绕组的。节距的变化～只是为了减短端部～不能改变磁场分布～这与双层绕组有很大区别。而且单层绕组的结构选定以后～往往连接成短距绕组～其节距实际上也不能任意选择。 三相绕组的制作过程分为线圈绕制、绕组嵌线、绕组接线、绕组整形捆扎、绕组浸漆和烘干等工艺～在此不做详细介绍。单层绕组的优点是每槽只有一个线圈边～嵌线方便～槽利用率高～而且链式或交叉式绕组的线圈端部也较短～可以省铜。但是从电磁观点来看～其等效节距仍然是整距的～不可能用绕组的短距来改善感应电动势及磁场的波形。因而其电磁性能较差～一般只能适用于中心高160mm以下的小型异步电动机。 46 《电机与变压器》教案首页 第 次课授课时间: 年 月 日 教案完成时间: 年 月 日 《电机与变 课程名称 年级 专业、层次 中职 压器》 专业技术职 教员 学时 2 务 ?5—3 三相双层绕组 授课题目 基本教材或《电机与变压器》中国劳动社会保障出版社、全国中等职业技术学校、参考书 电工类专业通用教材 教学目的与 熟练掌握三相异步电动机双层绕组的组成与展开的绘制 要求 教学重点与 三相异步电动机双层绕组的组成与展开的绘制 难点 技能及知识 三相异步电动机双层绕组的组成与展开的绘制 点 教学方法 讲授 作业和课后 记 47 教学附页 教学环节 教学过程及主要内容 备注 5--3 三相双层绕组 双层绕组的每个槽内有上、下层两个线圈边～每个线圈的一条边嵌放在某一槽的上层～另一条边则嵌放在另一槽的下层～整个绕组的线圈数正好等于槽数。 双层绕组的主要优点是: 5,( l ,可以选择最有利的节距～例如y = ～以使异步电动6 机的旋转磁场波形更接近于正弦波。因为非正弦波含有高次谐波分量～而谐波分量增加电动机的损耗、噪声、振动～减少电动机的输出功率。 ( 2 ,所有线圈具有同样的形状和尺寸～便于制造。 ( 3 ,可以组成较多的并联支路～容易制造大容量电动机～10 kw 以上的电动机一般都采用双层绕组。 ( 4 ,端部形状排列整齐～有利于散热和增加机械强度。 图5 一9 双层绕组元件边在铁心槽内的安臵 l 一槽楔2 一覆盖绝缘 4 一层间绝缘5 一槽绝缘 3 一上层边吞一下层边 双层绕组主要不足之处是同一槽内放臵上、下两有效边～可能不属同相～因而层间电压较高～需要可靠的层间绝缘,槽利用率低～ 48 教学环节 教学过程及主要内容 备注 且绕组的嵌线工艺比单层复杂。 双层绕组可分为叠绕组和波绕组两种形式～这里主要介绍叠绕组。 一、双层叠绕组的展开图 叠绕组在嵌线时～总是后一个叠在前一个上面～所以得名叠绕组～展开图的画法与单层基本相同～只是用实线来表示线圈的上层边～虚线来表示线圈的下层边。 例5--4国产J02 一61 一4 型三相异步电动机～其定子绕组采用双层叠绕的形式～定子槽数为Z=36 槽～极数2p = 4 ～线圈1 节距y = 7,即1 与8 槽,～试绘出绕组展开图。 三、槽电势星形图和相带划分 当把各槽内导体感应的电势分别用矢量表示时～这些矢量构成一个辐射星形圈～称为槽电势星形图。下面用具体例子说明。 例:一台三相四极36槽电机～试绘出槽电势星形图及划分相带。 2P,4Q,36m,3 ？ Q36P，360:2，360:？q,,,3,,,,20: 2Pm4，3Q36 1、绘槽电势星形图 因各槽在空间互差20度电角度～所以各槽中导体感应电势在时间上互差20度电角度。如1号槽相位角设为0度～则2号槽导体电势滞后1号槽20度～依此类推～一直到18号槽滞后1号槽360度。经过了一对极～在槽电势星形图上正好转过一周。19号槽与1号槽完全重合～因为它们在磁极下分别处于相对应的位臵～所以它们的感应电势同相位。19号至36号槽经过了一对机～在电势星形图上又转过一周。一般地～对于每极每相整数槽绕组～如电机有P对极～则有P个重叠的槽电势星形。 2、划分相带 <每极下每相所占有的区域称为相带> ？q,3以A相为例～ A相在每极下应占有3个槽～整个定子中 49 教学环节 教学过程及主要内容 备注 A相共有12个槽～为使合成电势最大～在第一个N极下取1、2、3三个槽作为A相带～在第一个S极下取10、11、12三个槽作为X相带～1、2、3三个槽向量间夹角最小～合成电势最大～而10、11、12三个槽分别于1、2、3三个槽相差一个极距～即相差180度电角度～这两个线圈组,极相组,反接以后合成电势代数相加～其合成电势最大。 同理将19、20、21和28、29、30也划为A相～然后把这些槽里的线圈按一定规律连接起来～即得A相绕组。 同理～为了使三相绕组对称～应将距A相120度处的7、8、9、16、17、18和25、26、27、34、35、36划为B相。而将距A相024度处的13、14、15、22、23、24和31、32、33、4、5、6划为C相～由此得一对称三相绕组。每个相带各占60度电角度 ～如图5-2,a,所示～称为60度相带绕组。 也可按图5-2,b,所示接线～得到一个对称的120度相带绕组。因120度相带合成电势较60度相带合成电势小～所以一般采用60度相带绕组。,因同等数目和幅度的相量相加时～相量间夹角越小总和越大, b)120相带 a, 60相带 二、 制绕组展开图 绘制绕组展开图的步骤是: a、绘槽电势星形图 b、划分相带 c、把各项绕组按一定规律连接成对称三相绕组。 50 教学环节 教学过程及主要内容 备注 根据线圈的形状和连接规律～双层绕组可分为叠绕组和波绕组两类～下面分别介绍如下 1、叠绕组 任何两个相邻的线圈都是后一个叠在前一个上面的～称为叠绕组。 下面用一例子说明: SNNS例:绘制四极三相36槽的双层叠绕组展开图。 3636解: P,2Q,36m,3,,,9q,,32，22，2，2绘制槽电势星形图和相带划分同上～按y1=8绘制 ,,,, 3121210111920213028291313153151117259212933233519727 AXBZBCYAZXCY A 按相邻极下电流必须相反的原则～将各极相组连接起来～构图4-4 三相双层叠绕组(Q=36,2p=4)成相绕组～图中实线为上层边～虚线为下层边。 由于N极极距 a)A相绕组展开图 内与S极极距内的线圈组中电流方向必须相反～应将极相组A和极相组X反相串联。 由于每相的极相组数等于级数～所以双层叠绕组的最多并联支路数等于2P 如上例中有四极四各级相组～所以最多并联支路数a=4 实际支路数通常小于2P～且2P必须是a的整数倍。 在工厂中实际绕组图通常用圆图表示～见P 139图5-5在圆图中～一个极相组用一短线表示～箭头表示电势,或电流,的方向～A、B、C为同一方向～X、Y、Z为反方向～将同一相按箭头方向串联起来～得a=1的叠绕组。 51 教学环节 教学过程及主要内容 备注 由于叠绕组极相组间连接线较长～在极相组较多时浪费铜材～这时可采用波绕组。 2、波绕组 其特点是:两个相邻的线圈成波浪形前进～如图所示～波绕组的连接规律是把所有同一极性,如N1,N2……,下属于同一相的线圈按波浪形依次串联起来组成一组～在把另一极性,S1,S2……,下的属于同一相的线圈按波浪形依次串联起来～组成另一组～最后根据需要把这两组接成串联或并联。构成相绕组。 Q为合成节距 y,,2mqP y,y11y,, 图4-5 波绕线圈的节距 例:将前述三相四极36槽Y1=8的绕组绕成波绕组。 36 y,,182 绘制波绕组展开图的步骤与叠绕组完全相同～该例题槽电势星形图和相带划分与前例完全相同～如图5-2,a,所示 若A相从3号线圈起～则3 号线圈一导体边放在3 号槽上层用实线表示～另一导体边放在11号槽下层用虚线表示,Y1=8,然根据Y=18,3号线圈应与21号线圈连接～其绕组展开图如5-7所示 每绕完一周后人为地前进或后退一个槽～才能使绕组继续绕下去。本例后退一个槽。 52 《电机与变压器》教案首页 第 次课授课时间: 年 月 日 教案完成时间: 年 月 日 《电机与变 课程名称 年级 专业、层次 中职 压器》 专业技术职 教员 学时 2 务 ?5—3 三相双层绕组 授课题目 基本教材或《电机与变压器》中国劳动社会保障出版社、全国中等职业技术学校、参考书 电工类专业通用教材 教学目的与 要求 教学重点与 难点 技能及知识 点 教学方法 讲授 作业和课后 记 53 教学附页 教学环节 教学过程及主要内容 备注 54 《电机与变压器》教案首页 第 次课授课时间: 年 月 日 教案完成时间: 年 月 日 《电机与变 课程名称 年级 专业、层次 中职 压器》 专业技术职 教员 学时 2 务 ?6—1 单相异步电动机的工作原理及分类、?6—2 单相电容,电授课题目 阻,异步电动机 基本教材或《电机与变压器》中国劳动社会保障出版社、全国中等职业技术学校、参考书 电工类专业通用教材 教学目的与 掌握单相异步电动机的工作原与单相电容,电阻,异步电动机机 要求 教学重点与 单相异步电动机的工作原与单相电容,电阻,异步电动机机 难点 技能及知识 单相异步电动机的工作原与单相电容,电阻,异步电动机机 点 教学方法 讲授 作业和课后 记 55 教学附页 教学环节 教学过程及主要内容 备注 单相异步电动机是利用单相电源供电的一种小容量交流电动 机。它具有结构简单、运行可靠、维修方便等优点～特别是可以直接用220v 交流电源供电～所以得到广泛应用～例如风扇、洗衣机、冰箱、小型车床等。 单相异步电动机的不足之处是它与同容量的三相异步电动机相比较～体积较大～运行性能较差～效率较低。因此～一般只制成小型和微型系列～容量一般在几瓦到几百瓦之间。 6 一1 单相异步电动机的工作原理及分类 一、脉动磁场的分解和合成 在三相异步电动机中曾讲到～向三相绕组通人三相对称交流电～则在定子与转子的气隙中会产生旋转磁场。当电源一相断开时～电动机就成了单相运行,也称为两相运行,～气隙中产生的是脉动磁场。单相异步电动机工作绕组通人单相交流电时～产生的也是一个脉动磁场～脉动磁场的磁通大小随电流瞬时值的变化而变化～但磁场的轴线空间位臵不变～因此磁场不会旋转～当然也不会产生启动力矩。但这个磁场可以用矢量分解的方法分成两个大小相等,B = B ,、旋转方向相反的旋转磁场。两个正、反向12 旋转的磁场就合成了时间上随正弦交流电变化的脉动磁场。 脉动磁场分解成两个大小相等,B1=B2,旋转方向相反的旋转磁场～这两个旋转磁场产生的转矩曲线如图6 一2 中的两条虚线所示。转矩曲线T ～是顺时针旋转磁场产生的～转矩 曲线几是 56 教学环节 教学过程及主要内容 备注 逆时针旋转磁场产生的。在n = 0 处～两个力矩大小相等、方向相反～合力矩T = 0 ～说明了缺相的三相异步电动机不会自行启动的原因,在n?0 处～两个力矩大小不相等、方向相反～但合力矩T ?0 ～从而也说明了运行中的三相异步电动机如缺相后仍会继续转动的原因。缺相运行的三相异步电动机工作的两相绕组可能会流过超出额定值的电流～时间稍长会过热损坏。从图6 一2 中还可以看出～转矩曲线Tl 和几是以原点对称的～它们的合力矩T 是用实线画的曲线。说明单相绕组产生的脉动磁场是没有启动力矩的～但启动后电动机就有力矩了,电动机正反向都可转～向由所加外力方向决定。 二、单相异步电动机的分类 为了获得单相电动机的启动转矩～通常在单相电动机定子上安装 0两套绕组～两套绕组空间位臵相差90电角度。一套是工作绕组,或称主绕组,～长期接通电源工作,另一套是动绕组,或称为副绕组、辅助绕组,～以产生启动转矩和固定电动机转向～根据启动方式不同～就有了以下几种单相异步电动机: ( 1 ,电阻分相式电阻启动单相异步电动机～系列号为YU 。 ( 2 ,电容分相式又可分为电容运行单相异步电动机～系列号为YY ,电容启动单相步电动机～系列号为YC ,双值电容单相异步电动机～系列号为YL ( 3 ,罩极式单相罩极式异步电动机～系列号为YJ 。 2 单相电容,电阻,异步电动机 一、单相电容运行异步电动机 单相电容运行异步电动机的定子铁心上嵌放两套绕组～绕组的结 0构基本相同～空间位臵上互差90电角度～如图6 一3a 所示。 工作绕组LZ接近纯电感负载～其电流I相位落后电压接近90LZ 0 ,启动绕组LF串接电容器～合理选择电容值～使串联支路电 0流I,超前I约90～绕组上电压、电流的相量如图6 一3b 所LFLZ 57 教学环节 教学过程及主要内容 备注 示。通过电容器使两个支路电流的相位不同～所以也称为电容分相。流过两绕组的电流I 、I波形如图6 一4a 所示～向空间LzLF 00位臵上互差90电角度的两相定子绕组通入相位上互差90的电流～也会产生旋转磁场～从电流相位超前的绕组转向电流相位落后的绕组～如图6 一4b 所示。所以单相异步电动机的旋转磁场产生条件为: 0( 1 ,空间上有两个相差90电角度的绕组, 0 ( 2 ,通入两绕组的电流在相位上相差90～两绕组产生的磁动势相等。 笼型转子在该旋转磁场作用下获得启动转矩而使电动机旋转～转子的转速总是小于旋转磁场的转速～所以称为单相异步电动机。 单相电容运行电动机结构简单～使用维护方便～堵转电流小～有较高的效率和功率因数,但启动转矩较小～多用于电风扇、吸尘器等电风扇的电动机结构如图6 一5 所示。 二、单相电容启动异步电动机 单相电容启动异步电动机的结构与单相电容运行异步电动机相似～但电容启动异步电动机的启动绕组中又串联一个 启动开头S～当电动机转子静止或转速较低时～启动开关S处于接通位臵～启动绕组和工作绕组一起接在单相电源上～获得启动转矩。当电动机转速达到80%左右的额定转速时～启动开关S断开～启动绕组从电源上切除～此时单靠工作绕组已有较大转矩～拖动负载运行。由于启动绕组只在启动阶段接入电源～设计时将启动绕组的 2电流密度设计得比较高～达30—50A/mm～大大超过工作绕组的 24—8A/mm。电容启动电动机具有较大启动转矩,一般为额定转矩的1.5—3.5倍,～但启动电流相应增大～适用于重载启动机械～例如小型空压机、洗衣机、空调器等,。 58 教学环节 教学过程及主要内容 备注 三、单相电阻启动电动机 单相电阻启动电动机的结构与单相电容启动异步电动机相似～工作绕组LZ匝数多～导线较粗～可近似看成纯电感负载,启动绕组LF导线较 细～又串联启动电阻R～可近似看成纯电阻性负载～通过电阻来分开两个支路的相位～所以也称电阻分相。启动时两绕组同时工作～当转速达到80%左右的额定值时～启动开关断开～启动绕组从电源上切除。实际上许多电动机的启动绕组没有串联电阻R～而是设法增加导线电阻～从而使启动绕组本身就有较大的电阻。 单相电阻启动电动机与前两种电动机比较～节约了启动电容～具有中等启动转矩,一般为额定转矩的1.2—2倍,～但启动电流较大。它在电冰箱压缩机中得到广泛应用。 1 一前端盖2 一定子3 一转子l 一上端盖2 一挡油罩3 一定子4 一轴承盖5 一油毡圈6 一后端盖4 一下端盖5 一弓,出线6 一外转子7 一挡油罩分相。 四、双值电容单相异步电动机 c1 为启动电容～容量较大,C2 为工作电容～容量较小。两只电容并联后与启动绕组串联～启动时两只电容器都工作～电动机有较大启动转矩～转速上升到80 ,左右额定转速后～启动开关将启动电容Cl 断开～启动绕组上只串联工作电容C2～电容量减 59 教学环节 教学过程及主要内容 备注 少。因此双值电容电动机既有较大的启动转矩,约为额定转矩的2 一2.5 倍,～又有较高的效率和功率因数。它广泛地应用于小型机床设备 电容器在单相电动机中比较常用～一般选用金属箔电容、金属化薄膜电容～交流耐压为250 一630v. 单相异步电动机的启动开关主要有以下三种。 ( l ,离心开关它是较常用的启动开关～一般安装在电动机端盖边的转子上。当电动机转子静止或转速较低时～离心开关的触头在弹簧的压力下处于接通位臵,当电动机转速达到一定值后～离心开关中的重球产生的离心力大于弹簧的弹力～则重球带动触头向右移动～触头断开. ( 2 ,电磁启动继电器它主要用于专用电动机上～如冰箱压缩电动机等～有电流启动型和电压启动型两种类型。电流启动型的工作原理～继电器的线圈与工作绕组串联～电动机启动时工作绕组电流大～继电器动作～触头闭合～接通启动绕组。随着转速上升～工作绕组电流减少～当电磁启动继电器的电磁引力小于继电器铁心的重力及弹簧反作用力时～继电器复位～触头断开～切断启动绕组。 ( 3 ) PTC元件PTC 是一种以钦酸钡为主要原料具有正温度系数的半导体元件～它的温度一电阻曲线如图6 一11a 所示～电阻随着温度的升高而急剧增大。PTC 元件串联在电动机的启动绕组上～如图6 一llb 所示～室温时PTC 元件的电阻较低～启动绕组接通～启动绕组的电流也流过PTC 元件～使PTC 元件发热升温～其电阻也迅速增大～近似于切断了启动绕组。运行时启动绕组仍有15mA 左右的电流流过～以维持盯C 元件的高阻状态。停机后要相隔3 min 以上才能再次启动～以便PTC 元件降温～减小电阻值。 60 《电机与变压器》教案首页 第 次课授课时间: 年 月 日 教案完成时间: 年 月 日 《电机与变05中职综合 课程名称 年级 专业、层次 中职 压器》 机电,5, 专业技术职 教员 学时 2 务 ?6—3 单相罩极式异步电动机、?6—5 单相异步电动机的反转授课题目 与调速 基本教材或《电机与变压器》中国劳动社会保障出版社、全国中等职业技术学校、参考书 电工类专业通用教材 教学目的与掌握单相罩极异步电动机的工作原理及单相异步电动机的反转与调速 要求 的方法原理 教学重点与单相罩极异步电动机的工作原理及单相异步电动机的反转与调速的方 难点 法原理 技能及知识单相罩极异步电动机的工作原理及单相异步电动机的反转与调速的方 点 法原理 教学方法 讲授 作业和课后 记 61 教学附页 教学环节 教学过程及主要内容 备注 单相罩极式异步电动机 罩极式异步电动机旋转磁场的产生与上述电动机不同先来了解一下凸极式罩极电动机的结构～如图6 一12 所示。电动机定子铁心通常由厚0.5mm的硅钢片叠压而成～每个磁极极面的l / 3 处开有小槽～在极柱上套上铜制的短路环～就好像把这部分磁极罩起来一样～所以称罩极式电动机。励磁绕组套在整个磁极上～必须正确连接～以使其上下刚好产生一对磁极。如果是四极电动机～则磁极极性应按N 、S 、N 、S 的顺序排列当励磁绕组内通人单相交流电时～磁场变化如下: ( l ,当电流由零开始增大时～则电流产生的磁通也随之增大～但在被铜环罩住的一部分磁极中～根据楞次定律～变化的磁通将在铜环中产生感应电动势和电流～并阻止磁通的增加～从而使被罩磁极中的磁通较疏～未罩磁极部分磁通较密～如图6 一13a 所示。 ( 2 ,当电流达到最大值时～电流的变化率近似为零～电流产生的磁通虽然最大～但基本不变。这时铜环中基本没有感应电流产生～铜环对整个磁极的磁场无影响～因而整个磁极中的磁通均匀分布～如图6 一13b 所示。 ( 3 ,当电流由最大值下降时～则电流产生的磁通也随之下降～铜环中又有感应电流产生～以阻止被罩磁极部分中磁通的减小～因而被罩部分磁通较密～未罩部分磁通较疏. 从以上分析可以看出～罩极电动机磁极的磁通分布在空间上是移动的～由未罩部分向被罩部分移动～好似旋转磁场一样～从而使笼型结构的转子获得启动转矩～并且也决定了电动机的转向是由未罩部分向被罩部分旋转:其转向是由定子的内部结构决定的～改变电源接线不能改变电动机的转向 罩极电动机的主要优点是结构简单、制造方便、成本低、运行时 62 教学环节 教学过程及主要内容 备注 噪声小、维护方便。按磁极形式的不同～可分为凸极式和隐极式两种～其中凸极式结构较为常见:罩极电动机的主要缺点是启动性能及运行性能较差～效率和功率因数都较低(方向不能改变主要用于小功率空载启动的场合～如计算机后面的散热风扇、各种仪表风扇、电唱机等: 单相异步电动机的反转与调速 一、反转 单相异步电动机反转～必须要旋转磁场反转～即把工作绕组或启动绕组中的一组首端和末端与电源的接线对调。因为异步电动机的转向是从电流相位超前的绕组向电流相位落后的绕组旋转的～如果把其中的一个绕组反接～等于把这个绕组的电流相位改 00变了180 ～假若原来这个绕组是超前90。～则改接后就变成了 o 滞后90～结果旋转磁场的方向随之改变。 有的电容运行单相电动机是通过改变电容器的接法来改变电动机转向的～如洗衣机需经常正、反转～如图6 一18 所示:当定时器开关处于图中所示位臵时～电容器串联在IZ 绕组上～电流 0I超前于I相位90,经过一定时间后～定时器开关将电容从1Z LF 0Lz 绕组切断～串联到LF绕组～则电流I超前于I相位约90～LF LZ从而实现了电动机的反转。这种单相异步电动机的工作绕组与启动绕组可以互换～所以工作绕组、启动绕组的线圈匝数、粗细、占槽数都应相同。 外部接线无法改变罩极式电动机的转向～因为它的转向是由内部结构决定的～所以它一般用于不需改变转向的场合。 二、调速 单相异步电动机和三相异步电动机一样～恒转矩负载的转速调节是较困难的:在风机型负载情况下～调速一般有以下方法。 1 (串电抗器调速 将电抗器与电动机定子绕组串联～利用电抗器上产生的电压降～ 63 教学环节 教学过程及主要内容 备注 使加到电动机定子绕组上的电压下降～从而将电动机转速由额定转速往下调. 这种调速方法简单、操作方便,但只能有级调速～且电抗器上消耗电能～目前已基本不用。 2 (电动机绕组内部抽头调速 电动机定子铁心嵌放有工作绕组LZ 、启动绕组LF和中间绕组LL ～通过开关改变中间绕组与工作绕组及启动绕组的接法～从而改变电动机内部气隙磁场的大小～使电动机的输出转矩也随之改变～在一定的负载转矩下～电动机的转速也变化。通常有L 形和T 形两种接法。 这种调速方法不需电抗器～材料省、耗电少～但绕组嵌线和接线复杂～电动机和调速开关接线较多～且是有级调速。 3 (晶闸管调速 利用改变晶闸管的导通角～来改变加在单相异步电动机上的交流电电压～从而调节电动机的转速。这种调速方法可以做到无级调速～节能效果好,但会产生一些电磁干扰～大量用于风扇调速。 4 (变频调速 变频调速适合各种类型的负载～随着交流变频调速技术的发展～单相变频调速已在家用电器上应用～如变频空调器等～它是交流调速控制的发展方向。 64 《电机与变压器》教案首页 第 次课授课时间: 年 月 日 教案完成时间: 年 月 日 《电机与变 课程名称 年级 专业、层次 中职 压器》 专业技术职 教员 学时 2 务 ?6—4 单相异步电动机的定子绕组 授课题目 基本教材或《电机与变压器》中国劳动社会保障出版社、全国中等职业技术学校、参考书 电工类专业通用教材 教学目的与 掌握单相异步电动机的定子绕组的组成及展开图 要求 教学重点与 单相异步电动机的定子绕组的组成及展开图 难点 技能及知识 单相异步电动机的定子绕组的组成及展开图 点 教学方法 讲授 作业和课后 记 65 教学附页 教学环节 教学过程及主要内容 备注 除凸极式结构的罩极电动机采用集中绕组外～绝大部分的单相异 步电动机定子绕组均采用分布式绕组～工作绕组和启动绕组空间 0位臵上互差90电角度～嵌人定子铁心中～再按一定的规律连接而成.单相异步电动机定子绕组从结构、形式上也与三相定子绕组一样～也有单层及双层之分由于单层绕组具有工艺简单、满槽率高等优点而被大量使用～单层绕组可按需要采用同心绕组、链绕组或交叉绕组～但它的启动性能和运行性能比双层绕组要差。目前在许多单相异步电动机中采用“正弦绕组”～虽然工艺比较复杂～但能改善电动机的启动、运行性能。 一、电阻启动或电容启动电动机定子绕组 该类定子绕组～大多采用同心绕组或链绕组～工作绕组占总槽数的2 / 3 ～启动绕组占总槽数的1 / 3 。启动绕组匝数也较少～一般为工作绕组匝数的l / 2 一l / 3 ～而且启动绕组导线的横截面积通常为工作绕组的1 / 2 一1 / 3 ～因为启动结束后～启动绕组就断开不工作～所以启动绕组的电流密度设计得比较高。 例6--1 电容启动单相异步电动机定子槽数Z = 24 (极数Zp =4 ～画出同心绕组的展开图 解:极距:及每极每相槽数q和q 12 Z24,,,6 ,槽2P4 即表明每个磁极占有6 个槽～由于工作绕组应占2 / 3 槽数～ 22故工作绕组的每极每相槽数q为:槽 q,,,，6,41133 1同理～启动绕组占的每极每相槽数q为:槽 q,，6,22 23 当q 不为整数时～称为分数槽。由于分数槽绕组制造工艺复杂～漏磁通也大～故应尽量避免。 66 教学环节 教学过程及主要内容 备注 0与三相定子绕组一样进行分相～不同的是它不采用60相带法～ 00而是采用Lzl ,工作绕组,120相带、LFI ,启动绕组,60相 0 0 带、LZ2工作绕组,120 相带、LF2 ,启动绕组,60相带。与三相电动机定子绕组一样～同相绕组中不同极下的线圈组之间反向连接～即构成图6 一14 所示的绕组展开图。 二、电容运行电动机定子绕组 电容运行单相电动机因启动绕组长期接在电源上～为了产生理想的旋转磁场～启动绕组与工作绕组各占定子总槽数的一半～各绕组所用导线的截面积和匝数也相等或很接近。现举例说明。 例6--2 电容运行单相电动机定子槽数z = 24 ～极数Zp=4 ～试画出定子绕组解:由于工作绕组和启动绕组各占一半～则极距、每极每相槽数为: z24,,,,6槽 2p4 11槽 q,q,,,，6,31222 在图6 一15中～用实线表示工作绕组,图中l 、2 、3 组～7 、8 、9 组～19 、20 、21 组,～虚线表示启动绕组～组成交叉绕组形式的展开图 应用相当广泛的吊风扇一般均以电容运行单相异步电动机为动力～其特点是磁极极数多～转速较慢～通常磁极数为14 一18 。图6 一16 为Z = 36 , Zp = 18 的电容运行单相异步电动机工作绕组展开图～它的启动绕组结构与工作绕组结构完全一样～采用双层整矩链绕组～嵌放在偶数定子槽内,图中未画出,。 三、正弦绕组简介 正弦绕组是指绕组在各个定子铁心槽中的线圈匝数不是均匀分布的～线圈匝数是按照正弦规律分布～而且在每个槽内工作绕组、启动绕组相互重叠 。一个槽内既有工作绕组又有启动绕组 67 教学环节 教学过程及主要内容 备注 ,绝缘隔离,～使电动机气隙中的磁动势分布更接近正弦波形～ 也可以改善电动机电动势波形～从而提高电动机的运行和启动性 能～如图6 一17 所示。绕组形式与同心绕组相似～所以也称为 同心正弦绕组。一般绕制时把启动绕组放在上层～以便修理时容 易重绕。它在洗衣机、冰箱电机中得到广泛应用。 68 《电机与变压器》教案首页 第 次课授课时间: 年 月 日 教案完成时间: 年 月 日 《电机与变 课程名称 年级 专业、层次 中职 压器》 专业技术职 教员 学时 2 务 电动机选择与维护 授课题目 基本教材或《电机与变压器》中国劳动社会保障出版社、全国中等职业技术学校、参考书 电工类专业通用教材 教学目的与 掌握单相异步电动机的定子绕组的组成及展开图 要求 教学重点与 单相异步电动机的定子绕组的组成及展开图 难点 技能及知识 单相异步电动机的定子绕组的组成及展开图 点 教学方法 讲授 作业和课后 记 69 教学附页 教学环节 教学过程及主要内容 备注 电动机额定功率的选择 额定功率选择的原则是:所选额定功率要能满足生产机械在拖动的各个环节,启动、调速、制动等,对功率和转矩的要求并在此基础上使电动机得到充分利用。 额定功率选择的方法是:根据生产机械工作时负载,转矩、功率、电流,大、小变化特点～预选电动机的额定功率～再根据所选电动机额定功率校验过载能力和启动能力。 电动机额定功率大小是根据电动机工作发热时其温升不超过绝缘材料的允许温升来确定的～其温升变化规律是与工作特点有关的～同一台电动机在不同工作状态时的额定功率大小也是不相同的。 电动机的发热与冷却 1(电动机的发热 电动机工作时～其内部主要存在铁损耗、铜损耗及机械损耗～这些损耗是以发热的形式表现出来的～使电动机发热。当电动机的负载和转速一定时～其内部的发热量在单位时间内是恒定的。电动机工作时～其内部产生的热量有两方面的作用～一方面由电动机吸收使其本身的温度升高～另一方面向周围环境散热。可以用以下公式表示这一热平衡关系 发热量,吸热量，散热量 电动机温度的升高～就产生了与周围环境的温度差。我们将电动机本身的温度与标准环境温度,40ºC,的差值称为温升～用 表示。当电动机的温度升高到某一数值时～电动机内部所增加的发热量全部向周围环境散发～电动机本身的温 70 教学环节 教学过程及主要内容 备注 度不再升高～即温度达到了稳定值。电动机的温度达到稳定值时的状态称为热稳定状态～对应的温度值称为稳态温度～对应的温升称为稳态温升。 电动机的温升变化过程可以用下列方程式表示 ,t/T,7-1, ,,,，(,,,)ew0w 式中 ,w——稳态温升 ,0——初始温升～即温升开始变化时的数值 t——温升变化时间 T——热时间常数 热时间常数T只与电动机的体积和本身结构有关～它的大小反映了电动机达到热稳定状态前的温升变化速度。T越小～温升变化越快,T越大～温升变化越慢。 根据式,7-1,可以作出电动机发热过程的温升变化曲线～如图7.1所示。可见～电动机的温升是按指数规律变化的。曲线1对应于电动机初始温升为零的情况～即温升从电动机启动时开始升高。曲线2对应于电动机初始温升不为零的情况～即温升从电动机的负载增加时开始升高。由图7.1看出～发热过程开始时～初始温升较小～即电动机与周围环境的温度差较小～向周围环境散发的热量较少～电动机内部产生的热量大部分被电动机吸收～使电动机的温升增加较快。初始温升越小～温升增加得越快。随着温升的增加～电动机与周围环境的温度差逐步增大～向周围环境散发的热量随之逐步增加～使电动机的温升增加速度逐步减慢。如此一直到使电动机的温升达到稳定值～发热过程结束。 71 教学环节 教学过程及主要内容 备注 在构成电动机的所有材料中～绝缘材料的耐热性能是最差的～而绝缘材料又是电动机中最重要的材料之一。电动机工作时～如果绝缘材料因温度过高而损坏～那么电动机的绕组中将出现匝间或相间短路现象～使电动机不能正常运行～甚至被烧毁。各种绝缘材料的耐热性能不尽相同。为使电动机能达到正常的使用年限,约为20年,～规定了各种绝缘材料的工作温度不能超过某一数值～即不能超过允许的最高工作温度值。通常将各种绝缘材料对应的允许最高工作温度值用绝缘材料等级来表示～电动机有A～E～B～F～H等五级～如表7.1所示。 电动机工作时～如果其内部温度超过绝缘材料允许的最高工作温度值时～绝缘材料的老化速度将加快。超过的温度差值越大～绝缘材料的老化速度越快。当电动机的温度太高时～绝缘材料将被烧坏。 2(电动机的冷却 当初始温升大于稳态温升时的温升变化过程～就是电动机的冷却过程。根据式,7-1,可以做出电动机冷却过程的温升变化曲线～如图7.2所示。曲线1对应于电动机稳态温升为零的情况～即温升从电动机脱离电源时开始降低～直至降到零。曲线2对应于电动机稳态温升下降到某一稳态温升值的情况～即温升从电动机负载减小时开始降低～直至降到负载减小后所对应的稳态温升值。 72 教学环节 教学过程及主要内容 备注 由图7.2看出～冷却开始时～初始温升较大～即电动机与周围环境的温度差较大～向周围环境散发的热量较多～使电动机的温升降低较快。随着温升的降低～电动机与周围环境的温度差逐步减小～向周围环境散发的热量随之逐步减少～使电动机的温升下降速度逐步减慢。如此一直到使电动机的温升达到稳态值～冷却过程结束。 7.1.2 电动机的工作制 为了在不同情况下方便用户选择电动机功率并使所选的电动机得到充分利用～根据电动机工作时的发热特点～把电动机分成连续、短时、周期断续三种工作制。 ,1,连续工作制 连续工作制是指电动机带额定负载运行时～运行时间tL很长～电动机的温升可以达到稳态温升的工作方式。连续工作制电动机在铭牌上标注S1或一般不在铭牌上标明工作制～连续工作制的电动机在生产实际中的使用很广泛。 ,2,短时工作制 短时工作制是指电动机带额定负载运行时～运行时间tL很短～使电动机的温升达不到稳态温升,停机时间t0很长～使电动机的温升可以降到零的工作方式。短时工作制的电动机铭牌上的标注为S2～我国的短时工作制电动机的运行时间有15min, 30min, 60min, 90min四种定额。拖动闸门的电动机 73 教学环节 教学过程及主要内容 备注 常采用短时工作制电动机。 ,3,周期断续工作制 周期断续工作制是指电动机带额定负载运行时～运行时间tL很短～使电动机的温升达不到稳态温升,停止时间t0也很短～使电动机的温升降不到零～工作周期小于10min的工作方式。工作时间占工作周期的百分比称为负载持续率～用 %表示。 FC %, ×100 % ,7-2, FC 我国的周期断续工作制电动机的负载持续率有15%、25%、40%、60% 四种定额。周期断续工作制的电动机铭牌上的标注为S3。要求频繁启动、制动的电动机常采用周期断续工作制电动机～如拖动电梯、起重机的电动机等。 图7.3是三种工作制电动机的温升变化曲线。 (a)连续工作制 (b)短时工作制 (c)周期断续工作制 7.1.3 电动机额定功率的选择 电动机额定功率的选择是根据实际的生产机械负载图计算出负载功率PL，然后根据PL预选电动机，最后校验预选电动机的过载能力和启动能力。 1(负载功率的确定 由于实际的生产机械负载大多是随时间周期变化的负载，现以此类负载为例说明。 (1)静负载功率的确定 74 教学环节 教学过程及主要内容 备注 Fv,3L,，10P 对直线运动的生产机械，有 L, (7-3) 式中 —— 生产机械的静负载力 FL —— 生产机械的线速度 v TnL 对旋转运动的生产机械，有, PL9550, (7-4) 式中 ——静负载转矩 FL n ——转速 2)周期变化负载的平均功率 图7.4是一个周期内变动的生产机械负载图，据此图得出变 Pt，Pt，？，Pt1122nnP,化负载的平均功率为 LPjt，t，？，t12n (7-5) 式中 ——各段静负载功率 P,P,...,P12n ——各段负载的持续时间 t,t,...,t12n 2(电动机额定功率的预选 电动机吸收电源的功率既要转换为机械功率供给负载，又要消耗在电动机内部。电动机内部有不变损耗和可变损耗。不变损耗不随负载电流的变化而变化，可变损耗与负载电流有关、与负载电流平方成正比。负载电流增大时，可变损耗要增大，电动机的额定功率也要相应地选大些。式(7-5)没有反映出启、制动时因负载电流增加而要求预选电动机额定 P功率增大的问题。实际预选电动机额定功率时，应先将扩大1.1—1.6LPj P,(1.1—1.6)P倍，再行预选。使 (7-6) NLPj 75 教学环节 教学过程及主要内容 备注 系数1.1—1.6的取值由实际起、制动时间占整个工作周期的比重来决定。所占比重大时，系数可适当取得大一些。 各种工作制电动机的发热校验的方法基本相同，有以下四种，现以连续工作制电动机为例加以说明。 (1)平均损耗法 首先，根据预选电动机的效率曲线，计算出电动机带各段负载时对应的损耗功率，然后计算平均损耗功率。 pP,P,...,PLPj12n pt，pt，？，pt1122nnP, LPjt，t，？，t12n 只要电动机带负载时的实际平均损耗功率小于或等于其额pLPj 定损耗 ，即，则电动机运行时实际达到的稳态温升不会p,Pp,LPjNNw超过其额定温升，即，电动机的发热条件得到充分利用。 ,,,,Nww (2)等效电流法 假定不变损耗和电阻均为常数，则电动机带各段负载时的损耗与其对应的电动机电流平方成正比，由式(7-7)得等效电流 222It，It，？，It1122nnI,(7-7) dxt，t，？，t12n 只要，则电动机的发热校验通过。 I,IdxN 注意:深槽和双笼转子异步机不能采用等效电流法进行发热校验，因为其不变损耗和电阻在启、制动期间不是常数。 (3)等效转矩法 假定不变损耗、电阻、主磁通及异步电动机的功率因数为常数时，则电动机带各段负载时的电动机电流与其对应的电磁转矩 ， 成正比，由式(7-7)得等效转矩 T,T,...,T12n 222Tt，Tt，？，Tt1122nnT,(7-8) dxt，t，？，t12n 只要 ，则电动机的发热校验通过。 T,TdxN 注意:串励直流电动机、复励直流电动机不能用等效转矩法进行发热校验，因为其负载变化时的主磁通不为常数。经常启、制动的异步电动机也不能用等效转矩法进行发热校验，因为其启、制动时的功率因数不为常数。 (4)等效功率法 假定不变损耗、电阻、主磁通、异步电动机的功率因数、转速为常数时，则电动机带各段负载时的转矩与其对应的输出功率P,P,...,P, 成正12n 76 教学环节 教学过程及主要内容 备注 比，由式(7-8)得等效功率 222Pt，Pt，？，Pt1122nnP,(7-9) dxt，t，？，t12n 只要，则电动机的发热校验通过。 P,PdxN 注意:需要频繁启动、制动时，一般不用等效功率法进行发热校验;只有次数很少的启、制动时，应先把启、制动各段对应的 nN,功率修正为，再进行发热校验，其中，n为各启、制动阶段平P,Piin n,nN均转速，且 。 对自冷式连续工作制电动机，因启、制动及停车时的速度变化而使散热条件变差，以致电动机的发热量增加。应将式(7-5),式(7-9)的分母中的启、制动时间乘以启、制动冷却恶化系数,，停车时间乘以停车冷却恶化系数,，然后再进行发热校验。对直流电动机，取, = 0.75、, = 0.5，对交流电动机，取, = 0.5、, =0.25。 3(电动机额定功率的修正 电动机的额定功率，是指电动机在标准环境温度(40?)、在规定的PN 工作制和定额下，能够连续输出的最大机械功率，以保证其使用寿命。 如果所有的实际情况与规定条件相同，只要电动机的额定功率大于负载的实际功率，就会使电动机运行时实际达到的稳态温PPNL 升约等于额定温，既能使电动机的发热条件得到充分利用，又能使,,wN 电动机达到规定的使用年限。但是，实际情况与规定的条件往往不尽相同。在保证电动机能达到规定的使用年限的前提下，如果实际环境温度与标准环境温度不同、实际工作制与规定的工作方式不同、实际的短时定额与规定的短时定额不同、实际的断续定额与规定的断续定额不同，那么在选择电动机的额定功率时，可先对电动机的额定功率进行PPNN修正，使电动机的额定功率小于或大于实际负载功率。 PPNL这样选择电动机，不会因额定功率选得过大而使电动机的发热条件得PN 不到充分利用，也不会因额定功率选得过小而导致电动机过载运行而PN 缩短使用年限、甚至损坏。 连续工作制的电动机按连续工作制工作时，实际环境温度, 不等于40?时，电动机额定功率的修正值 PN ,40,'(7-10) P,P1，(k，1),PNNL,N 77 教学环节 教学过程及主要内容 备注 式中 ——额定温升 k——损耗比，即不变损耗与可变损耗之比 通过式(7-10)即可计算电动机在实际环温, 时的额定功率 ,,,，显然,40?时， ;,40?时，。 ,,P,PP,PPNNNNN 根据理论计算和实践，在周围环境温度不同时，电动机的额定功率可按表7.2相应增减。 连续工作制的电动机按短时工作方式运行时，电动机额定功率的修正PN ,值为 PN ,/tTL1，ke'(7-11) P,P,PNNL,t/TL1,e 连续工作制的电动机按周期断续工作方式运行时，电动机 ,额定功率的修正值为 PPNN t，t'L0(7-12) P,P,PNNLtL 短时工作制电动机的实际工作时间 与短时定额 不同时，电动机额定功率 的修正值 为 (7-13) t'NP,P,PNNLt 周期断续工作制电动机的实际负载持续率FCL%与断续定L 额FCN%不同时，电动机额定功率 的修正值 为 (7-14) 另外，短时工作制电动机与周期断续工作制电动机可以在一定条件下相互替用，短时定额与断续定额的对应关系近似为:30 min相当于是15%，60 min相当于25%，90 min相当于40%。 78