5.1 三相异步电动机（课件）-《电工电子技术与技能》同步精品课堂（高教版）

《电子电工技术与技能》（高教版） 高等教育出版社 同步精品课程——中职专业课 第五章 电动机及其基本控制 5.1 三相异步电动机 知识目标 1.解释三相异步电动机的工作原理，包括旋转磁场的产生和转子运动的机制。 2.描述电动机的基本结构，包括定子和转子的组成部分及其功能。 3.讨论电动机的额定功率和额定转速的意义及其选择。 能力目标 1.能描述三相异步电动机如何利用旋转磁场实现转子运转，并解释定子和转子在运行过程中的相互作用。 2.能够计算电动机的额定功率、额定转速及其重要性，并解释这些参数对电动机性能和选择的影响。 3.能够分析负载变化对电动机启动、加速、恒速和减速时的影响，以及电动机在不同工况下的效率和功率因数。 情感目标 1.鼓励对三相异步电动机技术发展的好奇心，包括智能化、联网和可持续性发展等现代趋势的探索，以及这些趋势如何改变电动机的设计和应用。 2.提升面对电动机运行中的挑战时的解决问题的技能，例如如何选择适当的启动和控制方法以减少能源消耗和机械冲击。 三维目标 导入情景 01 “当你站在一个现代化工厂的车间里，环顾四周，可以看到各种巨大的设备在运转，其中许多都依赖于三相异步电动机。你的任务是了解这些电动机如何驱动工厂的核心设备，如泵、风机和压缩机，确保生产的顺畅进行。你开始思考，这些电动机背后的技术原理是什么？它们如何在不同负载和工况下运行？你也许还关心它们的能效表现以及如何选择最佳的启动和控制方法来优化效率和延长设备寿命。这个场景将引领你进入三相异步电动机深入探索的旅程，理解其在工业应用中的关键作用和持续发展的前景！” 新知学习 02 一、三相异步电动机 电动机是把电能转换为机械能的设备，按所用电源的种类划分，可分为直流电动机和交流电动机两大类。交流电动机又可以按照定子的相数分为单相电动机和三相电动机;按照转速和电动机的频率的关系可分为同步电动机和异步电动机;按照电动机转子的结构形式可分为笼型电动机和绕线转子电动机。 新知学习 02 三相笼型交流异步电动机主要由定子、转子组成，如图2.5.1所示。静止部分称为定子，旋转部分称为转子。定子 定子主要由定子铁心、定子绕组和机座三部分组成。定子铁心是异步电动机的磁路部分，它由0.5mm厚的硅钢片冲制、叠压而成，其内表面上有许多分布均匀的槽沟，定子绕组就放置在槽内。 定子绕组用绝缘铜线或铝线绕制而成，是电动机的电路部分。定子三相绕组的结构完全对称，一般有6个出线端U、U、V、VW、W，置于机座外部的接线盒内，根据需要接成星形(Y形)联结或三角形(A形)联结，如图2.5.2所示。也可将6个出线端接入控制电路中实现星形联结与三角形联结的换接。 二、三相笼型交流异步电动机的基本结构 新知学习 02 转子 转子主要由转子铁心和转子绕组组成。转子铁心是电动机磁路的一部分，也是用0.5 mm厚的硅钢片冲制、叠压而成，在外圆上有许多均匀分布的平行沟槽，内放置转子绕组。转子绕组分为笼型和绕线式两大类，其作用是产生感应电动势和电磁转矩。笼型转子的每个槽内都有一根裸导体，在伸出铁心两端的槽口处，用两个端环把所有导体连接起来，如图2.5.3所示。 二、三相笼型交流异步电动机的基本结构 新知学习 02 如图2.5.4所示，电动机铭牌安装在电动机外壳上，表明了电动机的型号和技术数据，供正确使用电动机时参考。 型号 指电动机的品种代号，由产品代号和规格代号组成。Y系列是小型笼型异步电动机，YR系列是统线转子异步电动机。以Y-112M-4电动机为例，其含义如下： 额定功率P、指电动机在额定工作状态下，从轴上输出的机械功率，单位为kW。 额定电压ū，指电动机在额定工作状态下，加到定子绕组上的线电压，单位为V。 额定电流人 指电动机在额定工作状况下运行时，定子电路输入的线电流，单位为A。 三、铭牌参数 新知学习 02 转动原理 图2.5.5(a)所示是一个装有手柄的马蹄形磁铁，在它的两极间放着一个由许多铜条组成、两端分别用金属环短接的可以自由转动的笼型转子，磁铁与转子之间没有机械联系。摇动手柄使马蹄形磁铁旋转，观察笼型转子运动情况，总结规律，分析转子转动原理。 四、三相笼型交流异步电动机的工作过程 新知学习 02 三相异步电动机的机械特性是指定子电压和频率为常数时，转速n与电磁转矩T之间的关系，如图2.5.8所示。由机械特性曲线可见: 非稳定运行区机械特性曲线上的DC段，当电动机的起动转矩大于负载阻力矩时，电动机起动旋转并在电磁转矩的作用下逐渐加速，此时电磁转矩随转子转速”的增加而逐渐增大(沿曲线DC段上升)，一直增大到最大转矩 T。 稳定运行区 机械特性曲线中C段，当转子转速大于最大转矩对应的转速时，随着转速的继续增大，电磁转矩反而减小(沿曲线CA段下降)。最终当电磁转矩等于负载阻力矩时，电动机就以某一转速匀速稳定旋转。 五、三相异步电动机的机械特性 新知学习 02 三相绕线转子异步电动机在结构上与三相笼型异步电动机相似，它仍然由定子和转子等组成，其外形如图2.5.9所示。与笼型电动机相比，它们的主要区别在转子上，笼型电动机的转子绕组由笼条和端环组成笼型绕组，而绕线转子绕组则用电磁线绕成线圈，嵌入铁心槽中，并连成三相对称绕组，一般都接成Y形联结。三相绕组的三根引出线接到转轴上的三个滑环，通过电刷与外电路相连，如图2.5.10所示。 六、三相绕线转子异步电动机的基本结构与工作过程 新知学习 02 绕线转子异步电动机的工作原理与笼型异步电动机相同，它的转子结构比笼型的复杂，但绕线转子异步电动机能获得较好的起动与调速性能，在需要大起动转矩时(如起重机械)往往采用绕线转子异步电动机。 六、三相绕线转子异步电动机的基本结构与工作过程 小试牛刀 题目 1： 三相异步电动机利用什么原理实现转子运转？ A) 电磁感应原理 B) 电磁力原理 C) 机械传动原理 D) 光电效应原理 答案与解析： A) 电磁感应原理。三相异步电动机通过电磁感应产生旋转磁场，从而使转子运转。 尝试解答下面习题 小试牛刀 题目 2： 电动机的额定功率指的是什么？ A) 最大输出功率 B) 额定电压 C) 额定电流 D) 额定转速 答案与解析： A) 最大输出功率。额定功率是电动机设计时可以持续输出的最大功率。 尝试解答下面习题 单相变压器的基本结构包括以下哪些部分？ A. 铁芯、初级绕组、次级绕组、绝缘材料 B. 铁芯、次级绕组、初级绕组、绝缘材料 C. 铁芯、绝缘材料、初级绕组、次级绕组 D. 初级绕组、次级绕组、铁芯、绝缘材料 解析：正确答案是A。单相变压器的基本结构包括铁芯、初级绕组、次级绕组和绝缘材料等组成部分，它们共同实现电能的变压和传输。 小试牛刀 题目 3： 电动机的功率因数是什么？ A) 功率与电流的比值 B) 功率与电压的比值 C) 有功功率与无功功率的比值 D) 电流与电压的比值 答案与解析： C) 有功功率与无功功率的比值。功率因数是电动机的有功功率与无功功率之比，反映了电动机的电能利用效率。 尝试解答下面习题 小试牛刀 题目 4： 哪种启动方法会减少电动机启动时的起动电流和机械冲击？ A) 直接启动 B) 星角启动 C) 软启动器启动 D) 变频启动 答案与解析： C) 软启动器启动。软启动器启动方式可以降低电动机启动时的起动电流和机械冲击，有利于设备保护和节能。 尝试解答下面习题 题目 5： 如何提高三相异步电动机的效率？ A) 选择更高电压 B) 设计优化 C) 减少电流 D) 降低电压 答案与解析： B) 设计优化。通过设计优化，例如减小转子损耗和提高导磁能力，可以提高电动机的效率。 小试牛刀 尝试解答下面习题 题目 6： IEC 60034是什么标准？ A) 电动机效率标准 B) 电动机设计标准 C) 电动机生产标准 D) 电动机维护标准 答案与解析： A) 电动机效率标准。IEC 60034是国际电工委员会制定的电动机效率标准，用于指导电动机设计和生产。 小试牛刀 尝试解答下面习题 题目 7： 三相异步电动机在哪些行业应用中具有优势？ A) 建筑 B) 医疗 C) 制造业 D) 餐饮业 答案与解析： C) 制造业。三相异步电动机在制造业中广泛应用，如泵、风机和压缩机等设备驱动。 小试牛刀 尝试解答下面习题 题目 8： 三相异步电动机在启动过程中会产生的主要问题是什么？ A) 机械冲击 B) 过载 C) 电磁干扰 D) 温度过高 答案与解析： A) 机械冲击。启动过程中电动机会产生机械冲击，可能损坏设备或降低设备寿命。 小试牛刀 尝试解答下面习题 题目 9： 假设三相异步电动机的电压为380V，其中A相电压为380V∠0°，B相电压为380V∠-120°，C相电压为380V∠120°。请计算并绘制出该三相电压的空间矢量图。 【解答与解析】 首先，我们知道三相电压空间矢量图可以通过将三条电压矢量相加来得到。根据题目所给数据，可以表示三相电压矢量为：U_A = 380V∠0°;U_B = 380V∠-120° = 380V∠240°;U_C = 380V∠120° 接下来，利用相量法的规则将这三个矢量相加，即：U_0 = U_A + U_B + U_C.计算出各分量的和，即可绘制出三相电压的空间矢量图。 具体计算过程如下： U_0 = 380V∠0° + 380V∠240° + 380V∠120° U_0 = 380V∠0° + (380V∠240° + 380V∠120°) 小试牛刀 尝试解答下面习题 题目 9： U_0 = 380V∠0° + 380V( cos(240°) + cos(120°) + j(sin(240°) + sin(120°) ) ) U_0 = 380V∠0° + 380V( -0.5 - 0.866j + 0.866j - 0.5j) U_0 = 380V - 190j 综上所述，该三相电压的空间矢量图为一条矢量，其实部为380V，虚部为-190V。 小试牛刀 尝试解答下面习题 题目 10： 请你画出关于三相交流电动机Y型连接的示意图： 答案： 小试牛刀 尝试解答下面习题 课堂小结 03 今天我们学习了关于三相异步电动机的重要知识点：工作原理与应用：三相异步电动机通过电磁感应原理实现转子运转，广泛用于工业中的泵、风机和压缩机等设备的驱动。性能参数：额定功率指电动机设计时可持续输出的最大功率，而功率因数则反映了电动机的电能利用效率。启动与控制：为了减少启动时的电流冲击和机械损伤，常用的方法包括软启动器和变频器。效率与优化：通过设计优化和符合IEC 60034标准，可以提高电动机的效率和可靠性，减少能源消耗。行业应用与发展趋势：三相异步电动机在制造业等行业具有广泛应用，未来发展趋势包括智能化和可持续性发展要求的增强。 作业布置 04 完成课堂上未完成的练习题目，确保对三相异步电动机的掌握。 复习三相异步电动机的相关概念和应用，整理笔记，梳理知识框架。 完成作业本上关于三相异步电动机的习题，加深对定理的理解。 准备下节课的讨论问题：你认为三相异步电动机在实际生活中有哪些应用？请结合具体例子进行讨论。 感谢观看 $$