考点20 三相异步电动机及其电气控制方法《电工技术基础与技能》山东省（春季高考）机械类 知识点讲解

山东省（春季高考）机械类电工复习讲义 第四章 三相异步电动机及其电气控制方法 【考纲要求】 1.理解三相异步电动机的基本结构、额定值及其工作过程。 2.了解三相异步电动机的机械特性，了解功率、转速、转矩间的关系。 3.理解三相异步电动机单向、正反转和Y-△降压起动的工作过程，能识读、绘制电路图并进行实物接线。 第十八节 三相异步电动机 【知识精讲】 1、 电动机的定义及分类 1. 定义 把电能转换成机械能的设备。 2. 分类 (1)按使用电源的种类可分为直流电动机和交流电动机。 (2)按定子的相数可分为单相电动机和三相电动机。 (3)按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。 (4)按电动机转子形式可分为笼型电动机和绕线式电动机。 2、 三相笼形交流异步电动机的结构 三相笼形交流异步电动机主要由定子、转子组成，如图7-4-1-1所示。静止部分称为定子，旋转部分称为转子。 图7-4-1-1三相笼形交流异步电动机的结构 1. 定子 由定子铁芯、定子绕组、机座等组成。 (1)定子铁芯是电动机磁路的一部分，它由0.5mm的硅钢片冲制、叠压而成，目的是减少涡流和磁滞损耗。 (2)定子绕组是电动机的电路部分，用以在气隙中产生旋转磁场，它由在空间分布上互差120°的三相对称绕组组成。 (3)机座起固定和支撑作用，固定定子铁芯和端盖，中小型电动机机座通常用铸铁制成，大型由钢板焊接而成。 2. 转子 由转子铁芯、转子绕组、转轴、风扇等组成。 (1)转子铁芯是电动机磁路的一部分，由0.5mm的硅钢片冲制、叠压而成，目的是减少涡流和磁滞损耗。 (2)转子绕组的作用是产生感应电动势和电磁转矩。转子绕组有笼型和绕线型两种，笼型转子广泛采用的是铸铝转子，其斜槽结构能够改善电动机的性能；绕线型转子是用电磁线绕成三相对称绕组，一般接成Y形连接，三相绕组的三根引出线接到转轴的三个滑环上，通过电刷与外电路相连。 (3)转轴：转轴一般有碳钢制成，轴的两端用轴承支撑。 (4)风扇：风扇起轴向通风散热作用，风扇罩起安全防护作用。 3、 三相异步电动机的铭牌及额定值 1. 三相异步电动机的铭牌 三相异步电动机的铭牌，如图7-4-1-2所示。 图7-4-1-2三相异步电动机的铭牌 2. 三相异步电动机的型号 三相异步电动机的型号，如图7-4-1-3所示。 图7-4-1-3三相异步电动机的型号 3. 三相异步电动机的额定值 包括额定电压UN、额定电流IN、额定功率PN、额定转速nn。 (1)额定电压Uɴ: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。 (2)额定电流In:电动机在额定工作状态运行时，定子绕组输入的线电流，单位为A。 (3)额定功率PN: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。 三个额定值之间的关系为：Pɴ=√3UNINcosφη(式中η为电动机的额定效率)。 (4)额定转速nn:电动机在额定工作状态下的转子转速，单位为r/min。 4. 三相异步电动机的接法 三相异步电动机在额定状态下运行时，定子绕组的接法有Y形连接和△形连接两种。三相异步电动机的接线盒如图7-4-1-4所示。若铭牌中额定电压380/220 V,接法Y/△,表明电源电压为380 V时应接成Y形；电源线电压为220 V时应接成△形，每相绕组的额定电压为220 V。一般小型电动机(3 kW以下)大多采用Y形连接，大中型电动机(4 kW以上)采用△形连接。 4、 旋转磁场的产生 1. 旋转磁场的产生条件 (1)三相定子绕组在定子槽内对称分布，互差120°。 (2)三相定子绕组必须通入对称的三相交流电。 2. 旋转磁场的性质 (1)磁场在气隙中是旋转的。 (2)旋转磁场的转向取决于三相电源的相序，若电源的相序改变，旋转磁场的转向也改变。 (3)旋转磁场转速即同步转速为n1= (式中：f是电源的频率，p是磁极对数) 5、 三相异步电动机的工作原理 1. 工作过程及旋转方向判定 三相定子绕组通入对称三相交流电，在气隙中产生旋转磁场，旋转磁场的转向可由安培定则判定；转子绕组切割旋转磁场产生感应电动势和感应电流，感应电动势和电流的方向可由右 手定则判定；感应电流与旋转磁场作用产生电磁转矩，从而驱动转子沿旋转磁场的方向转动，可 由左手定则判定。 2. 转差率及取值 (1)定义：同步转速与转子转速之差与同步转速的比值。 (2)表达式 式中n₁为同步转速，n为转子转速，正常取值范围：0<s≤1。 (3)取值：起动瞬间：s=1;额定状态：0.02～0.06;反接制动：s>1;回馈制动：s<0。 注意： ①三相异步电动机是利用电磁感应工作的，有时也称为感应电动机。 ②旋转磁场(同步)转速和转子转速不可能相等，称为“异步”。 6、 三相异步电动机的机械特性 1. 机械特性定义 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。 2. 机械特性曲线分析 机械特性曲线如图7-4-1-5所示。 图7-4-1-5机械特性曲线 其运行特点分析如下： (1)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作用下逐渐加速，此时电磁转矩随转子转速n的增加而增大(沿曲线DC段上升),一直增大到最大转矩Tm。 (2)稳定运行区：机械特性曲线中CA段，当转子转速大于最大转矩对应的转速时，随着转速n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。 (3)曲线上几个特殊点的说明 ①起动点D:此处对应的电磁转矩为起动转矩Ts,若负载转矩TL>Tst,则电动机不能起动；如果T<Ts+,则电动机起动，n上升，电磁转矩T达到最大转矩Tm后再减小，当T=T时，电动机稳定运行。电动机起动瞬间，转子转速n=0,转差率s=1。 ②临界点C:此处对应的电磁转矩为最大转矩Tm。电动机必须具有一定的过载能力，以防造成电动机停转，致使电动机过热而烧毁。通常用最大转矩Tm与额定转矩Tn的比值称为过载能力，用过载系数λ表示,一般三相异步电动机的λ为1.8～2.5。 ③额定点B:此处对应的电磁转矩为额定转矩Tn,额定转矩、额定功率、额定转速之间的关系为：,式中P、为额定功率，单位是kW(千瓦);nn为额定转速，单位是r/min(转每分),Tn为额定转矩，单位是N·m(牛米)。 ④同步点A:此处对应电动机的理想空载状态。 【练习题】 1. 下列关于三相笼型异步电动机的说法中，正确的是 ( ) A. 比绕线式电动机结构复杂 B. 定子绕组可以转动 C. 转子铁芯用硅钢片制作 D. 笼型绕组指的是定子绕组 2. 三相异步电动机的定子绕组通入三相对称交流电，在气隙中产生的磁场是( ) A. 脉动磁场 B. 恒定磁场 C. 永久磁场 D. 旋转磁场 3. 三相异步电动机起动瞬间，转差率是( ) A.0 B.0.02 C.0.06 D.1 4. 三相异步电动机在 状态下运行转速最高。( ) A.空载 B.额定负载 C.起动瞬间 D.断开电源瞬间 5. 三相异步电动机定子铁芯、转子铁芯的硅钢片均涂有绝缘层是为了( ) A.减少三相异步电动机的磁滞损耗 B.减少三相异步电动机的涡流损耗 C.减少三相异步电动机的铁损耗 D.减少三相异步电动机的无功功率 6. 若三相异步电动机有4个磁极，电源频率为100Hz,则交流电变化0.02s时磁场在空间旋转了( ) A.240° B.360° C.480° D.120° 7. 若三相对称电源的线电压为380 V, 三相异步电动机每相定子绕组的额定电压为220V,则应采用( ) A.Y形连接 B. △形连接 C. 先 Y 形连接，后△形连接 D. 任意接法 8. 三相异步电动机定子绕组通入三个同相位的正弦交流电，在气隙中产生( ) A. 旋转磁场 B. 恒定磁场 C. 磁场为零 D. 以上都不对 9. 三相异步电动机产生的电磁转矩是由于( ) A. 定子磁场与定子电流的相互作用 B. 旋转磁场与转子电流的相互作用 C. 转子磁场与转子电流的相互作用 D. 转子磁场与定子电流的相互作用 10. 三相异步电动机要保持稳定运行，其转差率应( ) A. 小于临界转差率 B. 等于临界转差率 C. 大于临界转差率 D. 可大可小 11. 三相异步电动机的旋转是由与旋转磁场作用产生电磁转矩。( ) A.转子上产生的感应电动势 B. 转子上产生的感应电流 C.定子电压 D. 定子电流 12. 对于某台选定的三相异步电动机而言，下列说法不正确的是( ) A. 额定转速指的是该电动机额定工作状态下运行时的转速 B. 额定功率是由电源输入的功率 C. 额定电流是定子电路输入的线电流 D. 额定功率是从轴上输出的机械功率 13. 依据三相异步电动机的机械特性曲线，下列说法错误的是( ) A.电动机若要正常起动，起动转矩必须大于负载转矩 B. 曲线上最大转矩对应的转差率为最大转差率 C. 电动机起动瞬间，转差率最大 D. 电动机稳定运行应具备一定的过载能力，过载系数一般在1.8～2.5之间 14. 根据三相异步电动机机械特性曲线可知，电磁转矩在 达到最大值。( ) A. 启动瞬间 B.启动后某个时刻 C. 达到额定转速时 D.停车瞬间 15. 改变三相异步电动机转向的方法是( ) A. 对调任意两相绕组的电源线 B. 改变电动机的转差率 C. 改变电动机的电压 D. 改变电动机的磁极对数 16. 若三相异步电动机的额定转速为732 r/min, 则对应的转差率为( ) A.0.02 B.0.027 C.0.024 D.0.025 17. 鼠笼型异步电动机与绕线式异步电动机不同之处在于( ) A. 定子结构 B. 转子结构 C. 定子与转子结构 D. 机座结构 18. 某电动机参数Un=380V,In=12A,Tn=7.5N·m,nn=970r/min,工频，下列对这些参数的理解正确的是( ) A. 电动机正常运行时电源频率为60Hz B. 电动机额定运行时每相绕组的电流为15A C. 电动机额定运行时电源向电动机输入的电功率是7.5kW D. 电动机额定运行时线电压为380V 19. 三相异步电动机与外界电源相接的部分是( ) A. 定子铁芯 B. 定子绕组 C. 转子绕组 D. 转子铁芯 20. 三相异步电动机机械负载加重时，定子绕组电流会 ( ) A. 增 大 B.减 小 C. 不 变 D. 不确定 21. 三相异步电动机旋转磁场转速与磁极对数有关，以4极异步电动机为例，交流电变化了一个周期，其磁场在空间旋转了( ) A.2 周 B.4 周 C.1/2 周 D.1/4周 22. 下列关于三相异步电动机的磁路组成，错误的是( ) A.定子铁芯 B.转子铁芯 C. 机座 D.气隙 23. 工频电压下工作的三台异步电动机，额定功率之比为1:2:3,额定转速之比为1:1:1,过载系数比为6:7:8,则最大转矩之比为() A.1:1:1 B.1:2:3 C.3:7:12 D.6:7:8 24. 绕线式异步电动机的转子绕组一般接成连接。( ) A.双Y形 B.Y形 C.△形 D.Y型/△形都可以 【参考答案】 1. C 2. D 3. D 4. A 5. B 6. A 7. A 8. C 9. C 10. A 11. B 12. C 13. C 14. B 15. A 16. A 17. B 18. D 19. B 20. C 21. C 22. D 23. C 24. B 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究 学科网（北京）股份有限公司 $