2010年資產(chǎn)評估師《機(jī)電設(shè)備評估》考點(diǎn)精講:第三章(2)

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第二節(jié) 交流電動機(jī)及其控制
    交流電動機(jī)有異步電動機(jī)和同步電動機(jī)兩類。前者轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和負(fù)載有關(guān),和電源頻率無關(guān);后者轉(zhuǎn)子與電源頻率有嚴(yán)格的比例關(guān)系。
    異步電動機(jī)按定子相數(shù)的不同有單相異步電動機(jī)、兩相異步電動機(jī)和三相異步電動機(jī)。三相異步電動機(jī)由于其結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、效率高、成本低而被廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。
    一、三相異步電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)
    三相異步電動機(jī)由定子和轉(zhuǎn)子兩個基本部分組成。
    (一)定子
    定子是電動機(jī)固定部分,作用是用來產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。它主要由定子鐵芯、定子繞組和機(jī)座等組成。
    1.定子鐵芯。定子鐵芯由互相絕緣的硅鋼片疊成圓筒形狀,內(nèi)圓周表面有均勻分布的槽,用來安放三相繞組。
    2.定子繞組。定子繞組由許多線圈連接而成。線圈由帶有絕緣的銅導(dǎo)線或鋁導(dǎo)線繞制而成。三相定子繞組的三個首端和三個末端分別接在電動機(jī)出線盒的6個接線柱上。
    3.機(jī)座。用來安裝定子鐵心和固定端蓋。固定整個電機(jī)。
    (二)轉(zhuǎn)子
    轉(zhuǎn)子是電動機(jī)轉(zhuǎn)動部分,由轉(zhuǎn)子鐵芯、轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)軸等部件組成。其作用是在旋轉(zhuǎn)磁場作用下獲得轉(zhuǎn)動力矩。
    按照構(gòu)造的不同,轉(zhuǎn)子分為鼠籠式和繞線式兩種。
    1.鼠籠式轉(zhuǎn)子。這種轉(zhuǎn)子用銅條安裝在轉(zhuǎn)子鐵芯槽內(nèi),兩端用端環(huán)焊接,形狀像鼠籠。
    對于中、小功率的電動機(jī)(100kW以下)目前大部分采用鑄鋁方式。將轉(zhuǎn)子線槽內(nèi)的導(dǎo)體、兩端環(huán)和風(fēng)扇鑄成一個整體。
    鼠籠式異步電動機(jī)結(jié)構(gòu)簡單,工作可靠,使用維護(hù)方便,因而得到廣泛應(yīng)用。
    2.繞線式轉(zhuǎn)子。繞線式轉(zhuǎn)子的繞組和定子繞組相似,但三相繞組連接成星形,三根端線連接到裝在轉(zhuǎn)軸上的三個銅滑環(huán)上,通過一組電刷與外電路相連接。
    【提示】轉(zhuǎn)子繞組中的電流是感應(yīng)電流,而非外界直接接入的三相電。
    特點(diǎn):可以通過滑環(huán)和電刷,將附加電阻接入轉(zhuǎn)子電路,從而改善起動性能和調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。氣隙厚度多在0.2mm~1.5mm之間。氣隙過大,需要較大的勵磁電流,從而降低電動機(jī)的功率因數(shù)。
    【例題·單選題】下列關(guān)于鼠籠式三相異步電動機(jī)的表述中,正確的是(?。?。
    A.其定子由鐵芯和定子繞組組成
    B.三相定子繞組的首端、末端分別接在出線盒的接線柱上
    C.三相定子繞組的首端連接在一起,末端分別接線盒的接線柱上
    D.功率較大的電動機(jī)(100kW以上),其鼠籠轉(zhuǎn)子多采用鑄鋁材料
    『正確答案』B
    『答案解析』定子由定子鐵芯、定子繞組和機(jī)座組成,所以選項A不正確;選項B正確,選項C就不正確了,定子繞組可以有不同的接法,并不僅僅局限于星形接法(注意這里和繞線式異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子繞組接法相區(qū)別);功率較小的電動機(jī)(100kW以下),其鼠籠轉(zhuǎn)子多采用鑄鋁材料。
    【例題·單選題】(2007年)定、轉(zhuǎn)子繞組都為三相繞組的電動機(jī)是(?。?。
    A.鼠籠式三相異步電動機(jī)
    B.繞線式三相異步電動機(jī)
    C.直流他勵電動機(jī)
    D.同步電動機(jī)
    『正確答案』B
    『答案解析』三相異步電動機(jī)的繞組均為三相繞組,但是鼠籠式三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子是用銅條焊接而成的“鼠籠”,而非繞組。直流電動機(jī)中的繞組接通的是直流電,而非三相交流電,所以不是三相繞組。
    二、三相異步電動機(jī)的工作原理
    基本原理:通入定子繞組的三相電流共同產(chǎn)生的合成磁場隨著電流的交變而在空間不斷地旋轉(zhuǎn),稱為旋轉(zhuǎn)磁場。旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子鐵芯槽中的導(dǎo)體,在閉合的導(dǎo)體中產(chǎn)生電流,轉(zhuǎn)子導(dǎo)體電流與旋轉(zhuǎn)磁場相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩而使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。
    需要解決的兩個問題:轉(zhuǎn)子如何受力(分析轉(zhuǎn)子繞組);旋轉(zhuǎn)磁場如何產(chǎn)生(分析定子繞組)。
    轉(zhuǎn)子如何受力:1.在旋轉(zhuǎn)磁場的作用下,轉(zhuǎn)子繞組的導(dǎo)體中會產(chǎn)生感應(yīng)電流,方向有右手定則判定;2.感應(yīng)電流在磁場中,會受力,力的方向用左手定則判定。
    【拓展】右手定則判斷感應(yīng)電流。方法是:伸開右手,使大拇指跟其余四個手指垂直并且都跟手掌在一個平面內(nèi),把右手放入磁場中,讓磁感線垂直穿入手心,大拇指指向?qū)w運(yùn)動方向,則其余四指指向感應(yīng)電流的方向。
    左手定則判斷受力方向。方法是:伸開左手,讓磁感線穿入手心(手心對準(zhǔn)N極,手背對準(zhǔn)S極),四指指向電流方向,那么大拇指的方向就是導(dǎo)體受力方向。
    三相異步電動機(jī)的三相定子繞組U1-U2、V1-V2、W1-W2以Y形(星形)聯(lián)接方式與三相電源相接,便有對稱電流流入?!咀⒁狻恳韵路治龅氖嵌ㄗ永@組。
    在ωt=0的瞬間,定子繞組中電流的方向:U相電流為零;
    V相電流自V2流向V1;
    W相電流自W1流向W2。
    將各相電流產(chǎn)生的磁場相加得到合成磁場,其方向由上向下。
    【拓展】通電直導(dǎo)線中的安培定則:用右手握住通電直導(dǎo)線,讓大拇指指向電流的方向,那么四指的指向就是磁感線的環(huán)繞方向。
    【例題·多選題】下列關(guān)于三相異步電動機(jī)的敘述中,正確的是( )。
    A.定子繞組通入三相交變電流會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場
    B.旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速與電源頻率有關(guān)
    C.旋轉(zhuǎn)磁場磁極對數(shù)越多則旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速越高
    D.在額定負(fù)載下,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速總是低于旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速
    E.空載運(yùn)行時,轉(zhuǎn)差率接近于1
    『正確答案』ABD
    『答案解析』旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n=60f/P,所以磁極對數(shù)越多,旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速越低;空載運(yùn)行時,轉(zhuǎn)差率約等于0,起動時,轉(zhuǎn)差率等于1。
    【例題·單選題】(2007年)按中國標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的6磁極三相異步電動機(jī),采用50Hz交流電源供電。若額定轉(zhuǎn)速為965r/min,則轉(zhuǎn)差率為( )。
    A.O.03
    B.O.035
    C.0.04
    D.0.045
    『正確答案』B
    『答案解析』旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速=60f/P=60×50/3=1000(r/min),轉(zhuǎn)差率S=(1000-965)/1000=0.035,特別注意,這里告訴的是6個磁極,是3對磁極。
    【例題·單選題】(2009年)三相異步電動機(jī)在起動的最初瞬間,其轉(zhuǎn)差率( )。
    A.S≈0
    B.0.01<S<0.06
    C.0.1<S<0.6
    D.S≈1
    『正確答案』D
    『答案解析』當(dāng)轉(zhuǎn)子空載運(yùn)行時,S≈0;當(dāng)電動機(jī)起動瞬間或嚴(yán)重過載而堵轉(zhuǎn)時,S≈1。
    三、三相異步電動機(jī)銘牌及主要系列
    若電動機(jī)按銘牌規(guī)定的方式運(yùn)行,且在運(yùn)行中其有關(guān)電量和機(jī)械量與銘牌上標(biāo)明的額定值相符,則該電動機(jī)的運(yùn)行情況稱為額定運(yùn)行。
    (一)型號
    三相異步電動機(jī)型號主要說明電動機(jī)的機(jī)型、規(guī)格。
    【提示】掌握教材中兩個異步電動機(jī)的舉例,即Y160L-4和JO2-62-4每個字母和數(shù)字代表的含義。
    (二)額定值
    異步電動機(jī)的額定數(shù)據(jù)主要有:
    1.額定功率PN。在額定運(yùn)行情況下,電動機(jī)軸上輸出的機(jī)械功率稱為額定功率,單位為kW(千瓦)。
    2.額定電壓UN。在額定運(yùn)行情況下,外加于定子繞組上的線電壓稱為額定電壓,單位為V(伏)或kV(千伏)。
    3.額定電流IN。電動機(jī)在額定電壓下,軸端有額定功率輸出時,定子繞組線電流,單位為A(安)。
    4.額定頻率fN。我國規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)用電的頻率為50Hz。
    5.額定轉(zhuǎn)速nN。指電動機(jī)在額定運(yùn)行時電動機(jī)的轉(zhuǎn)速,單位為r/min(轉(zhuǎn)/分)。
    (三)連接方法
    電動機(jī)出線盒中有六個接線柱,分上下兩排用金屬連接板可以把三相定子繞組接成星形(Y形)或三角形(△形)。定子繞組結(jié)成星型還是三角形,視定子每相繞組的額定電壓和電源線電壓而定。
    星形接法是把三個末端連接在一起,三角形接法是首尾相接。
    【提示】
    星形連接:相電流等于線電流,但相電壓不等于線電壓,相電壓= 線電壓。
    三角形連接:相電壓等于線電壓,但相電流不等于線電流,相電流= 線電壓。
    【結(jié)論1】當(dāng)線電壓為380V時,若定子繞組每相繞組額定電壓為220V,應(yīng)該用星形連接;若定子繞組每相繞組額定電壓為380V,應(yīng)該用三角形連接。
    【結(jié)論2】對于Y系列電動機(jī)(鼠籠式異步電動機(jī)),功率在4kW以上時,其電壓為380V,采用三角形連接;功率在4kW以下時,其電壓為380/220V、Y/△ 是指線電壓為 380V 時采用Y聯(lián)結(jié);線電壓為 220V 時采用△聯(lián)結(jié)(這種表示方式下,定子繞組的額定相電壓為220V)。
    (四)絕緣等級和溫升
    絕緣等級是指電動機(jī)所用絕緣材料的耐熱等級,分A、E、B、F等級。常用B級絕緣材料的允許溫度為120℃左右。
    允許溫升是指電動機(jī)的溫度與周圍環(huán)境溫度相比升高的限度。例如B級絕緣的電動機(jī)溫升為80℃(環(huán)境溫度以40℃為標(biāo)準(zhǔn))。
    (五)工作方式
    表示電動機(jī)的運(yùn)行方式,可分為連續(xù)、短時、斷續(xù)三種。
    【例題·單選題】(2008年)下列關(guān)于三相異步電動機(jī)型號“YR160L—4”的說明中,錯誤的是(?。?。
    A.YR--繞線式異步電動機(jī)
    B.160--機(jī)座中心高度為160mm
    C.L--長機(jī)座
    D.4--磁極對數(shù)為4
    『正確答案』D
    『答案解析』4表示的是磁極數(shù),而非磁極對數(shù)。
    【例題·單選題】(2009年)下列我國生產(chǎn)的交流異步電動機(jī)四個系列產(chǎn)品中,(?。┫盗袨槎嗨偈蠡\式三相異步電動機(jī)。
    A.Y
    B.J2、L02、J02-L
    C.JD2、JD02
    D.JR
    『正確答案』C
    『答案解析』JD2、JD02系列分別是從J2、J02派生出來的防護(hù)式和封閉式多速鼠籠式三相異步電動機(jī)。
    【例題·單選題】下列關(guān)于異步電動機(jī)額定數(shù)據(jù)的敘述中,錯誤的是( )。
    A.在額定運(yùn)行情況下,電動機(jī)軸上輸出的機(jī)械功率稱為額定功率
    B.在額定運(yùn)行情況下,外加于定子繞組上的線電壓稱為額定電壓
    C.在額定電壓下,定子繞組的線電流稱為額定電流
    D.在額定運(yùn)行情況下,電動機(jī)的轉(zhuǎn)速稱為額定轉(zhuǎn)速
    『正確答案』C
    『答案解析』在額定電壓下,軸端有額定功率輸出時,定子繞組的線電流稱為額定電流。