电机学异步电动机精.ppt
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1、电机学异步电动机第1页,本讲稿共100页第第12章章 异步电机基本工作原理与结构异步电机基本工作原理与结构第第13章章 三相异步电机的运行原理三相异步电机的运行原理第第14章章 三相异步电动机功率与转矩的关系三相异步电动机功率与转矩的关系第第15章章 三相异步电动机的起动、调速和制动三相异步电动机的起动、调速和制动 第2页,本讲稿共100页第第12章章 异步电机基本工作原理与结构异步电机基本工作原理与结构12.1 12.1 异步电机的用途、分类、原理和结构异步电机的用途、分类、原理和结构12.2 12.2 异步电机额定值异步电机额定值第3页,本讲稿共100页12.1异步电机的用途、分类、原理和
2、结构异步电机的用途、分类、原理和结构1.1.异步电机的用途异步电机的用途应用1和应用2 VIDEO 三相异步电动机三相异步电动机 几瓦到上万千瓦几瓦到上万千瓦 应用最广泛的电动应用最广泛的电动机。各种机械设备和家用电器。机。各种机械设备和家用电器。结构简单结构简单 制造容易制造容易 成本低成本低 运行可靠运行可靠 效率高效率高 需要从电网吸收滞后的无功功率;很难在较广范围内平需要从电网吸收滞后的无功功率;很难在较广范围内平滑调速滑调速三相异步发电机三相异步发电机 风力发电场风力发电场 和和 小型水电站小型水电站第4页,本讲稿共100页2.2.按转子结构分类:按转子结构分类:绕线型异步电动机绕线
3、型异步电动机鼠笼型异步电动机鼠笼型异步电动机继续继续第5页,本讲稿共100页第6页,本讲稿共100页3.3.三相异步电动机的基本结构:三相异步电动机的基本结构:VIDEOVIDEO一、定子部分定子铁心:由导磁性能很好的硅钢片叠成定子铁心:由导磁性能很好的硅钢片叠成导磁部分。导磁部分。定子绕组:放在定子铁心内圆槽内定子绕组:放在定子铁心内圆槽内导电部分。导电部分。机座:固定定子铁心及端盖,具有较强的机械强度和刚度。机座:固定定子铁心及端盖,具有较强的机械强度和刚度。二、转子部分转子铁心:由硅钢片叠成,也是磁路的一部分。转子铁心:由硅钢片叠成,也是磁路的一部分。转子绕组转子绕组:1 1)鼠笼式转子
4、:转子铁心的每个槽内插入一根裸)鼠笼式转子:转子铁心的每个槽内插入一根裸导条,形成一个多相对称短路绕组。导条,形成一个多相对称短路绕组。2 2)绕线式转子:转子绕组)绕线式转子:转子绕组为三相对称绕组,嵌放在转子铁心槽内。为三相对称绕组,嵌放在转子铁心槽内。异步电动机的气隙是均匀的。大小为机械条件所能允许达到异步电动机的气隙是均匀的。大小为机械条件所能允许达到的最小值。的最小值。三、气隙第7页,本讲稿共100页下面是它主要部件的拆分图。下面是它主要部件的拆分图。右图是一台三相鼠笼型异步电右图是一台三相鼠笼型异步电动机的外形图。动机的外形图。第8页,本讲稿共100页鼠笼型转子鼠笼型转子铁心和绕组
5、铁心和绕组结构示意图结构示意图三相绕线型三相绕线型转子结构图转子结构图返回第9页,本讲稿共100页第10页,本讲稿共100页4.4.三相异步电动机的基本工作原理三相异步电动机的基本工作原理U2U1W2V1W1V2n一、转动原理(1)(1)电生磁电生磁:三相对称绕组通三相对称绕组通往三相对称电流产生圆形旋转往三相对称电流产生圆形旋转磁场。磁场。(2)(2)磁生电磁生电:旋转磁场切割转旋转磁场切割转子导体感应电动势和电流。子导体感应电动势和电流。(3)(3)电磁力电磁力:转子载流(有功分转子载流(有功分量电流)体在磁场作用下受电量电流)体在磁场作用下受电磁力作用,形成电磁转矩,驱磁力作用,形成电磁
6、转矩,驱动电动机旋转,将电能转化为动电动机旋转,将电能转化为机械能。机械能。第11页,本讲稿共100页 为了分析旋转磁动势的旋转方向,设三相对称电流按余弦规为了分析旋转磁动势的旋转方向,设三相对称电流按余弦规律变化,律变化,U U 相电流最大时为计时点,电流取首进尾出为正,电相电流最大时为计时点,电流取首进尾出为正,电流波形和各时刻旋转磁动势的位置如图所示:流波形和各时刻旋转磁动势的位置如图所示:U2U1W2V1W1V2第12页,本讲稿共100页用图解法分析用图解法分析不同时刻三相合成磁动势不同时刻三相合成磁动势 合成磁动势的转向是从载有超前电流的相转到载有滞后电合成磁动势的转向是从载有超前电
7、流的相转到载有滞后电流的相。流的相。第13页,本讲稿共100页 产生圆形旋转磁动势的条件:产生圆形旋转磁动势的条件:一是三相或多相对称绕组;二一是三相或多相对称绕组;二是三相或多相对称电流。两个条件有一个不满足,即产生椭圆形是三相或多相对称电流。两个条件有一个不满足,即产生椭圆形旋转磁动势。旋转磁动势。三相对称绕组通入三相对称电流,产生的基波合成磁动势是一个幅值恒定不变的圆形旋转磁动势,它有以下主要性质(1)(1)幅值是单相脉动磁动势最大幅值的幅值是单相脉动磁动势最大幅值的3/23/2倍。倍。(2)(2)转向由电流相序决定转向由电流相序决定,从载有超前电流相转到载有滞后电从载有超前电流相转到载
8、有滞后电流相流相.(3)(3)转速决定于电流的频率和电机的磁极对数转速决定于电流的频率和电机的磁极对数(4)(4)当某相电流达最大值时当某相电流达最大值时,旋转磁动势的波幅位置刚好转到该旋转磁动势的波幅位置刚好转到该相绕组的轴线位置上相绕组的轴线位置上第14页,本讲稿共100页异步电机的异步电机的工作原理工作原理工作原理工作原理定子绕组通入三相交流电流定子绕组通入三相交流电流定子绕组通入三相交流电流定子绕组通入三相交流电流旋转磁场旋转磁场旋转磁场旋转磁场切割转子绕组切割转子绕组切割转子绕组切割转子绕组转子绕组产生感转子绕组产生感转子绕组产生感转子绕组产生感应电势应电势应电势应电势转子中产生感应
9、转子中产生感应转子中产生感应转子中产生感应电流电流电流电流转子电流与转子电流与转子电流与转子电流与磁场作用磁场作用磁场作用磁场作用产生电磁转矩产生电磁转矩产生电磁转矩产生电磁转矩运转运转运转运转问题问题问题问题:旋转磁场又是如何产生的呢旋转磁场又是如何产生的呢旋转磁场又是如何产生的呢旋转磁场又是如何产生的呢?第15页,本讲稿共100页二、转差率 转差率转差率是异步电机的一个基本物理量,它反映电机的各种是异步电机的一个基本物理量,它反映电机的各种运行情况。运行情况。转子未转动时转子未转动时,电机理想空载时电机理想空载时,作为电动机,转速在作为电动机,转速在范围内变化,转差率在范围内变化,转差率在
10、0 0 1 1范围内变。范围内变。负载越大,转速越低,转差率越大;反之,转差率越小。负载越大,转速越低,转差率越大;反之,转差率越小。转差率的大小能够反映电机的转速大小或负载大小。电机的转转差率的大小能够反映电机的转速大小或负载大小。电机的转速为:速为:额定运行时,转差率一般在额定运行时,转差率一般在0.010.060.010.06之间,即电机转速接之间,即电机转速接近同步速。近同步速。同步转速与转子转速之差与同步转速的比值称为转差率,用同步转速与转子转速之差与同步转速的比值称为转差率,用s s表示,表示,即:即:第16页,本讲稿共100页三、异步电机的三种运行状态根据转差率的大小和正负根据转
11、差率的大小和正负,异步电机有三种运行状态异步电机有三种运行状态机械能转变为电机械能转变为电能能电能和机械能变电能和机械能变成内能成内能电能转变为机电能转变为机械能械能能量关系制动制动制动制动驱动驱动电磁转矩转差率转速外力使电机快速外力使电机快速旋转旋转外力使电机沿磁外力使电机沿磁场反方向旋转场反方向旋转定子绕组接对定子绕组接对称电源称电源实现发电机发电机电磁制动电磁制动电动机电动机状态状态第17页,本讲稿共100页12.2 12.2 三相异步电动机的型号和额定值三相异步电动机的型号和额定值一、型号例例:第18页,本讲稿共100页第19页,本讲稿共100页额定值关系有:额定值关系有:额定运行状态
12、时加在额定运行状态时加在定子绕组上的线电压定子绕组上的线电压.额定条件下转轴上额定条件下转轴上输出的机械功率。输出的机械功率。在额定运行状态下流在额定运行状态下流入定子绕组的线电流入定子绕组的线电流.额定运行时电额定运行时电动机的转速动机的转速.二、额定值二、额定值第20页,本讲稿共100页 三相异步电动机的定子部分在结构上和同步电动机的三相异步电动机的定子部分在结构上和同步电动机的定子部分完全相同。定子部分完全相同。对中、小容量的低压异步电动机,通常定子三相绕组的对中、小容量的低压异步电动机,通常定子三相绕组的六个出线头都引出,这样可根据需要灵活六个出线头都引出,这样可根据需要灵活地接成地接
13、成“Y”“Y”形或形或“D”“D”形。形。U1 V1 W1U1 V1 W1W2 U 2 V2W2 U2 V2D联结联结Y联结联结三、接线三、接线第21页,本讲稿共100页例题例题3.3.一台三相四极笼形异步电动机,定子绕组为角接,额一台三相四极笼形异步电动机,定子绕组为角接,额定电压定电压380V380V,额定频率,额定频率50HZ50HZ。额定运行时,输入功率。额定运行时,输入功率为为11.42KW11.42KW,输出功率为,输出功率为10KW10KW,定子电流为,定子电流为20.1A20.1A,转,转速为速为1460r/min.1460r/min.求电动机的额定效率,额定功率因数和求电动机
14、的额定效率,额定功率因数和额定输出转矩。额定输出转矩。第22页,本讲稿共100页小结与讨论小结与讨论旋转磁场形成的条件?旋转磁场形成的条件?异步?异步?同步速度?速度?同步速度?速度?异步电机地运行原理?异步电机地运行原理?转差?转差率?转差?转差率?空间角度?空间电角度?空间角度?空间电角度?极对数?极对数?旋转磁场的旋转旋转磁场的旋转旋转磁场的旋转旋转磁场的旋转速度速度速度速度 与频率、极对数与频率、极对数与频率、极对数与频率、极对数有关有关有关有关 方向:取决于相方向:取决于相方向:取决于相方向:取决于相序序序序。第23页,本讲稿共100页第第1313章三相异步电机的运行原理章三相异步电
15、机的运行原理 13.1 13.1 三相异步电机转子静止时电磁关系三相异步电机转子静止时电磁关系 13.2 13.2 三相异步电机转子旋转时电磁关系三相异步电机转子旋转时电磁关系第24页,本讲稿共100页13.113.1三相异步电机转子静止时的电磁关系三相异步电机转子静止时的电磁关系一、主、漏磁通的分布 为了便于分析,根据磁通路径和性质不同,异步电动机的为了便于分析,根据磁通路径和性质不同,异步电动机的磁通分为主磁通和漏磁通。磁通分为主磁通和漏磁通。主磁通同时交链定、转子绕组,主磁通同时交链定、转子绕组,其路径为:定子铁心其路径为:定子铁心气隙气隙转子转子铁心铁心气隙气隙定子铁心。主磁通起定子铁
16、心。主磁通起传递能量的作用。传递能量的作用。除了主磁通以外的磁通称为漏除了主磁通以外的磁通称为漏磁通,它包括槽漏磁通、端漏磁通磁通,它包括槽漏磁通、端漏磁通和高次谐波磁通。漏磁通只起电抗和高次谐波磁通。漏磁通只起电抗压降作用。压降作用。13.1.1 13.1.1 转子绕组开路时的电磁关系转子绕组开路时的电磁关系第25页,本讲稿共100页二、空载电流和空载磁动势异步电动机空载运行时的定子电流称为空载电流异步电动机空载运行时的定子电流称为空载电流。第26页,本讲稿共100页E1和E2分别滞后于定、转子磁链90度三、感应电动势与变压器一样与变压器一样,主、漏磁通在定子绕组上感应的电动势主、漏磁通在定
17、子绕组上感应的电动势第27页,本讲稿共100页四、电压平衡方程与等效电路 与变压器一样,根据基尔霍夫电压定律,可列出空载时与变压器一样,根据基尔霍夫电压定律,可列出空载时定子每相电压方程式:定子每相电压方程式:根据上两式,可以作出空载时根据上两式,可以作出空载时等效电路。等效电路。第28页,本讲稿共100页五、电磁关系六、时空相矢量图异步电动机空载时的电磁关系与变压器非常相似。异步电动机空载时的电磁关系与变压器非常相似。B1F0I0第29页,本讲稿共100页 尽管异步电动机的电磁关系与变压器相似,但它们之间还是尽管异步电动机的电磁关系与变压器相似,但它们之间还是有差别的:有差别的:1 1)主磁
18、场性质不同:异步电动机为旋转磁场,变压器为脉动磁)主磁场性质不同:异步电动机为旋转磁场,变压器为脉动磁场场.4 4)由于存在气隙)由于存在气隙,异步电动机漏抗较变压器的大异步电动机漏抗较变压器的大.5)5)异步电动机通常采用短距和分布绕组异步电动机通常采用短距和分布绕组,计算时需考虑绕组系计算时需考虑绕组系数数,变压器则为整距集中绕组变压器则为整距集中绕组,可认为绕组系数为可认为绕组系数为1.1.第30页,本讲稿共100页13.1.2 转子堵转时工作情况转子堵转时工作情况1.1.转子静止时的磁动势转子静止时的磁动势 定子三相绕组通入对称三相电流。在气隙中产生定子三相绕组通入对称三相电流。在气隙
19、中产生F F1 1,转速转速n n1 1,并建立圆形基波旋转磁场,并建立圆形基波旋转磁场B Bm m,在定转子中分别产生感,在定转子中分别产生感应电动势应电动势E E1 1和和E E2 2。E E2 2对应转子绕组中的对应转子绕组中的I I2 2,并也产生圆形基波,并也产生圆形基波旋转磁动势旋转磁动势F F2 2。(1 1)大小:)大小:(2 2)因为转子静止,所以)因为转子静止,所以f f1 1=f=f2 2则则n n2 2=n=n(3 3)F F1 1和和F F2 2在空间上转向一致。在空间上转向一致。第31页,本讲稿共100页(4 4)由于)由于F F1 1和和F F2 2在空间上同步旋
20、转。相对静止。可以得到合成在空间上同步旋转。相对静止。可以得到合成磁动势即励磁磁动势(静止)磁动势即励磁磁动势(静止)F F1 1+F+F2 2=Fm=Fm,由定子对称三相绕组,由定子对称三相绕组ImIm所生所生(5 5)F F2 2在空间上落后于在空间上落后于BmBm为(为(90+90+2 2)F F2 2只决定于只决定于2 2转子回路的阻抗角,与转子的位置无关转子回路的阻抗角,与转子的位置无关转子静止时的空间矢量图转子静止时的空间矢量图第32页,本讲稿共100页2.2.转子静止时的电磁关系转子静止时的电磁关系第33页,本讲稿共100页第34页,本讲稿共100页第35页,本讲稿共100页13
21、.2.1 13.2.1 负载运行时的电磁关系负载运行时的电磁关系13.2三相异步电机转子旋转时的负载运行第36页,本讲稿共100页13.213.2.2 2 转子绕组各电磁量转子绕组各电磁量一、转子电动势的频率 感应电动势的频率正比于导体与磁场的相对切割速度感应电动势的频率正比于导体与磁场的相对切割速度,故故转子电动势的频率为转子电动势的频率为:转子不转时,理想空载时,二、转子绕组的感应电动势转子旋转时的感应电动势转子旋转时的感应电动势:转子不转时的感应电动势转子不转时的感应电动势:二者关系为二者关系为:第37页,本讲稿共100页三、转子绕组的漏阻抗电抗与频率正比于电抗与频率正比于,转子旋转时转
22、子漏电抗转子旋转时转子漏电抗:二者关系二者关系:转子绕组的漏阻抗转子绕组的漏阻抗:四、转子绕组的电流转子绕组为闭合绕组转子绕组为闭合绕组,转子电流为转子电流为转子不转时转子漏电抗转子不转时转子漏电抗:当转速降低时当转速降低时,转差率增大转差率增大,转子电流也增大转子电流也增大.第38页,本讲稿共100页五、转子绕组的功率因数 转子功率因数与转差率有关转子功率因数与转差率有关,当转差率增大时当转差率增大时,转子功率因数转子功率因数则减小。则减小。六、转子旋转磁动势转子绕组流过三相或多相对称电流时产生圆形旋转磁动势转子绕组流过三相或多相对称电流时产生圆形旋转磁动势.1)1)幅值幅值2)2)转向转向
23、 转子电流相序与定子旋转磁动势方向相同转子电流相序与定子旋转磁动势方向相同,转子旋转磁转子旋转磁动势的方向与转子电流相序一致动势的方向与转子电流相序一致.转子旋转磁动势相对定子的速度为转子旋转磁动势相对定子的速度为 可见可见,无论转子转速怎样变化无论转子转速怎样变化,定、转子磁动势总是以同速、定、转子磁动势总是以同速、同向在空间旋转,两者在空间上总是保持相对静止。同向在空间旋转,两者在空间上总是保持相对静止。第39页,本讲稿共100页13.2.3 13.2.3 磁动势平衡方程磁动势平衡方程转子静止和转子旋转时磁场比较转子静止和转子旋转时磁场比较转子静止时:转子静止时:对于定子而言对于定子而言
24、I1(f1)F1I1(f1)F1(n1n1)F2F2(n1n1)I2(f1)I2(f1)转子旋转时转子旋转时:对于转子(n=(1-s)n1)而言 I1(f1)F1(n1)F2(n2=sn1)I2(f2=sf1)F2相对于定子来说n2s=sn1+n=n1磁动势的平衡方程为:磁动势的平衡方程为:第40页,本讲稿共100页13.2.4 13.2.4 电动势平衡方程电动势平衡方程根据基尔霍夫电压定律可写出定、转子侧电动势平衡方程:根据基尔霍夫电压定律可写出定、转子侧电动势平衡方程:第41页,本讲稿共100页13.2.5三相异步电动机的等效电路和相量图 频率折算频率折算就是用一个等效的转子电路代替实际旋
25、转的转子系就是用一个等效的转子电路代替实际旋转的转子系统统,而等效的转子回路应与定子电路有相同的频率。而等效的转子回路应与定子电路有相同的频率。(静止转子静止转子)一、频率折算 在折算的过程中,电机的电磁效应不变,因而有在折算的过程中,电机的电磁效应不变,因而有两个条件两个条件:一个是保持转子磁动势不变;二是转子回路的功率不变。一个是保持转子磁动势不变;二是转子回路的功率不变。转子回路电流转子回路电流第42页,本讲稿共100页等效静止转子代替转速为n转子条件:F2和F2S完全相同。大小、转向、转速及空间相位相同1.转速n1,转向也相同2.F2=F2S 只要I2=I2S3.F2和F2S 相位相同
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