电机与拖动 第04章4.1-4.5

14.1三相异步电动机的基本结构与工作原理4.2三相交流电机的绕组4.3三相交流绕组的磁动势4.4三相交流绕组的感应电动势4.5三相异步电动机的等效电路4.6三相异步电动机的功率和转矩4.7三相异步电动机的工作特性和参数测定4.8单相异步电动机4.9三相异步发电机第4章异步电机24.1.1三相异步电动机的基本结构4.1.2异步电动机的基本工作原理4.1.3三相异步电动机的额定值和主要系列4.1三相异步电动机的基本结构与工作原理31.定子部分2.转子部分4.1.1三相异步电动机的基本结构转子风扇冷空气流罩壳（非驱动端）端盖（驱动端）41.定子部分2.转子部分4.1.1三相异步电动机的基本结构5异步电机的定子主要包括定子铁心、定子绕组和机座。定子铁心：电机主磁路的组成部分，并嵌放定子绕组。1.定子部分61.定子部分定子铁心7半闭口槽适用于小型异步电机，其绕组是用圆导线绕成的。半开口槽适用于低压中型异步电机，其绕组是成型线圈。开口槽适用于高压大中型异步电机，其绕组是用绝缘带包扎并浸漆处理过的成型线圈。81.定子部分对称三相绕组。定子绕组：构成电路部分。其作用是产生感应电动势、流过电流、实现机电能量转换。91.定子部分•定子接线盒U1V1W1W2U2V2U1V1W1U2V2W2星形(Y)联结U1V1W1W2U2V23~三角形()联结U1V1W1W2U2V23~102.转子鼠笼式转子铁心异步电机的转子主要包括转子铁心、转子绕组和转轴。转子铁心：电机主磁路的组成部分，并放置转子绕组。转子绕组：构成电路部分。转子绕组有两种结构型式：笼型绕组和绕线型绕组。11笼型绕组：在转子铁心均匀分布的每个槽内各放置一根导体，在铁心两端放置两个端环，分别把所有的导体伸出槽外部分与端环联接起来。2.转子笼型空心转子笼型空心转子122.转子笼型异步电动机的转子铸铝笼型空心转子(风扇)铸铝笼型转子(风扇)13笼型异步电动机的转子2.转子14绕线型绕组：与定子绕组具有相同极数的三相对称绕组。一般接成星形。将三相绕组的三个引出线分别接到转轴上三个滑环上，再通过电刷与外电路接通。2.转子152.转子绕线型异步电动机的转子162.转子绕线型异步电动机的转子172.转子•三相绕线型异步电动机示意图184.1.2异步电动机的基本工作原理1.旋转磁场的产生2.异步电动机的基本工作原理3.异步电机的运行状态191.旋转磁场的产生1.旋转磁场的产生W2W1V2V1U1U2三相电流→三相绕组→旋转磁场。三相绕组201.旋转磁场的产生横截面U1U2V1V2W2W1U1V1W1U2V2W2流出流入211.旋转磁场的产生U←V←W←U1U2V1V2W2W1i1=Imsinti2=Imsin(t－120O)i3=Imsin(t＋120O)i1i2i3t=0O时i1=0，i2＜0，i3＞0××NSImtOi1221.旋转磁场的产生i1i2i3ImtOi1U1U2V1V2W2W1t=120O时i1＞0，i2=0，i3＜0231.旋转磁场的产生i1i2i3ImtOi1U1U2V1V2W2W1t=240O时i1＜0，i2＞0，i3=0241.旋转磁场的产生i1i2i3ImtOi1U1U2V1V2W2W1t=360O时i1=0，i2＜0，i3＞0NS251.旋转磁场的产生i变化一周i每秒钟变化50周i每分钟变化(50×60)周→旋转磁场转一圈→旋转磁场转50圈→旋转磁场转3000圈2.旋转磁场的转速同步转速n1n1=3000=60f1(r/min)同步转速n1的大小怎样改变？261.旋转磁场的产生U1U2V1V2W2W1每相绕组由一个线圈组成U1V1W1U2V2W2U3V3W3U4V4W4U1U2U3U4V1V4V2V3W4W1W2W3每相绕组由两个线圈串联组成27U1U2U3U4V1V4V2V3W4W1W2W3××××t=0O时i1=0，i2＜0，i3＞0NSNS磁极对数pp=2电流变化一周→旋转磁场转半圈n1=1500当磁极对数p=3时n1=100060f12=60f13=60f1pn1=1.旋转磁场的产生28f=50Hz时：123456300015001000750600500pn1/(r/min)3.旋转磁场的转向U(i1)→V(i2)→W(i3)※由超前相转向滞后相。※由通入绕组中的电流的相序决定的。怎样改变n1的方向?V(i1)→U(i2)→W(i3)1.旋转磁场的产生292.异步电动机的基本工作原理机械负载旋转起来对称三相绕组通入对称三相电流旋转磁场（磁场能量）磁感线切割转子绕组转子绕组中产生e和i转子绕组在磁场中受到电磁力的作用转子旋转起来电磁转矩感应三相交流电能30三相感应电动机的工作原理2.异步电动机的基本工作原理3101snn，2、时，电机为发电机运行状态；10sn，时，电机为电磁制动状态。3、1、,10nn01s时，电机为电动机运行状态；3.异步电机的运行状态324.1.3三相异步电动机的额定值和主要系列1.额定值感应电动机在铭牌上表明的主要额定值：1)额定容量PN指转轴上输出机械功率，单位是kW.2)额定电压UN指加在定子绕组上的线电压，单位V、kV。3)额定电流IN指输入定子绕组的线电流，单位是A。4)额定转速nN单位是转/分（r/min）。5)额定频率fN336）绝缘等级绝缘等级决定了电动机的容许温升，有时也不标明绝缘等级而直接标明容许温升。7）接法用Y或△表示。8）转子绕组的开路电压指转子接额定电压，转子绕组开路时转子线电压，单位是V。9）转子绕组的额定电流单位是A。若是绕线转子感应电动机，则还应有：4.1.3三相异步电动机的额定值和主要系列1.额定值34三相异步电动机型号Y132S－6功率3kW频率50Hz电压380V电流7.2A联结Y转速960r/min功率因数0.76绝缘等级B2p=6轴上输出额定机械功率PN额定电压(线电压)额定电流(线电流)4.1.3三相异步电动机的额定值和主要系列1.额定值P1N=3UNINcosNPN=NP1N=3UNINcosNN354.1.3三相异步电动机的额定值和主要系列1.额定值三相异步电动机的铭牌362.异步电动机的主要系列4.1.3三相异步电动机的额定值和主要系列374.1.3三相异步电动机的额定值和主要系列【例4.1】Y180M－2型三相异步电动机，PN=22kW，UN=380V，三角形联结，IN=42.2A，cosN=0.89，fN=50Hz，nN=2940r/min。求额定运行时的：(1)转差率；(2)定子绕组的相电流；(3)输入有功功率；(4)效率;(5)额定转矩解：(1)由型号知2p=2，即p=1，因此n1=3000r/min，故sN=n1－nNn1=3000－29403000=0.02(2)由于定子三相绕组为三角形联结，故相电流为I1P=IN342.23=A=24.4A38(3)输入有功功率P1N=3UNINcosN=1.732×380×42.2×0.89W=24719.2W=24.72kW(4)效率N=×100%PNP1N=×100%=89%2224.724.1.3三相异步电动机的额定值和主要系列(5)额定转矩mN5.71294010*2255.955.93NNNnPT394.2三相交流电机的绕组U1U2V1V2W2W1每相绕组由一个线圈组成U1V1W1U2V2W2U3V3W3U4V4W4U1U3U4V1V4V2V3W4W1W2W3每相绕组由两个线圈串联组成404.3三相交流绕组的磁动势三相基波合成磁动势在气隙内建立一个以同步转速n1旋转的磁场，这就是异步电机的主磁场。主磁场产生的磁通同时交链定、转子绕组，异步电动机的定、转子绕组依靠主磁场产生感应电动势，实现机电能量转换。110.9WNIFkp相绕组磁动势的幅值为：414.5三相异步电动机的感应电动势和等效电路4.5.1转子电动势、电流和电磁转矩4.5.2定子、转子绕组的电压方程——频率归算4.5.3绕组归算4.5.4异步电动机的等效电路和相量图4.5.5异步电动机的简化等效电路4.5.6笼型绕组的磁极数和相数421.转子电动势Blve21260sfnpf4.5.1转子电动势、电流和电磁转矩431.转子电动势4.5.1转子电动势、电流和电磁转矩442.转子电流4.5.1转子电动势、电流和电磁转矩452.转子电流4.5.1转子电动势、电流和电磁转矩462.转子电流4.5.1转子电动势、电流和电磁转矩473.电磁转矩电磁转矩不但和主磁通m与转子电流的乘积成正比，也和转子回路的功率因数成成正比。22mTMcosIΦKT式中：KT为比例系数；I2为转子电流的有效值。4.5.1转子电动势、电流和电磁转矩484.5.2定子、转子绕组的电压方程——频率归算旋转时异步电动机的电路494.5.2定子、转子绕组的电压方程——频率归算旋转时异步电动机的电路22222(j)sEsERsXI2222(+j)sREXIs22212222sXfLsfLsX504.5.2定子、转子绕组的电压方程——频率归算514.5.3绕组归算1、折算的定义将转子绕组用一个与定子绕组具有相同相数、相同的匝数和相同的绕组系数的等效绕组来代替。2、折算原则:折算前后磁动势不变，功率、损耗不变。3、方法(1)电流的折算,折算前后磁动势不变i524.5.3绕组归算(2)电动势的折算2221112'EkNkNEEWW221122'NNekNkNEEk22'EkEe（3）阻抗的折算折算前后功率、损耗不变2222221211122'21222'2'22'212222)()(RkkRkNmmkNmmImImRRImRImieNN　　同理，漏抗的折算为：2'2XkkXie电压比：534.5.4异步电动机的等效电路和相量图22'EkEe2'2XkkXie22RkkRie54经过归算后，定子、转子的电动势方程式11111111(jX)UEIREIZ222222222211(jX)ssEIRIRIRIZss21EE磁动势方程式mIII21励磁支路的电动势方程式mmZIE14.5.4异步电动机的等效电路和相量图55【例】一台三相4极笼型异步电动机，UN=380V，三角形联结，fN=50Hz，nN=1452r/min，R1=1.33，X1=2.43，R2'=1.12，X2'=4.4，Rm=7,Xm=90。试用T形和简化等效电路计算额定状态下运行时的定子相电流，功率因数和励磁电流。解：(1)应用T形等效电路sN=n0－nNn0=1500－14521500=0.032Z1=R1＋jX1=(1.33＋j2.43)Z2'=R2'/s＋jX2'=(1.12/0.032＋j4.4)=2.7761.3o=35.287.17o56Z0=R0＋jX0=(7＋j90)=90.2785.55o设U1=3800oV=11.47－29.43OA=10.02170.11OAIm=I1＋I2'=3.91－88.27OAI1=U1Z1＋Z0Z2'Z0＋Z2'I2'=－Z0Z0＋Z2'I1或Im=Z2'Z0＋Z2'I1=3.91－88.27OA57W11389871.047.113803cos31111IUP871.0)29.43cos(cos1584.5.5异步电动机的简化等效电路