电工基础第7章 异步电动机B

第7章异步电动机7.1三相异步电动机的结构和工作原理7.4单相异步电动机和特种异步电动机7.2三相异步电动机的特性7.3三相异步电动机的使用异步电动机的应用非常广泛：在工业方面：中、小型轧钢设备，机床、轻工机械、起重机械，矿山机械等。在农业方面：脱粒机、粉碎机、排灌机械及加工机械。在家用电器方面：电风扇、空调机、洗衣机、电冰箱等。电动机的分类：交流电动机的作用是将交流电能转换成机械能,交流电动机分异步电动机和同步电动机两大类。1.按电机定子相数分：三相异步电动机、两相异步电动机、单相异步电动机。2.按电机的转子结构分：笼型异步电动机、绕线型异步电动机.一、异步电动机的用途与分类7.1三相异步电动机的结构和工作原理这是电动机的外形三相异步电动机的构造三相异步电动机主要部件是由定子和转子两大部分组成。此外，还有端盖、机座、轴承、风扇等部件。这是三相异步电动机的基本结构示意图三相异步电动机主要部件是由定子和转子两大部分组成。此外，还有端盖、机座、轴承、风扇等部件。端盖机座这是三相异步电动机的基本结构示意图这是三相异步电动机的基本结构示意图三相异步电动机主要部件是由定子和转子两大部分组成。此外，还有端盖、机座、轴承、风扇等部件。定子这是三相异步电动机的基本结构示意图三相异步电动机主要部件是由定子和转子两大部分组成。此外，还有端盖、机座、轴承、风扇等部件。定子转子轴承端盖机座1.定子三相异步电动机的定子是由机座、定子铁心和定子绕组组成。这是机座定子铁心和定子绕组示意图定子绕组机座铁心定子铁心是由冲有槽孔的硅钢片叠压而成这是定子硅钢片在定子槽孔中放置三相彼此独立的绕组。AXBYCZABCZXYAXBYCZAXBYCZABCZXY定子绕组星接定子绕组角接端子AZBXCY设：电流的流入端用表示电流的流出端用表示在定子槽孔中放置三相彼此独立的绕组定子绕组AXBYCZiAiBiCuAuBuCiAiBiCABCXYZ这是饶线型转子铁心与绕组2.转子根据转子绕组结构的不同又分为笼型转子和绕线型转子笼型转子的电机称笼型电动机饶线型转子的电机称饶线型电动机外接电阻电刷滑环转子铁心转子绕组转子铁心是由相互绝缘的硅钢片叠压而成。这是转子硅钢片笼型转子是由嵌放在转子铁心槽内的导电条组成，在转子铁心的两端各用一个导电端环把所有的导电条连接起来。这是笼型转子AZBXCY设：电流的流入端用表示电流的流出端用表示定子绕组与转子绕组定子绕组转子绕组1.旋转磁极对导体的作用•••SNn1ne(i)ff转子导体旋转磁极形成旋转磁场，旋转磁场的转速也称为同步转速。笼型转子在旋转磁场的作用下也转动起来，其转向与旋转磁场的转向相同。三、三相异步电动机的转动原理2.三相绕组产生的旋转磁场iAiBiCABCXYZiA=ImsintiB=Imsin(t-120)iC=Imsin(t+120)iAiBiC相序A-B-C-A对称三相电流流入对称三相绕组。ti0AZBXCY设：电流的流入端用表示电流的流出端用表示iA（1）两极旋转磁场t=0°tiAZBXCYiA=0iB为负值iC为正值NS0°设：电流的流入端用表示iBiC电流的流出端用表示tt=60°iAZBXCYNS60°iC=0iB为负值iA为正值iAiBiC0t=90°AZBXCYNS90°iA为正值iB为负值iC为负值tiiAiBiC0t=180°AZBXCYiA=0iB为正值iC为负值180°NStiiAiBiC0t=60AZBXCYNS60°t=90°AZBXCYNSt=0°AZBXCYNS90°t=180AZBXCYNS180°0°空间相差120º角的三相绕组，通入对称三相电流时，产生的是一对磁极的旋转磁场,当电流经过一个周期变化时，磁场也沿着顺时针方向旋转了一周(在空间旋转的角度为360º)。综上分析可以得出：tiiAiBiC0（2）改变旋转磁场的转向ABCXYZiAiC9060°0AZBXCYNS0°AZBXCYNS60°相序A-C-B-AAZBXCYNS90°iB改变流入三相绕组的电流相序,就能改变旋转磁场的转向;改变了旋转磁场的转向,也就改变了三相异步电动机的旋转方向。综上分析可以得出：（3）四极旋转磁场iAiBiCABCXYZA'B'C'X'Y'Z'60°0°t=0°AZ'BX'C'NSXCYA'ZB'Y'0°SNt=60°NSAZ'BX'C'XCYA'ZB'Y'30°SN0°tiiAiBiC0tiiAiBiC090°180°t=90°AZ'BX'C'NSXCYA'ZB'Y'45°SNt=180°AZ'BX'C'NSXCYA'ZB'Y'90°SN90°ABCXYZA'B'C'X'Y'Z'iAiBiC当定子每相中有两个绕组串联,且每相绕组在空间相差60º时,通入对称三相交流电后,也产生一个旋转磁场,但它是一个四极旋转磁场。当电流变化一周,旋转磁场在空间只转了半周(180º空间角),旋转速度较两极磁场慢了一半。（4）旋转磁场的速度n1pn1=——60f1综上分析可以得出：—电源的频率—磁极对数（5）转子转速n和转差率Sn1s=——=—–n1–nn1nP=1n1=3000r/minP=2n1=1500r/minP=3n1=1000r/minn=(1–s)n1定义:转差率0ssN=0.015~0.06转子转速例：已知n=975r/min，f1=50Hz。求：n、p,s解：n=1000r/mins=n1nn110009751000==0.025p=3定子旋转磁场3.转子的转速和磁场•••N1S1N2S2n1n=n1(1-S)转子磁场••n1S1N1N2S2•当定子的旋转磁场逆时针转过90º时，转子磁场也逆时针转过90º。转子磁场的磁极对数与定子旋转磁场的磁极对数相等，而且转子磁场与定子旋转磁场具有相同的转向和转速。转子相对于旋转磁场的转速n2pn2=——60f2综上分析可以得出：=f1Sf2—转子电动势的频率n2—转子旋转磁场相对转子的转速f2=——pn60=———60p(n1–n)=———–60n1pn1(n1–n)n2+n=n1n1n2n例：已知n=975r/m，f1=50Hz。求：p、s、f2解：p=3s=n1nn110009751000==0.025f2=sf1=50×0.025=1.25HzAZBXCYAXBYCZ主磁通iAiBiC漏磁通S(很小)E1=4.44f1N1K1e1eS1uAuBuCES1=–jI1XS1=–jI1LS1...(很小)四、三相异步电动机的电路1.定子电路•R1jXs1E1•U1•I1•ES1Z1=R1+jXS1定子的内阻抗：U1E1=4.44f1N1K1：旋转磁场每极磁通N1：每相定子绕组匝数K1：定子绕组分布系数U1=–E1–ES1+I1R1=–E1+I1(R1+jXS1)=–E1+I1Z1••••••••Z2=R2+jXS2转子的内阻抗：E2=4.44f2N2K2=4.44f1N2K2S=E20S：旋转磁场每极磁通N2：每相转子绕组匝数K2：转子绕组分布系数E2=–ES2+I2R2=I2(R2+jXS2)=I2Z2••••••E2•I2R2jXS2•ES22R2+XS2E2I2=————2I2=————2=–—————SE20R2+(SX20)22.转子电路I2cos2cos2I20S1I2和cos2均与S有关2R2+XS2E2I2=————2I2=————2=–—————SE20R2+(SX20)2cos2=—————R2R2+(SX20)22•E2•I2R2jXS2•ES2三相异步电动机的等效电路ES1R1jXs1E1•U1•I1•••E2•I2R2jXs2•ES2电磁转矩T=GI2cos2————U14.44f1N1K11E20=4.44f1N2K24.44f1N1K1=4.44f1N2K2————U1将代入式得1电磁转矩是由旋转磁场和转子电流的有功分量相互作用而产生的，所以与结构有关的常数1.转矩公式T=CU1______________SR2R2+(SX20)222常数2R2+XS2E2I2=————2I2=————2=–—————SE20R2+(SX20)2cos2=—————R2R2+(SX20)227.2三相异步电动机的特性ST10TstTmSmabc（1）额定转矩TNTN=9.55———–PN(W)nN(r/min)SNTNT与U12成正比T=CU12—————SR2R2+(SX20)22转矩特性T=f(S)P2=T•=T——2n60TN=————PN2nN/60或TN=9550———–PN(kW)nN(r/min)第9章9.1TmSmU1不同电源电压的转矩特性由dT/ds=0,得Tm=C——U122X20ST01U1U1U1TmU1´´T=CU1—————SR2R2+(SX20)222R2+(SX20)2=2(SX20)22Sm=±–—R2X20Sm=–—R2X20解得取正值Sm—称为临界转差率TmU1（2）最大转矩Tm代入T的表达式U12求得最大转矩TmU1增大第9章9.1ST0TmSm1R2当X20不变时,临界转差率Sm随R2增大而增加。d.Sm=R2/X20Sm′Sm″R2″R2R2R2″´不同转子电阻的转矩特性Tm=C——U122X20结论：a.TmU12b.Tm与R2无关c.过载系数mTmTNm1.62.5Sm=–—R2X20Sm与U1无关R2´R2增大ST01TstTmSm（3）起动转矩TSTT=CU12—————SR2R2+(SX20)22起动瞬间n=0，S=1Tst=CU1———–R2R2+X20222CU1——R2X2022U1↓→TstR2↑→Tst↑R2´R2U1´U1负载转矩T2Tst,不能起动,可空载或轻载起动负载转矩T2Tst，可带负载起动stTstTN一般st1.02.2特殊st2.22.8起动转矩倍数ST0abc1n0n1TTn0n1TabcTstTmnNTN因为n=n1(1-S),可以由转矩特性得到机械特性2.机械特性曲线n=f(T)（1）分析起动过程d当TstT2时,电机起动在cb段n↑→S↓T↑→ba段在ab段n↑→S↓T↓→T=T2T2=TN(在d点)→S↑直到T=T2'电机稳定运行在新的转速下,工作于d'点则:n↓———n=(1–S)n1→T↑n0n1TabcTstTmT2'd'n'nNTN=T2Nd转矩平衡方程式T=T2+T0=负载转矩+空载转矩（2）分析转速平衡过程ab段为稳定运行区,电动机工作在稳定运行区时,具有自适应能力。例如,原来在额定负载下稳´定运行(工作于d点),若负载转矩突然增大为T2´,T2TN，例：已知PN=4.5Kw，nN=950r/min，N=84.5%，U1=380V，Y接，f1=50Hz，m=2，st=1.7。求：（1）磁极对数P；（2）SN；（3）TN；（4）输入功率P1；（5）最大转矩Tm；（6）起动转矩Tst解：（1）P=3SN=n1nNn110009501000==0.05（2）（3）TN=9.55PNnN=9.55450×103950=45.24N·m（4）P1=PNN4.50.845==5.33kW（5）Tm=mTN=2×45.24=90.48Nm（6）Tst=stTN=1.7×45.24=76.91Nm电动机的铭牌数据（见表7-2）1、功率PN额定运行时，轴上输出的机械功率。2、电压UN额定运行时，定子绕组上应加的线电压。3、电流IN在UN、PN时，流入定子绕组的线电流。4、转速nN在UN、PN、IN时，电动机转子的转速。输入功率P1=PN/=3UNINcos7.3三相异步电动机的使用1.起动性能起动初始瞬间，n=0，S=1（1）起动电流IST大，5~7IN。频繁起动会使电动机过热。过大的起动电流在短时间内会在线路上造成较大的电压降落，影