电机学异步电机

1第四篇：异步电机•原理：与变压器相似•应用：主要作电动机运行（单相、三相）•优点：结构简单、运行可靠、制造容易、成本低•缺点：功率因素低、调速比直流电机复杂2第十三章异步电机的基本理论★用途：异步电机主要用作电动机，是应用最广泛的一种电动机，厂矿企业，交通工具，娱乐，科研，农业生产，日常生活都离不开异步电动机。第十三章异步电机的基本理论1、（难点）理解：转子感应电势、电流的频率，转子磁势与定子磁势的关系；2、理解频率折算、绕组绕组折算的概念；3、会画异步电机T形等效电路，熟练计算功率、转矩、损耗等。重点：4单相感应电动机（家用）；三相感应电动机（大多数）；两相感应电动机（控制电机）。笼型感应电动机(结构简单、制造容易、运行可靠。）单笼；双笼深槽式绕线式(起动、制动、调速性能好。）☆1、按定子绕组供电电源相数分一、感应电动机的分类2、按转子绕组结构分13.1异步电机的结构及额定值5二、三相感应电动机的基本结构1、感应电动机总体结构6782、定子定子由定子铁芯、定子绕组和机座、端盖等组成。（1）定子铁心9（2）定子绕组（3）机座与端盖103、感应电动机的转子感应电动机的转子由转轴、转子铁芯和转子绕组组成。（1）转子铁心笼型线绕式11线绕式笼型（2）转子绕组转子绕组的作用是产生感应电动势、产生电流并产生电磁转矩。12笼型转子绕线式转子13笼型绕组是在转子铁芯的每个槽内放一根导体，在伸出铁芯的两端用导电环分别将所有导条连接起来，形成一个自行闭合的短路绕组。绕线式绕组与定子绕组相似，其连接示意图如下：144、感应电动机的气隙感应电动机的气隙比同容量的直流电机小得多，一般仅为0.2~1.5mm。气隙大小对电动机的影响很大，气隙过大将增大励磁电流分量，使电动机功率因数变差；但气隙过小将使装配困难，运行不可靠，磁场高次谐波分量增强，从而使附加损耗增强及起动性能变差。15三、三相感应电动机的额定值（1）额定功率PN［kW］：额定工况下从轴上输出的机械功率；（2）额定电压UN［V］：定子绕组引出端的线电压；（3）额定电流IN［A］：定子绕组中的线电流；（4）额定频率fN［Ｈz］：一般为50Hz；（5）额定转速nN［r/min］：额定工况下的转子转速。NNNNNIUPcos316感应电动机的型号及其额定数据例：Y132S-4•额定值:正常运行时的主要数据指标UN(V)、IN(A)、PN(kW)、nN(r/min)、fN(Hz)、ηN、cosφN等异步电动机机座中心高度(mm)极数短铁心•额定电压/额定电流/额定功率的关系3,NNNNIIUUNNNNIIUU,3△接法：Y接法：NNNNNNNNNIUIUPcos3cos3铭牌17三相异步电动机铭牌数据型号:磁极数(极对数p=2)例如：Y132M－4用以表明电动机的系列、几何尺寸和极数。机座长度代号机座中心高（mm）三相异步电动机教材表8.8.1中列出了各种电动机的系列代号。18异步电动机产品名称代号产品名称异步电动机绕线式异步电动机防爆型异步电动机高起动转矩异步电动机新代号汉字意义老代号Y异异绕异爆异起YRYBYQJ、JOJR、JROJB、JBOJQ、JQO19接法:接线盒定子三相绕组的联接方法。通常联结电机容量Y3kW联结电机容量kW4V1W2U1W1U2V2U2U1W2V1V2W1U1V1W1W2U2V2W2U2V2V1W1U1Y联结W1U1V1W2U2V2联结20电压:例如：380/220V、Y/是指线电压为380V时采用Y联结；线电压为220V时采用联结。说明：一般规定，电动机的运行电压不能高于或低于额定值的5%。因为在电动机满载或接近满载情况下运行时，电压过高或过低都会使电动机的电流大于额定值,从而使电动机过热。电动机在额定运行时定子绕组上应加的线电压值。三相异步电动机的额定电压有380V，3000V,及6000V等多种。21电流:例如：Y/6.73/11.64A表示星形联结下电机的线电流为6.73A；三角形联结下线电流为11.64A。两种接法下相电流均为6.73A。功率与效率:12PPcos3NN1IUP鼠笼电机=72~93％电动机在额定运行时定子绕组的线电流值。额定功率是指电机在额定运行时轴上输出的机械功率P2，它不等于从电源吸取的电功率P1。22注意：实用中应选择容量合适的电机，防止出现“大马拉小车”的现象。功率因数:PN三相异步电动机的功率因数较低，在额定负载时约为0.7~0.9。空载时功率因数很低，只有0.2~0.3。额定负载时，功率因数最高。额定转速:电机在额定电压、额定负载下运行时的转速。P2cosO230N0Nnnns额定转差率如：nN=1440转/分sN=0.04绝缘等级:指电机绝缘材料能够承受的极限温度等级，分为A、E、B、F、H五级，A级最低(105ºC)，H级最高(180ºC)。2413.2异步电机的三种运行状态1、感应电动机的模型NS磁铁闭合线圈感应电动机的模型0nnfei25AXYCBZ定子三相绕组通入三相交流电分）转/(6011pfn方向:顺时针切割转子导体Blv右手定则感应电动势E20旋转磁场感应电流I2旋转磁场Bli左手定则电磁力FF电磁转矩TnvF0nNS2、异步电机作为电动机状态运行26同步转速n1是由定子对称三相绕组施以三相对称电压，流过三相对称电流而产生的。它与电网频率f1及电机极对数p的关系为：★同步转速n1pfn1160旋转的气隙磁场切割转子导体，在转子导条中产生感应电势，其大小与转子导体所处的气隙磁密、转子导体有效长度、及转子导体与旋转的气隙磁场的相对切割速度的关系为：★感应电势和电磁转矩vlBe12☆27感应电势方向由右手定则确定。感应电势e2在闭合的转子绕组中产生感应电流i2。它与旋转磁场作用，产生电磁力f。电磁力的大小由：Blif决定，方向则由左手定则确定。由于电磁力f产生电磁转矩：2DfTx转子所有导条产生的转矩即为该电机的电磁转矩：xTT由左手定则知道，T的方向与n1相同。28定子n1转子YBZXACnUVW3~定子三相对称绕组产生旋转磁场。转速为n1。（理由下述）转子绕组：在旋转磁场作用下，产生感应电动势和感应电流。三相感应电动机的工作原理☆三相感应电动机的工作原理2930旋转磁场的同步转速和电动机转子转速之差与旋转磁场的同步转速之比称为转差率。由前面分析可知，电动机转子转动方向与磁场旋转的方向一致，但转子转速n不可能达到与旋转磁场的转速相等，即1nn异步电动机如果:1nn无转子电动势和转子电流转子与旋转磁场间没有相对运动，磁通不切割转子导条无转矩因此，转子转速与旋转磁场转速间必须要有差别。★★转差率s☆☆31异步电动机运行中:%~s)91(转子转速亦可由转差率求得1)(1nns%10011nnns转差率s例1：一台三相异步电动机，其额定转速n=975r/min，电源频率f1=50Hz。试求电动机的极对数和额定负载下的转差率。解：根据异步电动机转子转速与旋转磁场同步转速的关系可知：n1=1000r/min,即p=3额定转差率为2.5%100%10009751000%10011nnns3201s电动电磁制动发电s0nn11s00nn1s1n0转差率是感应电动机的一个基本参数，在分析异步电动机性能时有着重要的地位。起动瞬间，n=0，S=1；理想空载运行时：n=n1，S=0作为电动机运行时，S的范围在0~1之间。额定状态下，S在0.05以下，故nN与n1很接近。小结：异步电机作为电动机运行运状态特点转子与电磁转矩、旋转磁场同转向（0nn1，1s0）电磁转矩是驱动转矩，电能转化为机械能3301s电动电磁制动发电s0nn11s00nn1s1n02、异步电机作为发电机状态运行小结：异步电机作为发电机运行运状态特点转子与电磁转矩反转向、与旋转磁场同转向（n1n0，s0）电磁转矩是阻转矩，机械能转化为电能，电能回馈电网。原动机拖动异步电机的转子以大于同步转速顺着磁场方向旋转3401s电动电磁制动发电s0nn11s00nn1s1n03、异步电机在制动状态下运行小结：异步电机在制动运行运状态下的特点转子与电磁转矩、旋转磁场反转向（n0，s1）电磁转矩是阻转矩，电机的机械能和电能全部转化为热能外力强迫异步电机的转子逆着磁场方向旋转动3513.3异步电动机的电势平衡三相异步电动机的电磁关系与变压器类似。变压器：变化eU1E1=4.44fN1E2=4.44fN2E1、E2频率相同，都等于电源频率。11444Nf.U异步电动机每相电路i1u1e1e1e2e2i2+－++++－－－－f1f21、定子绕组的电势平衡方程36旋转磁场的磁通ABCXYZabcxyz1U1I1E1En12E2In2E1F2Ff13~异步电动机：旋转磁场切割导体e，E1=4.44f1N11kw11旋转磁场每极磁通：(主磁通)Φσ1Eσ111XIj漏磁通：11111111)(ZIEjXRIEU372、转子绕组的电势平衡方程式1.转子感应电势频率f2∵定子导体与旋转磁场间的相对速度固定，而转子导体与旋转磁场间的相对速度随转子的转速不同而变化定子感应电势频率f1转子感应电势频率f2转子感应电势频率f21111126060fspnnnnpnnf旋转磁场切割定子导体和转子导体的速度不同382.转子感应电动势E2E2s=4.44f2N21kw2=4.44sf1N2当转速n=0(s=1),即转子堵转时，f2最高（=f1)，且E2最大，有E2=4.44f1N21kw2转子静止时的感应电势即E2s=sE2转子转动时的感应电势3.转子感抗σσσssXLfsLfX22122222当转速n=0(s=1)时，f2最高(=f1)，且X2s(=X2σ)最大，有X2σ=2f1L2即X2S=sX2σ394.转子绕组中的电流I2222222()sEIRsX转子绕组的感应电流2100()Inns22max22221sEIRX2220SSEIZ222222SSEsEIZRjsX405.转子电路的功率因数cos222222222222cos()sRRXRRsX22sRSX很小时1cos222ssRX较大时s1cos241转子绕组的感应电流22222222222()sssEEIRXRX转子电路的功率因数222222cos()sRRX变化曲线随、SIcos22)(2Isn)cos(2sn结论：转子转动时，转子电路中的各量均与转差率s有关，即与转速n有关。I2cos2s1I2,2cosO4213.4异步电动机的磁势平衡※当定子三相绕组中通过三相电流时，会产生旋转磁势。※同样在转子m2相绕组中流过m2相电流时，也一定会产生磁势。那么转子磁势的大小和性质是什么？※当定子三相绕组中通过三相电流时，会产生旋转磁势产生旋转磁场120sin120sinsinmCmBmAtIitIitIi定子三相绕组通入三相交流电(星形联接)BiAXBYCZAiCi（1）.旋转磁场的产生CiAiBiitmIoiCiAiBitmIo0n规定i:“+”首端流入，尾端流出。i:“–”尾端流入，首端流出。AYCBZX(•)电流出()电流入CiBiAiitAXYCBZAXYCBZAXYCBZNS三相电流合成磁场的分布情况0t60t合成磁场方向向下合成磁场旋转60°0n6090t合成磁场旋转90°600mIoSNSNAAXZBCYAAXZBCY分析可知：三相电流产生的合成磁场是一旋转的磁场即：一个电流周期，旋转磁场在空间转过360°