感应电机

5.1感应电机的结构和运行状态1.感应电机的结构感应电机分为定子和转子部分。感应电机外形图感应电机结构图定子stator：固定部分转子rotor：旋转部分气隙airgap：很小，0.2-2mm对电机性能影响很大异步电动机的结构5.1感应电机的结构和运行状态5.1感应电机的结构和运行状态1）定子①铁心：由厚度为0.5mm的低硅钢片叠装而成，构成磁路，嵌放定子绕组。为了嵌放定子绕组，在定子冲片中均匀地冲制若干个形状相同的槽。5.1感应电机的结构和运行状态槽形有三种，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。5.1感应电机的结构和运行状态②绕组：由铜线绕制成三相对称绕组，构成电路部分。其作用是感应电动势、流过电流、实现机电能量转换。③机座：固定和支撑定子铁心。因此要求有足够的机械强度。5.1感应电机的结构和运行状态2）转子①铁心：由厚度为0.5mm的低硅钢片叠装而成，构成磁路。②转轴：支撑转子铁心和输出输入机械转矩。③绕组：构成闭合电路部分。分为：笼形绕组和绕线式绕组。(1)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。如果去掉铁心，则剩下来的绕组的形状就像一个松鼠笼子。这种笼型绕组可以用铜条焊接而成，也可以用铝浇铸而成。5.1感应电机的结构和运行状态去掉铁心的笼型绕组笼型转子5.1感应电机的结构和运行状态（2）绕线式绕组：与定子绕组相似的对称三相绕组。一般接成星形。将三个出线端分别接到转轴上三个滑环上，再通过电刷引出电流。绕线式转子的特点是可以通过滑环电刷在转子回路中接入附加电阻，以改善电动机的起动性能、调节其转速。5.1感应电机的结构和运行状态绕线转子接线示意图5.1感应电机的结构和运行状态2.感应电机的运行状态感应电机分为电动机、发电机和电磁制动三种运行状态，如图。5.1感应电机的结构和运行状态①电动机运行状态上图a)定子绕组上加三相交流电源电压，便有三相对称电流流过，在气隙产生旋转磁场。基波磁场以同步转速逆时针转动，图中瞬间，上部分N极，下部分S极。则转子绕组顺时针切割磁场感应电势，从而在自行闭合回路的转子绕组中产生和电势基本上同方向的电流。转子导体的电流和气隙磁场相互作用，产生和同步转速同方向的电磁转矩，使转子以转速转动，转子转向和同步转速同方向。这样，感应电机定子从电源上输入的电功率转化为转子的输出功率。160fnpn由于铁耗、机械损耗等原因，电动机的转速小于但接近同步转速，存在转差，故感应电机又称异步电机。n1n5.1感应电机的结构和运行状态用转差率来反映转差的大小，转差率；11nnsn电动机：10nn10s②发电机运行状态图b)原动机按同步转速的方向拖动感应电机的转子转动，且使电机的转速高于同步转速，；转子绕组逆时针切割磁场，产生和电动机状态方向相反的感应电势及电流，从而产生和转速相反的电磁转矩。此时感应电机转轴从原动机输入机械功率，克服电磁转矩，由感应电机的定子向电网输出电功率。发电机：1nn1nn0s5.1感应电机的结构和运行状态③电磁制动状态图c)用外力使转子逆着旋转磁场转动，此时转子导体切割磁场的方向和电动机状态时的相同，从而转子的感应电势及电流和电动机状态时的同方向。电磁转矩和电机的转速反方向，为电磁制动转矩。这样，感应电机转子从原动机输入机械功率，定子也从电网吸收电功率（因转子导体电流方向和电动机状态时的相同），输入的机械功率和电功率都变成电机的内部损耗。电磁制动：0n0n1s5.1感应电机的结构和运行状态3.额定值①额定功率：是转轴上输出的机械功率，单位为W或kW。②额定电压：施加在定子绕组上的线电压，单位为V。③额定电流：电动机在额定电压、额定频率下轴端输出额定功率时，定子绕组的线电流，单位为A。④额定频率：我国电网频率50Hz。⑸额定转速：电动机在额定电压、额定频率、轴端输出额定功率时，转子的转速，单位为r/min。⑹额定效率。⑺额定功率因数。三相异步电动机额定值之间的关系：NPNUNINfNnNcosNNNNNNcos3IUP5.2三相感应电动机的磁势和磁场感应电动机工作时，首先定子绕组接电源，产生旋转磁场通过气隙传递到转子绕组，使转子绕组产生磁势，从而实现能量转换。变压器工作时，也是一次绕组电流产生磁场通过铁心传递到二次绕组，使二次绕组产生磁势，实现能量传递。●即感应电动机的电磁过程和变压器的电磁过程一样。●感应电动机的定子绕组对应变压器的一次绕组，转子绕组对应变压器的二次绕组。●变压器的分析方法完全适用于感应电动机。磁场按空载和负载两种情况分析。5.2三相感应电动机的磁势和磁场1.空载运行时的磁势和磁场异步电动机定子绕组接三相电源，有三相电流流过，主要产生基波旋转磁势，同步转速；160fnp空载时，，认为，定子电流就是空载电流即激磁电流，定子基波磁势基本上就是激磁磁势。1nn20sI100mIII1mFF电机磁场存在主磁通和定子漏磁通，如图；•主磁通：基波磁势产生的同时交链定、转子绕组的磁通。在定、转子绕组感应电势：m11114.44()mwmmmmmEjfNkIZIRjX5.2三相感应电动机的磁势和磁场22224.44smwEjfNk•漏磁通：主磁通之外的磁通，分为①槽漏磁②端部漏磁③谐波漏磁；如图。1其中谐波漏磁是由定子绕组的空载电流产生的高次谐波磁势产生的磁通。漏磁通在定子绕组感应漏抗电势：101EjIX5.2三相感应电动机的磁势和磁场2.负载运行时的磁势及磁场感应电动机带负载运行时，转速为，定子电流从空载时的变为增大。由于和同方向，这时转子绕组相对定子旋转磁场的速度为切割磁场，如图，转子绕组感应电势和电流的频率nmI1I11nnnsnn1n2160pnfsf（解释：，定子感应电势的频率，为定子相对磁场的转速。），转子电流产生的旋转磁势相对转子的转速：1160fnp1160pnf1n2F21216060fsfnsnpp5.2三相感应电动机的磁势和磁场定子电流相序确定的旋转磁场切割转子绕组，使转子电势及电流的相序和定子电流的相序相同。故转子旋转磁势的转向和相同，相对定子的转速为2F1n2F'221nnnn即感应电机不论运行什么状态，转子磁势和定子磁势在空间上转速、转向都相同，相对静止。气隙中的合成磁势（激磁）和同转速、同转向。2F1F1n12mFFF111110.92wNIkmFp222220.92wNIkmFp1110.92mwmNIkmFp∵且、和在空间上的相位差就2F1FmF2I1ImI等于、和在时间上的相位差。即2'112miIIIIIk电流变比111222wiwmNkkmNk5.3三相感应电动机的电压方程和等效电路1.电压方程•定子电压方程：和变压器类似，电动机定子每相电压方程：11111111()UEIRjXEIZ100()mmmEIZIRjX11RX、分别为定子每相的电阻和漏抗；•转子电压方程：222220()sssUEIRjX转子的电势及电流的频率为，下标用s表示；21fsf22212222sXfLsfLsX20U是由于转子绕组为短接。5.3三相感应电动机的电压方程和等效电路•电动机的电磁关系：•将电压方程转为用定、转子耦合电路表示，如图：5.3三相感应电动机的电压方程和等效电路2.等效电路由于定、转子频率不同，无法将定、转子电路统一在同一个电路中。为此，将转子频率变换为定子频率--频率归算；再进行绕组归算得到等效电路。2f1f•频率归算：由转子电压方程2222()sssEIRjX222212224.444.44swmwmEfNksfNksE22sXsX2222sssEIRjX且得：转子物理量下标只用2表示的，表示转子的频率等于定子的频率的物理量。转子每相电阻为直流电阻值，不计频率转子是通过对定子作用的，只要转子磁势不变，定子的物理量也不会变化，转子磁势大小与电流有关，与频率无关。2F211fsff10sn用静止转子代替转动转子。影响。5.3三相感应电动机的电压方程和等效电路频率归算时，转子磁势不变，则转子电流大小也不变：222222222222()sssEEIIRRXXs即频率归算后，转子电流不变，转子电阻由；22221RsRRRss21sRs为对应转子机械功率的等效电阻。∴频率归算后，转子电压方程：2222()REIjXs耦合电路:5.3三相感应电动机的电压方程和等效电路•绕组归算：将转子绕组归算到定子绕组，即用一个与定子绕组的相数、匝数及绕组因数完全相同的等效转子绕组代替频率归算后的转子绕组。'21mm'21NN'21wwkk归算后的值：'22iIIk111222wiwmNkkmNk'221eEkEE1122wewNkkNk'22eikkRRss'22eiXkkX--电流变比；--电势变比；•T型等效电路和相量图归算后方程：11111()UEIRjX''''2222()REIjXs'21mmEEIZ'12mIII5.3三相感应电动机的电压方程和等效电路由方程得耦合电路及T型等效电路。5.3三相感应电动机的电压方程和等效电路•相量图•近似等效电路1111mmZXccZX校正系数：5.4感应电动机的功率方程和转矩方程1.功率方程感应电动机工作时，定子先从电网得到输入的电功率（电压、电流为每相的值），一部分①消耗在定子铜耗上②消耗在电机的铁耗上：11111cosPmUI21111CupmIR2112FemmFeFepmIRpp正常运行时转子很小。0.020.06s2113fsfHz20Fep1FeFepp认为；其余功率沿气隙传递到转子成为电磁功率''2''212122211cosemCuFeRPmImEIPpps5.4感应电动机的功率方程和转矩方程电磁功率一部分消耗在转子铜耗上，其'2'2122CupmIR余转为转子的总机械功率。'2'12221emCusPmIRPps可见，也称转差功率。'2'2122CuempmIRsP(1)emPsP；总机械功率一部分消耗在机械损耗和杂散损耗，其余转为转轴上的输出功率：mecpadpp或2mecadPPpp2P1212CuFeCumecadPPppppp；2.转矩方程2mecadPPpp2mecadppPP--电动机输出转矩或负载转矩；22PT0mecadppT20TTT--空载转矩5.4感应电动机的功率方程和转矩方程•电磁转矩1(1)ememsPPPT1、分别是转子角速度和同步角速度。''1222cosemPmEI'211114.44wmEEfNk1112260nfp'22iIIk22cosTmTCI∵电磁转矩与气隙主磁通和转子电流的有功分量成正比。5.5感应电动机参数的测定感应电动机的参数通过空载试验和堵转（短路）试验测取。1.空载试验•试验目的：空载试验测定激磁电阻、激磁电抗以及铁耗和机械损耗。mRmXFepmecP•试验方法：试验时，电动机转轴上不带任何负载，空载运行。用调压器改变定子绕组的电压，使端电压从(1.11.2)NU逐步下降到左右，每次记录电动机对应的端电压、空载电流和空载功率得空载曲线如图。试验后用电桥测取0.3NU1U0I0P1R。5.5感应电动机参数的测定•数据处理：空载时，20P1nn'20I20Cup02121CuFeC