异步电动机课件ppt

异步电动机的应用异步电动机又称为感应电动机，电厂中的绝大部分电动机是异步电动机，用它来拖动锅炉和汽轮机附属设备的旋转机械，如：水泵、风机等。优点：结构简单、运行可靠、维护方便、效率较高等。在一些要求调速范围较宽的场合，就采用调速特性较好的直流电动机，而在单机容量较大，需要保持恒定速度的场合，常采用功率因数可调节的同步电动机。缺点：不能在较广的范围内经济、平滑地调速，使所接电网的功率因数降低。异步电动机的基本工作原理和结构§1-1异步电动机的基本工作原理定子上对称装有三相绕组,空间位置互差120°转子绕组为多相短路绕组一、基本工作原理异步电动机的基本工作原理和结构（1）定子绕组通入对称三相电流，产生以同步速n1旋转的气隙旋转磁场；（2）转子导体切割气隙旋转磁场，在自行闭合的转子绕组中产生感应电动势和感应电流；（3）转子电流的有功分量与气隙磁场相互作用，使转子导体受到电磁力，并形成电磁转矩，带动转子顺旋转磁场的方向转动起来。若转轴上带有负载，电动机将输出机械功率，从而完成电能向机械能的转换。异步电动机的基本工作原理和结构讨论：异步电动机转速（同步速）——异步的由来1nn（2）旋转过程中，若转子达到同步速，则与定子旋转磁场之间相对静止，转子不会切割定子磁场而产生感应电势和感应电流，转子就不会受到定子磁场的电磁转矩作用，转子将减速。（1）启动时，转子静止，定子旋转磁场为同步速，转子切割定子磁场而产生感应电势，并在短路绕组中产生感应电流，转子电流在定子磁场中受到电磁转矩作用而产生转动。异步电动机的基本工作原理和结构二、转差率（滑差）11nnns转子转速与同步转速的差值对同步转速的比值转差率反映了转子转速和定子旋转磁场转速的相对运动速度。它与电动机的转速、电流和力矩等有着密切关系。决定了转子电动势及其频率。静止时，转差率s=1；异步运行时,0s1;额定负荷运行时，其转差率在001006范围内异步电动机的基本工作原理和结构三、异步电动机的三种运行状态（1）电动机运行状态异步电机转子拖动所带机械设备转动，异步电机转子转速小于定子旋转磁场，且方向相同转子导体中的电流与旋转磁场相互作用，总会产生一个与旋转磁场转向相同的驱动性质的电磁力矩电动机运行状态的转差率范围：0s1异步电动机的基本工作原理和结构（2）发电机运行状态异步电机所带机械设备拖动转子转动，使异步电机的转速超过同步速转子导体切割旋转磁场的方向与电动机运行状态相反，因此感应电动势和电流的方向也发生变化，产生的电磁力形成的电磁力矩的方向与转子的转动方向相反。即电磁力矩变为制动力矩。此时，机械设备由负荷变成了原动机，其输入的机械能通过异步电机转化为电能。发电机运行状态的转差率范围：-∞s0异步电动机的基本工作原理和结构异步电机在某种外力的作用下，其转子逆着旋转磁场的方向旋转，如起重机放下重物时转子导体将以高于同步速度的速度切割旋转磁场，切割方向电动机运行状态时相同，因此，转子导体中的电动势、电流以及电磁力矩的方向都与电动机运行状态时相同，但这时的电磁力矩方向与转子的转向不同，电磁力矩对外力起制动作用（3）电磁制动运行状态电磁制动运行状态的转差率范围：1s+∞异步电动机的基本工作原理和结构§1-2异步电动机的基本结构（1）定子（2）转子定子和转子之间有一很小的间隙，称为气隙。异步电动机的基本工作原理和结构1、定子包括定子铁心、定子绕组、机座等。（1）定子铁心：作用是放置定子绕组和构成主磁路。由0.5mm厚的金国绝缘处理的硅钢片叠压而成。（2）定子绕组：是定子部分的电路。由许多高强度漆包铜线或铝线按一定规律连接绕制而成。（3）机座：固定和支撑定子铁心。异步电动机的基本工作原理和结构绕线型：由嵌入转子槽中的对称三相绕组组成，接成星形，并接到转轴上的三个集电环上，再通过电刷与外电路接通。2、转子：包括转轴、转子铁心、转子绕组等。（2）转子铁心：构成主磁路，外圆槽内放置转子绕组。由0.5mm厚的硅钢片叠压而成，套在转轴上。（3）转子绕组：分为笼型和绕线型两种。笼型：由插入转子槽中的导条和两端端环组成，是自行闭合的对称多相绕组。小型采用铸铝转子，中、大型采用铜条转子。（1）转轴：中碳钢，支撑、固定转子铁心，传递转矩。异步电动机的基本工作原理和结构笼型绕组绕线绕组及其示意图异步电动机的基本工作原理和结构§1-3异步电动机的铭牌参数1.额定功率额定运行时转轴输出的机械功率，千瓦(kW)。2.额定电压额定运行时三相定子绕组的线电压，伏（V）或千伏（kV）3.额定电流额定运行时三相定子绕组的线电流，安（A）或千安（kA）4.额定频率：我国额定工频为50Hz。赫兹（Hz）5.额定功率因数额定运行时，定子相电流与相电压之间的相位差。6.额定效率：额定运行时，输出机械功率与输入有功功率之比。异步电动机的基本工作原理和结构7.接线组别额定运行时，三相定子绕组应采用的连接方式。有些电动机铭牌上有两个电压数值220/380V，接线组别也有两种：三角形和星形，这表示电网电压为220V时定子绕组应接成三角形，电压为380V时，定子绕组应接成星形。8.额定转速额定运行时的转速，r/min。9.运行方式（定额）电动机运行的持续时间。分“连续”、“短时”、“断续”3种10.绝缘等级电动机定子所用绝缘材料的等级，它决定了电动机的允许温升，有些电动机铭牌上只标允许温升。异步电动机的基本工作原理和结构铭牌中小型异步电动机型号大型异步电动机型号异步电动机的运行原理和工作特性§2-1异步电动机负载时的磁动势和电动势一、转子不动时定子磁势所产生的磁通可分为两部分：（1）主磁通：由定子产生的在气隙中以同步速旋转的基波磁通，同时环链定子和转子绕组。路径：定子齿——气隙——转子铁芯——气隙——定子齿——定子铁轭。异步电动机依赖这部分磁通实现定子、转子之间传递能量。（2）漏磁通：仅与定子绕组环链。由三部分组成，定子绕组槽部漏磁通、定子绕组端部漏磁通、高次谐波磁通。转子绕组通过电流后，也将建立转子磁势。这时气隙中的气隙磁通应由定子和转子磁势合成，转子磁势还产生仅与转子绕组环链的转子漏磁通。异步电动机的运行原理和工作特性气隙中磁场（主磁通Φm）由定、转子磁势F1、F2共同建立，分别在定、转子绕组中感应电势E1、E2。定、转子漏磁通分别为Φl1、Φl2，感应漏电势El1、El2。定子电路中，外加电源电压U1与E1、El1和I1r1相平衡；转子电路中，E2与El2和I2r2平衡。异步电动机的运行原理和工作特性电磁方程式11112122444444wmwmEj.fNkEj.fNk11111111111112222222222llUEIrEEIrjIxEIzEIrEIrjIxIz磁势方程式mFFF21定、转子磁场在空间上以同方向、同频率旋转，相对静止，定、转子感应电势的频率f1=f2)(21imkIII222111wwikNmkNmk异步电动机的运行原理和工作特性二、转子旋转时旋转磁场（主磁通Φm）仍以n1旋转，在定子绕组中感应出E1，而转子以转速n旋转，即转子绕组以相对速度n2=n1-n切割旋转磁场。转子绕组中感应电势的频率12sff转子绕组感应电动势的数值2112444swmE.sfNk22sEsE异步电动机的运行原理和工作特性转子绕组中感应电流2222222sssEEIrjsxrjx转子绕组漏抗21122222sxLsfLfxs222222222sssExI,arctanrrx转子绕组功率因数222222srcosrx222222222ssEIrjIxIrjIsx转子绕组电动势平衡方程异步电动机的运行原理和工作特性转子绕组磁动势平衡方程mFFF21)(21imkIII转子电磁转矩（驱动转矩）2212222122()MsrUkMK.IcosfrsxΦ——气隙合成旋转磁场的每极磁通KM、K——与电动机结构有关的常数cosφ2——转子每相电路的功率因数21MU异步电动机的运行原理和工作特性§2-2异步电动机的等值电路异步电动机的运行原理和工作特性异步电动机的运行原理和工作特性异步电动机的简化等值电路异步电动机的运行原理和工作特性§2-3异步电动机的电磁转矩和机械特性一、功率平衡关系异步电动机的运行原理和工作特性MFeCuPppP11PpssrImrImsrImPCuM2'22'22'22'22'22'221ppPP2ssrImrImPpMCu'22'21'22'2122122221211''''MsmIrpssrPmIs输入电功率定子传到转子的电磁功率驱动转子的机械功率附加损耗机械损耗转轴最终输出机械功率异步电动机的运行原理和工作特性二、电磁转矩与磁通和转子电流的关系MP60/2n2222122122121111122(1)2606060''''''MrssmIrmIrmIPPsssMnnns2'2'201cosIEmPM1202211112211144422'''wMmmEIcosm.fNkPMIcosf/pf/p1114442wM.mpNkC22'MmMCIcos电磁转矩与气隙磁通、转子电流、转子功率因数有关。异步电动机的运行原理和工作特性三、电磁转矩与转差率2212112''MrmIPsMf/p2'2012'2112)()('xxsrrUI2211222111202[()+()]'''rmpUsMrfrxxs电磁转矩与电压、频率、参数、转差率有关。异步电动机的运行原理和工作特性（1）机械特性曲线临界转差率s=1时启动转矩最大转矩额定转矩Ns)(sfM)(Mfn稳定运行区：0~sm或nm~n1异步电动机的运行原理和工作特性（2）最大电磁转矩2'2121'2)(xxrrsm忽略r1212'm'rsxx211221111204()'mpUMfrrxx忽略r121111204()'mpUMfxx（1）最大转矩与外加电压的平方成正比，临界转差率与电压无关。（2）最大转矩与转子电阻无关，临界转差率与转子电阻成正比。异步电动机的运行原理和工作特性（3）启动转矩2112221121202[()()]'st''mpUrMfrrxx1）启动转矩与外加电压的平方成正比。2）转子回路串电阻，可以增加启动转矩。2211222111202[()+()]'''rmpUsMrfrxxs1s'2'21'maxrxxrMMstst2'2012'2112)()('xxsrrUI1s12212120st''UI(rr)(xx)异步电动机的运行原理和工作特性最大转矩、启动转矩与转子电阻的关系212223rrr321stststMMM111213UUU123stUstUstUMMM异步电动机的运行原理和工作特性（4）额定转矩1000260NNNNNPPMn/——额定负载时的输出机械转矩MP260NNn/NNssnn,异步电动机的运行原理和工作特性（5）过载能力，启动转矩倍数maxmNMkM过载能力通常在2~2.2范围内ststNMkM启动转矩倍数通常在1.7~2.2范围内异步电动机的运行原理和工作特性四、异步电动机的运行特性转速特性n=f(P2)效率特性=f(P2)功率因数特性cosφ=f(P2)转矩特性M2=f(P2)定子电流特性I1=f(P2)异步电动机的启动和调速§3-1异步电动机的启动电流和启动转矩一、启动性能（1）启动电流倍数Ist/IN（2）启动转矩倍数Mst/MN（3）启动时间（4）启动设备的简易性和可靠性要求：足够大的启动转矩，但启动电路不要太大，往往这两个要求相互矛盾。异步电动机的启动和调速二、启动问题（1）使电