电机学 华中科大课件 - Ch5-1 异步电机 课件

Y.Q.Xiong2005-5第5章异步电机第五章异步电机异步电机的基本工作原理异步电机的三种运行状态异步电机的基本结构异步电动机的额定值概述Y.Q.Xiong2005-5第5章异步电机2一、异步电机的基本工作原理异步电机定子三相对称绕组接在三相对称交流电网上，转子绕组对称短路。定子绕组中流过三相对称电流，在气隙中产生基波旋转磁场。气隙旋转磁场在短路的转子绕组中感应电动势并产生电流，该电流与气隙中的旋转磁场相互作用产生电磁转矩，实现异步电机的运行。Y.Q.Xiong2005-5第5章异步电机3一、异步电机的基本工作原理异步电机主要作电动机使用。主要优点：结构简单、运行可靠、制造容易、价格低廉、坚固耐用，有较高的效率和相当好的工作特性。缺点：目前尚不能经济地在较大范围内平滑调速，以及它必须从电网吸收滞后的无功功率。分类：Y.Q.Xiong2005-5第5章异步电机4二、异步电机的基本结构异步电机外形图异步电机结构图Y.Q.Xiong2005-5第5章异步电机5二、异步电机的基本结构1.定子定子铁心：电机主磁路的组成部分，并嵌放定子绕组。由厚度为0.5mm的硅钢片叠装而成。为了嵌放定子绕组，在定子冲片内圆周上均匀地冲制若干个形状相同的槽。Y.Q.Xiong2005-5第5章异步电机6二、异步电机的基本结构定子铁心的槽形主要有三种：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。Y.Q.Xiong2005-5第5章异步电机7二、异步电机的基本结构2.定子定子绕组：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。机座：固定和支撑定子铁心。因此要求有足够的机械强度。Y.Q.Xiong2005-5第5章异步电机8二、异步电机的基本结构2.转子转子铁心：电机主磁路的组成部分，并放置转子绕组。由厚度为0.5mm的硅钢片叠装而成，在转子外圆周上冲制均匀分布的形状相同的槽。转子绕组：构成电路部分。有两种结构型式：笼型绕组和绕线型绕组。转轴：支撑转子铁心和输出、输入机械转矩。Y.Q.Xiong2005-5第5章异步电机9二、异步电机的基本结构2.转子笼型绕组：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。这种笼型绕组一般为铝浇铸的，对中大型电机为减小损耗、提高效率，往往采用铜条焊接而成。Y.Q.Xiong2005-5第5章异步电机10二、异步电机的基本结构2.转子绕线型绕组：与定子绕组相似、极数相同的三相对称绕组。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。绕线型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。Y.Q.Xiong2005-5第5章异步电机11二、异步电机的基本结构3.气隙定、转子之间的间隙，也是电机主磁路的组成部分。气隙大小对异步电机的性能影响很大。为了减小电机主磁路的磁阻，降低电机的励磁电流，提高电机的功率因数，气隙应尽可能小。异步电机气隙长度应为定、转子在运行中不发生机械摩擦所允许的最小值。中、小型异步电机中，气隙长度一般为0.2～1.5mm。Y.Q.Xiong2005-5第5章异步电机12三、异步电动机的额定值额定功率PN：是转轴上输出的机械功率，单位为W或kW。额定电压UN：施加在定子绕组上的线电压，单位为V。额定电流IN：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。额定频率fN：我国电网频率fN=50Hz。额定转速nN：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。额定效率ηN。额定功率因数cosφN。三相异步电动机额定值之间的关系NNNNNcos3IUPY.Q.Xiong2005-5第5章异步电机5.2异步电机的三种运行状态一、异步电机的转差率同步转速n1----定子绕组中流过频率为f1的三相对称电流，在气隙中产生的基波旋转磁场相对于定子绕组的转速为n1。该转速大小取决于电流的频率f1和绕组的极对数p，转向为从超前电流相绕组转向滞后电流相绕组。转子转速n----转子的机械转速。pfn116011nnns转差率s----同步转速n1与转子转速n之差对同步转速n1之比值Y.Q.Xiong2005-5第5章异步电机14异步电机的转子可以是带负载机，也可以是由原动机驱动，在不同的转子外部条件下，异步电机将运行于不同的转速和不同的转差率，对应不同的运行状态。根据转差率的正负、大小，异步电机分别对应于电动机、发电机、电磁制动等三种不同运行状态。二、异步电机的三种运行状态1.0nn11s0：电动机状态转子侧：Tem与n同转向，Tem为驱动转矩，TemΩ0，发出机械功率定子侧：E1与I1的有功电流I1a反方向，E1·I1a0，吸收电功率此时，吸收电功率￫发出机械功率：电动机Y.Q.Xiong2005-5第5章异步电机15二、异步电机的三种运行状态2.nn1s0：发电机状态转子侧：Tem与n反转向，Tem为制动转矩，TemΩ0，吸收机械功率定子侧：E1与I1的有功电流I1a同方向，E1·I1a0，发出电功率此时，吸收机械功率￫发出电功率：发电机3.n0s1：电磁制动状态转子侧：Tem与n反转向，Tem为制动转矩，TemΩ0，吸收机械功率定子侧：E1与I1的有功电流I1a反方向，E1·I1a0，吸收电功率此时，吸收电功率＋吸收机械功率￫转子电阻热损耗：电磁制动状态。。。。。Y.Q.Xiong2005-5第5章异步电机16二、异步电机的三种运行状态电磁制动状态电动机状态发电机状态s11s0s0n00nn1nn1由上分析可见，异步电机只有定子侧是外加电源的，转子侧的电动势和电流，均是由气隙旋转磁场感应产生的，因此称作为“感应电机”，而这一感应作用，只有在转子与气隙旋转磁场不同步，即“异步”－转差率s不等于0的情况下，才可以产生，因此“感应电机”又称作“异步电机”。