电力拖动与运动控制课件6--三相交流异步电动机

第五章三相交流异步电动机CSSSE2019/8/3第五章三相交流异步电动机2交流电动机的分类按照定子绕组相数分单相异步电动机异步电动机交流电动机绕线型异步电动机按照转子绕组类型分鼠笼型异步电动机同步电动机三相异步电动机感应电动机CSSSE2019/8/3第五章三相交流异步电动机3三相交流异步电动机的主要内容结构工作原理和转动原理工作原理转动原理空载运行电磁关系定子电压平衡关系负载运行电磁关系转子绕组各电磁量特点磁动势平衡方程电压平衡方程式重点内容CSSSE2019/8/3第五章三相交流异步电动机4三相交流异步电动机的主要内容等效电路频率折算绕组折算T型等效电路功率和电磁转矩功率平衡方程式转矩平衡方程式机械特性固有机械特性人为机械特性CSSSE2019/8/3第五章三相交流异步电动机5三相交流异步电动机的主要内容启动和制动鼠笼型异步电动机的启动绕线型异步电动机的启动异步电动机的电气制动交流调速的基本方法变极对数调速变转差率调速变频调速CSSSE2019/8/3第五章三相交流异步电动机6三相交流异步电动机的结构定子铁心定子定子绕组转子铁心转子转子绕组：绕线型绕组、鼠笼型绕组其它部分：机座、端盖、轴承、轴承盖、接线盒、风扇、吊环保护和固定定子绕组防护，支撑转子支撑转子轴固定转子保护和固定绕组引出端通风冷却电动机起吊搬抬电动机CSSSE2019/8/3第五章三相交流异步电动机7三相交流异步电动机的结构CSSSE2019/8/3第五章三相交流异步电动机8三相交流异步电动机的结构——定子绕组定子铁心：参与电动机磁路嵌放定子线圈定子绕组：三个彼此独立的绕组空间相差120°电角度CSSSE2019/8/3第五章三相交流异步电动机9三相交流异步电动机的结构——定子绕组接线方式星形连接三角形连接1111222233334444555566662019/8/3第五章三相交流异步电动机10三相交流异步电动机的结构——转子绕组绕线式转子绕组接线示意图鼠笼式转子绕组三相，一般接成星形各相引出线连到滑环上，滑环套在转轴上并与之绝缘，通过电刷与外电路相连有可能在转子电路中串接电阻，改善电动机运行性能2019/8/3第五章三相交流异步电动机11三相交流异步电动机的结构——转子绕组铜条转子铸铝转子CSSSE2019/8/3第五章三相交流异步电动机12三相交流异步电动机的铭牌参数额定功率PN：满负载运行时三相电动机轴上输出的机械功率额定电压UN：接到电动机绕组上的线电压额定电流IN：三相电动机在额定电源电压下，输出额定功率时，流入定子绕组的线电流额定频率fN：电动机所接交流电源每秒钟内周期变化的次数额定转速nN：三相电动机在额定工作情况下运行时每分钟的转速，一般略小于对应的同步转速其它包括：型号、绝缘等级、定额、接法、防护等级CSSSE2019/8/3第五章三相交流异步电动机13三相交流异步电动机的主要内容结构工作原理和转动原理空载运行负载运行等效电路功率和电磁转矩机械特性启动和制动调速CSSSE2019/8/3第五章三相交流异步电动机14三相交流异步电动机的工作原理三相异步电动机之所以会旋转，是因为电动机气隙内有一个旋转磁场气隙要保证定子绕组通电后空间形成对称磁势和电势定子绕组相序CSSSE2019/8/3第五章三相交流异步电动机15三相交流异步电动机的工作原理两极旋转磁场示意图ωt=0ωt=120ωt=240ωt=3600A0B0Ci=sinωt+90i=sinωt-30i=sinωt+210三相电流波形CSSSE2019/8/3第五章三相交流异步电动机16三相交流异步电动机的工作原理CSSSE2019/8/3第五章三相交流异步电动机17定子绕组的连接形成一对磁极时，电流变化一个周期，旋转磁场转动一圈若有p对磁极，交流电流每变化一个周期，旋转磁场在空间中转动1/p圈三相交流异步电动机的工作原理如何改变旋转磁场的转向？最简单的方法：改变三相交流电流的通入方向动画演示CSSSE2019/8/3第五章三相交流异步电动机18三相交流异步电动机的工作原理00nfp60fn=p三相交流电动机定子旋转磁场每分钟的转速、定子电流频率和磁极对数之间的关系是同步转速060f3000n===1500rminp2同步转速例：一台四极三相异步电动机的同步转速是多少？CSSSE2019/8/3第五章三相交流异步电动机19异步电动机靠电磁感应作用工作，其转子电流感应产生，故异步电动机又称为感应电动机１．形成旋转磁场转动原理概述三相交流异步电动机的转动原理0nn２．转子导体切割磁力线，产生电磁感应电动势感应原理３．，产生感应电流（转子导体闭合右手定则）４．转子导体受电磁力作用左手定则５．电磁力对转轴形成电磁转矩６．转子按旋转磁场方向旋转CSSSE2019/8/3第五章三相交流异步电动机20三相交流异步电动机的转动原理00nnnn转子转速始终小于同步转速，只有这样，转子绕组与旋转磁场之间才会有相对运动而切割磁力线转子绕组导体中才能产生感应电动势和电流，进而产生电磁转矩，使转子按是异步电照旋转磁动机工作的必要场的方向条件继续旋转异步电动机名称的来历CSSSE2019/8/3第五章三相交流异步电动机21三相交流异步电动机的转动原理；0Nn=0,s=1n=ns=00s1s=1%~5%转子尚未转动时，若，则。可知，异步电动机处于电动状态时，。额定运行时，。转差率00n-ns=n动画演示CSSSE2019/8/3第五章三相交流异步电动机22三相交流异步电动机的转动原理动画演示CSSSE2019/8/3第五章三相交流异步电动机23三相交流异步电动机的主要内容结构工作原理和转动原理空载运行负载运行等效电路功率和电磁转矩机械特性启动和制动调速CSSSE2019/8/3第五章三相交流异步电动机24下标s表示转差率为s时物理量的情况1.定子绕组电流：2.建立旋转磁场：转速，磁动势3.旋转磁场切割定、转子绕组，感应出定子绕组电动势：转子绕组电动势：转子绕组电流：4.无机械负载，电磁转矩仅需克服阻转矩，很小，≈≈5.可以认为旋转磁场不切割转子绕组1A1B1C011A1B1C2A2B2C2A2B2Ce02s202s2I,I,InFE,E,EE,E,EI,I,ITnnE=E0I=I≈00下标1表示定子下标2表示转子三相交流异步电动机的空载运行1.电磁关系空载磁动势即为定子上的磁势；建立气隙磁场的励磁磁动势就是，即＝，此时产生的磁通为。01m0m00m010FFBFFFFΦCSSSE2019/8/3第五章三相交流异步电动机25三相交流异步电动机的空载运行1.电磁关系：励磁磁动势产生的磁通绝大部分同时与定、转子绕组交链：另外有一主磁通小部分定子漏磁通磁通仅与定子绕组交链1mσΦFΦ转子漏磁通参见负载运行电磁关系CSSSE2019/8/3第五章三相交流异步电动机26三相交流异步电动机的空载运行1.电磁关系异步电动机空载运行时的电磁关系示意图CSSSE2019/8/3第五章三相交流异步电动机271σ1σ1011σ11101=--+设空载时，定子绕组每相端电压为，相电流为；主磁通在定子绕组中感应出的每相电动势为；漏磁通在定子绕组中感应出的每相电动势为；定子绕组每相电阻为。则电动机空每相定子绕组电压载时，平衡方程式为UIΦEΦERUEEIR三相交流异步电动机的空载运行2.定子电压平衡关系1E怎么求？CSSSE2019/8/3第五章三相交流异步电动机2811N111N1mmΦ=-ΦΦΦsinΦeNKdeNKdtωtω设为定子中感应电动势瞬时值，为定子每相绕组匝数，为定子绕组系数，则依据电磁感应定律，有磁通按正弦规律变化，有＝为主磁通幅值，为交流电流角频率mm0mΦsinΦcosΦsin9011N11N11N1dωte=-NKdt=-NKωωt=NK2πfωt-则有三相交流异步电动机的空载运行2.定子电压平衡关系CSSSE2019/8/3第五章三相交流异步电动机29mm0mΦsin90ΦΦ，令为定子绕组感应电动势幅值，则有为定子绕组感应电动势的有效值，则有1m1N11m11111N111NE=NK2πfEe=2EωE4.44fNt-E1K=NK2πf=20Φ90Φ在相位上比滞后，用相量表示即为1N111EE=-j4.4N4fK三相交流异步电动机的空载运行2.定子电压平衡关系CSSSE2019/8/3第五章三相交流异步电动机30Φ为励磁阻另一种表达方式抗为励磁电阻，反映铁耗的等效电阻；为励磁电抗，对应于主磁通。10mmmmmmmE=-IR+jXZ=R+jXRXΦΦΦ同理，可求得为定子漏电抗，与漏磁通相对应1σ1N11σm1σ1N11σ1σ01σ1σ1σE=4.44fNKE=-j4.44fNKE=-jIXX三相交流异步电动机的空载运行2.定子电压平衡关系CSSSE2019/8/3第五章三相交流异步电动机31三相交流异步电动机的空载运行2.定子电压平衡关系为定子每相漏阻抗1101σ011011σ101111σU=-E+jIX+IR=-E+IR+jX=-E+IZZ=R+jX1σ1101=--+电压平衡方程式UEEIR因为，则或1011111EIZU=-EU=ECSSSE2019/8/3第五章三相交流异步电动机32三相交流异步电动机的主要内容结构工作原理和转动原理空载运行负载运行等效电路功率和电磁转矩机械特性启动和制动调速CSSSE2019/8/3第五章三相交流异步电动机33三相交流异步电动机的负载运行三相异步电动机负载运行时，轴上机械负载转矩增加，原空载电磁转矩无法平衡负载转矩。电动机开始降速，旋转磁场与转子之间的相对运动速度加大。转子感应电动势增加，转子电流和电磁转矩增加。当电磁转矩增加到与负载转矩和空载转矩相平衡时，电动机以低于空载时的转速稳定运行CSSSE2019/8/3第五章三相交流异步电动机34旋转磁场与转子的相对转速为即为旋转磁场切割转子绕组的速度00Δn=n-nn=snΔ三相交流异步电动机的负载运行1.电磁关系转子绕组中的电流将产生转子绕组磁动势，相对于转子的旋转速度为22222260fn=IFpF转子绕组感应电动势与感应电流的频率为0201pnppsf=Δn=n=s=sf606060CSSSE2019/8/3第五章三相交流异步电动机35222100FFn+n=sn+n=nF相对于定子绕组的旋转速度为可见，与在空间的旋转速度相同。即，无论异步电动机的转速如何变化，定、转子绕组的磁动势相对静止。转子绕组极对数与定子绕组极对数始终相同，则有221120260f60f60sf60fn====s=snpppp三相交流异步电动机的负载运行1.电磁关系动画演示动画演示021FFF总的气隙磁动势是与定子绕组磁动势的合成。CSSSE2019/8/3第五章三相交流异步电动机36三相交流异步电动机的负载运行1.电磁关系异步电动机负载运行时的电磁关系示意图Backto电压平衡方程式动画演示CSSSE2019/8/3第五章三相交流异步电动机3721af=sf.转子绕组感应电动势及电流的频率三相交流异步电动机的负载运行２.转子各电磁量特点为转子每相绕组匝数，为转子绕组系数，为转子旋转时的感应电动势，为转子静止时的感应电转动势，又称堵转电动子旋转时转子绕组感应电动势势2s22N2m12N2m12N2m22N22s2E=4.44fNKΦ=4.44sfNKΦ=s4.44fNKΦ=sENKEEb.转子转速n或转差率s随负载转矩变化，s的变化会引起电动机内部许多物理量的变化CSSSE2019/8/3第五章三相交流异步电动机38为转子每相绕组的漏电感，为转子静止时每相绕组的漏电抗，转子电抗2s222212222212X=ωL=2πfL=2πsfL=sXLXXc=2πf.L三相交流异步电动机的负载运行２.转子各电磁量特点，为转子每相绕组的电阻，则有转子电流2s2s22s2