第3章异步电机的基本理论

LFChun制作第3章异步电机的基本理论3.1三相异步电动机的工作原理3.2三相异步电动机的基本结构3.3三相绕组的电动势和磁通势3.4三相异步电动机的电动势和磁通势平衡方程3.5三相异步电动机的运行分析3.6三相异步电动机的功率和转矩3.7三相异步电动机的运行特性3.8单相异步电动机*3.9三相直线异步电动机*3.10三相异步发电机第3章异步电机的基本理论3.1三相异步电动机的工作原理3.2三相异步电动机的基本结构3.3三相绕组的电动势和磁通势3.4三相异步电动机的电动势和磁通势平衡方程式3.5三相异步电动机的运行分析3.6三相异步电动机的功率和转矩3.7三相异步电动机的运行特性3.8单相异步电动机*3.9三相直线异步电动机*3.10三相异步发电机返回主页电机与拖动3.1三相异步电动机的工作原理1.旋转磁场(1)旋转磁场的产生W2W1V2V1U1U2第3章异步电机的基本理论三相(多相)电流→三相(多相)绕组→旋转磁场。三相绕组横截面U1U2V1V2W2W1U1V1W1U2V2W2流出流入3.1三相异步电动机的工作原理U←V←W←U1U2V1V2W2W1i1=Imsinti2=Imsin(t－120O)i3=Imsin(t＋120O)i1i2i3t=0O时i1=0，i2＜0，i3＞0××NS3.1三相异步电动机的工作原理ImtOi1t=0O时i1=0，i2＜0，i3＞0U1U2V1V2W2W1t=120O时i1＞0，i2=0，i3＜03.1三相异步电动机的工作原理U1U2V1V2W2W1NSU1U2V1V2W2W1U1U2V1V2W2W1t=240O时i1＜0，i2＞0，i3=0t=360O时i1=0，i2＜0，i3＞03.1三相异步电动机的工作原理NSi变化一周i每秒钟变化50周i每分钟变化(50×60)周→旋转磁场转一圈→旋转磁场转50圈→旋转磁场转3000圈(2)旋转磁场的转速n0——同步转速n0=3000=60f1(r/min)同步转速n0的大小怎样改变？3.1三相异步电动机的工作原理U1U2V1V2W2W1每相绕组由一个线圈组成U1V1W1U2V2W2U3V3W3U4V4W4U1U2U3U4V1V4V2V3W4W1W2W3每相绕组由两个线圈串联组成3.1三相异步电动机的工作原理U1U2U3U4V1V4V2V3W4W1W2W3××××t=0O时i1=0，i2＜0，i3＞0NSNS磁极对数pp=2电流变化一周→旋转磁场转半圈n0=1500当磁极对数p=3时n0=100060f12=60f13=60f1pn0=3.1三相异步电动机的工作原理f=50Hz时：123456300015001000750600500pn0/(r/min)(3)旋转磁场的转向(n0的方向)U(i1)→V(i2)→W(i3)※由超前相转向滞后相。※由通入绕组中的电流的相序决定的。怎样改变n0的方向?V(i1)→U(i2)→W(i3)3.1三相异步电动机的工作原理机械负载旋转起来2.工作原理对称三相绕组通入对称三相电流旋转磁场（磁场能量）磁感线切割转子绕组转子绕组中产生e和i转子绕组在磁场中受到电磁力的作用转子旋转起来三相交流电能电磁转矩3.1三相异步电动机的工作原理感应n0n0NSn0n0(1)电磁转矩的产生××××转子电流有功分量与e2同方向转子电流有功分量与旋转磁场相互作用3.1三相异步电动机的工作原理NS××××转子电流无功分量滞后e290o转子电流无功分量与旋转磁场相互作用(2)电磁转矩的的方向（转子旋转方向）与旋转磁场的转向相同。顺时针方向旋转怎样改变转子的转向?3.1三相异步电动机的工作原理3~M3~UVW3~M3~UVW逆时针方向旋转起动时：n=0,△n=n0转差率:起动时n=0，s=1理想空载时n=n0，s=0正常运行时0＜n＜n0，1＞s＞0额定运行时sN=0.01~0.09(3)转子转速n——转子电磁感应最强→n→△n→转子电磁感应消失→转子电磁感应减弱→n→n=n0→电磁转矩T=0n＜n0→ns=×100%n0－nn0异步！3.1三相异步电动机的工作原理起动时n=0，△n=n0，I2=I2max，f2=f1。起动过程中n→△n→I2(I1)→f2。稳定运行时△n=n0－n很小→f2=sf1很低。(5)电磁转矩T的大小T∝Φ，I2cos2(4)转子电路电量的变化T=CTΦmI2cos23.1三相异步电动机的工作原理(6)三相异步电机的各种运行状态表3.1.2异步电机的各种运行状态状态制动状态堵转状态电动机状态理想空载状态发电机状态转子转速转差率n＜0s＞1n=0s=10＜n＜n01＞s＞0n=n0s=0n＞n0s＜03.1三相异步电动机的工作原理3.2三相异步电动机的基本结构1.主要部件(1)定子定子铁心、定子绕组、机座和端盖等。定子铁心的硅钢片第3章异步电机的基本理论定子铁心3.2三相异步电动机的基本结构定子绕组对称三相绕组。3.2三相异步电动机的基本结构定子接线盒U1V1W1W2U2V2U1V1W1U2V2W2星形(Y)联结U1V1W1W2U2V23~三角形(△)联结U1V1W1W2U2V23~3.2三相异步电动机的基本结构转子铁心、转子绕组、转轴、风扇等。转子铁心的硅钢片(2)转子转子绕组绕线型：对称三相绕组。笼型：对称多相绕组。3.2三相异步电动机的基本结构笼型异步电动机的转子3.2三相异步电动机的基本结构笼型异步电动机的转子3.2三相异步电动机的基本结构笼型异步电动机的转子3.2三相异步电动机的基本结构3.2三相异步电动机的基本结构绕线型异步电动机的转子3.2三相异步电动机的基本结构绕线型异步电动机的转子3.2三相异步电动机的基本结构三相笼型异步电动机的部件图3.2三相异步电动机的基本结构三相笼型异步电动机的结构转子风扇冷空气流罩壳（非驱动端）端盖（驱动端）3.2三相异步电动机的基本结构三相绕线型异步电动机的结构3.2三相异步电动机的基本结构三相绕线型异步电动机示意图3.2三相异步电动机的基本结构三相异步电动机的外形更多的图片3.2三相异步电动机的基本结构三相异步电动机的外形更多的图片三相异步电动机的外形3.2三相异步电动机的基本结构更多的图片UN400V~690VfN50/60HzPN200kW~2300kW2p2~8交流低压笼型异步电动机3.2三相异步电动机的基本结构更多的图片UN690V，2kV~11kVfN50/60HzPN200kW~3000kW2p2~12交流高压笼型异步电动机3.2三相异步电动机的基本结构更多的图片2.三相绕组圈边首端尾端(1)三相单层绕组例如：z=12，p=1，m=3，y=。两匝线圈每极每相槽数qz2pmq==122×1×3=2123456789101112定子槽SNU1U2一相绕组接线图（单层）3.2三相异步电动机的基本结构SN123456789101112U1简化的一相绕组接线图（单层）U2槽距角α相邻两槽中心线间的电角度。=p·360oz=1×360o12=30°极距相邻两磁极中心线间的距离（槽数）。z2p==122×1=63.2三相异步电动机的基本结构线圈节距y线圈两圈边之间的距离（槽数）。当y=时，称为整距绕组。当y＜时，称为短距绕组。z2py===122×1=6SN123456789101112U1U2yV1V23.2三相异步电动机的基本结构当q＞1——分布绕组。当q=1——集中绕组。SN123456789101112U1U2V1V2W1W2三相单层整距分布绕组接线图3.2三相异步电动机的基本结构例如：z=12，p=1，m=3，y=5。由计算得：q=2，α=30°，y＜。(2)三相双层绕组NS123456789101112串联U1U2※实线为外层线圈边，虚线为内层线圈边。3.2三相异步电动机的基本结构双层绕组3.2三相异步电动机的基本结构(1)极数转子极数=定子极数因为：转子中的电动势和电流是感应出来的。3.笼型绕组p1=p2=pNS如果两者不相等，则转子转不起来。3.2三相异步电动机的基本结构××××n0n0NS(2)相数笼型转子是对称多相绕组。转子槽数能被极对数整除时m2=z2p每对极下的每一根导条就构成一相。各对极下占相同位置的导条可看作是属于一相的并联导条，即每相有p根导条并联。m2=6转子槽数不能被极对数整除时m2=z2即每一根导条就构成一相。NNSS1234567891011123.2三相异步电动机的基本结构(3)匝数4.额定值N2=12（一根导条相当于半匝）三相异步电动机型号Y132S－6功率3kW频率50Hz电压380V电流7.2A联结Y转速960r/min功率因数0.76绝缘等级B2p=6轴上输出额定机械功率PNP1N=3UNINcosNPN=NP1N=3UNINcosNN额定电压(线电压)额定电流(线电流)3.2三相异步电动机的基本结构3.2三相异步电动机的基本结构三相异步电动机的铭牌【例3.2.1】Y180M－2型三相异步电动机，PN=22kW，UN=380V，三角形联结，IN=42.2A，N=0.89，fN=50Hz，nN=2940r/min。求额定运行时的：(1)转差率；(2)定子绕组的相电流；(3)输入有功功率；(4)效率。解：(1)由型号知2p=2，即p=1，因此n0=3000r/min，故sN=n0－nNn0=3000－29403000=0.02(2)由于定子三相绕组为三角形联结，故相电流为I1p=IN33.2三相异步电动机的基本结构42.23=A=24.4A(3)输入有功功率P1N=3UNINN=1.732×380×42.2×0.89W=24719.2W=24.72kW(4)效率N=×100%PNP1N=×100%=89%2224.723.2三相异步电动机的基本结构3.3三相绕组的电动势和磁通势1.三相绕组的电动势(1)节距因数整距线圈的电动势SNy=Ec'EcEc'EcEcEc=Ec'－Ec=2Ec'短距线圈的电动势SNEc'Ecy－y=180°Ec'EcEcy180oEc=Ec'－EcEc=2Ec'sin90°y第3章异步电机的基本理论Ec=2Ec'sin90°y=2Ec'kpEc=4.44fkpNcΦm节距因数：kp=sin90°y=短距线圈的电动势整距线圈的电动势(2)分布因数集中绕组Eq=q个线圈电动势的算术和=qEc分布绕组Eq=q个线圈电动势的相量和＜qEc一个线圈的匝数3.3三相绕组的电动势和磁通势已知：相邻两个线圈电动势的相位差为。设：q=3，则Ec1Ec2Ec3q2Ec3Ec1Ec2REqEc=2Rsin2Eq=2Rsinq2q2Eq=Ecsin2sin=qEcks3.3三相绕组的电动势和磁通势=qEcsinqsin2q2分布因数：=分布绕组的电动势集中绕组的电动势Eq=4.44fkpksqNcΦm(3)绕组因数kwkw=kpksEq=4.44fkwqNcΦm每相绕组的电动势E=4.44fkwNΦm有效匝数3.3三相绕组的电动势和磁通势ks=sinqsin2q2(1)单相绕组的脉振磁通势•脉振磁场：轴线不变，大小和方向随时间交变的磁场。•脉振磁通势：产生脉振磁场的磁通势。U1U2NS12FU1U2U12.三相绕组的磁通势3.3三相绕组的电动势和磁通势U1U3U4U2SNNSU1U2与U3U4串联:×●●×14FU3U1U2U4U1脉振磁通势的幅值绕组磁通势的幅值=kwNIm=2kwNI气隙矩形波磁通势的幅值2kwNI2p=3.3三相绕组的电动势和磁通势气隙基波磁通势的幅值2kwNI2p=4F=0.9kwNIp(2)三相绕组的旋转磁通势（幅值）i1=Imsinti2=Imsin(t－120o)i3=Imsin(t＋120o)U1V1W1U2V2W2i1i2i33.3三相绕组的电动势和磁通势U1U2V1V2W2W1t=0o时3.3三相绕组的电动势和磁通势U相绕组轴线NS××FVF