异步交流电动机

异步交流电动机授课内容：基本结构、工作原理、机械特性、控制方法、正确使用电动机交流电动机直流电动机三相电动机单相电动机同步电动机异步电动机他励、并励电动机串励、复励电动机电动机的分类：控制用电动机：伺服电动机、步进电动机定子铁芯：定子三相绕组：匝数相同空间排列互差1200由内周有槽的硅钢片叠成。（作为导磁路经）定子绕组AXBYCZ首端末端转子转子铁心：由外周有槽的硅钢片叠成。(1)鼠笼式转子铁芯槽内放铜条，端部用短路环形成一体。或铸铝形成转子绕组。(2)绕线式转子同定子绕组一样，也分为三相，并且接成星形。转子绕组：鼠笼式绕线式根据转子的不同，交流异步电动机分为：鼠笼式转子牛牛文库文档分享鼠笼式电动机与绕线式电动机的的比较：鼠笼式：结构简单、价格低廉、工作可靠；不能人为改变电动机的机械特性。绕线式：结构复杂、价格较贵、维护工作量大；转子外加电阻可人为改变电动机的机械特性。三相异步电动机的转动原理转动原理：●一对磁极形成旋转磁场在空间旋转，●放入闭合线圈，由轴承架起●线圈导体切割磁力线，感生电动势e(右手定则）●感生电动势e在线圈中驱动电流i●电流i在磁场中受力f产生转距，使线圈转动转动的必要条件：★空间旋转磁场(定子)★可转动闭合线圈(转子)牛牛文库文档分享120sin120sinsinmCmBmAtIitIitIi定子三相对称绕组，(星形联接)加三相电压，通入三相交流电流。BiAXBYCZAiCi1.旋转磁场的产生CiAiBiitmIo5.2.1旋转磁场首端流入，尾端流出。AYCBZX规定i0:尾端流入，首端流出。iCiAiBiomIt(•)电流出()电流入××t=0时刻：iC为正，从C端流入，从Z端流出iB为负，从Y端流入，从B端流出=0iA=0,iB0,iC0AXYCBZAXYCBZAXYCBZNS三相电流产生旋转磁场0t60t合成磁场方向向下合成磁场旋转60°6090t合成磁场旋转90°600动画SNSNit0iAiBiC2900结论：分析可知，三相电流产生的合成磁场是一旋转的磁场，即：一个电流周期，旋转磁场在空间转过360°旋转磁场的旋转方向从上图可以看出，从通入iA的绕组转向通入iB的绕组再转向通入iC的绕组任意调换两根电源进线，则旋转磁场反转。动画当定子每相一个绕组时：1pBiAXBYCZAiCiAXYCBZNS0t产生一对磁极的旋转磁场动画AAXBYBYCCZZ形成两对磁极的旋转磁场。绕组的分布如图：iA=0,iB0,iC00t×●×●×●×●NSSN同理：若定子每相绕组由n个线圈串联则:形成n对磁极的旋转磁场。P=2P=n动画旋转磁场的转速分）转分）转/(/(30006010fnp=1时:电流每变化一个周期，旋转磁场在空间旋转一圈电流每秒变化f1周期,工频：f1=50HZ同步转速：分）转分）转/(/(1500602110fnp=2时:电流每变化一个周期，旋转磁场在空间旋转半圈同步转速：p=n时:电流每变化一个周期，旋转磁场在空间旋转1/n圈分）转/(10601fpn同步转速：旋转磁场的转速称为同步转速，记为n0牛牛文库文档分享)/(6010分转pfn2p180分）转/(50011p360分）转/(0003极对数每个电流周期磁场转过的空间角度同步转速)f(Hz5013p120分）转/(00014p分）转/(75090旋转磁场转速n0与频率f1和极对数p有关。可见:旋转磁场转速n0与极对数p的关系定子三相绕组通入三相交流电分）转/(6010pfn方向:顺时针磁场切割转子导体Blv右手定则感应电动势E20旋转磁场感应电流I2旋转磁场Bli左手定则电磁力FF电磁转矩T转子转动，转速为nvF0nNS结论：●转子的转动方向与磁场旋转的方向一致●转子转速n不可能达到与旋转磁场的转速nn0(故称为异步电动机）（若n=n0则：转子导体不切割旋转磁场、无电流、无转距→n↓)●改变旋转磁场的转向就可改变电动机的转向牛牛文库文档分享异步电动机运行中:%~s)91(转子转速亦可由转差率求得0)(1nns%10000nnns转差率s例1：三相异步电动机，其额定转速nN=975r/min，电源频率f1=50Hz。试求电动机的极对数和额定负载下的转差率。解：由nN=975r/min可知：n0=1000r/min,即p=3额定转差率为2.5%100%10009751000%10000nnns5.2.3转差率可画出等效电路（三相对称，化为一相计算）定子绕组电阻R1,漏感Lσ1，主磁通在定子感生电势e1转子绕组电阻R2,漏感Lσ2主磁通在转子感生电势e2,定子电路：转子电路：1Rσ1L1e1u2Rσ2L2e转子短路σ1eσ2e)e(dtdiLRi11σ11旋转磁场在空间按正弦分布，切割定子和转子绕组，感生电动势均为正弦量)()(σ11111EEIRU)(Ljσ111111EIIR相量式：1E111144.4NfEUΦ为每极磁通，等于正弦磁通的最大值N1为定子绕组的匝数σ1eσ2e牛牛文库文档分享●旋转磁场的磁通111444Nf.U1UΦ旋转磁场与定子导体间的相对速度为n0，●定子感应电势的频率f16001pnff1=电源频率f1111444NfEU.定子感应电势的频率每切割过一对磁极，电动势变化一周，每分钟割过pn0对磁极,所以:2222σ22222IIRILjωIRE222σLfj相量式：22244.4NfEf2为转子电量的频率σ1eσ2e牛牛文库文档分享定子感应电势频率f1转子感应电势频率f21000026060fspnnnnpnnf旋转磁场与转子导体间的相对速度为n2=n0－n，每切割过一对磁极，电动势变化一周，每分钟割过p(n0-n)对磁极,所以:转子感应电势频率60n)p(nf021.转子感应电势频率f2=4.44f2N2=4.44sf1N2当转速n=0(s=1)时，f2=f1最高，则E2最大，记为E20E20=4.44f1N2转子静止时的感应电势即E2=sE20转子转动时的感应电势3.转子感抗X22122222σσLfsLfX当转速n=0(s=1)时，f2最高，则X2最大，记为X20X20=2f1L2即X2=sX202202220)(sXRsE)(0002nnIs2202220max21XREIs220222222222)(cossXRRXRR202SXRs很小时1cos2202XRss较大时s1cos25.转子电路的功率因数cos22σ22222ILfj2IRE由：2222IjIRX、cosψ2随S变化曲线2202220222222)(XREXREIss2202222)(cosXRRs)(2Isn)cos(2sn结论：转子转动时，转子电路中的各量均与转差率s有关，即与转速n有关。I2cos2s1I2,2cosOIΦKT5.4三相异步电动机转矩与机械特性5.4.1转矩公式转子中载流导体在磁场中受力而产生电磁转矩。常数，与电机结构有关旋转磁场每极磁通转子电流转子电路的功率因数,ΦT电磁转矩是由电磁功率转换而来，而电磁功率与功率因数成正比。故：,2IT2cosψT转子电流的有功分量)(UsXRsRKT电磁转矩公式：22022202)(XREIss2202222)(cosXRRs11144.4NfUΦ将代入上式22cosIΦKTT由：整理，并将常数项合并为K,得：)(UsXRsRKT电磁转矩公式1.T与定子每相绕组电压成正比。U1T21U2.当电源电压U1一定时，T是s的函数。3.R2的大小对T有影响。绕线式异步电动机可外接电阻来改变转子电阻R2，从而改变转距。曲线)(sfT曲线)(Tfn根据转矩公式22022212)(sXRUsRKT得特性曲线：NnmaxTstTOnTNT0nstT1NT5.4.2机械特性曲线牛牛文库文档分享电动机在额定负载时的转矩。1、额定转矩TN与额定功率PN)/()(9550NNN分转千瓦nPT三个重要转矩讨论额定转矩(N•m)ΩPT2电动机的额定功率PN为电机轴输出的额定机械功率。电动机的机械转距与机械功率的关系。nPnPPT95506022π转动角速度电动机的电磁转距T与输出机械转距T2的关系。202TTTT（T0为空载损耗转距）牛牛文库文档分享如某普通机床的主轴电机(Y132M-4型)的额定功率为7.5kw,额定转速为1440r/min,则额定转矩为m.N7.4914405.795509550NNNnPTOnT0nNnNTOTSNTNS注意：转子轴上机械负载转矩T2不能大于Tmax，否则将造成堵转(停车)。电机带动最大负载的能力。21220222UsXRsRKT)(2021max2XUKT0ddST令：得:202mXRss临界转差率代入转矩公式，可得:maxTmSOTS过载系数(能力)NmaxTT2.2~8.112II电机严重过热而烧坏。一般三相异步电动机的过载系数为)(sXRUsRKT22022212stXRURKT电动机起动时(n=0或s=1)的转矩。Tst体现了电动机有载起动的能力