第七章异步电动机原理 (1).ppt

第七章 异步电动机原理 The Principles of asynchronous Machines,本章基本教学要求,1.了解异步电动机的结构 2.深入理解并掌握综合表达三相异步电动机电磁关系的基本方程式、等效电路和相量图，转子转动时异步电动机的运行原理，转子绕组折算和频率折算； 3.掌握异步电动机中的功率和转矩平衡方程式，各功率之间的相互关系，电磁转矩物理表达式； 4.掌握异步电动机的工作特性重点和难点,重点： 1.三相异步电动机空载和负载运行时的基本电磁关系，掌握基本方程式、等效电路和相量图三种分析方法，并注意与变压器的对比，着重分析转子转动后的情况，转子绕组折算和频率折算； 2.掌握异步电动机功率与转矩的平衡关系、电磁转矩的表达式 3.掌握异步电动机机械特性 难点： 转子转动时的基本电磁关系交流电动机,电动机,直流电动机,,他励、并励、串励、复励,电动机的分类,,,,,,7.1异步电动机结构、额定数据与工作原理,异步电机是一种交流电机，也叫感应电机，主要作电动机使用 异步电动机广泛用于工农业生产中，例如机床、水泵、冶金、矿山设备与轻工机械等都用它作为原动机，其容量从几千瓦到几千千瓦。

日益普及的家用电器，例如在洗衣机、风扇、电冰箱、空调器中采用单相异步电动机，其容量从几瓦到几千瓦 在航天、计算机等高科技领域，控制电机得到广泛应用 异步电机也可以作为发电机使用，例如小水电站、风力发电机也可采用异步电机7.1异步电动机结构、额定数据与工作原理,一、异步电机主要用作电动机，去拖动各种生产机械 异步电动机的优点:结构简单、容易制造、价格低廉、运行可靠、坚固耐用、运行效率较高和适用性强的工作特征 异步电动机的缺点:功率因数较差异步电动机运行时，必须从电网里吸收落后性的无功功率，它的功率因数总是小于１调速性能不够好7.1.1异步电动机的主要用途和分类,异步电动机运行时，定子绕组接到交流电源上，转子绕组自身短路，由于电磁感应的关系，在转子绕组中产生电动势、电流，从而产生电磁转矩所以，异步电机又叫感应电机 二、异步电动机的种类很多，从不同角度看，有不同的分类法： （1）按定子相数分有 ① 单相异步电动机；② 两相异步电动机； ③ 三相异步电动机 （2）按转子结构分有 ① 绕线式异步电动机；② 鼠笼式异步电动机后者又包括单鼠笼异步电动机、双鼠笼异步电动机和深槽式异步电动机此外，根据电机定子绕组上所加电压的大小，又有高压异步电动机、低压异步电动机之分。

从其它角度看，还有高起动转矩异步电机、高转差率异步电机、高转速异步电机等等 异步电机也可作为异步发电机使用单机使用时，常用于电网尚未到达的地区，又找不到同步发电机的情况，或用于风力发电等特殊场合上在异步电动机的电力拖动中，异步电机回馈制动时，即运行在异步发电机状态7.1.2 三相异步电动机的结构,转子：在旋转磁场作用下， 产生感应电动势或 电流三相定子绕组：产生旋转 磁场一、异步电动机的定子： 异步电动机的定子是由机座、定子铁心和定子绕组三个部分组成的 1、定子铁心： 是电动机磁路的一部分，装在机座里为了降低定子铁心里的铁损耗，定子铁心用用0.5mm厚的硅钢片叠压而成的，在硅钢片的两面还应途上绝缘漆下图所示为定子槽,其中(a)是开口槽，用于大、中型容量的高压异步电动机中；(b)是半开口槽，用于中型500V以下的异步电动机中；(c)是半闭口槽，用于低压小型异步电动机中定子铁心,定子槽,,,定子铁心,定子冲片,,定子冲片,定子线圈,铁心和机座,2、定子绕组： 高压大、中型容量的异步电动机定子绕组常采用Y接，只有三根引出线，如图(a)所示对中、小容量低压异步电动机，通常把定子三相绕组的六根出线头都引出来，根据需要可接成Y形或△形，如图(b)所示。

定子绕组用绝缘的铜（或铝）导线绕成，嵌在定子槽内3、机座： 主要是为了固定与支撑定子铁心 如果是端盖轴承电机，还要支撑电机的转子部分因此，机座应有足够的机械强度和刚度 对中、小型异步电动机，通常用铸铁机座对大型电机，一般采用钢板焊接的机座，整个机座和座式轴承都固定在同一个底板上 二、气隙： 异步电动机的气隙比同容量直流电动机的气隙小得多，在中、小型异步电动机中，气隙一般为0.2~1.5mm左右三、异步电动机的转子： 异步电动机的转子是由转子铁心、转子绕组和转轴组成的 1、转子铁心： 是电动机磁路的一部分，它用0.5mm厚的硅钢片叠压而成铁心固定在转轴或转子支架上，整个转子的外表呈圆柱形 2、转子绕组：分为笼型和绕线型两类 1）笼型转子：笼型绕组是一个自己短路的绕组在转子的每个槽里放上一根导体，在铁心的两端用端环连接起来，形成一个短路的绕组如果把转子铁心拿掉，则可看出，剩下来的绕组形状像个松鼠笼子，如图（a) 所示，因此又叫鼠笼转子导条的材料有用铜的，也有用铝的如果用的是铜料，就需要把事先做好的裸铜条插入转子铁心上的槽里，再用铜端环套在伸了两端的铜条上，最后焊在一起，如图(b)所示。

如果用的是铸铝，就连同端环、风扇一次铸成，如图(c)所示 笼型转子结构简单、制造方便、是一种经济、耐用的电机，所以应用极广鼠笼转子照片,,,,,2）绕线型转子：绕线型转子的槽内嵌放有用绝缘导线组成的三相绕组，一般都联接成Y形转子绕组的三条引线分别接到三个滑环上，用一套电刷装置引出来，如图所示这就可以把外接电阻串联到转子绕组回路里去，以改善电动机的启动性能或调节电动机的转速 与笼型转子相比较，绕线型转子结构稍复杂，价格稍贵，因此只在要求起动电流小，起动转距大，或需平滑调速的场合使用绕线转子照片,7.1.4 异步电动机的铭牌数据,三相异步电动机的铭牌上标明电机的型号、额定数据等 1 异步电动机的型号： 电机产品的型号一般采用大写印刷体的汉语拼音字母和阿拉伯数字组成其中汉语拼音字母是根据电机的全名称选择有代表意义的汉字，再用该汉字的第一个拼音字母组成例如Y系列三相异步电动机表示如下：,异步电动机 极数,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,Y 100 L 1 2,铁心长度代号,机座中心高 机座长度代号,,,,,,,,,,,,,,,,2 异步电动机的额定值： 异步电动机的额定值包含下列内容： （1）额定功率 PN 指电动机在额定运行时轴上输出的机械功率，单位是kw。

（2）额定电压 UN 指额定运行状态下加在定子绕组上的线电压，单位为V （3）额定电流IN 指电动机在定子绕组上加额定电压、轴上输出额定功率时，定子绕组中的线电流，单位为A （4）额定频率f 指我国规定工业用电的频率是50Hz5）额定转速n 指电动机定子加额定频率的额定电压，且轴端输出额定功率时电机的转速，单位为r/min （6）额定功率因数 指电动机加额定负载时，定子边的功率因数铭牌上还标有绝缘等级、温升、工作方式、连接方法等，对绕线式异步电动机还标有转子绕组的额定电动势和额定电流 (7)转子绕组额定电动势E2N：指定子绕组加额定电压、转子绕组开路时，滑环间的线电动势，单位：V； (8)转子额定电流I2N：指电动机额定运行、转子短路状态下，滑环之间流过的线电流，单位：A三相异步电动机的接线方法,如果电动机定子绕组有六根引出线，并已知其首、末端，分几种情况讨论 （1）当电动机铭牌上标明“电压380/220V，接法Y/△”时，这种情况下，究竟是接成Y或△，要看电源电压（线电压）的大小如果电源电压为380V，则接成Y接；电源电压为220V时，则接成△接 （2）当电动机铭牌上标明“电压380V，接法△”时，则只有这一种△接法。

但是在电动机起动过程中，可以接成Y接，接在380V电源上，起动完毕，恢复△接法 对有些高压电动机，往往定子绕组有三根引出线，只要电源电压符合电动机铭牌电压值，便可使用如何根据铭牌进行定子接线？ 三相异步电机的定子可接成Y或△,7.1.5 异步电动机的工作原理,工作原理： 三相异步电动机定子接三相电源后，电机内便形成圆形旋转磁动势，圆形旋转磁密，设其方向为逆时针转，如图所示若转子不转，转子鼠笼导条与旋转磁密有相对运动，导条中有感应电动势e，方向由右手定则确定由于转子导条彼此在端部短路，于是导条中有电流，不考虑电动势与电流的相位差时，电流方向同电动势方向这样，导条就在磁场中受力f，用左手定则确定受力方向，如图所示转子绕组的导体处于旋转磁场中,转子导体切割磁力线，并产生感应电势，判断感应电势方向转子导体通过端环自成闭路，并通过感应电流 感应电流与旋转磁场相互作用产生电磁力，判断电磁力的方向 电磁力作用在转子上将产生电磁转矩，并驱动转子旋转F,转子受力，产生转矩T，为电磁转矩，方向与旋转磁动势同方向，转子便在该方向上旋转起来转子旋转后，转速为n，只要n＜n1（n1为旋转磁动势同步转速），转子导条与磁场仍有相对运动，产生与转子不转时相同方向的电动势、电流及受力，电磁转矩T仍旧为逆时针方向，转子继续旋转，稳定运行在T=TL情况下。

记为异步电动机转差率：,,1、只要感应电动机的定子绕组产生旋转磁场，转子绕组形成闭合回路，电动机就会旋转2、转子的旋转速度n始终小于磁场的旋转速度n13、转子速度n与磁场速度n1的转差Δn，与磁场速度n1的比值叫转差率s很小，S =0.01~0.05,结论：,注意：在正常情况下，异步电动机的转子转速总是略低于旋转磁场的转速（同步转速）转差率是一个表征异步电动机运行状态的一个基本参数感应电动机的转速随负载的变化而变化三相异步电机的3种运行状态,异步电动机的运行分析,正常情况下，电机转子总是旋转的，但是为了分析问题的方便，在这里我们首先从转子静止出发进行分析转子静止的2种情况： (1)转子绕组开路(对绕线式异步电动机) 有感应电势，不能形成转子电流无电磁力 (2)转子绕组不开路 有感应电势、形成转子电流、受电磁力； 但转子被堵死不能转(堵转),7.2 三相异步电动机转子不转、转子绕组开路时的电磁关系 7.2.1 正方向的规定：,电动机惯例,,发电机惯例,7.2.2 磁通及磁通势： 1、励磁磁通势： 我们给异步电动机通入对称的三相交流电时，根据我们前面所学的可知将会在气隙中会产生一个旋转的气隙磁场，这个旋转的磁场会同时切割定转子绕组，这样，在两个绕组内会产生相应的感应电动势，但是由于转子绕组是开路的所以，没有电流，即没有磁通势，由此可见，在这种情况下，整个气隙磁场全部是由定子绕组内的三相对称电流产生，为此，定子磁通势又叫做励磁磁通势，定子电流亦叫做励磁电流。

j,,,+A1, +A2,,下面我们来看一下由三相对称电流产生的旋转磁通势的特点： 1）幅值： 2）转向：逆时针转向A1—B1—C1 3）转速：相对于定子绕组以角频率 旋转 4）瞬间位置：正如前面所分析的，当A相电流达到正最大 时，他所对应的磁动势也达到正最大转子不转的三相异步电机，相当于一台副边开路的三相变压器，其中定子绕组是原绕组，转子绕组是副绕组，只是在磁路中，异步电机定、转子铁心中多了一个空气隙磁路而已 2、主磁通和漏磁通： 主磁通：同时链定子、转子、气隙构成闭和回路的磁通，气隙里每极主磁通量用Φ1 表示 漏磁通：只链定子绕组就形成闭和回路，叫定子漏磁通，用 Φs1 表示如图所示：,槽漏磁通,端部漏磁通,由于气隙是均匀的，励磁磁动势F0产生的主磁通Φ1所对应的气隙磁密是一个在气隙中旋转、在空间按正弦分布的磁密用空间向量表示为 ， 气隙里每极主磁通为： 气隙磁密和励磁磁通势同方向，这是因为磁通势达。