4-1三相异步电动机的基本工作原理.doc

第四章教案 第 13 页 周次第9周章节名称4-1三相异步电动机的基本工作原理4-2定子磁场和感应电势授课方式理论课（）；实验课（ ）；实习（ ）教学时数4学时教学目的及要求要求掌握：1三相异步电动机的旋转磁场工作原理；2三相异步电动机的转差率定义。教学内容提要时间分配1三相异步电动机的旋转磁场工作原理；2三相异步电动机的转差率定义；3三相异步电动机的铭牌参数。第一次课：1第二次课：2，3教学重点与难点1 三相异步电动机的工作原理与运行状态；2 三相异步电动机的结构；3 三相异步电动机的铭牌参数。讨论练习和作业讨论：1.异步电动机的磁场与变压器的磁场性质的异同点。 2.为什么nn1时，异步电动机才能工作？教学手段多媒体与其它方式结合参考资料1）电机与拖动基础 刘启新 中国电力出版社 2）电机与拖动基础 宋银宾 机械出版社 3）电机与电力拖动 顾绳谷 合肥工业出版社 4）电机原理及拖动 彭鸿才 机械工业出版社第四章 三相异步电动机的基本原理第一节三相异步电动机的基本原理一、三相异步电动机的基本原理（如右图）(一)、转差率定义： 。 式中n1旋转磁场的转速(同步转速) n转子的转速 。1）当0nn1时，即0sn1时，即 0s时,电机为发电运行状态(机械能电能)。 3） 当 n1 时,电机为电磁制动运行状态(机械能和电能热能)。（二）、运行状态分析:(1)电机运行状态:nn1 s为负e2和i2反向(与电机比) Te反向(Te与n反方向)(制动性质),又因i2反向i1反向i1与e1同方向(注e1未变) i1e1为正输出电能。(3)电磁制动运行状态若T1驱动转子以反方向旋转,则切割方向同电动运行状态e1，e2,i1,i2,Te同电机运行状态,因Te与n1同方向，但与n反方向(制动性质)，所以T1必须输入机械功率。又因e1与i1反向i1e1为负从电网吸收电功率。二、三相异步电动机的结构：(一)、感应电机的结构1. 定子： 定子铁心：0.5mm厚硅钢片叠压而成,磁路的一部分。 定子绕组：电磁线制而成，电路一部分。机 座 ：铸铁或钢板焊接而成。2. 转子： 转轴:支撑转子 转子铁心：0.5mm硅钢片叠压而成，磁路一部分。 转子绕组： 笼型绕组 铸铝 铜条 绕线式绕组: 电线绕制而成,Y接,滑环引出,外接电阻。 3. 气隙：磁路的一部分, Im。Im4交流绕组的分类1）按相数分为：单相、三相、多相。2）按槽内层数分为：单层（同心式、链式、交叉式）、双层（叠绕组、波绕组）、单双层绕组。3)按每极每相槽数q：整数槽、分数槽。三、三相异步电动机的铭牌数据及主要系列（一） 铭牌数据：额定功率PN: 电动机在额定情况下运行，由轴端输出的机械功率，单位为W或kW。额定电压UN: 电动机在额定情况下运行,施加在定子绕组上的线电压，单位为V。额定频率fN：50Hz。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。其他额定值 N N (或N)（二）主要系列：第二节三相异步电动机的定子磁场及感应电势一、 三相异步电动机的定子绕组磁势（一） 单相绕组产生的磁势脉振磁势 整距集中绕组通单相交流电时绕组的磁势：设气隙均匀，通以正弦交流电流，Nc匝，则 每个气隙上的磁动势为：结论：波形：矩形波； 脉动磁动势：空间位置固定、幅值大小和方向随时间而变化的磁动势。傅里叶分解： 基波磁动势的幅值： 次谐波磁势的幅值： 基波磁动势的性质：按正弦规律变化的脉动磁动势。（二）三相交流绕组电流产生的磁势旋转磁势1. 定子旋转磁势：数学法： 分解后相加的三相合成磁动势为：图解法：结论：三相对称绕组流过三相对称电流产生的合成基波磁动势为圆形旋转磁动势；性质：幅值： ； 转速： ； 转向：从载有超前电流相转到载有滞后电流相； 某相电流达最大值时，合成磁动势的幅值恰好在该相绕组的轴线上 。2 .交流绕组磁场的一般规律：结论：m相对称交流绕组，通以m相对称交流电流时，在气隙中产生一个正弦分布的以同步速度旋转的旋转磁场。二、三相异步电动机的定子感应电动势：（一）绕组感应电势1 导体的电动势：1）.电动势频率：2）.电动势波形：由e=BLV可知，由气隙磁密沿气隙分布的波形决定； 3）.基波电动势大小： 式中：为每个磁极基波电动势的大小。2 线匝电动势及短矩系数（ ）短矩系数： 3 线圈电动势设线圈为Nc匝数，则有：（二）线圈组电动势及分布系数 q个线圈组成，集中绕组： 分布绕组：分布系数： 绕组系数：（三）每相电动势和线电动势：一相绕组的串联匝数为（即一条支路的串联匝数）则一相的感应电动势 对于单层绕组， = 。对于双层绕组， = 2。式中:a为并联支路数。周次第10周章节名称4-3异步电动机的运行原理4-4异步电动机功率和转矩 4-5异步电动机工作特性授课方式理论课（）；实验课（ ）；实习（ ）教学时数4学时教学目的及要求要求掌握：三相异步电动机的相矢图分析法；教学内容提要时间分配1异步电动机负载时的物理情况；2基本方程式：磁势平衡方程式，电势平衡方程式。第一次课：1第二次课：2教学重点与难点1异步电动机空载与负载时的电磁关系分析2掌握三相异步电动机的相矢图分析法中相量与矢量混合描述的要点讨论练习和作业讨论：1.异步电动机的分析方法与变压器的分析方法的异同。2异步电动机参数测定的方法及实验步骤。教学手段讲授参考资料1）电机与拖动基础 刘启新 中国电力出版社 2）电机与拖动基础 宋银宾 机械出版社 3）电机与电力拖动 顾绳谷 合肥工业出版社 4）电机原理及拖动 彭鸿才 机械工业出版社第三节 三相异步电动机的运行原理一、 异步电动机的空载运行：（一） 空载电流和空载磁势(1) 空载：输出功率为0即负载转矩为0。(2) 空载电流：。(3) 空载磁势：（4）空载磁通：主磁通0： 作用：传递能量的媒介作用；路径：定子气隙转子气隙定子。漏磁通： 不起传递能量的媒介作用，只起电抗压降的作用； 包括：槽部漏磁通、端部漏磁通和高次谐波。（二） 空载定子电压方程式和等效电路：二、三相异步电动机的负载运行（一） 负载时的气隙磁动势：转子绕组中感应电势、电流的频率为：（二） 转子磁动势：1的幅值：2的方向：由于转子旋转磁势的旋转方向取决于转子电流的相序，所以转子旋转磁势的旋转方向与定子磁势的旋转方向一致。3的旋转速度：（1）相对于转子的转速：（2）相对于定子的转速：（三）磁动势平衡方程式：或 （四）电势平衡方程式：； ； 。三、三相异步电动机的等效电路（一） 频率折算：目的：把转子由转动状态化为静止状态。（1）折算条件：保持F2不变，只要使等效前后转子电流的大小和相位相等即可；等效前后转子电路的功率和损耗相等。（2）折算方法：1） 电势的折算：2） 电流和电阻的折算：附加电阻的物理意义：模拟转轴上总的机械功率；转子方程为：; （二） 绕组折算：1） 电流折算: ； 2） 电势折算：.3） 阻抗折算：； 4） ；（三） 等效电路： 例1已知：一台三相异步电动机，在额定转速下运行，电源频率，试求：1）转子电流频率； 2）定子电流产生的旋转磁动势以什么速度切割定子？又以什么速度切割转子？ 3）由转子电流产生的转子磁动势以什么速度切割定子？又以什么速度切割转子？四、参数测定（一） 空载时与励磁参数的确定：1空载试验:2励磁参数的确定:（二） 堵转试验与短路参数的确定：1堵转试验:2短路参数的确定:第四节 三相异步电动机的功率和转矩一、 功率和损耗：1 输入功率：2 定子铜损耗：3 定子损耗：4 电磁功率：5 转子铜损耗：6 总机械功率：二、 转矩平衡方程式：； ； 三、 电磁转矩公式1 物理表达式：2 参数表达式第五节 异步电动机的工作特性定义：是指在额定电压和频率下，电动机的转速n(s)、输出转矩T2 、定子电流I1、功率因数cos1、效率与输出功率P2之间的关系。一、转速特性或 所以=是一条向下倾斜的曲线。二、定子电流特性由知，空载时：，很小；负载时，P2增加，也增加，I1也增加。四、 功率因数特