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Ch7异步电动机原理7.1异步电动机结构、额定数据与工作原理7.1.1异步电动机主要用途与分类分类 l 按定子相数分有： 单相异步电动机；两相异步电动机；三相异步电动机。l 按转子结构分有： 绕线式异步电动机；鼠笼式异步电动机。其中又包括单鼠笼异步电动机；双鼠笼异步电动机；深槽式异步电动机。l 按有无换向器分： 无换向器异步电动机；换向器异步电动机。l 根据电机定子绕组上所加电压大小，又有高压异步电动机、低压异步电动机。主要用途异步电机主要用作电动机，去拖动各种机械装置。工业方面: (三相)用于拖动中小型轧钢设备、各种金属切削机床、轻工机械、矿山机械等；农业方面: (三相或单相)用于拖动水泵、粉碎机、脱粒机、以及其它农副产品的加工机械等；民用电器方面: (大容量三相，小容量单相)用于拖动电扇、洗衣机、电冰箱、空调机等。特点结构简单、制造容易、价格低廉、运行可靠、坚固耐用和具有适用的工作特性；是目前市场的主流产品，用电大户，世界上70%的发电量用于异步电动机的拖动系统。逐步取代某些直流电动机的应用领域；但永磁同步电动机是逐步取代某些异步电动机的应用领域。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。异步电机也可作为异步发电机使用。常用于边远地区的小电站或用于风力发电等特殊场合上。异步电动机运行时，定于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。异步电机又叫感应电机(Induction Machines)。7.1.2三相异步电动机的结构三相鼠笼式转子异步电动机的结构定子：机座、定子铁芯、定子绕组；前端盖(轴承)，转轴伸长端；后端盖(轴承)，风叶，风罩气隙：定子铁芯内表面与转子外表面的空隙，在中小型电机中，气隙一般为。转子:鼠笼式转子，线绕式转子出线盒散热筋异步电动机的定子铁芯与槽型:定子铁芯用厚的硅钢片叠压而成，在硅钢片的两面涂有绝缘漆。1. 层间绝缘，2.槽楔，3扁铜线，4.槽绝缘5. 槽楔，6.圆导线开口槽：用于中、大型高压电机半开口槽：500V以下中型电机半闭口槽:低压小型电机中小型异步电机绕组:大型异步电机绕组:鼠笼转子:l 转子由转子铁芯、转子绕组与转轴组成。l 转子铁芯用硅钢片叠压而成，转子绕组分鼠笼转子绕组与线绕式转子绕组两种鼠笼转子绕组:三相线绕式转子异步电动机的结构:线绕式转子绕组，三相滑环，吊环三相线绕式异步电动机定、转子接线方式:转子绕组A2、B2、C2三条引线分别接到三个滑环上，用一套电刷装置引出来，可以在转子绕组回路里外接电阻后改变电动机的机械特性，用于电机的起动和调速控制。异步电动机转子槽形:线绕式转子槽形 单鼠笼转子槽形 双鼠笼转子槽形7.1.3异步电动机的结构形式根据不同的冷却方式和保护方式，有开启式、防护式、封闭式和防爆式。防护式电动机:这种防护式电动机用在灰尘较多的场所。能够防止外界的杂物落入电机内部，并能在与垂直线成角的任何方向防止水滴、铁屑等掉入电机内部。为了提高散热效果，可在电动机外面的转轴上装上风扇和风罩，并在机座的外表面铸出许多冷却片。封闭式电动机:电动机内部的空气和机壳外面的空气彼此相互隔开，电动机内部的热量通过机壳的外表面散出去。封闭式带冷却器封闭式带水冷机座开启式电动机：前后端盖有孔，直接和外界通风。管道通风式防爆式异步电动机:一种全封闭的电动机，它把电动机内部和外界的易燃、易爆气体隔开。多用于有汽油、酒精、天然气、煤气等易爆性气体的场所。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.型号可参阅产品目录。2.额定值(1)额定功率: 指电动机在额定运行时轴上输出的机械功率，单位是。(2)额定电压: 指额定运行状态下加在定子绕组上的线电压，单位为。(3)额定电流: 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。(4)额定频率：我国规定工业用电的频率是50Hz。异步机定子边的量加下标1表示，转子边的量加下标2表示。(5)额定转速：指电动机定子加额定频率的额定电压，转轴端输出额定功率时电机的转速，单位为rmin。(6)额定功率因数：指电动机在额定负载时，定子边的功率因数。(7)绝缘等级与温升。l 各种绝缘材料耐热的能力不一样，按照不同的耐热能力，绝缘材料可分为一定的等级，其最高容许工作温度如下：级级级级级l 温升是指电动机运行时高出周围环境的温度值。我国规定了环境最高温度为400C。额定值之间的相互关系： 输入电功率：额定功率(输出机械功率): 额定效率：额定转矩(额定输出机械转矩):,(),()7.1.5异步电动机的工作原理l 定子绕组接三相对称电源，电机内形成圆形旋转磁场，其基波转速，设其方向为逆时针旋转； l 转子导条与旋转磁场相对运动,在导条内感应电动势；逆时针旋转，相当于转子导条相对于定子绕组顺时针旋转；l 用右手定则确定转子导条内的感应电动势方向，和；l 因转子导条端部短路，感应电动势在闭合回路内产生电流，忽略感应电动势与导条电流的相位差，电流方向与感应电动势同方向；l 用左手定则-电磁力定律确定导条的受力方向；l 转子受力，产生电磁转矩，方向与旋转磁场同方向，转子便在该方向上旋转起来。l 转子旋转后，转速为，只要转子导条与磁场之间就有相对运动，产生与转子不转时相同方向的电动势、电流及受力，电磁转矩仍旧为逆时针方向，转子继续旋转，稳定运行在。讨论：1. 若转子导条与磁场没有相对运动，转子导条内的感应电动势和电流为零。2. 转子导条与磁场之间就有相对运动（异步），产生转子电动势、电流与电磁转矩；因此称为异步电动机。同步电动机。3. 异步电动机的三种运行状态：电机转速,称为电动机状态；与之间的相对运动方向决定转子导条电动势与电流方向；电磁转矩与转子转向相同，为拖动性质转矩。电机转速 称为发电机状态；与电动机状态相比：由于，使得与之间的相对转速方向变了，转子导条电动势与电流方向也随之改变，电磁转矩方向也改变；电磁转矩与转子转向相反，为制动性质转矩。 称为电磁制动状态；与电动机状态相比：虽然转子转向相反，但与之间的相对运动方向一致，转子导条电动势与电流方向也相同；电磁转矩转向与旋转磁场转向相同，但与转子转向相反，为制动性质转矩。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正常运动的异步电动机转子总是旋转的。为了便于理解，先从转子不转时进行分析，最后再分析转子旋转的情况。7.2.1规定正方向绕线式三相异步电动机，定、转子绕组都是Y接，定子绕组接在三相对称电源上，转子绕组开路时三相绕线式异步电动机的正方向如下：定、转子三相等效绕组在定、转子铁心中的布置图:定、转子三相绕组的联接方式:l 定子绕组的相电压，定子绕组的相电动势，定子绕组的相电流；l 转子绕组的相电压，转子绕组的相电动势，转子绕组的相电流；l 磁通势、磁通和磁密从定子进入转子的方向为正方向；l 定、转子空间坐标轴的纵轴都选在A相绕组的轴线处；l 是定子空间坐标轴，是转子空间坐标轴；假设、两个轴重叠在一起。7.2.2磁通及磁通势1.励磁磁通势三相异步电动机的定子绕组接到三相对称的电源上时，定子绕组里就会流过三相对称电流，在气隙空间产生合成旋转磁通势。励磁电流、励磁磁通势以及定、转子绕组电动势向量图：由于三相对称，分析计算时只需考虑其中任一相即可。励磁电流时间向量图励磁磁通势空间向量图时空向量图时间向量图与空间向量图重合三相异步电机定子绕组里流过三相对称电流、产生的空间合成旋转磁势用表示。其特点如下：(1)幅值 (2)转向 定子电流的相序为；在励磁电流时间向量图中，逆时针方向旋转；的转向为 ；在励磁磁通势空间向量图中，逆时针方向旋转；(3)转速相对于定于绕组以角频率旋转; 的同步转速。(4)瞬间位置l 随的时间电角度变化而变化，；l 采用时空向量图，此刻，与正好同方向。由于转子绕组是开路的，转子绕组里没有电流，也不会产生转子磁通势。这时全部磁通由产生。为此，称为励磁磁通势，称为励磁电流。转子不转，转子绕组开路时的磁路与变压器磁路相比较：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，其中定子绕组对应变压器的原绕组，转子绕组对应变压器的副绕组，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. 主磁通与定子漏磁通主磁通通过气隙同时匝链定、转子两个绕组的磁通。在变压器中，同时匝链原副两个绕组的磁链。定子漏磁通不匝链转子绕组而只匝链定子绕组本身的磁通，定子漏磁通主要有槽漏磁通，绕组端部漏磁通和定子谐波磁通。每极主磁通: ，为气隙磁密波的最大值，气隙磁密波是一个空间向量：l 在气隙空间中按正弦分布；l 在气隙空间中旋转。气隙平均磁密； 定子极距； 电机轴向的有效长度。7.2.3感应电动势旋转的气隙每极主磁通在定、转子绕组中分别产生感应电动势的有效值为和：(1) 数值 ， 定子绕组每相串联匝数和绕组系数；， 转子绕组每相串联匝数和绕组系数；(2) 电压变比 ；(3) 相位 同相，滞后气隙磁密；(4) 折合算法 使用等值电路简化计算，变压器中是副边向原边折合。异步电机中把转子绕组向定子边折合，把转子边原来的看成和定子边的一样；转子绕组每相感应电动势为: 7.2.4励磁电流与变压器相类似：励磁电流: 有功分量，提供铁芯的磁滞和涡流损耗；无功分量，建立磁通势产生磁通。考虑铁损耗后的励磁电流、励磁磁通势与绕组电动势的时空向量图7.2.5电压方程式定于绕组的漏磁通将在定子绕组中感应电动势；和三相变压器开路情况一样，可以把作为负漏抗压降来处理： 是定子一相的漏电抗，但是它所对