异步电机的工作原理.ppt

第四章异步电机的基本理论一 4 1三相异步电动机的工作原理4 2三相异步电动机的基本结构4 3三相绕组的电动势和磁通势4 4三相异步电动机的电动势和磁通势平衡方程 4 1三相异步电动机的工作原理 一 旋转磁场1 旋转磁场的产生 三相 多相 电流 三相 多相 绕组 旋转磁场 三相绕组 W2W1 V2V1 U1U2 横截面 U V W i1 Imsin ti2 Imsin t 120O i3 Imsin t 120O i1i2i3 t 0O时i1 0 i2 0 i3 0 NS t 0 时i1 0 i2 0 i3 0 NS NS t 120o时i1 0 i2 0 i3 0 NS NS t 240o时i1 0 i2 0 i3 0 t 360o时i1 0 i2 0 i3 0 i变化一周 旋转磁场转一圈 i每秒钟变化50周 旋转磁场转50圈 旋转磁场转3000圈 i每分钟变化 50 60 周 n0 3000 60f1 r min 2 旋转磁场的转速n0 同步转速 每相绕组由一个线圈组成 每相绕组由两个线圈串联组成 t 0o时i1 0 i2 0 i3 0 N S N S 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 1000 f 50Hz时 123456300015001000750600500 3 旋转磁场的转向 n0的转向 U i1 V i2 W i3 怎样改变n0的方向 V i1 U i2 W i3 机械角度和电角度 电角度 机械角度 极对数 二 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 磁场线切割转子绕组 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 机械负载旋转起来 三相交流电能 感应 电磁转矩 输出机械能量 n0 定子 n 1 电磁转矩的产生 U1 I1 Fm1 E2 I2 Fm2 T n 转子 2 转子旋转的方向 与旋转磁场的转向相同 正转 反转 怎样改变转子的转向 n n 起动时 n 0 n n0 转差率 起动时 额定运行时 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 0 n n0 n n 0 s 1 sN 0 01 0 09 理想空载时 n n0 s 0 正常运行时 0 n n0 1 s 0 异步 起动时 n 0 n n0 f2 f1 起动过程中 n n f2 稳定运行时 n n0 n很小 4 转子电路电量的变化 f2 sf1 5 电磁转矩T的大小 T I2cos 2 6 三相异步电机的四象限运行 T CT mI2cos 2 电动机状态 n与T同方向 0 n n0 1 s 0 发电机状态 n与T反方向 n n0 s 0 制动状态 n与T反方向 n 0 s 1 反向电动机状态 4 2三相异步电机的基本结构 一 主要部件 1 定子 1 定子铁心 2 定子绕组 3 机座和端盖 2 转子 1 转子铁心 2 转子绕组 3 转轴 4 风扇 异步电动机内部结构图 定子铁心 转子铁心 由硅钢片叠成 定子铁心 转子铁心 定子绕组 对称三相绕组 定子接线盒 星形 Y 联结 三角形 联结 U1V1W1 U2V2W2 绕线式 对称三相绕组 鼠笼式 对称多相绕组 转子绕组 鼠笼式异步电动机的转子 绕线式异步电动机的转子 1 名词和符号 1 机械角度和电角度 转子转一圈 U相绕组中的感应电动势变化一周 转子转一圈 U相绕组中的感应电动势变化两周 二 三相绕组 电角度 机械角度 极对数 三相电机 m 3 3 极对数p 4 槽数z 5 槽距角 6 极距 相邻两个槽中心线之间的距离 相邻两磁极中心线间的距离 用尺寸表示 槽数表示 用电角度表示 2 相数m 线圈两线圈边的距离 其表示方法与极距的表示方法一样也有三种 8 每极每相槽数q 7 线圈节距y 2 交流绕组的种类 1 按相数分类 单相绕组 三相绕组 两相绕组 整距绕组 y 短距绕组 y 长距绕组 y 3 按每极每相槽数分类 集中绕组 q 1 分布绕组 q 1 2 按线圈节距分类 4 按每个槽内线圈的层数分类 单层绕组 双层绕组 双层绕组 双层集中绕组外层 上层 U1 U3内层 下层 U2 U4 双层分布绕组外层 上层 U1 U3内层 下层 U2 U4 5 按线圈之间的联结方式分类 叠绕组 波绕组 同心绕组等 例 求作叠绕组 z 24 p 2 m 3 y 解 绕组接线步骤如下 1 求出q y每极每相槽数 2 3 三相单层绕组 槽距角 30 线圈节距 6 2 画出各槽线圈边电动势的相量图 星形图 3 在相量图上表出槽号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 S N 4 在相量图上按q m分相 m 32p 4q 2 30 y 6 5 画出槽线并标出槽号 6 按 和槽号划分N极和S极的区域 N S N S N 7 画出各线圈边电动势的参考方向 设N极下电动势的参考方向向上 则S极下电动势的参考方向向下 8 画出U相叠绕组 U1 1 7 2 8 线圈串联 13 19 14 20 U2 线圈并联 每相支路数 串联 a 1 并联 a 2 p 设每个线圈的匝数为 Nc 每相绕组的总匝数N为 9 画出三相叠绕组 4 同心绕组 例 z 24 p 1 q 4 15 优点 下线方便 端部重叠层数少 散热好 两极小型感应电机 例 z 24 p 2 m 3 y 5 6 解 绕组接线步骤如下 1 求出q y每极每相槽数 2 5 三相双层叠绕组 槽距角 30 线圈节距 5 2 画出各槽线圈边电动势的相量图 星形图 3 在相量图上表出槽号 4 在相量图上按q m分相 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 因为是双层绕组 所以图中标注的是每相绕组的上层边 5 画出槽线并标出槽号 6 按 和槽号划分N极和S极的区域 N S N S N 7 画出各线圈边电动势的参考方向设N极下电动势的参考方向向上 则S极下电动势的参考方向向下 用实线表示外层边 虚线表示内层边 8 联结U相绕组 8 联结U相绕组 线圈串联 7 12 8 13 1 6 2 7 13 18 14 19 19 24 20 1 U1 U2 U1 U2 8 联结U相绕组 线圈并联 a 2 7 12 8 13 1 6 2 7 13 18 14 19 19 24 30 1 U1 U2 总匝数 9 联结V相绕组 10 联结W相绕组 11 三相绕组总联结图 U1W1V1U2W2V2 例 z 24 p 2 q 2 30 y 5 6 三相双层波绕组 U11U12 z 24 p 2 q 2 30 y 5 U21 U22 z 24 p 2 q 2 30 y 5 串联 U11 U12 U21 U22 U1 U2 并联 U11 U12 U22 U21 U1 U2 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 三 笼型绕组 SN SNNS p1 p2 p 如果两者不相等 则转子转不起来 2 相数 笼型转子是对称多相绕组 1 转子槽数能被极对数整除时 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 2 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 3 匝数 四 额定值 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B 2p 6 轴上输出额定机械功率 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 x 0 二 三相绕组的磁通势 U1U2与U3U4串联 脉振磁通势的幅值 绕组磁通势的幅值 kwNIm 气隙矩形波磁通势的幅值 气隙基波磁通势的幅值 分布绕组的磁通势 知识点 单相合成磁势 U V W 2 三相绕组的旋转磁通势 幅值 i1 Imsin ti2 Imsin t 120o i3 Imsin t 120o 知识点 三相合成磁势 旋转磁通势波 三 基波与高次谐波磁通势和电动势 磁极的磁场 基波磁场 奇次谐波磁场v次谐波的极对数 pv vp1 v次谐波电动势频率 fv vf1 v次谐波电动势大小 Ev 4 44fvkwvN m v次谐波的绕组系数 kwv kpvksv 基波极对数p v次谐波的短距因数 v次谐波的分布因数 取正值 1 在同步电机中 谐波磁通势所产生的磁场在转子表面产生涡流损耗 使电机发热 2 在感应电机中 谐波磁场产生寄生转矩 影响其起动性能 损耗 cos 温升 y 0 8 0 83 谐波电动势的影响 使发动机电动势波形变坏 供电质量 杂散损耗 温升 输电线中的高次谐波电流所产生的电磁场干扰邻近通讯线路 改善气隙磁场分布 采用短距绕组和分布绕组 谐波磁通势的影响 4 4三相异步电动机的电动势和磁通势平衡方程 一 定子电路的电动势平衡方程 每相 定子绕组感应电动势的频率 与交流电源同频率 sf1 转子电路的频率 E2s 4 44sf1kw2N2 m 二 转子电路的电动势平衡方程 每相 sE2 变压器 异步机 式中 E2 4 44f1kw2N2 m 转子静止时的电动势 X2s 2 f2L2 式中 X2 2 f1L2 转子静止时的漏电抗 转子每相电流 2 sf1L2X2s sX2 三 磁通势平衡方程 1 定子旋转磁通势 幅值 转向 与三相电流相序一致 转速 2 转子旋转磁通势 幅值 转向 与转子电流的相序一致 即与定子旋转磁通势的旋转方向一致 转速 1 转子旋转磁通势相对于转子的转速 sn0 2 转子旋转磁通势相对于定子的转速 n2 n sn0 1 s n0 n0 结论 1 转子旋转磁通势与定子旋转磁通势在空间是沿同一方向以同一速度旋转的 2 二者组成了统一的合成旋转磁通势 共同产生旋转磁场 3 磁通势平衡方程 1 理想空载时 I2s 0 I1 I0旋转磁通势的幅值为 2 负载时 m1 m2 绕线型异步电动机一定相同 第五章异步电机的基本理论二 5 1三相异步电动机的运行分析 等效电路及相量图 5 2三相异步电动机的功率和转矩5 3三相异步电动机的运行特性 工作特性 参数测定 转差率与转矩的关系等 5 4单相异步电动机 5 1三相异步电动机的运行分析 等效电路及相量图 一 等效电路 R1jX1 jX2sR2 f1 f2 m1 kw1N1m2 kw2N2 1 频率折算 频率归算的物理含义 用一个静止的 电阻为R2 s的等效转子去代替电阻为R2的实际旋转的转子 等效转子与实际转子具有同样的转子磁通势F2 n0 n0 取决于电流的相位 i2s与i2的相位相同 频率归算后 定子的所有物理量不变 定子传送到转子的功率也不变 转子所产生的机械功率相对应的等效电阻 总机械功率 jX2R2 f1 m1 kw1N1m2 kw2N2 2 绕组折算 用一个相数和有效匝数与定子绕组相同的转子绕组去等效代替实际的转子绕组 等效代替 保证电磁效应和所有物理量保持不变 1 电动势的折算 折算前 E2 4 44f1kw2N2 m 折算后 E2 E1 4 44f1kw1N1 m 定 转子的电动势之比 2 电流的折算 折算前 折算后 F2 E2 E1 keE2 电流比 3 阻抗的折算 折算前 折算后 阻抗比 keki Z2 kZZ2 R2 kZR2X2 kZX2 3 等效电路及其简化 一 功率平衡方程式1 输入功率P1P1 3U1I1cos 1 5 2三相异步电动机的功率和转矩 2 定子铜损耗PCu1PCu1 m1R1I12 3R1I123 铁损耗PFe 转子铁损耗忽略不计 PFe m1RmI02 3RmI02 4 电磁功率Pe Pe P1 PCu1 PFePe m2E2I2cos 2 m1E2 I2 cos 2 5 转子铜损耗PCu2PCu2 m2R2I22 m1R2 I2 2 sPe 8 输出功率P2P2 Pm P0 Pe PCu2 P0 P1 PCu1 PFe PCu2 P0 6 总机械功率Pm Pm Pe PCu2 1 s Pe 7 空载损耗P0P0 Pme Pad P1 Pe P2 Pm 机械损耗 附加损耗 二 转矩平衡方程式 Pm P2 P0 T T2 T0 1 电磁转矩T 2 空载转矩T0 3 输出转矩T2 例1 一台三相笼型异步电动机 其技术数据为 PN 3kW U1N 380V nN 957r min 定子Y联结 R1 2 08 X1 3 12 R2 1 525 X2 4 25 Rm 4 12 Xm 62 P0 60W 求nN时 1 I1 I2 cos 1 2 P1 P2 3 Pe T 解 nN 957r min n0 1000r min 0 043 35 46 j4 25 4 12 j62 Zm Rm jXm 1 定子电流 转