异步电动机 《电机与拖动基础》 第三版 林瑞光 主编.ppt

4.1三相异步电动机的基本工作原理和结构、4.2交流电动机的绕组、4.3交流电动机的绕组感应电动势、4.4交流电动机的绕组磁动势、4.5三相异步电动机的无负载运行、4.6三相异步电动机的负载运行、4.7三相异步电动机的等效电路和相量图、4.8三相异步电动机的电力平衡、转矩平衡、三相异步电动机主要为结构简单，制造、使用和维护方便，运行可靠，成本低，效率高，应用广泛。 但功率因数低，启动和调速性能差。 4.1三相异步电动机的基本工作原理和结构，4.1.1三相异步电动机的基本结构，1、定子部分，1 .定子铁芯：由导磁性好的硅钢板堆积导磁率部分。 2、定子绕组：放入定子铁心内圆槽内的导电部分。 3、床：固定定子铁芯和端盖，具有较强的机械强度和刚性。 二、转子部分、一、转子铁心：由硅钢板制成，也是磁路的一部分。 2、转子绕组：1)笼形转子：在转子铁心的每个槽中插入裸导线，形成多个对称短路绕组。 2 )绕组式转子：转子绕组为三相对称绕组，嵌合在转子铁心的槽中。 异步电动机的气隙是均匀的。 大小是机械条件下允许的最小值。 三、气隙、转子结构类别：绕线型异步电动机、笼型异步电动机、继续、继续，以下为其主要部件的分割图。 右图为三相笼型异步电动机的外形图。 笼型转子铁芯和绕组结构示意图，三相绕组型转子结构图，返回4.1.2三相异步电动机的基本工作原理，一、旋转原理，一、电磁场发生：三相对称绕组中流过三相对称电流，产生圆形旋转磁场。 2、磁发电：旋转磁场切断转子导体的感应电动势和电流。 3、电磁力：转子通电(有效成分电流)体在磁场的作用下受到电磁力的作用，形成电磁转矩，驱动电机旋转，将电能转换成机械能。 二、滑移率、滑移率是异步电机的基本物理量，反映了电机的运行状况。 负荷越大，转速越低，滑动率越大，相反，转速越小。 滑差率的大小反映了电机转速的大小和负载的大小。 电机转速：额定运行时，滑差率通常在0.010.06之间，即电机转速接近同步速度。 同步转速与转子转速之差与同步转速之比称为滑差率，用s表示：三、异步电动机三种运转状态，根据滑差率的大小和正负，异步电动机有三种运转状态，4.1.3型号与额定值、一、型号、例：额定值的关系为：二、额定值、三相异步电动机的中小容量的低压异步电动机通常引出定子三相绕组的6根导线，根据需要能够灵活地连接成“y”形或“d”形。三、接线、4.2交流电机绕组、4.2.1交流绕组的基本知识、一、基本要求和分类、1 )三相绕组对称、2 )实现最大电动势和电动势的获得、3 )绕组的电动势和电动势的波形努力接近正弦、4 )节约铜量、5 )绕组的绝缘和机械强度可靠、散热条件好、6 )技术简单、制造二、交流绕组的基本概念、一、极距、相邻两个磁极轴线之间沿定子铁心内表面的距离。 设定子的槽数为z，磁极对数为p，则极距：2，线圈间距，1个线圈的2个有效边之间的距离称为线圈间距。 3、电角度、4、槽节距角、相邻的2个槽间的电角度：6、相带、极面下的导体被平均分配给各相，相绕组在极面下所占的范围用电角度表示，称为相带。 每极面的各相所占槽数为5、每极的槽数、4.2.2三相单层绕组，单层绕组的每槽只有一个线圈边，电动机的线圈总数等于定子槽数的一半。单层绕组包括链式、交叉式和同心式绕组。 另一方面，单层链绕组、单层链绕组由形状、几何尺寸和间距相同的线圈连接，外形如长链。 链绕组的各线圈节距相等，制造容易的线圈端接线短，节约铜。 主要用于q=2的4、6、8极小型三相异步电机。 二、单层交叉式绕组、单层交叉式绕组由线圈数和间距不同的两种线圈组构成，同一组线圈的形状、几何尺寸和间距相同，各线圈组的端部相互交叉。 交叉式绕组由两个大的小绕组交叉配置。 线圈端部的接线短，可节约材料，节约铜。 q1中广泛应用的奇数小型三相异步电机。 三、单层同心式绕组、同心式绕组由几何尺寸和间距不同的多个绕组同心状连接而成的绕组组成。 同心式绕组端部的接线长，适用于q=4、6、8等偶数的2极小型三相异步电机。三相单层绕组的优缺点、4.2.3三相双层绕组、双层绕组的各槽内放置上下双层绕组的有效边，绕组的有效边放置在某槽的上层，有效边放置在相隔y的另一槽的下层。双绕组分双层叠层绕组(图2a=1)和双波绕组(略)。双绕组特征：1)线圈数等于槽数；2 )线圈排列数等于极数，也等于最大并联分支数；3 )每相绕组的电动势等于每分支的电动势。 4.3交流电动机的绕组的感应电动势，4.3.1绕组的感应电动势和短距离系数，一根导体的电动势，两根整流绕组的电动势，各整流绕组由与Nc个相同的绕组构成，各整流绕组的电动势：电动势频率3360、电动势的大小：电动势波形3360、三、短距离绕组的电动势， 4.3.2线圈组的感应电动势和分布系数，在一组线圈由q个线圈构成，q个线圈为集中绕组的情况下，各线圈电动势的大小相等，相位相同，线圈电动势为：q个线圈为分布绕组的情况下，放入q个槽中时， 各线圈电动势的大小相同，相位电角度不同，电动势为：被称为基波分布系数：的线圈电动势等于集中线圈电动势的折扣。 称为基波线圈系数。 4.3.3相绕组的基波感应电动势，1个绕组有2a条分支路径，1条分支路径由多个线圈组成。 单相绕组基波电动势是一条分支路径的基波电动势、单相绕组的基波电动势、单层绕组：双层绕组：短距离绕组、分布绕组对电动势波形的影响、v谐波：改善电动势波形的方法：(1)使用短距离绕组来减弱谐波，(2)使用分布绕组来减弱谐波， 1 .改善主磁极磁场分布2 .改善交流绕组结构，减弱谐波电动势，3.y接线去除线电动势中三倍的谐波，4.4交流电动机绕组的电动势，4.4.1单相绕组的电动势，一、整节距集中绕组的电动势，一台两极气隙均匀的交流电动机， 在一个整节距绕组中流过交流电流，线圈磁势瞬间的分布如图所示，从全电流定律得到：忽略磁芯磁阻，磁势完全落入两个气隙中。 各气隙的磁势为：空间分布为矩形波，随时间按照正弦定律变化。 变化频率是电流频率。 空间位置不变，振幅和方向随时间变化的磁动势称为脉动磁动势。 矩形波的电动势可以分解为基波和一系列的高次谐波：基波电动势的最大值为：整数绕组的基波电动势在空间上以馀弦分布，振幅位于绕组的轴线上，空间的各点的电动势的大小以正弦变化的依然是脉动电动势。二、单相脉动磁力、一、整节距分布绕组的磁力、各绕组由q个绕组串联构成，依次在定子圆周空间错开槽角，绕组的基波磁力为q个绕组的基波磁力的空间矢量和：二、一组双短距离分布绕组的基波磁力， 双短距离分布绕组的基波电动势是两个等效绕组的基波电动势的相量和、短距离系数计与绕组的短距离的影响：三、相绕组的电动势、极下的电动势电动机中如果有p对磁极，则由于有p条并列的对称分支磁路，因此相绕组的基波电动势是该绕组在对磁极下在线圈中产生的基波电动势， 如果相电流是：则单相绕组的基波磁力以馀弦定律分布在空间中，振幅的大小是随时间按正弦定律变化的脉动磁力。 4.4.2三相绕组基波合成磁力旋转磁力、三相合成磁力：以a相绕组轴线位置为空间坐标原点、以相顺方向为x的基准方向、以a相电流为零时为时间起点时，三相基波磁力：三相合成磁力也是圆形旋转磁力。 交流电机的三相对称绕组中流过三相对称电流，磁动势为三相合成磁动势。 另外，为了分析旋转磁力的旋转方向，三相对称电流根据馀弦定律变化，以a相电流最大的情况为计时点，电流最初出现尾部为正，图示分析电流波形和各时刻的旋转磁力的位置： 的不同时刻的三相合成磁力，合成磁力的转向从载有超前电流的相向载有延迟电流的相变化圆形旋转磁场产生的条件：一个是三相或多相对称绕组，第二个是三相或多相对称电流。 不满足两个条件之一，即产生椭圆形旋转磁力。 三相对称绕组中流过三相对称电流，产生的基波合成磁力是振幅恒定的圆形旋转磁力，具有以下主要性质。 (1)振幅是单相脉动磁力最大振幅的3/2倍。 (3)转速决定为电流频率和电动机的磁极对数，(4)在某相电流达到最大值时，旋转磁力的振幅位置正好旋转到该相绕组的轴线位置，在4.5三相异步电动机的转子静止时的运转分析中，锁定部：堵塞转子而使转子旋转的现象，在此， 若详细分析转子短路时电动机的电磁关系，4.5.1起磁力和磁通：1 )起磁力：在异步电动机的转子短路时和变压器的副边短路时类似，则由于转子短路，因此在定子绕组中流过三相对称电流时向逆时针方向旋转1 .定子侧的电动势，2 .转子侧的电动势的特征：在三相对称的转子绕组中流过三相对称电流时产生的转子空间旋转电动势的特征：1)振幅：2)旋转：假定气隙旋转磁密度向逆时针方向旋转，在转子绕组内感应的电动势和电流的相序为a2- b2- c 2，3 )次4 )瞬间位置：当a相电流达到正的最大值时，与其他对应的电动势也达到正的振幅。 与副边短路的三相变压器相同，异步电机的转子绕组短路时，定子边电流消失，用表示。 由定子电流产生的气隙空间旋转磁力称为定子旋转磁力。 另外，转子绕组短路的三相异步电动机有两个作用于磁路的磁动势。 一种是定子旋转磁力，一种是转子的旋转磁力。 旋转方向相同，旋转速度相同，仅前后旋转，称为同步旋转。既然是同步旋转，就作用于相同的磁路，通过矢量的关系进行相加，表示合成的磁动势。 即：4.5.2转子被阻断时三相感应电动机的基本方程式、1 .电动势平衡方程式的电流形式、电流形式：或感应电动机的电流变化比： 2 .一种电压平衡方程，包括：定子单相绕组的泄漏阻抗，其中转子单相绕组的泄漏阻抗，定子，转子， 3 .主电动势式4.6.1负载运行时的电磁关系，4.6三相异步电动机转子旋转时的运行分析，4.6.2转子绕组的各电磁量，一、转子电动势的频率、感应电动势的频率与导体和磁场的相对切断速度成比例，因此转子电动势的频率为：转子不旋转时，理想的无负载时，2， 转子绕组的感应电动势、转子旋转时的感应电动势：转子不旋转时的感应电动势：两者的关系为：三者，转子绕组的泄漏阻抗、电抗与频率成比例，转子旋转时的转子泄漏阻抗3360、两者的关系： 转子绕组的漏阻抗：4、转子绕组的电流、转子绕组为闭绕组、转子电流为转子不旋转时的转子漏阻抗：转速降低时转速增大、转子电流也增大、5、转子绕组的功率因数、转子功率因数为转速增大时转子漏阻抗3360、转速增大6、转子旋转磁力、转子绕组中流过三相或多相对称电流时产生圆形旋转磁力，1 )振幅、2 )转向，转子电流相序与定子旋转磁力的方向相同，转子旋转磁力的方向与转子电流相序一致，转子旋转磁力相对于定子的速度如何变化4.6.3磁势平衡方程式、磁势平衡方程式可以改写为：4.6.4磁势平衡方程式，根据基尔霍夫电压定律，定子侧磁势平衡方程式：4.6.5换算、频率换算代替实际旋转等效转子电路的转子系统，等效转子电路应具有与定子电路相同的频率一、在频率换算、换算过程中，电机的电磁效应不变，因此有两个条件。 一是保持转子的磁动势恒定；二是转子回路的功率不变。 转子回路电流、实际的旋转转子轴有机械损失和机械功率输出。 频率转换后，转子静止，无机械损耗和机械功率输出，但电路增加了附加电阻。 根据能量守恒的关系，该电阻器所消耗的功率等效于机械损耗加上机械功率总和的机械功率。 从等效电路的观点来看，可以看作异步电动机的电阻负载，其上的电压降可以看作转子电路的端子电压：二、绕组换算、4.6.6的等效电路、一、绕组换算后的基本方程式、二、t型等效电路和简略等效电路，根据基本方程式可以制作等效电路3360、t型等效电路， 简化等效电路，等效电路分析表明：3 )三相异步电动机功率因数永远延迟，4 )附加电阻不能用电感或电容器代替。 5 )等效电路中负载的变化以滑差率s表现，4.6.7相量图可以通过基本方程式和等效电路制作异步电动机的相量图。 4.8.1电力平衡与转矩平衡、4.8三相异步电动机的电力平衡、转矩平衡、异步电动机的电力和损耗分别表示：1、电力平衡、输入电力、定子铁损、电磁电力、机械电力、输出电力、定子铜损、转子铜