chap7异步电动机原理[共56页]

1、异 步 电 动 机 原 理,第 七 章,结束,异步电动机的基本原理,异 步 电 机 的 磁 通,功 率、转 矩,参 数 测 定,工 作 特 性,转子旋转的电磁关系,转子静止的电磁关系,异 步 电 机 的 结 构,结束,异步电动机的基本原理,本章要求：,结束,熟练掌握三相异步电动机的功率和转矩平衡 方程且能正确使用。 掌握三相异步电动机电磁力矩的三种表达形 式且能正确使用。 掌握三相异步电动机参数及其工作特性的测 定。 一般掌握三相异步电动机工作特性的意义及 其大概形状 。,结束,第一节 异步电机的类型和结构及原理,一、异步电机的结构,（一）定子：,铁芯、绕组、机座、端盖等,上,下,结束,（二）

2、转子：,铁芯、线圈等,分鼠笼式转子和绕线式转子。,上,下,结束,转子绕组,滑环,电刷,外加可调电阻,上,下,绕线转子原理图：,结束,二、异步电动机的工作原理,定子通电流产生旋转磁场N、S极，转子导体切割该磁场，产生e2 ；转子导体处于短路状态，会产生i2 ； i2与气隙磁场作用产生电磁力fem （T），拖动电机就旋转。,上,下,结束,异步电动机的转速n一定低于磁场同步转速n1，所以叫异步电动机，也叫感应电动机。,转速n与磁场同步转速n1之差叫转差n。 n= n1 -n,转差率S：,转速n=（1-S）n1,一般空载时S0.005；负载时S0.05。,上,下,结束,转差率S是异步电动机的重要参数，

3、负载变化时，S会变化，使E2 、 I2 、 T2变化，以达到重新平衡。,原理动画,上,下,结束,三、异步电动机的额定值,额定功率PN：电动机轴的输出机械功率。,额定电压UN ：定子线电压。,额定电流IN： 定子线电流。,额定频率fN、额定转速 nN 等。,上,下,结束,第二节 异 步 电 动 机 的 磁 通,一、主磁通,与定子、转子绕组同时交链的基波磁通。,二、漏磁通,上,下,仅仅与定子或转子绕组环连的磁通。,结束,第三节 转子静止异步电动机的电磁关系,一、绕线 转子开路时电磁关系,1、电磁关系,与变压器类似,定子加对称U,i0,1,漏磁通,主磁通,e1,e2,e1,上,下,结束,2、感应电势

4、,在时空坐标中，每相电势,定子漏电抗,电势比：,上,下,结束,3、电压方程(单相),转子：,定子：,4、电流,I0=(3050)% IN,I0 有无功和有功分量,变压器I0=(210)% IN,上,下,结束,5、等效电路和相量图,与变压器的类似,激磁电阻,激磁电抗,上,下,结束,二、绕线 转子短路且堵转时电磁关系,1、电磁关系,与变压器类似,定子对称i1,转子漏磁通,主磁通,转子对称i2,定子漏磁通,定转子都有同频率的电流。,上,下,结束,2、磁势平衡方程,1）定转子磁势关系,定子对称i1(f1),转子对称i2 (f2),n1,磁势平衡的物理意义：,转子开路时，气隙磁势Fm仅由定子电流i10产

5、生。,转子短路堵转时，气隙磁势Fm由定转子电流i1 、i2共同产生。,转子开路和堵转时，气隙磁势Fm基本相同。,转子堵转时，定子电流i1产生磁势F1分两部分：,上,下,结束,2）定转子电流关系,上,下,结束,3、电压方程（单相）,定子：,转子：,上,下,结束,4、等效电路及相量图（单相）,1）绕组折算,与变压器类似，将转子绕组折算到定子侧。,m2N2kw21,m1N1kw11,绕组折算原则：保证折算前后P不变，即磁势不变。,（1）电流,电流比,上,下,结束,（2）电势,（3）阻抗,折算前后功率P不变,转子铜耗：,折算后阻抗角不变,上,下,结束,2）等效电路（单相）,等效电路及其参数含义与变压器

6、一样。,只是异步机中x1 、 x2 、Zm是由三相对称磁路决定；而变压器中由一相磁路决定。,上,下,结束,第四节 转子旋转异步电动机的电磁关系,一、 转子电路（单相）,转子 频率：,上,下,转子切割气隙磁场的速度为： n=n1 -n,结束,转子电势：,转子不转感应电势,转子电抗：,转子不转时电抗,转子电阻r2 与f无关仍为r2,阻抗角：,转子电流：,上,下,仿真,结束,二、磁势平衡方程,堵转磁势平衡方程,定转子磁势由同频率I产生，在空间相对静止，可以合成。,上,下,定转子电流通过磁势平衡方程联系在一起。,转子旋转的磁势平衡方程？,结束,转子本身转速为n=(1-s) n1,相对定子转速:n1+n

7、= n1,上,下,结束,上,下,定转子电流通过该磁势平衡方程联系在一起。,结束,三、电势平衡方程,定子：,转子：,上,下,等效电路,结束,四、等效电路及相量图（单相）,1、频率折算：,将转子参数折算到定子侧，需要进行频率和绕组折算。,折算原则：保证折算前后磁势不变，即相对定子速度和大小不变。,转子侧物理量频率从f2折算到f1 。,频率折算前转子旋转，但F2相对定子速度为n1 。,频率折算后转子就变为静止，这样F2相对定子速度能保证仍为n1 。,频率从f2折算到f1，转子就变为静止转子。,上,下,结束,频率折算（ f2 ）前转子旋转，但F2相对定子速度为n1 。,频率折算后（ f1 ）转子就变为

8、静止，这样F2相对定子速度能保证仍为n1 。,频率从f2折算到f1，转子就变为静止转子。,上,下,f2,f1,结束,要保证折算前后磁势不变，必须转子电流折算前后大小不变。,折算前：,折算后：,折算后转子电路,上,下,结束,频率折算后转子电路中：电抗、电势为转子开路时数值；电阻变为r2/s，增加了。,频率折算前转子旋转，表示有机械功率输出；折算后静止，用电阻r2/s上的部分电功率代替机械功率。,电阻r2/s上电功率包含转子铜耗和机械功率。可以将其分离。即：,转子内阻,代表机械功率的等效电阻,上,下,结束,2、绕组折算,m2N2kw21,m1N1kw11,3、等效电路（单相）,上,下,结束,4、相

9、量图,上,下,结束,五、几种等效电路,T型,结束,第六节 异步电动机的功率、转矩方程,上,下,结束,输入：P1=m1U1I1cos1,电磁功率：Pem=m1E2I2cos2=m1 I2 2 (r2 /s),产生的总机械功率：,定子铜耗：pcu1=m1I12 r1 ；,铁耗：pFe=m1Im2 rm ；,一 、异步电动机的功率关系,三相电机m1=3,转子铜耗：pcu2=m1I2 2 r2 = s Pem,上,下,结束,输出功率：P2=Pmec-pmec-ps =Pmec-p0,摩擦损耗,附加损耗,空载损耗功率,功率流程图：,上,下,结束,电机效率：,电机总损耗：,上,下,结束,二、异步电动机的转

10、矩关系,稳定运行必须满足受力平衡。,1 、转矩平衡方程,T=TL =T2 +T0,其中T0 =Tmec +Ts,摩擦损耗转矩,附加损耗转矩,2、电磁转矩,转子机械角速度：,磁场同步角速度：,上,下,结束,2、输出转矩、空载转矩,三、电磁转矩公式,上,下,结束,例、一三相笼型异步电动机Y，PN=7.5KW, UN=380V , f1=50Hz, nN=960rpm,cos 1N=0.824, pcu1N=474W, pFe=231W, p0=82.5W.当额定运行时求： 1)sN; 2)f2; 3)Pmec; 4)pcu2; 5)P1; 6)N; 7)I1N; 8)T2N; 9)T0; 10)T

11、; 11)转子电流产生的磁场相对于转子的速度n2;相对于定子的速度n2。,解：,n1=1000rpm,sN=(n1-nN)/n1 =0.04,f2=sf1=2Hz,Pmec = PN+p0=7.5825KW,Pem= Pmec /(1-s)=7898.4W,pcu2=sPmec =316W,P1=Pem +pFe +pcu1N =8603.4W,N =P2 /P1 =87.2%,T2N =P2N/N =74.61Nm,T0 =p0/N =0.82Nm,上,下,结束,上,下,T =Pmec/N = Pem/1 =75.43Nm,n2 =sn1 =40rpm,n2 =n+n2 =1000rpm,结

12、束,第七节 异 步 机 的 参 数 测 定,一、空载实验,1、实验目的,测出pFe,rm,xm,2、实验条件,加额定U，无载,3、实验线路,4、实验步骤,1）接线。,2）电源电压调至零。,3）合闸运行，缓慢将电压调至额定。,4）空转几分钟后，开始测量。,上,下,电机装配,结束,0,4、测量数据：p0,U1,I0,5、计算,上,下,结束,0,r1用直流或电桥的方法测量出。,x1通过堵转实验测量出。,上,下,结束,6、空载特性,小电机该摩擦损耗比重较大,空载运行实际等效电路,为了准确测量参数，需将摩擦损耗功率分离。,实验测出的p0=pcu1+pFe+pmec,测量空载特性：使U1=U1N起，逐步降

13、低，直到电流开始回升；每次测量出p0,U1,I0,作曲线：p0=f(U1), p0=f(I0),上,下,结束,摩擦损耗功率分离：,实验测出的p0=pcu1+pFe+pmec,先分离定子铜耗功率,p0= p0 -3I02r1=pFe+pmec,基本不变,正比于U12,作曲线p0=pFe+pmec =f(U12),pmec,测出额定U时p0：,p0 -3I02r1-pmec = 3I02rm,上,下,结束,二、短路堵转实验,1、实验目的,测出pk,rk,xk,2、实验条件,转子堵转加低压，使I1=I1N,3、实验线路,4、实验步骤,1）接线,将转子卡住。,2）电源电压调至零。,3）合闸运行，缓慢调电压，使电流达到额定值。,上,下,结束,4、测量数据：pk,Uk,Ik,t,5、计算,堵转时， Uk 很小，励磁电流很小，励磁支路可以看作开路。,上,下,结束,将电阻折至75值：,上,下,结束,第八节 异 步 机 的 工 作 特 性,指异步电动机在额定状态即U1=U1N ，f=fN时：n,T,cos1,I1,和P2的关系。,一、转速特性n=f(P2),转速特性n=f(P2)为下垂的曲