电机拖动51PPT课件

1、第5章 三相异步电动机的原理和特性 5.3 异步电动机的功率和转矩 三相异步电动机的功率难点 三相异步电动机的转矩难点 5.4 异步电动机的机械特性 机械特性的参数表达式重点 固有机械特性重点 机械特性的实用公式重点 人为机械特性重点 5.5 异步电动机的工作特性不讲第1页/共66页5.1 三相异步电动机的基本结构与工作原理 基本结构 工作原理 额定数据第2页/共66页异步电动机的主要用途 电机的可逆性 同一电机既可做发电机又可做电动机 本课程讨论的电机主要是电动机 按电源性质，电动机分为 直流电动机：直流电能机械能 交流电动机：交流电能机械能 异步电动机的用途： 异步电机主要用作电动机 拖动

2、各种生产机械第3页/共66页异步电动机的优缺点 异步电动机的优点： 结构简单、容易制造、价格低廉、运行可靠、坚固耐用、运行效率较高和具有适用的工作特性。采用现代电力电子功率器件和计算机技术可得到良好的调速性能。已经取代直流电动机，成为应用广泛的调速系统 异步电动机的缺点： 功率体积比较小。功率因数较差。直接接电网运行时，必须从电网吸收滞后的励磁电流，使它的功率因数总小于。通过控制器可使这一缺点得到改善第4页/共66页异步电机又叫感应电机 异步电动机运行时 定子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 在转子绕组中产生感应电动势、电流 从而产生电磁转矩 所以，异步电机又叫感应电机

3、第5页/共66页异步电动机的分类 从不同角度看，有不同的分类法： 按定子相数分：单相；三相异步电动机 按转子结构分：绕线式；鼠笼式。后者又包括单鼠笼、双鼠笼和深槽式异步电动机 此外，根据电机定子绕组上所加电压的大小有高压、低压异步电动机之分 从其它角度看还有高起动转矩、高转差率、高转速异步电机等等第6页/共66页说明 异步电机也可作为异步发电机使用 单机使用时，常用于电网尚未到达的地区，又没有同步发电机的情况 或用于风力发电等特殊场合上 在异步电动机的电力拖动中 异步电机回馈制动时 即运行在异步发电机状态第7页/共66页基本结构重点图5.1 三相异步电动机的结构第8页/共66页三相异步电动机的

4、结构VVWUUW定子转子第9页/共66页三相异步电动机的结构第10页/共66页三相异步电动机的主要结构气 隙交流电机的主要结构在定子、转子之间定子铁心定子绕组机 座定子部分stator又称电枢armature（静止）转子铁心转子绕组转 轴笼型绕线型转子部分Rotor（旋转）第11页/共66页1定子 静止部分 定子又称电枢定子铁心定子绕组机 座定子部分stator又称电枢armature（静止）第12页/共66页（1）定子铁心第13页/共66页（1）定子铁心 作用： 产生旋转磁场 是电动机磁路的一部分，装在机座里 由内周有槽的硅钢片叠成 为了降低定子铁心里的铁损耗 定子铁心用0.5mm厚的硅钢片

5、叠压而成的 在硅钢片的两面还应途上绝缘漆 定子铁心内圆上均匀开槽，安放定子绕组第14页/共66页图5.2 定子铁心冲片第15页/共66页图 定子槽(a)开口槽高压大中型(b)半开口槽中型500V以下(c)半闭口槽低压小型(1)层间绝缘；(2)槽楔；(3)扁铜线；(4)槽绝缘；(5)槽楔；(6)圆导线第16页/共66页（2）定子绕组 是电机电路部分 它由三个在空间相差120电角度、结构相同的绕组连接而成，按一定规律嵌放在定子槽中 分类： 单层绕组 双层绕组 应用： 单层绕组一般用在10kW以下的电机 双层短距绕组用在较大容量的电机中第17页/共66页定子线圈第18页/共66页图 三相异步电动机的

6、引出线 (a)三根引出线：高压大、中型容量，常采用Y接 (b)六根引出线：低压中、小容量，根据需要可接成Y形或形(a)三根引出线(b)六根引出线第19页/共66页图 三相定子绕组的接法星形接法三角形接法第20页/共66页（3）机座第21页/共66页（3）机座 主要作用 用来固定和支撑定子铁心 对于轴承装于端盖上的电动机 其机座还要支撑转子部分 因此，机座应有足够的机械强度和刚度 对中、小型异步电动机，通常用铸铁机座 对大型电机，一般采用钢板焊接的机座，整个机座和座式轴承都固定在同一个底板上第22页/共66页2空气隙 （1）气隙大小的决定性因素 空气隙的大小对异步电动机的运行性能有很大影响，具体

7、表现在： 为了减少电动机的励磁电流，提高功率因数，空气隙应尽可能的小 空气隙过小，将引起装配困难和运行不可靠 从减少附加损耗并减少高次谐波磁动势产生的磁通来看，空气隙稍大一点也有其有利的一面第23页/共66页（2）气隙与电机容量的关系 异步电动机的空气隙比同容量同步电动机小得多 在中小型异步电动机中，空气隙大约为0.21.5mm电机容量（kW）10以下101001001500气隙（mm）0.200.450.500.800.851.50第24页/共66页3转子 旋转部分转子铁心转子绕组转 轴笼型绕线型转子部分Rotor（旋转）第25页/共66页（1）转子铁心 作用： 是电动机磁路的一部分 在旋转

8、磁场作用下，产生感应电动势或电流 构成： 由外周有槽的0.5mm厚硅钢片叠成 整个转子的外表呈圆柱形 安装： 铁心固定在转轴或转子支架上第26页/共66页（2）转子绕组 分为笼型和绕线型两类 笼型转子 是一个自己短路的绕组。在转子的每个槽里放上一根导体，在铁心的两端用端环连接起来，形成一个短路的绕组 如果把转子铁心拿掉，剩下的绕组像个松鼠笼子 导条的材料有用铜的，也有用铝的 绕线型转子 同定子绕组一样，也分为三相，并且接成星形第27页/共66页笼型转子照片第28页/共66页图5.5 笼型转子(a)铜导条(b)铝导条第29页/共66页绕线型转子照片第30页/共66页图5.4 绕线型异步电动机接线

9、图 外串电阻优点 改善电动机的启动性能 或调节电动机的转速 图中： 1-定子绕组 2-转子绕组 3-集电环（滑环） 4-电刷 5-附加电阻A1A2B2B1C1C231452第31页/共66页笼型电动机与绕线型电动机的比较 笼型： 结构简单、价格低廉、工作可靠 生产机械中使用最广泛的一种电动机 不能人为改变电动机的机械特性 绕线型： 结构复杂、价格较贵、维护工作量大 转子外加电阻可人为改变电动机的机械特性 只在要求起动电流小，起动转距大 或需平滑调速的场合使用第32页/共66页（3）转轴 作用： 固定转子铁心和传递功率 构成： 一般用中碳钢制成第33页/共66页工作原理重点 1交流电机绕组产生的

10、磁动势（4.1，） 简介 2交流绕组的感应电动势（4.4） 简介 3旋转磁场的产生简介 4同步转速重点 5三相异步电动机的转动原理重点 6转差率重点第34页/共66页1交流电机绕组产生的磁动势（4.1，） 简介 在电机里，不管什么样的绕组 流过电流时，都要产生磁动势 类似电路中的感应电动势 （1）交流电机单个整距线圈的磁动势 （2）三相绕组产生的磁动势第35页/共66页（1）交流电机单个整距线圈的磁动势 磁力线穿过转子铁心，定子铁心和两个气隙 由于铁心磁导率极大，其上消耗的磁动势降可以忽略不计，线圈在一个气隙上施加的磁动势 幅值： 方向： 右手螺旋定则12y yyfN ifi动画1动画2第36

11、页/共66页（2）三相绕组产生的磁动势 三相对称交流绕组通过三相对称交流电流时，三个反向旋转磁势在空间错开120电角度相互抵消，三个正向旋转磁动势在空间同相位，合成一个圆形旋转磁动势 幅值： 转向： 决定于电流的相序 从超前相向滞后相旋转 转速： 同步转速3 4222wN kFIFIp动画第37页/共66页2交流绕组的感应电动势（4.4）简介 （1）交流绕组的构成 导体线圈线圈组 一相绕组三相绕组第38页/共66页（2）感应电动势的波形lvBtexx)( 交流绕组处于旋转磁场中，并切割旋转磁场，在三相对称交流绕组中会感应出三相对称交流电动势 感应电动势随时间变化的波形和磁感应强度在空间的分布波

12、形相一致 只考虑磁场基波时 波形为正弦波 有效值： 方向：右手定则4.44wEf Nk Ef第39页/共66页3旋转磁场的产生简介 （1）旋转磁场的分类 （2）旋转磁场的极对数p = 1 （3）旋转磁场的旋转方向 （4）旋转磁场的极对数p = 2第40页/共66页（1）旋转磁场的分类 旋转磁场是交流电机工作的基础 在交流电机理论中有两种旋转磁场： 机械旋转磁场 通过原动机拖动磁极旋转可以产生机械旋转磁场 电气旋转磁场 三相对称的交流绕组通入三相对称的交流电流，会在电机的气隙空间产生电气旋转磁场 交流绕组处于旋转磁场中，并切割旋转磁场，产生感应电动势第41页/共66页（1）旋转磁场的分类机械旋转

13、磁场电气旋转磁场第42页/共66页（2）旋转磁场的极对数p = 1imI0UiWiVitWiU1U2W1W2V1V2ViUi120sin120sinsinmWmVmUtIitIitIi定子三相绕组通入三相交流电（星形联接）第43页/共66页（2）旋转磁场的极对数p = 1U1U2V2W1V1W2U1U2V2W1V1W2U1U2V2W1V1W21n60NSNSNSt = 0t = 60t = 90合成磁场方向向下合成磁场旋转60合成磁场旋转90结论：当 p = 1时，电流变化一周，磁场旋转360动画第44页/共66页（3）旋转磁场的旋转方向 取决于三相电流的相序 任意调换两根电源进线（电路如图）

14、WiU1U2W1W2V1V2ViUi结论：任意调换两根电源进线，则旋转磁场反转第45页/共66页（4）旋转磁场的极对数p = 2 若定子每相绕组由两个线圈串联，绕组的首端之间互差60，将形成两对磁极的旋转磁场(p = 2)第46页/共66页（4）旋转磁场的极对数p = 2 结论：当 p = 2时，电流变化一周，磁场旋转180 结论：当 p = 1时，电流变化一周，磁场旋转360t = 0t = 60t = 120t = 180动画第47页/共66页4同步转速重点 结论： 定子三相对称绕组流过三相对称电流时 会产生圆形旋转的基波气隙磁动势 以及基波气隙磁密 并顺着三相绕组中所流过电流的相序方向

15、以同步转速 n1 旋转 式中，f1 定子电流频率；p 极对数1160fn =p第48页/共66页5三相异步电动机的转动原理重点U1U2V2W1V1W2FF1nNS定子三相绕组通入三相交流电旋转磁场右手定则Blv感应电动势 E2电磁力F转速 n 匀速旋转切割转子导体电磁转矩T感应电流 I2旋转磁场大小：1160fnp方向：顺时针左手定则Bliv动画第49页/共66页6转差率重点 转差率是异步电动机的一个基本变量 在分析异步电动机运行时有着重要的地位 切割磁力线是产生转子感应电流和电磁转矩的必要条件 转子必须与旋转磁场保持一定的速度差，才可能切割磁力线 旋转磁场的转速用 n1 表示，称为同步转速

16、转子的实际转速用 n 表示 转差n = n1 - n第50页/共66页6转差率重点 异步电动机转子的转速 n 不可能达到同步转速 n1 一般总是略小于 n1 “异步”二字就是由此而来的 通常把 异步电动机同步转速 n1 和转子转速 n 二者之差 与同步转速n1的比值 称为转差率，用 s 表示，即11(5 1)nns=n1(1)ns n第51页/共66页（ 1 ）电动运行 异步电机处于电动运行状态时的 特点： 0 n n1 0 s 1 电磁转矩 T 与转速 n 方向相同 异步电机定子从电源吸收电功率 通过转子轴的转动输出机械功率n1NSn n1 s n1图5.6 异步电动机的三种运行状态(b)

17、发电运行11(5 1)nns=n第53页/共66页（ 3 ）制动运行（电磁制动运行） 异步电机处于制动运行状态时的 特点：n 1 电磁转矩 T 与转速 n 方向相反 异步电机定子从电源吸收电功率 转子从外部吸收机械功率 两者都将变为电机内部的损耗n1NSn图5.6 异步电动机的三种运行状态(c) 制动运行11(5 1)nns=n第54页/共66页异步电机的三种运行状态 根据转差率的大小和正负，异步电机有三种运行状态状态电动发电电磁制动实现转速转差率电磁转矩能量关系定子绕组接对称0 n n10 s n1s 0制动机械能电能外力使电机沿磁场反向旋转n 1制动电能和机械能内能11(5 1)nns=n

18、第55页/共66页转差率总结 可见： 起动瞬间：n = 0 时，s = 1； 理想空载运行时：n = n1 时，s = 0； 发电运行时 n n1 时，s 1。 作为电动机运行：s 的范围在 0 1 之间 电动机运行时，s 一般很小，大约在 0.005 0.0611(5 1)nns=n第56页/共66页额定数据 三相异步电动机铭牌 铭牌上标明电机的型号、额定数据等第57页/共66页三相异步电动机铭牌第58页/共66页三相异步电动机的铭牌数据 型号（如教材P280所示） 额定功率 PN ：指电动机在额定运行状态时轴端输出的机械功率，单位为W或kW 额定电压 UN：指电动机额定运行时，加在定子绕组

19、上的线电压，单位为V 额定电流 IN ：指电动机在额定电压下轴端输出额定功率时，定子绕组中的线电流，单位为A 额定功率 PN、额定电压 UN、额定电流 IN之间关系为 式中，N为交流电动机的额定效率NNNNN3cosPU I第59页/共66页三相异步电动机的铭牌数据 额定频率 fN ：我国规定电网的频率为50Hz，除出口电动机外，国内通用的异步电动机的额定频率都是50Hz 额定功率因数 cosN：指电动机额定运行时定子侧的功率因数 额定转速 nN ：指电动机在额定频率、额定电压下，且轴端输出额定功率时，转子的转速，单位为 r/min 此外，铭牌上还标明定子绕组接法、绝缘等级、防护等级、冷却方式

20、和重量等第60页/共66页三相异步电动机的铭牌数据 对于绕线转子异步电动机，还要标明 转子绕组接法 转子额定电压 E2N 指定子绕组加额定电压，转子绕组开路时集电环间的线电压 转子额定电流 I2N 指额定运行状态下，转子绕组短路时集电环之间流过的线电流 等数据第61页/共66页如何根据电机的铭牌进行定子的接线？ 如果电动机定子绕组有六根引出线，并已知其首、末端，分几种情况讨论 当电动机铭牌上标明“电压380/220V，接法Y/”时，这种情况下，究竟是接成Y或，要看电源电压（线电压）的大小。如果电源电压为380V，则接成Y接；电源电压为220V时，则接成接 当电动机铭牌上标明“电压380V，接法时”时，则只有这一种接法。但是在电动机起动过程中，可以接成Y接，接在380V电源上，起动完毕，恢复接法 对有些高压电动机，往往定子绕组有三根引出线，只在电源电压符合电动机铭牌电压值，便可使用第62页/共66页铁心长度代号：L；M；S异步电动机的型号（