异步电动机课件ppt

1、异步电动机的应用 异步电动机又称为感应电动机，电厂中的绝大部分异步电动机又称为感应电动机，电厂中的绝大部分电动机是异步电动机，用它来拖动锅炉和汽轮机附属设电动机是异步电动机，用它来拖动锅炉和汽轮机附属设备的旋转机械，如：水泵、风机等。备的旋转机械，如：水泵、风机等。优点：结构简单、运行可靠、维护方便、效率较高等。优点：结构简单、运行可靠、维护方便、效率较高等。 在一些要求调速范围较宽的场合，就采用调速特性在一些要求调速范围较宽的场合，就采用调速特性较好的直流电动机，而在单机容量较大，需要保持恒定较好的直流电动机，而在单机容量较大，需要保持恒定速度的场合，常采用功率因数可调节的同步电动机。速度的

2、场合，常采用功率因数可调节的同步电动机。缺点：不能在较广的范围内经济、平滑地调速，使所接缺点：不能在较广的范围内经济、平滑地调速，使所接电网的功率因数降低。电网的功率因数降低。异步电动机的基本工作原理和结构1-1 1-1 异步电动机的基本工作原理异步电动机的基本工作原理异步电动机的基本工作原理和结构异步电动机的基本工作原理和结构1nn 异步电动机的基本工作原理和结构11nnns转子转速与同步转速的差值对同步转速的比值转子转速与同步转速的差值对同步转速的比值 转差率反映了转子转速和定子旋转磁场转速的相对运转差率反映了转子转速和定子旋转磁场转速的相对运动速度。它与电动机的动速度。它与电动机的转速、

3、电流和力矩转速、电流和力矩等有着密切关系。等有着密切关系。决定了决定了转子电动势及其频率转子电动势及其频率。静止时，转差率静止时，转差率s =1；异步运行时异步运行时,0 s 1;额定负荷运行时，其转差率在额定负荷运行时，其转差率在0 01 0 06范围内范围内 异步电动机的基本工作原理和结构（1）电动机运行状态）电动机运行状态 异步电机转子拖动所带机械设备转动，异步电机转异步电机转子拖动所带机械设备转动，异步电机转子子转速小于定子旋转磁场转速小于定子旋转磁场，且，且方向相同方向相同 转子导体中的电流与旋转磁场相互作用，总会产生转子导体中的电流与旋转磁场相互作用，总会产生一个与旋转磁场转向相同

4、的驱动性质的电磁力矩一个与旋转磁场转向相同的驱动性质的电磁力矩 电动机运行状态的转差率范围：电动机运行状态的转差率范围：0 s 1异步电动机的基本工作原理和结构（2）发电机运行状态）发电机运行状态 异步电机所带机械设备拖动转子转动，使异步电机异步电机所带机械设备拖动转子转动，使异步电机的的转速超过同步速转速超过同步速 转子导体切割旋转磁场的方向与电动机运行状态相转子导体切割旋转磁场的方向与电动机运行状态相反，因此感应电动势和电流的方向也发生变化，产生的反，因此感应电动势和电流的方向也发生变化，产生的电磁力形成的电磁力矩的方向与转子的转动方向相反。电磁力形成的电磁力矩的方向与转子的转动方向相反。

5、即电磁力矩变为制动力矩。此时，机械设备由负荷变成即电磁力矩变为制动力矩。此时，机械设备由负荷变成了原动机，其输入的机械能通过异步电机转化为电能。了原动机，其输入的机械能通过异步电机转化为电能。 发电机运行状态的转差率范围：发电机运行状态的转差率范围：- s 0 异步电动机的基本工作原理和结构 异步电机在某种外力的作用下，其异步电机在某种外力的作用下，其转子逆着旋转磁场转子逆着旋转磁场的方向旋转的方向旋转，如起重机放下重物时，如起重机放下重物时 转子导体将以高于同步速度的速度切割旋转磁场，切转子导体将以高于同步速度的速度切割旋转磁场，切割方向电动机运行状态时相同，因此，转子导体中的电动割方向电动

6、机运行状态时相同，因此，转子导体中的电动势、电流以及电磁力矩的方向都与电动机运行状态时相同，势、电流以及电磁力矩的方向都与电动机运行状态时相同，但这时的电磁力矩方向与转子的转向不同，电磁力矩对外但这时的电磁力矩方向与转子的转向不同，电磁力矩对外力起制动作用力起制动作用（3）电磁制动运行状态）电磁制动运行状态 电磁制动运行状态的转差率范围：电磁制动运行状态的转差率范围：1 s + 异步电动机的基本工作原理和结构1-2 1-2 异步电动机的基本结构异步电动机的基本结构（1 1）定子）定子（2 2）转子）转子异步电动机的基本工作原理和结构异步电动机的基本工作原理和结构异步电动机的基本工作原理和结构笼

7、型绕组笼型绕组绕线绕组及其示意图绕线绕组及其示意图异步电动机的基本工作原理和结构1-3 1-3 异步电动机的铭牌参数异步电动机的铭牌参数1. 额定功率额定功率 额定运行时转轴输出的机械功率，千瓦额定运行时转轴输出的机械功率，千瓦(kW)。2. 额定电压额定电压 额定运行时三相定子绕组的线电压，伏（额定运行时三相定子绕组的线电压，伏（V）或千伏（）或千伏（kV）3. 额定电流额定电流 额定运行时三相定子绕组的线电流，安（额定运行时三相定子绕组的线电流，安（A）或千安（）或千安（kA）4. 额定频率：我国额定工频为额定频率：我国额定工频为50Hz。赫兹（。赫兹（Hz）5. 额定功率因数额定功率因数

8、 额定运行时，定子相电流与相电压之间的相位差。额定运行时，定子相电流与相电压之间的相位差。6. 额定效率：额定运行时，输出机械功率与输入有功功率之比。额定效率：额定运行时，输出机械功率与输入有功功率之比。异步电动机的基本工作原理和结构7. 接线组别接线组别 额定运行时，三相定子绕组应采用的连接方式。有些电额定运行时，三相定子绕组应采用的连接方式。有些电动机铭牌上有两个电压数值动机铭牌上有两个电压数值220/380V，接线组别也有两种：，接线组别也有两种：三角形和星形，这表示电网电压为三角形和星形，这表示电网电压为220V时定子绕组应接成三时定子绕组应接成三角形，电压为角形，电压为380V时，定

9、子绕组应接成星形。时，定子绕组应接成星形。8. 额定转速额定转速 额定运行时的转速，额定运行时的转速，r/min。9. 运行方式（定额）运行方式（定额） 电动机运行的持续时间。分电动机运行的持续时间。分“连续连续”、“短时短时”、“断断续续”3种种 10.绝缘等级绝缘等级 电动机定子所用绝缘材料的等级，它决定了电动机的允许电动机定子所用绝缘材料的等级，它决定了电动机的允许温升，有些电动机铭牌上只标允许温升。温升，有些电动机铭牌上只标允许温升。异步电动机的基本工作原理和结构铭牌铭牌中小型异步电动机型号中小型异步电动机型号大型异步电动机型号大型异步电动机型号异步电动机的运行原理和工作特性2-1 2

10、-1 异步电动机负载时的磁动势和电动势异步电动机负载时的磁动势和电动势 定子定子磁势所产生的磁通可分为两部分：磁势所产生的磁通可分为两部分： （1）主磁通主磁通：由定子产生的在气隙中以同步速旋转的基波：由定子产生的在气隙中以同步速旋转的基波磁通，同时环链定子和转子绕组。路径：磁通，同时环链定子和转子绕组。路径：定子齿定子齿气气隙隙转子铁芯转子铁芯气隙气隙定子齿定子齿定子铁轭定子铁轭。异步电。异步电动机依赖这部分磁通实现定子、转子之间传递能量。动机依赖这部分磁通实现定子、转子之间传递能量。（2）漏磁通漏磁通：仅与定子绕组环链。由三部分组成，定子绕：仅与定子绕组环链。由三部分组成，定子绕组槽部漏磁

11、通、定子绕组端部漏磁通、高次谐波磁通。组槽部漏磁通、定子绕组端部漏磁通、高次谐波磁通。 转子转子绕组通过电流后，也将建立转子磁势。这时绕组通过电流后，也将建立转子磁势。这时气隙气隙中的气隙磁通应由定子和转子磁势合成中的气隙磁通应由定子和转子磁势合成，转子磁势还产生，转子磁势还产生仅与转子绕组环链的仅与转子绕组环链的转子漏磁通转子漏磁通。 异步电动机的运行原理和工作特性 气隙中磁场（主磁通气隙中磁场（主磁通m ）由定、转子磁势）由定、转子磁势F1、F2共同共同建立，分别在定、转子绕组中感应电势建立，分别在定、转子绕组中感应电势E1、E2。定、转子漏。定、转子漏磁通分别为磁通分别为l1、l2，感应

12、漏电势，感应漏电势El1、El2。定子电路中，外。定子电路中，外加电源电压加电源电压U1与与E1、El1和和I1 r1相平衡；转子电路中，相平衡；转子电路中，E2与与El2和和I2 r2平衡。平衡。异步电动机的运行原理和工作特性电磁方程式电磁方程式111121224 444 44wmwmEj .f N kEj .f N k 111 1111 11 111 122 222 22222llUEI rEEI rjI xEI zEI rEI rjI xI z 磁势方程式磁势方程式 mFFF21 定、转子磁场在空间上以同方向、同频率旋转，相定、转子磁场在空间上以同方向、同频率旋转，相对静止，定、转子感应

13、电势的频率对静止，定、转子感应电势的频率f1 = f2)(21imkIII222111wwikNmkNmk 异步电动机的运行原理和工作特性 旋转磁场（主磁通旋转磁场（主磁通m ）仍以）仍以n n1 1旋转，在定子绕组中感应旋转，在定子绕组中感应出出E E1 1，而转子以转速，而转子以转速n n 旋转，即转子绕组以相对速度旋转，即转子绕组以相对速度 n2=n1-n切割旋转磁场。切割旋转磁场。转子绕组中感应电势的频率转子绕组中感应电势的频率12sff 转子绕组感应电动势的数值转子绕组感应电动势的数值21124 44swmE.sf N k22sEsE异步电动机的运行原理和工作特性转子绕组中感应电流转

14、子绕组中感应电流2222222sssEEIrjsxrjx转子绕组漏抗转子绕组漏抗21122222sxLsfLfxs222222222sssExI,arctanrrx转子绕组功率因数转子绕组功率因数222222srcosrx22 22 22 222ssEI rjI xI rjI sx转子绕组电动势平衡方程转子绕组电动势平衡方程异步电动机的运行原理和工作特性转子绕组磁动势平衡方程转子绕组磁动势平衡方程mFFF21)(21imkIII转子电磁转矩（驱动转矩）转子电磁转矩（驱动转矩）2212222122()MsrUkMK.I cosfrsx气隙合成旋转磁场的每极磁通气隙合成旋转磁场的每极磁通KM、K与

15、电动机结构有关的常数与电动机结构有关的常数cos2转子每相电路的功率因数转子每相电路的功率因数21MU异步电动机的运行原理和工作特性2-2 2-2 异步电动机的等值电路异步电动机的等值电路异步电动机的运行原理和工作特性异步电动机的运行原理和工作特性异步电动机的简化等值电路异步电动机的简化等值电路异步电动机的运行原理和工作特性2-3 2-3 异步电动机的电磁转矩和机械特性异步电动机的电磁转矩和机械特性一、功率平衡关系一、功率平衡关系异步电动机的运行原理和工作特性MFeCuPppP11PpssrImrImsrImPCuM222 2222 2222 221ppPP2ssrImrImPpMCu22 2

16、122 21221 22221 211Msm I rpssrPm Is 输入电功率定子传到转子的电磁功率驱动转子的机械功率附加损耗机械损耗转轴最终输出机械功率异步电动机的运行原理和工作特性二、电磁转矩与磁通和转子电流的关系二、电磁转矩与磁通和转子电流的关系MP60/2 n2222122122121111122(1)2606060Mrssm I rm I rm IPPsssMnnns22201cosIEmPM120221111221114 4422wMmm E I cosm.f N kPMI cosf / pf / p1114 442wM.m pN kC22MmMCI cos电磁转矩与气隙磁电磁

17、转矩与气隙磁通、转子电流、转通、转子电流、转子功率因数有关。子功率因数有关。异步电动机的运行原理和工作特性三、电磁转矩与转差率三、电磁转矩与转差率2212112Mrm IPsMf / p220122112)()(xxsrrUI2211222111202() +() rm pUsMrfrxxs电磁转矩与电压、频率、参数、转差率有关。电磁转矩与电压、频率、参数、转差率有关。异步电动机的运行原理和工作特性（1 1）机械特性曲线）机械特性曲线临界转差率s=1时启动转矩最大转矩额定转矩Ns)(sfM )(Mfn 稳定运行区：0sm 或 nmn1异步电动机的运行原理和工作特性（2 2）最大电磁转矩）最大电

18、磁转矩221212)(xxrrsm忽略 r1212mrsxx211221111204()m pUMfrrxx忽略 r121111204()m pUMf xx（1）最大转矩与外加电压的平方成正比，临界转差率与）最大转矩与外加电压的平方成正比，临界转差率与电压无关。电压无关。（2）最大转矩与转子电阻无关，临界转差率与转子电阻）最大转矩与转子电阻无关，临界转差率与转子电阻成正比。成正比。异步电动机的运行原理和工作特性（3 3）启动转矩）启动转矩2112221121202()() stm pU rMfrrxx1）启动转矩与外加电压的平方成正比。）启动转矩与外加电压的平方成正比。2）转子回路串电阻，可以

19、增加启动转矩。）转子回路串电阻，可以增加启动转矩。2211222111202() +() rm pUsMrfrxxs1s221maxrxxrMMstst220122112)()(xxsrrUI1s12212120stUI( rr )( xx)异步电动机的运行原理和工作特性最大转矩、启动转矩与转子电阻的关系最大转矩、启动转矩与转子电阻的关系212223rrr321stststMMM111213UUU123stUstUstUMMM异步电动机的运行原理和工作特性（4 4）额定转矩）额定转矩1000260NNNNNPPMn /额定负载时的输出机械转矩额定负载时的输出机械转矩MP260NNn/NNssn

20、n,异步电动机的运行原理和工作特性（5 5）过载能力，启动转矩倍数）过载能力，启动转矩倍数maxmNMkM过载能力过载能力通常在通常在22.2范围内范围内ststNMkM启动转矩倍数启动转矩倍数通常在通常在1.72.2范围内范围内异步电动机的运行原理和工作特性四、异步电动机的运行特性四、异步电动机的运行特性转速特性转速特性 n = f(P2) 效率特性效率特性 = f(P2) 功率因数特性功率因数特性 cos= f(P2) 转矩特性转矩特性 M2 = f(P2)定子电流特性定子电流特性 I1 = f(P2)异步电动机的启动和调速3-1 3-1 异步电动机的启动电流和启动转矩异步电动机的启动电流

21、和启动转矩一、启动性能一、启动性能（1）启动电流倍数）启动电流倍数 Ist/IN（2）启动转矩倍数）启动转矩倍数 Mst/MN（3）启动时间）启动时间（4）启动设备的简易性和可靠性）启动设备的简易性和可靠性 要求：足够大的启动转矩，但启动电路不要太大，要求：足够大的启动转矩，但启动电路不要太大，往往这两个要求相互矛盾。往往这两个要求相互矛盾。异步电动机的启动和调速二、启动问题二、启动问题（1）使电网电压降低而影响其他电气设备）使电网电压降低而影响其他电气设备（2）使电动机过热而加速绝缘老化）使电动机过热而加速绝缘老化（3）过大的电磁力冲击使电动机定子绕组端部变形）过大的电磁力冲击使电动机定子绕

22、组端部变形 对于鼠笼式电动机，启动电流倍数为对于鼠笼式电动机，启动电流倍数为47，而启动，而启动转矩倍数只有转矩倍数只有0.91.3，启动性能不好。，启动性能不好。造成的不良影响：造成的不良影响：（1）降低电源电压）降低电源电压（2）增加定、转子阻抗）增加定、转子阻抗减小启动电流的方法：减小启动电流的方法：异步电动机的启动和调速3-2 3-2 鼠笼式异步电动机的启动鼠笼式异步电动机的启动一、直接启动一、直接启动全压启动全压启动 用普通开关把电动机直接接入电网。用普通开关把电动机直接接入电网。 供电变压器容量越大，启动电流引起的系统母线电供电变压器容量越大，启动电流引起的系统母线电压降低越小，只

23、要不超过（压降低越小，只要不超过（10%15%）额定电压，就）额定电压，就允许直接启动。允许直接启动。优点：操作简单，设备投资和维护费用少。优点：操作简单，设备投资和维护费用少。缺点：启动电流大，对电网影响大。缺点：启动电流大，对电网影响大。异步电动机的启动和调速二、降压启动二、降压启动电压降为电压降为1/k，启动电流因而减小，启动电流因而减小，但转矩也相应减小。但转矩也相应减小。12212120stUI(rr )( xx)12212120NstU/ kIrrxx111NUUk工作原理：工作原理：异步电动机的启动和调速（1）定子回路串电抗启动）定子回路串电抗启动电压降为电压降为1/k，启动电流

24、也降为启动电流也降为1/k，启动转矩降为启动转矩降为1/k2。 启动时在定子回路中串入电抗器，起分压作用，以启动时在定子回路中串入电抗器，起分压作用，以降低电压，减小启动电流；启动完毕，切除电抗器。降低电压，减小启动电流；启动完毕，切除电抗器。NNsUkUxxxU111111122121201NststU/ kIIkrrxx直接异步电动机的启动和调速（2）用自耦变压器启动）用自耦变压器启动 启动时，投入自耦变压启动时，投入自耦变压器，降低定子绕组电压；启器，降低定子绕组电压；启动完毕，切除自耦变压器。动完毕，切除自耦变压器。111NaUUk电压降为电压降为1/ka，启动电流也降为启动电流也降为

25、1/ka2，启动转矩降为启动转矩降为1/ka2。11222121202111NaststaastaU/ kIIkkrrxxIk直接异步电动机的启动和调速（3）星）星-三角换接启动三角换接启动 启动时，定子绕组接成星形，启动时，定子绕组接成星形，降低定子绕组电压；启动完毕，换降低定子绕组电压；启动完毕，换接成三角形。接成三角形。13NYUIZ13NDUIZ13YDII13YstDstMM相电压降为相电压降为 ，启动电流也降为启动电流也降为1/3，启动转矩降为启动转矩降为1/3。3/ 1异步电动机的启动和调速3-3 3-3 绕线式异步电动机的启动绕线式异步电动机的启动工作原理：工作原理：12212

26、120stUI(rr )( xx)12212120NstsUIrrxxx异步电动机的启动和调速一、转子串电阻启动转子串电阻启动 随转速提高，操作开关，减小转子回路所接入的电阻。随转速提高，操作开关，减小转子回路所接入的电阻。异步电动机的启动和调速二、转子串频敏电阻启动转子串频敏电阻启动 频敏电阻的阻值随转速提高而自动减小。频敏电阻的阻值随转速提高而自动减小。异步电动机的启动和调速3-4 3-4 深槽式和双鼠笼式异步电动机深槽式和双鼠笼式异步电动机一、深槽式异步电动机一、深槽式异步电动机 转子导条窄而深，可看成若干转子导条窄而深，可看成若干个导体的并联。流过电流时，槽个导体的并联。流过电流时，槽

27、底导体所交链的漏磁通远大于槽底导体所交链的漏磁通远大于槽口，漏抗也远大于槽口。口，漏抗也远大于槽口。 启动时，转差率大，转子电流启动时，转差率大，转子电流频率高，漏抗远大于电阻，转子电频率高，漏抗远大于电阻，转子电流分布决定于漏抗；电流集中于槽流分布决定于漏抗；电流集中于槽底，产生集肤效应，使转子电阻增底，产生集肤效应，使转子电阻增大，启动电流减小。大，启动电流减小。 启动完毕，电流分布均匀。启动完毕，电流分布均匀。异步电动机的启动和调速二、双鼠笼式异步电动机二、双鼠笼式异步电动机 转子有两套绕组：外笼和内笼，采转子有两套绕组：外笼和内笼，采用公共端环。外笼截面积小，导条电阻用公共端环。外笼截

28、面积小，导条电阻率大，内笼截面积大，导条电阻率小。率大，内笼截面积大，导条电阻率小。流过电流时，内笼所交链的漏磁通远大流过电流时，内笼所交链的漏磁通远大于外笼，漏抗也远大于外笼。于外笼，漏抗也远大于外笼。 启动时，转差率大，转子电流频率高，启动时，转差率大，转子电流频率高，漏抗远大于电阻，电流分布决定于漏抗，转漏抗远大于电阻，电流分布决定于漏抗，转子电流集中于外笼，而外笼电阻大，使启动子电流集中于外笼，而外笼电阻大，使启动电流减小。电流减小。 启动完毕，转差率很小，电流分布决定启动完毕，转差率很小，电流分布决定于电阻，转子电流集中于内笼，内笼电阻小。于电阻，转子电流集中于内笼，内笼电阻小。异步

29、电动机的启动和调速3-5 3-5 异步电动机的调速异步电动机的调速一、调速要求一、调速要求（1）调速范围广（最高转速与最低转速之比大）；）调速范围广（最高转速与最低转速之比大）；（2）调速平滑性好（不是分级跃变，而是平滑渐变）；）调速平滑性好（不是分级跃变，而是平滑渐变）；（3）所用调速设备简单、调速中损耗小。）所用调速设备简单、调速中损耗小。（1）变极调速）变极调速（2）变转差调速）变转差调速（3）变频调速）变频调速二、调速方法二、调速方法)1 (60)1 (11spfsnn异步电动机的启动和调速（1）变极调速）变极调速改变电动机定子绕组连接方式来改变极对数。改变电动机定子绕组连接方式来改变

30、极对数。正向串联 反向串联 反向并联分级调速，平滑性差，仅用于鼠笼式电动机。分级调速，平滑性差，仅用于鼠笼式电动机。异步电动机的启动和调速实现方法实现方法（1）绕组从单星形改接成双星形）绕组从单星形改接成双星形（2）绕组从三角形改接成双星形）绕组从三角形改接成双星形A、B、C输入，输入，A、B、C开路，开路，为为4极，极，Y接，低速运行；接，低速运行； A、B、C输入，输入， A、B、C与与O连连接，为接，为2极，极，YY接，高速运行接，高速运行A、B、C输入，输入，A、B、C开路，开路，为为4极，极，D接，低速运行；接，低速运行； A、B、C输入，输入， A、B、C相连接，相连接，为为2极，

31、极，YY接，高速运行接，高速运行异步电动机的启动和调速（2）变转差调速）变转差调速改变电动机转差率。改变电动机转差率。（1）降低定子电压改变转差率调速）降低定子电压改变转差率调速平滑调速、适合恒转矩负载，如风机，不适合恒功率负载。平滑调速、适合恒转矩负载，如风机，不适合恒功率负载。（2）绕线式电动机串电阻改变转差率调速）绕线式电动机串电阻改变转差率调速设备简单、控制方便、投资少，但调速范围不大、设备简单、控制方便、投资少，但调速范围不大、铜耗大、经济性差，属于有级调速。铜耗大、经济性差，属于有级调速。实现方法实现方法异步电动机的启动和调速（3）变频调速）变频调速改变电动机电源频率。改变电动机电源频率。调速范围广、双向平滑调速，但投资高。调速范围广、双向平滑调速，但投资高。在电源和电