电机及拖动 第04章4.1-4.5

1、14.1三相异步电动机的基本结构与工作原理三相异步电动机的基本结构与工作原理4.2三相交流电机的绕组三相交流电机的绕组4.3三相交流绕组的磁动势三相交流绕组的磁动势4.4三相交流绕组的感应电动势三相交流绕组的感应电动势4.5三相异步电动机的等效电路三相异步电动机的等效电路4.6三相异步电动机的功率和转矩三相异步电动机的功率和转矩4.7三相异步电动机的工作特性和参数测定三相异步电动机的工作特性和参数测定4.8单相异步电动机单相异步电动机4.9三相异步发电机三相异步发电机第第4章章 异步电机异步电机 24.1.1三相异步电动机的基本结构4.1.2异步电动机的基本工作原理4.1.3三相异步电动机的额

2、定值和主要系列4.1 三相异步电动机的基本结构与工作原理三相异步电动机的基本结构与工作原理 31. 定子部分2. 转子部分4.1.1三相异步电动机的基本结构三相异步电动机的基本结构转子转子 定子定子 风扇风扇 冷空气流冷空气流 罩罩 壳（非驱动端）壳（非驱动端） 端盖（驱动端）端盖（驱动端）41. 定子部分2. 转子部分4.1.1三相异步电动机的基本结构三相异步电动机的基本结构5异步电机的定子主要包括定子铁心、定子绕组和机座。异步电机的定子主要包括定子铁心、定子绕组和机座。 定子铁心：电机主磁路的组成部分定子铁心：电机主磁路的组成部分，并嵌放定子绕组。，并嵌放定子绕组。1. 定子部分定子部分6

3、1. 定子部分定子部分 定子铁心定子铁心7半闭口槽适用于半闭口槽适用于小型异小型异步电机，其绕组是用圆导线绕成的。步电机，其绕组是用圆导线绕成的。半开口槽适用于半开口槽适用于低压中型低压中型异步电机，其绕组是成型线圈。异步电机，其绕组是成型线圈。开口槽适用于开口槽适用于高压大中型高压大中型异步电机，其绕组是用绝缘带包扎并异步电机，其绕组是用绝缘带包扎并浸漆处理过的成型线圈。浸漆处理过的成型线圈。 81. 定子部分定子部分对称三相绕组。对称三相绕组。定子绕组：构成电路部分。定子绕组：构成电路部分。其作用是产生感应电动势、流其作用是产生感应电动势、流过电流、实现机电能量转换。过电流、实现机电能量转

4、换。 91. 定子部分定子部分 定子接线盒定子接线盒U1 V1 W1W2 U2 V2U1 V1 W1U2 V2 W2星星形形(Y)联联结结U1 V1 W1W2 U2 V 23 三三角角形形( )联联结结U1 V1 W1W2 U2 V 23 102. 2. 转子转子鼠笼式转子铁心鼠笼式转子铁心异步电机的转子主要包括转子异步电机的转子主要包括转子铁心、转子绕组和转轴铁心、转子绕组和转轴。转子铁心转子铁心：电机主磁路的组成部分，并放置转子绕组。：电机主磁路的组成部分，并放置转子绕组。转子绕组：转子绕组：构成电路部分。构成电路部分。转子绕组有两种结构型式：转子绕组有两种结构型式：笼型笼型绕组和绕组和绕

5、线型绕线型绕组绕组。 11笼型绕组：在转子铁心均匀分布的每个槽内各放置一根导体，笼型绕组：在转子铁心均匀分布的每个槽内各放置一根导体，在铁心两端放置两个端环，分别把所有的导体伸出在铁心两端放置两个端环，分别把所有的导体伸出槽外部分与端环联接起来。槽外部分与端环联接起来。2. 2. 转子转子笼型空心转子笼型空心转子笼型空心转子笼型空心转子122. 2. 转子转子 笼型异步电动机的转子笼型异步电动机的转子铸铝笼型空心转子铸铝笼型空心转子(风扇风扇)铸铝笼型转子铸铝笼型转子(风扇风扇)13 笼型异步电动机的转子笼型异步电动机的转子2. 2. 转子转子14 绕线型绕组：与定子绕组具有相同极数的三相对称

6、绕组。绕线型绕组：与定子绕组具有相同极数的三相对称绕组。一般接成星形。将三相绕组的三个引出线分别接到转轴上三一般接成星形。将三相绕组的三个引出线分别接到转轴上三个滑环上，再通过电刷与外电路接通。个滑环上，再通过电刷与外电路接通。2. 2. 转子转子152. 2. 转子转子 绕线型异步电动机的转子绕线型异步电动机的转子162. 2. 转子转子 绕线型异步电动机的转子绕线型异步电动机的转子172. 2. 转子转子 三相绕线型异步电动机示意图三相绕线型异步电动机示意图184.1.2异步电动机的基本工作原理1. 旋转磁场的产生2. 异步电动机的基本工作原理3. 异步电机的运行状态191.旋转磁场的产生

7、1. 旋转磁场的产生旋转磁场的产生 W2 W1V2 V1U1 U2 三相三相 电流电流 三相三相 绕组绕组 旋转磁场。旋转磁场。 三相绕组三相绕组201.旋转磁场的产生横截面横截面U1U2V1V2W2W1U1 V1 W1U2 V2 W2 流出流出 流入流入 211.旋转磁场的产生U V WU1U2V1V2W2W1i1 = Imsin ti2 = Imsin( t120O) i3 = Imsin( t120O)i1 i2 i3 t = 0O 时时i1 = 0，i2 0， i3 0NSIm tOi1221.旋转磁场的产生i1 i2 i3 Im tOi1U1U2V1V2W2W1NS t = 120O

8、 时时i10，i2 = 0，i3 0231.旋转磁场的产生i1 i2 i3 Im tOi1U1U2V1V2W2W1NS t = 240O 时时i1 0，i20，i3 = 0241.旋转磁场的产生i1 i2 i3 Im tOi1U1U2V1V2W2W1 t = 360O 时时i1= 0，i2 0，i30NS251.旋转磁场的产生i 变化一周变化一周i 每秒钟变化每秒钟变化 50 周周i 每分钟变化每分钟变化 (5060) 周周 旋转磁场转一圈旋转磁场转一圈旋转磁场转旋转磁场转 50 圈圈旋转磁场转旋转磁场转 3000 圈圈 2. 旋转磁场的转速旋转磁场的转速 同步转速同步转速n1 n1 = 30

9、00 = 60 f1 (r / min) 同步转速同步转速 n1 的大小怎样改变？的大小怎样改变？261.旋转磁场的产生U1U2V1V2W2W1每相绕组由每相绕组由一个线圈组成一个线圈组成U1 V1 W1U2 V2 W2U3 V3 W3U4 V4 W4U1U2U3U4V1V4V2V3W4W1W2W3每相绕组由两个每相绕组由两个线圈串联组成线圈串联组成27U1U2U3U4V1V4V2V3W4W1W2W3 t = 0O 时时 i1 = 0，i2 0， i3 0 NSNS 磁极对数磁极对数 p p = 2 电流变化一周电流变化一周 旋转磁场转旋转磁场转半半圈圈 n1 = 1 500 当磁极对数当磁极

10、对数 p = 3 时时 n1 = 1 000 60 f1 2= 60 f1 3=60 f1pn1 =1.旋转磁场的产生28 f = 50 Hz 时：时： 1 2 3 4 5 6 3 000 1 500 1 000 750 600 500 pn1/(r/min) 3. 旋转磁场的转向旋转磁场的转向 U (i1) V(i2) W(i3) 由超前相转向滞后相。由超前相转向滞后相。 由通入绕组中的电流的相序决定的。由通入绕组中的电流的相序决定的。 怎样改变怎样改变 n1 的方向的方向 ? V(i1) U(i2) W(i3)1.旋转磁场的产生292. 异步电动机的基本工作原理 机械负载机械负载 旋转起来

11、旋转起来对称三相绕组对称三相绕组 通入对称三相电流通入对称三相电流 旋转磁场旋转磁场 （磁场能量）（磁场能量） 磁感线切割磁感线切割 转子绕组转子绕组 转子绕组中转子绕组中 产生产生 e 和和 i 转子绕组在磁场中转子绕组在磁场中 受到电磁力的作用受到电磁力的作用 转子旋转起来转子旋转起来 电磁电磁转矩转矩感感应应 三相三相 交流交流 电能电能30三相感应电动机的工作原理三相感应电动机的工作原理2. 异步电动机的基本工作原理3101snn，2、时，电机为发电机运行状态；时，电机为发电机运行状态； 10sn，时，电机为电磁制动状态。时，电机为电磁制动状态。 3、1、,10nn 01 s时，电机为

12、电动机运行状态；时，电机为电动机运行状态； 3. 异步电机的运行状态324.1.3三相异步电动机的额定值和主要系列1. 额定值感应电动机在铭牌上表明的主要额定值：1) 额定容量额定容量PN 指转轴上输出机械功率，单位是kW.2) 额定电压额定电压UN 指加在定子绕组上的线电压，单位V、kV。3) 额定电流额定电流IN 指输入定子绕组的线电流，单位是A。4) 额定转速额定转速nN 单位是转/分（r/min）。5) 额定频率额定频率fN336）绝缘等级）绝缘等级 绝缘等级决定了电动机的容许温升，有时也不标明绝缘等级而直接标明容许温升。7）接法）接法 用Y或表示。8）转子绕组的开路电压）转子绕组的开

13、路电压 指转子接额定电压，转子绕组开路时转子线电压，单位是V。9）转子绕组的额定电流）转子绕组的额定电流 单位是A。 若是绕线转子感应电动机，则还应有：4.1.3三相异步电动机的额定值和主要系列1. 额定值34 三相异步电动机三相异步电动机型型 号号 Y132S6 功功 率率 3 kW 频频 率率 50Hz 电电 压压 380 V 电电 流流 7.2 A 联联 结结 Y转转 速速 960r/min 功率因数功率因数 0.76 绝缘等级绝缘等级 B2p = 6轴上输出额定轴上输出额定机械功率机械功率PN额定电额定电压压(线电压线电压)额定电流额定电流(线电流线电流)4.1.3三相异步电动机的额定

14、值和主要系列1. 额定值P1N = 3 UNIN cos N PN = NP1N = 3 UNIN cos N N354.1.3三相异步电动机的额定值和主要系列1. 额定值 三相异步电动机的铭牌三相异步电动机的铭牌 362. 异步电动机的主要系列4.1.3三相异步电动机的额定值和主要系列374.1.3三相异步电动机的额定值和主要系列【例例4.1】Y180M2 型三相异步电动机，型三相异步电动机， PN =22 kW，UN = 380 V，三角形联结，三角形联结，IN = 42.2 A， cos N = 0.89，fN = 50 Hz，nN = 2 940 r/min。求额定运行时的：。求额定运

15、行时的：(1) 转差率；转差率； (2) 定子绕组的定子绕组的相相电流；电流；(3) 输入有功功率；输入有功功率； (4) 效率效率; (5) 额定转矩额定转矩 解：解：(1) 由型号知由型号知 2p = 2，即即 p = 1，因此因此 n1 = 3 000 r/min，故，故sN = n1nN n1= 3 0002 940 3 000= 0.02 (2) 由于由于定子三相绕组为三角形联结，故相电流为定子三相绕组为三角形联结，故相电流为 I1P =IN 342.2 3= A = 24.4 A38(3) 输入有功功率输入有功功率P1N = 3 UNIN cos N = 1.73238042.20

16、.89 W = 24719.2 W = 24.72 kW (4) 效率效率 N = 100% PNP1N= 100% = 89 % 2224.724.1.3三相异步电动机的额定值和主要系列(5)(5)额定转矩额定转矩mN 5 .71294010*2255. 955. 93NNNnPT394.2 4.2 三相交流电机的绕组三相交流电机的绕组 U1U2V1V2W2W1每相绕组由每相绕组由一个线圈组成一个线圈组成U1 V1 W1U2 V2 W2U3 V3 W3U4 V4 W4U1U3U4V1V4V2V3W4W1W2W3每相绕组由两个每相绕组由两个线圈串联组成线圈串联组成404.3 三相交流绕组的磁动

17、势三相交流绕组的磁动势 三相基波合成磁动势在气隙内建立一个以三相基波合成磁动势在气隙内建立一个以同步同步转速转速n1旋转的磁场旋转的磁场，这就是异步电机的，这就是异步电机的主磁场主磁场。主。主磁场产生的磁通磁场产生的磁通同时交链定、转子绕组同时交链定、转子绕组，异步电动，异步电动机的定、转子绕组依靠主磁场产生感应电动势，实机的定、转子绕组依靠主磁场产生感应电动势，实现机电能量转换。现机电能量转换。110.9WNIFkp相绕组磁动势的幅值为：相绕组磁动势的幅值为：414.5 三相异步电动机的感应电动势和等效电路三相异步电动机的感应电动势和等效电路4.5.1 转子电动势转子电动势、电流电流和和电磁

18、转矩电磁转矩4.5.2 定子、转子绕组的电压方程定子、转子绕组的电压方程频率归算频率归算4.5.3 绕组归算绕组归算4.5.4 异步电动机的等效电路和相量图异步电动机的等效电路和相量图4.5.5 异步电动机的简化等效电路异步电动机的简化等效电路4.5.6 笼型绕组的磁极数和相数笼型绕组的磁极数和相数 421. 转子电动势转子电动势Blve 21260sfnpf4.5.1 转子电动势转子电动势、电流电流和和电磁转矩电磁转矩 431. 转子电动势转子电动势4.5.1 转子电动势转子电动势、电流电流和和电磁转矩电磁转矩 442. 转子电流转子电流4.5.1 转子电动势转子电动势、电流电流和和电磁转矩

19、电磁转矩 452. 转子电流转子电流4.5.1 转子电动势转子电动势、电流电流和和电磁转矩电磁转矩 462. 转子电流转子电流4.5.1 转子电动势转子电动势、电流电流和和电磁转矩电磁转矩 473. 电磁转矩电磁转矩 电磁转矩不但和主磁通电磁转矩不但和主磁通 m与转子电流的乘积成正比，与转子电流的乘积成正比，也和转子回路的功率因数成成正比。也和转子回路的功率因数成成正比。 22mTMcosIKT 式中：式中：KT 为比例系数；为比例系数；I2为转子电流的有效值为转子电流的有效值。4.5.1 转子电动势转子电动势、电流电流和和电磁转矩电磁转矩 484.5.2 定子、转子绕组的电压方程定子、转子绕

20、组的电压方程频率归算频率归算旋转时异步电动机的电路旋转时异步电动机的电路494.5.2 定子、转子绕组的电压方程定子、转子绕组的电压方程频率归算频率归算旋转时异步电动机的电路旋转时异步电动机的电路22222(j)sEsERsXI2222(+j)sREXIs22212222sXf Lsf LsX 504.5.2 定子、转子绕组的电压方程定子、转子绕组的电压方程频率归算频率归算514.5.3 绕组归算绕组归算1 1、折算的定义、折算的定义 将转子绕组用一个与定子绕组具有相同相数、相同将转子绕组用一个与定子绕组具有相同相数、相同的匝数和相同的绕组系数的等效绕组来代替。的匝数和相同的绕组系数的等效绕组

21、来代替。2 2、折算原则、折算原则: :折算前后磁动势不变，功率、损耗不变。折算前后磁动势不变，功率、损耗不变。3 3、方法、方法(1) 电流的折算电流的折算, ,折算前后磁动势不变折算前后磁动势不变iWWWWkIIkNmkNmIIpkNmIpkNm221112222222221119 . 029 . 02524.5.3 绕组归算绕组归算(2) 电动势的折算电动势的折算2221112EkNkNEEWW221122NNekNkNEEk22EkEe（3）阻抗的折算阻抗的折算折算前后功率、损耗不变折算前后功率、损耗不变222222121112221222222212222)()(RkkRkNmmkNmmImImRRImRImieNN同理，漏抗的折算为：同理，漏抗的折算为：22XkkXie电压比：电压比：534.5.4异步电动机的等效电路和相量图22EkEe22XkkXie22RkkRie54经过归算后，定子、转子的电动势方程式经过归算后，定子、转子的电动势方程式11111111(jX )UEI REI Z 222222222211(jX )