异步电机基本结构和原理PPT学习教案

1、会计学1异步电机基本结构和原理异步电机基本结构和原理第五章第五章 异步电机异步电机第1页/共46页1. 1. 了解三相异步电机的基本结构、应用和分类了解三相异步电机的基本结构、应用和分类 2. 2. 掌握三相异步电动机的基本工作原理掌握三相异步电动机的基本工作原理3. 3. 掌握转差率和额定值的计算掌握转差率和额定值的计算4. 4. 掌握异步电机的三种运行状态及其判别方法掌握异步电机的三种运行状态及其判别方法 本章基本要求本章基本要求基本结构和基本工作原理第2页/共46页概述概述异步电机的基本结构异步电机的基本结构异步电机的工作原理和三种运行状态异步电机的工作原理和三种运行状态异步电动机的额定

2、值异步电动机的额定值主要内容主要内容基本结构和基本工作原理第3页/共46页正确运用基本的电磁定律来理解异步电动机正确运用基本的电磁定律来理解异步电动机的简单工作原理的简单工作原理异步电机三种运行状态物理本质的对比分析异步电机三种运行状态物理本质的对比分析难点难点基本结构和基本工作原理第4页/共46页l界定界定：异步电机是一种与同步电机相对应的：异步电机是一种与同步电机相对应的交流电机。因其转子转速与定子电流所产生的交流电机。因其转子转速与定子电流所产生的磁场转速不同，而称为异步电机。又因其定、磁场转速不同，而称为异步电机。又因其定、转子之间没有电的直接联系，是借助于定、转转子之间没有电的直接联

3、系，是借助于定、转子之间的电磁感应作用实现机电能量转换的，子之间的电磁感应作用实现机电能量转换的，故又称为感应电机故又称为感应电机1 1 概述概述基本结构和基本工作原理第5页/共46页应用应用：主要用作电动机，是工业生产的主要动力。应主要用作电动机，是工业生产的主要动力。应用非常广泛。用非常广泛。工业工业风机、泵、压缩机、轧机、起重机、机床、风机、泵、压缩机、轧机、起重机、机床、轻工及矿山机械；轻工及矿山机械；农业农业水泵、脱粒机、粉碎机和农副产品加工机械水泵、脱粒机、粉碎机和农副产品加工机械；交通交通电力机车和电动汽车；日用电力机车和电动汽车；日用电扇、洗衣电扇、洗衣机、电冰箱和各种医疗机械

4、（单相）机、电冰箱和各种医疗机械（单相）。 1 1 概述概述基本结构和基本工作原理第6页/共46页l优点：优点：结构简单、制造容易、价格低廉、运行可结构简单、制造容易、价格低廉、运行可靠、使用及维护方便、坚固耐用、运行效率较高和靠、使用及维护方便、坚固耐用、运行效率较高和适用的工作特性。适用的工作特性。l缺点：缺点：目前还不能经济地在较大范围内实现平滑目前还不能经济地在较大范围内实现平滑调速；需要从电网吸收调速；需要从电网吸收感性感性的无功功率，以建立磁的无功功率，以建立磁场，因而场，因而功率因数较差，总小于功率因数较差，总小于1。 1 1 概述概述基本结构和基本工作原理第7页/共46页2 2

5、 异步电机的基本结构异步电机的基本结构p分类分类： 异步电机异步电机按按 相数相数 分分按转子结构分按转子结构分单相异步电机单相异步电机三相三相异步电机异步电机基本结构和基本工作原理绕线型绕线型异步电机异步电机鼠笼型鼠笼型异步电机异步电机第8页/共46页2 2 异步电机的基本结构异步电机的基本结构p异步电机实物图异步电机实物图： 单相异步电机单相异步电机三相三相异步电机异步电机基本结构和基本工作原理第9页/共46页2 2 异步电机的基本结构异步电机的基本结构p异步电机实物图异步电机实物图： 基本结构和基本工作原理绕线型异步电机绕线型异步电机鼠笼型异步电机鼠笼型异步电机第10页/共46页2 异步

6、电机的基本结构p异步电机实物图异步电机实物图： 基本结构和基本工作原理鼠笼型异步电机剖视图鼠笼型异步电机剖视图鼠笼型异步电机外部视图鼠笼型异步电机外部视图第11页/共46页2 2 异步电机的基本结构异步电机的基本结构基本结构和基本工作原理感应电机感应电机定子绕组定子绕组定子铁心定子铁心 转子转子机座机座转子铁心转子铁心转轴转轴转子绕组转子绕组定子定子p结构组成结构组成气隙气隙鼠笼型鼠笼型绕线型绕线型第12页/共46页一、定子一、定子基本结构和基本工作原理14 1.1.定子铁心定子铁心 作用作用主磁路的一部分，放置定子绕组。主磁路的一部分，放置定子绕组。 构成构成0.5mm0.5mm厚的硅钢片叠

7、成圆柱体；内圆冲有若干厚的硅钢片叠成圆柱体；内圆冲有若干均均 匀分布的形状相同的槽。匀分布的形状相同的槽。第13页/共46页p定子槽形定子槽形基本结构和基本工作原理15 半闭口槽半闭口槽小型异步电机，绕组用圆导线绕成。小型异步电机，绕组用圆导线绕成。半开口槽半开口槽低压中型异步电机，绕组是成型线圈。低压中型异步电机，绕组是成型线圈。开口槽开口槽 高压大中型异步电机，绕组是用绝缘带包高压大中型异步电机，绕组是用绝缘带包扎并浸漆处理过的成型线圈。扎并浸漆处理过的成型线圈。 第14页/共46页基本结构和基本工作原理2.2.定子绕组定子绕组作用作用构成电路部分，构成电路部分，感应电动势，通过电流，建立

8、感应电动势，通过电流，建立旋转磁场，以实现机电能量转换旋转磁场，以实现机电能量转换。构成构成铜线圈。小型异步机采用单层；大、中型异步铜线圈。小型异步机采用单层；大、中型异步机采用双层短距。机采用双层短距。 第15页/共46页基本结构和基本工作原理p定子绕组联接方式定子绕组联接方式 星形（星形（Y）接法）接法和三角形（和三角形（）接法）接法 U1 V1 W1U1 V1 W1W2 U 2 V2W2 U2 V2D联结Y联结第16页/共46页基本结构和基本工作原理3. .机座（机壳）机座（机壳）作用作用固定和支撑定子铁心，承受运行中的各种作用固定和支撑定子铁心，承受运行中的各种作用力，散热。力，散热。

9、 构成构成铸铁或钢板焊接而成铸铁或钢板焊接而成。 第17页/共46页基本结构和基本工作原理二、转子二、转子1.1.转子铁心转子铁心作用作用主磁路的一部分，放置转子绕组。主磁路的一部分，放置转子绕组。 构成构成0.5mm0.5mm厚的硅钢片叠成，外圆周冲有若干均匀分厚的硅钢片叠成，外圆周冲有若干均匀分布的形状相同的槽。布的形状相同的槽。 第18页/共46页基本结构和基本工作原理p转子槽转子槽槽形的选择主要取决定于对槽形的选择主要取决定于对运行性能运行性能和和起动性能起动性能的要求。的要求。第19页/共46页基本结构和基本工作原理2.2.转子绕组转子绕组作用作用构成电路部分。感应电动势、流过电流和

10、构成电路部分。感应电动势、流过电流和产生电磁转矩。产生电磁转矩。构成构成铸铝，铜条铸铝，铜条焊接焊接，铜绕组，铜绕组 。结构型式结构型式鼠笼型绕组和绕线型绕组。鼠笼型绕组和绕线型绕组。 鼠笼型转子绕组：鼠笼型转子绕组：由插入每个转子槽中的导条和由插入每个转子槽中的导条和两侧的短路端环构成，如果去掉转子铁心，剩余两侧的短路端环构成，如果去掉转子铁心，剩余的转子绕组就像一个松鼠笼子。的转子绕组就像一个松鼠笼子。一般为铝浇铸的一般为铝浇铸的，对中大型电机为减小损耗、提高效率，往往采，对中大型电机为减小损耗、提高效率，往往采用铜条焊接而成。用铜条焊接而成。绕线型转子绕组绕线型转子绕组：三个出线端子接到

11、固定在转轴上：三个出线端子接到固定在转轴上的三的三滑环滑环上，通过电刷引出，上，通过电刷引出，与外电路接通与外电路接通。其特。其特点是可以在转子绕组中串入附加电阻，来改善电机点是可以在转子绕组中串入附加电阻，来改善电机的起动性能或调节转速。的起动性能或调节转速。第20页/共46页基本结构和基本工作原理鼠笼型转子绕组：鼠笼型转子绕组：由插入每个转子槽中的导条和由插入每个转子槽中的导条和两侧的短路端环构成，如果去掉转子铁心，剩余两侧的短路端环构成，如果去掉转子铁心，剩余的转子绕组就像一个松鼠笼子。的转子绕组就像一个松鼠笼子。一般为铝浇铸的一般为铝浇铸的，对中大型电机为减小损耗、提高效率，往往采，对

12、中大型电机为减小损耗、提高效率，往往采用铜条焊接而成。用铜条焊接而成。绕线型转子绕组绕线型转子绕组：三个出线端子接到固定在转轴上：三个出线端子接到固定在转轴上的三的三滑环滑环上，通过电刷引出，上，通过电刷引出，与外电路接通与外电路接通。其特。其特点是可以在转子绕组中串入附加电阻，来改善电机点是可以在转子绕组中串入附加电阻，来改善电机的起动性能或调节转速。的起动性能或调节转速。第21页/共46页基本结构和基本工作原理p转子绕组实物转子绕组实物图图鼠笼型转子绕鼠笼型转子绕组结构示意图组结构示意图第22页/共46页基本结构和基本工作原理p转子绕组实物转子绕组实物图图绕线型转子绕组结构示意图绕线型转子

13、绕组结构示意图第23页/共46页基本结构和基本工作原理3. .转轴转轴作用作用支撑转子铁心，输出、输入机械转矩支撑转子铁心，输出、输入机械转矩构成构成钢钢 。第24页/共46页基本结构和基本工作原理二、转子二、转子第25页/共46页基本结构和基本工作原理三、气隙三、气隙定、转子之间的间隙，也是定、转子之间的间隙，也是主磁路的组成部分。主磁路的组成部分。 气隙气隙大小对异步电机的性能影响大小对异步电机的性能影响很大。为了减小主磁路的磁很大。为了减小主磁路的磁阻，降低励磁电流，提高功阻，降低励磁电流，提高功率因数，气隙应尽可能小。率因数，气隙应尽可能小。异步电机气隙长度应为定、异步电机气隙长度应为

14、定、转子在运行中不发生机械摩转子在运行中不发生机械摩擦所允许的最小值。擦所允许的最小值。 中、中、小型异步电机中，气隙长度小型异步电机中，气隙长度一般为一般为0.21.5mm。第26页/共46页p三相异步电机主要部件拆分图三相异步电机主要部件拆分图基本结构和基本工作原理第27页/共46页p三相异步电机整体图三相异步电机整体图基本结构和基本工作原理第28页/共46页3 3 工作原理和三种运行状态工作原理和三种运行状态一、转动原理一、转动原理基本结构和基本工作原理概述概述原理上类似于变压器，定子绕组相当于原绕原理上类似于变压器，定子绕组相当于原绕组，转子绕组副绕组，通过电磁感应关系实现机电能组，转

15、子绕组副绕组，通过电磁感应关系实现机电能量转换。所不同的是变压器的磁场为脉振磁场；异步量转换。所不同的是变压器的磁场为脉振磁场；异步电机气隙中的磁场为旋转磁场。电机气隙中的磁场为旋转磁场。第29页/共46页3 3 工作原理和三种运行状态工作原理和三种运行状态一、转动原理一、转动原理基本结构和基本工作原理原理原理定子接三相定子接三相对称对称电源，绕组电源，绕组中流过三相对称电流，气隙中建立基中流过三相对称电流，气隙中建立基波旋转磁动势，产生基波旋转磁场，波旋转磁动势，产生基波旋转磁场，转速为同步速。转速为同步速。这个同步速的气隙磁这个同步速的气隙磁场切割转子绕组，产生感应电动势并场切割转子绕组，

16、产生感应电动势并在转子绕组中产生相应的电流；转子在转子绕组中产生相应的电流；转子绕组在磁场中受到电磁力矩作用，在绕组在磁场中受到电磁力矩作用，在这个力矩驱动下，转子与磁场同方向这个力矩驱动下，转子与磁场同方向旋转。旋转。两极异步电动机示意图 （图中气隙磁场形象地 用N、S来表示）N1n1nnS第30页/共46页3 3 工作原理和三种运行状态工作原理和三种运行状态一、转动原理一、转动原理基本结构和基本工作原理小结小结异步电动机转子转速总是低于同异步电动机转子转速总是低于同步转速，且与旋转磁场转向相同。改变步转速，且与旋转磁场转向相同。改变相序可以改变转子转向相序可以改变转子转向。第31页/共46

17、页二、转差率二、转差率3 3 工作原理和三种运行状态工作原理和三种运行状态背景背景异步电动机的转子电动势和电流取决于旋转异步电动机的转子电动势和电流取决于旋转磁场转速磁场转速 与转子转速与转子转速 之差，因此分析异步电动机之差，因此分析异步电动机转速变化时，常不直接用转速，而用转差率来表示转速变化时，常不直接用转速，而用转差率来表示。定义定义同步速同步速 与转子转速与转子转速 之差与同步速之之差与同步速之比值称为转差率，以比值称为转差率，以 表示，即表示，即s11nnsnn1n重要数据重要数据空载转差率小于空载转差率小于0.5%，满载转差率小于，满载转差率小于5%1nn1160 fnp其中其中

18、第32页/共46页三、三种运行状态三、三种运行状态3 3 工作原理和三种运行状态工作原理和三种运行状态 异步电机的转子可以是带负载机械，也可以是由异步电机的转子可以是带负载机械，也可以是由原动机驱动，在不同的转子外部条件下，异步电机原动机驱动，在不同的转子外部条件下，异步电机将运行于不同的转速和不同的转差率，对应不同的将运行于不同的转速和不同的转差率，对应不同的运行状态。根据运行状态。根据转差率转差率的正负和大小，异步电机分的正负和大小，异步电机分别对应于别对应于电动机电动机、发电机发电机、电磁制动电磁制动三种不同的运三种不同的运行状态。行状态。第33页/共46页三种运行状态三种运行状态1.电

19、动机运行电动机运行（ 0ns0）u 据相对运动方向，用据相对运动方向，用右手定则右手定则确确定定 e1,e2的方向；的方向；u i2a与与e2同方向，同方向，i1a与与i2a相反方向相反方向（磁势平衡）；（磁势平衡）；u 由由左手定则左手定则确定确定f方向，方向，TM方向方向；u TM与转子转动方向一致，驱动转与转子转动方向一致，驱动转子运动，克服子运动，克服T2输出机械功率；输出机械功率；u 定子上：定子上：i1a与与e1方向相反，电功方向相反，电功率率e1i1a为负，表示吸收电功率。为负，表示吸收电功率。第34页/共46页三种运行状态三种运行状态1. .电动机运行（电动机运行（ 0ns0）

20、n特点：特点：u 转子侧转子侧：TM与与n同转向，同转向， TM为驱动转矩，为驱动转矩， TM 0，发出机械功率，发出机械功率 。u 定子侧定子侧：e1与与i1的有功电流的有功电流i1a反方向反方向 ，e1i1an1或或sn1或或s0）n特点：特点：u 转子侧转子侧：T TM M与与n n反转向，反转向，T TM M为制动转矩，为制动转矩，T TM M000，发出电功率。，发出电功率。 u 吸收机械功率吸收机械功率 发出电功率：发电机。发出电功率：发电机。第37页/共46页基本结构和基本工作原理3.电磁制动运行电磁制动运行( n1 )u据相对运动方向，用据相对运动方向，用右手定则右手定则确定确

21、定e1,e2的方向；的方向；ui2a与与e2同方向，同方向，i1a与与i2a相反方向（磁势平衡）；相反方向（磁势平衡）；u由由左手定则左手定则确定确定f方向，方向，TM方向；方向；uTM与转子转动相反，阻止转子运动，为维持电机反转，必须输入机械功率；与转子转动相反，阻止转子运动，为维持电机反转，必须输入机械功率；u定子上：定子上：i1a与与e1方向相反，电功率方向相反，电功率e1i1a为负，表示吸收电功率，且变为内部的热能。为负，表示吸收电功率，且变为内部的热能。第38页/共46页三种运行状态三种运行状态3. .电磁制动运行（电磁制动运行（ n1 ）n特点：特点：u 转子侧转子侧：TM与与n反转向，反转向，TM为制动转矩，为制动转矩，TM0，吸收机械功率吸收机械功率 。u 定子侧定子侧：e1与与i1的有功电流的有功电流i1a反方向，反方向，e1i1a0，吸，吸收电功率收电功率 。u 吸收电功率吸收机械功率吸收电功率吸收机械功率 转子电阻热损耗：电转子电阻热损耗：电磁制动状态。磁制动状态。第39页/共46页三种运行状态三种运行状态状状 态态发电机发电机电磁制动电磁制动n n与与s s关系关系nnnn1 10s10snnn1 1s0s0n n与与n n1 1反向，反向，n1n1E E1 1的的性质性质反电动势反电动势电源电动势电源电动势反电动势反电动势T T的的性质性质电磁驱动力矩电