电机与拖动第4章异步电机课件

1、 第4章 异步电机 4.1 三相异步电动机的基本结构和工作原理一、三相异步电动机的基本结构 31. 定子部分 定子铁心、定子绕组、机座和端盖。 定子槽形 开口槽 半开口槽 半闭口槽 定子绕组接线盒 大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作4转子铁心、转子绕组 、转轴等。 2. 转子部分 笼型转子二、三相异步电动机的基本工作原理 1. 旋转磁场的产生a) t = 0o b) t = 120o c) t = 240o d) t = 360o iU= ImcostiU= Imcos(t 120o) iU= Imcos(t 120o) 磁极对数 p = 1，i 变化一周，旋转磁场转一圈 磁极对数 p =

2、2， 电流变化一周， 旋转磁场转 1/2 圈。 a) t = 0o b) t = 120o c) t = 240o d) t = 360o 磁极对数为 p 时: 由超前相转向滞后相。改变三相电流的相序，可改变n1的方向。 旋转磁场的转向: 2. 基本工作原理 (1) 用右手定则判断转子 感应电动势的方向。 (2) 用左手定则判断转 子绕组受到的电磁 力 f 的方向。(3) 电磁力合成电磁转矩 Te (4) Te 与 n1 同方向。 ff3. 异步电机的运行状态 发电机运行状态 电动机运行状态 电磁制动运行状态 三、三相异步电动机的额定值和主要系列 1. 额定值(1) 额定功率 PN (2) 额

3、定电压 UN (3) 额定电流 IN (4) 额定频率 fN (5) 额定转速 nN (6) 额定功率因数 cosN (7) 额定效率 N (8) 绝缘等级与温升 (9) 接法（Y 或 ）2. 异步电动机的主要系列 4.2 三相交流电机的绕组 一、交流绕组的基本概念 1. 空间电角度和机械角度 空间电角度= p 机械角度 8. 槽电动势星形图 定子槽内导体感应电动势的相量图。 U2 W2 30 30 17 依据： y1= = 6，q = 2。 已知：Q1 = 12，p = 1，m = 3，y1 = 5。 计算：q = 2， = 30o， = 6，y 。 三、三相双层绕组 实线为外层线圈边，虚线

4、为内层线圈边。 19 优点： 线圈能够任意短距，如果短距设计得当， 能有效改善电动势和磁动势波形。基波幅值尽可能大，谐波幅值尽可能小。 每对极下有 2个线圈组；每一相有 2p 个线圈组。 每个线圈组有 q 个线圈（每个线圈有 Ny 匝）。 结论： 4.3 三相交流绕组的磁动势一、单相绕组的磁动势 脉振磁动势 1. 整距线圈的磁动势 212. 单层整距分布线圈组的磁动势 整距线圈组的合成基 波磁动势幅值 Fq1为 Fq1 = q Fy1 kq1 kq1 =sinq sin 2q 2 基波磁动势的 分布因数 次谐波合成磁动势 的幅值 Fq 为 次谐波磁动势的 分布因数 Fq = q Fy kq k

5、q =sin q q sin 2 23. 双层短距分布线圈组的磁动势 4. 单相绕组的磁动势 基波磁动势幅值： 基波磁动势分布： fU1(s, t) = F1 coss cos tfV1(s, t) = F1 cos (s120o) cos ( t120o ) fW1(s, t) = F1 cos (s240o) cos ( t240o ) 二、三相绕组的合成磁动势旋转磁动势 1. 三相绕组的基波合成磁动势 f1(s, t) 是一个在空间按正弦规律分布的 恒幅、正向行波。 旋转磁动势的转速: 312. 三相合成磁动势中的高次谐波 32三、三相定子绕组建立的磁场 1. 主磁场 气隙长度； Bm1

6、气隙磁密的幅值。 2. 漏磁场 4.4 三相交流绕组的感应电动势33一、集中整距线圈的感应电动势 1. 通过线圈 U1U2 的气隙磁通 l 线圈有效长度； m 每极磁通幅值 2. 线圈感应电动势的有效值 二、短距线圈的感应电动势 三、短距分布线圈组的感应电动势 Eq1 Eq1 = q Ey1ky1 kq1 = q Ey1 kW1 基波绕组因数: kW1 = ky1 kq1 四、相电动势 设一相绕组的总串联匝数为 N，则 E1 = 4.44 f1 kW1Nm Eq1 = q Ey1 kW1 = 4.44 f1 kW1 q Ny m 双层绕组: 有 2p 个线圈组即 2pqNy 匝， 并联支路数为

7、 a，则 N = 2pqNy /a 单层绕组: 有 p 个线圈组即 pqNy 匝， 并联支路数为 a，则 N = pqNy /a 4.5 三相异步电动机的等效电路 一、转子磁动势和电动势 F2 相对于转子的转速： F2 相对于定子的转速： n2n = nn = (n1n ) n = n1 大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作37当转子静止时： E2 = 4.44f 1kw2 N2 m ( s = 1，f2 = f1 ) 因此 E2s = sE2 大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作38大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作39频率折算： 含义： 用一个电阻为 R2 /s 的静止等效转子代替电阻为

8、 R2 的 实际旋转的转子，而等效转子的 F2 不变。 大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作40 频率折算后的定转子电路 大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作41三、绕组折算 1. 电动势折算 折算前： E2 = 4.44 f1 kW2N2m 折算后： 电压比： E2 = E1 = keE2 2. 电流折算电流比：大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作423. 阻抗折算折算前：折算后：4. 基本方程式 大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作43四、异步电动机的等效电路和相量图 1. T 形等效电路 附加电阻： 大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作44 起动时：s = 1，(1s)R2 /s = 0

9、， 相当短路状态， I2 很大 I1 很大， 因 X2 R2，cos1 (cos2) 很低。 空载时：s 0，(1s)R2 /s ， 相当于开路， I2 = 0，I1 = Im， cos1 (cos2) 很低。 满载时：s 0.02 0.05， R2 /s X2 ， cos1 (cos2) 较高。2. 相量图 大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作45五、简化等效电路 大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作46六、笼型绕组的磁极数和相数 任何电机的定、转子极数都应该相等， 如果二者不相等， 就不能产生平均电磁转矩， 电机便无法工作。 笼型转子的极对数恒等于 定子绕组的极对数， 而与转子导条的数目无

10、关， 这是笼型异步电动机的特点。 相数： 大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作474.6 三相异步电动机的功率和转矩 一、三相异步电动机的功率关系 1. 输入功率 P1 P1 = PCu1PFePe = 3U1I1cos1 大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作48(1) 定子铜损耗 PCu1 PCu1 = m1R1I12 = 3R1I12(2) 铁损耗 PFe（转子铁损耗可忽略不计） PFe = PFe1 = m1RmIm2 = 3RmIm2 2. 电磁功率 Pe 大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作493. 总机械功率 Pm 4. 输出功率 P2 P2 = Pm(PfwPad) 5. 效率

11、大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作50功率流程图： 总损耗 P : P = PFePCuPfwPad PFe = PFe1 PFe2 PFe1 PCu = PCu1PCu2 功率平衡方程: P2 = P1P 大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作51二、三相异步电动机的转矩关系 1. 转矩平衡方程 Te = T2T0 2. 电磁转矩 Te3. 空载转矩 T04. 输出转矩 T2大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作52三、三相异步电机电磁转矩的物理表达式 大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作53四、三相异步电机的转矩转差特性 根据: 大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作54 Te s 曲线: 大

12、连理工大学电气工程学院 刘凤春制作551. 最大转矩 Tem 电动状态取 “ ”，发电状态取 “”。 当 R1 (X1X2 ) 时： 大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作56 结论： 当 f1 和电机参数不变时， 当 U1 和 f1 一定时， Tem1/ (X1X2) 。 Tem与 R2 无关，而 sm R2 。 忽略 R1 : 过载倍数 ： 大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作572. 起动转矩 Tst s = 1 时： 当 f1 和电机参数不变时， 当 U1 和 f1 一定时， 在一定的范围内增加 R2 时，可增大 Tst 。 当 sm= 1 时，Tst = Tem，Tst 最大。 起动转

13、矩倍数： 大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作58n = f (P2)I1 = f (P2) Te = f (P2) cos1 = f (P2) = f (P2) 4.7 三相异步电动机的工作特性和参数测定 一、三相异步电动机的工作特性 在 U1L= U1N， f1 = f1N 的条件下， 大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作59二、三相异步电动机的主要性能指标 N cosNkmkstkI72.5%96.2%0.700.901.82.21.62.257三、三相异步电动机的参数测定 1. 空载试验 方法：从 U1L = (1.0 1.2)U1N 开始， 使 U1 到 n 发生明显变化为止。 测取

14、空载特性曲线： I10, P10= f (U1) 大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作60 PFeB2 U12 ； Pfw 与U1 无关。 试验时 n 基本不变， 则 Pfw 基本不变。 由试验数据可得： 大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作61堵转特性： I1s, P1s= f (U1) 2. 堵转试验 大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作624.8 单相异步电动机一、工作原理 对正转磁场 对反转磁场 Tst = 0。当 n 0 时，Te 0。 没有固定的转向。 Tem 较低。 较低。 大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作63二、两相绕组的磁动势 大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作64合成磁动势： f = fafm (1) 两相对称电流，即 Fm= Fa = F， = 90，则 (2) 两相非对称电流 如果 Fm Fa ， = 90，则 大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作65 如果 Fm = Fa , 90o f = fafm = ff 结论： 两相不对称电流产生两个等速、不等幅、相向 旋转圆形磁动势。合成椭圆形磁动势。 大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作66三、单相异步电动机的主要类型 1. 电容起动 2. 电阻起动 大连理工大学电气工程