电机与拖动第6章异步电动机.ppt

异步电动机,第 6 章,6.5 功率与转矩,6.6 工作特性,6.4 转子旋转的电磁关系,6.2 转子静止、绕组开路时的电磁关系,6.1 异步电动机结构、额定数据与工作原理,6.3 转子堵转时的电磁关系,6.7 参数测定,三相异步电动机：,本章要求：,熟练掌握三相异步电动机的功率和转矩平衡 方程且能正确使用,理解三相异步电动机工作特性的意义及 其大概形状,掌握异步电动机的结构、额定数据与工作原理,理解掌握三相异步电动机各电磁关系，掌握其等效电路,了解三相异步电动机的短路实验、空载实验,6.1异步电动机的结构、额定数据与工作原理,6.1.1 异步电动机主要用途与分类,2.按转子绕组的结构型式分：绕线式、笼形感应式,1.按供电相数分：单相、三相,异步电机主要用作电动机，拖动各种生产机械，如工业、农业、家用电器等领域。异步电动机结构简单、容易制造、价格低廉、运行可靠、坚固耐用、效率高且适用性强。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。,分类：,6.1.2 异步电动机的结构（主要由定子、转子组成）,（一）定子：,异步电动机的定子是由机座、定子铁心和定子绕组三个部分组成的。1、定子铁心：是电动机磁路的一部分，装在机座里。为了降低定子铁心里的铁损耗，定子铁心用用0.5mm厚的硅钢片叠压而成的，在硅钢片的两面还应途上绝缘漆。下图所示为定子槽,其中(a)是开口槽，用于大、中型容量的高压异步电动机中；(b)是半开口槽，用于中型500V以下的异步电动机中；(c)是半闭口槽，用于低压小型异步电动机中。,上,下,结束,2、定子绕组：高压大、中型容量的异步电动机定子绕组常采用Y接，只有三根引出线，如图(a)所示。对中、小容量低压异步电动机，通常把定子三相绕组的六根出线头都引出来，根据需要可接成Y形或形，如图(b)所示。定子绕组用绝缘的铜（或铝）导线绕成，嵌在定子槽内。,3、机座：主要是为了固定与支撑定子铁心。如果是端盖轴承电机，还要支撑电机的转子部分。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。（二）气隙：异步电动机的气隙比同容量直流电动机的气隙小得多，在中、小型异步电动机中，气隙一般为0.21.5mm左右。,结束,定子铁心,定子冲片,定子线圈,铁心和机座,（三）异步电动机的转子：异步电动机的转子是由转子铁心、转子绕组和转轴组成的。1、转子铁心：是电动机磁路的一部分，它用0.5mm厚的硅钢片叠压而成。铁心固定在转轴或转子支架上，整个转子的外表呈圆柱形。2、转子绕组：分为笼型和绕线型两类。1）笼型转子：笼型绕组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，则可看出，剩下来的绕组形状像个松鼠笼子，如图（a)所示，因此又叫鼠笼转子。导条的材料有用铜的，也有用铝的。,如果用的是铜料，就需要把事先做好的裸铜条插入转子铁心上的槽里，再用铜端环套在伸了两端的铜条上，最后焊在一起，如图(b)所示。如果用的是铸铝，就连同端环、风扇一次铸成，如图(c)所示。笼型转子结构简单、制造方便、是一种经济、耐用的电机，所以应用极广。,2）绕线型转子：绕线型转子的槽内嵌放有用绝缘导线组成的三相绕组，一般都联接成Y形。转子绕组的三条引线分别接到三个滑环上，用一套电刷装置引出来，如图所示。这就可以把外接电阻串联到转子绕组回路里去，以改善电动机的启动性能或调节电动机的转速。与笼型转子相比较，绕线型转子结构稍复杂，价格稍贵，因此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。,鼠笼转子,上,下,结束,鼠笼转子,结束,绕线转子,6.1.4 异步电动机的铭牌数据,额定功率PN：电动机轴的输出机械功率。,额定电压UN：定子线电压。,额定电流IN：定子线电流。,额定频率fN、额定转速 nN 等。,型号:,功率因数COS。,绝缘、温升、接法等。,6.1.5 异步电动机的工作原理,定子通电流产生旋转磁场N、S极，转子导体切割该磁场，产生e2；转子导体处于短路状态，会产生i2；i2与气隙磁场作用产生电磁力fem（T），拖动电机就旋转。,异步电动机的转速n一定低于磁场同步转速n1，所以叫异步电动机，鼠笼式的异步电动机也叫感应电动机。,6.2 转子静止、转子绕线开路时电磁关系,1、电磁关系,与变压器类似,定子加对称U,i0,s1,漏磁通,主磁通,e1,e2,es1,I0-励磁电流,F0-励磁磁通势,2、感应电势,每相电势,定子漏电抗,电势比：,指绕组每相串联匝数,3、电压方程(单相),i2=0,转子：,定子：,4、电流,I0=(3050)%IN,I0 分解为有功分量I0a和无功分量I0r,变压器I0=(210)%IN,4、等效电路和相量图,与变压器的类似,激磁电阻,激磁电抗,6.3 绕线 转子短路且堵转时电磁关系(相当于转子堵转),1、电磁关系,定子对称i1,转子漏磁通,主磁通,转子对称i2,定子漏磁通,定转子都有同频率的电流。,2、磁势平衡方程,定子对称i1(f1),转子对称i2(f2),n1,磁势平衡的物理意义：,转子开路时，气隙磁势F0仅由定子电流i10产生。,转子短路堵转时，气隙磁势F0由定转子电流i1、i2共同产生。,3、电压方程（单相）,定子：,转子：,4、等效电路（单相）,电流变比：,转速n与磁场同步转速n1之差叫转差n。n=n1-n,转差率S：,转速n=（1-S）n1,一般空载时S0.005；负载时S0.05。,6.4 转子旋转异步电动机的电磁关系,1、转差率,转差率S是异步电动机的重要参数，负载变化时，S会变化，使E2、I2、T2变化，以达到重新平衡。,转子 频率：,转子切割气隙磁场的速度为：n=n1-n,2、转子电势：,转子不转感应电势,转子电抗：,转子不转时电抗,转子电阻r2 与f无关仍为r2,转子电流：,3、磁势平衡方程,转子本身转速为n=(1-s)n1,相对定子转速:n1+n=n1,定转子电流通过该磁势平衡方程联系在一起。,4、基本方程式,区别,5、等效电路（单相）,6.5 异步电动机的功率、转矩方程,6.5.1 异步电动机的功率关系,以三相电机为例,输入：P1=3U1I1cos1,定子铜耗：pcu1=3I12 r1；,铁耗：pFe=pFe1=3I02 rm；（转子铁心的相对速度很小）,电磁功率：PM=P1-pCu1-pFe,机械功率：,转子铜耗：pcu2=3I2 2 r2=s PM,或：PM=3E2I2cos2,PM=3I2 2 r2+r2（1-s）/s=3I2 2 r2/s,输出功率(机械)：P2=Pm-pm-ps=Pm-p0,摩擦损耗,附加损耗,空载损耗功率,功率流程图：,功率关系：PM：pCu2：Pm=1：s：（1-s）,、异步电动机的转矩关系,1、转矩平衡方程,T=TL=T2+T0,其中T0=Tm+Ts,摩擦损耗转矩,附加损耗转矩,2、电磁转矩,转子机械角速度：,磁场同步角速度：,3、输出转矩、空载转矩,4、电磁转矩公式,CMj-转矩系数,6.6 异步电机的工作特性,指异步电动机在额定状态即U1=U1N，f=fN时：n,T,cos1,I1,和P2的关系。,1、转速特性n=f(P2),2、定子电流特性I1=f(P2),3、功率因数特性：cos1=f(P2),P2=0时，I1主要为励磁电流 cos1很低。,P2增加时，I2增加，I1有功分量增加cos1增。,当P2增加一定程度时，n变小s变大，r2/s变小，使cos1减小。,4、转矩特性：T2=f(P2),T2=P2/,5、效率特性：=f(P2),铜耗为可变损耗；铁耗和机械损耗为不变损耗。,6.7 三相异步电机参数测定,为了要用等效电路计算异步电动机的工作特性，应先知道它的参数。和变压器一样，通过做空载和短路（堵转）两个试验，就能求出异步电动机的参数来。,6.7.1 短路（堵转）试验,短路试验又叫堵转试验，即把绕线式异步电机的转子绕组短路，并把转子卡住，不使其旋转，鼠笼式电机转子本身已短路。实验过程:从 开始,然后逐渐降低电压。记录定子绕组加的端电压、定子电流 和定子输入功率。试验时，还应量测定子绕组每相电阻 的大小。根据试验的数据，画出异步电动机的短路特性、,如下图所示。,6.7.2 空载试验,实验目的:为了测励磁阻抗 机械损耗pm,铁心损耗pFe。试验过程:转轴上不加任何负载，即电动机处于空载运行，把定子绕组接到频率为额定的三相对称电源上，当电源电压为额定值时，让电动机运行一段时间，使其机械损耗达到稳定值。用调压器改变加在电动机定于绕组上的电压，使其从（1.11.3）开始，逐渐降低电压,直到电动机的转速,发生明显的变化为止。记录电动机的端电压、空载电流、空载功率P。和转速n，并画成曲线。,作业：思考题6-2、6-4、6-5、6-6、6-9；习题6-1、6-2、6-4、6-6。需研读的教材内容：6.1、6.2、6.6、6.7。,