《相感应电机》PPT课件.ppt

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1、第四章 三相感应电动机,变压器,空载,负载,简化等效电路,T型等效电路,等效电路,向量图,第四章 三相感应电动机,第四章 三相感应电动机,第四章 三相感应电动机,4-1 三相感应电动机的基本工作原理与结构,4.2 交流电机的电枢绕组,4.3 交流绕组的感应电动势,4.4 交流绕组建立的磁动势,4.5 三相感应电动机转子静止时的运行分析,4.6 三相感应电动机转子转子转动时的运行分析,4.7 三相感应电动机的功率和转矩,4.8 三相感应电动机的工作特性,4.9 三相感应电动机的参数测定,第四章 三相感应电动机,4.1 三相感应电动机的工作原理与结构,本节学习要点：1、掌握三相感应电动机的工作原理

2、 2、理解定子绕组中旋转磁场的定性分析 3、了解三相感应电动机的结构 4、熟悉三相异步电动机的铭牌数据,第四章 三相感应电动机,分析规定：电流I为正时，从首端流入、末端流出；为负时从首端流出、末端流入,旋转磁场的定性分析图解,第四章 三相感应电动机,旋转磁场的连续观察,4极电机,2极电机,第四章 三相感应电动机,定子绕组中旋转磁场的定性分析,1、只要在三相对称绕组中通入三相对称的电流就会产生旋转磁场。,2、磁场的旋转速度n1=60f/p。,3、改变通入电流的相序（交换两根电源线头）就可以改变电机的转向。,第四章 三相感应电动机,一、三相感应电动机的工作原理（图解）,转子(开槽，放有导体，导体两

3、端由短路环闭合,定子上开槽放置完全相同的三个绕组AX、BY、CZ。空间互差120度（对称三相绕组）。,在T的作用下，转子沿着n1的方向转起来。,运行原理,第四章 三相感应电动机,感应电动机的基本工作原理,1、只要感应电动机的定子绕组产生旋转磁场，转子绕组形成闭合回路，电动机就会旋转。,2、转子的旋转速度n始终小于磁场的旋转速度n1。,3、转子速度n与磁场速度n1的转差n，与磁场速度n1的比值叫转差率S。,第四章 三相感应电动机,三相感应电动机的转速小于磁场速度,由于转子转动的方向与磁场旋转的方向是一致的，所以如果n=n1，则磁场与转子之间就没有相对运动，它们之间就不存在电磁感应关系，也就不能在

4、转子导体中感应电动势、产生电流，也就不能产生电磁转矩。转子减速，最终nn1。所以，感应电动机的转子速度不可能等于磁场速度。因此，这种电动机一般也叫做异步电动机。,三相感应电动机的转速小于磁场速度,转子转速nn1，即使在转子不带负载时也一样,第四章 三相感应电动机,电磁转矩T为驱动转矩，方向与n相同，产生该转矩的电流靠电磁感应作用产生，所以又称为感应电机（Induction motor),第四章 三相感应电动机,三相感应电动机的转差率公式及意义,S=（n1-n）/n1 转差率是感应电动机运行情况的一个基本数据，也是感应电动机一个很重要的参数。它的大小反映了转子的转速n（1S）n1。一般，异步电动

5、机额定运行时的转差率在5%以下，所以，异步电动机的额定速度只是略小于磁场速度。电动工作状态时，0nn1，则0S1.,第四章 三相感应电动机,若已知n=720r/min，求SN和p,第四章 三相感应电动机,二、三相感应电动机的分类,结构简单制造容易成本低运行可靠,第四章 三相感应电动机,三、三相感应电动机的结构,1、和其他旋转电机一样，感应电动机也是由定子和转子两大部分组成。,2、定子与转子之间为气隙，一般约0.251.5 mm，气隙的大小对电动机的性能影响很大。与同容量直流电机相比，要小得多.气隙大，励磁电流大，功率因数变差。气隙小，装配困难，运行不可靠等,第四章 三相感应电动机,第四章 三相

6、感应电动机,第四章 三相感应电动机,第四章 三相感应电动机,第四章 三相感应电动机,第四章 三相感应电动机,第四章 三相感应电动机,第四章 三相感应电动机,第四章 三相感应电动机,第四章 三相感应电动机,第四章 三相感应电动机,第四章 三相感应电动机,三相感应电动机的定子,由机座、定子铁心、定子绕组和端盖等几部分组成：1、机座：起固定和支撑定子铁心的作用，一般用铸铁制造。封闭式中小型感应电机的机座表面有散热筋片。2、定子铁心：主磁通磁路的一部分和安放定子绕组。由厚0.5mm的硅钢片冲叠而成，铁心内开有均匀的槽，嵌放定子绕组。3、定子绕组：通过电流建立磁场，感应电动势实现机电能量转换。由完全相同

7、的三个绕组组成，空间互差120度，可接成Y或。一个槽内可放单层也可放双层。4、端盖：安装轴承支撑转子。保证定转子之间的同心度，还起到保护定转子线圈的作用及作为通风的风路。,第四章 三相感应电动机,第四章 三相感应电动机,第四章 三相感应电动机,第四章 三相感应电动机,第四章 三相感应电动机,三相异步电动机的接线方法,第四章 三相感应电动机,接线盒,第四章 三相感应电动机,三相感应电动机的转子,由转轴、转子铁心和转子绕组组成：1、转子铁心：和定子铁心一样，既是电动机磁路的一部分，又能安放转子绕组。也由0.5mm厚的硅钢片迭压而成。2、转子绕组：感应电动势、电流并产生电磁转矩。有笼型和绕线型两种。

8、（1）笼型绕组：每槽放一导体，导体用铜条或铝条，两头用端环联接。结构可靠简单，但是转子电阻固定。（2）绕线型转子：与定子绕组一样的对称三相绕组。接成星型的三相绕组通过滑环、电刷与外电路联接，便于串入电阻改善电动机的起动、运行性能。,第四章 三相感应电动机,第四章 三相感应电动机,第四章 三相感应电动机,装配图,第四章 三相感应电动机,四、三相异步电动机的铭牌数据,1、额定功率PN：额定工况下，转轴上输出的机械功率(kW)。,2、额定电压UN：额定工况下，加在定子绕组出线端的线电压3、额定电流IN：电动机在额定电压额定频率下，轴上输出额定功率下，在定子绕组中流过的线电流。,4、额定速度nN（r/

9、min）：在额定电压、额定频率下，轴上输出额定功率时的转子转速。,5、额定频率fN（Hz）：感应电动机的额定频率均为50Hz,第四章 三相感应电动机,第四章 三相感应电动机,额定效率,额定功率因数,还标有定子绕组的相数，绕组的接法以及绝缘等级。绕线式：转子绕组的接法、转子额定电压(定子加额定频率的额定电压而转子绕组开路时滑环间的电压）和转子额定电流,第四章 三相感应电动机,4.2 交流电机的电枢绕组,本节学习要点：1、掌握60度相带及其有关概念 2、了解单层绕组的一般连线方法 3、了解双层绕组的一般连线方法,第四章 三相感应电动机,一、60度相带及其基本概念,1、三相交流绕组的分类,2、交流绕

10、组的基本量,3、60度相带,4、三相交流绕组的基本要求,第四章 三相感应电动机,三相交流绕组的分类,1、按槽内元件边的层数可分为单层绕组单双层混合和双层绕组。,2、单层绕组按联接方式不同可分为等元件、链式、交叉式和同心式绕组等。,3、双层绕组可分为双层迭绕组和双层波绕组。,单层绕组电气性能稍差，但制造方便，常用于10KW以下的电机中。,4、按相数分为单相、两相和三相绕组,5、按每极每相槽数分为整数槽绕组和分数槽绕组,第四章 三相感应电动机,交流绕组的基本量,1、线圈：由单匝或多匝串联而成，是组成交流绕组的基本单元。,2、极距：相邻两磁极轴线之间的距离。它可用定子槽数或定子内圆弧长来表示。,3、

11、线圈节距y1:线圈的两个有效边所跨的距离，用槽数表示。,第四章 三相感应电动机,交流绕组的基本量,、槽距角：相邻两槽之间的电角度叫槽距角=p360/z1,、每极每相槽数：每个极下每相所占有的槽数叫每极每相槽数q q=z1/（2m1p）,、机械角度：电机圆周从几何上量度为360度,、电角度：磁场变化一周，相当于360度电角度 电角度=p机械角度,8、相带,第四章 三相感应电动机,60度相带,1、同一相绕组在一个极距内所连续占有的宽度（用电角度表示）称为相带。对于三相绕组，一个极距内等分成三个区域，每个区域分别为一相绕组所占据,2、三相感应电动机中，每相占有60度，称为60度相带。次序为：A、Z、

12、B、X、C、Y（或U1、W2、V1、U2、W1、V2）,在某一相带内，放置某相的导体,q的含义也可以理解为：一个相带占几个槽,第四章 三相感应电动机,对三相交流绕组的基本要求,1、交流绕组通过电流后，必须形成规定的极对数。2、多相绕组必须对称。不仅要求匝数、跨距、线径及圆周上的分布情况相同，而且空间对称（即m相绕组的轴线在空间上互差360/m。3、交流绕组通过交流所建立的磁场在空间的分布为正弦分布。且旋转磁场在交流绕组的感应电动机随时间按正弦规律变化。采用分布绕组和短距绕组。4、在一定数目的导体下，能够获得最大的电动势和磁动势。5、用铜少、绝缘性能可靠、制造维修方便。,第四章 三相感应电动机,

13、第四章 三相感应电动机,二、三相单层绕组,1、2p=2，q=1（举例）,2、2p=4，q=1（举例）,优点：每槽只有一个线圈边，嵌线方便，槽利用率高。缺点：性能较差,第四章 三相感应电动机,2p=2，q=1时单层绕组展开图,定子上槽数 为Z1=2mpq=6，=3,第四章 三相感应电动机,2p=4，q=1时单层绕组展开图,A、B、C三相绕组互差120度，完全对称，以后只要画出一相。,第四章 三相感应电动机,三、三相双层绕组,与单层绕组相比，选择合适的短距，从而改善电磁性能,第四章 三相感应电动机,4.交流绕组的感应电动势,一、相绕组中的基波电动势,1.单个(集中)绕组的基波电动势,第四章 三相感

14、应电动机,整距绕组,(1)感应电动势的频率与旋转磁场的频率相同,(3)线圈在电枢的位置不同时，感应电动势有相位差。,短距绕组,短距系数,线圈的匝数,第四章 三相感应电动机,2.线圈组的基波电动势,由q个Ny1相同的线圈，空间上互差角个线圈组成,第四章 三相感应电动机,分布系数,第四章 三相感应电动机,相绕组的基波电动势,单个整距的基波电动势,A、B、C三相线圈有效匝数N1kw1相同，相位互差120电角度，同一个基波旋转磁场在三相绕组中产生的基波电动势大小相等，频率相同，相位互差120度，互相对称,第四章 三相感应电动机,基波与谐波都要切割定子绕组，产生感应电动势，基波磁场产生的感应电动势为基波

15、电动势，谐波磁场产生的感应电动势为谐波电动势。,第四章 三相感应电动机,谐波电动势使相电动势变成非正弦，不利于电动机的运行。,削弱的方法：合理设计同步电机的磁极形状、斜槽（感应电机）或斜极（同步电机）减小齿槽效应、或接法，消除线电动势中3倍次谐波电动势 分布短距（双层）。,第四章 三相感应电动机,4.交流绕组建立的磁动势,电枢绕组建立的磁动势既是时间的函数，也是空间的函数,波形图,基波波形图,第四章 三相感应电动机,第四章 三相感应电动机,气隙磁动势在园周仍按矩形变化，但幅值按余弦变化，矩波在空间位置不随时间变化，称为脉振磁动势，频率与电流的频率,分解为基波、奇次谐波,基波磁动势的极数等于电机

16、的极数，磁动势幅值位置与A相线圈的轴线重合。,第四章 三相感应电动机,谐波磁动势,作空间矢量来代表空间上正弦分布的基波与谐波磁动势。矢量的长度等于磁动势的幅值 矢量所在的位置为磁动势幅值所在的位置（即该线圈的轴线位置）矢量的箭头方向代表磁力线的方向,基波,第四章 三相感应电动机,谐波,(2)双层短距线圈组的磁动势,第四章 三相感应电动机,谐波,一相绕组所生的每极基波磁动势,第四章 三相感应电动机,(3)单相绕组的磁动势,无论极数多少，一相绕组所建立的每极磁动势由该相绕组在一对极范围内所交链的上下层两个线圈组电流所决定。,第四章 三相感应电动机,谐波,等效,实际单相线圈(每相串联匝数N1,基波绕

17、组系数kw1，相电流 的分布短距的单相绕组）,单相绕组所生的基波及谐波磁动势的表达式为：,第四章 三相感应电动机,结 论,（1）单相绕组的磁动势沿气隙圆周方向的分布是一个非正弦的阶梯形波。（基波、高次谐波）,（2）绕组中电流是交流电时，单相绕组的磁动势是一个在空间上位置固定不动而大小及正负随时间交变的脉振磁动势。,（3）单相绕组基波磁动势幅值的位置与该相绕组的轴线相重合,（4）单相绕组脉振磁动势的基波最大幅值为：,单相绕组脉振磁动势的谐波最大幅值为：,第四章 三相感应电动机,分布短距削弱谐波磁动势(5,7,11,13)磁动势沿圆周的分布趋于正弦分布,二、三相绕组的磁动势,。三相绕组的基波磁动势

18、,第四章 三相感应电动机,波形图,第四章 三相感应电动机,结论,波形：三相合成基波磁动势是一个空间正弦分布，幅值大小不变，幅值位置随时间而移动的旋转磁动势（圆形旋转磁动势波）,大小：三相合成基波磁动势的幅值为：,方向：当某相电流为最大值时，三相合成磁动势的幅值正好转到该相绕组的轴线上。相序A-B-C，三相合成基波磁动势幅值先与A重合，再到B，再到C。旋转磁动势对产生它的绕组的转向：从电流导前相绕组转向电流落后相绕组。,转速：波幅的转速（基波磁动势同步速度）。,第四章 三相感应电动机,结 论 推 广,1.交流绕组产生旋转磁动势的条件是：两个或两个以上的绕组，轴线在空间必须错开，通入的电流也必须有

19、相位差。,.对称m相电流通入m相电流时，m相合成基波磁动势是一个圆形旋转磁动势。幅值为一相的m/2倍，同步速为n1，方向为电流导前相绕组转向落后相绕组。,第四章 三相感应电动机,三相合成的三倍次谐波磁动势为零,第四章 三相感应电动机,(2)三相合成的五次谐波磁动势,1.圆形旋转磁动势。2.幅值为每相五次谐波磁动势幅值的3/2倍3.转速为基波磁动势的1/5，方向与基波磁动势相反（反转磁动势),第四章 三相感应电动机,结论推广：,(2)三相合成的七次谐波磁动势,1.圆形旋转磁动势。2.幅值为每相七次谐波磁动势幅值的3/2倍3.转速为基波磁动势的1/7，方向与基波磁动势相同（正转磁动势),第四章 三

20、相感应电动机,电机气隙磁动势的总结,结论推广：,附加损耗、振动与噪声感应电机：附加转矩，起动性能变坏削弱方法：分布与短距,第四章 三相感应电动机,三、定子三相绕组建立的磁场,基波磁密的幅值,若气隙均匀，基波磁场也是一个以同步速旋转的圆形旋转磁场,主磁场（机电能量转换），它与定子绕组交链的磁通称为主磁通,4极电机,2极电机,第四章 三相感应电动机,第四章 三相感应电动机,四、交流电机的时空矢量图,相量在t轴上的投影为该物理量瞬时值的,单时轴多相量,第四章 三相感应电动机,多时轴单相量,定子电流用一根统一的相量 表示,第四章 三相感应电动机,时空矢量图,第四章 三相感应电动机,4.5 三相感应电动

21、机转子静止时的运行分析,第四章 三相感应电动机,一、转子被堵住时的转子基波磁动势,第四章 三相感应电动机,励磁电流,确定F2的空间相位方法,第四章 三相感应电动机,二、转子被堵住时的三相感应电动机的基本方程式,1、磁动势平衡方程式的电流形式,感应电机的电流变比,第四章 三相感应电动机,、电动势平衡方程式,定子一相绕组的漏阻抗,第四章 三相感应电动机,、主电动势表达式,电动势之比,参照变压器,励磁阻抗,励磁电阻，反映铁耗大小的一个等效电阻,与T相比，存在两个气隙，励磁电抗小，空载电流比T大，一般为IN的2040%。,第四章 三相感应电动机,例4-5,4-6自学,第四章 三相感应电动机,4.6 三

22、相感应电动机转子转动时的运行分析,一、转子转动时的物理情况,感应电动势的频率,2、转子转动时的转子基波磁动势,第四章 三相感应电动机,转子磁动势对定子的转速,磁动势平衡方程式,由于定转子电流频率不相同，所以,第四章 三相感应电动机,3、定、转子回路的电动势平衡方程式,不能写成相量，频率不相同,由于定转子电动势频率不相同,第四章 三相感应电动机,二、频率折算,转向、转速、大小及空间相位完全相同,第四章 三相感应电动机,若将转差率为S的转子堵住，同时在转子每相中串入一个附加电阻使转子电阻变为,第四章 三相感应电动机,附加电阻的物理意义：,实际转动时：,等效后：,实质表征转动转子的总机械功率,是转差

23、率的函数，反映机械负载的大小及感应电机的运行状态,第四章 三相感应电动机,三、转子绕组的折算,计算与绘图不方便，不能导出等效电路,第四章 三相感应电动机,阻抗,阻抗角,第四章 三相感应电动机,四、感应电机的等值电路,第四章 三相感应电动机,3,第四章 三相感应电动机,感应电动机的简化等值电路,工程上较实用，参数可以试验测出,第四章 三相感应电动机,五、感应电机的相量图,功率因数是滞后的,第四章 三相感应电动机,六、笼型转子的绕组数据,第四章 三相感应电动机,4.7 三相感应电动机的功率和转矩,一、感应电动机的功率平衡方程式,第四章 三相感应电动机,感应电动机的总损耗,感应电动机的效率,第四章

24、三相感应电动机,二、感应电动机的转矩平衡方程式,第四章 三相感应电动机,例题,第四章 三相感应电动机,4.8 三相感应电动机的工作特性,额定电压、额定频率、额定接法及定转子回路不接阻抗的情况下，从空载到额定负载的运行范围,一、转速特性,第四章 三相感应电动机,二、定子电流特性,三、电磁转矩特性,四、定子功率因数特性,第四章 三相感应电动机,五、效率特性,一般感应电动机额定工作时:,第四章 三相感应电动机,4.9 三相感应电动机的参数测定,一、空载试验,第四章 三相感应电动机,每次记取3个电压表、电流表和2个功率表的读数,换算成一相的电压、空载相电流、空载损耗,2.求机械损耗,等效电路,第四章 三相感应电动机,2.求短路阻抗,第四章 三相感应电动机,功率与转矩、工作特性与参数测定,