電機(jī)拖動第五章--異步發(fā)電機(jī)

1、第五章第五章 異步電動機(jī)異步電動機(jī)5.1 異步電動機(jī)的工作原理異步電動機(jī)的工作原理 異步電動機(jī)在結(jié)構(gòu)上由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成，二者之異步電動機(jī)在結(jié)構(gòu)上由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成，二者之間留有很小的氣隙。定子鐵芯槽內(nèi)嵌放三相對稱繞組，轉(zhuǎn)子間留有很小的氣隙。定子鐵芯槽內(nèi)嵌放三相對稱繞組，轉(zhuǎn)子繞組則是閉合的。繞組則是閉合的。 右圖為異步電動機(jī)的工作原理右圖為異步電動機(jī)的工作原理圖。當(dāng)定子三相對稱繞組接入交流圖。當(dāng)定子三相對稱繞組接入交流電流，繞組中便流過三相對稱電流，電流，繞組中便流過三相對稱電流，將建立定子三相合成旋轉(zhuǎn)磁動勢，將建立定子三相合成旋轉(zhuǎn)磁動勢，并產(chǎn)生定子旋轉(zhuǎn)磁場。由于轉(zhuǎn)子導(dǎo)體并產(chǎn)生定子旋轉(zhuǎn)

2、磁場。由于轉(zhuǎn)子導(dǎo)體與定子旋轉(zhuǎn)磁場存在相對運動，轉(zhuǎn)子與定子旋轉(zhuǎn)磁場存在相對運動，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割磁場產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，并在閉合的轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生導(dǎo)體切割磁場產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，并在閉合的轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生電流。載流的轉(zhuǎn)子繞組在磁場的作用下，受到電磁力的作用，電流。載流的轉(zhuǎn)子繞組在磁場的作用下，受到電磁力的作用，形成電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)速形成電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)速n n沿著旋轉(zhuǎn)磁場的方向旋轉(zhuǎn)。沿著旋轉(zhuǎn)磁場的方向旋轉(zhuǎn)。如果轉(zhuǎn)軸帶上機(jī)械負(fù)載，電動機(jī)便拖動機(jī)械負(fù)載做功，將輸如果轉(zhuǎn)軸帶上機(jī)械負(fù)載，電動機(jī)便拖動機(jī)械負(fù)載做功，將輸入的電功率轉(zhuǎn)換為軸上的機(jī)械功率。入的電功率轉(zhuǎn)換為軸上的機(jī)械功率。 異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速異步電動

3、機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n n不能等于定子旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速不能等于定子旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n n1 1，即即n nn n1 1。因為，如果。因為，如果n=nn=n1 1，轉(zhuǎn)子與定子旋轉(zhuǎn)磁場之間就不存，轉(zhuǎn)子與定子旋轉(zhuǎn)磁場之間就不存在相對運動，轉(zhuǎn)子繞組就不能產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和電流，也就在相對運動，轉(zhuǎn)子繞組就不能產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和電流，也就不能產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和電流，也就不能產(chǎn)生電磁力和電磁轉(zhuǎn)不能產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和電流，也就不能產(chǎn)生電磁力和電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子不能繼續(xù)轉(zhuǎn)動。因此，矩，轉(zhuǎn)子不能繼續(xù)轉(zhuǎn)動。因此，異步電動機(jī)運行的必要條件異步電動機(jī)運行的必要條件是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與定子旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速之間存在一定差異。是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與定子旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速之間存在

4、一定差異?！爱惒疆惒健敝?，由此而來。之名，由此而來。5.2 異步電機(jī)的轉(zhuǎn)差率異步電機(jī)的轉(zhuǎn)差率 異步電機(jī)定子旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速異步電機(jī)定子旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速n n1 1與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n n之差之差稱為稱為轉(zhuǎn)差轉(zhuǎn)差。轉(zhuǎn)差描述的是轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割釘子旋轉(zhuǎn)磁場的速度，。轉(zhuǎn)差描述的是轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割釘子旋轉(zhuǎn)磁場的速度，其大小決定著轉(zhuǎn)子電動勢及其頻率的大小，影響異步電機(jī)的其大小決定著轉(zhuǎn)子電動勢及其頻率的大小，影響異步電機(jī)的工作狀態(tài)。工作狀態(tài)。 轉(zhuǎn)差與同步轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)差與同步轉(zhuǎn)速n n1 1的比值稱為的比值稱為轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)差率，用字母，用字母s s表示，表示，即即nnn111nnns 轉(zhuǎn)子靜止時，轉(zhuǎn)子靜止時，n=0n=0，s=1

5、s=1； 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n=nn=n1 1時，時，s=0s=0； 異步電動機(jī)運行時，異步電動機(jī)運行時，0 0s s1 1，一般異步電動機(jī)在額定，一般異步電動機(jī)在額定負(fù)載運行時的轉(zhuǎn)差率負(fù)載運行時的轉(zhuǎn)差率s sN N=0.010.06=0.010.06。5.3 異步電機(jī)的三種工作狀態(tài)異步電機(jī)的三種工作狀態(tài)一、電動機(jī)狀態(tài)（ 0 0s s1 1 ） 當(dāng)當(dāng)0 0n nn1n1時，即時，即0 0s s1 1時，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體以與時，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體以與n n相反的方相反的方向切割旋轉(zhuǎn)磁場，導(dǎo)體中將產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和電流。由左手向切割旋轉(zhuǎn)磁場，導(dǎo)體中將產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和電流。由左手定則可知，載流的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體與氣隙磁場相互作用

6、產(chǎn)生一個與定則可知，載流的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體與氣隙磁場相互作用產(chǎn)生一個與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向同方向的拖動轉(zhuǎn)矩，拖動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，電機(jī)從電網(wǎng)吸轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向同方向的拖動轉(zhuǎn)矩，拖動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，電機(jī)從電網(wǎng)吸收電功率，輸出機(jī)械功率。收電功率，輸出機(jī)械功率。二、發(fā)電機(jī)運行狀態(tài)（s0） 當(dāng)異步電機(jī)由原動機(jī)驅(qū)動，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速高于旋轉(zhuǎn)磁場的當(dāng)異步電機(jī)由原動機(jī)驅(qū)動，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速高于旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速時，即同步轉(zhuǎn)速時，即n nn1n1，s s 0 0。由于轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割旋轉(zhuǎn)磁場。由于轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割旋轉(zhuǎn)磁場的方向與電動機(jī)狀態(tài)時相反，則導(dǎo)體的感應(yīng)電動勢和電流的方的方向與電動機(jī)狀態(tài)時相反，則導(dǎo)體的感應(yīng)電動勢和電流的方向與電動機(jī)相反。電磁轉(zhuǎn)矩方向與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相反，

7、為制動轉(zhuǎn)矩。向與電動機(jī)相反。電磁轉(zhuǎn)矩方向與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相反，為制動轉(zhuǎn)矩。此時異步電機(jī)從原動機(jī)輸入機(jī)械功率，克服電磁轉(zhuǎn)矩，通過電此時異步電機(jī)從原動機(jī)輸入機(jī)械功率，克服電磁轉(zhuǎn)矩，通過電圖：異步電機(jī)三種運行狀態(tài)(a)電磁制動狀態(tài)；(b)電動機(jī)狀態(tài)；(c)發(fā)電機(jī)狀態(tài)磁感應(yīng)由定子向電網(wǎng)輸出電功率，電機(jī)處于發(fā)電機(jī)狀態(tài)。磁感應(yīng)由定子向電網(wǎng)輸出電功率，電機(jī)處于發(fā)電機(jī)狀態(tài)。三、電磁制動運行狀態(tài)（s 1） 如果在外力作用下，使異步電機(jī)轉(zhuǎn)子逆著旋轉(zhuǎn)磁場的方如果在外力作用下，使異步電機(jī)轉(zhuǎn)子逆著旋轉(zhuǎn)磁場的方向旋轉(zhuǎn)，即向旋轉(zhuǎn)，即n n 0 0，s s 1 1。此時轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中的感應(yīng)電動勢。此時轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中的感應(yīng)電動勢和電流的方向

8、與電動機(jī)狀態(tài)相同。但由于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向與旋轉(zhuǎn)磁和電流的方向與電動機(jī)狀態(tài)相同。但由于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向與旋轉(zhuǎn)磁場方向相反，電磁轉(zhuǎn)矩為制動轉(zhuǎn)矩，異步電機(jī)運行于電磁制場方向相反，電磁轉(zhuǎn)矩為制動轉(zhuǎn)矩，異步電機(jī)運行于電磁制動狀態(tài)。此時電機(jī)在輸入機(jī)械功率的同時又從電網(wǎng)吸收電功動狀態(tài)。此時電機(jī)在輸入機(jī)械功率的同時又從電網(wǎng)吸收電功率。全部轉(zhuǎn)換為內(nèi)部損耗。率。全部轉(zhuǎn)換為內(nèi)部損耗。5.4 異步電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)異步電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)主要由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成，三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)主要由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成，定、轉(zhuǎn)子之間有一空氣間隙，稱為氣隙。定、轉(zhuǎn)子之間有一空氣間隙，稱為氣隙。一、定子 定子主要包括定子主要包括

9、定子鐵芯、定子繞組和機(jī)定子鐵芯、定子繞組和機(jī)座座三個部分組成。定子鐵芯和電機(jī)磁路的一三個部分組成。定子鐵芯和電機(jī)磁路的一部分，為減小鐵芯損耗，一般由部分，為減小鐵芯損耗，一般由0.5mm0.5mm厚的硅厚的硅鋼片疊壓而成。定子鐵芯內(nèi)圓周均勻地沖有鋼片疊壓而成。定子鐵芯內(nèi)圓周均勻地沖有許多形狀相同的槽，用以嵌放定子繞組。許多形狀相同的槽，用以嵌放定子繞組。二、轉(zhuǎn)子 轉(zhuǎn)子主要包括轉(zhuǎn)子鐵芯、轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)軸等部件。按轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子主要包括轉(zhuǎn)子鐵芯、轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)軸等部件。按轉(zhuǎn)子繞組型式分為鼠籠式和繞線式兩種。子繞組型式分為鼠籠式和繞線式兩種。1、鼠籠式轉(zhuǎn)子 鼠籠式鼠籠式轉(zhuǎn)子的繞組由轉(zhuǎn)子的繞組由嵌放在轉(zhuǎn)子鐵心槽內(nèi)

10、的金屬導(dǎo)條嵌放在轉(zhuǎn)子鐵心槽內(nèi)的金屬導(dǎo)條和和兩端的短路環(huán)兩端的短路環(huán)組成。組成。2、繞線式轉(zhuǎn)子 繞線式繞線式轉(zhuǎn)子繞組的構(gòu)成與定子繞組類似。轉(zhuǎn)子繞組用絕轉(zhuǎn)子繞組的構(gòu)成與定子繞組類似。轉(zhuǎn)子繞組用絕緣導(dǎo)線繞制而成并嵌放在轉(zhuǎn)子槽內(nèi)，連接成三相對稱繞組，緣導(dǎo)線繞制而成并嵌放在轉(zhuǎn)子槽內(nèi)，連接成三相對稱繞組，可以接成星形和三角形?？梢越映尚切魏腿切?。 繞線式繞線式轉(zhuǎn)子的繞組連接到轉(zhuǎn)子的繞組連接到三個固定在轉(zhuǎn)軸上的銅環(huán)三個固定在轉(zhuǎn)軸上的銅環(huán)，通，通過過電刷電刷引出?？梢栽谵D(zhuǎn)子繞組傳入阻抗，以改善電機(jī)的啟動引出?？梢栽谵D(zhuǎn)子繞組傳入阻抗，以改善電機(jī)的啟動性能或者調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。性能或者調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。5.5 異步電動機(jī)的銘牌

11、數(shù)據(jù)異步電動機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)一、銘牌 三相異步電動機(jī)的銘牌上標(biāo)明了型號、額定值和主要技術(shù)數(shù)據(jù)，如下表所示。型號Y100L1-4電壓380V接法Y容量2.2kW電流5A工作制S1轉(zhuǎn)速1430r/min功率因數(shù)0.83溫升80頻率50Hz絕緣等級B重量34kgxxx電機(jī)廠 標(biāo)準(zhǔn)編號xxx xxxx年xx月二、額定值1、額定功率、額定功率PN 電動機(jī)在額定狀態(tài)下運行時，軸上輸出的機(jī)械功率，單電動機(jī)在額定狀態(tài)下運行時，軸上輸出的機(jī)械功率，單位：位：W。2、額定電壓、額定電壓UN 電動機(jī)在額定運行情況下，加在三相定子繞組上的線電電動機(jī)在額定運行情況下，加在三相定子繞組上的線電壓，單位：壓，單位：V。3、額定

12、電流、額定電流IN 電動機(jī)在額定運行狀態(tài)下，定子繞組流過的線電流，單電動機(jī)在額定運行狀態(tài)下，定子繞組流過的線電流，單位：位：A。4、額定頻率、額定頻率fN 電動機(jī)在額定運行時的頻率，我國規(guī)定為電動機(jī)在額定運行時的頻率，我國規(guī)定為50Hz。5、額定轉(zhuǎn)速、額定轉(zhuǎn)速nN 電動機(jī)在額定狀態(tài)運行時的轉(zhuǎn)速，單位：電動機(jī)在額定狀態(tài)運行時的轉(zhuǎn)速，單位：r/min。6、額定功率因數(shù)、額定功率因數(shù) 電動機(jī)額定運行時，定子側(cè)的功率因數(shù)。電動機(jī)額定運行時，定子側(cè)的功率因數(shù)。7、額定效率、額定效率 電動機(jī)額定運行時輸出功率與輸入功率之比。電動機(jī)額定運行時輸出功率與輸入功率之比。上述幾個額定值的關(guān)系為：上述幾個額定值的關(guān)

13、系為：8、接法、接法 “380/220V，Y/連接連接”指如果電源線電壓為指如果電源線電壓為380V時，時，接成接成Y形；如果電源線電壓為形；如果電源線電壓為220V時，接成時，接成形；定子繞組形；定子繞組每相繞組的額定電壓總為每相繞組的額定電壓總為220V。NcosNNNNNNIUPcos3正轉(zhuǎn)：合上開關(guān)S，接通電源，按下正轉(zhuǎn)按鈕SB1，正轉(zhuǎn)控制電路接通，電流流過的路徑是電源U相停止按鈕SB3正轉(zhuǎn)按鈕SB1接觸器常閉輔助觸點KR接觸器線圈KF熱繼電器FR常閉觸點電源W相。接觸器線圈KF帶電，其主觸點KF閉合，電動機(jī)與電源接通，通入定子繞組的電源相序為UVW，電動機(jī)起動正轉(zhuǎn)運行。停止：按下按鈕SB3，控制電路斷電，交流接觸器線圈