電機(jī)與拖動(dòng)第4章異步電機(jī)課件

1、 第4章 異步電機(jī) 4.1 三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理一、三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 31. 定子部分 定子鐵心、定子繞組、機(jī)座和端蓋。 定子槽形 開口槽 半開口槽 半閉口槽 定子繞組接線盒 大連理工大學(xué)電氣工程學(xué)院 劉鳳春制作4轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組 、轉(zhuǎn)軸等。 2. 轉(zhuǎn)子部分 籠型轉(zhuǎn)子二、三相異步電動(dòng)機(jī)的基本工作原理 1. 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生a) t = 0o b) t = 120o c) t = 240o d) t = 360o iU= ImcostiU= Imcos(t 120o) iU= Imcos(t 120o) 磁極對(duì)數(shù) p = 1，i 變化一周，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)一圈 磁極對(duì)數(shù) p =

2、2， 電流變化一周， 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn) 1/2 圈。 a) t = 0o b) t = 120o c) t = 240o d) t = 360o 磁極對(duì)數(shù)為 p 時(shí): 由超前相轉(zhuǎn)向滯后相。改變?nèi)嚯娏鞯南嘈?，可改變n1的方向。 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向: 2. 基本工作原理 (1) 用右手定則判斷轉(zhuǎn)子 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向。 (2) 用左手定則判斷轉(zhuǎn) 子繞組受到的電磁 力 f 的方向。(3) 電磁力合成電磁轉(zhuǎn)矩 Te (4) Te 與 n1 同方向。 ff3. 異步電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài) 發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài) 電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài) 電磁制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài) 三、三相異步電動(dòng)機(jī)的額定值和主要系列 1. 額定值(1) 額定功率 PN (2) 額

3、定電壓 UN (3) 額定電流 IN (4) 額定頻率 fN (5) 額定轉(zhuǎn)速 nN (6) 額定功率因數(shù) cosN (7) 額定效率 N (8) 絕緣等級(jí)與溫升 (9) 接法（Y 或 ）2. 異步電動(dòng)機(jī)的主要系列 4.2 三相交流電機(jī)的繞組 一、交流繞組的基本概念 1. 空間電角度和機(jī)械角度 空間電角度= p 機(jī)械角度 8. 槽電動(dòng)勢(shì)星形圖 定子槽內(nèi)導(dǎo)體感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的相量圖。 U2 W2 30 30 17 依據(jù)： y1= = 6，q = 2。 已知：Q1 = 12，p = 1，m = 3，y1 = 5。 計(jì)算：q = 2， = 30o， = 6，y 。 三、三相雙層繞組 實(shí)線為外層線圈邊，虛線

4、為內(nèi)層線圈邊。 19 優(yōu)點(diǎn)： 線圈能夠任意短距，如果短距設(shè)計(jì)得當(dāng)， 能有效改善電動(dòng)勢(shì)和磁動(dòng)勢(shì)波形?；ǚ当M可能大，諧波幅值盡可能小。 每對(duì)極下有 2個(gè)線圈組；每一相有 2p 個(gè)線圈組。 每個(gè)線圈組有 q 個(gè)線圈（每個(gè)線圈有 Ny 匝）。 結(jié)論： 4.3 三相交流繞組的磁動(dòng)勢(shì)一、單相繞組的磁動(dòng)勢(shì) 脈振磁動(dòng)勢(shì) 1. 整距線圈的磁動(dòng)勢(shì) 212. 單層整距分布線圈組的磁動(dòng)勢(shì) 整距線圈組的合成基 波磁動(dòng)勢(shì)幅值 Fq1為 Fq1 = q Fy1 kq1 kq1 =sinq sin 2q 2 基波磁動(dòng)勢(shì)的 分布因數(shù) 次諧波合成磁動(dòng)勢(shì) 的幅值 Fq 為 次諧波磁動(dòng)勢(shì)的 分布因數(shù) Fq = q Fy kq k

5、q =sin q q sin 2 23. 雙層短距分布線圈組的磁動(dòng)勢(shì) 4. 單相繞組的磁動(dòng)勢(shì) 基波磁動(dòng)勢(shì)幅值： 基波磁動(dòng)勢(shì)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、三相繞組的合成磁動(dòng)勢(shì)旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì) 1. 三相繞組的基波合成磁動(dòng)勢(shì) f1(s, t) 是一個(gè)在空間按正弦規(guī)律分布的 恒幅、正向行波。 旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)的轉(zhuǎn)速: 312. 三相合成磁動(dòng)勢(shì)中的高次諧波 32三、三相定子繞組建立的磁場(chǎng) 1. 主磁場(chǎng) 氣隙長(zhǎng)度； Bm1

6、氣隙磁密的幅值。 2. 漏磁場(chǎng) 4.4 三相交流繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)33一、集中整距線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 1. 通過線圈 U1U2 的氣隙磁通 l 線圈有效長(zhǎng)度； m 每極磁通幅值 2. 線圈感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的有效值 二、短距線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 三、短距分布線圈組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) Eq1 Eq1 = q Ey1ky1 kq1 = q Ey1 kW1 基波繞組因數(shù): kW1 = ky1 kq1 四、相電動(dòng)勢(shì) 設(shè)一相繞組的總串聯(lián)匝數(shù)為 N，則 E1 = 4.44 f1 kW1Nm Eq1 = q Ey1 kW1 = 4.44 f1 kW1 q Ny m 雙層繞組: 有 2p 個(gè)線圈組即 2pqNy 匝， 并聯(lián)支路數(shù)為

7、 a，則 N = 2pqNy /a 單層繞組: 有 p 個(gè)線圈組即 pqNy 匝， 并聯(lián)支路數(shù)為 a，則 N = pqNy /a 4.5 三相異步電動(dòng)機(jī)的等效電路 一、轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)和電動(dòng)勢(shì) F2 相對(duì)于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速： F2 相對(duì)于定子的轉(zhuǎn)速： n2n = nn = (n1n ) n = n1 大連理工大學(xué)電氣工程學(xué)院 劉鳳春制作37當(dāng)轉(zhuǎn)子靜止時(shí)： E2 = 4.44f 1kw2 N2 m ( s = 1，f2 = f1 ) 因此 E2s = sE2 大連理工大學(xué)電氣工程學(xué)院 劉鳳春制作38大連理工大學(xué)電氣工程學(xué)院 劉鳳春制作39頻率折算： 含義： 用一個(gè)電阻為 R2 /s 的靜止等效轉(zhuǎn)子代替電阻為

8、 R2 的 實(shí)際旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子，而等效轉(zhuǎn)子的 F2 不變。 大連理工大學(xué)電氣工程學(xué)院 劉鳳春制作40 頻率折算后的定轉(zhuǎn)子電路 大連理工大學(xué)電氣工程學(xué)院 劉鳳春制作41三、繞組折算 1. 電動(dòng)勢(shì)折算 折算前： E2 = 4.44 f1 kW2N2m 折算后： 電壓比： E2 = E1 = keE2 2. 電流折算電流比：大連理工大學(xué)電氣工程學(xué)院 劉鳳春制作423. 阻抗折算折算前：折算后：4. 基本方程式 大連理工大學(xué)電氣工程學(xué)院 劉鳳春制作43四、異步電動(dòng)機(jī)的等效電路和相量圖 1. T 形等效電路 附加電阻： 大連理工大學(xué)電氣工程學(xué)院 劉鳳春制作44 起動(dòng)時(shí)：s = 1，(1s)R2 /s = 0

9、， 相當(dāng)短路狀態(tài)， I2 很大 I1 很大， 因 X2 R2，cos1 (cos2) 很低。 空載時(shí)：s 0，(1s)R2 /s ， 相當(dāng)于開路， I2 = 0，I1 = Im， cos1 (cos2) 很低。 滿載時(shí)：s 0.02 0.05， R2 /s X2 ， cos1 (cos2) 較高。2. 相量圖 大連理工大學(xué)電氣工程學(xué)院 劉鳳春制作45五、簡(jiǎn)化等效電路 大連理工大學(xué)電氣工程學(xué)院 劉鳳春制作46六、籠型繞組的磁極數(shù)和相數(shù) 任何電機(jī)的定、轉(zhuǎn)子極數(shù)都應(yīng)該相等， 如果二者不相等， 就不能產(chǎn)生平均電磁轉(zhuǎn)矩， 電機(jī)便無法工作。 籠型轉(zhuǎn)子的極對(duì)數(shù)恒等于 定子繞組的極對(duì)數(shù)， 而與轉(zhuǎn)子導(dǎo)條的數(shù)目無

10、關(guān)， 這是籠型異步電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)。 相數(shù)： 大連理工大學(xué)電氣工程學(xué)院 劉鳳春制作474.6 三相異步電動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩 一、三相異步電動(dòng)機(jī)的功率關(guān)系 1. 輸入功率 P1 P1 = PCu1PFePe = 3U1I1cos1 大連理工大學(xué)電氣工程學(xué)院 劉鳳春制作48(1) 定子銅損耗 PCu1 PCu1 = m1R1I12 = 3R1I12(2) 鐵損耗 PFe（轉(zhuǎn)子鐵損耗可忽略不計(jì)） PFe = PFe1 = m1RmIm2 = 3RmIm2 2. 電磁功率 Pe 大連理工大學(xué)電氣工程學(xué)院 劉鳳春制作493. 總機(jī)械功率 Pm 4. 輸出功率 P2 P2 = Pm(PfwPad) 5. 效率

11、大連理工大學(xué)電氣工程學(xué)院 劉鳳春制作50功率流程圖： 總損耗 P : P = PFePCuPfwPad PFe = PFe1 PFe2 PFe1 PCu = PCu1PCu2 功率平衡方程: P2 = P1P 大連理工大學(xué)電氣工程學(xué)院 劉鳳春制作51二、三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩關(guān)系 1. 轉(zhuǎn)矩平衡方程 Te = T2T0 2. 電磁轉(zhuǎn)矩 Te3. 空載轉(zhuǎn)矩 T04. 輸出轉(zhuǎn)矩 T2大連理工大學(xué)電氣工程學(xué)院 劉鳳春制作52三、三相異步電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的物理表達(dá)式 大連理工大學(xué)電氣工程學(xué)院 劉鳳春制作53四、三相異步電機(jī)的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)差特性 根據(jù): 大連理工大學(xué)電氣工程學(xué)院 劉鳳春制作54 Te s 曲線: 大

12、連理工大學(xué)電氣工程學(xué)院 劉鳳春制作551. 最大轉(zhuǎn)矩 Tem 電動(dòng)狀態(tài)取 “ ”，發(fā)電狀態(tài)取 “”。 當(dāng) R1 (X1X2 ) 時(shí)： 大連理工大學(xué)電氣工程學(xué)院 劉鳳春制作56 結(jié)論： 當(dāng) f1 和電機(jī)參數(shù)不變時(shí)， 當(dāng) U1 和 f1 一定時(shí)， Tem1/ (X1X2) 。 Tem與 R2 無關(guān)，而 sm R2 。 忽略 R1 : 過載倍數(shù) ： 大連理工大學(xué)電氣工程學(xué)院 劉鳳春制作572. 起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 Tst s = 1 時(shí)： 當(dāng) f1 和電機(jī)參數(shù)不變時(shí)， 當(dāng) U1 和 f1 一定時(shí)， 在一定的范圍內(nèi)增加 R2 時(shí)，可增大 Tst 。 當(dāng) sm= 1 時(shí)，Tst = Tem，Tst 最大。 起動(dòng)轉(zhuǎn)

13、矩倍數(shù)： 大連理工大學(xué)電氣工程學(xué)院 劉鳳春制作58n = f (P2)I1 = f (P2) Te = f (P2) cos1 = f (P2) = f (P2) 4.7 三相異步電動(dòng)機(jī)的工作特性和參數(shù)測(cè)定 一、三相異步電動(dòng)機(jī)的工作特性 在 U1L= U1N， f1 = f1N 的條件下， 大連理工大學(xué)電氣工程學(xué)院 劉鳳春制作59二、三相異步電動(dòng)機(jī)的主要性能指標(biāo) N cosNkmkstkI72.5%96.2%0.700.901.82.21.62.257三、三相異步電動(dòng)機(jī)的參數(shù)測(cè)定 1. 空載試驗(yàn) 方法：從 U1L = (1.0 1.2)U1N 開始， 使 U1 到 n 發(fā)生明顯變化為止。 測(cè)取

14、空載特性曲線： I10, P10= f (U1) 大連理工大學(xué)電氣工程學(xué)院 劉鳳春制作60 PFeB2 U12 ； Pfw 與U1 無關(guān)。 試驗(yàn)時(shí) n 基本不變， 則 Pfw 基本不變。 由試驗(yàn)數(shù)據(jù)可得： 大連理工大學(xué)電氣工程學(xué)院 劉鳳春制作61堵轉(zhuǎn)特性： I1s, P1s= f (U1) 2. 堵轉(zhuǎn)試驗(yàn) 大連理工大學(xué)電氣工程學(xué)院 劉鳳春制作624.8 單相異步電動(dòng)機(jī)一、工作原理 對(duì)正轉(zhuǎn)磁場(chǎng) 對(duì)反轉(zhuǎn)磁場(chǎng) Tst = 0。當(dāng) n 0 時(shí)，Te 0。 沒有固定的轉(zhuǎn)向。 Tem 較低。 較低。 大連理工大學(xué)電氣工程學(xué)院 劉鳳春制作63二、兩相繞組的磁動(dòng)勢(shì) 大連理工大學(xué)電氣工程學(xué)院 劉鳳春制作64合成磁動(dòng)勢(shì)： f = fafm (1) 兩相對(duì)稱電流，即 Fm= Fa = F， = 90，則 (2) 兩相非對(duì)稱電流 如果 Fm Fa ， = 90，則 大連理工大學(xué)電氣工程學(xué)院 劉鳳春制作65 如果 Fm = Fa , 90o f = fafm = ff 結(jié)論： 兩相不對(duì)稱電流產(chǎn)生兩個(gè)等速、不等幅、相向 旋轉(zhuǎn)圓形磁動(dòng)勢(shì)。合成橢圓形磁動(dòng)勢(shì)。 大連理工大學(xué)電氣工程學(xué)院 劉鳳春制作66三、單相異步電動(dòng)機(jī)的主要類型 1. 電容起動(dòng) 2. 電阻起動(dòng) 大連理工大學(xué)電氣工程