華中科技大學(xué) 電機(jī)學(xué) 第五章 異步電機(jī) ppt.ppt

1、機(jī)電一體化，(第五章異步電機(jī))，異步電機(jī)基本工作原理，異步電機(jī)三種運(yùn)行狀態(tài)，異步電機(jī)基本結(jié)構(gòu)，異步電機(jī)定額，5.1概要，3，三相異步電機(jī)主要用作電動(dòng)機(jī)，在各種生產(chǎn)機(jī)械拖動(dòng)的民生生活中，扇風(fēng)機(jī)、洗衣機(jī)、冰箱、空調(diào)等以單相異步電機(jī)拖動(dòng)4、優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，運(yùn)行可靠，結(jié)實(shí)，運(yùn)行效率高，具有適用的工作特性。 缺點(diǎn)：功率因數(shù)差，電機(jī)在運(yùn)行中必須從電力網(wǎng)中吸收電感性無(wú)功功率，因此，目前功率因數(shù)始終小于1，不能在經(jīng)濟(jì)上較寬的范圍內(nèi)平穩(wěn)地調(diào)速。鼠籠式電機(jī)優(yōu)缺點(diǎn)、5、鼠籠式電機(jī)分類(lèi)、定子相數(shù)、單相鼠籠式電機(jī)、兩相鼠籠式電機(jī)、三相異步電動(dòng)機(jī)、繞線型鼠籠式電機(jī)、籠型鼠籠式電機(jī)、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，6，1、鼠

2、籠式電機(jī)基本結(jié)構(gòu)，異步電動(dòng)機(jī)外形圖異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖，7，1層厚度0.5mm的硅鋼片疊層而成。 為了嵌入定子繞組，在定子打孔機(jī)的內(nèi)周均勻地打入多個(gè)相同形狀的槽。8、定子槽型：半閉口槽適用于小型鼠籠式電機(jī)，其繞組由圓導(dǎo)線纏繞。 半開(kāi)口槽適用于低壓中型鼠籠式電機(jī)，其繞組為模壓線圈。 開(kāi)口槽適用于高壓中型鼠籠式電機(jī)，其線圈是用絕緣膠帶包裹進(jìn)行了油漆作處理的成型線圈。 9、定子繞組：構(gòu)成感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、電流流動(dòng)、實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)化的電路部。 通常采用雙重短距離繞組，小型電機(jī)可采用單層繞組的對(duì)中小容量的低壓異步電滾子，通常引出定子三相繞組的6根引線，可根據(jù)需要靈活地連接成“y”形或“d”形。10、機(jī)臺(tái)：固定支承

3、定子鐵元素心。 被要求有一盞茶的機(jī)械強(qiáng)度。 11、2 .轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子鐵元素芯：在電動(dòng)機(jī)主磁路的構(gòu)成部分，放置轉(zhuǎn)子繞組。 層疊了厚度0.5mm的硅鋼板，在轉(zhuǎn)子的外周均勻分布的形狀相同的槽進(jìn)行沖裁。12、轉(zhuǎn)子槽型、槽型的選擇主要取決于對(duì)運(yùn)行性能和起動(dòng)性能的要求。 常見(jiàn)的轉(zhuǎn)子槽型，13，籠型轉(zhuǎn)子鐵元素芯和繞組結(jié)構(gòu)示意圖，籠型繞組：在轉(zhuǎn)子鐵元素芯的各個(gè)槽內(nèi)各放置1根導(dǎo)體，在鐵元素芯的兩端放置2個(gè)異狄氏劑片，分別連接所有導(dǎo)體的突出槽外部分和異狄氏劑片。 像籠型繞組一樣鑄鋁，對(duì)中大型電機(jī)為了減少損失、提高效率多采用銅條焊接。 轉(zhuǎn)子繞組：構(gòu)成電路的部分有籠型和繞線型兩種繞組模式。 斜槽形式、14、繞線型繞組：是

4、具有與定子繞組相同相數(shù)、極數(shù)的三相對(duì)稱(chēng)繞組，采用雙波繞組或?qū)盈B繞組。 一般連接成星形，三相繞組的三個(gè)引出線分別與旋轉(zhuǎn)軸上的三個(gè)滑環(huán)連接，通過(guò)電刷與外部電路連接。 繞線型轉(zhuǎn)子的特征是，通過(guò)滑動(dòng)刷在轉(zhuǎn)子電路中加入附加電阻，改善電滾子的起動(dòng)性能，可以調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)速。 15、支持轉(zhuǎn)子鐵元素心和輸出、輸入機(jī)械扭矩。 旋轉(zhuǎn)軸，16，定義：固定，轉(zhuǎn)子間的間隙也是馬達(dá)主磁路的一部分。 空氣隙的大小對(duì)鼠籠式電機(jī)的性能影響很大。 為了減小電機(jī)主磁路的磁敏電阻，降低電機(jī)的勵(lì)磁電流，提高電機(jī)的功率因數(shù)，請(qǐng)盡量減小空氣隙。 請(qǐng)將鼠籠式電機(jī)的空氣隙長(zhǎng)度設(shè)定為轉(zhuǎn)子運(yùn)行過(guò)程中不發(fā)生機(jī)械摩擦所允許的最小值。 中小型鼠籠式電機(jī)的空氣

5、隙長(zhǎng)度一般為0.21.5mm。 3、空氣隙、空氣隙大：磁敏電阻大，勵(lì)磁電流(空載電流)大，功率因數(shù)低空氣隙磁場(chǎng)的間諧波含量(因漏磁通導(dǎo)致的附加損失)減少，起動(dòng)性能得到改善。 空氣隙?。菏芸杉庸ば院蜋C(jī)械安全的限制。、17、2、鼠籠式電機(jī)的基本工作原理是：鼠籠式電機(jī)定子三相對(duì)稱(chēng)繞組與三相對(duì)稱(chēng)交流網(wǎng)相連，轉(zhuǎn)子繞組對(duì)稱(chēng)短路。 定子繞組中流過(guò)三相對(duì)稱(chēng)電流，在空氣隙中產(chǎn)生基波旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。 空氣隙的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在短路的轉(zhuǎn)子線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生電流。 該感應(yīng)電流與空氣隙中的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)鼠籠式電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。兩極鼠籠式電機(jī)示意圖、18、三、鼠籠式電機(jī)的三個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)、1、鼠籠式電機(jī)的滑動(dòng)

6、率、同步轉(zhuǎn)速n1定子線圈中流過(guò)頻率f1的三相對(duì)對(duì)稱(chēng)電流，瓦斯氣體同步轉(zhuǎn)速的大小依賴(lài)于電流頻率f1和線圈極對(duì)數(shù)p，從超前電流相線圈轉(zhuǎn)向延遲電流相線圈。 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n將轉(zhuǎn)子的機(jī)械轉(zhuǎn)速作為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，標(biāo)記為n。 滑差率s :將同步轉(zhuǎn)速n1與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n之差相對(duì)于同步轉(zhuǎn)速n1之比設(shè)為s。 19、異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子可以用帶負(fù)荷機(jī)或原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，在不同的轉(zhuǎn)子外部條件下，異步電機(jī)以不同的轉(zhuǎn)速和不同的滑動(dòng)率運(yùn)行，對(duì)應(yīng)不同的運(yùn)行狀態(tài)。 根據(jù)滑動(dòng)率的正負(fù)、大小，鼠籠式電機(jī)分別對(duì)應(yīng)于電滾子、發(fā)電機(jī)、電磁剎車(chē)器三種不同的運(yùn)行狀態(tài)。 2、鼠籠式電機(jī)的三個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，0s0:電機(jī)狀態(tài)右手法則- e2發(fā)生- e2同方向左手法則- Tem

7、發(fā)生- Tem和n同方向轉(zhuǎn)向，Tem是驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)拖動(dòng)轉(zhuǎn)子：電機(jī)，20，nn1 s e2發(fā)生- Tem是阻尼轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)子拖動(dòng)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)：發(fā)電機(jī)， n1 :電磁制動(dòng)狀態(tài)右手定則- e2發(fā)生- i2與e2同方向左手定則- Tem發(fā)生- Tem和n反轉(zhuǎn)，Tem為阻尼轉(zhuǎn)矩旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)阻礙轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)：電磁制動(dòng)狀態(tài)，21，鼠籠式電機(jī)只在定子一側(cè)加電源的情況下，該指引作用確定轉(zhuǎn)子和空氣隙的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)不同步，即非同步(s不等于0 ) 總結(jié)，22，4，異步電滾子的額定功率，23，額定功率PN :輸出到旋轉(zhuǎn)軸的機(jī)械功率，單位為w或kW。 額定電壓UN :施加在定子線圈上的線間電壓，單位為v。 額定電流IN :電滾子以額定電

8、壓額定頻率向軸端輸出額定功率時(shí)的定子線圈的線電流，單位為a。 額定頻率fN :我國(guó)的電力網(wǎng)頻率fN=50Hz。 額定轉(zhuǎn)速nN :電滾子向額定電壓、額定頻率軸端輸出額定功率時(shí)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，單位為r/min。 額定效率n。 額定功率率cosN。 額定三相異步電動(dòng)機(jī)之間的關(guān)系如下： 24，2 )銘牌上寫(xiě)有“380V，d連接”時(shí)，在電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)只能采用“d”連接，但在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)中能夠連接380V電源，繞組通過(guò)“y”連接完成起動(dòng)，并恢復(fù)，2 .關(guān)于中低壓電動(dòng)機(jī)1，銘牌上寫(xiě)有“380 /” 電源電壓為220V時(shí)，用“d”連接。 提示： 1、高壓電滾子的定子繞組只有3條線。 電源電壓符合電滾子標(biāo)牌電壓值即

9、可使用。 定、轉(zhuǎn)子基波磁通勢(shì)空間相對(duì)靜止、5.2三相異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行原理、轉(zhuǎn)子靜止時(shí)的鼠籠式電機(jī)、轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)的鼠籠式電機(jī)、鼠籠式電機(jī)殘奧儀表測(cè)量、內(nèi)部電磁關(guān)系、電壓平衡方程、磁通勢(shì)平衡方程式、繞組換算和等效電路、26、一、轉(zhuǎn)子靜止時(shí)的異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組短路，對(duì)定子繞組施加三相對(duì)對(duì)稱(chēng)的電壓。在空氣隙中僅感應(yīng)基波磁通，在轉(zhuǎn)子繞組中僅感應(yīng)基波電位，27，1定，轉(zhuǎn)子基波磁通勢(shì)空間相對(duì)靜止，在定子側(cè)：對(duì)定子繞組施加了三相對(duì)稱(chēng)電壓定子三相對(duì)稱(chēng)繞組中，流過(guò)頻率f1的三相對(duì)稱(chēng)電流I1，定子繞組在空氣隙空間產(chǎn)生圓形的旋轉(zhuǎn)基波磁通勢(shì)f1 圓形旋轉(zhuǎn)基波磁通勢(shì)F1從提前角電流相繞組軸線轉(zhuǎn)向延遲角電流相繞組軸線(A-B-

10、C ) . 28、轉(zhuǎn)子側(cè)：轉(zhuǎn)子繞組短路、旋轉(zhuǎn)軸固定圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)切斷轉(zhuǎn)子繞組、產(chǎn)生頻率f2的三相對(duì)對(duì)稱(chēng)感生電動(dòng)勢(shì)(f2pn1/60，f2=f1 )的三相對(duì)對(duì)稱(chēng)的感生電動(dòng)勢(shì)閉合、在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生三相對(duì)對(duì)稱(chēng)電流I2的轉(zhuǎn)子繞組，將圓形的旋轉(zhuǎn)基波磁通勢(shì)f2 圓形旋轉(zhuǎn)基本波磁通勢(shì)F2從提前角電流相繞組軸線向滯后角電流相繞組軸線(A-B-C )、即與定子旋轉(zhuǎn)磁通勢(shì)F1相同方向轉(zhuǎn)向。 由于F2和F1為相同轉(zhuǎn)速、相同轉(zhuǎn)向(n2 n1 )，所以固定、轉(zhuǎn)子基波磁通勢(shì)空間相對(duì)靜止，保持29，2內(nèi)部電磁關(guān)系，空氣隙中的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)由F2和F1共同制成，即F2和F1空間向量可以合成為一個(gè)等效勵(lì)磁磁通勢(shì)Fm :30，3電壓平衡

11、方程，R1、R2 、31、定、轉(zhuǎn)子繞組感生電動(dòng)勢(shì)變化比ke :定、轉(zhuǎn)子繞組電動(dòng)勢(shì)的比定、轉(zhuǎn)子側(cè)電動(dòng)勢(shì)平衡方程，從電路解析的觀點(diǎn)出發(fā)，轉(zhuǎn)子靜止時(shí)的鼠籠式電機(jī)電壓方程式和二次側(cè)短路時(shí)的電壓互感器電壓方程式類(lèi)似，32、定、轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)F1和F2空間相對(duì)靜止，因此Fm， 用于產(chǎn)生空氣隙旋轉(zhuǎn)基波磁場(chǎng)的勵(lì)磁成分F1L是負(fù)載成分，用于平衡轉(zhuǎn)子磁通勢(shì)的作用，與和轉(zhuǎn)子磁通勢(shì)的大小相等的方向相反。 選擇33、F1和I1同相、F2和I2同相、Fm和Im同相，用電流的時(shí)間拓?fù)潢P(guān)系表示磁通勢(shì)的空間拓?fù)潢P(guān)系，磁通勢(shì)平衡方程定義為：電流比，則磁通勢(shì)平衡方程為：異步電滾子定子電流I1分為Im和Im，Im為勵(lì)磁成分，用于制作電動(dòng)

12、機(jī)鐵芯的主磁通m。 I1L是負(fù)載成分，用于確立磁通勢(shì)F1L來(lái)平衡轉(zhuǎn)子磁通勢(shì)F2。 34、轉(zhuǎn)子靜止時(shí)的基本方程、定子側(cè)：轉(zhuǎn)子側(cè)：定、轉(zhuǎn)子相關(guān)方程式：感生電動(dòng)勢(shì)方程式：Zm=Rm jXm表示勵(lì)磁阻抗Rm是勵(lì)磁電阻，表示鐵損耗的等效電阻Xm是勵(lì)磁電抗，反映了主磁通在電路中的作用。 將與繞組換算等效電路、35、繞組換算、轉(zhuǎn)子繞組換算實(shí)相數(shù)m2、繞組圈數(shù)N2、繞組系數(shù)kN2的轉(zhuǎn)子繞組換算成與定子繞組相同相數(shù)m1、具有與相同圈數(shù)N1相同的繞組系數(shù)kN1的轉(zhuǎn)子繞組。 換算原則：空氣隙主磁通不變定子的各物理量不變，與電力網(wǎng)等效的轉(zhuǎn)子的磁通勢(shì)不變，各種功率不變(功率因數(shù)不變)。 繞組換算主要有電流換算、電動(dòng)勢(shì)換

13、算、阻抗換算。 36、電流換算根據(jù)換算前后的轉(zhuǎn)子磁通勢(shì)不變?cè)瓌t電動(dòng)勢(shì)換算根據(jù)換算前后的轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)不變?cè)瓌t、37、阻抗換算根據(jù)換算前后的轉(zhuǎn)子功率不變?cè)瓌t、38、換算成定子側(cè)的鼠籠式電機(jī)基本方程組、39、等效電路換算后40、殘奧表的物理意義，在異步電滾子中由于固定/轉(zhuǎn)子的泄漏電阻，固定/轉(zhuǎn)子三相電流的聯(lián)合產(chǎn)生的泄漏磁通，固定/轉(zhuǎn)子的各相引起的電抗，Rm為勵(lì)磁電阻，表示鐵元素芯損失的等效電阻的Xm為勵(lì)磁電抗，反映了主磁通在電路中的作用，是非線性的。 R1/R2為固定/轉(zhuǎn)子線圈電阻，換算后轉(zhuǎn)子靜止時(shí)的鼠籠式電機(jī)等效電路與二次側(cè)短路時(shí)的電壓互感器等效電路相同。 定、轉(zhuǎn)子基波磁通勢(shì)空間相對(duì)靜止、5.2三相

14、異步電滾子運(yùn)行原理、轉(zhuǎn)子靜止時(shí)的異步電滾子、轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)的異步電滾子、異步電滾子殘奧儀表測(cè)量、內(nèi)部電磁關(guān)系和基本方程、頻率換算和繞組換算、轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)對(duì)轉(zhuǎn)子側(cè)各量的影響、等效電路、42、 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)的非同步電滾子：假設(shè)轉(zhuǎn)子繞組短路，、空氣隙僅具有基波磁通，固定，轉(zhuǎn)子繞組僅感應(yīng)基波電位。 二、轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)的異步電滾子，43，1，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)對(duì)轉(zhuǎn)子的各物理量的影響轉(zhuǎn)子頻率旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子線圈的電動(dòng)勢(shì)和電流的頻率與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速有關(guān)，依賴(lài)于空氣隙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子的相對(duì)速度(n1-n )。 轉(zhuǎn)子的電動(dòng)勢(shì)和電流的頻率稱(chēng)為轉(zhuǎn)子頻率，由于轉(zhuǎn)子頻率與滑動(dòng)率成正比，所以也稱(chēng)為滑動(dòng)頻率。 在鼠籠式電機(jī)額定負(fù)載時(shí)，s通常在0.020.0

15、5的范圍內(nèi)，即f1=50Hz的情況下，f2=12.5Hz，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)的轉(zhuǎn)子感應(yīng)電位和電流的頻率低，因此，可以忽略轉(zhuǎn)子鐵損耗。 44、轉(zhuǎn)子相繞組感生電動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)子相繞組漏阻抗轉(zhuǎn)子相電流，45、轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)后，由轉(zhuǎn)子電流引起的轉(zhuǎn)子基波旋轉(zhuǎn)磁通勢(shì)，轉(zhuǎn)子基波旋轉(zhuǎn)磁通勢(shì)和定子基波旋轉(zhuǎn)磁通勢(shì)相對(duì)于轉(zhuǎn)子繞組的轉(zhuǎn)速不動(dòng)，即定，轉(zhuǎn)子磁通勢(shì)空間為2、常數(shù)，轉(zhuǎn)子磁通勢(shì)空間還相對(duì)靜止，46、轉(zhuǎn)子靜止或旋轉(zhuǎn)，常數(shù)，不管與轉(zhuǎn)子磁通勢(shì)在空間上總是相對(duì)靜止，用同步速度n-1旋轉(zhuǎn)就能夠合成空間向量，合成的勵(lì)磁磁通勢(shì)即磁通勢(shì)平衡方程變化，47、轉(zhuǎn)子電路的頻率與3、內(nèi)部電磁關(guān)系和基本方程、空氣隙中的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)F2和F1共同建立的F2和F1的

16、空間相對(duì)靜止，轉(zhuǎn)速相同n1。 48、轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)的基本方程、電壓平衡方程、定子側(cè)：轉(zhuǎn)子側(cè)：磁通勢(shì)平衡方程、轉(zhuǎn)子電路的頻率由于轉(zhuǎn)子電阻轉(zhuǎn)子的漏電電阻與頻率成正比，所以有的轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)的大小與頻率成正比。 49、根據(jù)分析，可以得到固定、轉(zhuǎn)子電路的電動(dòng)勢(shì)方程和等效電路： 4、頻率換算和繞組換算、轉(zhuǎn)子電路的頻率和定子電路的頻率不同，兩者的基本方程和等效電路不能直接連通，不能得到統(tǒng)一的等效電路。 因此，需要求出“等效靜止轉(zhuǎn)子”，將轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的頻率換算為定子系統(tǒng)的頻率。 50、轉(zhuǎn)子頻率換算、頻率換算定義：將實(shí)際旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子電路換成等效的靜止轉(zhuǎn)子電路，使轉(zhuǎn)子電路和定子電路具有相同的頻率。 頻率換算原則：頻率計(jì)算前后，轉(zhuǎn)子磁通勢(shì)保持恒定，磁通勢(shì)平衡關(guān)系保持不變，定子電流大小和相位不變，損耗和功率不變(對(duì)電力網(wǎng)等效)。 轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)的有無(wú)對(duì)轉(zhuǎn)子繞組的頻率有影響，但相對(duì)于定子的轉(zhuǎn)速(即同步速度)，對(duì)轉(zhuǎn)子磁通勢(shì)沒(méi)有影響。 現(xiàn)在，求出所謂的“等價(jià)”靜止轉(zhuǎn)子，其發(fā)生的磁通勢(shì)必定比轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)的磁通勢(shì)不變，只是轉(zhuǎn)子線圈的頻率變化，這就是轉(zhuǎn)子線圈的頻