异步电机基本结构和原理学习教案

1、会计学1异步电机基本异步电机基本(jbn)结构和原理结构和原理第一页，共46页。第五章第五章 异步电机异步电机第1页/共46页第二页，共46页。1. 1. 了解三相异步电机的基本结构、应用和分类了解三相异步电机的基本结构、应用和分类 2. 2. 掌握三相异步电动机的基本工作原理掌握三相异步电动机的基本工作原理(yunl)(yunl)3. 3. 掌握转差率和额定值的计算掌握转差率和额定值的计算4. 4. 掌握异步电机的三种运行状态及其判别方法掌握异步电机的三种运行状态及其判别方法 本章基本本章基本(jbn)(jbn)要求要求基本(jbn)结构和基本(jbn)工作原理第2页/共46页第三页，共46

2、页。概述概述异步电机的基本结构异步电机的基本结构(jigu)异步电机的工作原理和三种运行状态异步电机的工作原理和三种运行状态异步电动机的额定值异步电动机的额定值主要主要(zhyo)(zhyo)内容内容基本(jbn)结构和基本(jbn)工作原理第3页/共46页第四页，共46页。正确运用基本的电磁定律来理解异步电动机的简单正确运用基本的电磁定律来理解异步电动机的简单工作原理工作原理异步电机三种运行状态物理本质的对比异步电机三种运行状态物理本质的对比(dub)分析分析难点难点(ndin)(ndin)基本结构(jigu)和基本工作原理第4页/共46页第五页，共46页。l界定：异步电机是一种与同步电机相

3、对应的交流界定：异步电机是一种与同步电机相对应的交流电机。因其转子转速与定子电流所产生的磁场转速电机。因其转子转速与定子电流所产生的磁场转速不同，而称为不同，而称为(chn wi)异步电机。又因其定、异步电机。又因其定、转子之间没有电的直接联系，是借助于定、转子之转子之间没有电的直接联系，是借助于定、转子之间的电磁感应作用实现机电能量转换的，故又称为间的电磁感应作用实现机电能量转换的，故又称为(chn wi)感应电机感应电机1 1 概述概述(i sh)(i sh)基本(jbn)结构和基本(jbn)工作原理第5页/共46页第六页，共46页。应用：主要用作电动机，是工业生产的主要动力。应用非应用：

4、主要用作电动机，是工业生产的主要动力。应用非常广泛。常广泛。工业工业风机、泵、压缩机、轧机、起重机、机床、轻工风机、泵、压缩机、轧机、起重机、机床、轻工及矿山机械及矿山机械(jxi)；农业农业水泵、脱粒机、粉碎机和农副产品加工机械水泵、脱粒机、粉碎机和农副产品加工机械(jxi)；交通交通电力机车和电动汽车；日用电力机车和电动汽车；日用电扇、洗衣机、电扇、洗衣机、电冰箱和各种医疗机械电冰箱和各种医疗机械(jxi)（单相）。（单相）。 1 1 概述概述(i sh)(i sh)基本结构和基本工作(gngzu)原理第6页/共46页第七页，共46页。l优点：结构简单、制造容易、价格低廉、运行可优点：结构

5、简单、制造容易、价格低廉、运行可靠、使用及维护方便、坚固耐用、运行效率较高和靠、使用及维护方便、坚固耐用、运行效率较高和适用的工作特性。适用的工作特性。l缺点：目前还不能经济地在较大范围内实现平滑缺点：目前还不能经济地在较大范围内实现平滑(pnghu)调速；需要从电网吸收感性的无功功率调速；需要从电网吸收感性的无功功率，以建立磁场，因而功率因数较差，总小于，以建立磁场，因而功率因数较差，总小于1。 1 1 概述概述(i sh)(i sh)基本结构和基本工作(gngzu)原理第7页/共46页第八页，共46页。2 2 异步电机的基本异步电机的基本(jbn)(jbn)结构结构p分类分类(fn li)

6、： 异步电机异步电机按按 相数相数 分分按转子按转子(zhun z)结构分结构分单相异步电机单相异步电机三相三相异步电机异步电机基本结构和基本工作原理绕线型绕线型异步电机异步电机鼠笼型鼠笼型异步电机异步电机第8页/共46页第九页，共46页。2 2 异步电机的基本异步电机的基本(jbn)(jbn)结构结构p异步电机实物图异步电机实物图： 单相单相(dn xin)异步电机异步电机三相三相(sn xin)异步电机异步电机基本结构和基本工作原理第9页/共46页第十页，共46页。2 2 异步电机的基本异步电机的基本(jbn)(jbn)结构结构p异步电机实物图异步电机实物图： 基本结构(jigu)和基本工

7、作原理绕线型异步电机绕线型异步电机鼠笼型异步电机鼠笼型异步电机第10页/共46页第十一页，共46页。2 异步电机的基本(jbn)结构p异步电机实物图异步电机实物图： 基本结构(jigu)和基本工作原理鼠笼型异步电机剖视图鼠笼型异步电机剖视图鼠笼型异步电机外部鼠笼型异步电机外部(wib)视图视图第11页/共46页第十二页，共46页。2 2 异步电机的基本异步电机的基本(jbn)(jbn)结构结构基本(jbn)结构和基本(jbn)工作原理感应感应(gnyng)电机电机定子绕组定子绕组定子铁心定子铁心 转子转子机座机座转子铁心转子铁心转轴转轴转子绕组转子绕组定子定子p结构组成结构组成气隙气隙鼠笼型鼠

8、笼型绕线型绕线型第12页/共46页第十三页，共46页。一、定子一、定子(dngz)基本结构和基本工作(gngzu)原理14 1.1.定子铁心定子铁心(ti xn)(ti xn) 作用作用主磁路的一部分，放置定子绕组。主磁路的一部分，放置定子绕组。 构成构成0.5mm0.5mm厚的硅钢片叠成圆柱体；内圆冲有若干均厚的硅钢片叠成圆柱体；内圆冲有若干均 匀匀分布的形状相同的槽。分布的形状相同的槽。第13页/共46页第十四页，共46页。p定子定子(dngz)槽形槽形基本结构(jigu)和基本工作原理15 半闭口槽半闭口槽小型小型(xioxng)(xioxng)异步电机，绕组用圆导线绕异步电机，绕组用圆

9、导线绕成。成。半开口槽半开口槽低压中型异步电机，绕组是成型线圈。低压中型异步电机，绕组是成型线圈。开口槽开口槽 高压大中型异步电机，绕组是用绝缘带包扎并高压大中型异步电机，绕组是用绝缘带包扎并浸漆处理过的成型线圈。浸漆处理过的成型线圈。 第14页/共46页第十五页，共46页。基本(jbn)结构和基本(jbn)工作原理2.2.定子绕组定子绕组作用作用构成电路构成电路(dinl)(dinl)部分，感应电动势，通过电流部分，感应电动势，通过电流，建立旋转磁场，以实现机电能量转换。，建立旋转磁场，以实现机电能量转换。构成构成铜线圈。小型异步机采用单层；大、中型异步机铜线圈。小型异步机采用单层；大、中型

10、异步机采用双层短距。采用双层短距。 第15页/共46页第十六页，共46页。基本结构和基本工作(gngzu)原理p定子绕组定子绕组(roz)(roz)联接方式联接方式p 星形（星形（Y Y）接法和三角形（）接法）接法和三角形（）接法 U1 V1 W1U1 V1 W1W2 U 2 V2W2 U2 V2D联结Y联结第16页/共46页第十七页，共46页。基本结构(jigu)和基本工作原理3.机座机座(j zu)（机壳）（机壳）作用作用固定和支撑定子铁心，承受运行中的各种作用力固定和支撑定子铁心，承受运行中的各种作用力，散热。，散热。 构成构成铸铁或钢板焊接而成。铸铁或钢板焊接而成。 第17页/共46页

11、第十八页，共46页。基本结构(jigu)和基本工作原理二、转子二、转子(zhun z)1.1.转子转子(zhun z)(zhun z)铁心铁心作用作用主磁路的一部分，放置转子主磁路的一部分，放置转子(zhun z)(zhun z)绕组。绕组。 构成构成0.5mm0.5mm厚的硅钢片叠成，外圆周冲有若干均匀分布的厚的硅钢片叠成，外圆周冲有若干均匀分布的形状相同的槽。形状相同的槽。 第18页/共46页第十九页，共46页。基本结构和基本工作(gngzu)原理p转子转子(zhun z)(zhun z)槽槽槽形的选择槽形的选择(xunz)主要取决定于对运行性能和主要取决定于对运行性能和起动性能的要求。起

12、动性能的要求。第19页/共46页第二十页，共46页。基本结构和基本工作(gngzu)原理2.2.转子绕组转子绕组作用作用构成电路构成电路(dinl)(dinl)部分。感应电动势、流过部分。感应电动势、流过电流和产生电磁转矩。电流和产生电磁转矩。构成构成铸铝，铜条焊接，铜绕组铸铝，铜条焊接，铜绕组 。结构型式结构型式鼠笼型绕组和绕线型绕组。鼠笼型绕组和绕线型绕组。 鼠笼型转子绕组：由插入每个转子槽中的导条和两侧的短鼠笼型转子绕组：由插入每个转子槽中的导条和两侧的短路端环构成，如果去掉路端环构成，如果去掉(q dio)转子铁心，剩余的转子绕转子铁心，剩余的转子绕组就像一个松鼠笼子。一般为铝浇铸的，

13、对中大型电机为组就像一个松鼠笼子。一般为铝浇铸的，对中大型电机为减小损耗、提高效率，往往采用铜条焊接而成。减小损耗、提高效率，往往采用铜条焊接而成。绕线型转子绕组绕线型转子绕组：三个出线端子接到固定在转轴上的：三个出线端子接到固定在转轴上的三三滑环滑环上，通过电刷引出，上，通过电刷引出，与外电路接通与外电路接通。其特点是。其特点是可以在转子绕组中串入附加电阻，来改善电机的起动可以在转子绕组中串入附加电阻，来改善电机的起动性能或调节转速。性能或调节转速。第20页/共46页第二十一页，共46页。基本结构和基本工作(gngzu)原理鼠笼型转子绕组：由插入每个转子槽中的导条和两侧的短鼠笼型转子绕组：由

14、插入每个转子槽中的导条和两侧的短路端环构成，如果去掉转子铁心路端环构成，如果去掉转子铁心(ti xn)，剩余的转子绕，剩余的转子绕组就像一个松鼠笼子。一般为铝浇铸的，对中大型电机为组就像一个松鼠笼子。一般为铝浇铸的，对中大型电机为减小损耗、提高效率，往往采用铜条焊接而成。减小损耗、提高效率，往往采用铜条焊接而成。绕线型转子绕组：三个出线端子接到固定在转轴上绕线型转子绕组：三个出线端子接到固定在转轴上的三滑环上，通过电刷引出，与外电路接通的三滑环上，通过电刷引出，与外电路接通(ji tn)。其特点是可以在转子绕组中串入附加电阻。其特点是可以在转子绕组中串入附加电阻，来改善电机的起动性能或调节转速

15、。，来改善电机的起动性能或调节转速。第21页/共46页第二十二页，共46页。基本结构和基本工作(gngzu)原理p转 子转 子 ( z h u n ( z h u n z)z)绕组实物图绕组实物图鼠笼型转子鼠笼型转子(zhun z)绕组绕组结构示意图结构示意图第22页/共46页第二十三页，共46页。基本(jbn)结构和基本(jbn)工作原理p转子转子(zhun z)(zhun z)绕组实物图绕组实物图绕线型转子绕线型转子(zhun z)绕组结构示意图绕组结构示意图第23页/共46页第二十四页，共46页。基本结构(jigu)和基本工作原理3.转轴转轴作用作用支撑转子铁心支撑转子铁心(ti xn)

16、，输出、输入机械，输出、输入机械转矩转矩构成构成钢钢 。第24页/共46页第二十五页，共46页。基本(jbn)结构和基本(jbn)工作原理二、转子二、转子(zhun z)第25页/共46页第二十六页，共46页。基本(jbn)结构和基本(jbn)工作原理三、气隙三、气隙定、转子之间的间隙，也定、转子之间的间隙，也是主磁路的组成部分。是主磁路的组成部分。 气气隙大小对异步电机的性能隙大小对异步电机的性能影响很大。为了减小主磁影响很大。为了减小主磁路的磁阻，降低励磁电流路的磁阻，降低励磁电流，提高功率因数，气隙应，提高功率因数，气隙应尽可能小。异步电机气隙尽可能小。异步电机气隙长度应为定、转子在运行

17、长度应为定、转子在运行中不发生中不发生(fshng)机械摩机械摩擦所允许的最小值。擦所允许的最小值。 中、中、小型异步电机中，气隙长小型异步电机中，气隙长度一般为度一般为0.21.5mm。第26页/共46页第二十七页，共46页。p三相异步电机主要三相异步电机主要(zhyo)部件部件拆分图拆分图基本结构(jigu)和基本工作原理第27页/共46页第二十八页，共46页。p三相三相(sn xin)异步电机整体异步电机整体图图基本(jbn)结构和基本(jbn)工作原理第28页/共46页第二十九页，共46页。3 3 工作原理和三种工作原理和三种(sn zhn)(sn zhn)运行运行状态状态一、转动一、

18、转动(zhun dng)原理原理基本结构(jigu)和基本工作原理概述概述原理上类似于变压器，定子绕组相当于原绕原理上类似于变压器，定子绕组相当于原绕组，转子绕组副绕组，通过电磁感应关系实现机电能组，转子绕组副绕组，通过电磁感应关系实现机电能量转换。所不同的是变压器的磁场为脉振磁场；异步量转换。所不同的是变压器的磁场为脉振磁场；异步电机气隙中的磁场为旋转磁场。电机气隙中的磁场为旋转磁场。第29页/共46页第三十页，共46页。3 3 工作原理和三种运行工作原理和三种运行(ynxng)(ynxng)状态状态一、转动一、转动(zhun dng)原理原理基本结构和基本工作(gngzu)原理原理原理定子

19、接三相定子接三相对称对称电源，绕组中电源，绕组中流过三相对称电流，气隙中建立基波流过三相对称电流，气隙中建立基波旋转磁动势，产生基波旋转磁场，转旋转磁动势，产生基波旋转磁场，转速为同步速。速为同步速。这个同步速的气隙磁场切这个同步速的气隙磁场切割转子绕组，产生感应电动势并在转子割转子绕组，产生感应电动势并在转子绕组中产生相应的电流；转子绕组在磁绕组中产生相应的电流；转子绕组在磁场中受到电磁力矩作用，在这个力矩驱场中受到电磁力矩作用，在这个力矩驱动下，转子与磁场同方向旋转。动下，转子与磁场同方向旋转。两极异步电动机示意图 （图中气隙磁场形象地 用N、S来表示）N1n1nnS第30页/共46页第三

20、十一页，共46页。3 3 工作原理工作原理(yunl)(yunl)和三种运行状态和三种运行状态一、转动一、转动(zhun dng)原理原理基本(jbn)结构和基本(jbn)工作原理小结小结异步电动机转子转速总是低于同步转异步电动机转子转速总是低于同步转速，且与旋转磁场转向相同。改变相序可以速，且与旋转磁场转向相同。改变相序可以改变转子转向改变转子转向。第31页/共46页第三十二页，共46页。二、转差率二、转差率3 3 工作工作(gngzu)(gngzu)原理和三原理和三种运行状态种运行状态背景背景异步电动机的转子电动势和电流取决于旋转异步电动机的转子电动势和电流取决于旋转磁场转速磁场转速(zh

21、un s) 与转子转速与转子转速(zhun s) 之差之差，因此分析异步电动机转速，因此分析异步电动机转速(zhun s)变化时，常不变化时，常不直接用转速直接用转速(zhun s)，而用转差率来表示。，而用转差率来表示。定义定义同步同步(tngb)速速 与转子转速与转子转速 之差与同步之差与同步(tngb)速之比值称为转差率，以速之比值称为转差率，以 表示，即表示，即s11nnsnn1n重要数据重要数据空载转差率小于空载转差率小于0.5%，满载转差率小于，满载转差率小于5%1nn1160 fnp其中其中第32页/共46页第三十三页，共46页。三、三种三、三种(sn zhn)运行状态运行状态3

22、 3 工作原理和三种运行工作原理和三种运行(ynxng)(ynxng)状态状态 异步电机的转子可以是带负载机械，也可以是由原动机异步电机的转子可以是带负载机械，也可以是由原动机驱动，在不同的转子外部条件下，异步电机将运行于不同的驱动，在不同的转子外部条件下，异步电机将运行于不同的转速和不同的转差率，对应不同的运行状态。根据转差率的转速和不同的转差率，对应不同的运行状态。根据转差率的正负和大小正负和大小(dxio)，异步电机分别对应于电动机、发电机，异步电机分别对应于电动机、发电机、电磁制动三种不同的运行状态。、电磁制动三种不同的运行状态。第33页/共46页第三十四页，共46页。三种三种(sn

23、zhn)运行状态运行状态1.电动机运行电动机运行（ 0ns0）据相对运动方向，用右手定则据相对运动方向，用右手定则(dn z)确定确定 e1,e2的方向；的方向；i2a与与e2同方向，同方向，i1a与与i2a相反方向（相反方向（磁势平衡）；磁势平衡）；由左手定则由左手定则(dn z)确定确定f方向，方向，TM方向；方向；TM与转子转动方向一致，驱动转子与转子转动方向一致，驱动转子运动，克服运动，克服T2输出机械功率；输出机械功率；定子上：定子上：i1a与与e1方向相反，电功率方向相反，电功率e1i1a为负，表示吸收电功率。为负，表示吸收电功率。第34页/共46页第三十五页，共46页。三种运行三

24、种运行(ynxng)状态状态1.电动机运行（电动机运行（ 0ns0）特点：特点：转子侧：转子侧：TM与与n同转向，同转向， TM为驱动转矩，为驱动转矩， TM 0，发，发出机械出机械(jxi)功率功率 。定子侧：定子侧：e1与与i1的有功电流的有功电流i1a反方向反方向 ，e1i1an1或或sn1或或s0）特点：特点：转子侧：转子侧：TM与与n反转向，反转向，TM为制动转矩，为制动转矩，TM0，发出电功率。，发出电功率。 吸收机械功率吸收机械功率 发出电功率：发电机。发出电功率：发电机。第37页/共46页第三十八页，共46页。基本结构(jigu)和基本工作原理3.电磁制动运行电磁制动运行( n

25、1 )据相对运动方向，用右手定则确据相对运动方向，用右手定则确定定e1,e2的方向；的方向；i2a与与e2同方向，同方向，i1a与与i2a相反方相反方向（磁势平衡）；向（磁势平衡）；由左手定则确定由左手定则确定f方向，方向，TM方向方向；TM与转子转动相反，阻止转子运与转子转动相反，阻止转子运动，为维持电机反转，必须输入动，为维持电机反转，必须输入机械功率；机械功率；定子定子(dngz)上：上：i1a与与e1方向相方向相反，电功率反，电功率e1i1a为负，表示吸收为负，表示吸收电功率，且变为内部的热能。电功率，且变为内部的热能。第38页/共46页第三十九页，共46页。三种三种(sn zhn)运

26、行状态运行状态3.电磁制动运行（电磁制动运行（ n1 ）特点：特点：转子侧：转子侧：TM与与n反转向，反转向，TM为制动转矩，为制动转矩，TM0，吸收机械功，吸收机械功率率 。定子侧：定子侧：e1与与i1的有功的有功(yu n)电流电流i1a反方向，反方向，e1i1a0，吸收电功率吸收电功率 。吸收电功率吸收机械功率吸收电功率吸收机械功率 转子电阻热损耗：电磁制动状态转子电阻热损耗：电磁制动状态。第39页/共46页第四十页，共46页。三种三种(sn zhn)运行状态运行状态状状 态态发电机发电机电磁制动电磁制动n n与与s s关系关系nnnn1 10s10snnn1 1s0s0n n与与n n1 1反向，反向，n1n1E E1 1的的性质性质反电动势反电动势电源电动势电源电动势反电动势反电动势T T的的性质性质电磁驱动力矩电磁驱动力矩电磁