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文档简介
大连理工大学电气工程系第3章异步电机的基本理论3.1三相异步电动机的工作原理
3.2三相异步电动机的基本结构3.5三相异步电动机的运行分析3.6三相异步电动机的功率和转矩3.7三相异步电动机的运行特性3.8单相异步电动机*3.9三相直线异步电动机*3.10三相异步发电机第3章异步电机的基本理论3.1三相异步电动机的工作原理
3.2三相异步电动机的基本结构3.3三相异步电动机的电动势平衡方程式3.4
三相异步电动机的磁通势平衡方程式3.5三相异步电动机的运行分析3.6三相异步电动机的功率和转矩3.7三相异步电动机的运行特性3.8单相异步电动机*3.9三相直线异步电动机*3.10三相异步发电机电机与拖动返回主页大连理工大学电气工程系第3章异步电机的基本理论大连理工大学电气工程系3.1三相异步电动机的工作原理一、旋转磁场1.旋转磁场的产生W2
W1V2
V1U1U2第3章异步电机的基本理论
三相(多相)电流
→三相(多相)绕组→旋转磁场。三相绕组大连理工大学电气工程系3.1三相异步电动机的工作原理一、大连理工大学电气工程系横截面U1U2V1V2W2W1U1V1
W1U2V2
W2
流出
流入3.1三相异步电动机的工作原理大连理工大学电气工程系横截面U1U2V1V2W2W1U1大连理工大学电气工程系U←V←W←U1U2V1V2W2W1i1=Imsin
ti2=Imsin(
t-120O)i3=Imsin(
t+120O)i1
i2
i3
t=0O
时i1=0,i2<0,i3
>0××NS3.1三相异步电动机的工作原理Im
tOi1大连理工大学电气工程系U←U1U2V1V2W2W1i1=大连理工大学电气工程系t=0O
时i1=0,i2<0,i3>0U1U2V1V2W2W1NSt=120O
时i1>0,i2=
0,i3<
03.1三相异步电动机的工作原理U1U2V1V2W2W1NS大连理工大学电气工程系t=0O时U1U2V1V2W2大连理工大学电气工程系U1U2V1V2W2W1U1U2V1V2W2W1NSt=240O
时i1<
0,i2>0,i3=0t=360O
时i1=0,i2<0,i3>03.1三相异步电动机的工作原理NS大连理工大学电气工程系U1U2V1V2W2W1U1U2V1V大连理工大学电气工程系i
变化一周i每秒钟变化50周i每分钟变化(50×60)周→旋转磁场转一圈→旋转磁场转50圈→旋转磁场转3000圈2.旋转磁场的转速
同步转速n0
n0
=3000=60f1(r/min)
同步转速n0的大小怎样改变?3.1三相异步电动机的工作原理大连理工大学电气工程系i变化一周→旋转磁场转一圈2.旋转大连理工大学电气工程系U1U2V1V2W2W1每相绕组由一个线圈组成U1V1W1U2V2
W2U3V3
W3U4V4
W4U1U2U3U4V1V4V2V3W4W1W2W3每相绕组由两个线圈串联组成3.1三相异步电动机的工作原理大连理工大学电气工程系U1U2V1V2W2W1每相绕组由U1大连理工大学电气工程系U1U2U3U4V1V4V2V3W4W1W2W3××××t=0O
时
i1=0,i2<0,i3
>0NSNS
磁极对数p
p=2
电流变化一周→旋转磁场转半圈
n0
=1500
当磁极对数p=3时
n0
=100060f12=60f13=60f1pn0=3.1三相异步电动机的工作原理大连理工大学电气工程系U1U2U3U4V1V4V2V3W4W大连理工大学电气工程系
f=50Hz时:
123456300015001000750600500pn0/(r/min)
3.旋转磁场的转向U(i1)→V(i2)→W(i3)※由超前相转向滞后相。※由通入绕组中的电流的相序决定的。
怎样改变n0的方向?V(i1)→U(i2)→W(i3)3.1三相异步电动机的工作原理大连理工大学电气工程系f=50Hz时:p3.大连理工大学电气工程系
机械负载旋转起来二、工作原理对称三相绕组通入对称三相电流旋转磁场(磁场能量)
磁感线切割转子绕组
转子绕组中产生e和
i
转子绕组在磁场中受到电磁力的作用
转子旋转起来电磁转矩3.1三相异步电动机的工作原理感应
三相交流电能大连理工大学电气工程系机械负载二、工作原理对称三相绕组旋大连理工大学电气工程系n0n0NSn0n01.电磁转矩的产生×
××
×转子电流有功分量与e2同方向转子电流有功分量与旋转磁场相互作用3.1三相异步电动机的工作原理NS××××转子电流无功分量滞后e290o转子电流无功分量与旋转磁场相互作用大连理工大学电气工程系n0n0NSn0n01.电磁转矩的产大连理工大学电气工程系转差率:s=×100%n0-nn0转子转速:n=(1-s)n0
起动时n=0,s=1
理想空载时n=n0,s=0
正常运行时0<n<n0,1>s>0
额定运行时sN=0.01~0.093.1三相异步电动机的工作原理异步电机的各种运行状态
状态制动状态堵转状态电动机状态理想空载状态发电机状态转子转速转差率n<0s>1n=0s=10<n<n0
1>s>0n=n0s=0n>n0s<0大连理工大学电气工程系转差率:s=大连理工大学电气工程系2.电磁转矩的大小
T=CTΦmI2cos23.1三相异步电动机的工作原理3.电磁转矩的的方向与旋转磁场的转向相同。顺时针方向旋转怎样改变转子的转向?3~M3~UVW3~M3~UVW逆时针方向旋转大连理工大学电气工程系2.电磁转矩的大小大连理工大学电气工程系3.2三相异步电动机的基本结构一、主要部件1.定子定子铁心、定子绕组、机座和端盖等。定子铁心的硅钢片第3章异步电机的基本理论大连理工大学电气工程系3.2三相异步电动机的基本结构一大连理工大学电气工程系
定子铁心3.2三相异步电动机的基本结构大连理工大学电气工程系定子铁心3.2三相异步电动机的大连理工大学电气工程系
定子绕组对称三相绕组。3.2三相异步电动机的基本结构大连理工大学电气工程系定子绕组对称三相绕组。3.2三大连理工大学电气工程系
定子接线盒U1V1
W1W2U2V2U1V1
W1U2V2
W2星形(Y)联结U1V1
W1W2
U2V23~三角形()联结U1V1
W1W2
U2V23~3.2三相异步电动机的基本结构大连理工大学电气工程系定子接线盒U1V1大连理工大学电气工程系转子铁心、转子绕组、转轴、风扇等。转子铁心的硅钢片2.转子
转子绕组绕线型:对称三相绕组。笼型:对称多相绕组。3.2三相异步电动机的基本结构大连理工大学电气工程系转子铁心、转子绕组、转轴、风扇等。转子大连理工大学电气工程系
笼型异步电动机的转子3.2三相异步电动机的基本结构大连理工大学电气工程系笼型异步电动机的转子3.2三大连理工大学电气工程系
笼型异步电动机的转子3.2三相异步电动机的基本结构大连理工大学电气工程系笼型异步电动机的转子3.2三大连理工大学电气工程系
笼型异步电动机的转子3.2三相异步电动机的基本结构大连理工大学电气工程系笼型异步电动机的转子3.2三大连理工大学电气工程系3.2三相异步电动机的基本结构
绕线型异步电动机的转子大连理工大学电气工程系3.2三相异步电动机的基本结构大连理工大学电气工程系3.2三相异步电动机的基本结构
绕线型异步电动机的转子大连理工大学电气工程系3.2三相异步电动机的基本结构大连理工大学电气工程系3.2三相异步电动机的基本结构
三相笼型异步电动机的部件图大连理工大学电气工程系3.2三相异步电动机的基本结构大连理工大学电气工程系3.2三相异步电动机的基本结构
三相笼型异步电动机的结构转子定子风扇
冷空气流
罩壳(非驱动端)端盖(驱动端)大连理工大学电气工程系3.2三相异步电动机的基本结构大连理工大学电气工程系3.2三相异步电动机的基本结构
三相绕线型异步电动机的结构大连理工大学电气工程系3.2三相异步电动机的基本结构大连理工大学电气工程系3.2三相异步电动机的基本结构
三相绕线型异步电动机示意图大连理工大学电气工程系3.2三相异步电动机的基本结构大连理工大学电气工程系
3.2三相异步电动机的基本结构
三相异步电动机的外形
更多的图片大连理工大学电气工程系3.2三相异步电动机的基本大连理工大学电气工程系3.2三相异步电动机的基本结构
三相异步电动机的外形
更多的图片大连理工大学电气工程系3.2三相异步电动机的基本结构大连理工大学电气工程系
三相异步电动机的外形3.2三相异步电动机的基本结构
更多的图片大连理工大学电气工程系三相异步电动机的外形3.2三相大连理工大学电气工程系UN400~690VfN50/60HzPN200~2300kW2p2~8
交流低压笼型异步电动机3.2三相异步电动机的基本结构
更多的图片大连理工大学电气工程系UN400~690V大连理工大学电气工程系UN690V,2~11kVfN50/60HzPN200~3000kW2p2~12
交流高压笼型异步电动机3.2三相异步电动机的基本结构
更多的图片大连理工大学电气工程系UN690V,2~11kV大连理工大学电气工程系二、三相绕组圈边首端尾端1.三相单层绕组例如:z=12,p=1,m=3,y=。两匝线圈
每极每相槽数q
z2pmq==122×1×3=2123456789101112定子槽SNU1U2一相绕组接线图(单层)3.2三相异步电动机的基本结构大连理工大学电气工程系二、三相绕组圈边首端尾大连理工大学电气工程系SN123456789101112U1简化的一相绕组接线图(单层)U2
槽距角α
相邻两槽中心线间的电角度。=p·360oz=1×
360o12=30°
极距
相邻两磁极中心线间的距离(槽数)。
z2p==122×1=63.2三相异步电动机的基本结构大连理工大学电气工程系SN123456789101112U1大连理工大学电气工程系
线圈节距y
线圈两圈边之间的距离(槽数)。当y=时,称为整距绕组;当y<时,称为短距绕组。
z2py===122×1=6SN123456789101112U1U2yV1V23.2三相异步电动机的基本结构大连理工大学电气工程系线圈节距yzy==大连理工大学电气工程系当q>1——分布绕组。当q=1——集中绕组。SN123456789101112U1U2V1V2W1W2三相单层整距分布绕组接线图3.2三相异步电动机的基本结构大连理工大学电气工程系当q>1——分布绕组。SN123大连理工大学电气工程系例如:z=12,p
=1,m
=3,y
=5。
由计算得:
q=2,α=30°,y<。2.三相双层绕组NS123456789101112串联U1U2※实线为外层线圈边,虚线为内层线圈边。3.2三相异步电动机的基本结构大连理工大学电气工程系例如:z=12,p=1,m=大连理工大学电气工程系
双层绕组3.2三相异步电动机的基本结构大连理工大学电气工程系双层绕组3.2三相异步电动机大连理工大学电气工程系3.2三相异步电动机的基本结构3.三相绕组的种类(1)单层绕组和双层绕组(2)整距绕组和短距绕组整距绕组y=短距绕组y<(3)集中绕组和分布绕组集中绕组q=1分布绕组q>1大连理工大学电气工程系3.2三相异步电动机的基本结构3大连理工大学电气工程系1.极数转子极数=定子极数因为:转子中的电动势和电流是感应出来的。三、笼型绕组p1=
p2=pNSSNNS
如果两者不相等,则转子转不起来。3.2三相异步电动机的基本结构×
×
×
×n0n0NS大连理工大学电气工程系1.极数转子极数=定大连理工大学电气工程系2.相数
笼型转子是对称多相绕组。
转子槽数能被磁极对数整除时m2=z2p
每对磁极下的每一根导条就构成一相。各对极下占相同位置的导条可看作是属于一相的并联导条,即每相有p
根导条并联。
m2=6
转子槽数不能被极对数整除时
m2=z2
即每一根导条就构成一相。NNSS1234567891011123.2三相异步电动机的基本结构大连理工大学电气工程系2.相数笼型转子是对称多相绕组。大连理工大学电气工程系3.匝数四、额定值N2=
12(一根导条相当于半匝)
三相异步电动机型号Y132S-6
功
率3kW
频
率50Hz电压380V
电
流7.2A
联
结Y转速960r/min
功率因数0.76
绝缘等级
B2p=6轴上输出额定机械功率PNP1N=
3
UNINcosNPN=NP1N=3
UNINcosN
N额定电压(线电压)额定电流(线电流)3.2三相异步电动机的基本结构大连理工大学电气工程系3.匝数四、额定值N2=1(一根大连理工大学电气工程系3.2三相异步电动机的基本结构
三相异步电动机的铭牌大连理工大学电气工程系3.2三相异步电动机的基本结构大连理工大学电气工程系
【例3.2.1】
Y180M-2型三相异步电动机,PN=22kW,UN=380V,三角形联结,IN=42.2A,N=0.89,fN=50Hz,nN=2940r/min。求额定运行时的:(1)转差率;(2)定子绕组的相电流;(3)输入有功功率;(4)效率。
解:(1)
由型号知2p=2,即
p=1,因此
n0=3000r/min,故sN=n0-nNn0=3000-29403000=0.02(2)由于定子三相绕组为三角形联结,故相电流为I1P
=IN33.2三相异步电动机的基本结构42.23=A=24.4A大连理工大学电气工程系【例3.2.1】大连理工大学电气工程系(3)输入有功功率P1N=3
UNINN
=1.732×380×42.2×0.89W=24719.2W=24.72kW(4)效率N=×100%PNP1N=×100%=89%2224.723.2三相异步电动机的基本结构大连理工大学电气工程系(3)输入有功功率P1N=3大连理工大学电气工程系3.3三相异步电动机的电动势平衡方程式一、定子电路的电动势平衡方程式电动势平衡方程式U1=-E1+(R1
+jX1)
I1E1=4.44kw1
N1f1Φm
=-E1+Z1I1定子绕组的电动势kw1定子绕组的绕组因数kw1N1定子绕组的有效匝数第3章异步电机的基本理论式中大连理工大学电气工程系3.3三相异步电动机的电动势平衡方大连理工大学电气工程系定子频率f1=pn060忽略R1和X1,则U1=E1=4.44kw1
N1fΦm
=U1
4.44kw1
N1f1即Φm正比于相电压U1
3.3三相异步电动机的电动势平衡方程式大连理工大学电气工程系定子频率f1=pn0忽略R1和X大连理工大学电气工程系E2s=
4.44kw2N2f2Φm
二、转子电路的电动势平衡方程式电动势平衡方程式转子绕组漏电抗X2s=
2f2L2转子绕组电动势kw2转子绕组的绕组因数(笼型绕组kw2=1)kw2N2转子绕组的有效匝数3.3三相异步电动机的电动势平衡方程式0=E2s-(R2+jX2s)I2s=E2s-Z2sI2s式中大连理工大学电气工程系E2s=4.44kw2N2f2Φ大连理工大学电气工程系f2=p(n0-n)60=
s
f1转子频率=pn060n0-nn0E2
=
4.44kw2N2f1Φm
转子静止时,f2=f1转子静止时的漏电抗
X2=
2f1L2转子静止时的电动势
X2s=
s
X2E2s=
s
E2则3.3三相异步电动机的电动势平衡方程式大连理工大学电气工程系f2=p(n0-n)=sf1转子大连理工大学电气工程系
【例3.3.1】
某绕线型三相异步电动机,nN=2880r/min,fN=50Hz,转子绕组开路时的额定线电压U2N=254V。求该电动机在额定状态下运行时转子每相绕组的电动势E2s和转子频率f2。
解:由nN=2880
r/min
,可知n0=3000r/min,则sN=n0-nNn0=3000-28803000=0.04
由于转子绕组为星形联结,故转子绕组开路时的相电压为U2=E2=U2N32541.732=V=146.82V3.3三相异步电动机的电动势平衡方程式大连理工大学电气工程系【例3.3.1】大连理工大学电气工程系额定状态下运行时
E2s=sNE2
=0.04×146.82V=5.87Vf2=sNf1=0.04×50Hz=2Hz3.3三相异步电动机的电动势平衡方程式大连理工大学电气工程系额定状态下运行时大连理工大学电气工程系※三、绕组因数kw
=kp
ks1.节距因数整距线圈的电动势SN
y=Ec'Ec"Ec'Ec"EcEc=Ec'-Ec"
短距线圈的电动势SNEc'Ec"yEc'EcEc"y180oEc=Ec'-Ec"Ec=2Ec'
sin90°yEc
=2Ec'3.3三相异步电动机的电动势平衡方程式大连理工大学电气工程系※三、绕组因数kw=kpksS大连理工大学电气工程系kp=sin90°y=短距线圈的电动势整距线圈的电动势2.分布因数集中绕组
E=q个线圈电动势的代数和=qEc
分布绕组
E=q个线圈电动势的相量和<
qEc两者之比,即在整距绕组中kp=1
在短距绕组中kp<1
3.3三相异步电动机的电动势平衡方程式大连理工大学电气工程系kp=sin90°大连理工大学电气工程系已知:相邻两个线圈电动势的相位差为。设:q=3,则Ec1Ec2Ec3q2Ec3Ec1Ec2REqEc
=
2Rsin2Eq
=
2Rsinq
2q2Eq
=Ecsin2sin=qEc
ks=q
Ecsinq
sin2q23.3三相异步电动机的电动势平衡方程式大连理工大学电气工程系已知:相邻两个线圈电动Ec1Ec2大连理工大学电气工程系3.4三相异步电动机的磁通势平衡方程式一、磁通势平衡方程式1.定子旋转磁通势F1m=0.9m1kw1N1
I12p
转向与定子电流相序一致。
转速
n1=
n0=p60f1
幅值第3章异步电机的基本理论大连理工大学电气工程系3.4三相异步电动机的磁通势平衡方大连理工大学电气工程系2.转子旋转磁通势F2m=0.9m2kw2N2
I2s2p
转向
幅值与转子电流的相序一致,即与定子电流相序一致。
转速
(1)转子旋转磁通势相对于转子的转速
n2=p60f2=s
n0(2)转子旋转磁通势相对于定子的转速
n2+n=s
n0+(1-s)
n0=n03.4三相异步电动机的磁通势平衡方程式大连理工大学电气工程系2.转子旋转磁通势F2m=0.9大连理工大学电气工程系
结论(1)
转子旋转磁通势与定子旋转磁通势在空间是沿同一方向以同一速度旋转的。(2)
二者组成了统一的合成旋转磁通势,共同产生旋转磁场。3.4三相异步电动机的磁通势平衡方程式大连理工大学电气工程系结论3.4三相异步电动机的磁大连理工大学电气工程系F1m+F2m=F0m3.磁通势平衡方程(1)理想空载时
I2s=0,I1=I0旋转磁通势的幅值为F0m=0.9m1kw1N1
I02p(2)负载时m1kw1N1
I1+m2kw2N2
I2s=m1kw1N1
I03.4三相异步电动机的磁通势平衡方程式大连理工大学电气工程系F1m+F2m=F0m3.大连理工大学电气工程系单相电流通过单相绕组产生脉振磁通势和脉振磁场
脉振磁场:轴线不变,大小和方向随时间交变的磁场。
脉振磁通势:产生脉振磁场的磁通势。U1U2NS12FU1U2U1二、脉振磁通势3.4三相异步电动机的磁通势平衡方程式大连理工大学电气工程系单相电流通过单相绕组产生脉振磁通势和脉大连理工大学电气工程系U1U3U4U2SNNSU1U2与U3U4串联:×●●×14FU3U1U2U4U1
脉振磁通势的幅值绕组磁通势的幅值=kwN
Im=
2kwN
I气隙矩形波磁通势的幅值2kwN
I2p=3.4三相异步电动机的磁通势平衡方程式大连理工大学电气工程系U1U3U4U2S大连理工大学电气工程系气隙基波磁通势的幅值2kwN
I2p=4Fpm
=0.9kwN
Ip三、旋转磁通势三相电流通过三相绕组时,三相绕组的三个基波脉振磁通势为FpU=Fpmsin
tFpV=Fpmsin(
t-120o)FpW=Fpmsin(
t+120o)3.4三相异步电动机的磁通势平衡方程式大连理工大学电气工程系气隙基波磁通势的幅值2kwNI=大连理工大学电气工程系U1U2V1V2W2W1NS×××将它们用空间矢量表示,其参考方向如图FpU
FpV
FpW
3.4三相异步电动机的磁通势平衡方程式大连理工大学电气工程系U1U2V1V2W2W1N××将它们用大连理工大学电气工程系FpVFpWFm30°30°FpW=Fpmsin120o=FpU=Fpmsin0o=032FpmFpV=Fpmsin(-120o)=-32Fpm
当t=0o时
Fm=32Fpm3.4三相异步电动机的磁通势平衡方程式大连理工大学电气工程系FpVFpWFm30°30°FpW=大连理工大学电气工程系FpU=Fpmsin90o=Fpm
FpV=Fpmsin(-30o)=-
Fpm/2FpW=Fpmsin210o=-
Fpm/2FpW+FpV60°FpVFpWFpU60°Fm=23FpmFm
结论:F的大小不变。Fm=Fpm=m20.9m
kwN
I2p当t=90o时3.4三相异步电动机的磁通势平衡方程式大连理工大学电气工程系FpU=Fpmsin90o=大连理工大学电气工程系
【例3.4.1】
有一三相双层绕组,z
=36,p
=2,y
=8/9,N
=96。(1)分析该绕组的类型;(2)若旋转磁场磁通最大值m=0.011Wb,转速n0=1500r/min,则每相绕组中产生的电动势的有效值是多少?(3)若通过每相绕组的电流有效值为I
=2.04A,该三相绕组产生的旋转磁通势的幅值是多少?
解:(1)
由于y
=8/9<,故为短距绕组。由于q
=z2pm=362×2×3=3>1(2)电动势——分布绕组kp=sin90°y=sin(×90°)89=0.9853.4三相异步电动机的磁通势平衡方程式大连理工大学电气工程系【例3.4.1】大连理工大学电气工程系
=
p·360°zks=2qsin2qsin=2×360°36=20°=20°2sin(3×)3sin20°2=0.96f=pn060=50Hz=Hz2×150060E=
4.44fkw
NΦm
=
4.44×50×0.985×0.96×96×0.011V=220V3.4三相异步电动机的磁通势平衡方程式大连理工大学电气工程系=p·360°ks=大连理工大学电气工程系(3)磁通势F=0.9m
kwN
I2p0.9×3×0.985×0.96×96×2.042×2=A=125A3.4三相异步电动机的磁通势平衡方程式大连理工大学电气工程系(3)磁通势F=0.9mkw大连理工大学电气工程系四、高次谐波磁通势和电动势
磁极的磁场=基波磁场+奇次谐波磁场v次谐波的磁极对数:v次谐波电动势频率:v次谐波电动势大小:v次谐波的绕组因数:v次谐波的节距因数:v次谐波的分布因数:pv=vp1f
v=vf
1Ev=4.44
f
v
kwvNΦmkwv=kpvksv基波极对数
pkpv=sinv
y90°ksv=q22sinvqsinv3.4三相异步电动机的磁通势平衡方程式大连理工大学电气工程系四、高次谐波磁通势和电动势大连理工大学电气工程系(1)
在同步电机中,谐波磁通势所产生的磁场在转子表面产生涡流损耗,使电机发热,
。(2)
在感应电机中,谐波磁场产生寄生转矩,影响其起动性能;损耗,cos,温升,
。
y=(0.8~0.83)
谐波电动势的影响
使发电机电动势波形变坏,供电质量,杂散损耗,
,温升;干扰邻近通信线路。措施
改善气隙磁场分布;采用短距绕组和分布绕组;笼型异步电动机转子采用斜槽形式。
谐波磁通势的影响3.4三相异步电动机的磁通势平衡方程式大连理工大学电气工程系(1)在同步电机中,谐波磁通势所产生大连理工大学电气工程系3.5三相异步电动机的运行分析一、等效电路+U1-I1R1jX1-E1+-
E2s+jX2sR2I2sf1f2m1、
kw1N1m2、
kw2N21.频率折算I2s=sE2R2+jsX2=E2+jX2R2s=I2第3章异步电机的基本理论大连理工大学电气工程系3.5三相异步电动机的运行分析一大连理工大学电气工程系
频率归算的物理含义
用一个静止的、电阻为R2
/s的等效转子去代替电阻为R2的实际旋转的转子。
3.5三相异步电动机的运行分析R2s=R2+1-ssR2+U1-I1R1jX1-E1+-
E2+jX2R2I2f1f1m1、
kw1N1m2、
kw2N21-sR2s转子所产生的机械功率相对应的等效电阻大连理工大学电气工程系频率归算的物理含义用一大连理工大学电气工程系2.绕组折算
用一个相数和有效匝数与定子绕组相同的转子绕组去等效代替实际的转子绕组。等效的原则:保证电磁效应和功率关系不变。(1)
电动势的折算折算前:折算后:定、转子的电动势之比:
E2'
=E1=ke
E2E2=
4.44f1
kw2N2Φm
E2'
=E1=
4.44f1
kw1N1Φm
=kw1N1kw2N2E2'E2ke
=E1E2=3.5三相异步电动机的运行分析大连理工大学电气工程系2.绕组折算用一个相大连理工大学电气工程系(2)电流的折算折算前:折算后:F2=0.9m2kw2N2
I22pF2'=0.9m1kw1N1
I2'2p电流比:=m1kw1N1m2kw2N2I2I2'ki
=0.9m2kw2N2
I22p=0.9m1kw1N1
I2'2pI2kiI2'
=3.5三相异步电动机的运行分析大连理工大学电气工程系(2)电流的折算折算前:折算后:F2大连理工大学电气工程系(3)阻抗的折算折算前:Z2=+jX2R2s=E2I2折算后:Z2'
=+jX2'R2's=E2'I2'阻抗比:|Z2'||Z2|kZ
==E2'
I2E2
I2'=keki
Z2'
=kZ
Z2R2'
=kZ
R2X2'
=kZ
X23.5三相异步电动机的运行分析大连理工大学电气工程系(3)阻抗的折算折算前:Z2=+j大连理工大学电气工程系3.等效电路及其简化-
E1=E2'++U1-I1R1jX1jX2'
R2'I2'1-sR2'sR0jX0I0-
E1=E2'++U1-I1R1jX1jX2'
R2'I2'1-sR2'sR0jX0I03.5三相异步电动机的运行分析大连理工大学电气工程系3.等效电路及其简化-+I1R1大连理工大学电气工程系U1=-E1+(R1+jX1)
I1二、基本方程式E1=E2'
I1+I2'
=I03.5三相异步电动机的运行分析+jX2'
)
I2'0=E2'
-(R2'sE1=-Z0I0大连理工大学电气工程系U1=-E1+(R1+jX1大连理工大学电气工程系I2'R2'sI2'三、相量图E1=E2'2jX2'I2'-I2'I0I1-E1R1I1jX1I1U1
设E1=E2'=E10o3.5三相异步电动机的运行分析大连理工大学电气工程系I2'R2'I2'三、相量图E1大连理工大学电气工程系
【例3.5.1】
一台三相4极笼型异步电动机,UN=380V,三角形联结,fN=50Hz,nN=1452r/min,R1=1.33,X1=2.43,R2'
=1.12,X2'
=4.4,R0=7,X0=90。试用T形和简化等效电路计算额定状态下运行时的定子相电流、转子相电流和励磁电流。I2I1I0解:(1)应用T形等效电路sN=n0-nNn0=1500-14521500=0.032Z1=R1+jX1=(1.33+j2.43)Z2'
=R2'
/s
+jX2'
=(1.12/0.032+j4.4)=2.7761.3o
=35.287.17o
3.5三相异步电动机的运行分析大连理工大学电气工程系【例3.5.1】大连理工大学电气工程系3.5三相异步电动机的运行分析Z0=R0+jX0=(7+j90)=90.2785.55o
设U1=3800oV=11.47-29.43O
A=10.02170.11O
AI0=I1+I2'
=3.91-88.27O
AI1=
U1Z1+Z0Z2'Z0+Z2'I2'=-Z0Z0+Z2'I1或I0=Z2'Z0+Z2'I1=3.91-88.27O
A大连理工大学电气工程系3.5三相异步电动机的运行分析大连理工大学电气工程系(2)应用简化等效电路I2'=-U1Z1+Z2'=10.28169.35O
AI0=U1Z0=4.21-85.55O
A=A3800O
90.2785.55o
I1=I0-I2'
=12.08-30.32o
A=4.21-85.55O
-10.28169.35O
A3.5三相异步电动机的运行分析大连理工大学电气工程系(2)应用简化等效电路I2'=-U大连理工大学电气工程系一、三相异步电动机的功率1.输入功率P1P1=3U1I1cos13.6三相异步电动机的功率和转矩=3U1LI1Lcos12.
定子铜损耗PCu1PCu1=m1R1I12=3R1I123.
铁损耗PFe(转子铁损耗忽略不计)
PFe=m1R0I02=3R0I02第3章异步电机的基本理论大连理工大学电气工程系一、三相异步电动机的功率3.6大连理工大学电气工程系R2's=m1I2'24.电磁功率PePe=P1-PCu1-PFePe=m2E2I2cos2=m1E2'
I2'cos25.转子铜损耗PCu2
PCu2=m2R2I22=m1R2'
I2'
2=s
Pe3.6三相异步电动机的功率和转矩=m1R2'I2'
2+m1R2'I2'
21-ss大连理工大学电气工程系R2'=m1I2'24大连理工大学电气工程系8.输出功率P2P2=Pm-P0=Pe-PCu2-P0=P1-PCu1-PFe-PCu2-P06.机械功率PmPm=Pe-PCu21-ss
Pm=m1R2'I2'2=(1-s
)Pe7.空载损耗P0
P0=Pme+Pad机械损耗附加损耗3.6三相异步电动机的功率和转矩大连理工大学电气工程系8.输出功率P26.机械功率P大连理工大学电气工程系P1PCu1+PFePePCu2P0P2Pm
总损耗Pal
Pal=PFe+PCu+Pme+Pad=PFe+(PCu1+PCu2)+Pme+Pad
功率平衡方程式
P2=P1-Pal
效率=×100%P2P13.6三相异步电动机的功率和转矩大连理工大学电气工程系P1PCu1+PFePePCu2P0P大连理工大学电气工程系
【例3.6.1】
某三相异步电动机,UN=380V,形联结,f1=50Hz,R1=1.5Ω,R2'=1.2Ω。在拖动某负载运行时,相电流I1=11.5A,I2'=10A,=0.86,=82%,
n
=1446r/min。求:该电机的
P1、Pe、Pm和P2
。解:同步转速T2=TL=140N·m3.6三相异步电动机的功率和转矩n0
=60f1p
=60×502r/min=1500r/min转差率s
=n0-nn0=1500-14461500=0.036大连理工大学电气工程系【例3.6.1】大连理工大学电气工程系输入功率P1=3U1I1
=3×380×11.5×0.86W=11.27kW
P2
=
P1=0.82×11.27kW=9.24kW
Pm
=(1-s)Pe=(1-0.036
)×10kW=9.64kW3.6三相异步电动机的功率和转矩输出功率电磁功率机械功率Pe
=m1I2'2R2'
s=3××10
2
W=10kW
1.20.036大连理工大学电气工程系输入功率P1=3U1I1大连理工大学电气工程系二、三相异步电动机的转矩Pm=P2+P0T
=T2+T0÷Ω1.电磁转矩TT
=PmPmn
=9.55
=60Pm2nT
=Pe0
=60Pe2n0Pen0
=9.552.空载转矩T0T0
=P0
=60P02nP0n
=9.553.输出转矩T2T2
=P2
=60P22nP2n
=9.553.6三相异步电动机的功率和转矩大连理工大学电气工程系二、三相异步电动机的转矩Pm=P2大连理工大学电气工程系
电动机的负载转矩为TL,稳定运行时T2=TL若TL→T2>TL→n
→s→E2s→I2s
(I1)T
→T2=TL→重新稳定运行(n较高,I1较小)。
一般T0很小,在满载或接近满载时,3.6三相异步电动机的功率和转矩T0
T因此T
=T2=TL大连理工大学电气工程系电动机的负载转矩为TL,稳定运行时大连理工大学电气工程系
【例3.6.2】求例3.6.1中的电动机的转矩T2、
T0
和T
。解:输出转矩电磁转矩空载转矩T2
=60P22n×609.24×103
2×3.141446=N·m=61.05N·mT0
=60P02n600.4×103
2×3.141446=N·m=2.64N·m×
P0=Pm-P2=(9.64-9.24)kW=0.4kW
空载损耗T
=T0+
T2=(2.64+61.05)N·m=63.69N·m
3.6三相异步电动机的功率和转矩大连理工大学电气工程系【例3.6.2】求例3大连理工大学电气工程系T
=60Pe2n06010×103
2×3.141500=N·m=63.69N·m×
T
=60Pm2n609.64×103
2×3.141446=N·m=63.69N·m×
或者3.6三相异步电动机的功率和转矩大连理工大学电气工程系T=60Pe大连理工大学电气工程系3.7三相异步电动机的运行特性
当U1=U1N,f1=f1N时,
n=
f(P2)I1
=
f(P2)T=
f(P2)
=
f(P2)
=
f(P2)运行特性nI1T
P2
→
n→
I1(I2)
→
T(P1)
在额定功率附近,和
最高。第3章异步电机的基本理论OP2n,,,
I1,
T大连理工大学电气工程系3.7三相异步电动机的运行特性大连理工大学电气工程系3.8单相异步电动机Oft一、脉振磁场定子:单相绕组;转子:笼型。定子单相绕组产生的脉振磁场第3章异步电机的基本理论U1U2SNNS大连理工大学电气工程系3.8单相异步电动机Oft一、脉大连理工大学电气工程系
脉振磁通势的分解FtfOFF=FR
=F
/2FFFR3.8单相异步电动机大连理工大学电气工程系脉振磁通势的分解FtfOFF=F大连理工大学电气工程系ftOt1t2t3t4t5t6t7t8t=0FFFRt1FFFRF
FFFRt2F
t3FFRFFt4FR
FFt5FRFFt6F
FR
FFt7FRFFt8FFFR3.8单相异步电动机大连理工大学电气工程系ftOt1t2t3t4t5t6t7t8大连理工大学电气工程系二、工作原理当转子与旋转磁场转向相同时,转差率
s=<1n0-nn0当转子与旋转磁场转向相反时,转差率
当转子静止时,n=0,sF=sR=1时
TF
=TR,Tst
=0
当转子旋转时,n≠0时3.8单相异步电动机s=n0+nn0>
1大连理工大学电气工程系二、工作原理当转子与旋转磁场转向相同时大连理工大学电气工程系
转子顺时针方向旋转TOs1sF
sRTFTRsF<1,sR>1TF>TRT=TF-TR
≠
0,转子继续顺时针方向旋转。
转子逆时针方向旋转TOs1sR
sFTRTFsF>1,sR<1TR>TFT=TF-TR
≠
0转子继续逆时针方向旋转。
3.8单相异步电动机大连理工大学电气工程系转子顺时针方向旋转TOs1sF大连理工大学电气工程系三、起动方法1.两相起动
定子绕组:主绕组辅助绕组(工作绕组)(起动绕组)原理:→旋转磁场→起动转矩两相电流3.8单相异步电动机大连理工大学电气工程系三、起动方法1.两相起动主绕组(工作大连理工大学电气工程系转子~uCW1W2S1S2Q
单相电容电动机的原理图工作绕组起动绕组3.8单相异步电动机iwisi大连理工大学电气工程系转子~uCW1S1大连理工大学电气工程系
单相电容起动电动机3.8单相异步电动机
更多的图片大连理工大学电气工程系单相电容起动电动机3.8单相异大连理工大学电气工程系~
转子2.罩极起动
短路环
定子
定子磁极3.8单相异步电动机大连理工大学电气工程系~转子2.罩极起动短路环大连理工大学电气工程系*3.9三相直线异步电动机定子转子旋转电机初级次级直线电机第3章异步电机的基本理论大连理工大学电气工程系*3.9三相直线异步电动机定子转子大连理工大学电气工程系*3.9三相直线异步电机初级(a)短初级(b)短次级次级
单边型直线电动机次级初级次级初级初级
双边型直线电动机大连理工大学电气工程系*3.9三相直线异步电机初级(a大连理工大学电气工程系*3.10三相异步发电机第3章异步电机的基本理论CCCM3~QZL
单机运行的异步发电机ΦrΦ
IC
E
并联电容后的相量图大连理工大学电气工程系*3.10三相异步发电机第3章大连理工大学电气工程系*3.10三相异步发电机OICEErEICIC=EXC=2
f
CE电容线电容线异步发电机的自励过程AtanC=EIC=XC=12
f
CC→
C→E
C→
C→E
BCC
自励的条件(1)转子铁心要有剩磁。(2)定子绕组必须并联电容。(3)必须有足够的电容。大连理工大学电气工程系*3.10三相异步发电机OIC大连理工大学电气工程系练习题3.1.13.2.13.2.23.2.33.3.13.3.23.4.13.4.23.4.33.5.13.5.23.5.33.6.13.6.23.6.33.6.43.6.5*以教师画勾的题为准。第3章异步电机的基本理论下一章大连理工大学电气工程系练习题3.1.1第3章异步电107
以上有不当之处,请大家给与批评指正,谢谢大家!107大连理工大学电气工程系第3章异步电机的基本理论3.1三相异步电动机的工作原理
3.2三相异步电动机的基本结构3.5三相异步电动机的运行分析3.6三相异步电动机的功率和转矩3.7三相异步电动机的运行特性3.8单相异步电动机*3.9三相直线异步电动机
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