华中科技大学 电机学 第五章 异步电机 ppt.ppt

1、机电一体化，(第五章异步电机)，异步电机基本工作原理，异步电机三种运行状态，异步电机基本结构，异步电机定额，5.1概要，3，三相异步电机主要用作电动机，在各种生产机械拖动的民生生活中，扇风机、洗衣机、冰箱、空调等以单相异步电机拖动4、优点：结构简单，制造简单，价格便宜，运行可靠，结实，运行效率高，具有适用的工作特性。 缺点：功率因数差，电机在运行中必须从电力网中吸收电感性无功功率，因此，目前功率因数始终小于1，不能在经济上较宽的范围内平稳地调速。鼠笼式电机优缺点、5、鼠笼式电机分类、定子相数、单相鼠笼式电机、两相鼠笼式电机、三相异步电动机、绕线型鼠笼式电机、笼型鼠笼式电机、转子结构，6，1、鼠

2、笼式电机基本结构，异步电动机外形图异步电动机结构图，7，1层厚度0.5mm的硅钢片叠层而成。 为了嵌入定子绕组，在定子打孔机的内周均匀地打入多个相同形状的槽。8、定子槽型：半闭口槽适用于小型鼠笼式电机，其绕组由圆导线缠绕。 半开口槽适用于低压中型鼠笼式电机，其绕组为模压线圈。 开口槽适用于高压中型鼠笼式电机，其线圈是用绝缘胶带包裹进行了油漆作处理的成型线圈。 9、定子绕组：构成感应电动势、电流流动、实现机电能量转化的电路部。 通常采用双重短距离绕组，小型电机可采用单层绕组的对中小容量的低压异步电滚子，通常引出定子三相绕组的6根引线，可根据需要灵活地连接成“y”形或“d”形。10、机台：固定支承

3、定子铁元素心。 被要求有一盏茶的机械强度。 11、2 .转子转子铁元素芯：在电动机主磁路的构成部分，放置转子绕组。 层叠了厚度0.5mm的硅钢板，在转子的外周均匀分布的形状相同的槽进行冲裁。12、转子槽型、槽型的选择主要取决于对运行性能和起动性能的要求。 常见的转子槽型，13，笼型转子铁元素芯和绕组结构示意图，笼型绕组：在转子铁元素芯的各个槽内各放置1根导体，在铁元素芯的两端放置2个异狄氏剂片，分别连接所有导体的突出槽外部分和异狄氏剂片。 像笼型绕组一样铸铝，对中大型电机为了减少损失、提高效率多采用铜条焊接。 转子绕组：构成电路的部分有笼型和绕线型两种绕组模式。 斜槽形式、14、绕线型绕组：是

4、具有与定子绕组相同相数、极数的三相对称绕组，采用双波绕组或层叠绕组。 一般连接成星形，三相绕组的三个引出线分别与旋转轴上的三个滑环连接，通过电刷与外部电路连接。 绕线型转子的特征是，通过滑动刷在转子电路中加入附加电阻，改善电滚子的起动性能，可以调节其转速。 15、支持转子铁元素心和输出、输入机械扭矩。 旋转轴，16，定义：固定，转子间的间隙也是马达主磁路的一部分。 空气隙的大小对鼠笼式电机的性能影响很大。 为了减小电机主磁路的磁敏电阻，降低电机的励磁电流，提高电机的功率因数，请尽量减小空气隙。 请将鼠笼式电机的空气隙长度设定为转子运行过程中不发生机械摩擦所允许的最小值。 中小型鼠笼式电机的空气

5、隙长度一般为0.21.5mm。 3、空气隙、空气隙大：磁敏电阻大，励磁电流(空载电流)大，功率因数低空气隙磁场的间谐波含量(因漏磁通导致的附加损失)减少，起动性能得到改善。 空气隙小：受可加工性和机械安全的限制。、17、2、鼠笼式电机的基本工作原理是：鼠笼式电机定子三相对称绕组与三相对称交流网相连，转子绕组对称短路。 定子绕组中流过三相对称电流，在空气隙中产生基波旋转磁场。 空气隙的旋转磁场在短路的转子线圈中感应电动势产生电流。 该感应电流与空气隙中的旋转磁场相互作用产生电磁转矩，驱动转子旋转，实现鼠笼式电机的运转。两极鼠笼式电机示意图、18、三、鼠笼式电机的三个运转状态、1、鼠笼式电机的滑动

6、率、同步转速n1定子线圈中流过频率f1的三相对对称电流，瓦斯气体同步转速的大小依赖于电流频率f1和线圈极对数p，从超前电流相线圈转向延迟电流相线圈。 转子转速n将转子的机械转速作为转子转速，标记为n。 滑差率s :将同步转速n1与转子转速n之差相对于同步转速n1之比设为s。 19、异步电机的转子可以用带负荷机或原动机驱动，在不同的转子外部条件下，异步电机以不同的转速和不同的滑动率运行，对应不同的运行状态。 根据滑动率的正负、大小，鼠笼式电机分别对应于电滚子、发电机、电磁刹车器三种不同的运行状态。 2、鼠笼式电机的三个运转状态，0s0:电机状态右手法则- e2发生- e2同方向左手法则- Tem

7、发生- Tem和n同方向转向，Tem是驱动转矩旋转磁场拖动转子：电机，20，nn1 s e2发生- Tem是阻尼转矩转子拖动旋转磁场：发电机， n1 :电磁制动状态右手定则- e2发生- i2与e2同方向左手定则- Tem发生- Tem和n反转，Tem为阻尼转矩旋转磁场阻碍转子运动：电磁制动状态，21，鼠笼式电机只在定子一侧加电源的情况下，该指引作用确定转子和空气隙的旋转磁场不同步，即非同步(s不等于0 ) 总结，22，4，异步电滚子的额定功率，23，额定功率PN :输出到旋转轴的机械功率，单位为w或kW。 额定电压UN :施加在定子线圈上的线间电压，单位为v。 额定电流IN :电滚子以额定电

8、压额定频率向轴端输出额定功率时的定子线圈的线电流，单位为a。 额定频率fN :我国的电力网频率fN=50Hz。 额定转速nN :电滚子向额定电压、额定频率轴端输出额定功率时的转子转速，单位为r/min。 额定效率n。 额定功率率cosN。 额定三相异步电动机之间的关系如下： 24，2 )铭牌上写有“380V，d连接”时，在电动机正常运转时只能采用“d”连接，但在电动机起动中能够连接380V电源，绕组通过“y”连接完成起动，并恢复，2 .关于中低压电动机1，铭牌上写有“380 /” 电源电压为220V时，用“d”连接。 提示： 1、高压电滚子的定子绕组只有3条线。 电源电压符合电滚子标牌电压值即

9、可使用。 定、转子基波磁通势空间相对静止、5.2三相异步电动机运行原理、转子静止时的鼠笼式电机、转子旋转时的鼠笼式电机、鼠笼式电机残奥仪表测量、内部电磁关系、电压平衡方程、磁通势平衡方程式、绕组换算和等效电路、26、一、转子静止时的异步电动机转子绕组短路，对定子绕组施加三相对对称的电压。在空气隙中仅感应基波磁通，在转子绕组中仅感应基波电位，27，1定，转子基波磁通势空间相对静止，在定子侧：对定子绕组施加了三相对称电压定子三相对称绕组中，流过频率f1的三相对称电流I1，定子绕组在空气隙空间产生圆形的旋转基波磁通势f1 圆形旋转基波磁通势F1从提前角电流相绕组轴线转向延迟角电流相绕组轴线(A-B-

10、C ) . 28、转子侧：转子绕组短路、旋转轴固定圆形旋转磁场切断转子绕组、产生频率f2的三相对对称感生电动势(f2pn1/60，f2=f1 )的三相对对称的感生电动势闭合、在转子绕组中产生三相对对称电流I2的转子绕组，将圆形的旋转基波磁通势f2 圆形旋转基本波磁通势F2从提前角电流相绕组轴线向滞后角电流相绕组轴线(A-B-C )、即与定子旋转磁通势F1相同方向转向。 由于F2和F1为相同转速、相同转向(n2 n1 )，所以固定、转子基波磁通势空间相对静止，保持29，2内部电磁关系，空气隙中的旋转磁场由F2和F1共同制成，即F2和F1空间向量可以合成为一个等效励磁磁通势Fm :30，3电压平衡

11、方程，R1、R2 、31、定、转子绕组感生电动势变化比ke :定、转子绕组电动势的比定、转子侧电动势平衡方程，从电路解析的观点出发，转子静止时的鼠笼式电机电压方程式和二次侧短路时的电压互感器电压方程式类似，32、定、转子电动势F1和F2空间相对静止，因此Fm， 用于产生空气隙旋转基波磁场的励磁成分F1L是负载成分，用于平衡转子磁通势的作用，与和转子磁通势的大小相等的方向相反。 选择33、F1和I1同相、F2和I2同相、Fm和Im同相，用电流的时间拓扑关系表示磁通势的空间拓扑关系，磁通势平衡方程定义为：电流比，则磁通势平衡方程为：异步电滚子定子电流I1分为Im和Im，Im为励磁成分，用于制作电动

12、机铁芯的主磁通m。 I1L是负载成分，用于确立磁通势F1L来平衡转子磁通势F2。 34、转子静止时的基本方程、定子侧：转子侧：定、转子相关方程式：感生电动势方程式：Zm=Rm jXm表示励磁阻抗Rm是励磁电阻，表示铁损耗的等效电阻Xm是励磁电抗，反映了主磁通在电路中的作用。 将与绕组换算等效电路、35、绕组换算、转子绕组换算实相数m2、绕组圈数N2、绕组系数kN2的转子绕组换算成与定子绕组相同相数m1、具有与相同圈数N1相同的绕组系数kN1的转子绕组。 换算原则：空气隙主磁通不变定子的各物理量不变，与电力网等效的转子的磁通势不变，各种功率不变(功率因数不变)。 绕组换算主要有电流换算、电动势换

13、算、阻抗换算。 36、电流换算根据换算前后的转子磁通势不变原则电动势换算根据换算前后的转子电动势不变原则、37、阻抗换算根据换算前后的转子功率不变原则、38、换算成定子侧的鼠笼式电机基本方程组、39、等效电路换算后40、残奥表的物理意义，在异步电滚子中由于固定/转子的泄漏电阻，固定/转子三相电流的联合产生的泄漏磁通，固定/转子的各相引起的电抗，Rm为励磁电阻，表示铁元素芯损失的等效电阻的Xm为励磁电抗，反映了主磁通在电路中的作用，是非线性的。 R1/R2为固定/转子线圈电阻，换算后转子静止时的鼠笼式电机等效电路与二次侧短路时的电压互感器等效电路相同。 定、转子基波磁通势空间相对静止、5.2三相

14、异步电滚子运行原理、转子静止时的异步电滚子、转子旋转时的异步电滚子、异步电滚子残奥仪表测量、内部电磁关系和基本方程、频率换算和绕组换算、转子旋转对转子侧各量的影响、等效电路、42、 转子旋转时的非同步电滚子：假设转子绕组短路，、空气隙仅具有基波磁通，固定，转子绕组仅感应基波电位。 二、转子旋转时的异步电滚子，43，1，转子旋转对转子的各物理量的影响转子频率旋转时，转子线圈的电动势和电流的频率与转子的转速有关，依赖于空气隙旋转磁场和转子的相对速度(n1-n )。 转子的电动势和电流的频率称为转子频率，由于转子频率与滑动率成正比，所以也称为滑动频率。 在鼠笼式电机额定负载时，s通常在0.020.0

15、5的范围内，即f1=50Hz的情况下，f2=12.5Hz，转子旋转时的转子感应电位和电流的频率低，因此，可以忽略转子铁损耗。 44、转子相绕组感生电动势转子相绕组漏阻抗转子相电流，45、转子旋转后，由转子电流引起的转子基波旋转磁通势，转子基波旋转磁通势和定子基波旋转磁通势相对于转子绕组的转速不动，即定，转子磁通势空间为2、常数，转子磁通势空间还相对静止，46、转子静止或旋转，常数，不管与转子磁通势在空间上总是相对静止，用同步速度n-1旋转就能够合成空间向量，合成的励磁磁通势即磁通势平衡方程变化，47、转子电路的频率与3、内部电磁关系和基本方程、空气隙中的旋转磁场F2和F1共同建立的F2和F1的

16、空间相对静止，转速相同n1。 48、转子旋转时的基本方程、电压平衡方程、定子侧：转子侧：磁通势平衡方程、转子电路的频率由于转子电阻转子的漏电电阻与频率成正比，所以有的转子电动势的大小与频率成正比。 49、根据分析，可以得到固定、转子电路的电动势方程和等效电路： 4、频率换算和绕组换算、转子电路的频率和定子电路的频率不同，两者的基本方程和等效电路不能直接连通，不能得到统一的等效电路。 因此，需要求出“等效静止转子”，将转子系统的频率换算为定子系统的频率。 50、转子频率换算、频率换算定义：将实际旋转的转子电路换成等效的静止转子电路，使转子电路和定子电路具有相同的频率。 频率换算原则：频率计算前后，转子磁通势保持恒定，磁通势平衡关系保持不变，定子电流大小和相位不变，损耗和功率不变(对电力网等效)。 转子的旋转的有无对转子绕组的频率有影响，但相对于定子的转速(即同步速度)，对转子磁通势没有影响。 现在，求出所谓的“等价”静止转子，其发生的磁通势必定比转子旋转时的磁通势不变，只是转子线圈的频率变化，这就是转子线圈的频