电机学课件-三相感应电动机基本知识

1、感应电动机-异步电动机,感应电机主要用作电动机，应用最广泛的一种电动机，有75%的电能由感应电动机消耗。,具有结构简单、价格低廉、运行可靠、效率较高、维修方便等一系列优点。 主要缺点是不能低成本实现在较广泛范围内平滑调速，必须从电网吸收滞 后电流，使电网的功率因数降低，普通的鼠笼式异步电动机，还具有起动 特性较差的缺点。,第九章 异步电机的基本结构和工作原理,定子产生旋转磁场,转子-产生并输出扭矩,转子铁芯,转子绕组,转轴,气隙0.21,轴承,三相感应电动机的结构,三相感应电动机的结构,定子铁心,定子冲片,轭部,齿部,定子线圈,有效部分,端部,机座,鼠笼转子,结构简单，坚固，成本低,绕线转子照

2、片,通过外串电阻改善电机的起动，调速等性能,感应电机分类,按定子绕组供电电源相数,按转子绕组的结构,感应电机铭牌,铭牌：型号，额定值，绕组联结方式，绝缘等级,防护 等级,生产厂家等,型号：Y132S-4,Y-异步电动机；132-机座中心高度 132mm，S-短铁心；4-极数。 额定值:正常运行时的主要数据指标。 绕组联结方式：接法或者Y接法。 大功率用接 法或多个并联接法, 绝缘等级:所用材料能保证电动机能长期(20年)工作的 最高温度. A,E,B,F,H,C 防护等级, 如IP44,感应电机额定值,额定电压UN： (V)，额定运行时，规定加在定子绕组上的线电压； 额定频率fN： (Hz)，

3、规定的电源频率(50Hz)； 额定功率PN： (kW),额定运行时，电动机的输出功率； 额定转速n： (r/min),额定运行时，电动机的转子转速； 额定电流IN： (A),额定运行时，输入线电流； 额定效率、额定功率因数等,感应电机的基本工作原理,同步转速-定子三相对称绕组建立以旋转磁场的旋转速度:,A,X,Y,Z,C,B,感应电机的基本工作原理,转子绕组的导体处于旋转磁场中,转子导体切割磁力线，并产生感应电势e2 ，用右手判断感应电势方向。,转子导体通过端环自成闭路，并产生感应电流i2。转子电流有功分量与电势同相 感应电流与旋转磁场相互作用产生电磁力F2，用左手判断电磁力的方向。 电磁力作

4、用在转子上将产生电磁转矩，方向与旋转磁场相同,并驱动转子旋转,转速为n。,转差n与转差率s,转子转速n与定子旋转磁场一定有转差 n=n1-n,才可能切割磁力线。 2 .转差率 转差率一般很小，如 s = 0.03。 3.n=0,s=1 电动机堵转 n=n1,s=0 理想空载 4.电动状态：转差率范围:0s=1,转差n与转差率s,转子绕组通过气隙和定子绕组向电网输出电功率,制动状态,当异步电机正常运行时,突改变相序,使定子磁 场转向变反.,主磁通,基波旋转磁场产生的经过气隙，同时匝链定子和转子绕组的磁通叫主磁通 。 转子绕组切割主磁通并在转子中产生感应电流； 感应的转子电流在磁场中受到电磁力的作

5、用而形成驱动转矩，使电机旋转。,把定子从电网吸收的电功率 以旋转磁场的形式 通过气隙 传入转子,槽漏磁通：由槽的一壁横越至槽的另一壁的漏磁通。 端部漏磁通：匝联绕组端部的漏磁通。 谐波漏磁通：谐波磁势会产生谐波磁通。,漏磁通,定转子绕组的漏磁通,转子漏磁通 也包括槽漏磁、端部漏磁和谐波漏磁三种,还有 转子斜槽归算漏磁通,与定子绕组交链而不与转子绕组交链 的磁通，这部分磁通称定子漏磁通,电机正常运转时，谐波磁通不会产生有用的转矩。,漏电抗：漏磁通在定子绕组中会感应漏磁电势，该电势用漏抗压降表示:(和变压器同理),称为定子漏电抗。,转子绕组通过电流时，也会有漏磁通。对应的漏抗电势,漏电抗,漏磁通多

6、经较大空气闭合,磁阻较大,不饱和,所以漏电抗可作为常数处理.,转子静止时异步电动机的运行且转子绕组开路,旋转磁场由定子电流单独建立,定子与转子是通过定转子多相共同的建立的合成旋转磁场的相互影响， 其中每相的消耗功率等电气参数与相对位置无关，所以可用同一轴线的 两绕组来替代分析,转子静止时异步电动机的运行且转子绕组开路,相当于变压器空载运行,称为异步电机的电势变比。 （有效匝数之比）,按变压器,定子绕组内电势平衡方程式,转子静止时异步电动机的运行且转子绕组短路,磁势平衡方程式,转子磁势,旋转磁场由定转子电流共同建立,(转子磁势相对于转子绕组的旋转速度),定转子磁势相对静止, 共同建立气隙旋转磁场

7、,转速,方向一致:由定子磁势感应产生,转子静止时异步电动机的运行且转子绕组短路,在数值上,称为异步电机的电流变比。,理想变压器模型,转子静止时异步电动机的运行且转子绕组短路,励磁电抗:,定子每相绕组中对应主磁通,的电抗 ,与变压器相比,因为有气隙存在,所以磁阻较大,电抗较小.,2. 电势平衡方程式,转子静止时异步电动机的运行且转子绕组短路,折算的方法是用一个与定子侧绕组相同（包括相数、匝数和绕组系数）的等效转子绕组来代替原来的转子绕组。,参数折算的原则是等效。折算后的等效转子绕组的电磁作用和传递能量（包括各种功率或损耗）应与折算前的原来转子绕组相等。因而电机中的电磁本质和能量转换关系保持不变

8、. 转子对定子的影响是通过转子磁势F2来实现,折算后转子磁势的大小和空间相位都应保持不变，转子上的各种功率和损耗也保持不变。,转子静止时异步电动机的运行且转子绕组短路,根据折算前后转子上各种功率和损耗也保持不变的原则， 由铜耗保持不变:,无功功率保持不变,的相位应保持不变,基本方程,转子堵转且转子绕组短路时的等值电路图,转子旋转时转子对各物理量的影响,额定转速时,一般s很小，转子感应电势频率很低,一般0.5-3Hz,转子旋转时异步电动机的运行,1.转子绕组中感应电势的频率：,2.转子电势：,下标带s为转子旋转时的参数,不带s为转子静止时的参数.,转子旋转时转子对各物理量的影响,转子旋转时异步电

9、动机的运行,3.转子绕组漏阻抗：,4.转子电流：,大小,转子每相绕组的漏电感。,相位,转子电流和磁势的频率与转子电势频率一致,均为,定子磁势(相对于定子绕组)的旋转速度:同步转速 n1,转子旋转时异步电动机的运行,二、磁势平衡关系,转子旋转时转子磁势和定子磁势仍保持相对静止,转子(包括转子绕组),相对于定子绕组的旋转速度: n,转子磁势相对于转子绕组的旋转速度:,转子磁势相对于定子绕组的旋转速度:,转子绕组,相对于定子磁势的旋转速度:,转子磁势相对于定子磁势的旋转速度:,转子旋转时转子磁势和定子磁势保持相对静止,转子旋转时异步电动机的运行,2.磁势平衡,三、电势平衡关系,还有机械功率以 的速度

10、输出,转子旋转时异步电动机的运行,四、参数折算,1.频率折算,方法:用一个等效的静止转子来取代原来的旋转转子.,参数折算的原则是等效。折算后的等效转子绕组的电磁作用和传递能量（包括各种功率或损耗）应与折算前的原来转子绕组相等。因而电机中的电磁本质和能量转换关系保持不变 . 转子对定子的影响是通过转子磁势F2来实现,折算后转子磁势的大小和空间相位都应保持不变，转子上的各种功率和损耗也保持不变。,设等效静止转子的漏阻抗为,，则静止转子电流,要保持转子磁势,的大小不变，则,转子旋转时异步电动机的运行,1.频率折算,静止转子,旋转转子,定义,就能满足,同时,的相位不变,的大小和相位都不变,定子侧所有参

11、数不变,转子旋转时异步电动机的运行,转子旋转,有机械能输出,转子静止,无机械能输出,转子旋转时异步电动机的运行,频率折算结果:,转子回路中多一个附 加纯电阻:,称总机械功率的等效电阻.,其消耗的电功率代表转子旋转时的总机械功率,电动机空载时,P2=0,相当于变压器二次侧开路,电动机堵转时,n=0 ,P2=0,相当于变压器二次侧短路,转子旋转时异步电动机的运行,同步角速度,异步电动机方程式,绕组折算-用一个与定子侧绕组相同（包括匝数和绕组系数）的等效转子绕组来代替原来的静止转子绕组。,异步电动机方程式,经过频率折算和绕组折算后异步电动机的方程式,主磁通m,m表证传递力矩Tem的大小 想要增加m,

12、可减少匝数N1 同时增加S(用铁),使B不很大. 向下变频调速时常要求U1/f为常数. 50Hz三相电机可用于同电压值的60Hz电网 m 下降,同转差率时各种力矩会下降. 60Hz三相电机用于同电压值50Hz电网时会磁场饱和,Im 大,铁耗增大,温升会升高,H,Im,B,m,1T,磁化曲线,激磁电流Im和主电抗Xm,Im称激磁电流,大小与电动机的 空载电流比较接近,通常为额定 电流的30%-50%.磁路饱和度越高, Im越大. 气隙越大,磁压隙越大, Im越大,cos下降. Xm为非线性参数,大小还与磁路饱和度有关 交变的主磁通在定转子铁芯中会 产生铁耗,用PFE=3*Im2*Rm表示,磁路饱

13、和度越 高,铁耗越大,H,Im,B,m,1T,等效电路,形等效电路,简化等效电路,相量图,异步电动机的相量图类似于变压器相量图,从转子电路方程出发可以一步一步作出异步电机相量图。,从本质上看，它是时-空矢量图，可理解为相量图以同步转速旋转，每相定子绕组静止不动。 1)每一相都取自己的相轴作为时轴， 投影大小表示实际值的大小。 例：当定子电流时间相量与A相相轴重合时， 表明此时A相电流为最大值，垂直时为零。,功率平衡和转矩平衡关系,功率变换和传递是电动机的主要功用,结合等效电路分析异步电动机功率流向。,P1,Pem,P2,pcu1,pFe,pcu2,pmec+pad,P mec,铁耗：与铁芯材料

14、饱各度有关,电磁功率-剩余功率将通过气隙磁场感应到转子绕组,功率传递（1）,异步电动机从电源获取电功率，即输入功率：,此一功率首先通过定子绕组，产生定子铜耗：,电磁功率首先提供转子铜耗；,剩余的电磁功率全部转化为总机械功率:,机械功率一部分克服机械损耗和附加损耗,功率传递（2）,电磁功率-通过气隙磁场感应到转子绕组,功率传递（3）,几个重要的关系,其余功率为输出的机械功率,异步电动机的功率平衡方程式：,转矩平衡方程,转矩由机械功率产生,转矩平衡方程为,转子极数由定子感应而得，所以同定子同极数 对笼形转子来说，由于每个导条中电流相位均不一样 每个导条即为一相，可见相数等于导条数即转子槽数 每相串

15、联匝数为半匝即1/2。,笼形转子,异步电动机的参数测定,要计算工作特性， 事先要知道电机参数。 和变压器一样， 通过做空载和短路试验， 求出 、 、 、 、 。,一、空载实验,目的：测定Zm（rm+jxm)、铁耗pFe和机械损耗；,方法： 在额定频率下， 转子轴端不带负载，nn1,s0,转子绕组接近开路,阻抗很大. 用调压器调节电源电压， 使定子端电压从1.2UN开始降落， 直至速度降落， 电流回升。,测定：相电压U1、空载相电流I0、空载输入总功率P0。,计算：画出 和,pFe的大小近似地与外施电压的平方成正比， 即,pmec仅与转速有关， pmec近似为常值；,关系曲线基波是一条直线；延长直线与纵轴相交，