异步电机结构和基本工作原理课件

电机学电机学电机学电机学Electric MachineryElectric Machinery第十八章第十八章异步电机的结构和工作原理异步电机的结构和工作原理电电机学机学Electric Machinery第十八章第十八章第十八章第十八章第十八章第十八章 异步电机的结构和工作原理异步电机的结构和工作原理异步电机的结构和工作原理异步电机的结构和工作原理 异步电机的基本工作原理异步电机的基本工作原理异步电机的基本工作原理异步电机的基本工作原理异步电机的三种运行状态异步电机的三种运行状态异步电机的三种运行状态异步电机的三种运行状态 异步电机的基本结构异步电机的基本结构异步电机的基本结构异步电机的基本结构 异步电动机的额定值异步电动机的额定值异步电动机的额定值异步电动机的额定值概述概述概述概述第十八章第十八章 异步异步电电机的机的结结构和工作原理构和工作原理 异步异步电电机机2024年6月24日第十八章 异步电机的结构和基本工作原理3一、异步电机的基本工作原理一、异步电机的基本工作原理一、异步电机的基本工作原理一、异步电机的基本工作原理 异步电机异步电机定子定子三相对称绕三相对称绕组组接在三相对称交流电网接在三相对称交流电网上，上，转子绕组对称短路转子绕组对称短路。定子绕组中流过三相对称定子绕组中流过三相对称电流，在气隙中产生基波旋转电流，在气隙中产生基波旋转磁场。磁场。气隙旋转磁场在气隙旋转磁场在短路的转子短路的转子绕组中感应电动势并产生电流绕组中感应电动势并产生电流，该电流与气隙中的旋转磁场相该电流与气隙中的旋转磁场相互作用产生互作用产生电磁转矩电磁转矩，实现异，实现异步电机的运行。步电机的运行。2023年年8月月11日第十八章日第十八章 异步异步电电机的机的结结构和基本工作原理构和基本工作原理32024年6月24日第十八章 异步电机的结构和基本工作原理4一、异步电机的基本工作原理一、异步电机的基本工作原理一、异步电机的基本工作原理一、异步电机的基本工作原理异步电机主要作电动机使用。异步电机主要作电动机使用。主主要要优优点点：结结构构简简单单、运运行行可可靠靠、制制造造容容易易、价价格格低低廉廉、坚坚固固耐耐用用，有有较较高高的的效效率率和和相相当当好好的的工工作作特特性。性。缺缺点点：目目前前尚尚不不能能经经济济地地在在较较大大范范围围内内平平滑滑调调速速，以及它必须从以及它必须从电网吸收滞后的无功功率电网吸收滞后的无功功率。分类：分类：2023年年8月月11日第十八章日第十八章 异步异步电电机的机的结结构和基本工作原理构和基本工作原理42024年6月24日第十八章 异步电机的结构和基本工作原理5 绕线型异步电动机绕线型异步电动机绕线型异步电动机绕线型异步电动机 鼠笼型异步电动机鼠笼型异步电动机鼠笼型异步电动机鼠笼型异步电动机按转子结构分按转子结构分按转子结构分按转子结构分2023年年8月月11日第十八章日第十八章 异步异步电电机的机的结结构和基本工作原理构和基本工作原理52024年6月24日第十八章 异步电机的结构和基本工作原理6二、异步电机的基本结构二、异步电机的基本结构二、异步电机的基本结构二、异步电机的基本结构异步电机外形图 异步电机结构图2023年年8月月11日第十八章日第十八章 异步异步电电机的机的结结构和基本工作原理构和基本工作原理62024年6月24日第十八章 异步电机的结构和基本工作原理7二、异步电机的基本结构二、异步电机的基本结构二、异步电机的基本结构二、异步电机的基本结构1.定子定子 定定子子铁铁心心：电电机机主主磁磁路路的的组组成成部部分分，并并嵌嵌放放定定子子绕绕组组。由由厚厚度度为为0.5mm的的硅硅钢钢片片叠叠装装而而成成。为为了了嵌嵌放放定定子子绕绕组组，在在定定子子冲冲片片内内圆圆周周上上均均匀匀地地冲冲制制若若干干个个形状相同的槽。形状相同的槽。2023年年8月月11日第十八章日第十八章 异步异步电电机的机的结结构和基本工作原理构和基本工作原理72024年6月24日第十八章 异步电机的结构和基本工作原理8二、异步电机的基本结构二、异步电机的基本结构二、异步电机的基本结构二、异步电机的基本结构 定定子子铁铁心心的的槽槽形形主主要要有有三三种种：半半闭闭口口槽槽适适用用于于小小型型异异步步电电机机，其其绕绕组组是是用用圆圆导导线线绕绕成成的的。半半开开口口槽槽适适用用于于低低压压中中型型异异步步电电机机，其其绕绕组组是是成成型型线线圈圈。开开口口槽槽适适用用于于高高压压大大中中型型异异步步电电机机，其其绕绕组组是是用用绝绝缘缘带带包包扎扎并并浸浸漆漆处处理理过过的成型线圈。的成型线圈。2023年年8月月11日第十八章日第十八章 异步异步电电机的机的结结构和基本工作原理构和基本工作原理82024年6月24日第十八章 异步电机的结构和基本工作原理9二、异步电机的基本结构二、异步电机的基本结构二、异步电机的基本结构二、异步电机的基本结构2.定子定子 定定子子绕绕组组：构构成成电电路路部部分分。其其作作用用是是感感应应电电动动势势、流过电流、实现机电能量转换。流过电流、实现机电能量转换。机机座座：固固定定和和支支撑撑定定子子铁铁心心。因因此此要要求求有有足足够够的的机械强度。机械强度。2023年年8月月11日第十八章日第十八章 异步异步电电机的机的结结构和基本工作原理构和基本工作原理92024年6月24日第十八章 异步电机的结构和基本工作原理10二、异步电机的基本结构二、异步电机的基本结构二、异步电机的基本结构二、异步电机的基本结构2.转子转子 转转子子铁铁心心：电电机机主主磁磁路路的的组组成成部部分分，并并放放置置转转子子绕绕组组。由由厚厚度度为为0.5mm的的硅硅钢钢片片叠叠装装而而成成，在在转转子外圆周上冲制均匀分布的形状相同的槽。子外圆周上冲制均匀分布的形状相同的槽。转转子子绕绕组组：构构成成电电路路部部分分。有有两两种种结结构构型型式式：笼笼型绕组和绕线型绕组。型绕组和绕线型绕组。转轴转轴：支撑转子铁心和输出、输入机械转矩。：支撑转子铁心和输出、输入机械转矩。2023年年8月月11日第十八章日第十八章 异步异步电电机的机的结结构和基本工作原理构和基本工作原理12024年6月24日第十八章 异步电机的结构和基本工作原理11二、异步电机的基本结构二、异步电机的基本结构二、异步电机的基本结构二、异步电机的基本结构2.转子转子 笼笼型型绕绕组组：在在转转子子铁铁心心均均匀匀分分布布的的每每个个槽槽内内各各放放置置一一根根导导体体，在在铁铁心心两两端端放放置置两两个个端端环环，分分别别把把所所有有的的导导体体伸伸出出槽槽外外部部分分与与端端环环联联接接起起来来。这这种种笼笼型型绕绕组组一一般般为为铝铝浇浇铸铸的的，对对中中大大型型电电机机为为减减小小损损耗耗、提提高高效效率率，往往往往采采用铜条焊接而成。用铜条焊接而成。2023年年8月月11日第十八章日第十八章 异步异步电电机的机的结结构和基本工作原理构和基本工作原理12024年6月24日第十八章 异步电机的结构和基本工作原理12二、异步电机的基本结构二、异步电机的基本结构二、异步电机的基本结构二、异步电机的基本结构2.转子转子 绕绕线线型型绕绕组组：与与定定子子绕绕组组相相似似、极极数数相相同同的的三三相相对对称称绕绕组组。一一般般接接成成星星形形。将将三三相相绕绕组组的的三三个个引引出出线线分分别别接接到到转转轴轴上上三三个个滑滑环环上上，再再通通过过电电刷刷与与外外电电路路接接通通。绕绕线线型型转转子子的的特特点点是是可可以以通通过过滑滑环环电电刷刷在在转转子子回回路路中中接接入入附附加加电电阻阻，以以改改善善电电动动机的起动性能、调节其转速。机的起动性能、调节其转速。2023年年8月月11日第十八章日第十八章 异步异步电电机的机的结结构和基本工作原理构和基本工作原理12024年6月24日第十八章 异步电机的结构和基本工作原理13特点：可以在转子绕组中串入附加电阻，来特点：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作转速调节用。改善电机的起动性能或作转速调节用。下图是三相绕线型转子结构。绕组的三下图是三相绕线型转子结构。绕组的三个出线端子接到固定在转轴上的三铜环上，个出线端子接到固定在转轴上的三铜环上，通过电刷引出。通过电刷引出。2023年年8月月11日第十八章日第十八章 异步异步电电机的机的结结构和基本工作原理构和基本工作原理12024年6月24日第十八章 异步电机的结构和基本工作原理14二、异步电机的基本结构二、异步电机的基本结构二、异步电机的基本结构二、异步电机的基本结构 3.气隙气隙 定定、转转子子之之间间的的间间隙隙，也是电机主磁路的组成部分。也是电机主磁路的组成部分。气气隙隙大大小小对对异异步步电电机机的的性性能影响很大。能影响很大。为为了了减减小小电电机机主主磁磁路路的的磁磁阻阻，降降低低电电机机的的励励磁磁电电流流，提提高高电电机机的的功功率率因因数数，气气隙隙应应尽尽可可能能小小。异异步步电电机机气气隙隙长长度度应应为为定定、转转子子在在运运行行中中不不发发生生机机械摩擦所允许的最小值。械摩擦所允许的最小值。中中、小小型型异异步步电电机机中中，气气隙长度一般为隙长度一般为0.21.5mm。2023年年8月月11日第十八章日第十八章 异步异步电电机的机的结结构和基本工作原理构和基本工作原理12024年6月24日第十八章 异步电机的结构和基本工作原理155 5）额定功率因数额定功率因数 指电动机在额定负载指电动机在额定负载时定子侧的功率因数；时定子侧的功率因数；1 1）额定功率额定功率 （kWkW）指额定运行时转轴上的）指额定运行时转轴上的输出机械功率；输出机械功率；2 2）额定电压额定电压 （V V）指加在绕组上的线电压；）指加在绕组上的线电压；3 3）额定电流额定电流 （A A）指定子绕组中的线电流；）指定子绕组中的线电流；4 4）额定频率额定频率 （HzHz）我国工业用频率为）我国工业用频率为50Hz50Hz；三、异步电动机的额定值三、异步电动机的额定值三、异步电动机的额定值三、异步电动机的额定值2023年年8月月11日第十八章日第十八章 异步异步电电机的机的结结构和基本工作原理构和基本工作原理12024年6月24日第十八章 异步电机的结构和基本工作原理166 6）额定转速额定转速 （r/minr/min）指电机额定运行时转）指电机额定运行时转轴的转速；轴的转速；（N mN mN mN m）7 7）电动机的）电动机的额定输出转矩额定输出转矩计算式为计算式为.思考：如果转矩单位为思考：如果转矩单位为kg mkg m，该如何计算？，该如何计算？.提示：提示：1 1 1 1、对于高压电动机，定子绕组只有三根出线，只对于高压电动机，定子绕组只有三根出线，只对于高压电动机，定子绕组只有三根出线，只对于高压电动机，定子绕组只有三根出线，只要电源电压符合电动机铭牌电压值便可使用。要电源电压符合电动机铭牌电压值便可使用。要电源电压符合电动机铭牌电压值便可使用。要电源电压符合电动机铭牌电压值便可使用。2023年年8月月11日第十八章日第十八章 异步异步电电机的机的结结构和基本工作原理构和基本工作原理12024年6月24日第十八章 异步电机的结构和基本工作原理172 2）如铭牌上标有）如铭牌上标有“380V380V、D D联结联结”时，时，表示表示电机正常运行时只能采用电机正常运行时只能采用“D D”联结，但是联结，但是在电动机起动过程中可接在电动机起动过程中可接380V380V电源，绕组采电源，绕组采用用“Y Y”联结，起动完毕，恢复联结，起动完毕，恢复“D D”联结。联结。1 1）如铭牌上标有）如铭牌上标有“380/220V380/220V、Y/DY/D联结联结”时，时，表示电源电压为表示电源电压为380V380V时，电机绕组采用时，电机绕组采用“Y Y”联结；电源电压为联结；电源电压为220V220V时，采用时，采用“D D”联结。联结。2 2 2 2、对于中低压电动机：、对于中低压电动机：、对于中低压电动机：、对于中低压电动机：三、异步电动机的额定值三、异步电动机的额定值三、异步电动机的额定值三、异步电动机的额定值2023年年8月月11日第十八章日第十八章 异步异步电电机的机的结结构和基本工作原理构和基本工作原理15.2 5.2 异步电机的三种运行状态异步电机的三种运行状态异步电机的三种运行状态异步电机的三种运行状态一、异步电机的转差率一、异步电机的转差率一、异步电机的转差率一、异步电机的转差率同步转速同步转速n1-定子绕组中流过频率为定子绕组中流过频率为f1的三相的三相对称电流，在气隙中产生的基波旋转磁场相对对称电流，在气隙中产生的基波旋转磁场相对于定子绕组的转速为于定子绕组的转速为n1。该转速大小取决于电该转速大小取决于电流的频率流的频率f1和绕组的极对数和绕组的极对数p，转向为从转向为从超前电超前电流相绕组流相绕组转向转向滞后电流相绕组滞后电流相绕组。转子转速转子转速n-转子的机械转速。转子的机械转速。转差率转差率s-同步转速同步转速n1与转子转速与转子转速n之差之差对同步转速对同步转速n1之比值之比值5.2 异步异步电电机的三种运行状机的三种运行状态态一、异步一、异步电电机的机的转转差率同步差率同步转转速速2024年6月24日第十八章 异步电机的结构和基本工作原理19 异异步步电电机机的的转转子子可可以以是是带带负负载载机机，也也可可以以是是由由原原动动机机驱驱动动，在在不不同同的的转转子子外外部部条条件件下下，异异步步电电机机将将运运行行于于不不同同的的转转速速和和不不同同的的转转差差率率，对对应应不不同同的的运运行行状状态态。根根据据转转差差率率的的正正负负、大大小小，异异步步电电机机分分别别对对应应于于电电动动机机、发发电电机机、电电磁磁制制动动等三种不同运行状态等三种不同运行状态。二、异步电机的三种运行状态二、异步电机的三种运行状态二、异步电机的三种运行状态二、异步电机的三种运行状态1.0ns0：电动机状态电动机状态转子侧转子侧：Tem与与n同转向，同转向，Tem为驱动转矩，为驱动转矩，Tem0，发出机械功率发出机械功率定子侧：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 s0：发电机状态转子侧：Tem与n反转向，Tem为制动转矩，Tem0，发出电功率此时，吸收机械功率发出电功率：发电机3.n1：电磁制动状态转子侧：Tem与n反转向，Tem为制动转矩，Tem0，吸收机械功率定子侧：E1与I1的有功电流I1a反方向，E1I1a11s0s0n00nn1 由上分析可见，异步电机只有定子侧是外加电源由上分析可见，异步电机只有定子侧是外加电源的，转子侧的电动势和电流，均是由气隙旋转磁场感的，转子侧的电动势和电流，均是由气隙旋转磁场感应产生的，因此称作为应产生的，因此称作为“感应电机感应电机”，而这一感应作，而这一感应作用，只有在转子与气隙旋转磁场不同步，即用，只有在转子与气隙旋转磁场不同步，即“异步异步”转差率转差率s不等于不等于0的情况下的情况下，才可以产生，因此，才可以产生，因此“感感应电机应电机”又称作又称作“异步电机异步电机”。2023年年8月月11日第十八章日第十八章 异步异步电电机的机的结结构和基本工作原理构和基本工作原理22024年6月24日第十八章 异步电机的结构和基本工作原理22状状状状 态态态态电动机电动机电动机电动机发电机发电机发电机发电机电磁制动电磁制动电磁制动电磁制动n n n n与与与与s s s s关系关系关系关系nnnnnnnn1 1 1 10s10s10s10snnnnnnn1 1 1 1,s0,s0,s0,s0n n n n与与与与n n n n1 1 1 1反向，反向，反向，反向，n1n1n1n1E E E E1 1 1 1的性质的性质的性质的性质反电动势反电动势反电动势反电动势电源电动势电源电动势电源电动势电源电动势反电动势反电动势反电动势反电动势T T T T的性质的性质的性质的性质电磁驱动力矩电磁驱动力矩电磁驱动力矩电磁驱动力矩电磁阻力矩电磁阻力矩电磁阻力矩电磁阻力矩电磁阻力矩电磁阻力矩电磁阻力矩电磁阻力矩能量转换能量转换能量转换能量转换电能电能电能电能机械能机械能机械能机械能原动机机械能原动机机械能原动机机械能原动机机械能电能电能电能电能电能电能电能电能+机械能机械能机械能机械能内部损耗（短内部损耗（短内部损耗（短内部损耗（短路）路）路）路）2023年年8月月11日第十八章日第十八章 异步异步电电机的机的结结构和基本工作原理构和基本工作原理2