其它异步电动机结构及原理

港湾学院,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,其它异步电动机结构及原理,本章内容：,三相异步电动机根本理论,三相异步电动机的构造与铭牌,交流电动机定子绕组的根本知识及分类,绕组的感应电动势,三相异步电动机的空载运行,三相异步电动机的负载运行,三相异步电动机的功率和转矩关系,三相异步电动机的工作特性,第2章 三相异步电动机根本理论及构造,第2章 三相异步电动机根本理论及构造,2.2 三相异步电动机的构造与铭牌,三相异步电动机模型 实际三相异步电动机,2.2 三相异步电动机的构造与铭牌,2.2.1 三相异步电动机的构造,笼型异步电动机的结构图,2.2 三相异步电动机的构造与铭牌,2.2.1 三相异步电动机的构造,2.2 三相异步电动机的构造与铭牌,2.2.1 三相异步电动机的构造,三相异步电动机主要有定子和转子两大局部组成。,异步电动机的定子是由机座、定子铁心和定子绕组三个局部组成的。,1机座：主要起支撑保护作用。,2定子铁心：是电动机磁路的一局部，装在机座里。为了降低定子铁心里的铁损耗，定子铁心用0.5mm厚的硅钢片叠压而成的，在硅钢片的两面还应途上绝缘漆，以减小涡流损耗。,3定子绕组：三相对称绕组嵌放在定子铁心内圆的槽内，三相绕组在空间相差120电角度，每相绕组的两端分别用A-X、B-Y、C-Z实际中也用U1-U2、V1-V2、W1-W2表示，根据需要结成星形Y或三角形。,2.2 三相异步电动机的构造与铭牌,2.2.1 三相异步电动机的构造,2.2 三相异步电动机的构造与铭牌,2.2.1 三相异步电动机的构造,2.2 三相异步电动机的构造与铭牌,2.2.1 三相异步电动机的构造,三相异步电动机定子铁心及定子槽形,2.2 三相异步电动机的构造与铭牌,2.2.1 三相异步电动机的构造,三相异步电动机的转子是由转子铁心、转子绕组和转轴组成的 。,1转子铁心：是电动机磁路的一局部，用来安放转子绕组，它用0.5mm厚的硅钢片叠压而成。铁心固定在转轴或转子支架上，整个转子的外表呈圆柱形。,2转子绕组：分为笼型和绕线型两类。,1绕线转子绕组：也是一个三相绕组，三相引出线分别接到转轴上的三个与转轴绝缘的集电环上，通过电刷装置与外电路相联，通过外串电阻改善电机的起动，调速等性能。如以下图所示。,2.2 三相异步电动机的构造与铭牌,2.2.1 三相异步电动机的构造,2.2 三相异步电动机的构造与铭牌,2.2.1 三相异步电动机的构造,2.2 三相异步电动机的构造与铭牌,2.2.1 三相异步电动机的构造,2笼型绕组：在转子铁心的每一个槽中插入一根铜条，在铜条两端各用一个铜环称为端环把导条联结起来，称为铜排转子，如下图。也可用铸铝的方法，把转子导条和端环、风扇叶片用铝液一次浇铸而成，称为铸铝转子，如下图。100kW以下的异步电动机一般采用铸铝转子。笼型绕组构造简单，巩固，本钱低。,包括端盖、风扇等。,2.2 三相异步电动机的构造与铭牌,2.2.1 三相异步电动机的构造,2.2 三相异步电动机的构造与铭牌,2.2.1 三相异步电动机的构造,2.2 三相异步电动机的构造与铭牌,2.2.1 三相异步电动机的构造,2.2 三相异步电动机的构造与铭牌,2.2.1 三相异步电动机的构造,2.2 三相异步电动机的构造与铭牌,2.2.1 三相异步电动机的构造,2.2 三相异步电动机的构造与铭牌,2.2.1 三相异步电动机的构造,定子和转子配合方式,2.2 三相异步电动机的构造与铭牌,2.2.2 三相异步电动机的铭牌数据,1额定功率(容量)：转轴上输出的机械功率(kW)。,2额定电压：额定运行时，加在定子绕组上的线电压(V)。3额定电流：额定运行时，加在定子绕组上的线电流(A)。,4额定转速：额定运行时，电动机的转子转速(r/min)。,5额定频率：所接电源的频率(Hz)，我国工频(50Hz)。,6绝缘等级。,7接法。用Y或表示。表示在额定运行时，定子绕组应采用的联结方式。额定电压，额定电流，额定功率的关系：,接法：相电压 UN=UN ；相电流 IN=IN/1.735,Y接法：相电压 UN=UN；相电流 IN=IN ，所以：,PNN IN N cos N (W),2.2 三相异步电动机的构造与铭牌,2.2.2 三相异步电动机的铭牌数据,2.2 三相异步电动机的构造与铭牌,2.2.2 三相异步电动机的铭牌数据,假设是绕线式转子异步电动机，那么还有：,8转子绕组开路电压。指定子接额定电压，转子绕组开路时的转子线电压V。,9转子绕组的额定电流A。,2.2 三相异步电动机的构造与铭牌,2.2.2 三相异步电动机的铭牌数据,型号举例：,1Y132S-4：Y-异步电动机；132-机座中心高度132mmS-短铁心；4-极数。,2Y112S-6：极数6极；短机座；规格代号：中心高 112mm,产品代号：异步电动机,极数,机座长度代号,L-长；M-中；S-短,Y-100L-2,异步电动机,机座中心高,2.1 三相异步电动机根本理论,2.1.1 三相交流电机的旋转磁场,旋转磁场:旋转磁场就是一种极性和大小不变，且以一定转速旋转的磁场。从理论分析和实践证明，在对称三相绕组中流过对称三相交流电时会产生这种旋转磁场。,所谓三相对称绕组就是三个外形、尺寸、匝数都完全一样、首端彼此互隔120、对称地放置到定子槽内的三个独立的绕组，如下图。,A,Y,C,B,Z,()电流出,(,)电流入,X,A,X,B,Y,C,Z,2.1 三相异步电动机根本理论,2.1.1 三相交流电机的旋转磁场,对称三相电流的函数式表示为：,对称三相电流的波形表示为：,为便于考察对称三相电流产生的合成磁效应，我们通过几个特定瞬间，选择,t=60, t=120, t=180三个瞬间，并规定：电流为正时，从每相线圈的首端（A、B、C）流入，由线圈末端（X、Y、Z）流出；电流为负时，从每相线圈首端（A、B、C）流出，由线圈的末端（X、Y、Z）流入。用 表示流出，用 表示流入。,2.1 三相异步电动机根本理论,2.1.1 三相交流电机的旋转磁场,由分析可知，当电流从,t=0变化到t=180时，旋转磁场在空间相应地转过180，相应地，电流变化一个周期，旋转磁场转过一周。,A,X,Y,C,B,Z,=,0,t,w,X,B,Z,A,Y,C,A,X,Y,C,B,Z,X,B,Z,A,Y,C,2.1 三相异步电动机根本理论,2.1.1 三相交流电机的旋转磁场,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,A,A,B,C,X,Y,Z,Z,B,X,C,Y,A,A,B,C,X,Y,Z,Z,B,X,C,Y,A,A,B,C,X,Y,Z,Z,B,X,C,Y,S,S,S,S,S,S,N,N,N,N,N,N,+,+,+,+,+,+,A,A,B,C,X,Y,Z,Z,B,X,C,Y,S,S,N,N,2.1 三相异步电动机根本理论,2.1.1 三相交流电机的旋转磁场,上图为有2个N极、2个S极磁场，沿 A-B-C方向旋转。电流变化一周，磁场旋转半周。(p=2),磁场的旋转速度n1与p的关系：,p=1, n1 = 60f/1=3000(r/min),p=2, n1 = 60f/2=1500(r/min),p=3, n1 = 60f/3=1000(r/min),一般地，旋转磁场的转速：,n1=60f/pr/min,n1同步转速,2.1 三相异步电动机根本理论,2.1.2 三相异步电动机的工作原理,三相异步电动机定子三相对称交流绕组通入三相对称交流电流时，将在电机气隙空间产生旋转磁场，转子绕组的导体处于旋转磁场中 ，转子导体切割磁力线会产生感应电势，根据右手定那么可以判断感应电势方向 ，又因为转子导体通过端环自成闭路，所以转子导体中会通过感应电流。感应电流与旋转磁场相互作用产生电磁力，根据左手定那么可以判断电磁力的方向。电磁力作用在转子上将产生电磁转矩，并驱动转子旋转。,异步电动机的工作原理示意图,2.1 三相异步电动机根本理论,2.1.2 三相异步电动机的工作原理,异步名称的由来：,只有当转子转速n低于旋转磁场转速n,1,，即nn,1,时，转子导体与旋转磁场之间才有相对运动，转子导体才会感应电动势和电流，产生电磁力和电磁转矩，使电机转子继续旋转。由此可见，nn,1,，且nn,1,，异步电动机才能正常工作。,无电磁转距,转子与旋转磁场间没有相对运动,无转子电动势（转子导体不切割磁力线）,无转子电流,提示,：,如果 n = n1,电机不转,2.1 三相异步电动机根本理论,2.1.3 转差率,转差率：,转差率为旋转磁场的同步转速n1和电动机转子转速n之差与同步转速n1之比。即：,一般情况，额定运行时sN=1%-5%。,5.3 交流电动机定子绕组的根本知识及分类,2.3.1 交流绕组的根本知识,机械角度： 电机圆周在几何上分成360，这个角度称为机械角度，也叫几何角度。,电角度： 从电磁方面看，一对磁极占有空间电角度为360。一般而言，假设电机有p对磁极，电机圆周按电角度计算就为p 360，而机械角度总是360，因此,电角度=p机械角度,两相邻磁极轴线之间的距离称为极距。一般用槽数表示，也可用长度或电角度等表示。,=Q/2p,2.3 交流电动机定子绕组的根本知识及分类,2.3.1 交流绕组的根本知识,线圈绕组元件是构成绕组的根本单元。绕组就是线圈按一定规律的排列和联结。线圈可以分为多匝线圈和单匝线圈。与线圈相关的概念包括：有效边、端部、线圈节距等。,单根引出,2.3 交流电动机定子绕组的根本知识及分类,2.3.1 交流绕组的根本知识,绕组是由多个线圈或线圈组按一定方式联结起来构成的。把定子或转子沿轴向展开、拉平，即得到绕组展开图。,单层绕组一个槽中只放一个元件边。,双层绕组一个槽中放两个元件边。,2.3 交流电动机定子绕组的根本知识及分类,2.3.1 交流绕组的根本知识,一个线圈两个有效边之间所跨过的槽数称为线圈的节距。用Y表示。,y时，线圈称为长距线圈。,2.3 交流电动机定子绕组的根本知识及分类,2.3.1 交流绕组的根本知识,相邻两槽轴线之间的电角度称为槽距角，用表示，由于定子槽在定子内圆周上是均匀分布的，那么, =360p/Q,2.3 交流电动机定子绕组的根本知识及分类,2.3.1 交流绕组的根本知识,每一个极下每相绕组所占有的槽数，称为每极每相槽数。,q= Q/2pm,m定子绕组的相数。,说明：1、交流电机没有虚槽的概念。,2、三相线圈或线圈组的6根引出线都是单根。,2.4 绕组的感应电动势,经过分析：,通入电流iA,iB,iC三相合成磁势：是一个在空间上正弦分布，随时间旋转磁通势。它反作用在定子绕组上，产生感应电动势与电源平衡。(讨论中，假定磁场在空间正弦分布,讨论顺序：,从一个线圈一根导体再到一个线圈组最后到一个相绕组。,2.4 绕组的感应电动势,2.4.1 线圈的感应电动势,最大值：,E,c1m,= B,m1,Lv,B,m1,作正弦分布的气隙磁通密度的幅值,L导体在铁心中的有效长度,v导体与旋转磁场的相对速度,有效值,：E,c1,= E,c1m,/ = fB,m1,L,t (,v=2p,t,n,1,/60),磁通密度正弦分布时，每极磁通量,F,1,= 2/p (,B,m1,L,t),代入得：,E,c1,F,1,2,2,2.4 绕组的感应电动势,2.4.1 线圈的感应电动势,每个线圈有两个有效边，共Nc匝线圈，,那么电动势有效值为： Ey1cF1,电动势有效值：,S,N,v,E,c1,E,c1,t,0,180,y,g=,设g为线圈节距Y对应的电角度，那么,k,y1,短距系数,1,Sin,g/2,k,y,=,2.4 绕组的感应电动势,2.4.2 线圈组电动势,每个线圈组由q个线圈串联而成：分集中绕组和分布绕组(图。,集中绕组：,分布绕组：,2.4 绕组的感应电动势,2.4.2 线圈组电动势,F,qm1,F,21,F,21,F,21,分布绕组：,k,q1,分布系数，,k,N1,绕组系数，,1,1,1,q,y,N,k,k,K,=,绕组相电动势的一般公式,E,1,1,k,N1,N每相绕组的串联匝数；,1,每极磁通量；,K,N1,绕组系数。,2.4 绕组的感应电动势,2.4.3 相电动势,2.5 三相异步电动机的空载运行,2.5.1 电磁关系,空载时，轴上没有任何机械负载，异步电动机所产生的电磁转矩仅抑制了摩擦、风阻的阻转矩，所以是很小的。电机所受阻转矩很小，那么其转速接近同步转速，nn1，转子与旋转磁场的相对转速就接近零，即n1-n0。,异步电动机空载运行时的电磁关系可用以下图说明：,U,1,I,1,F,10,F,m0,F,m0,E,1,E,2s,I,2,0,2.5 三相异步电动机的空载运行,2.5.2 空载时的定子电压平衡关系,近似的有：U = -E,1,或 U=E,1,2.6 三相异步电动机的负载运行,异步电动机运行的两种特殊情况：,1空载运行时：n接近于n1，s接近于0，相当于转子开路。,2转子堵转时接上电源，转子被堵住转不动时：n=0，s=1，相当于短路状态，会使电机电流很大，很快过热而烧毁电机，这在电机实验及使用电机事应多加注意。异步电动机起动初始也属于此种情况。,2.7 三相异步电动机的功率和转矩关系,2.7.1 功率关系,当三相异步电动机以转速n稳定运行时，从电源输入的功率为：,定子回路铜损耗P,cu1,为:,定子回路的铁耗,P,Fe1,：,从电源输入电功率，除去定子铜耗和铁耗，便是定子传递给转子回路的电磁功率，即：P,M,=P,1,-,P,cu1,-,P,Fe1,2.7 三相异步电动机的功率和转矩关系,2.7.1 功率关系,异步电动机功率流程图,电动机运行时，由于轴承等摩擦产生的机械损耗pm及附加损耗ps，转子的机械功率Pm减去机械损耗pm和附加损耗ps，才是转轴上真正输出的功率。功率流程图如以下图所示。,2.7 三相异步电动机的功率和转矩关系,2.7.1 功率关系,异步电动机运行时电磁功率、转子回路铜损耗和机械功率三者之间的定量关系是：,也可写出以下关系式：,PM=pCu2+Pm,pCu2=sPM,Pm=1-sPM,上式说明，当电磁功率一定，转差率s越小，转子铜耗越小，机械功率越大，效率越高。电动机运行时，假设s增大，转子铜耗也增大，电机易发热，效率降低。,2.7 三相异步电动机的功率和转矩关系,2.7.2 转矩关系,机械功率P,m,除以轴的角速度就是电磁转矩T，即,电力拖动系统中，常可忽略空载转矩T0，那么有TT2=TL,2.8 三相异步电动机的工作特性,1.转速特性n=fP2,三相异步电动机空载时，转子的转速接近于同步转速n1。随着负载的增加，转速n要略微降低，这时转子电动势增大，从而使转子电流增大，以产生较大的电磁转矩来平衡负载转矩。因此，随着P2的增加，转子转速n下降，转差率s增大。转速特性是一条硬特性。,2 .10 习题,1.何谓旋转磁场?三相交流旋转磁场产生的条件是什么?如果三相电源的一相断线,问三相异步电动机能否产生旋转磁场?为什么?,2.三相异步电动机旋转磁场的转速由什么决定?试问两极,四极,六极三相异步电动机的同步速度各为多少?,3.旋转磁场的转向由什么决定?如何改变旋转磁场的转向?,4.定子绕组通入三相电源,转子三相绕组开路,电动机能否转动?为什么?,5.试述三相异步电动机的工作原理,并解释异步的意义.,6.何谓异步电动机的转差率?异步电动机的额定转差率一般是多少?,7.试比较交流电机不同定子绕组时产生的感应电动势有何区别?简述绕组系数的意义.,8.三相异步电动机运行时,转子向定子折算的原那么是什么?折算的具体内容有哪些?,9.比较三相异步电动机与变压器的T型等效电路有什么不同?转子电路中(1-s)r2/s代表什么?,10.三相异步电动机转子电流的数值,在起动时和额定运行时一样吗?为什么?,Thank You !,不尽之处，恳请指正！,