三相感应电动机基本知识分解课件

,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,*,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。,感应电动机-异步电动机 感应电机主要用作电,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,机壳,定子铁芯,定子绕组(线圈),异步电机,转子铁芯,转子绕组,转轴,气隙0.21,轴承,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,三相感应电动机的结构,三相感应电动机的结构,三相感应电动机的结构,三相感应电动机的结构,定子铁心,定子铁心,定子冲片,轭部,齿部,定子冲片轭部齿部,定子线圈,有效部分,端部,定子线圈有效部分端部,机座,机座,鼠笼转子,结构简单，坚固，成本低,鼠笼转子结构简单，坚固，成本低,绕线转子照片,通过外串电阻改善电机的起动，调速等性能,绕线转子照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,单相,三相,两相,异步电机,鼠笼式异步电动机,绕线式异步电动机,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单相三相两,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,感应电机铭牌铭牌：型号，额定值，绕组联结方式，绝缘等级,防护,感应电机额定值,额定电压U,N,： (V)，额定运行时，规定加在定子绕组上的线电压；,额定电流I,N,： (A),额定运行时，输入线电流；,额定功率P,N,： (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；,额定频率f,N,： (Hz)，规定的电源频率(50Hz)；,额定效率、额定功率因数等,感应电机额定值 额定电压UN： (V)，额定运行时，规定加在,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同步转速-定子三相对称绕组建立以,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,e,2,，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i,2,。,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,F,2,，用,左手,判断电磁力的方向。,电磁力作用在转子上将产生,电磁转矩,，,方向与旋转磁场相同,并驱动转子旋转,转速为n。,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,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=n,1,-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=n,1,s=0,理想空载,4.转差率范围,:0s=1,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,转差,n,与转差率s,发电机运行状态,当异步电机转轴受驱动转矩,作用加速,使转速,高于同步速,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.,转差n与转差率s发电机运行状态 当异步电机转轴受驱动转矩作,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,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,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。,槽漏磁通：由槽的一壁横越至槽的另一壁的漏磁通。漏磁通定转子绕,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.,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,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,转子静止时异步电动机的运行且转子绕组开路 旋转磁场,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。,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开路相当于变压器空载,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,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磁势平衡方程式转,转子静止时异步电动机的运行,且转子绕组短路,定子磁势中用于平衡转子磁势的负载分量,定子磁势中的激磁分量,三者在空间上的相位差与产生它们的电流,在时间上的相位差一致。,在数值上,称为异步电机的电流变比。,转子静止时异步电动机的运行且转子绕组短路定子磁势中用于平,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,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,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 .,转子对定子的影响是通过转子磁势F,2,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折算的方法是用一个,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,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 额定转速时,一般s很小，转子,转子旋转时转子对各物理量的影响,转子旋转时异步电动机的运行,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,转子旋转时转子对各物理量的影响 转子旋转时异步电动机的运行3,定子磁势,(相对于,定子绕组,)的旋转速度:同步转速,n,1,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,定子磁势(相对于定子绕组)的旋转速度:同步转速,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 的速度输出,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,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，使等效转子内电势,和电流频率与定子的相同 .,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四、参数折算1.频率折算方法:用一,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,定子侧所有参数不变,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,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转子旋转,有机械能输出转子静止,无,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,P,2,=0,相当于变压器二次侧开路,电动机堵转时,n=0 ,P,2,=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频率折算结果:转子回路中多一个附称,转子旋转时异步电动机的运行,电磁功率:,定子用磁场通过气隙传递到转子的电功率,转子铜耗,总机械功率,电磁转矩，,机械角速度，,同步角速度,转子旋转时异步电动机的运行电磁功率:定子用磁场通过气隙传递到,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。,异步电动机方程式绕组折算-用一个与定子侧绕组相同（包,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,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,可减少匝数N,1,同时增加S(用铁),使B不很大.,向下变频调速时常要求U,1,/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,I,m,大,铁耗增大,温升会升高,相同尺寸电机60Hz时可设计较大输出功率(n大),H,Im,B,m,1T,1.56T,1.7T,磁化曲线,主磁通mm表证传递力矩Tem的大小H,ImB,m1T1,激磁电流Im和,主电抗X,m,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P,FE,=3*Im,2,*Rm表示,磁路饱和度越高,铁耗越大,H,Im,B,m,1T,1.56T,1.7T,激磁电流Im和主电抗XmIm称激磁电流,大小与电动机的H,I,等效电路,形等效电路,等效电路形等效电路,简化等效电路,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。,需要注明的是，在对称的多相系统中，,时-空矢量图中的轴和相轴、时间矢量,和空间矢量之间存在的三重要关系，,归纳如下：,1)每一相都取自己的相轴作为时轴：,2)任一相的电流相量,与该电流系统产生的合成磁势矢量,（空间矢量）重合,；,（时间相量）,3)主磁通与任一相绕组交链的磁通相量,（时间相量）与主磁通的磁通密度波,的矢量（空间矢量）重合。,相量图 异步电动机的相量图类似于变压器相量图,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；,每相串联匝数为半匝即1/2。,笼形转子,转子极数由定子感应而得，所以同定子同极数笼形转子,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Z,m,（r,m,+jx,m,)、铁耗p,Fe,和机械损耗；,方法：,在额定频率下， 转子轴端不带负载，n,n,1,s,0,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1.2U,N,开始降落， 直至速度降落， 电流回升。,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。,测定：相电压U,1,、空载相电流I,0,、空载输入总功率P,0,。,计算：画出 和,p,Fe,的大小近似地与外施电压的平方成正比， 即,p,mec,仅与转速有关， p,mec,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， 交点以下部分， 即为,机械损耗p,mec,，,额定电压时的铁耗,即可从图中对应的 点求取。,空载试验,p,Fe,U,2,1N,测定：相电压U1、空载相电流I0、空载输入总功率P0。计算：,又， 空载运行时，,空载试验,又， 空载运行时， 空载试验,测定： 、 和,简化计算：,为满足电动机不同的运行数据， 应选取不同的短路电流， 进行短路试验， 求不同的短路参数。,短路试验,方法：堵住转子（S1）， 调节定子外施电压， 使短路电流由1.2I,N,逐渐减小到0.3I,N,。,目的： 测定短路阻抗 、转子电阻 、短路电抗,出厂试验：加U,N,或加100V电压测试(I,N,同时I,M,可忽略),测定： 、 和 简化计算：为满足电动,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。,P,1,P,em,P,2,p,cu_s,p,Fe,p,cu_r,p,+,p,ad,P,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,铁耗,：与铁芯材料饱各度有关,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,：,铁耗：与铁芯材料饱各度有关电磁功率-剩余功率将通过气隙磁,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,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,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：,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,转矩平衡方程,转矩由机械功率产生,转矩平衡方程为,转矩平衡方程转矩由机械功率产生转矩平衡方程为,异步电动机工作特性分析,异步电动机的工作特性是指在额定电压及额定频率下，电动机的主要物理量（转速、定子电流、电磁转矩、功率因数及效率等）随输出功率变化的关系曲线。,利用等值电路来计算工作特性。,1。 转差率特性,随着负载功率的增加，电磁功率增加， 转子电流需要增大，故转差率随输出功率增大而增大。,转差率s,P,2,异步电动机工作特性分析异步电动机的工作特性是指在额定电压及额,空载时电流很小，随着负载电流增大，电机的输入电流增大。,二、,定子电流特性 I,1,f（P,2,）,三、电磁转矩特性 Tf（P,2,）,转速的变换范围很小，从空载到满载，转速略有下降,异步电动机的输出转矩,转矩曲线为一个上翘的曲线。,电磁转矩T,电流I,1,P,2,电流、电磁转矩特性,空载时电流很小，随着负载电流增大，电机的输入电流增大。二、定,四、定子功率因数,空载时，定子电流基本上用来产生主磁通，有功功率很小，功率因数也很低；,随着负载电流增大，输入电流中的有功分量也增大，功率因数逐渐升高；,在额定功率附近，功率因数达到最大值。,如果负载继续增大，则导致转子漏电抗增大（漏电抗与频率正比），从而引起功率因数下降。,P,2,功率因数cos,1,定子功率因数特性,四、定子功率因数 空载时，定子电流基本上用来产生主磁通，有功,五、效率特性,其中铜耗随着负载的变化而变化（与负载电流的平方正比）；铁耗和机械损耗近似不变；,可变损耗等于不变损耗时，电机达到最大效率。,异步电动机额定效率40-94%之间；最大效率发生在(0.7-1.0)倍额定效率处,效率,P,2,转差率s,功率因数cos,1,电流I,1,电磁转矩T,效率特性,五、效率特性其中铜耗随着负载的变化而变化（与负载电流的平方正,负载性能,效率特性,转速特性,输入功率特性,电流特性,(Im,Ia,If,Ib),功率因数特性,转矩,特性,负载性能效率特性转速特性输入功率特性电流特性(Im,Ia,I,负载性能-,转速输入功率特性,负载性能-转速输入功率特性,负载性能-,效率功率因数特性,负载性能-效率功率因数特性,负载性能-,电流特性,负载性能-电流特性,负载性能-,转矩,特性,负载性能-转矩特性,