电机第五章(11版)课件

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1、1,第5章 三相异步电动机的基本原理,2,本章内容,三相异步电动机的结构和工作原理 三相异步电动机的定子绕组 三相异步电动机的定子磁动势及磁场 三相异步电动机定子绕组的电势,3,Y、Y2系列三相异步电动机,5.1 三相异步电动机的结构和工作原理,4,一、 基本结构,5,6,1、定子,定子铁心槽型和绕组分布示意图,铁心内圆开槽的形状：,7,三相定子绕组的联结,定子绕组的线圈示意图,三相绕组的六个出线端 （U1、V1、W1，U2、V2、W2）,8,散热筋片,9,笼型转子,2、转子,转子铁心冲片,转 轴,转子铁心也是电动机主磁路的一部分,转轴是支撑转子铁心和输出转矩的部件,笼型转子绕组形状就像一个松

2、鼠笼子,10,2、转子,绕线转子,绕线转子绕组也是一个对称三相绕组。,11,3、气隙,气隙的大小对三相异步电动机的性能影响极大。气隙大，则磁阻大，由电网提供的励磁电流(滞后的无功电流)大，使电动机运行时的功率因数降低。但是气隙过小时，将使装配困难；运行不可靠，易发生”扫膛”。,12,二、 三相异步电动机的转动原理,磁极旋转 ,感应电动势,感应电流,磁场力,发现：,1、线圈的转向与磁场的转向一致。,2、线圈的转速要低于磁场的转速。,？,13,旋转磁场的产生,iA,iB,iC,t=0,t,0,i,规定：当电流为正时，电流从线圈的首端流入，从线圈的尾端流出；电流为负值时则方向相反，即尾入首出。,首端

3、,首端,首端,尾端,14,t=60,t=120,t=180,电流变化一周，磁场顺时针转过一周（360）。,当电流的相序为A-B-C时，旋转磁场的方向为沿绕组的首端A-B-C的方向，与电流相序一致。,发现：,15,旋转磁场的连续观察,旋转磁场的方向取决于三相电流的相序。,问题： 如何改变旋转磁场的方向？,16,关于旋转磁场的极对数 (p),当每相绕组只有一个线圈，绕组的始端相差120 产生的旋转磁场具有一对极，即 p=1。,17,若将定子绕组安排成：每相绕组有两个线圈串联,且绕组的始端在空间上相差60,18,t=0,19,t=0,t=60,发现：,当旋转磁场有两对磁极p=2时，,电流变化60，旋

4、转磁场顺时针转过30。,电流变化一周，旋转磁场在空间上顺时针转过180,20,思考： 如果要产生三对极，即p=3的旋转磁场，如何实现？,每相绕组有三个线圈串联，每相绕组的首端在空间上相差40（120/p）的空间角。,21,旋转磁场的转速,p=1,电流在时间上变化一周期 磁场在空间上转一周,电流变化 f1次/s 旋转磁场旋转 f1 周/s,旋转磁场的转速：ns=60f1（r/min）,p=2,电流在时间上变化一周期 磁场在空间上转半周,旋转磁场的转速：ns=60f1/2（r/min）,极对数为p,22,电机转子的转速n略小于ns,23,转差率,表示转子转速n与同步转速ns相差的程度。,通常异步电

5、动机在额定负载时的转差率为1%9%,异步电动机在起动的瞬间：,n=0 s=1,此时，转差率s最大。,24,解：,由n略小于ns知:,s=（1500-1470）/1500=0.02,p=2， ns=1500 r/min,25,三相异步电动机的铭牌,每一台三相异步电动机，在其机座上都有一块铭牌，铭牌上标注有型号、额定值等,26,Y 2 112M-2,第二次改型设计,中心高112mm,中机座,电机型号,2极,汉语拼音,中心高63315mm为小型，315630mm为中型，630mm以上为大型；,S、M、L分别表示短、中、长机座,27,额定值,(1)额定功率PN,(2)额定电压UN,额定运行时，轴上输出

6、的机械功率（kW ）,额定运行状态时，定子绕组应加的线电压（V ）,(3)额定电流IN,电动机在额定电压下运行,轴上输出额定功率，流入定子绕组的线电流（A）。,(4)额定频率fN,(5) 额定转速nN,电动机所接的交流电源的频率。我国电力网的频率(工频)规定为50Hz。,电动机在额定电压、额定频率和轴上输出额定功率时的转子转速(r/min)。,28,例：一台Y160M2-2三相异步电动机的额定数据如下：PN=15kW，UN=380V，cosN=0.88，N=88.2%，定子绕组联结。试求：该机的额定电流和对应的相电流。,解 该机的额定电流为,从此题看，在数值上有IN 2PN，这也是额定电压为3

7、80V的电动机的一般规律。,相电流为,29,5.2 三相异步电动机的电枢绕组,线圈,是由单匝或多匝串联而成，是组成交流绕组的基本单元。,1)常用术语,30,电机圆周在几何上分成360，这个角度称为机械角度。,电角度与机械角度,可见，一个具有 p 对磁极电机，电机圆周按电角度计算就为 p360，而机械角度总是360 。电角度= p机械角度,31,极距,每个磁极沿定子铁心内圆所占的范围,磁极所占范围的长度表示,定子槽数表示,电角度表示,节距y,y,当y= 时，称为整距绕组；,当y 时，称为短距绕组,当y 时，称为长距绕组。,32,槽距角,相邻两槽之间的电角度称为槽距角,每极每相槽数q,每一个极下每

8、相所占有的槽数称为每极每相槽数,33,2）对电枢绕组的要求,（1）电枢绕组通电后， 必须形成规定的磁场极数； （2）三相绕组必须对称，不仅要求三相绕组的匝数N、节距y、线径及在圆周上的分布情况相同，而且三相绕组的轴线在空间上互差1200电角度。 （3）电枢绕组通过电流所建立的磁场在空间的分布为正弦分布，且旋转磁场在电枢绕组中感应电动势必须随时间按正弦规律变化。 采用分布绕组和短距绕组。 （4）在一定的导体数之下， 建立的磁场最强而且感应电动势最大。 因此线圈的节距y尽可能接近极距。 （5）用铜少；下线方便；强度好。,34,三相单层绕组,单层绕组的优点是结构简单，但缺点是当导线较粗时， 绕组端部

9、排列困难，所以只在小容量电机中使用。 当电机容量较大，导线较粗时，为了端部排列整齐，下线方便， 一般采用双层绕组。,35,三相双层绕组,对比可知，双层绕组的线圈组数等于磁极数，是单层绕组的两倍。,36,5.3 三相异步电动机的定子磁动势,37,每极下的气隙磁动势为:,一、单相绕组的磁动势,（一）整距线圈的磁动势,这种在空间位置固定，而大小随时间变化的磁动势称为脉振磁动势。,38,脉振磁动势,脉振的频率就是交流电流的频率。,39,单个线圈产生矩形脉振磁势，其基波为正弦脉振磁势；若有 q个线圈呢？,基波在空间按正弦分布；任何一个位置的磁动势在时间上均按正弦变化。所以基波是一个正弦分布的正弦脉振磁势

10、。,40,二) 整距分布绕组的磁动势,1 2 3,4,41,1）整距线圈的线圈组磁动势,q个线圈基波磁动势,q,F1,F2,F3,Fq1,0,R,F1,F2,F3,基波磁动势 分布系数,42,同理，可求得各次谐波磁动势为：,其物理意义：绕组各线圈分布后引起基波磁动势的一个折扣。,43,解： 计算每极每相槽数q和值,例 一台四极三相异步电动机，定子槽数为36，计算其基波和5次、7次谐波磁动势的分布系数。,分布绕组的合成磁动势中谐波含量要比集中绕组中小得多。分布绕组是改善磁动势波形的有效措施之一。,44,三 ) 双层短距绕组的线圈组磁动势,短距线圈节距缩短的电角度,合成磁动势的大小及波形只取决于导

11、体电流的大小和方向以及导体的分布情况，而与导体之间的连接次序无关。,45,三 ) 短距绕组的线圈组磁动势,双层短距绕组的磁动势等于错开一个短距角的两个单层绕组的磁动势在空间叠加。,46,短距后的磁动势比 整距时应打的折扣.,47,当v 为奇数,y1= -/v时, kyv=0，可消除v次谐波磁动势。,采用短距线圈组,可改善磁动势波形。,同理，对于v 次谐波,式中,称为谐波磁动势的节距因数,48,四）相绕组的磁动势,设N为相绕组的串联总匝数；N/p为相绕组每对极下线圈匝数。,由集中的改为分布,由整距改为短距,由短距线圈组成的分布绕组,绕组因数,对于v 次谐波 kwv=kqvkyv,因为整距绕组磁动

12、势,49,单相基波磁动势的完整表达式为,该磁动势的轴线在空间固定不动，而振幅不断地随时间做正弦变化。,50,每相电枢绕组产生的磁动势在空间是正弦分布的，并且三相磁动势在空间互差120电角度。三相电枢绕组的基波磁动势为,二、三相电枢绕组的合成磁动势,51,根据三角函数的积化和差公式，上式可以写为,将上式中三相电枢绕组磁动势相加，得到合成基波磁动势,52,是一个幅值恒定、正弦分布的行波。 由于 表示三相电枢绕组基波合成磁动势沿气隙圆周的空间分布，所以它是一个沿气隙圆周旋转的行波，其相对于定子的速度是,同步速度,相应的波长,53,1）三相对称绕组通入三相对称电流所产生的三相基波合成磁动势是一个旋转行

13、波， 合成磁动势的幅值是单相电枢绕组脉振磁动势幅值的3/2倍。同理可以证明，对于m相对称绕组通入m相对称电流，所产生的基波合成磁动势也是一个旋转行波，其幅值为每相脉振幅值的m/2倍。 2）根据旋转磁场的行波性质，旋转磁场的电角速度和机械转速为,上式表明，旋转磁场的转速ns仅与电源频率f1和电机极对数p有关，称为同步转速。,旋转磁场的基本特点,54,3）旋转磁场的旋转方向是从电流超前的相转向电流滞后的相，即合成磁动势的轴线是从A相转到B相，再从B相转到C相。因此要改变旋转磁场的方向，只要改变电枢绕组的相序即可； 4）当某相电流达到最大时，旋转磁动势的幅值刚好转到该相绕组的中心线上。,55,5.4

14、 三相异步电动机定子绕组的电动势,5.4.1 线圈的感应电动势 1) 单根导体电动势,设气隙磁密为BB1mcost,当导体切割气隙磁场时：,56,所以导体电动势的有效值为：,每极下磁通密度的平均值为：,每极磁通为：,导体电动势的有效值为：,57,单匝整距线圈的感应电动势为：,但对于短距线圈，其有效边的感应电动势相量相位差,ky1称为线圈的短距系数,所以短距线圈的电动势为：,2）线圈电动势和短距系数,当线圈有Ny匝时，其整个线圈的电动势为：,Ey1=NyEt1=4.44Nyky1f11,58,5.4.2 线圈组电势和分布系数,每个极下有q个线圈串联，组成一个线圈组，所以线圈组的电动势等于q个串联

15、线圈电动势的相量和。,以三相四极36槽的交流绕组为例进行分析,槽距角,每极每相槽数,线圈组电动势的有效值为：,59,线圈组电动势的有效值为：,Eq1=4.44qNyKy1Kq1f11=4.44qNyKw1f11,式中Kw1= Ky1Kq1称为绕组系数，它表示由于短距和 分布引起线圈组电动势减小的程度。,Ey1=4.44Nyky1f11,60,5.4.3 相电动势,单层绕组：一个相绕组有p个线圈组，并联支路数为a, 每个线圈的匝数为Ny, 每个相绕组串联匝数为,单层绕组相电动势的有效值,双层绕组：一个相绕组有2p个线圈组，每个相绕组串联匝数为,双层绕组相电动势的有效值,61,5.4.4 短距绕组、分布绕组对电动势波形的影响,对次谐波：,1.采用短距绕组,例如,改善电动势波形的方法:,2.采用分布绕组,62,与变压器比较,变压器： 主磁通，脉动磁通， m表示振幅 一次、二次绕组静止，磁通幅值按正弦变化，产生感应电势。 集中整距绕组 异步电机： 主磁通，旋转磁通，沿气隙按正弦分布且以同步速旋转 主磁通与转子有相对运动，（磁通幅值不变化），转子中交链磁链变化，产生感应电势。 分布短距绕组。,63,作业,P127 4-1; 4-4; 4-5; 4-9; 4-11,