《异步电动机课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《异步电动机课件（54页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、异步电动机的应用,异步电动机又称为感应电动机，电厂中的绝大部分电动机是异步电动机，用它来拖动锅炉和汽轮机附属设备的旋转机械，如：水泵、风机等。,优点：结构简单、运行可靠、维护方便、效率较高等。,在一些要求调速范围较宽的场合，就采用调速特性较好的直流电动机，而在单机容量较大，需要保持恒定速度的场合，常采用功率因数可调节的同步电动机。,缺点：不能在较广的范围内经济、平滑地调速，使所接电网的功率因数降低。,异步电动机的基本工作原理和结构,1-1 异步电动机的基本工作原理,定子上对称装有三相绕组,空间位置互差120,转子绕组为多相短路绕组,一、基本工作原理,异步电动机的基本工作原理和结构,（1）定子绕
2、组通入对称三相电流，产生以同步速n1 旋转的气隙旋转磁场；,（2）转子导体切割气隙旋转磁场，在自行闭合的转子绕组中产生感应电动势和感应电流；,（3）转子电流的有功分量与气隙磁场相互作用，使转子导体受到电磁力，并形成电磁转矩，带动转子顺旋转磁场的方向转动起来。,若转轴上带有负载，电动机将输出机械功率，从而完成电能向机械能的转换。,异步电动机的基本工作原理和结构,讨论： 异步电动机转速 （同步速）异步的由来,（2）旋转过程中，若转子达到同步速，则与定子旋转磁场之间相对静止，转子不会切割定子磁场而产生感应电势和感应电流，转子就不会受到定子磁场的电磁转矩作用，转子将减速。,（1）启动时，转子静止，定子
3、旋转磁场为同步速，转子切割定子磁场而产生感应电势，并在短路绕组中产生感应电流，转子电流在定子磁场中受到电磁转矩作用而产生转动。,异步电动机的基本工作原理和结构,二、转差率（滑差）,转子转速与同步转速的差值对同步转速的比值,转差率反映了转子转速和定子旋转磁场转速的相对运动速度。它与电动机的转速、电流和力矩等有着密切关系。决定了转子电动势及其频率。,静止时，转差率s =1； 异步运行时,0 s 1; 额定负荷运行时，其转差率在001006范围内,异步电动机的基本工作原理和结构,三、异步电动机的三种运行状态,（1）电动机运行状态,异步电机转子拖动所带机械设备转动，异步电机转子转速小于定子旋转磁场，且
4、方向相同,转子导体中的电流与旋转磁场相互作用，总会产生一个与旋转磁场转向相同的驱动性质的电磁力矩,电动机运行状态的转差率范围：0s1,异步电动机的基本工作原理和结构,（2）发电机运行状态,异步电机所带机械设备拖动转子转动，使异步电机的转速超过同步速,转子导体切割旋转磁场的方向与电动机运行状态相反，因此感应电动势和电流的方向也发生变化，产生的电磁力形成的电磁力矩的方向与转子的转动方向相反。即电磁力矩变为制动力矩。此时，机械设备由负荷变成了原动机，其输入的机械能通过异步电机转化为电能。,发电机运行状态的转差率范围：-s 0,异步电动机的基本工作原理和结构,异步电机在某种外力的作用下，其转子逆着旋转
5、磁场的方向旋转，如起重机放下重物时,转子导体将以高于同步速度的速度切割旋转磁场，切割方向电动机运行状态时相同，因此，转子导体中的电动势、电流以及电磁力矩的方向都与电动机运行状态时相同，但这时的电磁力矩方向与转子的转向不同，电磁力矩对外力起制动作用,（3）电磁制动运行状态,电磁制动运行状态的转差率范围：1 s +,异步电动机的基本工作原理和结构,1-2 异步电动机的基本结构,（1）定子 （2）转子,定子和转子之间有一很小的间隙，称为气隙。,异步电动机的基本工作原理和结构,1、定子 包括定子铁心、定子绕组、机座等。,（1）定子铁心：作用是放置定子绕组和构成主磁路。 由0.5mm厚的金国绝缘处理的硅
6、钢片叠压而成。,（2）定子绕组：是定子部分的电路。 由许多高强度漆包铜线或铝线按一定规律连接绕制而成。,（3）机座：固定和支撑定子铁心。,异步电动机的基本工作原理和结构,绕线型：由嵌入转子槽中的对称三相绕组组成，接成星形，并接到转轴上的三个集电环上，再通过电刷与外电路接通。,2、转子：包括转轴、转子铁心、转子绕组等。,（2）转子铁心：构成主磁路，外圆槽内放置转子绕组。 由0.5mm厚的硅钢片叠压而成，套在转轴上。,（3）转子绕组：分为笼型和绕线型两种。,笼型：由插入转子槽中的导条和两端端环组成，是自行闭合的对称多相绕组。小型采用铸铝转子，中、大型采用铜条转子。,（1）转轴：中碳钢，支撑、固定转
7、子铁心，传递转矩。,异步电动机的基本工作原理和结构,笼型绕组,绕线绕组及其示意图,异步电动机的基本工作原理和结构,1-3 异步电动机的铭牌参数,1. 额定功率 额定运行时转轴输出的机械功率，千瓦(kW)。,2. 额定电压 额定运行时三相定子绕组的线电压，伏（V）或千伏（kV）,3. 额定电流 额定运行时三相定子绕组的线电流，安（A）或千安（kA）,4. 额定频率：我国额定工频为50Hz。赫兹（Hz）,5. 额定功率因数 额定运行时，定子相电流与相电压之间的相位差。,6. 额定效率：额定运行时，输出机械功率与输入有功功率之比。,异步电动机的基本工作原理和结构,7. 接线组别 额定运行时，三相定子
8、绕组应采用的连接方式。有些电动机铭牌上有两个电压数值220/380V，接线组别也有两种：三角形和星形，这表示电网电压为220V时定子绕组应接成三角形，电压为380V时，定子绕组应接成星形。,8. 额定转速 额定运行时的转速，r/min。,9. 运行方式（定额） 电动机运行的持续时间。分“连续”、“短时”、“断续”3种,10.绝缘等级 电动机定子所用绝缘材料的等级，它决定了电动机的允许温升，有些电动机铭牌上只标允许温升。,异步电动机的基本工作原理和结构,铭牌,中小型异步电动机型号,大型异步电动机型号,异步电动机的运行原理和工作特性,2-1 异步电动机负载时的磁动势和电动势,一、转子不动时,定子磁
9、势所产生的磁通可分为两部分： （1）主磁通：由定子产生的在气隙中以同步速旋转的基波磁通，同时环链定子和转子绕组。路径：定子齿气隙转子铁芯气隙定子齿定子铁轭。异步电动机依赖这部分磁通实现定子、转子之间传递能量。 （2）漏磁通：仅与定子绕组环链。由三部分组成，定子绕组槽部漏磁通、定子绕组端部漏磁通、高次谐波磁通。,转子绕组通过电流后，也将建立转子磁势。这时气隙中的气隙磁通应由定子和转子磁势合成，转子磁势还产生仅与转子绕组环链的转子漏磁通。,异步电动机的运行原理和工作特性,气隙中磁场（主磁通m ）由定、转子磁势F1、F2共同建立，分别在定、转子绕组中感应电势E1、E2。定、转子漏磁通分别为l1、l2
10、，感应漏电势El1、El2。定子电路中，外加电源电压U1与E1、El1和I1 r1相平衡；转子电路中，E2与El2和I2 r2平衡。,异步电动机的运行原理和工作特性,电磁方程式,磁势方程式,定、转子磁场在空间上以同方向、同频率旋转，相对静止，定、转子感应电势的频率f1 = f2,异步电动机的运行原理和工作特性,二、转子旋转时,旋转磁场（主磁通m ）仍以n1旋转，在定子绕组中感应出E1，而转子以转速n 旋转，即转子绕组以相对速度 n2=n1-n切割旋转磁场。,转子绕组中感应电势的频率,转子绕组感应电动势的数值,异步电动机的运行原理和工作特性,转子绕组中感应电流,转子绕组漏抗,转子绕组功率因数,转
11、子绕组电动势平衡方程,异步电动机的运行原理和工作特性,转子绕组磁动势平衡方程,转子电磁转矩（驱动转矩）,气隙合成旋转磁场的每极磁通 KM、K与电动机结构有关的常数 cos2转子每相电路的功率因数,异步电动机的运行原理和工作特性,2-2 异步电动机的等值电路,异步电动机的运行原理和工作特性,异步电动机的运行原理和工作特性,异步电动机的简化等值电路,异步电动机的运行原理和工作特性,2-3 异步电动机的电磁转矩和机械特性,一、功率平衡关系,异步电动机的运行原理和工作特性,输入电功率,定子传到转子的电磁功率,驱动转子的机械功率,附加损耗,机械损耗,转轴最终输出机械功率,异步电动机的运行原理和工作特性,
12、二、电磁转矩与磁通和转子电流的关系,电磁转矩与气隙磁通、转子电流、转子功率因数有关。,异步电动机的运行原理和工作特性,三、电磁转矩与转差率,电磁转矩与电压、频率、参数、转差率有关。,异步电动机的运行原理和工作特性,（1）机械特性曲线,临界转差率,s=1时 启动转矩,最大转矩,额定转矩,稳定运行区：0sm 或 nmn1,异步电动机的运行原理和工作特性,（2）最大电磁转矩,忽略 r1,忽略 r1,（1）最大转矩与外加电压的平方成正比，临界转差率与电压无关。,（2）最大转矩与转子电阻无关，临界转差率与转子电阻成正比。,异步电动机的运行原理和工作特性,（3）启动转矩,1）启动转矩与外加电压的平方成正比
13、。,2）转子回路串电阻，可以增加启动转矩。,异步电动机的运行原理和工作特性,最大转矩、启动转矩与转子电阻的关系,异步电动机的运行原理和工作特性,（4）额定转矩,额定负载时的输出机械转矩,异步电动机的运行原理和工作特性,（5）过载能力，启动转矩倍数,过载能力,通常在22.2范围内,启动转矩倍数,通常在1.72.2范围内,异步电动机的运行原理和工作特性,四、异步电动机的运行特性,转速特性 n = f(P2) 效率特性 = f(P2) 功率因数特性 cos= f(P2) 转矩特性 M2 = f(P2) 定子电流特性 I1 = f(P2),异步电动机的启动和调速,3-1 异步电动机的启动电流和启动转矩
14、,一、启动性能,（1）启动电流倍数 Ist/IN,（2）启动转矩倍数 Mst/MN,（3）启动时间,（4）启动设备的简易性和可靠性,要求：足够大的启动转矩，但启动电路不要太大，往往这两个要求相互矛盾。,异步电动机的启动和调速,二、启动问题,（1）使电网电压降低而影响其他电气设备,（2）使电动机过热而加速绝缘老化,（3）过大的电磁力冲击使电动机定子绕组端部变形,对于鼠笼式电动机，启动电流倍数为47，而启动转矩倍数只有0.91.3，启动性能不好。,造成的不良影响：,（1）降低电源电压,（2）增加定、转子阻抗,减小启动电流的方法：,异步电动机的启动和调速,3-2 鼠笼式异步电动机的启动,一、直接启动
15、全压启动,用普通开关把电动机直接接入电网。,供电变压器容量越大，启动电流引起的系统母线电压降低越小，只要不超过（10%15%）额定电压，就允许直接启动。,优点：操作简单，设备投资和维护费用少。 缺点：启动电流大，对电网影响大。,异步电动机的启动和调速,二、降压启动,电压降为1/k， 启动电流因而减小， 但转矩也相应减小。,工作原理：,异步电动机的启动和调速,（1）定子回路串电抗启动,电压降为1/k， 启动电流也降为1/k， 启动转矩降为1/k2。,启动时在定子回路中串入电抗器，起分压作用，以降低电压，减小启动电流；启动完毕，切除电抗器。,异步电动机的启动和调速,（2）用自耦变压器启动,启动时，
16、投入自耦变压器，降低定子绕组电压；启动完毕，切除自耦变压器。,电压降为1/ka， 启动电流也降为1/ka2， 启动转矩降为1/ka2。,异步电动机的启动和调速,（3）星-三角换接启动,启动时，定子绕组接成星形，降低定子绕组电压；启动完毕，换接成三角形。,相电压降为 ， 启动电流也降为1/3， 启动转矩降为1/3。,异步电动机的启动和调速,3-3 绕线式异步电动机的启动,工作原理：,异步电动机的启动和调速,一、转子串电阻启动,随转速提高，操作开关，减小转子回路所接入的电阻。,异步电动机的启动和调速,二、转子串频敏电阻启动,频敏电阻的阻值随转速提高而自动减小。,异步电动机的启动和调速,3-4 深槽式和双鼠笼式异步电动机,一、深槽式异步电动机,转子导条窄而深，可看成若干个导体的并联。流过电流时，槽底导体所交链的漏磁通远大于槽口，漏抗也远大于槽口。,启动时，转差率大，转子电流频率高，漏抗远大于电
