《电机与拖动基础 第2版 教学课件 ppt 作者 汤天浩 第07章－异步电机原理》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电机与拖动基础 第2版 教学课件 ppt 作者 汤天浩 第07章－异步电机原理（58页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、-1-,第七章 异步电机原理,电机与拖动基础（第2版）,第一节 异步电机的结构和运行方式,第二节 异步电动机的电磁关系,第三节 异步电动机的功率与转矩,第四节 异步电动机的工作特性,-2-,引 言 本章在介绍异步电动机结构与工作原理的基础上，从基本电磁关系的角度，阐明分析三相异步电动机运行的基本方法，重点对异步电动机的功率关系及转矩关系进行分析。采用的分析方法与变压器类似，先通过电磁关系建立异步电动机的基本方程，从而导出其等效电路和相量图，然后利用等效电路和相量图分析异步电动机的功率、转矩和工作特性。,第七章 异步电机原理,-3-,第七章 异步电机原理,第一节 异步电机的结构和运行方式 一、异
2、步电动机的主要用途与分类 1. 异步电动机的主要用途 与直流电机一样，异步电机也满足电机的可逆原理。即在某一种条件下异步电机作为发电机运行，而在另一种条件下却作为电动机运行。但是由于异步发电机的运行性能较差，因而异步电机主要用于作电动机去拖动各种生产机械。 异步电动机的优点是结构简单、容易制造、价格低廉、运行可靠、坚固耐用、运行效率较高和具有适用的工作特性。缺点是功率因数较差，异步电动机运行时，必须从电网里吸收滞后性的无功功率，它的功率因数总是小于1。由于电网的功率因数可以用其它方法进行补偿，所以这并不妨碍异步电动机的广泛使用。,-4-,2. 异步电动机的分类 异步电动机的种类很多，从不同的角
3、度考虑，有不同的分类方法。按定子相数分有：单相异步电动机；三相异步电动机。按转子结构分有：绕线式异步电动机；鼠笼式异步电动机，其中又包括单鼠笼异步电动机、双鼠笼异步电动机、深槽式异步电动机。按有无换向器分有：无换向器异步电动机；换向器异步电动机。此外，根据电机定子绕组上所加电压大小，电动机又可分为高压异步电动机、低压异步电动机。从其它角度看，还有高起动转矩异步电动机，高转差率异步电动机，高转速异步电动机等。 二、三相异步电动机的结构 图7-1是一台笼式三相异步电动机的结构图。与直流电机一样，它主要是由定子和转子两大部分组成，定子与转子之间有一个较小的空气隙。此外，还有端盖、轴承、机座、风扇等部
4、件。,第七章 异步电机原理,-5-,第七章 异步电机原理,-6-,1. 定子 异步电动机的定子主要是由机座、定子铁心和定子绕组三 个部分组成的。 (1) 定子铁心：定子铁心是异步电动机主磁通磁路的一部分，装在机座里。由于电机内部的磁场是交变的磁场。为了降低定子铁心里的铁损耗，定子铁心采用0.350.5mm厚的硅钢片 叠压而成，在硅钢片的两面还应涂上绝缘漆。,第七章 异步电机原理,-7-,(2) 定子绕组： 高压大、中型容量的异步电动机三相定子绕组通常采用Y接法，只有三根引出线，如图7-4a所示。对中、小容量的低压异步电动机， 通常把定子三相绕组的六根出线头都引出来，根据需要可接成Y形或形，如图
5、7-4b所示。 (3) 机座：机座的作用主要是为了固定与支撑定子铁心。,第七章 异步电机原理,-8-,2. 转子 异步电动机的转子主要是由转子铁心、转子绕组和转轴三部分组成的。 (1) 转子铁心： 转子铁心也是电动机主磁通磁路的一部分，它用0.350.5mm厚的硅钢片叠压而成。图7-5是转子槽形图。,第七章 异步电机原理,-9-,(2) 转子绕组：如果是绕线式异步电动机，则转子绕组也是按一定规律分布的三相对称绕组，它可以联接成Y形或形。一般小容量电动机联接成形，大、中容量电动机联接成Y形。转子绕组的三条引线分别接到三个滑环上， 用一套电刷装置引出来，如图7-6所示。,第七章 异步电机原理,-1
6、0-,如果是笼式异步电动机，则转子绕组与定子绕组大不相同，它是一个自己短路的绕组。在转子的每个槽里放上一根导体，每根导体都比铁心长，在铁心的两端用两个端环把所有的导条都短路起来，形成一个自己短路的绕组。如果把转子铁心拿掉，则可看出，剩下来的绕组形状象一个笼子，如图7-7所示。,第七章 异步电机原理,-11-,3. 气隙 异步电动机定、转子之间的空气间隙简称为气隙，它比同容量直流电动机的气隙要小得多。在中、小型异步电动机中，气隙一般为0.21.5mm左右。 异步电动机的励磁电流是由定子电源供给的。气隙较大时，磁路的磁阻较大。若要使气隙中的磁通达到一定的要求，则相应的励磁电流也就大了，从而影响电动
7、机的功率因数。为了提高功率因数，尽量让气隙小些。但也不应太小，否则，定转子有可能发生摩擦与碰撞。如果从减少附加损耗以及减少高次谐波磁动势产生的磁通的角度来看，气隙大点又有好处。 三、异步电动机的结构形式 根据不同的冷却方式和保护方式，异步电动机有开启式、防护式、封闭式和防爆式几种。,第七章 异步电机原理,-12-,四、异步电机的运行方式 为了便于分析，下面先以异步电动机为例说明异步电机的工作原理，并建立异步运行与转差的概念，然后再讨论异步电机的运行方式。 1. 异步电动机的工作原理 如前所述，三相异步电动机定子接三相电源后，电机内便形成圆形旋转磁动势及圆形旋转磁密，由此产生感应电动势e和电磁转
8、矩Te 。电磁转矩的方向与旋转磁动势同方向， 转子便在该方向上旋转起来。 转子旋转后， 转速为n， 只要转速小于旋转磁动势同步转速（n n1），转子与磁场仍有相对运动，电磁转矩Te使转子继续旋转，稳定运行在 Te = TL 情况下。异步电动机由电磁感应产生电磁转矩，所以又称为感应电动机。,第七章 异步电机原理,-13-,2. 转差率 三相异步电动机只有在 n n1 时， 转子绕组与气隙旋转磁密之间才有相对运动，才能在转子绕组中感应电动势、电流， 产生电磁转矩。可见，异步电动机运行时转子的转速n总是与同步转速n1不相等。异步的名称就是由此而来的。 通常把同步转速n1和电动机转子转速n二者之差与同
9、步转速n1的比值称为转差率（也叫转差或者滑差），用s 表示，即,第七章 异步电机原理,（7-1）,虽然s是一个没有单位的量，但它的大小能反映电机转子的转速。例如：n = 0时，s=1； n = n1时，s = 0； n n1时s为负。正常运行的异步电动机，转子转速n 接近同步转速n1 ，转差率s很小，一般s = 0.010.05。,例7-1,-14-,3. 异步电机的运行方式,第七章 异步电机原理,-15-,第二节 异步电动机的电磁关系 在下面的分析过程中，先对绕线式异步电动机进行讨论，然后再将结果推广到鼠笼式异步电动机。 一、正方向规定 图7-9是一台绕线式异步电动机定、转子绕组的联接示意图
10、，假设定、转子三相等效绕组都是Y接法，定子绕组接在三相对称交流电源上，转子绕组开路。图中标明了有关物理量的正方向。,第七章 异步电机原理,-16-,二、异步电动机的合成磁动势 1. 定子磁动势 当三相异步电动机的定子绕组接到三相对称的电源上时，定子绕组里就会有三相对称电流is流过，从第六章对交流绕组产生磁动势的分析中知道，三相对称电流流过定子三相对称绕组所产生的定子合成磁动势是圆形旋转磁动势Fs ，由式（6-7）,第七章 异步电机原理,其中，幅值Fsm为,（7-2）,定子旋转磁动势Fs相对于定子绕组以角频率 旋转，n1是磁动势Fs的同步转速，单位是r/min。,-17-,2. 转子磁动势 同理
11、，在转子三相对称绕组里流过三相对称电流ir 时，也会产生转子空间旋转磁动势Fr 。 现设异步电动机以转速n 旋转时，由转子电流ir产生的三相合成旋转磁动势的幅值为,第七章 异步电机原理,（7-3）,假定转子电流ir 的频率为f2 ，显然由转子电流产生的三相合成旋转磁动势Fr ，它相对于转子绕组的转速，用n2 表示为,（7-4）,-18-,第七章 异步电机原理,这就是说，定子旋转磁动势Fs 与转子旋转磁动势Fr，它们相对于定子来说，都是同转向，以相同的转速n1旋转着， 即同步旋转。 3. 定、转子合成总磁动势 作用在异步电动机磁路上的定、转子旋转磁动势Fs与Fr ，既然以同步转速一道旋转，就应该
12、把它们按照矢量的方式加起来，得到一个合成的总磁动势。假定两个矢量Fs 与Fr 之间的夹角为sr ，则它们的合成磁动势为Fsr，其矢量关系如图7-10所 示。,转子旋转磁动势Fr 相对于转子绕组的转速为n2 ，由于转子本身相对于定子绕组有一转速n 。 于是，转子旋转磁动势Fr 相对于定子绕组的转速为,-19-,根据异步电动机定、转子旋转磁动势的矢量关系，其合成的总磁动势可表示为,第七章 异步电机原理,由此可见，当三相异步电动机转子以转速n旋转时，定、转子磁动势关系并未改变， 只是每个磁动势的大小及相互之间的相位有所不同而已。,（7-5）,-20-,第七章 异步电机原理,三、异步电动机的感应电动势
13、 旋转着的气隙每极主磁通m在定、转子绕组中分别产生感应电动势，由式（1-35），并仅考虑其数值关系，可得,（7-6）,这里， = m ，对于定子绕组e = 1= 2f1 ，N = N1，对于转子绕组e = 2= 2f2 ，N = N2。因此定、转子绕组感应电动势的有效值分别为,（7-7）,由此可见，Es和Er 其表达式与双绕组变压器相似，而在相位上均滞后于m 90，所以定、转子绕组感应电动势的相量表达式分别为,（7-8）,（7-9）,（7-10）,-21-,四、 异步电动机的电压方程 1. 定子电压方程 定子绕组的漏磁通在定子绕组里的感应电动势， 用Es 表示，叫定子漏电动势。一般来说， 由于
14、漏磁通走的磁路大部分是空气， 因此漏磁通本身比较小， 并且由漏磁通产生的漏电动势其大小与定子电流Is成正比。用变压器里学过的方法，把漏磁通在定子绕组里的感应电动势看成是定子电流Is在定子漏电抗Xs上的压降。 根据图7-9中规定的电动势、 电流正方向， Es在相位上要滞后Is 90电角度，即有,第七章 异步电机原理,（7-11）,式中，Xs 为定子每相的漏电抗，它主要包括定子槽漏抗、端部漏抗。,-22-,如果考虑定子绕组Rs上的电压降为IsRs ，根据图7-9中所给出各量的正方向，我们可以列出定子一相回路的电压方程式为,第七章 异步电机原理,（7-12）,式中， Zs = Rs + jXs 定子
15、一相绕组的漏阻抗。,-23-,2. 转子电压方程 同上分析可得转子回路的电压方程式为,第七章 异步电机原理,（7-13）,对于鼠笼式异步电动机，由于其转子短接，Ur = 0；对于绕线式异步电动机，一般情况下也不外接电源，因此式（7-13）可写成,（7-14）,-24-,当转子以转速n恒速运转时，转子绕组的感应电动势、电流和漏电抗的频率用f2表示。异步电动机运行时，转子的转向与气隙旋转磁场的转向一致，它们之间的相对转速为 n2 = n1 - n ，由式（7-4）电动机转子频率f2为,第七章 异步电机原理,（7-15）,转子频率f2 等于转差率s乘以定子频率f1 。对s为任何值时，上式的关系都成立。正常运行的异步电动机，转子频率f2 约为0.52.5Hz。,-25-,由式（7-8），转子旋转时转子绕组中感应电动势可写成,第七章 异步电机原理,（7-16）,式中 Er0 转子不转时转子绕组中感应电动势。 同样，转子漏电抗Xr 是对应转子频率f2 时的漏电抗。它与转子不转时转子漏电抗Xr0的关系为,（7-17）,可见，当转子以不同的转速旋转时，转子漏电抗Xr 是个变数， 它与转差率s 成正比变化。 正常运行时，对异步电动机有 Xr X
