《电机与拖动 教学课件 ppt 作者 孙建忠 刘凤春 第4章》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电机与拖动 教学课件 ppt 作者 孙建忠 刘凤春 第4章（99页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第4章 异 步 电 机,4.1 三相异步电动机的基本结构与工作原理 4.2 三相交流电机的绕组 4.3 三相交流绕组的磁动势 4.4 三相交流绕组的感应电动势 4.5 三相异步电动机的等效电路 4.6 三相异步电动机的功率和转矩 4.7 三相异步电动机的工作特性和参数测定 4.8 单相异步电动机 4.9 三相异步发电机,4.1 三相异步电动机的基本结构与工作原理,4.1.1 三相异步电动机的基本结构 4.1.2 异步电动机的基本工作原理 4.1.3 三相异步电动机的额定值和主要系列,4.1.1 三相异步电动机的基本结构,1. 定子部分 2. 转子部分,1.定子 异步电机的定子主要包括定子铁心、
2、定子绕组和机座。 定子铁心：电机主磁路的组成部分，并嵌放定子绕组。定子铁心由厚度为0.5mm的硅钢片叠装而成。为了嵌放定子绕组，在定子冲片内圆周上均匀地冲制若干个形状相同的槽。,定子绕组：构成电路部分。其作用是产生感应电动势、流过电流、实现机电能量转换。,定子铁心的槽形主要有三种：半闭口槽适用于小型异步电机，其绕组是用圆导线绕成的。半开口槽适用于低压中型异步电机，其绕组是成型线圈。开口槽适用于高压大中型异步电机，其绕组是用绝缘带包扎并浸漆处理过的成型线圈。,2、转子,鼠笼式转子铁心,异步电机的转子主要包括转子铁心、转子绕组和转轴。 转子铁心：电机主磁路的组成部分，并放置转子绕组。由厚度为0.5
3、mm的硅钢片叠装而成，在转子外圆周上冲制均匀分布的形状相同的槽。 转子绕组：构成电路部分。转子绕组有两种结构型式：笼型绕组和绕线型绕组。,转轴：支撑转子铁心和输出、输入机械转矩。,笼型绕组：在转子铁心均匀分布的每个槽内各放置一根导体，在铁心两端放置两个端环，分别把所有的导体伸出槽外部分与端环联接起来。这种笼型绕组一般为铝浇铸的，对中大型电机为减小损耗、提高效率，往往采用铜条焊接而成。,绕线型绕组：与定子绕组具有相同极数的三相对称绕组。一般接成星形。将三相绕组的三个引出线分别接到转轴上三个滑环上，再通过电刷与外电路接通。绕线型转子的特点是可以通过滑环电刷在转子回路中接入附加电阻，以改善电动机的起
4、动性能、调节转速。,4.1.2 异步电动机的基本工作原理,1.旋转磁场的产生 2. 异步电动机的基本工作原理 3. 异步电机的运行状态,1.旋转磁场的产生,感应电动机的旋转磁场是由装在定子铁心上的三相绕组，通入对称的三相电流而产生的,2. 异步电动机的基本工作原理,3. 异步电机的运行状态,4.1.3 三相异步电动机的额定值和主要系列,1. 额定值 2. 异步电动机的主要系列,1. 额定值,6）绝缘等级 绝缘等级决定了电动机的容许温升，有时也不标明绝缘等级而直接标明容许温升。 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接方式 。,8）转子绕组的开路电压 指转子接额定电压，转子绕
5、组开路时转子线电压，单位是V。 9）转子绕组的额定电流 单位是A。,若是绕线转子感应电动机，则还应有：,铭牌上除了上述的额定数据外，还表明了电动机的型号，型 号 一般用来表示电动机的种类和几何尺寸的大小等。 中心高表示电动机的直径大小 防护形式的数字数字越大，表示防护的能力越强。 对于系列电动机，铭牌上有时也不标防护型式。,Y系列 是一般用途的小型笼型电动机系列，取代了原先的JO2系列。额定电压为380V，额定频率为50Hz，功率范围为（0.55-90）kW，同步转速为（70-3000）r/min，外壳防护型式为IP44和IP23两种，B级绝缘。 JDO2系列 该系列是小型三相多速感应电动机系
6、列。它主要用于各式机床以及起重传动设备等需要多种速度的传动装置。 JR系列 该系列是中型防护式三相绕线转子感应电动机系列，容量为（45-410）kW。 YR系列 是一种大型三相绕线子感应电动机系列，容量为（250-2500）kW，主要用于冶金工业和矿山中。,2. 异步电动机的主要系列,4.2 三相交流电机的绕组,4.2.1 交流绕组的基本概念 4.2.2 三相双层绕组 4.2.3 三相单层绕组,1）电角度 电动机圆周在几何上分成360，这称为机械角度。从电磁观点来看，若电动机的极对数为p，则经过一对磁极，磁场变化一周，相当于360电角度。因此，电动机圆周按角度计算p360，即 电角度=p机械角
7、度 2）槽距角 相邻两个槽之间的电角度称为槽距角。因为定子槽在定子内圆上是均匀分布的，所以若定子槽数为Z1，电机极对数为p，则,除了极距，线圈节距y1等的意义和直流电枢绕组是一样外。在交流绕组中，还需要知道：,4.2.1 交流绕组的基本概念,3）每极每相槽数q 每一个极下每相所占有的槽数称为每极每相槽数q，若绕组相数为m1，则 若q为整数，称为整数槽绕组。若q为分数，称为分数槽绕组。 分数槽绕组一般用在大型、低速的同步电机中。 4）相带 每相绕组在一对极下所连续占有的宽度（用电角度表示）称为相带。在感应电动机中，一般将每相所占有的槽数均匀地分布在每个磁极下，因为每个磁极占有的电角度是180，对
8、三相绕组而言，每相占有60 的电角度，称为60,相带。由于三相绕组在空间彼此要相距120 电角度，所以相带的划分沿定子内圆应依次为U1、W1、V1、U2、W2、V2，如图。,一、2p=2，q=1,定子铁心内圆上共有Z1=2m1pq=6个槽，每个相带中只有一个槽，其中U1、U2的线圈边构成一相绕组。V1、V2和W1、W2构成另外两组绕组。显然，它们在空间互差120电角度，如下图。,4.2.3 三相单层绕组,从上图中可以看出，每个线圈的节距y1都等于极距，三个线圈的引出端u1-u2，v1-v2，w1-w2可以根据需要接成星形或三角形，如下：,二、2p=4，q=1,定子槽数Z1=12，每对极下有6个
9、槽，每对极下三相绕组的排列完全相同，这样每相绕组就有两个圈，它们可以并联联接，也可以串联联接。下图是串联联接的情况。,q=1的绕组称为集中绕组，虽然结构简单，但电气性能较差（电动势和磁动势的波形不是正弦波），且定子铁心的内圆没有得到充分利用，散热也困难，因此实际上并不采用。,三、2p=4，q=2,设有一台4极电动机，定子槽数Z1=24，则每极每相槽数 ，槽距角 。若绕组采用60相带，则每个相带包含两个槽（即等于q），列表。,相 带 与 槽 号 对 应 表,U相绕组的4个线圈，依次串联起来，构成了一相绕组，其形状、大小是完全一样的，称为等元件绕组，展开图如图所示,这就使端接部分长度缩短，节省了材
10、料。同时也减少了端接部分的重叠现象，使端接部分的排列更加合理。,比较可见，导体中的电流方向未变，因而产生的磁动势情况不变，每相绕组的电动势大小也未变。但改变接法后，每个线圈的节距y1由原来的整矩（y1=6=）变为短距（y1=5），,把上图的展开图改接成下图所示的情况，改变接法后，为了维持导体中的电流方向不变，导体电动势仍是相加而不是相减，则线圈间的联接应由上图的“头-尾”相联接成下图的“尾-尾”相联、“头-头”相联。这种联接方式的绕组称为链式绕组。,链式绕组的线圈虽然是短距的，但在电气性能方面和整距绕组一样。 从电气性能来看，链式绕组仍然是一种整距绕组。,用同样的方法，可以得到另外两相绕组的联
11、接规律。一般当q=2时，三相单层绕组都采用链式绕组。下图为三相单层链式绕组的展开图。,四、2p=4，q=3,设一台4极电动机，定子槽Z1=36，则 ，槽距角 若采用60相带，每个相带包含三个槽，列表。,相 带 与 槽 号 对 应 表,联成一个等元件的整距绕组，下图是U相绕组展开图,因为导体12与导体30处于相同的磁场位置，U相绕相也可改接如下：将2-10，3-11构成两个节距y1=8的大线圈；1-30构成一个y1=7的小线圈。同理，20-28，21-29构成两个大线圈，19-12构成一个小线圈，形成两对极下依次出现两大一小的交叉布置，如图所示。,用一具体例子说明双层叠绕组的构成。 设一台4极电
12、动机，定子槽数Z1-24，每极每相槽数 ，槽距 ，采用60相带，则每一相带占有两个槽，列表。,相 带 与 槽 号 对 应 表,以U1-U2相绕组为例：1号线圈的一个有效边放在1号槽的上层，另一个有效边则根据线圈节距y1的大小，放置在另一槽的下层边。,4.2.2 三相双层绕组,本例中，极距 ，如果线圈是整距的话，那么1号线圈的下层边应在第7号槽内。2号线圈的一个有效边在2号槽的上层，另一有效边则应在2+6=8号槽的下层。,1号线圈和2号线圈按“头-尾”相联，串联成一“极相组”，同理，每个相带都有由q个线圈（本例q=2）串联组成的极相组。 因为U2相带与U1相带相差180电角度，可以将U2相看是U
13、1相。在组成三相绕组时，U1相带的极相组与U2相带的极相组应反向串联，即“尾-尾”相联。而U2相带与下一个U1相带极相组应“头-头”相联，如图所示，构成了U1-U2相绕组。,其它两相绕组变可按同样方法构成。下图是一个三相双层短距叠绕组的展开图。,三相双层叠绕组每相在不同的极下的极相组可以串联联接，也可以串-并联联接或并联联接。右图分别表示了U1-U2相绕组三种联接方式的示意图。,串 联 联 接 a=1,串-并联联接 a=2,并 联 联 接 a=4,双层叠绕组的并联支路数与极数2p应满足 =整数，因此叠绕组的并联支路数最多等于极数2p 展开图中可以看出，三相双层叠绕组的每个线圈的形状是一样的，所
14、以是一种等元件绕组。当线圈节距改变时，槽内上、下层导体的电流关系将发生变化。 采用适当的短距可以使绕组电动势和磁动势的波形接近于正弦波，因此PN10kW的电动机都采用双层绕组。,4.3 三相交流绕组的磁动势,4.3.1 单相绕组的磁动势脉振磁动势 4.3.2 三相绕组的合成磁动势旋转磁动势 4.3.3 三相定子绕组建立的磁场,4.3.1 单相绕组的磁动势脉振磁动势,1. 整距线圈的磁动势 2. 单层整距分布绕组的磁动势 3. 双层短距分布绕组的磁动势 4. 单相绕组的磁动势,相绕组是由线圈所组成的，为此在分析绕组磁动势前，先分析单个线圈所产生的磁动势。,1. 整距线圈的磁动势,磁力线穿过转子铁
15、心，定子铁心和两个气隙 相对于气隙而言，由于铁心磁导率极大，其上消耗的磁 势降可以忽略不计 。,根据全电流定律，每根磁力线所包围的全电流均为： 式中Nc线圈匝数，也就是线圈每一有效边的导体数。,若线圈中的电流为一交流电流， ，则磁动势矩形波幅值的一般表达式为：,随时间的变化而作正弦变化，当电流为最大值时，矩形波的高度也为最大值 ，当电流改变方向时，磁动势也随之改变方向，如右图：,矩形波脉振磁势的分解：,对一个空间按矩形规律分布的磁动势用傅氏级数进行分解，可得到如下图所示的一系列谐波。因为磁动势的分布既对横轴对称又对纵轴对称，所以谐波中无偶次项，也无正弦项，这样按傅氏级数展开的磁动势可写成：,式
16、中的 表示谐波次数； 用来表示该项前的符号。,其中基波磁动势的幅值为矩形波幅值的 ，即,而 次谐波的幅值则为基波的 ，因此整距线圈所产生的脉振磁动势的方程式为：,每个线圈组都是可以看成是由q个线圈构成的线圈组，线圈与线圈之间错开一个槽距角。,二、整距线圈组的磁动势,线圈组基波合成磁动势的矢量可以用q个依次相差电角度的基波磁动势矢量相加求得：,式中 Kq1基波的分布因数,对高次谐波磁动势，由于 次谐波磁动势的极数为基波极数的 倍，因此，对 次谐波来说，槽距角应为 电角度，所以 次谐波的分布因数为 而 次谐波磁动势的幅值为,采用分布绕且可以削弱磁动势的高次谐波，改善磁动势波形，使之接近于正弦波。,三、短距线圈的磁动势,线圈组可以用两个单层绕组的线圈组来等效,如下图a所示。这两个线圈组在空间相差电角度。不难看出，角即节距缩
