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1、,电机学 陈亚爱 周京华主编 梅 杨 温春雪参编 李正熙主审,Page 2,本课程的章节和内容,绪 论 第1章 变压器 第2章 交流电机基础 第3章 异步电动机 第4章 同步电机 第5章 直流电机 第6章 风力发电机,Page 3,第 3 章 异步电动机,本章内容,3.1 三相异步电动机,3.2 其他常用异步电动机,Page 4,本章教学基本要求,1.熟悉三相异步电动机的基本工作原理、基本结构和额定值，以及转差率s。,2.掌握综合表达三相异步电动机电磁关系的基本方程、等效电路和时空图，学会三相异步电动机转子绕组折算和频率折算方法。,3.熟悉三相异步电动机的工作特性，掌握三相异步电动机的机械特性
2、。,4.了解其他异步电动机的基本工作原理和适用场合。,Page 5,本章教学基本要求,2掌握异步电动机功率与转矩的平衡关系以及机械特性。,重点：,Page 6,1 熟悉三相异步电动机负载运行时的基本电磁关系，基本 方程、等效电路和时空图，转子绕组折算和频率折算方法掌 握圆形旋转磁动势的特性和产生条件。,Page 7,提问,异步电动机是将交流电能转换为机械能的一种旋转装置。,什么是异步电动机？有什么作用？,其作用是作为原动机拖动生产机械。,1基本结构,图3-1所示为三相 笼型异步电动机结构示 意图。它主要由定子和 转子两部分组成，定、 转子之间是气隙。,图3-1 三相笼型异步电动机结构示意图,P
3、age 8,3.1三相异步电动机,3.1.1基本结构和铭牌数据,转子铁心： 一般用0.5mm的硅钢片叠压而成，它是磁路的一部分。 转子绕组： 用作产生感应电动势、并产生电磁转矩，它分笼型和绕 线转子两种。 气 隙： 中、小容量的电动机气隙一般在0.21.5mm范围。,1基本结构,Page 9,3.1三相异步电动机,3.1.1基本结构和铭牌数据,按转子结构分： 鼠笼型异步电动机绕线转子异步电动机,1基本结构,图3-2 笼型转子示意图 图3-3 绕线转子异步电动机定转子接线示意图,Page 10,3.1三相异步电动机,3.1.1基本结构和铭牌数据,1基本结构,Page 11,3.1三相异步电动机,
4、3.1.1基本结构和铭牌数据,1基本结构,Page 12,3.1三相异步电动机,3.1.1基本结构和铭牌数据,提刷装置,1基本结构,Page 13,3.1三相异步电动机,3.1.1基本结构和铭牌数据,1基本结构,优点： 结构简单、制造容易、价格低廉、运行可靠、坚固耐用、运行效率较高并具有适用的工作特性。,缺点： 功率因数较差，电机在运行过程中必须从电网吸收感性无功功率，因此它的功率因数总小于1。,Page 14,3.1三相异步电动机,3.1.1基本结构和铭牌数据,2铭牌数据,Page 15,3.1三相异步电动机,3.1.1基本结构和铭牌数据,额定功率PN：指电动机在额定运行时，轴上输出的机械功
5、 率，单位：W或kW； 额定电压U1N：指电动机额定运行时，加在定子绕组上的 线电压，单位：V； 额定电流I1N：指电动机在定子绕组上加额定电压、轴上输 出额定功率时定子绕组中线电流，单位：A。 额定频率f1N：我国规定电网工频为50Hz；,2铭牌数据,Page 16,3.1三相异步电动机,3.1.1基本结构和铭牌数据,额定转速nN：指电动机在定子额定电压、额定频率下，轴上 输出额定功率时的转子转速，单位：r/min； 额定功率因数cosjN： 指电动机在额定运行时定子侧的功率因数。 设hN为异步电动机的效率，额定功率如下 输入功率为： 输出功率为： 输出转矩为：,2铭牌数据,Page 17,
6、3.1三相异步电动机,3.1.1基本结构和铭牌数据,铭牌上还标有绝缘等级、温升、工作方式、连接方法等， 对绕线式异步电动机还标有转子绕组的额定电压和额定电流。 转子绕组额定电压U2N： 指定子绕组加额定电压、转子绕组开路时，集电环间的线 电压，单位：V； 转子额定电流I2N： 指电动机额定运行、转子短路状态下，集电环之间流过的 线电流，单位：A。,2铭牌数据,Page 18,3.1三相异步电动机,3.1.1基本结构和铭牌数据,2铭牌数据,异步电动机定子三相绕组有六个端点，高压异步电动机定子绕组采用Y联结，只有三根引出线。中小容量的异步电动机通常将定子三相绕组的六个端点引出到接线板上，用户根据铭
7、牌数据和使用电源情况接成Y联结或联结，如图3-5所示。,a）D接 b）Y接 图3-5 三相异步电动机定子绕组引出线,Page 19,3.1三相异步电动机,3.1.1基本结构和铭牌数据,Y2 200 L 1-2,系列代号,设计序号,机座中心高（mm）,机座长度代号（S,M,L）,铁心长度代号（1,2,3）,极数,3主要系列,国产电机型号由汉语拼音字母和阿拉伯数字组成，大写 汉语拼音字母表示电机的类型、结构特征和使用范围，数字 表示设计序号和规格。,Page 20,3.1三相异步电动机,3.1.1基本结构和铭牌数据,Y系列为鼠笼型转子三相异步电动机。 YR系列为绕线型转子三相异步电动机。,3主要系
8、列,一般用途三相异步电动机应用最广的产品是Y系列和YR 系列。,Page 21,3.1三相异步电动机,3.1.1基本结构和铭牌数据,【例题3-1】,注意：变压器的电压比是指一、二次侧相电压之比。,已知三相异步电动机额定数据：PN=60kW，UN=380V，nN=577r/min，cosjN=0.77，hN=89%，p=5，试求该异步电动机额定输入功率、额定定子电流、额定输出转矩和同步转速。,解：额定输入功率为,额定定子电流为,额定输出转矩为,Page 22,3.1三相异步电动机,3.1.1基本结构和铭牌数据,【例题3-1】,同步转速为,Page 23,3.1三相异步电动机,3.1.1基本结构和
9、铭牌数据,【例题3-2】,注意：变压器的电压比是指一、二次侧相电压之比。,已知某三相异步电动机的额定转速nN=720r/min，额定频率f1=50Hz，试求该电机的额定转差率sN、同步转速n1、极对数p及起动瞬间的转差率sst。,解：由题意可知额定转速nN=720r/min，则同步转速为 n1=750r/min，额定转差率为,极对数为,电机起动瞬间，转子要转但未转动，此时转速n=0，则起动瞬间的转差率为sst=1。,Page 24,3.1三相异步电动机,3.1.1基本结构和铭牌数据,3.1三相异步电动机,3.1.2三相异步电动机空载运行,转差指旋转磁场的转速n1（即同步转速）与转子转速n之间的
10、差值，用n表示，即有 n=n1-n,电动机空载是指定子三相对称绕组接三相对称交流电，轴上无机械负载，电动机空转的状态。,Page 25,转差率是指转差n与同步转速n1的比值，用s表示，即有,3.1三相异步电动机,3.1.2三相异步电动机空载运行,a）电机轴向剖面 b）定、转子绕组接线示意 图3-6 异步电动机的空载运行示意图,将定、转子空间坐标纵轴选在A相绕组的轴线上，并使+A1与+A2重合，这样+A1、+A2也是定、转子A相磁通的正方向。,电动机空载时，定子三相对称绕组接三相对称交流电，在定子绕组中流过空载电流I0，由于电机空载，轴上无机械负载，电动机的空载转速非常接近同步转速，理想空载情况
11、下，即忽略机械损耗时，可以认为nn1，s0，旋转磁场切割转子导体相对速度近似为零，因此，转子电流I20。,Page 26,假定各物理量的规定正方向如图3-6b所示，则电动机空载时电磁关系如图3-7所示。,3.1三相异步电动机,3.1.2三相异步电动机空载运行,1空载时的电磁关系,图3-7 异步电动机空载时的电磁关系,Page 27,3.1三相异步电动机,3.1.2三相异步电动机空载运行,1空载时的电磁关系,Page 28,0,0,图3-8 电动机空载时主磁通与漏磁通的路径,3.1三相异步电动机,3.1.2三相异步电动机空载运行,1空载时的电磁关系,主磁通Fm是指同时链绕定、转子绕组的磁通，定子
12、漏磁通Fs1是指只链绕定子绕组而不链绕转子绕组的磁通。,a）槽漏磁通 b）端部漏磁通 图3-9 槽漏磁通和端部漏磁通,漏磁通包括：槽漏磁通、端部漏磁通和谐波漏磁通，槽漏磁通和端部漏磁通如图3-9所示。,Page 29,3.1三相异步电动机,3.1.2三相异步电动机空载运行,1空载时的电磁关系,谐波漏磁通是由定子三相合成磁动势中的高次谐波磁动势产生的，严格来说，它是通过气隙与转子绕组相链绕的磁通，与槽漏磁通和端部漏磁通是有差别的。为了表明这种差别，谐波漏磁通又称差别漏磁通，将谐波磁通归为漏磁通中是为了计算上的方便。,a）槽漏磁通 b）端部漏磁通 图3-9 槽漏磁通和端部漏磁通,Page 30,3
13、.1三相异步电动机,3.1.2三相异步电动机空载运行,2空载时的电压方程,三相异步电动机的定子绕组内通入三相对称电流后，在气隙中产生三相基波合成旋转磁动势F0，它以同步转速n1=60f1/p旋转，空载运行时，磁动势F0基本上等于气隙主磁场的励磁磁动势Fm，由Fm产生的主磁通Fm同时切割定、转子绕组，则在定、转子绕组中分别产生感应电动势E1、E2。,空载时的定子电流I0近似等于励磁电流Im，三相励磁电流产生的合成磁动势基波分量幅值为,N1、kw1分别为定子每相绕组的串联匝数和基波绕组系数。,Page 31,3.1三相异步电动机,3.1.2三相异步电动机空载运行,2空载时的电压方程,定子绕组每相基
14、波感应电动势的有效值为,定子漏磁通Fs1在定子绕组中产生的感应电动势为定子漏感电动势Es1，由于漏磁通走的磁路主要是气隙，故它基本不受磁饱和影响，只与定子电流I0成正比，与变压器分析相似，将其看成定子电流I0在定子漏电抗x1上的压降，则有,式中， ， 为定子漏电感。,，,Page 32,3.1三相异步电动机,3.1.2三相异步电动机空载运行,2空载时的电压方程,定子一相电路的电压方程为,与变压器相似， 1用励磁电流m在励磁阻抗zm上的压降表示时，则有,式中，rm为励磁电阻，xm为励磁电抗。,，,式中，z1为定子漏阻抗，。由于E1I0z1，可认为11，当电源电压和频率f1一定时，U1Fm，即主磁
15、通Fm基本上也为一定值，与变压器情况相同。,Page 33,3.1三相异步电动机,3.1.2三相异步电动机空载运行,2空载时的电压方程,与变压器一样，励磁电流由两部分组成：一部分产生主磁通Fm0为无功分量m，另一部分反应铁损的铁损电流，为有功分量Fe，则,因磁场切割转子速度为零，则转子电压方程为,，,Page 34,图3-10 异步电动机空载时等效电路,3.1三相异步电动机,3.1.2三相异步电动机空载运行,3空载时等效电路,根据空载时电压方程，可画出异步电动机空载时的等效电路如图3-10所示。,Page 35,3.1三相异步电动机,3.1.2三相异步电动机空载运行,4空载时的时空图,(1)时间相量与空间矢量,Page 36,由电动机运行工作原理可知，在电磁关系的各物理量中，不仅涉及到时间相量，如电流 、电压 、感应电动势 ，也涉及到空间矢量，如定子磁动势 、转子磁动势 。为此，需对时间相量和空间矢量作说明。,由电路原理可知，相量在复平面上的几何表示称为相量图。在时间相量图中，若一个频率为f、大小随时间按正弦规律变化的交流量，如电压u，可以用长度等于有效值U，旋转角速度w=2pf的旋转相量 表示。,3.1三相异步电动机,3.1.2三相异步电动机空载运行,4空载时的时空图,(1)时间相量与空间矢量,Page 37,当选取纵轴为时间参考轴时，则任何瞬
