《电工技术-电子教案-刘子建 第11章 三相异步电动机》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电工技术-电子教案-刘子建 第11章 三相异步电动机（77页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、电工技术,第11章 三相异步电动机,本章教学内容,11.1 三相异步电动机的结构 11.2 三相异步电动机的主要技术数据 11.3 三相异步电动机的基本工作原理 11.4 三相异步电动机的基本方程式和等效电路 11.5 三相异步电动机的功率平衡和转矩平衡方程 11.6 三相异步电动机的机械特性 11.7 三相异步电动机的起动 11.8 三相异步电动机的调速 11.9 三相异步电动机的制动,本章重点内容,三相异步电动机的基本工作原理 三相异步电动机的基本方程式、等效电路 三相异步电动机的功率平衡和转矩平衡方程 三相异步电动机的机械特性,第11章 三相异步电动机,电机是实现能量转换或信号转换的电磁
2、装置。,分类： （1）动力电机 直流电机（它励、串励、并励、复励） 交流电机（异步电机、同步电机） （2）控制电机 伺服电动机：电压信号转化为角位移或角速度； 测速发电机：将转速转化为电压信号； 自整角机：实现角度的传输、变换和接受； 步进电动机：电脉冲信号转化为转角或转速； 旋转变压器：转角信号变换成电压信号； 感应同步器：转角位移或直线位移转换成电压信号。,三相异步电动机是应用最广泛的交流电机。,11.1 三相异步电动机的结构,11.1 三相异步电动机的结构（续1）,封闭式三相鼠笼型异步电动机的典型结构 1轴承；2前端盖；3转轴；4接线盒；5吊环；6定子铁心； 7转子；8定子绕组；9机座；
3、10后端盖；11风罩；12风扇,11.1 三相异步电动机的结构（续2）,11.1 三相异步电动机的结构（续3）,三相异步电动机的定子是由定子铁心、定子绕组和机座组成。,定子,定子铁心,11.1 三相异步电动机的结构（续4）,定子铁心槽形,11.1 三相异步电动机的结构（续5）,定子绕组,11.1 三相异步电动机的结构（续6）,转子,异步电动机的转子由转子铁心、转子绕组和转轴组成。转轴用于固定和支撑转子铁心，并输出机械功率。,转子冲片,11.1 三相异步电动机的结构（续7）,转子绕组是转子的电路部分，它在交变的磁场中感应电动势、从而形成电流并产生电磁转矩。转子绕组分为鼠笼型绕组和绕线型绕组两种。
4、,鼠笼型绕组,11.1 三相异步电动机的结构（续8）,绕线型绕组是由绝缘导线联接而成的三相对称绕组，其构成与定子绕组相似，磁极对数也相同。,绕线型绕组联接方式示意图,11.1 三相异步电动机的结构（续9）,笼型转子,绕线型转子,转子铁心,转轴,气隙,11.1 三相异步电动机的结构（续10）,气隙大小对异步电动机的运行性能有重要影响。异步电动机的气隙磁场是由励磁电流产生的。为了减少励磁电流、提高功率因数，气隙应尽可能小，但气隙过小不仅使装配困难，而且电机运转时定、转子可能发生摩擦。气隙过小，气隙磁场的高次谐波幅值和附加损耗会增加。因此异步电动机的气隙长度是由制造工艺、运行可靠性、运行性能等多种因
5、素决定的。中小型异步电动机的气隙长度一般为0.2mm2mm。一般来说，功率越大、转速越高，气隙长度就越大。,11.2 三相异步电动机的主要技术数据,三相异步电动机 型 号 Y132S6 功 率 3 kW 频 率 50 Hz 电 压 380 V 电 流 7.2 A 联 结 Y 转 速 960 r/min 功率因数 0.76 绝缘等级 B,1. 型号 Y132S6,Y系列异步机,机座中心高度,机座长度代号,2p = 6,n0 = 1 000 r/min,2. 额定功率 PN PN = 3 kW,轴上输出机械功率的额定值,3. 额定电压 UN UN = 380 V,定子三相绕组应施加的线电压,磁极数
6、,型号和额定值,11.2 三相异步电动机的主要技术数据（续1）,4. 额定电流 IN IN = 7.2 A,三相异步电动机 型 号 Y132S6 功 率 3 kW 频 率 50 Hz 电 压 380 V 电 流 7.2 A 联 结 Y 转 速 960 r/min 功率因数 0.76 绝缘等级 B,定子三相绕组的额定线电流,6. 额定转速 nN,5. 额定功率因数 N = cosN,11.2 三相异步电动机的主要技术数据（续2）,定子绕组的接法,11.3 三相异步电动机的基本工作原理,旋转磁场 1. 旋转磁场的产生,W2 W1,V2 V1,U1 U2,三相对称电流 三相对称绕组 旋转磁场。 三相
7、绕组,11.3 三相异步电动机的基本工作原理（续1）,横截面,流出,流入,11.3 三相异步电动机的基本工作原理（续2）,U V W,i1 = Imsin t i2 = Imsin( t120O) i3 = Imsin( t120O),i1 i2 i3, t = 0O 时 i1 = 0，i2 0， i3 0,N S,11.3 三相异步电动机的基本工作原理（续3）,t = 0O 时 i1 = 0，i2 0， i30,N S,t = 120O 时 i10，i2 = 0，i3 0,11.3 三相异步电动机的基本工作原理（续4）,N S,t = 240O 时 i1 0，i20，i3 = 0,t = 3
8、60O 时 i1= 0，i2 0，i30,N S,11.3 三相异步电动机的基本工作原理（续5）,i 变化一周 i 每秒钟变化 50 周 i 每分钟变化 (5060) 周,旋转磁场转一圈 旋转磁场转 50 圈 旋转磁场转 3000 圈,2. 旋转磁场的转速,同步转速n0,n0 = 3000 = 60 f1 (r / min) 同步转速 n0 的大小怎样改变？,11.3 三相异步电动机的基本工作原理（续6）,每相绕组由 一个线圈组成,每相绕组由两个 线圈串联组成,11.3 三相异步电动机的基本工作原理（续7）,t = 0O 时 i1 = 0，i2 0， i3 0,N,S,N,S,磁极对数 p p
9、 = 2 电流变化一周 旋转磁场转半圈 n0 = 1 500,当磁极对数 p = 3 时 n0 = 1 000,11.3 三相异步电动机的基本工作原理（续9）,3. 旋转磁场的转向 U (i1) V(i2) W(i3) 由超前相转向滞后相。 由通入绕组中的电流的相序决定的。 怎样改变 n0 的方向 ? V(i1) U(i2) W(i3),11.3 三相异步电动机的基本工作原理（续9）,工作原理,对称三相绕组 通入对称三相电流,旋转磁场 （磁场能量）,磁感线切割 转子绕组,转子绕组中 产生 e 和 i,转子绕组在磁场中 受到电磁力的作用,转子旋转起来,电磁 转矩,11.3 三相异步电动机的基本工
10、作原理（续10）,电磁转矩的产生,右手定则,左手定则,11.3 三相异步电动机的基本工作原理（续11）,用右手定则判断 转子绕组中感应 电流的方向。,用左手定则判断 转子绕组受到的 电磁力的方向。,电磁力 F 电磁转矩 T 。 T 与 n0 同方向。,n0,F,n,11.3 三相异步电动机的基本工作原理（续12）,电动机转速和旋转磁场同步转速的关系：, n 与 n0 方向一致。 n n0，,转差率 :,故称异步电动机或感应电动机,起动时 n = 0，s = 1 理想空载时 n = n0，s = 0 正常运行时 0nn0， 1s0 额定运行时 sN = 0.01 0.09,电磁转矩的方向,电磁转
11、矩的方向与旋转磁场的转向一致。 转子旋转的方向与旋转磁场的转向相同。,顺时针方向旋转,怎样改变转子的转向?,逆时针方向旋转,11.3 三相异步电动机的基本工作原理（续13）,11.3 三相异步电动机的基本工作原理（续14）,三相异步电机的三种工作状态,11.4 基本方程式和等效电路,三相异步电动机的定、转子绕组都是交流绕组，主磁通由定、转子绕组共同产生，而漏磁通仅在本身绕组中产生感应电动势。因此，从电磁关系来看，三相异步电动机和变压器是相似的。三相异步电动机的定、转子绕组分别相当于变压器的一、二次绕组；三相异步电动机和变压器一样，也能以电动势平衡规律、磁动势平衡规律和电磁感应作为分析的基础。,
12、11.4 基本方程式和等效电路（续1）,参照变压器基本方程式的推导过程，可以导出三相异步电动机的基本方程式为,三相异步电动机,铁心变压器,11.4 基本方程式和等效电路（续2）,根据上式，即可画出三相异步电动机的T型等效电路,11.4 基本方程式和等效电路（续3）,和变压器一样，也可以将三相异步电动机T型等效电路中间的励磁支路移到电源端，使之变为型等效电路 。,近似等效电路,简化等效电路,11.4 基本方程式和等效电路（续4）,例1 一台三相 4 极笼型异步电动机，UN = 380 V，三角形联结，fN = 50 Hz，nN = 1 452 r/min，R1 = 1.33 ，X1 = 2.43
13、 ， R2 = 1.12 ，X2 = 4.4 ，Rm = 7 ，Xm = 90 。试用 T 形等效电路计算额定状态下运行时的定子相电流 、转子相电流 和励磁电流 。,解：,Z1 = R1jX1 = (1.33j 2.43) Z2 = R2 /s jX2 = (1.12/0.032j 4.4) ,11.4 基本方程式和等效电路（续5）,Zm= RmjXm= (7j90),或,11.5 功率平衡及转矩平衡方程,三相异步电动机的功率平衡方程,1. 输入功率 P1 P1 = 3 U1I1cos1 2. 定子铜损耗 PCu1 PCu1 = 3R1I12 3. 铁损耗 PFe（转子铁损耗忽略不计） PFe
14、 = 3RmIm2,11.5 功率平衡及转矩平衡方程（续1）,4. 电磁功率 Pem,Pem = P1PCu1PFe Pem = 3E2 I2 cos2,5. 转子铜损耗 PCu2 PCu2 = 3 R2 I2 2 = s Pem,11.5 功率平衡及转矩平衡方程（续2）,8. 输出功率 P2 P2 = PmP0 = PemPCu2P0 = P1PCu1PFePCu2P0,6. 机械功率 Pm,Pm = PemPCu2,= (1s ) Pe,7. 空载损耗 P0 P0 = pmPad,机械损耗,附加损耗,11.5 功率平衡及转矩平衡方程（续3）,P1,Pem,P2,Pm,总损耗 Pal Pal
15、 = PFePCupmPad = PFe(PCu1PCu2) pmPad 功率平衡方程式 P2 = P1Pal 效率,11.5 功率平衡及转矩平衡方程（续4）,例1 某三相异步电动机，UN = 380 V，形联结, f1=50Hz, R1=1.5, R2 =1.2。在拖动某负载运行时，相电流 I1 = 11.5A， I2 = 10A，=0.86，=82% ，n = 1446 r/min。 求：该电机的 P1、Pem、Pm 和P2 。,解： 同步转速,转差率,11.5 功率平衡及转矩平衡方程（续5）,输入功率,P1 =3 U1 I1 = 3 380 11.50.86W=11.27kW,P2 = P1,= 0.8211.27 kW = 9.24 kW,Pm = (1s ) Pe= (10.036 )10 kW = 9.64 kW,输出功率,电磁功率,机械功率,11.5 功率平衡及转矩平衡方程（续6）,三相异步电动机的转矩平衡方程,Pm = P2P0,T = T2T0,1. 电磁转矩 T,2. 空载转矩 T0,3. 输出转矩 T2,11.5 功率平衡及转矩平衡方程（续7）,电磁转矩还可以表示为,转矩系数,气隙中主磁通的最大值,上式为电磁转矩的物理表达式,11.5 功率平衡及转
