异步电机主要用途和特点

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1、(完整版)异步电机主要用途和特点异步电机主要用途和特点异步电机主要用作电动机，拖动各类生产机械。例如：在工业方面，用于拖动中小型轧钢设备、各种金属切削机床、轻工机械、矿山机械等；在农业方面，用于拖动风机、水泵、脱粒机、粉碎机以及其他农副产品的加工机械等；在农用电器方面的电扇、洗衣机、电冰箱、空调 机等也都是用异步电机拖地的。异步电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、运行效率较高且实用性强,缺点是功率因数较差。异步电机运行时，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。三相交流异步电机的结构和工作原理三相交流异步电机主要由定子和转子两部分组成的，定、转子

2、中间是空气隙。此外 ,还有端 盖、轴承、机座、风扇等部件。具体简述如下。1、异步电动机的定子异步电动机的定子由机座、定子铁心和定子绕组三个部分组成 .定子铁心是电动机磁路的一部分，装在机座里 .为了降低定子铁心里的铁心损坏，定子铁心用 0。5mm 厚的硅钢片叠压而成，在硅钢片的两面还应涂上绝缘漆。在定子铁心内圆上开有槽，槽内放置定子绕组.高压大、中型容量异步电动机定子绕组常采用 Y 接，只有三根引出线。对中、小容量低压异步电动机，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 形。机座的作用主要是固定与支撑定子铁心。2、气隙形或 Y异步电动机的气隙比同容量直流电动机的气隙小得多,在中

3、、小型异步电动机中，气隙一般为 0。21.5mm。异步电动机的励磁电流是由定子电源供给的。气隙大时，要求的励磁电流也大,(完整版)异步电机主要用途和特点从而影响电动机的功率因数 .为了提高功率因数，因尽量让气隙小些 ,但也不能太小，否则定子 和转子有可能发生摩擦或碰撞。3、异步电动机的转子异步电动机的转子由转轴、转子铁心和转子绕组三个部分组成 .定子铁心是电动机磁路的一部分 ,它用 0.5mm 厚的硅钢片叠压而成。整个转子铁心固定在转轴上，或固定在转子支架上，转子支架再套在转轴上。转子绕组切割定子旋转磁场产生感应电 动势及电流，并形成电磁转矩而使电机旋转。4、其他部件端盖起支撑作用,轴承起连接

4、转动部分与不动部分，风扇起冷冻电动机的作用。异步电动机的工作原理在交流电动机的定子铁心中 ,沿空间分布均匀分布三个绕组，每个绕组轴相互错开 120 度。交流异步电机的转子有两种结构形式即绕线转子和笼型转子。绕线转子中的三相绕组如同定子一样， 布置在转子铁心上，并与外部相联接，笼型转子不与电源联接，转子绕组自行闭合，所以结构简单,运行可靠。当三相异步电机定子接三相电源后，电机内便形成圆形旋转磁通势，圆形旋转磁密，设其方向为逆时针转，如图所示。若转子不转，转子鼠笼导条与旋转磁密有相对运动，导条中有感应电动势 e，方向由右手定则确定。由于转子导条彼此在端部短路，于是导条中有电流 i，不考虑电动势与电

5、流的相位差时，电流方向同电动势方向。这样 ,导条就在磁场中受力 f,由左手定则确定受力方向,如图中所示。转子受力，产生转矩 T，便为电磁转矩,方向与 旋转磁通势同方向，转子便在该方向上旋转起来。转子旋转后，转速为 n，只要 nn1（n1 为旋转磁通势同步转速)，转子导条与磁场有相对运动,产生与转子不转时相同方向的电动势、电流及受力，电磁转矩 T 为逆时针方向，转子继续旋1 (完整版)异步电机主要用途和特点转，稳定运行在 T=TL 情况下.SFe iTnnfN图 1 异步电动机工作原理异步电动机直接转矩控制系统1985 年德国学者 M。Depenbrock 首次提出了直接转矩控制理论 ,他发现直

6、接去控制异步电动机的电磁转矩和电机定子磁链，而删去电流闭环有更好的动态性能。和矢量控制不同，直接转矩控制摈弃了解耦的思想，取消了旋转坐标变换，简单地通过检测电动机定子电压和电流，借助瞬时空间矢量理论计算电动机的磁链和转矩，并根据与给定值比较所得差值，实现磁链和转 矩的直接控制。直接转矩控制有以下几个特点 :1）直接转矩控制是直接在定子坐标系下分析交流电动机的数学模型，控制电动机的磁链和(完整版)异步电机主要用途和特点转矩 . 它不需要将交流电动机与直流电动机进行比较、等效、转化 ; 即不需要模仿直流电动机的控制 , 也不需要为解耦而简化交流电动机的数学模型 ,它省掉了矢量旋转变换等复杂的变化与

7、计 算.因而,它所需要的信号处理工作比较简单。2）直接转矩控制的磁场定向采用的是定子磁链轴，只要知道定子电阻就可以把它观测出来.而矢量控制的磁场定向所用的转子磁链轴 , 观测转子磁链需要知道电动机转子电阻和电感 . 因 此，直接转矩控制大大减少了矢量控制技术中控制性能易受参数变化影响的问题。3）直接转矩控制采用空间矢量的概念来分析三相交流电动机的数学模型和控制各物理量使，问题变得简单明了。与矢量控制方法不同，它不是通过控制电流、磁链等量来间接控制转矩,而是直接把转矩作为被控量 ,直接控制转矩。因此它并非极力获得理想的正弦波形 ,也不追求磁链完全理想的圆形轨迹。相反，从控制转矩的角度出发，它强调

8、的是转矩的直接控制效果，因而它 采用离散的电压状态和六边形磁链轨迹或近似圆形轨迹。4 ） 直接转矩控制对转矩实施直接控制 .其控制方式是，通过转矩两点调节器把转矩检测值与转矩给定值作滞环比较，把转矩波动限制在一定的容差范围内,容差的大小由频率调节器来控制。因此，它的控制效果不取决于电动机的数学模型是否能够简化 ,而是取决于转矩的实际状况。综上所述，直接转矩控制用空间矢量的分析方法,直接在定子坐标系下计算与控制交流电动机的转矩，借助于 Bang-Bang 式调节器产生 PWM 信号，直接对逆变器的开关状态进行最佳控制，以获得转矩的高动态性能 . 它省掉了复杂的矢量变换运算与电动机数学模型的简化处

9、理过程 ,控制结构简单，控制手段直接，信号处理的物理概念明确。该控制系统的转矩响应迅速，限制在 一拍以内,且无超调,是一种具有较高动态响应的交流调速技术。2。2异步电动机直接控制原理异步电机直接转矩控制系统是依据异步电动机定子轴系的数学模型而建立起来的 ,因此掌握 异步电动机定子轴系的数学模型对分析和设计直接转矩控制系统是非常必要的。srsrS SS ABC(完整版)异步电机主要用途和特点2 。2 。1异步电动机定子轴系的数学模型定子轴系的电压矢量可表示为式中，2.2。2 由定子轴系的数学模型分析直接转矩控制的基本思想由转矩方程可得,若定子磁链和转子磁链为常数，则q 对转矩的调节和控制作用就是

10、明显的. 由于转子磁链的变化总滞后于定子磁链，因此，在短暂的动态过程中,就可以认为转子磁链不变， 只要通过控制定子磁链的幅值不变。就通过调节 q 来控制和改变电磁转矩，这是直接转矩控制 的实质。2.2.3 异步电动机定子磁链和电磁转矩的控制原理1. 逆变器的开关状态和逆变器输出的电压状态A A BSBSCSC两电平电压型逆变器由 3 组、6 个开关组成。由于与 、 与 、与之间互为方向，即一个接通 ,另一个断开，所以开关组合有八种可能 ,若规定 A、B、C 三相负载 的某一相与正极接通时，该相的开关状态为 1；反之，负极接通时为 0。8 种可能的开关状态可 以分为两类：一类是 6 种所谓的工作

11、状态,它们的特点是三相负载并不都接到相同的电位上去； 另一种开关状态是零开关状态，它们的特点是三相负载都接到相同的电位上去。无论三相负载 与正极还是负极接通，负载电压都为零。对于逆变器的 8 种开关状态，对外部负载来说，逆变器输出 7 种不同的电压状态。如果用符 号 （t）表示逆变器输出电压状态的空间矢量关于逆变器的电压状态的表示与开关的对照表见下表。表中的 S 开关状态对应 、和S 的开关状态。 ASBSC表 1 逆变器的电压状态与开关状态的对照关系工 作 状 态零 状 态状 态12 3 4 5 6 7 8a s (完整版)异步电机主要用途和特点SABC 开关状态 011 001 101 1

12、00 110 010 000 111电 压 表 示状态 一us1us 2us3us 4us5us 6us 7表 示 1二2 3 4 5 6 72. 电压空间矢量在对异步电动机进行分析和控制时，若引入 Park 矢量会带来很多方便。Park 矢量变换将三个标 量变换为一个矢量。如果三相异步电动机中对称的三相物理量如图所示，选三相定子坐标系的 A轴与 Park 矢量复平面的实轴 重合,则其三相物理量XA(t) 、 X (t) 、 X (t) 的 Park 矢量 X (t) 为B CX (t)=23X (t) +sX (t) +s2 A BX (t)C式中， 为复系数，成为旋转因子，s=ej2p/

13、3。旋转空间矢量 X (t)的某个时刻在某相轴线上的投影就是该时刻该相物理量的瞬时值。ACbAX (t)X (t)X (t)X (t)cCBB空间矢量分量的定义a -ba -ba u u(完整版)异步电机主要用途和特点根据上述定义，可以描述电压空间矢量us(t)在 坐标系的定子三相坐标系上的相对位置 .如下图所示,三相坐标系中的 A 轴与复平面正交的 坐标系的实轴 轴重合。us 4AabCus 5bus 3us7bABus 6us 2Cus1bB电压空间矢量在坐标系中的离散位置由此可得逆变器 6 个工作状态给出了 6 个不同方向的电压空间矢量,它们周期性的顺序出现 ,相 邻两个矢量之间相差 60 度；电压空间矢量的幅值不变，因此 6 个电压空间矢量的顶点构成了正 六边形的 6 个顶点；六个电压空间矢量是顺序是 出现，它们依次沿着逆时针方向旋转；s1 s 6零电压状态位于六边形的中心.3.DTC 磁链控制由于电动机转矩与磁链大小有关，为了精确控制转矩，必须同时控制磁链，使其在转矩调节期间幅值不变或变化不大。