《异步电机的理论分析与运行特性课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《异步电机的理论分析与运行特性课件（65页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第一节第一节 异步电动机的基本结构异步电动机的基本结构 三相异步电动机由定子三相异步电动机由定子( (固定部分固定部分) )和转子和转子( (旋转旋转部分部分) )两个基本部分构成。两个基本部分构成。一一、定子、定子定子定子铁芯铁芯：起：起导磁导磁作用。为减小铁芯损耗，采用作用。为减小铁芯损耗，采用0.35 0.5mm硅钢片冲制、涂漆、硅钢片冲制、涂漆、叠压而成，内圆均匀叠压而成，内圆均匀开开槽，用于嵌放定子三相绕组。槽，用于嵌放定子三相绕组。定子定子绕组绕组：起：起导电导电作用。漆包线绕制线圈，若干线圈作用。漆包线绕制线圈，若干线圈按一定规律连接成三相对称绕组，定子三相绕组可以按一定规律连接
2、成三相对称绕组，定子三相绕组可以接成星形或三角形。接成星形或三角形。机座机座： 起支撑和固定作用。中小型电机采用铸铁或起支撑和固定作用。中小型电机采用铸铁或铸铝机座，大电机的机座由钢板焊接而成。铸铝机座，大电机的机座由钢板焊接而成。三相异步电动机定子绕组接法三相异步电动机定子绕组接法联接方式对电机参数的影响联接方式对电机参数的影响UVWUlUIlIUlIlIUVWU星形接法：星形接法：三角形接法：三角形接法：二二、转子、转子v铁芯：铁芯： 起起导磁导磁作用。作用。 硅钢片冲制、涂漆、叠压硅钢片冲制、涂漆、叠压而成，外圆开槽，用于嵌放转子绕组。而成，外圆开槽，用于嵌放转子绕组。v绕组：起绕组：起
3、导电导电作用，分为作用，分为鼠笼型鼠笼型和和绕线型绕线型两种两种 。相应的电机称为笼型转子异步电动机和绕线转子异相应的电机称为笼型转子异步电动机和绕线转子异步电动机。步电动机。v笼型绕组：用铝浇铸而成或用铜条焊接而成，所笼型绕组：用铝浇铸而成或用铜条焊接而成，所有导条都通过端环有导条都通过端环自行自行形成形成闭合闭合回路。回路。 v绕线型绕组：绕线型绕组： 铜线绕成的三相对称绕组，铜线绕成的三相对称绕组， 星形星形接法，接法， 通过集电环引出，可自成回路也可通过通过集电环引出，可自成回路也可通过外电外电阻阻形成闭合回路。形成闭合回路。 绕线型转子的外形结构绕线型转子的外形结构 绕线转子异步电动
4、机转子绕组结构示意图绕线转子异步电动机转子绕组结构示意图1、型号：如：、型号：如：Y 160 L l - 42、额定功率、额定功率PN ：电动机在额定运行时，轴上：电动机在额定运行时，轴上输出输出的机械功率，单位：的机械功率，单位：W或或kW。3、额定电压、额定电压UN ：电动机额定运行时，加在：电动机额定运行时，加在定子定子绕绕组应加的组应加的线电压线电压，单位：，单位：V 或或 kV 。4、额定电流、额定电流 IN ：电动机在额定电压和额定功率状：电动机在额定电压和额定功率状态下运行时，流入定子绕组的态下运行时，流入定子绕组的线电流线电流，单位：，单位：A。5、额定频率、额定频率 f ：我
5、国规定电网工频为：我国规定电网工频为50Hz。6、额定转速、额定转速 nN ：额定状态下运行时的转子转速，：额定状态下运行时的转子转速，单位：单位：r/min。三三、异步电动机的额定参数、异步电动机的额定参数1 1、电动机转动原理、电动机转动原理AXYCBZ定子三相绕组通入三相交流电定子三相绕组通入三相交流电定子三相绕组通入三相交流电定子三相绕组通入三相交流电方向方向方向方向: :顺时针顺时针顺时针顺时针 切割转子导体切割转子导体切割转子导体切割转子导体右手定则右手定则右手定则右手定则感应电动势感应电动势感应电动势感应电动势 E E2020旋转磁场旋转磁场旋转磁场旋转磁场感应电流感应电流感应电
6、流感应电流 I I2 2旋转磁场旋转磁场旋转磁场旋转磁场左手定则左手定则左手定则左手定则电磁力电磁力电磁力电磁力F FF电磁转矩电磁转矩电磁转矩电磁转矩T TnF异步电动机基本知识异步电动机基本知识异步电动机基本知识异步电动机基本知识2、空载电流和空载磁动势异步电动机空载运行时的定子电流称为空载电流。由于转子异步电动机空载运行时的定子电流称为空载电流。由于转子的电流几乎为的电流几乎为0，所以，旋转磁场主要是由空载电流建立的。，所以，旋转磁场主要是由空载电流建立的。这和变压器的空载磁场主要由原边的电流建立是一样的这和变压器的空载磁场主要由原边的电流建立是一样的。 尽管异步电动机的电磁关系与变压器
7、相似，但它们之间还是尽管异步电动机的电磁关系与变压器相似，但它们之间还是有差别的：有差别的：1 1）主磁场性质不同：异步电动机为旋转磁场，变压器为脉动）主磁场性质不同：异步电动机为旋转磁场，变压器为脉动磁场磁场.4 4）由于存在气隙）由于存在气隙, ,异步电动机漏抗较变压器的大异步电动机漏抗较变压器的大. .5)5)异步电动机通常采用短距和分布绕组异步电动机通常采用短距和分布绕组, ,计算时需考虑绕组计算时需考虑绕组系数系数, ,变压器则为整距集中绕组变压器则为整距集中绕组, ,可认为绕组系数为可认为绕组系数为1.1.一、一、异步电机的运行状态异步电机的运行状态v 正常情况下，异步电机的转子转
8、速正常情况下，异步电机的转子转速 n 与气隙旋转与气隙旋转磁场的转速磁场的转速 n1 之间总有一定的差值（之间总有一定的差值（ n1 n ）。）。定义转差率定义转差率第二节第二节 异步电机的运行状态和磁场异步电机的运行状态和磁场异步电机负载变化时，转子导体内的感应电动势、异步电机负载变化时，转子导体内的感应电动势、电流和电磁转矩相应变化，转子转速和转差率也随电流和电磁转矩相应变化，转子转速和转差率也随之变化。转差率是反映异步电机运行状态的重要变之变化。转差率是反映异步电机运行状态的重要变量，按照转差率的量，按照转差率的大小大小和和正负正负，异步电机可分为，异步电机可分为电电动机动机运行、运行、
9、发电机发电机运行和运行和电磁制动电磁制动三种状态。三种状态。1、电动机运行、电动机运行v 特点：特点： 电磁力电磁力Fe、转速转速 n 与与 n1 同方向。同方向。 n n1，0 s n1 ，s 1 ，Fe 与与 n 反方向。反方向。 二、异步电机的磁场二、异步电机的磁场v 定子定子磁场磁场相对定子相对定子转速转速v 转子转子电流频率电流频率v 转子磁场转子磁场相对转子相对转子转速转速v 转子磁场转子磁场相对定子相对定子转速为转速为v 结论：定、转子电流产生的磁场转速相同，在空间结论：定、转子电流产生的磁场转速相同，在空间上上相对静止相对静止，与转子转速无关。，与转子转速无关。1、主磁通：、主
10、磁通：基波基波磁动势产生的磁动势产生的互磁通互磁通。v 特点：特点：同时同时交链定子绕组和转子绕组，并交链定子绕组和转子绕组，并同时同时在在定子绕组和转子绕组内感应出电动势。主磁通和转定子绕组和转子绕组内感应出电动势。主磁通和转子感应电流相互作用产生子感应电流相互作用产生有用有用的电磁转矩，并实现的电磁转矩，并实现机电能量转换。机电能量转换。v 主磁路构成：主磁路构成： 定子磁轭定子磁轭 定子齿（定子齿（2段）段） 空气隙（空气隙（2段）段） 转子齿（转子齿（2段）段） 转子磁轭转子磁轭2、漏磁通：除主磁通之外的磁通。定子电流和转子、漏磁通：除主磁通之外的磁通。定子电流和转子电流电流分别分别产
11、生：产生：槽槽漏磁通、漏磁通、端部端部漏磁通和漏磁通和谐波谐波漏磁通。漏磁通。v 定子定子槽漏磁通和端部漏磁通槽漏磁通和端部漏磁通只与定子只与定子绕组交链，不与转子绕绕组交链，不与转子绕组交链，不传递能量。组交链，不传递能量。v 谐波磁通虽然同时与定子绕组和转子绕组交链，谐波磁通虽然同时与定子绕组和转子绕组交链，但谐波磁通与转子电流相互作用产生的是有害的附但谐波磁通与转子电流相互作用产生的是有害的附加转矩，所以把谐波磁通归为漏磁通。加转矩，所以把谐波磁通归为漏磁通。定子电压平衡定子电压平衡转子电压平衡转子电压平衡气隙磁动势平衡气隙磁动势平衡v 异步电动机的电磁关系异步电动机的电磁关系第三节第三
12、节 三相三相异步电机的等效电路异步电机的等效电路一、转子不动时的异步电机一、转子不动时的异步电机由于转子绕组是短路的，从电路分析角度看，转子由于转子绕组是短路的，从电路分析角度看，转子不动时异步电机的电路与次级短路时变压器的电路不动时异步电机的电路与次级短路时变压器的电路方程相似，变压器的一次绕组相当于异步电机的定方程相似，变压器的一次绕组相当于异步电机的定子绕组，二次绕组相当于异步电机的转子绕组。子绕组，二次绕组相当于异步电机的转子绕组。v 分析方法：类比法，即根据三相异步电机内部的分析方法：类比法，即根据三相异步电机内部的电磁关系和变压器类似的特点，在研究异步电机等电磁关系和变压器类似的特
13、点，在研究异步电机等效电路时，可借助于变压器的电磁理论。效电路时，可借助于变压器的电磁理论。1、电压、电压平衡式平衡式v 注意：转子绕组相数可以不等于定子绕组相数！注意：转子绕组相数可以不等于定子绕组相数！但是它们产生的磁场的极对数必须相等。但是它们产生的磁场的极对数必须相等。v 与变压器类似，当定子外加电压与变压器类似，当定子外加电压U1一定时，一定时，E1基基本不变，从而决定了气隙基波磁通本不变，从而决定了气隙基波磁通m和励磁电流和励磁电流Im也基本不变也基本不变。气隙磁通由定子电流和转子电流气隙磁通由定子电流和转子电流共共同同产生，虽然定转子电流随负载而变化，但它们应产生，虽然定转子电流
14、随负载而变化，但它们应满足磁动势平衡式满足磁动势平衡式 F1 + F2 = Fm。v 转子绕组磁动势：转子绕组磁动势：v 合成磁动势：合成磁动势：v 定子绕组磁动势：定子绕组磁动势：2、磁动势平衡式、磁动势平衡式3、绕组归算、绕组归算v 定子、转子的相数、有效匝数不同，为建立等效定子、转子的相数、有效匝数不同，为建立等效电路，需要进行绕组归算，一般将转子方面的各物电路，需要进行绕组归算，一般将转子方面的各物理量归算到定子方面理量归算到定子方面。 电流的归算：归算前后转子磁动势保持不变电流的归算：归算前后转子磁动势保持不变电流变比：电流变比：v 电动势的归算：归算前后转子视在功率保持不变电动势的
15、归算：归算前后转子视在功率保持不变电压变比：电压变比：v 阻抗的归算：归算前后转子铜耗保持不变阻抗的归算：归算前后转子铜耗保持不变阻抗变比：阻抗变比：v 笼型转子绕组的参数：笼型转子绕组的参数： 相数：等于每对极的导条数，相数：等于每对极的导条数，m2 = Z2 / p 。 每相串联匝数：每相串联匝数：N2 = 1/2 。则笼型转子电机绕组归算的变比为：则笼型转子电机绕组归算的变比为：电压变比：电压变比：阻抗变比：阻抗变比：电流变比：电流变比：二、转子转动后的异步电机二、转子转动后的异步电机1、转子转动后对转子各物理量的影响、转子转动后对转子各物理量的影响由于由于 f2 = sf1，转子转动后
16、，转子回路频率发生变化，转子转动后，转子回路频率发生变化，转子感应电动势和转子漏抗也发生变化。转子感应电动势和转子漏抗也发生变化。v 转子电动势：转子电动势：v 转子漏抗：转子漏抗：v 转子转动后转子回路电压平衡式：转子转动后转子回路电压平衡式：2、频率归算、频率归算转子转动后，转子回路参数的频率转子转动后，转子回路参数的频率 f2 = sf1，与定子，与定子回路参数频率回路参数频率 f1 不同。为实现定转子参数间的运算，不同。为实现定转子参数间的运算，需要把转子频率变换成与定子相同的频率。由于转需要把转子频率变换成与定子相同的频率。由于转子不动时的频率与定子相同，所以频率归算后的转子不动时的
17、频率与定子相同，所以频率归算后的转子是子是静止静止的。的。v 原则：归算前后转子电流的大小和相位不变。原则：归算前后转子电流的大小和相位不变。分子分母同除以分子分母同除以 s 并整理得：并整理得：从上式可以看出，频率归算后转子回路的电阻可以从上式可以看出，频率归算后转子回路的电阻可以分解为两个分量，除了转子分解为两个分量，除了转子实际实际电阻电阻 r2 外，还有一外，还有一个个附加附加的电阻的电阻r2(1-s)/s。由于实际转子是旋转的，有。由于实际转子是旋转的，有机械功率输出，而归算后的转子是静止的，没有机机械功率输出，而归算后的转子是静止的，没有机械功率输出，该附加电阻上的电功率正好械功率
18、输出，该附加电阻上的电功率正好模拟了转模拟了转子总的机械功率子总的机械功率。3、基本方程式和等效电路、基本方程式和等效电路为构成等效电路，转子参数经过为构成等效电路，转子参数经过频率频率归算后还应该归算后还应该进行进行绕组绕组归算，将转子参数归算到定子侧。归算，将转子参数归算到定子侧。归算后的异步电动机的基本方程为：归算后的异步电动机的基本方程为：从上图可以看出：异步电机的等效电路与变压器带从上图可以看出：异步电机的等效电路与变压器带纯电阻纯电阻负载的等效电路相似；转子不动的异步电机负载的等效电路相似；转子不动的异步电机等效电路与变压器短路的等效电路相似；理想空载等效电路与变压器短路的等效电路
19、相似；理想空载的异步电机等效电路与变压器空载的等效电路相似。的异步电机等效电路与变压器空载的等效电路相似。4、相量图、相量图v 注意：异步电机的定子电流总是滞后于定子电压，注意：异步电机的定子电流总是滞后于定子电压，异步电机正常运行时必须从电源输入感性无功功率。异步电机正常运行时必须从电源输入感性无功功率。第四节第四节 异步电机的参数异步电机的参数一、异步电机等效电路参数的测定一、异步电机等效电路参数的测定1、r1：用电桥测量后换算到标准温度时的值。：用电桥测量后换算到标准温度时的值。2、rm、xm：通过空载实验测得的数据计算。：通过空载实验测得的数据计算。v 实验方法：实验方法：f = fN
20、、n n1时，时，电压从电压从U = (1.1 1.2) UN开始开始下调到下调到 0.3UN 左右，测量空载左右，测量空载特性曲线特性曲线 I0 = f(U1) 和和P0 = f(U1)。v空载输入总功率空载输入总功率v 由于铁耗近似与电压平方由于铁耗近似与电压平方成正比，而机械损耗与电压成正比，而机械损耗与电压无关，可通过无关，可通过 ，将将pFe和和pmec分离，如图所示。分离，如图所示。 铁耗和机械损耗之和为铁耗和机械损耗之和为v 空载实验时，空载实验时，s 0，转子可认为是转子可认为是开路开路的，根据的，根据U1 = UN 时的数据时的数据 ，可求出励磁阻抗：，可求出励磁阻抗： 励磁
21、电阻励磁电阻v 空载总阻抗为空载总阻抗为v 励磁电抗为励磁电抗为 ：通过短路（堵转）实验测得的数据计：通过短路（堵转）实验测得的数据计算。算。v 实验方法：在转子不动的情况下，调节外加电压，实验方法：在转子不动的情况下，调节外加电压，使短路电流由使短路电流由1.2IN逐渐减小到逐渐减小到0.3IN，画出短路特性曲画出短路特性曲线线Ik = f(Uk) 和和Pk = f(Uk)。v 根据短路实验查出根据短路实验查出 Ik = IN 时时的数据的数据 ，则短路阻抗为：，则短路阻抗为：v 异步电机堵转时的等效电路如图所示，由于短路异步电机堵转时的等效电路如图所示，由于短路实验所加电压较低，铁耗可以忽
22、略不计，即实验所加电压较低，铁耗可以忽略不计，即rm = 0。由于存在气隙，异步机的励磁电流较大，励磁电抗由于存在气隙，异步机的励磁电流较大，励磁电抗虽然比转子漏抗大得多，但励磁回路也不宜开路。虽然比转子漏抗大得多，但励磁回路也不宜开路。v 根据等效电路，短路阻抗：根据等效电路，短路阻抗：v 整理得短路电阻和短路电抗分别为：整理得短路电阻和短路电抗分别为：对于一般的异步电机，有对于一般的异步电机，有 ，则：，则：代入短路阻抗表达式得：代入短路阻抗表达式得：则：则：对于大型异步电机，激磁电抗远大于转子阻抗，可对于大型异步电机，激磁电抗远大于转子阻抗，可以把励磁回路看成是开路的，则：以把励磁回路看
23、成是开路的，则：等效电路中所有定子侧的参数均为实际值，由此算等效电路中所有定子侧的参数均为实际值，由此算出的定子侧的量也是实际值；转子侧的参数均为归出的定子侧的量也是实际值；转子侧的参数均为归算值，由此算出的转子侧电动势、电流也是归算值，算值，由此算出的转子侧电动势、电流也是归算值，而不是实际值，但由于归算是在功率不变的条件下而不是实际值，但由于归算是在功率不变的条件下进行的，所以算出的转子有功功率、损耗和转矩均进行的，所以算出的转子有功功率、损耗和转矩均与实际值相同。与实际值相同。异步电机等效电路的简化异步电机等效电路的简化根据根据 T 形等效电路，各条支路的电流为：形等效电路，各条支路的电
24、流为：以上各式中的复系数以上各式中的复系数由于等效电路中各电阻远小于各电抗，如略去电阻，由于等效电路中各电阻远小于各电抗，如略去电阻，则该复系数可简化为实系数则该复系数可简化为实系数转子电流可简化为：转子电流可简化为：则则求转子电流求转子电流的近似等效电路为：的近似等效电路为：根据根据 T 形等效电路和转子电流近似计算公式，定子形等效电路和转子电流近似计算公式，定子电流可表示为：电流可表示为：整理得：整理得：则则求定子电流求定子电流的近似等效电路为：的近似等效电路为：容量较大的异步电机，由于容量较大的异步电机，由于x1 TZ ，电动机才能起动，电动机才能起动。一般异步。一般异步电动机的电动机的
25、 Kst = 1.0 2.0。思考思考1：如何获得最大的起动转矩？：如何获得最大的起动转矩？可在转子回路中串入合适的电阻，使得可在转子回路中串入合适的电阻，使得 Tst = Tm ，此时此时：也就是也就是求得：求得：思考思考2：所串电阻是否越大越好？：所串电阻是否越大越好？此时再增大所串的电阻，起动转矩反而减小。此时再增大所串的电阻，起动转矩反而减小。3、电磁转矩的简化计算公式、电磁转矩的简化计算公式如取如取 c1 = 1，则电磁转矩和最大转矩可简化为，则电磁转矩和最大转矩可简化为展开得：展开得：将将 代入得：代入得：一般情况下有一般情况下有上式可进一步简化为：上式可进一步简化为：若已知若已知
26、 Tm 和和 sk ，可方便地求出，可方便地求出 s 所对应所对应的的T。其中其中 Tm 可由可由 Tm = KmTN 和和 TN = 9.55PN/nN 求得。求得。在额定情况下在额定情况下解得：解得：异步电机在额定负载以下运行时异步电机在额定负载以下运行时 s/sk nN 部分为一直线。部分为一直线。二、异步电动机稳定运行范围二、异步电动机稳定运行范围电动机轴上的转矩平衡式为：电动机轴上的转矩平衡式为：其中其中T为电动机的电磁转矩，其随转速为电动机的电磁转矩，其随转速n（或转差率（或转差率s）的变化规律就是电动机的机械特性。）的变化规律就是电动机的机械特性。 TL为负载阻为负载阻转矩，其随
27、转速变化的规律大致可以分为三大类：转矩，其随转速变化的规律大致可以分为三大类：v 恒转矩负载：转矩不随转速变化而变化；恒转矩负载：转矩不随转速变化而变化；v 恒功率负载：转矩与转速成反比；恒功率负载：转矩与转速成反比；v 通风机负载：转矩与转速平方成正比。通风机负载：转矩与转速平方成正比。当当 T TL时，电动机处于加速状态，时，电动机处于加速状态， T TL时，电时，电动机处于减速状态，这两种状态都不是稳定运行状动机处于减速状态，这两种状态都不是稳定运行状态，只有态，只有T = TL时，电动机所受力矩平衡，才时，电动机所受力矩平衡，才有可有可能能稳定运行。稳定运行。静态静态稳定运行的概念：稳定运行的概念：能经受微小干扰的受力能经受微小干扰的受力平衡。平衡。静态静态稳定运行的条件：稳定运行的条件：第七节第七节 异步电动机的工作特性异步电动机的工作特性工作特性：在外加电压大小和频率一定的条件下，工作特性：在外加电压大小和频率一定的条件下，转速转速 n、输出转矩、输出转矩 T2、定子电流、定子电流 I1 、定子功率因数、定子功率因数cos1、效率、效率等量与输出功率等量与输出功率 P2 之间的关系。之间的关系。
