三相异步电动机原理ppt课件.ppt

三相异步电动机原理ppt课件 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望 4.1三相异步电动机的基本工作原理与结构一、三相异步电动机结构鼠鼠笼笼式异步式异步电动电动机外形机外形绕线绕线式异步式异步电动电动机外形机外形异步异步电动电动机定子机定子1 1异步异步电动电动机定子机定子鼠鼠笼笼式式转转子子绕线绕线式式转转子子绕线绕线式定子与式定子与转转子子异步电动机定子上有三相对称的交流绕组鼠笼绕组绕线转绕线转子异步子异步电动电动机剖面机剖面图图三相对称交流绕组通入三相对称交流电流时，将在电机气隙空间产生旋转磁场(swf)二、三相异步电动机的工作原理异步电动机定子上有三相对称的交流绕组 转子导体切割磁力线，并产生感应电势 转子导体通过端环自成闭路，并通过感应电流 感应电流与旋转磁场相互作用产生电磁力 电磁力作用在转子上将产生电磁转矩，并驱动转子旋转(swf)三相异步电动机定子绕组加对称电压后，产生一个旋转气隙磁场，转子绕组导体切割该磁场产生感应电势。由于转子绕组处于短路状态会产生一个转子电流。转子电流与气隙磁场相互作用就产生电磁转矩，从而驱动转子旋转。电动机的转速一定低于磁场同步转速，因为只有这样转子导体才可以感应电势从而产生转子电流和电磁转矩。所以该电机被称为异步机，也叫感应电机。三、三相异步电动机的名牌数据 五、异步电动机的工作原理 定子对称三相绕组 有三相对称电流 定子和转子间有旋转磁场（n0）切割转子均匀分布的闭环导体 转子导体产生感应电动势NSn0转子闭合导体有电流如不考虑相位差，电势方向同电流方向由左手定则知转子导体受力，其方向同磁场反向，这时转子转动，即电动机工作，转速为n。六、三相异步电动机的转速与运行状态转子转速n能否超过同步转速n0？答在无外力作用时，电动状态转子转速n不能超过同步转速n0。即n n0。ffn用右手定则知N极下转子电动势方向指里，S极下转子电动势方向指外 假设n=n0，旋转磁场不切割转子导体，则无感生电动势，无电流，也就无电磁力，转子不转了。只由n n0,S0,旋转磁场切割转子导体的n0nTN 方向相反，导体中的电动势与电流方向都反向。由左手定则知电磁力与旋转磁场和转子的旋转方向相反，这是制动转矩。这时原动机对异步电动机输入机械功率，而通过电磁感应由定子向电网输送电功率，电动机处在发电机状态。如果异步电动机的外转矩使转子逆着旋转磁场的方向旋转，即n1,此时转子导体中的电动势和电流反向仍和电动机一样，电磁转矩方向仍与旋转磁场一致，n0n 但与外转矩方向（n)相反。电磁转矩是制动转矩，此时电网对电动机输送电功率，从转子吸收机械功率。TN4.2 4.2 交流电机的绕组交流电机的绕组l l绕组：绕组：绕组：绕组：按一定规律排列和连接的线圈的总称按一定规律排列和连接的线圈的总称按一定规律排列和连接的线圈的总称按一定规律排列和连接的线圈的总称交流绕组的基本概念交流绕组的基本概念元件元件(线圈线圈)(a)单匝线圈单匝线圈 (b)多匝线圈多匝线圈 (c)多匝线圈简易画法多匝线圈简易画法 y1 n n定子绕组定子绕组定子绕组定子绕组stator windingstator winding电路部分电路部分电路部分电路部分感感感感应电势。应电势。应电势。应电势。n n定子铁心定子铁心定子铁心定子铁心corecore磁路部分，放置定子绕组。磁路部分，放置定子绕组。磁路部分，放置定子绕组。磁路部分，放置定子绕组。一般采用导磁性能良好和比损耗小的电工硅钢一般采用导磁性能良好和比损耗小的电工硅钢一般采用导磁性能良好和比损耗小的电工硅钢一般采用导磁性能良好和比损耗小的电工硅钢片叠成。片叠成。片叠成。片叠成。为了嵌放定子绕组，在定子铁心内圆冲出许多为了嵌放定子绕组，在定子铁心内圆冲出许多为了嵌放定子绕组，在定子铁心内圆冲出许多为了嵌放定子绕组，在定子铁心内圆冲出许多形状相同的槽形状相同的槽形状相同的槽形状相同的槽定子槽定子槽定子槽定子槽slotslot。铁心铁心7-1 基本要求和绕组分类基本要求和绕组分类电机绕组：电机绕组：产生感应电势、产生磁势产生感应电势、产生磁势产生感应电势、产生磁势产生感应电势、产生磁势绕组要求：绕组要求：1.1.1.1.在一定导体数下，获得比较大的基波电势及在一定导体数下，获得比较大的基波电势及在一定导体数下，获得比较大的基波电势及在一定导体数下，获得比较大的基波电势及磁势磁势磁势磁势2.2.2.2.在三相时产生的三相电势、磁势必须对称在三相时产生的三相电势、磁势必须对称在三相时产生的三相电势、磁势必须对称在三相时产生的三相电势、磁势必须对称 3.3.电势波形尽量接近于正弦电势波形尽量接近于正弦电势波形尽量接近于正弦电势波形尽量接近于正弦 4.4.4.4.用铜量少，散热性好用铜量少，散热性好用铜量少，散热性好用铜量少，散热性好 5.5.5.5.工艺简单，维修方便工艺简单，维修方便工艺简单，维修方便工艺简单，维修方便绕组分类：绕组分类：绕组分类：绕组分类：相数：单相相数：单相相数：单相相数：单相 ，三相，双相，三相，双相，三相，双相，三相，双相 层数：单层，层数：单层，层数：单层，层数：单层，双层双层双层双层 每极每相槽数：整数槽及分数槽每极每相槽数：整数槽及分数槽每极每相槽数：整数槽及分数槽每极每相槽数：整数槽及分数槽三相单层集中整距绕组三相单层集中整距绕组三相：三相：三相：三相：A A、B B、C C单层：每槽中只放一个线圈边单层：每槽中只放一个线圈边单层：每槽中只放一个线圈边单层：每槽中只放一个线圈边集中：每一相只有一个线圈集中：每一相只有一个线圈集中：每一相只有一个线圈集中：每一相只有一个线圈整距：线圈的节距等于一个极距整距：线圈的节距等于一个极距整距：线圈的节距等于一个极距整距：线圈的节距等于一个极距三相绕组结构特点三相绕组结构特点三相绕组结构特点三相绕组结构特点三相绕组展开图三相绕组展开图三相绕组展开图三相绕组展开图三相绕组的轴线三相绕组的轴线三相绕组的轴线三相绕组的轴线三相绕组的三相绕组的三相绕组的三相绕组的Y Y连接连接连接连接单层分布绕组的展开图单层分布绕组的展开图单层分布绕组的展开图单层分布绕组的展开图7-2 分析绕组时常用的几个量分析绕组时常用的几个量n n极距极距l相相邻邻两两磁磁极极对对应应位位置置两两点之间的圆周距离点之间的圆周距离 几几几几何何何何尺尺尺尺寸寸寸寸每每每每极极极极所所所所对对对对应的定子内圆弧长应的定子内圆弧长应的定子内圆弧长应的定子内圆弧长l l槽槽槽槽数数数数表表表表示示示示极极极极距距距距：即即即即用用用用每每每每磁磁磁磁极极极极下下下下所所所所占占占占槽槽槽槽数数数数来来来来表表表表示示示示，Z Z为为为为总总总总数数数数，P P极极极极为为为为对对对对数数数数节距节距 y(跨距跨距)表示元件的宽度。元件放在槽内，其宽表示元件的宽度。元件放在槽内，其宽度度可可用元件两边所跨越的槽数表示用元件两边所跨越的槽数表示。y电角度电角度 磁密在空间为正弦分布，一对磁极磁密在空间为正弦分布，一对磁极磁密在空间为正弦分布，一对磁极磁密在空间为正弦分布，一对磁极便对应于一个完整正弦波，相当于便对应于一个完整正弦波，相当于便对应于一个完整正弦波，相当于便对应于一个完整正弦波，相当于360360。如果磁极极对数是。如果磁极极对数是。如果磁极极对数是。如果磁极极对数是p p，整个，整个，整个，整个圆周有圆周有圆周有圆周有p p个完整正弦波，相当于个完整正弦波，相当于个完整正弦波，相当于个完整正弦波，相当于p p 360360。从几何的观点来看，整个圆。从几何的观点来看，整个圆。从几何的观点来看，整个圆。从几何的观点来看，整个圆周只有周只有周只有周只有360360。圆周的空间几何角度称为机械角度，圆周的空间几何角度称为机械角度，圆周的空间几何角度称为机械角度，圆周的空间几何角度称为机械角度，而圆周上对应于磁场分布的角度称而圆周上对应于磁场分布的角度称而圆周上对应于磁场分布的角度称而圆周上对应于磁场分布的角度称为电角度。为电角度。为电角度。为电角度。电角度电角度电角度电角度p p 机械角度机械角度机械角度机械角度极极 距距：定子内表面用长度表示的每极所占空定子内表面用长度表示的每极所占空 间距离，可以用所跨槽数表示，也可间距离，可以用所跨槽数表示，也可 以用所占空间电角度表示。以用所占空间电角度表示。空间电角度空间电角度：把一对主磁极表面占的空间距离用空间：把一对主磁极表面占的空间距离用空间 电角度表示，定义为电角度表示，定义为360空间电角度。空间电角度。线圈节距线圈节距y1 ：一个线圈的两个线圈边间沿定子内表一个线圈的两个线圈边间沿定子内表 面间的距离。面间的距离。相带相带为了三相绕组对称，为了三相绕组对称，为了三相绕组对称，为了三相绕组对称，在每个极面下每相绕组应占在每个极面下每相绕组应占在每个极面下每相绕组应占在每个极面下每相绕组应占有相等的范围有相等的范围有相等的范围有相等的范围相带相带相带相带。每个极对应于每个极对应于每个极对应于每个极对应于180180电角度，如电机有电角度，如电机有电角度，如电机有电角度，如电机有mm相，则每相，则每相，则每相，则每个相带占有个相带占有个相带占有个相带占有1801800 0/mm 电角度。三相电机电角度。三相电机电角度。三相电机电角度。三相电机mm3 3，其相，其相，其相，其相带为带为带为带为60/360/3，按，按，按，按6060相带排列的绕组称为相带排列的绕组称为相带排列的绕组称为相带排列的绕组称为6060相带绕相带绕相带绕相带绕组。组。组。组。60相带绕组相带绕组把把把把每对极每对极每对极每对极所对应的定子槽等分为六个等分。依所对应的定子槽等分为六个等分。依所对应的定子槽等分为六个等分。依所对应的定子槽等分为六个等分。依次称为次称为次称为次称为a a、c c、b b、aa、c c、bb相带，各相绕组放相带，各相绕组放相带，各相绕组放相带，各相绕组放在各自的相带范围内在各自的相带范围内在各自的相带范围内在各自的相带范围内每一相绕组都有首端，又有末端，以每一相绕组都有首端，又有末端，以每一相绕组都有首端，又有末端，以每一相绕组都有首端，又有末端，以A A相为例，则三相绕组相为例，则三相绕组相为例，则三相绕组相为例，则三相绕组A A-X X、B B-Y Y、C C-Z Z、在空间上分布为在空间上分布为在空间上分布为在空间上分布为A A-Z Z-B B-X X-C C-Y Y共有六部分，即总的共有六部分，即总的共有六部分，即总的共有六部分，即总的绕组应分为六部分，分属绕组应分为六部分，分属绕组应分为六部分，分属绕组应分为六部分，分属AZBXCYAZBXCY，每一部分在每极下占有的，每一部分在每极下占有的，每一部分在每极下占有的，每一部分在每极下占有的电角度称为相带，一般电角度称为相带，一般电角度称为相带，一般电角度称为相带，一般用用用用60600 0相带相带相带相带AZBBXXCCYYAZ N N SS600每极每相槽数每极每相槽数q每个极面下每相占有的槽数每个极面下每相占有的槽数。已知总槽数。已知总槽数Z Z、极对数极对数p p和相数和相数m m为，则为，则l lq q11分布绕组分布绕组分布绕组分布绕组l l整数槽绕组整数槽绕组整数槽绕组整数槽绕组q q为整数为整数为整数为整数l l分数槽绕组分数槽绕组分数槽绕组分数槽绕组q q为分数为分数为分数为分数槽距角槽距角 相邻两槽之间的相邻两槽之间的电角度电角度已知总槽数已知总槽数已知总槽数已知总槽数Z Z、极对数、极对数、极对数、极对数p p：=（P P360360）/Z ZAZBBXXCCYYAZ N N SS槽电动势星形图槽电动势星形图槽电动势星形图槽电动势星形图 各槽导体感应电动势大小相等，相邻槽导体电各槽导体感应电动势大小相等，相邻槽导体电各槽导体感应电动势大小相等，相邻槽导体电各槽导体感应电动势大小相等，相邻槽导体电势相位差相同。将各槽导体电势相量画在一起，势相位差相同。将各槽导体电势相量画在一起，势相位差相同。将各槽导体电势相量画在一起，势相位差相同。将各槽导体电势相量画在一起，组成一个星形，称为槽电势星形图。组成一个星形，称为槽电势星形图。组成一个星形，称为槽电势星形图。组成一个星形，称为槽电势星形图。4.3 4.3 三相异步电动机绕组的感生电动势三相异步电动机绕组的感生电动势气隙磁密分布气隙磁密分布 讨论定子绕组内感应电动势时，气隙磁场切割定子绕讨论定子绕组内感应电动势时，气隙磁场切割定子绕组可以看成下图中所示的转子旋转，在定子绕组中所感应组可以看成下图中所示的转子旋转，在定子绕组中所感应产生的电动势。产生的电动势。瞬时值的表达式瞬时值的表达式有效值的表达式有效值的表达式1、整距线圈的电动势、整距线圈的电动势有效值的表达式有效值的表达式2、短距线圈的电动势、短距线圈的电动势瞬时值的表达式瞬时值的表达式二、线圈组的感应电动势二、线圈组的感应电动势一个线圈组电动势的有效值为一个线圈组电动势的有效值为三、相绕组的感应电动势三、相绕组的感应电动势相电势相电势 对单层绕组而言，每个相绕组有对单层绕组而言，每个相绕组有p个线圈组，并联支个线圈组，并联支路数为路数为a，每个线圈的匝数为，每个线圈的匝数为Ny，则每个相绕组串联匝数，则每个相绕组串联匝数为为所以单层绕组相电动势基波的有效值为所以单层绕组相电动势基波的有效值为 对双层绕组而言，每个相绕组有对双层绕组而言，每个相绕组有2p个线圈组，每个相个线圈组，每个相绕组串联匝数为绕组串联匝数为所以双层绕组相电动势基波的有效值为所以双层绕组相电动势基波的有效值为定子铜损 Pcu1=m1I12r1 （图5.4.1）转子铜损 Pcu2=m1I22r2定子铁损 PFe=m1I02rm 传给转子的电磁功率PM=m1 r2/s=m1E2I2cos 2 轴上输出功率 P2=m1I22 r2 (1-s)/s（5-29）电磁转矩电磁转矩 电磁转矩指转子电流I2与主磁通m相互作用产生的电磁力形成的总力矩。它等于电动机总机械功率P m除以转子的角速度。（5-34）-（5-39）4.8 异步电动机的功率传递和转矩平衡 由T型等值电路可以得到全部能量关系 一、空载试验 空载试验的主要目的是测电机的励磁参数。三相异步电动机的空载试验理论上应是转子在同步转速下进行，但需要原动机拖动转子，这样同步也有难度。实验时(异步电动机）电动机轴上不加任何负载（对于绕线电动机转子还要开路）。步骤：电压从1.2VN开始,逐渐降低电压，直到电机的转速明显下降，定子的电流回升为止，测出7-9个点，每次测电压、空载电流、功率和转速，可以绘出空载特性（I0和P0随U0的变化）曲线。I0U0输入电机功率 P0=m1I02r1+PFe+Pm（忽略转子铜耗及附加损耗Pcu2+Ps）P0 4.9异步电动机的参数测定 等值电路参数可以由制造厂家提供，也可以由实验方法测得，方法同变压器。空载时认为定子铜耗和铁耗与电压大小有关，机械损耗仅于转速有关。P0-m1I02r1=PFe+Pm （P0-m1I02r1）可以测出（r1也可以由短路参数求得，也可以直接测得）。而铁耗认为与电压的平方成正比。此时I2=0，S=0（n=n0)。可以绘出PFe+Pm=f曲线。Pm随n变化不大，认为是常数U02PFe+Pm（P0-m1I02r1）PmPFe当电压等于0时，测得的仅是铁耗(n=0,Pm=0)。这样延长曲线，使其与纵轴相交，交点坐标就是机械损耗Pm，过这一点作一与横轴 的平行线，这个高度上面就是铁耗PFe。可以测得P0和I0，算出每相的电压、功率和电流。Z0=UN/I0UNr1x1xmrm空载时异步电动机的等效电路r1+rm=r0=(P0-Pm)/I02I0P0由功率表测出，Pm由上图求得。x0=xm=x0-x1rm=Pm/I02Zm=二、短路试验定子和绕线电机转子的电阻可以加直流电压测直流电流求出，但这是直流电阻，等效电路中是交流电阻，集肤效应会使交流电阻大于直流电阻，应加以修正。笼型电机电机转子无法用直流测。可以用短路实验方法求参数。异步电动机堵转，所加电压使电动机的短路电流略大于额定电流，约是额定电压的30%-40%，然后调节电压逐渐下降，测电压UK、电流IK和功率PK。绘出短路特性曲线IK=f(UK)和PK=f(UK)。铁损大致正比磁通密度的平方，因此大致正比电压的平方，降压时铁损小，励磁电流小，等效电路可认为励磁回路开路。图5.6.4，5.6.5 电机不转，机械损耗为0，铁损和附加损耗小可以略去。P116UKr1x1r2X2