电机与电力拖动基础教程第5章(2)精选PPT.ppt
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1、电机与电力拖动基础教程第电机与电力拖动基础教程第5章章(2)第1页,此课件共58页哦第第5章章第第5章章 三相异步电动机三相异步电动机三相异步电动机的结构、类别、铭牌三相异步电动机的结构、类别、铭牌5.1三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理5.2三相异步电动机的绕组三相异步电动机的绕组5.3三相异步电动机的磁动势三相异步电动机的磁动势5.4三相异步电动机的电动势三相异步电动机的电动势5.5三相异步电动机的电磁分析三相异步电动机的电磁分析5.6三相异步电动机的等效电路及相量图三相异步电动机的等效电路及相量图5.7三相异步电动机的功率和转矩三相异步电动机的功率和转矩5.8三相异步电动机
2、的参数测定三相异步电动机的参数测定5.9三相异步电动机的工作特性三相异步电动机的工作特性5.10下 页上 页第2页,此课件共58页哦第第5章章本章教学基本要求n熟悉鼠笼式和绕线式异步电动机的基本构造及主要结构部件的作用,掌握三相异步电动机的基本工作原理。n了解交流电机绕组的构成原则及其基本知识,了解短距系数、分布系数及绕组系数的物理意义,掌握三相交流绕组的类别及常用三相绕组的连接规律和特点。n了解单相绕组磁动势性质,理解三相绕组磁动势性质及特点,理解交流电机绕组的感应电势公式,掌握感应电势的计算。n了解异步电动机空载运行的物理过程,了解异步电动机负载运行的物理过程,了解三相异步电动机的工作特性
3、。n理解异步电动机空载运行时的基本方程式、等值电路;理解转差率对转子回路各物理量的影响;理解异步电动机负载运行时的基本方程式、等值电路,理解异步电动机负载运行时的功率,转矩平衡关系;理解电磁转矩表达式及其物理意义。掌握异步电动机功率、转矩计算;掌握三相异步电动机的参数测定方法。下 页上 页返 回第3页,此课件共58页哦第第5章章本章教学重点和难点n重点:重点:1.旋转磁场,三相异步电动机的基本工作原理;2.交流电机绕组构成,感应电势计算,三相绕组磁动势性质及特点;3.转差率对转子回路各物理量的影响,等值电路,功率、转矩计算;4.三相异步电动机参数测定;n难点:难点:旋转磁场的产生原理,三相绕组
4、的连接规律,三相绕组磁动势性质及特点,感应电势、功率及转矩计算。下 页上 页返 回第4页,此课件共58页哦第第5章章本次课程内容、重点和难点内容:内容:单相绕组的脉振磁动势、三相绕组的旋转磁动势;电动机的相电动势和线电动势重点:重点:电动机磁动势大小、性质及特点,感应电动势计算难点:难点:三相绕组磁动势性质及特点下 页上 页返 回第5页,此课件共58页哦第第5章章 对于交流电机来说,无论是发电机还是电动机,当电枢绕组流过电流时,都要产生磁动势。三相交流电机的每相绕组在定子上的空间位置不一样,它们流过的交流电流的相位也不相同,产生的磁动势的大小、波形和性质等,都需要分析。分析过程分析过程:先讨论
5、简单的一个线圈产生的磁动势,接着依次讨论线圈组、单相绕组和三相绕组的磁动势。5.4三相异步电动机的磁动势三相异步电动机的磁动势下 页上 页返 回第6页,此课件共58页哦第第5章章交流电机模型图(A相集中绕组)5.4.1整距线圈的磁动势整距线圈的磁动势(单层集中绕组单层集中绕组)1.整距集中绕组的磁动势空间分布整距集中绕组的磁动势空间分布整距绕组通入电流整距绕组通入电流,产生两极磁场,线产生两极磁场,线圈磁动势在某瞬间的分布如图圈磁动势在某瞬间的分布如图,由全电由全电流定律得流定律得:下 页上 页返 回第7页,此课件共58页哦第第5章章 在定子内圆表面建立空间坐标,以A相绕组轴线与定子内表面的交
6、点作为空间坐标的原点,用空间电角度表示。把气隙圆周展成直线,让横坐标表示沿气隙圆周方向的空间距离。下 页上 页返 回第8页,此课件共58页哦第第5章章正磁势规定:磁感应线方向是出转子进定子为负值。正磁势规定:磁感应线方向是出转子进定子为负值。由于空气隙的磁阻远远大于定、转子铁芯中的磁阻,可由于空气隙的磁阻远远大于定、转子铁芯中的磁阻,可认为磁势全部降认为磁势全部降落在两个气隙上落在两个气隙上,即作用在每个空气隙的磁势为全部磁势的一半,即作用在每个空气隙的磁势为全部磁势的一半(iyNy/2)结论:结论:通入电流的线圈,它所产生的气隙磁动势沿圆周分布是一个通入电流的线圈,它所产生的气隙磁动势沿圆周
7、分布是一个矩形波,在通电流的线圈处,气隙磁动势发生突跳。矩形波,在通电流的线圈处,气隙磁动势发生突跳。下 页上 页返 回第9页,此课件共58页哦第第5章章用傅里叶级数分解矩形波磁动势用傅里叶级数分解矩形波磁动势用傅里叶级数分解矩形波磁动势用傅里叶级数分解矩形波磁动势 2.磁动势的空间谐波设设A相电流表达式相电流表达式结论:通入电流的线圈,它所产生的气隙磁动势沿圆周空间分结论:通入电流的线圈,它所产生的气隙磁动势沿圆周空间分布是一个矩形波,布是一个矩形波,轴线固定不动轴线固定不动,幅值的大小和方向,幅值的大小和方向随时间按随时间按正弦正弦规律规律变化,变化变化,变化频率为电流频率频率为电流频率。
8、在通电流的线圈处,气隙磁动势在通电流的线圈处,气隙磁动势发生突跳。发生突跳。空间位置不变而幅值和方向随时间变化的磁动势称为脉动磁空间位置不变而幅值和方向随时间变化的磁动势称为脉动磁动势。动势。下 页上 页返 回第10页,此课件共58页哦第第5章章线圈磁场模拟分布图线圈磁场模拟分布图下 页上 页返 回第11页,此课件共58页哦第第5章章B相与相与C相电流建立的脉振磁场相电流建立的脉振磁场B相电流建立的磁场的磁极与对称轴iBiB相磁势空间分布波形下 页上 页返 回第12页,此课件共58页哦第第5章章结论:结论:1)单个线圈单个线圈当通入交流电流时所产生的磁动势波是一个在当通入交流电流时所产生的磁动
9、势波是一个在空间按矩形波分布、波的位置在空间不动、但波幅的大小和空间按矩形波分布、波的位置在空间不动、但波幅的大小和正负随时间在变化的正负随时间在变化的脉振磁势脉振磁势。2)线圈磁势除包含基波磁势外,还包含有线圈磁势除包含基波磁势外,还包含有3、5、7等谐波磁势等谐波磁势分量分量。下 页上 页返 回第13页,此课件共58页哦第第5章章3.谐波分析 对周期性变化的矩形波分布的磁势,用傅氏级数进行谐波分析,可分解成为:式中v=1,3,5为谐波系数,系数Cv为下 页上 页返 回第14页,此课件共58页哦第第5章章下 页上 页返 回第15页,此课件共58页哦第第5章章n基波磁势为:为基波磁势最大幅值n
10、三次谐波磁势为:为三次谐波磁势最大幅值下 页上 页返 回第16页,此课件共58页哦第第5章章n五次谐波磁势为:五次谐波磁势为:五次谐波磁势最大幅值五次谐波磁势最大幅值。n还有七次、九次、十一次等高次谐波磁势。还有七次、九次、十一次等高次谐波磁势。五次谐波和高次谐波下 页上 页返 回第17页,此课件共58页哦第第5章章 谐波次数越高,其幅值就越小。为了改善波形,除基波以外,考虑消除三、五、七次谐波,由于三次谐波及三的倍数次谐波在绕组连接成三相对称绕组时就已相互抵消,而而五、七次谐波可通过五、七次谐波可通过短距和分布绕组短距和分布绕组来基本消除来基本消除。因此当连成三相绕组后,只考虑基波磁势就可以
11、了。分析:下 页上 页返 回第18页,此课件共58页哦第第5章章幅值随时间按电流的变化规律而变化幅值随时间按电流的变化规律而变化基波及各次谐波磁通势的特点:(1)基波及各次谐波磁通势的最大幅值)基波及各次谐波磁通势的最大幅值(2)基波及各次谐波磁通势的极对数)基波及各次谐波磁通势的极对数(3)基波及各次谐波磁通势幅值随时间变化的关系)基波及各次谐波磁通势幅值随时间变化的关系脉振波脉振波讨论:基波脉振磁通势讨论:基波脉振磁通势下 页上 页返 回第19页,此课件共58页哦第第5章章结论:一个脉振磁势可以分解为两个幅值相等,转速相同,转向相反的两个旋转磁势,它们的幅值是原脉振磁势最大幅值的一半。下
12、页上 页返 回第20页,此课件共58页哦第第5章章5.4.2 整距线圈的线圈组磁动势下 页上 页返 回第21页,此课件共58页哦第第5章章基波磁通势的分布系数基波磁通势的分布系数下 页上 页返 回第22页,此课件共58页哦5.4.3 短距线圈的线圈组磁动势短距系数短距系数下 页上 页返 回第第5章章第23页,此课件共58页哦第第5章章分布短距对气隙磁通势波形的影响分布短距对气隙磁通势波形的影响谐波磁通势的谐波磁通势的绕组系数绕组系数1只要设计得合适,就能够大大削弱各次谐波磁通势只要设计得合适,就能够大大削弱各次谐波磁通势下 页上 页返 回第24页,此课件共58页哦第第5章章5.4.4 单相绕组
13、磁通势下 页上 页返 回第25页,此课件共58页哦第第5章章单相绕组磁动势的性质:单相绕组磁动势的性质:单相绕组的磁动势是一种在空间位置固定、幅值随时间变化的单相绕组的磁动势是一种在空间位置固定、幅值随时间变化的脉振磁动势,基波及所有谐波磁通势的幅值在时间上都以绕组中脉振磁动势,基波及所有谐波磁通势的幅值在时间上都以绕组中电流变化的频率脉振。电流变化的频率脉振。单相绕组基波磁动势幅值的位置与绕组的轴线相重合。单相绕组基波磁动势幅值的位置与绕组的轴线相重合。基波磁动势的幅值为基波磁动势的幅值为 ;次谐波磁通势的次谐波磁通势的幅值为幅值为 。,所以谐波次数愈高,幅值愈小。,所以谐波次数愈高,幅值愈
14、小。下 页上 页返 回第26页,此课件共58页哦第第5章章5.4.5 三相绕组的磁动势取取A相绕组的轴线处作为空间坐标的原点,并以正相序方向作相绕组的轴线处作为空间坐标的原点,并以正相序方向作为为x的正方向;同时选择的正方向;同时选择A相电流达到最大值的瞬间为时间的起始相电流达到最大值的瞬间为时间的起始点。点。A、B、C三个相的三个相的基波磁通势基波磁通势表达式为:表达式为:下 页上 页返 回第27页,此课件共58页哦第第5章章三相绕组的基波合成磁动势下 页上 页返 回第28页,此课件共58页哦第第5章章三相三相基波基波合成磁通势的特性:合成磁通势的特性:v三相基波合成磁通势是一个旋转磁通势,
15、转速为同步转速三相基波合成磁通势是一个旋转磁通势,转速为同步转速n1=60f1/p,旋转方向决定于电流的相序,即从超前电流相转到滞后电流相。,旋转方向决定于电流的相序,即从超前电流相转到滞后电流相。v幅值幅值F1不变,为各相脉振磁动势幅值的不变,为各相脉振磁动势幅值的3/2倍。倍。v三相电流中任一相电流的瞬时值到达最大值时,三相基波合成磁三相电流中任一相电流的瞬时值到达最大值时,三相基波合成磁通势的幅值,恰好在这一相绕组的轴线上。通势的幅值,恰好在这一相绕组的轴线上。推论:推论:m相对称绕组通以相对称绕组通以m相对称电流时,所形成的相对称电流时,所形成的m相合成磁通相合成磁通势,也是圆形旋转磁
16、通势,其幅值为各相脉振磁通势幅值的势,也是圆形旋转磁通势,其幅值为各相脉振磁通势幅值的m/2,其,其转速仍为同步转速。转速仍为同步转速。下 页上 页返 回第29页,此课件共58页哦第第5章章三相的高次谐波磁通势三相的高次谐波磁通势次谐波次谐波合成磁动势均为旋转磁动势合成磁动势均为旋转磁动势转速为转速为n0=n0/=6K-1次谐波的旋转方向与基波合成磁动势相反次谐波的旋转方向与基波合成磁动势相反=6K+1次谐波的旋转方向与基波合成磁动势相同次谐波的旋转方向与基波合成磁动势相同次谐波次谐波下 页上 页返 回1.2.旋转磁动势中含有高旋转磁动势中含有高次谐波磁动势,但不次谐波磁动势,但不包括包括3次
17、谐波或次谐波或3的倍的倍数次谐波数次谐波第30页,此课件共58页哦第第5章章n旋转磁动势产生的条件和旋转磁动势特点n思考题:P167 5.12、5.13、5.14n作业:P167 5.6、5.15n预习:三相异步电动机的电动势预习:三相异步电动机的电动势课后复习要点:上 页返 回第31页,此课件共58页哦第第5章章5.5 三相异步电动机的电动势5.5.1 导体中的感应电动势用旋转磁极模拟气隙中的旋转磁场(4极),以恒定转速n1(r/min)顺时针旋转,基波磁密沿气隙圆周正弦分布;用AX表示定子A相绕组中的一个线圈。分析时:从导体电动势开始,逐步引伸到整距匝电动势、短距匝电动势、短距线圈电动势、
18、线圈组电动势和相电动势。式中B为基波气隙磁密幅值。基波气隙磁密(w(wt)下 页上 页返 回第32页,此课件共58页哦第第5章章1.感应电动势波形定子导体中感应电动势的瞬时值式中:l为导体有效长度(m),v为切割导体的相对线速度(m/s)n导体中感应电动势随时间正弦变化导体中感应电动势随时间正弦变化2.感应电动势的频率 在一对磁极情况下,导体A每经过一对主磁极,其中的感应电势经历一个周期。当电机转子上有p对主磁极,电机每旋转一圈,导体A中的基波感应电势变化p周,则导体A中基波感应电势频率为:下 页上 页返 回第33页,此课件共58页哦第第5章章3.感应电动势的大小每极磁通量为 电动势最大值 有
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