电机与拖动第6章异步电动机.ppt

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1、异步电动机异步电动机第第 6 6 章章6.5 功率与转矩功率与转矩 6.6 工作特性工作特性6.4 转子旋转的电磁关系转子旋转的电磁关系6.2 转子静止、绕组开路时的电磁关系转子静止、绕组开路时的电磁关系6.1 异步电动机结构、额定数据与工作原理异步电动机结构、额定数据与工作原理6.3 转子堵转时的电磁关系转子堵转时的电磁关系6.7 参数测定参数测定三相异步电动机：三相异步电动机：本章要求：本章要求：熟练掌握三相异步电动机的功率和转矩平衡熟练掌握三相异步电动机的功率和转矩平衡 方程且能正确使用方程且能正确使用理解三相异步电动机工作特性的意义及理解三相异步电动机工作特性的意义及 其大概形状其大概

2、形状掌握异步电动机的结构、额定数据与工作原理掌握异步电动机的结构、额定数据与工作原理理解掌握三相异步电动机各电磁关系，掌握其等效电路理解掌握三相异步电动机各电磁关系，掌握其等效电路了解三相异步电动机的短路实验、空载实验了解三相异步电动机的短路实验、空载实验6.16.1异步电动机的结构、额定数据与工作原理异步电动机的结构、额定数据与工作原理6.1.1 异步电动机主要用途与分类异步电动机主要用途与分类2.按转子绕组的结构型式分：绕线式、笼形感应式按转子绕组的结构型式分：绕线式、笼形感应式1.按供电相数分：单相、三相按供电相数分：单相、三相 异步电机主要用作电动机，拖动各种生产机械，如工业、农业异步

3、电机主要用作电动机，拖动各种生产机械，如工业、农业、家用电器等领域。、家用电器等领域。异步电动机结构简单、容易制造、价格低廉、运行可靠、坚固异步电动机结构简单、容易制造、价格低廉、运行可靠、坚固耐用、效率高且适用性强。耐用、效率高且适用性强。异步电动机运行时，定子绕组接到交流电源上，转子绕组自身异步电动机运行时，定子绕组接到交流电源上，转子绕组自身短路，由于电磁感应的关系，在转子绕组中产生电动势、电流，从短路，由于电磁感应的关系，在转子绕组中产生电动势、电流，从而产生电磁转矩，所以异步电机又叫感应电机。而产生电磁转矩，所以异步电机又叫感应电机。分类：分类：6.1.2 异步电动机的结构（主要由定

4、子、转子组成）异步电动机的结构（主要由定子、转子组成）（一）定子：（一）定子：异步电动机的定子是由机座、定子铁心和定子绕组三个部分组成的。异步电动机的定子是由机座、定子铁心和定子绕组三个部分组成的。1、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、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损耗，定子铁心用用心里的铁损耗，定子铁心用用0.5mm厚的硅钢片叠压而成的，在硅厚的硅钢片叠压而成的，在硅钢片的两面还应途上绝缘漆。下图所示为定子槽钢片的两面还应途上绝缘漆。下图所示为定子槽,其中其中(a)是开口槽，是开口槽，用于大、中型容量的高压异步电动机中；用于大、中

5、型容量的高压异步电动机中；(b)是半开口槽，用于中型是半开口槽，用于中型500V以下的异步电动机中；以下的异步电动机中；(c)是半闭口槽，用于低压小型异步电是半闭口槽，用于低压小型异步电动机中。动机中。上上 下下结束结束 2、定子绕组：、定子绕组：高压大、中型容量的异步电动机高压大、中型容量的异步电动机定子绕组常采用定子绕组常采用Y接，只有三根引出线，如图接，只有三根引出线，如图(a)所示。对中、小容量低压异步电动机，通常把定所示。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，根据需要可子三相绕组的六根出线头都引出来，根据需要可接成接成Y形或形或形，如图形，如图(b)所示

6、。定子绕组用绝缘所示。定子绕组用绝缘的铜（或铝）导线绕成，嵌在定子槽内。的铜（或铝）导线绕成，嵌在定子槽内。3 3、机座：主要是为了固定与支撑定子铁心。如、机座：主要是为了固定与支撑定子铁心。如果是端盖轴承电机，还要支撑电机的转子部分。果是端盖轴承电机，还要支撑电机的转子部分。因此，机座应有足够的机械强度和刚度。对中、因此，机座应有足够的机械强度和刚度。对中、小型异步电动机，通常用铸铁机座。对大型电机，小型异步电动机，通常用铸铁机座。对大型电机，一般采用钢板焊接的机座，整个机座和座式轴承一般采用钢板焊接的机座，整个机座和座式轴承都固定在同一个底板上。都固定在同一个底板上。（二）气隙：（二）气隙

7、：异步电动机的气隙比同容量直流电动机的气隙小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、小型异步电动机中，气隙一般为得多，在中、小型异步电动机中，气隙一般为0.21.5mm0.21.5mm左右。左右。结束结束定子铁心定子铁心定子冲片定子冲片定子线圈定子线圈铁心和机座（三）异步电动机的转子：（三）异步电动机的转子：异步电动机的转子是由转子铁心、转子绕组和转轴组成的异步电动机的转子是由转子铁心、转子绕组和转轴组成的 。1 1、转子铁心：是电动机磁路的一部分，它用、转子铁心：是电动机磁路的一部分，它用0.5mm0.5mm厚的硅厚的硅钢片叠压而成。铁心固定在转轴或转子支架上，整个转子钢片叠压

8、而成。铁心固定在转轴或转子支架上，整个转子的外表呈圆柱形。的外表呈圆柱形。2 2、转子绕组：分为笼型和绕线型两类。、转子绕组：分为笼型和绕线型两类。1 1）笼型转子：笼型绕组是一个自己短路的绕组。在转子的）笼型转子：笼型绕组是一个自己短路的绕组。在转子的每个槽里放上一根导体，在铁心的两端用端环连接起来，每个槽里放上一根导体，在铁心的两端用端环连接起来，形成一个短路的绕组。如果把转子铁心拿掉，则可看出，形成一个短路的绕组。如果把转子铁心拿掉，则可看出，剩下来的绕组形状像个松鼠笼子，如图（剩下来的绕组形状像个松鼠笼子，如图（a)a)所示，因此又所示，因此又叫鼠笼转子。导条的材料有用铜的，也有用铝的

9、。叫鼠笼转子。导条的材料有用铜的，也有用铝的。如果用的是铜料，就需要把事先做好的裸铜条插入转子铁心如果用的是铜料，就需要把事先做好的裸铜条插入转子铁心上的槽里，再用铜端环套在伸了两端的铜条上，最后焊在上的槽里，再用铜端环套在伸了两端的铜条上，最后焊在一起，如图一起，如图(b)所示。如果用的是铸铝，就连同端环、风扇所示。如果用的是铸铝，就连同端环、风扇一次铸成，如图一次铸成，如图(c)所示所示。笼型转子结构简单、制造方便、。笼型转子结构简单、制造方便、是一种经济、耐用的电机，所以应用极广。是一种经济、耐用的电机，所以应用极广。2 2）绕线型转子：绕线型转子的槽内嵌放有用绝缘导线组成）绕线型转子：

10、绕线型转子的槽内嵌放有用绝缘导线组成的三相绕组，一般都联接成的三相绕组，一般都联接成Y Y形。转子绕组的三条引线分别形。转子绕组的三条引线分别接到三个滑环上，用一套电刷装置引出来，如图所示。这就接到三个滑环上，用一套电刷装置引出来，如图所示。这就可以把外接电阻串联到转子绕组回路里去，以可以把外接电阻串联到转子绕组回路里去，以改善电动机的改善电动机的启动性能或调节电动机的转速启动性能或调节电动机的转速。与笼型转子相比较，绕线型转子结构稍复杂，价格稍贵，与笼型转子相比较，绕线型转子结构稍复杂，价格稍贵，因此只在要求起动电流小，起动转距大，或需平滑调速的场因此只在要求起动电流小，起动转距大，或需平滑

11、调速的场合使用。合使用。鼠笼转子上上 下下结束结束鼠笼转子结束结束绕线转子绕线转子6.1.4 异步电动机的铭牌数据异步电动机的铭牌数据额定功率额定功率PN：电动机轴的：电动机轴的输出机械功率输出机械功率。额定电压额定电压UN：定子：定子线电压。线电压。额定电流额定电流IN：定子定子线电流。线电流。额定频率额定频率fN、额定转速、额定转速 nN 等。等。型号型号:功率因数功率因数COS。绝缘、温升、接法等绝缘、温升、接法等。6.1.5 异步电动机的工作原理异步电动机的工作原理n有功有功i2SNn1e2femT 定子通电流产生定子通电流产生旋转磁场旋转磁场N、S极，转极，转子导体切割该磁场，产子导

12、体切割该磁场，产生生e2；转子导体处于短；转子导体处于短路状态，会产生路状态，会产生i2；i2与气隙磁场作用产生电与气隙磁场作用产生电磁力磁力fem（T），拖动电），拖动电机就旋转。机就旋转。T2 异步电动机的转速异步电动机的转速n一定低于磁场同一定低于磁场同步转速步转速n1，所以叫异步电动机，鼠笼式，所以叫异步电动机，鼠笼式的异步电动机也叫感应电动机。的异步电动机也叫感应电动机。6.2 转子静止、转子绕线开路时电磁关系转子静止、转子绕线开路时电磁关系1、电磁关系、电磁关系UAUBUCi0es1e2e1与变压器类似与变压器类似定子加定子加对称对称Ui0 s1漏磁通主磁通F0 1e1e2es1I

13、0-励磁电流励磁电流F0-励磁磁通势励磁磁通势2、感应电势、感应电势每相电势每相电势定子漏电抗定子漏电抗电势比：电势比：指绕组每相串联匝数指绕组每相串联匝数3、电压方程、电压方程(单相单相)i0i2=0转子：转子：定子：定子：4、电流、电流I0=(3050)%INI0 分解为有功分量分解为有功分量I0a和无功分量和无功分量I0r变压器变压器I0=(210)%IN4、等效电路和相量图、等效电路和相量图r1jx1rmjxm+-与变压器的类似与变压器的类似激磁电阻激磁电阻激磁电抗激磁电抗6.3 绕线绕线 转子短路且堵转时电磁关系转子短路且堵转时电磁关系(相当于转子堵转相当于转子堵转)1、电磁关系、电

14、磁关系UAUBUCi1es1 e2e1i2es2定子定子对称对称i1转子漏磁通转子漏磁通主磁通转子转子对称对称i2F0=F1+F2定子漏磁通定子漏磁通定转子都有同定转子都有同频率的电流。频率的电流。F1F22、磁势平衡方程、磁势平衡方程定子对称定子对称i1(f1)转子对称转子对称i2(f2)F0=F1+F2F1F2n1n1n1磁势平衡的物理意义：磁势平衡的物理意义：转子开路时，气隙磁势转子开路时，气隙磁势F0仅由定子电流仅由定子电流i10产生。产生。转子短路堵转时，气隙磁势转子短路堵转时，气隙磁势F0由定转子电流由定转子电流i1、i2共共同产生。同产生。3、电压方程（单相）、电压方程（单相）定

15、子：定子：转子：转子：i1i24、等效电路（、等效电路（单相单相）r1jx1rmjxm+-r2jx2+-电流变比：电流变比：转速转速n与磁场同步转速与磁场同步转速n1之差叫转差之差叫转差 n。n=n1-n转差率转差率S：转速转速n=（1-S）n1 一般空载时一般空载时S0.005；负载时；负载时S0.05。6.4 转子旋转异步电动机的电磁关系转子旋转异步电动机的电磁关系1、转差率、转差率 转差率转差率S是异步电动机的重要参数，负载是异步电动机的重要参数，负载变化时，变化时，S会变化，使会变化，使E2、I2、T2变化，变化，以达到重新平衡。以达到重新平衡。r2jx2s+-f2 转子转子 频率频率

16、：转子切割气隙磁场的速度为：转子切割气隙磁场的速度为：n=n1-n 2、转子电势：、转子电势：r2jx2 s+-f2转子不转感应电势转子不转感应电势 转子电抗：转子电抗：转子不转时电抗转子不转时电抗 转子电阻转子电阻r2 与与f无关仍为无关仍为r2 转子电流：转子电流：3、磁势平衡方程、磁势平衡方程n1n1n1定子对称定子对称i1(f1)F1 相对相对定子转速定子转速n1转子对称转子对称i2s(f2=s f1)F2 相对转子转速相对转子转速n1转子本身转速为转子本身转速为n=(1-s)n1相对定子转速相对定子转速:n1+n=n1定转子电流通过该磁势平衡方程联系在一起。定转子电流通过该磁势平衡方

17、程联系在一起。n1n1n14、基本方程式、基本方程式i1i2s区别区别5、等效电路（、等效电路（单相单相）r1jx1 rmjxm+-r2jx2+-6.5 6.5 异步电动机的功率、转矩方程异步电动机的功率、转矩方程6.5.1 异步电动机的功率关系异步电动机的功率关系以三相电机为例以三相电机为例输入：输入：P1=3U1I1cos 1定子铜耗：定子铜耗：pcu1=3I12 r1；铁耗：铁耗：pFe =pFe1=3I02 rm；（转子铁心的相对速度很小）（转子铁心的相对速度很小）r1jx1 rmjxm+-r2jx2+-电磁功率：电磁功率：PM=P1-pCu1-pFe 机械功率：机械功率：转子铜耗：转

18、子铜耗：pcu2=3I2 2 r2 =s PM 或：或：PM=3E2I2cos 2PM=3I2 2 r2 +r2 （1-s）/s=3I2 2 r2/sr1jx1 rmjxm+-r2jx2+-输出功率输出功率(机械机械)：P2=Pm-pm-ps=Pm-p0 摩擦损耗摩擦损耗附加损耗附加损耗空载损耗功率空载损耗功率功率流程图：功率流程图：P2P1pcu1PMpFepcu2Pmp0功率关系：功率关系：PM：pCu2：Pm=1：s：（：（1-s）6.5.2、异步电动机的转矩关系、异步电动机的转矩关系电动机生产机械TnTL=T2+T01、转矩平衡方程、转矩平衡方程T=TL=T2+T0其中其中T0=Tm+

19、Ts摩擦损耗转矩摩擦损耗转矩附加损耗转矩附加损耗转矩2、电磁转矩、电磁转矩转子机械角速度：转子机械角速度：磁场同步角速度：磁场同步角速度：3、输出转矩、空载转矩、输出转矩、空载转矩4、电磁转矩公式、电磁转矩公式CMj-转矩系数转矩系数6.6 6.6 异步电机的工作特性异步电机的工作特性 指异步电动机在额定状态即指异步电动机在额定状态即U1=U1N，f=fN时：时：n,T,cos 1,I1,和和P2的关系。的关系。1、转速特性、转速特性n=f(P2)P2T2nE2snP202、定子电流特性、定子电流特性I1=f(P2)I1P20I0P2I2I13、功率因数特性：、功率因数特性：cos 1=f(P

20、2)r1jx1rmjxm+-r2jx2+-P2=0时，时，I1主要为主要为励磁电流励磁电流 cos 1很低。很低。P2增加时，增加时，I2增加，增加，I1有功分量有功分量增加增加cos 1增。增。当当P2增加一定程度增加一定程度时，时，n变小变小s变大，变大，r2/s变小，使变小，使cos 1减小。减小。cos 1P204、转矩特性：、转矩特性：T2=f(P2)T2=P2/T2P205、效率特性：、效率特性：=f(P2)铜耗为可变损耗；铁铜耗为可变损耗；铁耗和机械损耗为不变损耗。耗和机械损耗为不变损耗。P206.7 6.7 三相异步电机参数测定三相异步电机参数测定 为了要用等效电路计算异步电动

21、机的工作为了要用等效电路计算异步电动机的工作特性，应先知道它的参数。和变压器一样，特性，应先知道它的参数。和变压器一样，通过做空载和短路（堵转）两个试验，就能通过做空载和短路（堵转）两个试验，就能求出异步电动机的参数来。求出异步电动机的参数来。r1jx1 rmjxm+-r2jx2+-6.7.1 短路（堵转）试验短路（堵转）试验 短路试验又叫堵转试验，即把绕线式异步电机的短路试验又叫堵转试验，即把绕线式异步电机的转子绕组短路，并把转子卡住，不使其旋转，鼠转子绕组短路，并把转子卡住，不使其旋转，鼠笼式电机转子本身已短路。笼式电机转子本身已短路。实验过程实验过程:从从 开始开始,然后逐渐降低电压。然

22、后逐渐降低电压。记录定子绕组加的端电压、定子电流记录定子绕组加的端电压、定子电流 和定子输和定子输入功率入功率 。试验时，还应量测定子绕组每相电阻。试验时，还应量测定子绕组每相电阻 的大小。根据试验的数据，画出异步电动机的短的大小。根据试验的数据，画出异步电动机的短路特性路特性 、,如下图所示。如下图所示。r1jx1rmjxm+-r2jx2+-6.7.2 空载试验空载试验实验目的:为了测励磁阻抗 机械损耗pm,铁心损耗pFe。试验过程:转轴上不加任何负载，即电动机处于空载运行，把定子绕组接到频率为额定的三相对称电源上，当电源电压为额定值时，让电动机运行一段时间，使其机械损耗达到稳定值。用调压器改变加在电动机定于绕组上的电压，使其从（1.11.3）开始，逐渐降低电压,直到电动机的转速 发生明显的变化为止。记录电动机的端电压、空载电流、空载功率P。和转速n，并画成曲线。作业：思考题6-2、6-4、6-5、6-6、6-9；习题6-1、6-2、6-4、6-6。需研读的教材内容：6.1、6.2、6.3.1、6.3.2、6.5.2、6.6、6.7。