电工技术10异步电动机.ppt
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1、第八章异步电动机交流电动机交流电动机直流电动机直流电动机鼠笼式鼠笼式绕线式绕线式异步机异步机同步机同步机他励、并励、串励、复励他励、并励、串励、复励电动机:电能转换成机械能电动机:电能转换成机械能发电机:其他形式的能量转换成电能发电机:其他形式的能量转换成电能返回返回8.1 8.1 三相异步电动机的构造三相异步电动机的构造鼠笼式鼠笼式绕线式绕线式转子转子定子(固定部分)定子(固定部分)转子(旋转部分)转子(旋转部分)分为两个基本部分分为两个基本部分:构成:由机座、铁心和定子绕组组成构成:由机座、铁心和定子绕组组成 机座是用铸铁或铸刚制成,铁心由机座是用铸铁或铸刚制成,铁心由 互相绝缘的硅钢片叠
2、成,内圆周表面互相绝缘的硅钢片叠成,内圆周表面冲有槽,用以放置对称三相绕组;冲有槽,用以放置对称三相绕组;对称三相绕组有的联接成星形、有的对称三相绕组有的联接成星形、有的联接成三角形联接成三角形 作用:作用:产生旋转磁场产生旋转磁场 机座机座定子绕组定子绕组铭牌数据铭牌数据出线端子出线端子鼠笼式电动机构造简单、价格低鼠笼式电动机构造简单、价格低廉、工作可靠、使用方便廉、工作可靠、使用方便 构成构成:由铁心和绕组两部分构成:由铁心和绕组两部分构成 铁心也用硅钢片叠成,表面冲有槽,铁心也用硅钢片叠成,表面冲有槽,装在转轴上,轴上加机械负载;因绕组装在转轴上,轴上加机械负载;因绕组不同,可分为鼠笼式
3、和绕线式两种。不同,可分为鼠笼式和绕线式两种。作用作用:在旋转磁场作用下,产生感:在旋转磁场作用下,产生感应电动势或电流。应电动势或电流。YBZXAC转子转子定子定子定子绕组定子绕组(三相)(三相)机机 座座转子:在旋转磁场作用下,转子:在旋转磁场作用下,产生感应电动势或产生感应电动势或 电流。电流。三相定子绕组:产生旋转三相定子绕组:产生旋转 磁场。磁场。绕线式绕线式鼠笼式鼠笼式鼠笼转子鼠笼转子 8.8.2三相异步电动机的转动原理三相异步电动机的转动原理磁铁磁铁闭合闭合线圈线圈磁极旋转磁极旋转导线切割磁力线产生导线切割磁力线产生感应电动势感应电动势导线长度导线长度磁感应强度磁感应强度切割速度
4、切割速度(右手定则右手定则)闭合导线产生电流闭合导线产生电流 i(左手定则)(左手定则)通电导线在磁场中受力通电导线在磁场中受力1.线圈跟着磁铁转线圈跟着磁铁转 两者转动方向一致两者转动方向一致 结论:结论:异步异步2.线圈比磁场转得慢线圈比磁场转得慢 由于转子转动的方向与磁场旋转的方由于转子转动的方向与磁场旋转的方向是一致的,所以如果向是一致的,所以如果n=n0,则磁场与转,则磁场与转子之间就没有相对运动,它们之间就不存子之间就没有相对运动,它们之间就不存在电磁感应关系,也就不能在转子导体中在电磁感应关系,也就不能在转子导体中感应电动势、产生电流,也就不能产生电感应电动势、产生电流,也就不能
5、产生电磁转矩。所以,感应电动机的转子速度不磁转矩。所以,感应电动机的转子速度不可能等于磁场速度。因此,这种电动机一可能等于磁场速度。因此,这种电动机一般也叫做般也叫做异步电动机异步电动机。三相感应电动机的转速小于磁场速度三相感应电动机的转速小于磁场速度1 1、旋转磁场的产生、旋转磁场的产生AYCBZ在异步机中在异步机中,旋转磁场代替了旋转磁极旋转磁场代替了旋转磁极()电流出电流出()电流入电流入XAXYCBZAXBYCZ合成磁场方向:合成磁场方向:向下向下 电流电流 I 为正时,从首端流入、末端流出;为正时,从首端流入、末端流出;电流电流 I 为负时,从首端流出、末端流入。为负时,从首端流出、
6、末端流入。XBZAYCAXYCBZAXYCBZ同理分析,可得同理分析,可得其它电流角度下其它电流角度下的磁场方向:的磁场方向:当定子绕组中通入三相电流后,它当定子绕组中通入三相电流后,它们共同产生的合成磁场是随着电流的们共同产生的合成磁场是随着电流的交变而在空间不断地旋转着,这就是交变而在空间不断地旋转着,这就是旋转磁场。旋转磁场。旋转方向旋转方向:取决于三相电流的相序。:取决于三相电流的相序。改变电机的旋转方向的方法:改变电机的旋转方向的方法:改变相序改变相序(换接其中两相)(换接其中两相)2 2、旋转磁场的旋转方向、旋转磁场的旋转方向 方法:方法:将与电源相接的将与电源相接的任意两相互换任
7、意两相互换(改变相序改变相序),就可实现反转。就可实现反转。三相异步电动机的正、反转三相异步电动机的正、反转正转正转反转反转A B CM3电电 源源ABCM3电电 源源3 3、极对数(、极对数(P P)的概念)的概念AXBYCZ此种接法(此种接法(每相绕组只有一组线圈每相绕组只有一组线圈,各相各相绕组的始端之间相差120度空间角)下,合成磁场只有)下,合成磁场只有一对磁极一对磁极,则极对数为则极对数为1。即:即:AXYCBZ旋转磁场的极数和三相绕组的安排有关旋转磁场的极数和三相绕组的安排有关CYABCXYZAXBZ 将每相绕组分成两段,按右下图放入定子槽内。将每相绕组分成两段,按右下图放入定子
8、槽内。形成的磁场则是形成的磁场则是两对磁极两对磁极。AXBYCZ极对数极对数CYABCXYZAXBZ3 3、旋转磁场的、旋转磁场的转速大小转速大小AXYCBZAXYCBZAXYCBZ旋转磁场的转速决定于磁场的极数,在一对极的情况下,当电流交变一次时,磁场恰好在空间旋转了一周。n0=60f(转/分)旋转磁场具有旋转磁场具有两对两对极极时,当电流从时,当电流从tt=0=0到到tt=60=60经历了经历了6060时,时,磁场在空间仅旋转了磁场在空间仅旋转了3030。比比P P=1=1时转速慢了一半,即:时转速慢了一半,即:n0=60f/2(转/分)所以,旋转磁场的所以,旋转磁场的转速转速n0 0决定
9、于决定于电流频率电流频率f1 1和磁场的和磁场的极对数极对数P,可推出:,可推出:极对数极对数每个电流周期每个电流周期磁场转过的空间角度磁场转过的空间角度同步转速同步转速电动机转速和旋转磁场同步转速的关系:电动机转速和旋转磁场同步转速的关系:电动机转速电动机转速:电机转子转动方向与磁场旋转的方向一致,电机转子转动方向与磁场旋转的方向一致,但但 异步异步电动机电动机无转距无转距转子与旋转磁场间没有相对运动转子与旋转磁场间没有相对运动无转子电动势(转子导体不切割磁力线)无转子电动势(转子导体不切割磁力线)无转子电流无转子电流提示提示:如果如果 5 5、转差率、转差率 的概念:的概念:异步电机运行中
10、异步电机运行中:转差率为旋转磁场的同步转速和电动机转速之差。即:转差率为旋转磁场的同步转速和电动机转速之差。即:电动机起动瞬间电动机起动瞬间:(转差率最大)(转差率最大)例:例:有一台4极感应电动机,电压频率为50 Hz转速为1440 rmin,试求这台感应电动机的转差率。,解:解:因为磁极对数2=p,所以同步转速为:r/min 150025060601o=pfn转差率为:%4%100150014401500%1000o=-=-=nnns1.1.三相异步电动机的三相异步电动机的“电磁电磁”关系关系 8.38.3 三相异步电动机的电路分析三相异步电动机的电路分析 :主磁通产生主磁通产生的感应电动
11、势的感应电动势。e1e2、:漏磁通产漏磁通产生的感应电动势生的感应电动势。e 1e 2、2.2.定子电路定子电路i2定子电路定子电路R1R2i1u1e1e 1e2e 2转子电路转子电路定子绕组相当于变压器原边绕组,转子绕组相当于副绕组定子绕组相当于变压器原边绕组,转子绕组相当于副绕组。设:设:设:设:取决于转子和旋转磁场的相对速度取决于转子和旋转磁场的相对速度(1)转子频率转子频率(2)转子电动势转子电动势3.3.转子电路转子电路:转子线圈匝数转子线圈匝数:转子感应电动势的频率转子感应电动势的频率其中其中(4)转子功率因数转子功率因数 (3)转子电流转子电流R1R2i1u1e1e 1e2e 2
12、COS2I2I2,COS21S0结论:结论:转子电路的电动势、电流、频率、感抗、转子电路的电动势、电流、频率、感抗、功率因数等都与转差率功率因数等都与转差率S有关,有关,与转差率与转差率 S 的关的关系如右图所示。系如右图所示。I2、COS2例例1:三相异步电动机:三相异步电动机 p=3,电源,电源f1=50Hz,电机额定,电机额定 转速转速n=960r/min。求:转差率求:转差率s,转子电动势的频率,转子电动势的频率f2同步转速:同步转速:转差率:转差率:例例2:三相异步电动机,:三相异步电动机,p=2,n=1440 r/min,转子,转子R2=0.02,X20=0.08 ,E20=20V
13、,f1=50Hz。启动时启动时I2(st)额定转速下的额定转速下的I2(N)s=18.4.1电磁转矩电磁转矩:转子中各载流导体在旋转磁场的作用下转子中各载流导体在旋转磁场的作用下,受到电受到电 磁力所形成的转距之总和磁力所形成的转距之总和。8.4 8.4 转矩与机械特性转矩与机械特性 常数常数每极磁通每极磁通转子电流转子电流转子电路的功率因数转子电路的功率因数即即其中其中:代入可得代入可得8.4.2 三相电动机的机械特性三相电动机的机械特性根据转矩公式根据转矩公式10n0Tn得特性曲线:得特性曲线:电动机的自适应负载能力:电动机的自适应负载能力:电动机的电磁转矩可以随负载的变化而自动调整,电动
14、机的电磁转矩可以随负载的变化而自动调整,这种能力称为自适应负载能力。这种能力称为自适应负载能力。常用特常用特性段性段n0nT 自适应负载能力是自适应负载能力是电动机区别于其它动力机械的重要电动机区别于其它动力机械的重要特点。(如:柴油机当负载增加时,必须由操作者加大特点。(如:柴油机当负载增加时,必须由操作者加大油门,才能带动新的负载。)油门,才能带动新的负载。)直至新的平衡。此过程中,直至新的平衡。此过程中,时,时,电源提供的功率自动电源提供的功率自动增加。增加。三个重要转矩:三个重要转矩:n0Tn额定转矩额定转矩 :电机在额定电压下,以额电机在额定电压下,以额定转速定转速 运行,输出额运行
15、,输出额定功率定功率 时,电机转轴时,电机转轴上输出的转矩。上输出的转矩。(1)(牛顿(牛顿米)米)nN 如果如果 电机将会电机将会因带不动负载而停转。因带不动负载而停转。最大转矩最大转矩 :(2)电机带动最大负载的能力。电机带动最大负载的能力。n0Tn求解求解过载系数:过载系数:三相异步机三相异步机 工作时,一定令负载转矩工作时,一定令负载转矩 ,否则,否则电机将停转。致使电机将停转。致使注意:注意:(1)三相异步机的)三相异步机的 和电压的平方成正比,所和电压的平方成正比,所以对电压的波动很敏感,使用时要注意电压的变化。以对电压的波动很敏感,使用时要注意电压的变化。(2)电机严重过热电机严
16、重过热起动转矩起动转矩 :(3)电机起动时的转矩。电机起动时的转矩。n0Tn其中其中则则体现了电动机带载起动的能力。若体现了电动机带载起动的能力。若 电机能电机能起动,否则将起动不了。起动,否则将起动不了。机械特性和电路参数的关系机械特性和电路参数的关系和电压的关系和电压的关系结论:结论:和转子电阻的关系和转子电阻的关系R2的的 改变改变:鼠笼式电机转子导条的金属材料不同,线绕式电鼠笼式电机转子导条的金属材料不同,线绕式电机外接电阻不同。机外接电阻不同。令:令:得:得:结论:结论:机械特性的软硬机械特性的软硬 硬特性:负载变化时,转速变化不大,运行特性好。硬特性:负载变化时,转速变化不大,运行
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