电机学PPT课件-三相感应电动机基本知识.ppt

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1、感应电动机感应电动机-异步电动机异步电动机 感应电机主要用作电动机，应感应电机主要用作电动机，应用最广泛的一种电动机，有用最广泛的一种电动机，有75%的的电能由感应电动机消耗。电能由感应电动机消耗。具有结构简单、价格低廉、运行可靠、效率较高、维修方便等一系列优点。具有结构简单、价格低廉、运行可靠、效率较高、维修方便等一系列优点。主要缺点是不能低成本实现在较广泛范围内平滑调速，必须从电网吸收滞主要缺点是不能低成本实现在较广泛范围内平滑调速，必须从电网吸收滞后电流，使电网的功率因数降低，普通的鼠笼式异步电动机，还具有起动后电流，使电网的功率因数降低，普通的鼠笼式异步电动机，还具有起动特性较差的缺点

2、。特性较差的缺点。第九章第九章 异步电机的基本结构和工作原理异步电机的基本结构和工作原理定子定子产生旋转磁场产生旋转磁场转子转子-产生并输出扭矩产生并输出扭矩机壳机壳定子铁芯定子铁芯定子绕组定子绕组(线圈线圈)异步电机异步电机转子铁芯转子铁芯转子绕组转子绕组转轴转轴气隙气隙0.21轴承轴承三相感应电动机的结构三相感应电动机的结构定子铁心定子冲片轭部齿部定子线圈有效部分端部机座鼠笼转子结构简单，坚固，成本低绕线转子照片通过外串电阻改善电机的起动，调速等性能感应电机分类感应电机分类按定子绕组供电电源相数按定子绕组供电电源相数按转子绕组的结构按转子绕组的结构单相单相三相三相两相两相异步电机异步电机鼠

3、笼式异步电动机鼠笼式异步电动机绕线式异步电动机绕线式异步电动机感应电机铭牌感应电机铭牌铭牌：型号，额定值，绕组联结方式，绝缘等级铭牌：型号，额定值，绕组联结方式，绝缘等级,防护防护 等级等级,生产厂家等生产厂家等 型号：型号：Y132S-4,Y-异步电动机；异步电动机；132-机座中心高度机座中心高度 132mm，S-短铁心；短铁心；4-极数。极数。额定值额定值:正常运行时的主要数据指标。正常运行时的主要数据指标。绕组联结方式：绕组联结方式：接法或者接法或者Y接法接法。大功率用大功率用接接 法法或多个或多个并联并联接法接法,绝缘等级绝缘等级:所用材料能保证电动机能长期所用材料能保证电动机能长期

4、(20年年)工作工作的的 最高温度最高温度.A,E,B,F,H,Cl防护等级防护等级,如如IP44感应电机额定值感应电机额定值 额定电压额定电压UN：(V)，额定运行时，规定加在定子绕组上的线电压；额定运行时，规定加在定子绕组上的线电压；额定频率额定频率fN：(Hz)，规定的电源频率，规定的电源频率(50Hz)；额定功率额定功率PN：(kW),额定运行时，电动机的输出功率；额定运行时，电动机的输出功率；额定转速额定转速n：(r/min),额定运行时，电动机的转子转速；额定运行时，电动机的转子转速；额定电流额定电流IN：(A),额定运行时，输入线电流；额定运行时，输入线电流；额定效率、额定功率因

5、数等额定效率、额定功率因数等感应电机的基本工作原理同步转速-定子三相对称绕组建立以旋转磁场的旋转速度:AX,Y,ZCB感应电机的基本工作原理感应电机的基本工作原理 转子绕组的导体处于转子绕组的导体处于旋转磁场旋转磁场中中 转子导体切割磁力线，并产生转子导体切割磁力线，并产生感感应电势应电势e2，用，用右手右手判断感应电势方判断感应电势方向。向。转子导体通过端环自成闭路，并转子导体通过端环自成闭路，并产生感应电流产生感应电流i2。转子电流有功分转子电流有功分量与电势同相量与电势同相 感应电流与旋转磁场相互作用产感应电流与旋转磁场相互作用产生生电磁力电磁力F2，用，用左手左手判断电磁力判断电磁力的

6、方向。的方向。电磁力作用在转子上将产生电磁力作用在转子上将产生电磁电磁转矩转矩，方向与旋转磁场相同方向与旋转磁场相同,并驱并驱动转子旋转动转子旋转,转速为转速为n。转差转差n与转差率与转差率s1.转子转速转子转速n与定子旋转磁场一定有与定子旋转磁场一定有转差转差 n=n1-n,才可能切割磁力线。才可能切割磁力线。2.转差率转差率 转差率一般很小，如转差率一般很小，如 s=0.03。3.n=0,s=1 电动机堵转电动机堵转 n=n1,s=0 理想空载理想空载4.电动状态：转差率范围电动状态：转差率范围:0s=1转差转差n与转差率与转差率s发电机运行状态发电机运行状态 当异步当异步电电机机转轴转轴

7、受受驱动转驱动转矩矩作用加速作用加速,使使转转速速高于同步速高于同步速 转子绕组通过气隙和定子绕组向电网输出电功率转子绕组通过气隙和定子绕组向电网输出电功率 制动状态制动状态 当异步当异步电电机正常运行机正常运行时时,突改突改变变相序相序,使定子磁使定子磁场转向变反场转向变反.主磁通主磁通基波旋转磁场产生的经过气隙，同时匝链定子和转子绕组基波旋转磁场产生的经过气隙，同时匝链定子和转子绕组的磁通叫的磁通叫主磁通主磁通 。转子绕组切割主磁通并在转子中产生感应电流；转子绕组切割主磁通并在转子中产生感应电流；感应的转子电流在磁场中受到电磁力的作用而形成感应的转子电流在磁场中受到电磁力的作用而形成驱动转

8、矩，使电机旋转。驱动转矩，使电机旋转。把定子从电网吸收的电功率把定子从电网吸收的电功率以旋转磁场的形式以旋转磁场的形式通过气隙通过气隙传入转子传入转子l槽漏磁通：由槽的一壁横越至槽的另一壁槽漏磁通：由槽的一壁横越至槽的另一壁的漏磁通。的漏磁通。l端部漏磁通：匝联绕组端部的漏磁通。端部漏磁通：匝联绕组端部的漏磁通。l谐波漏磁通：谐波磁势会产生谐波磁通。谐波漏磁通：谐波磁势会产生谐波磁通。漏磁通漏磁通定转子绕组的定转子绕组的漏磁通漏磁通转子漏磁通转子漏磁通也包括槽漏磁、端部漏磁和谐波也包括槽漏磁、端部漏磁和谐波漏磁三种漏磁三种,还有还有 l转子斜槽归算漏磁通转子斜槽归算漏磁通与定子绕组交链而不与转

9、子绕组交链与定子绕组交链而不与转子绕组交链的磁通，这部分磁通称定子漏磁通的磁通，这部分磁通称定子漏磁通 电机正常运转时，谐波磁通不会产电机正常运转时，谐波磁通不会产生有用的转矩。生有用的转矩。漏电抗：漏磁通在定子绕组中会感应漏磁电势，该电势用漏电抗：漏磁通在定子绕组中会感应漏磁电势，该电势用漏抗压降表示漏抗压降表示:(和变压器同理和变压器同理)称为定子漏电抗。称为定子漏电抗。转子绕组通过电流时，也会有漏磁通。对应的漏抗电势转子绕组通过电流时，也会有漏磁通。对应的漏抗电势漏电抗漏电抗漏磁通多经较大空气闭合漏磁通多经较大空气闭合,磁阻较大磁阻较大,不饱和不饱和,所以漏电抗可作为所以漏电抗可作为常数

10、常数处理处理.转子静止时异步电动机的运行转子静止时异步电动机的运行且转子绕组开路且转子绕组开路 旋转磁场由定子电流单独建立旋转磁场由定子电流单独建立 定子与转子是通过定转子多相共同的建立的合成旋转磁场的相互影响，定子与转子是通过定转子多相共同的建立的合成旋转磁场的相互影响，其中每相的消耗功率等电气参数与相对位置无关，所以可用同一轴线的其中每相的消耗功率等电气参数与相对位置无关，所以可用同一轴线的两绕组来替代分析两绕组来替代分析 转子静止时异步电动机的运行转子静止时异步电动机的运行且转子绕组开路且转子绕组开路相当于变压器空载运行相当于变压器空载运行 称为异步电机的电势变比。称为异步电机的电势变比

11、。（有效匝数之比）（有效匝数之比）按变压器按变压器,定子绕组内电势平衡方程式定子绕组内电势平衡方程式 转子静止时异步电动机的运行转子静止时异步电动机的运行且转子绕组短路且转子绕组短路1.磁势平衡方程式磁势平衡方程式转子磁势转子磁势旋转磁场由定转子电流共同建立旋转磁场由定转子电流共同建立 (转子磁势相对于转子绕组的旋转速度转子磁势相对于转子绕组的旋转速度)定转子磁势相对静止定转子磁势相对静止,共同建立气隙旋转磁场共同建立气隙旋转磁场 转速转速方向一致方向一致:由定子磁势感应产生由定子磁势感应产生 转子静止时异步电动机的运行转子静止时异步电动机的运行且转子绕组短路且转子绕组短路定子磁势中用于平衡转

12、子磁势的负载分量定子磁势中用于平衡转子磁势的负载分量定子磁势中的激磁分量定子磁势中的激磁分量 三者在空间上的相位差与产生它们的电流三者在空间上的相位差与产生它们的电流 在时间上的相位差一致。在时间上的相位差一致。在数值上在数值上 称为异步电机的电流变比。称为异步电机的电流变比。理想变压器模型理想变压器模型转子静止时异步电动机的运行转子静止时异步电动机的运行且转子绕组短路且转子绕组短路励磁励磁电电抗抗:定子每相定子每相绕组绕组中中对应对应主磁通主磁通的的电电抗抗,与变压器相比与变压器相比,因为有因为有气隙存在气隙存在,所以磁阻较大所以磁阻较大,电抗较电抗较小小.2.电势电势平衡方程式平衡方程式转

13、子静止时异步电动机的运行转子静止时异步电动机的运行且转子绕组短路且转子绕组短路折算的折算的方法方法是是用一个与定子侧绕组相同（包括相数、匝数用一个与定子侧绕组相同（包括相数、匝数和绕组系数）的等效转子绕组来代替原来的转子绕组。和绕组系数）的等效转子绕组来代替原来的转子绕组。参数折算的原则是参数折算的原则是等效等效。折算后的等效转子绕组的电磁作用折算后的等效转子绕组的电磁作用和传递能量（包括各种功率或损耗）应与折算前的原来转子和传递能量（包括各种功率或损耗）应与折算前的原来转子绕组相等。因而电机中的电磁本质和能量转换关系保持不变绕组相等。因而电机中的电磁本质和能量转换关系保持不变.转子对定子的影

14、响是通过转子磁势转子对定子的影响是通过转子磁势F2来实现来实现,折算后折算后转子磁势转子磁势的大小和空间相位都应的大小和空间相位都应保持不变保持不变，转子上的各种功率和损耗，转子上的各种功率和损耗也保持不变。也保持不变。转子静止时异步电动机的运行转子静止时异步电动机的运行且转子绕组短路且转子绕组短路根据折算前后转子上各种功率和损耗也保持不变的原则，根据折算前后转子上各种功率和损耗也保持不变的原则，由铜耗保持不变由铜耗保持不变:无功功率保持不变无功功率保持不变的相位的相位应应保持不保持不变变 基本方程基本方程 转转子堵子堵转转且且转转子子绕组绕组短路短路时时的等的等值电值电路路图图 转子旋转时转

15、子对各物理量的影响转子旋转时转子对各物理量的影响 额定转速时额定转速时,一般一般s很小，转子感应电势频率很低很小，转子感应电势频率很低,一般一般0.5-3Hz 转子旋转时异步电动机的运行转子旋转时异步电动机的运行1.转子绕组中感应电势的频率：转子绕组中感应电势的频率：2.转子电势：转子电势：下标带下标带s为转子旋转时的参数为转子旋转时的参数,不带不带s为转子静止时的参数为转子静止时的参数.转子旋转时转子对各物理量的影响转子旋转时转子对各物理量的影响 转子旋转时异步电动机的运行转子旋转时异步电动机的运行3.转子绕组漏阻抗：转子绕组漏阻抗：4.转子电流：转子电流：大小大小转转子每相子每相绕组绕组的

16、漏的漏电电感。感。相位相位转子电流和磁势的频率与转子电势频率一致转子电流和磁势的频率与转子电势频率一致,均为均为定子磁势定子磁势(相对于相对于定子绕组定子绕组)的旋转速度的旋转速度:同步转速同步转速 n1转子旋转时异步电动机的运行转子旋转时异步电动机的运行二、磁势平衡关系二、磁势平衡关系1.转子旋转时转子磁势和定子磁势仍保持相对静止转子旋转时转子磁势和定子磁势仍保持相对静止转子转子(包括包括转子绕组转子绕组),相对于相对于定子绕组定子绕组的旋转速度的旋转速度:n转子磁势转子磁势相对于相对于转子转子绕组的旋转速度绕组的旋转速度:转子磁势转子磁势相对于相对于定子定子绕组的旋转速度绕组的旋转速度:转

17、子绕组转子绕组,相对于相对于定子磁势定子磁势的旋转速度的旋转速度:转子磁势转子磁势相对于相对于定子磁势定子磁势的旋转速度的旋转速度:转子旋转时转子磁势和定子磁势保持相对静止转子旋转时转子磁势和定子磁势保持相对静止转子旋转时异步电动机的运行转子旋转时异步电动机的运行2.磁势平衡磁势平衡三、电势平衡关系三、电势平衡关系还有机械功率以还有机械功率以 的速度输出的速度输出转子旋转时异步电动机的运行转子旋转时异步电动机的运行四、参数折算四、参数折算1.频率折算频率折算方法方法:用一个等效的静止转子来取代原来的旋转转子用一个等效的静止转子来取代原来的旋转转子.参数折算的原则是参数折算的原则是等效等效。折算

18、后的等效转子绕组的电磁作用和传递能量（包括各折算后的等效转子绕组的电磁作用和传递能量（包括各种功率或损耗）应与折算前的原来转子绕组相等。因而电机中的电磁本质和能量种功率或损耗）应与折算前的原来转子绕组相等。因而电机中的电磁本质和能量转换关系保持不变转换关系保持不变.转子对定子的影响是通过转子磁势转子对定子的影响是通过转子磁势F2来实现来实现,折算后折算后转子磁势转子磁势的大小和空间相位的大小和空间相位都应都应保持不变保持不变，转子上的各种功率和损耗也保持不变。，转子上的各种功率和损耗也保持不变。设等效静止转子的漏阻抗为设等效静止转子的漏阻抗为，则静止转子电流，则静止转子电流要保持要保持转转子磁

19、子磁势势的大小不的大小不变变，则则 转子旋转时异步电动机的运行转子旋转时异步电动机的运行1.频率折算频率折算静止转子静止转子旋转转子旋转转子定义定义就能满足就能满足同时同时的相位不变的相位不变的大小和相位都不变的大小和相位都不变,定子侧所有参数不变定子侧所有参数不变转子旋转时异步电动机的运行转子旋转时异步电动机的运行转子旋转转子旋转,有机械能输出有机械能输出转子静止转子静止,无机械能输出无机械能输出转子旋转时异步电动机的运行转子旋转时异步电动机的运行频率折算结果频率折算结果:转子回路中多一个附转子回路中多一个附加纯电阻加纯电阻:称总机械功率的等效电阻称总机械功率的等效电阻.其消耗的电功率代表转

20、子旋转时的总机械功率其消耗的电功率代表转子旋转时的总机械功率电动机空载时电动机空载时,P2=0相当于变压器二次侧开路相当于变压器二次侧开路电动机堵转时电动机堵转时,n=0,P2=0相当于变压器二次侧短路相当于变压器二次侧短路转子旋转时异步电动机的运行转子旋转时异步电动机的运行电磁功率电磁功率:定子用磁场通过气隙传递到转子的电功率定子用磁场通过气隙传递到转子的电功率转子铜耗转子铜耗总机械功率总机械功率电磁转矩，电磁转矩，机械角速度，机械角速度，同步角速度同步角速度异步电动机方程式异步电动机方程式绕组绕组折算折算-用一个与定子侧绕组相同（包括匝数和用一个与定子侧绕组相同（包括匝数和绕组系数）的等效

21、转子绕组来代替原来的绕组系数）的等效转子绕组来代替原来的静止静止转子绕转子绕组。组。异步电动机方程式异步电动机方程式经过频率折算和绕组折算后异步电动机的方程式经过频率折算和绕组折算后异步电动机的方程式主磁通主磁通mmlm m表证传递力矩表证传递力矩TemTem的大小的大小想要增加想要增加m,可减少匝数可减少匝数N1同时增加同时增加S(用铁用铁),使使B不很大不很大.l向下变频调速时常要求向下变频调速时常要求U U1 1/f/f为常数为常数.l50Hz50Hz三相电机可用于同电压值的三相电机可用于同电压值的60Hz60Hz电网电网m 下降下降,同转差率时各种力矩会下降同转差率时各种力矩会下降.l

22、60Hz三相电机用于同电压值三相电机用于同电压值50Hz电网时会磁电网时会磁场饱和场饱和,Im 大大,铁耗增大铁耗增大,温升会升高温升会升高H,ImB,mm1T磁化曲线磁化曲线激磁电流激磁电流Im和和主电抗主电抗Xm mlImIm称激磁电流称激磁电流,大小与电动机的大小与电动机的 空载电流比较接近空载电流比较接近,通常为额定通常为额定 电流的电流的30%-50%.30%-50%.磁路饱和度越高磁路饱和度越高,Im越大越大.l气隙越大气隙越大,磁压隙越大磁压隙越大,Im越大越大,cos下降下降.lXmXm为非线性参数为非线性参数,大小还与磁路饱和度有关大小还与磁路饱和度有关l交变的主磁通在定转子

23、铁芯中会交变的主磁通在定转子铁芯中会 产生铁耗产生铁耗,用用P PFEFE=3*Im=3*Im2 2*RmRm表示表示,磁路饱和度越磁路饱和度越 高高,铁耗越大铁耗越大H,ImB,mm1T等效电路形等效电路简化等效电路相量图相量图 异步电动机的相量图类似于变压器相量图异步电动机的相量图类似于变压器相量图,从转子电路方程出发可以一步一步作从转子电路方程出发可以一步一步作出异步电机相量图。出异步电机相量图。从本质上看，它是从本质上看，它是时时-空矢量图空矢量图，可理解为相量，可理解为相量图以同步转速旋转，每相定子绕组静止不动。图以同步转速旋转，每相定子绕组静止不动。1)每一相都取自己的相轴作为时轴

24、，每一相都取自己的相轴作为时轴，投影大小表示实际值的大小。投影大小表示实际值的大小。例：当定子电流时间相量与例：当定子电流时间相量与A相相轴重合时，相相轴重合时，表明此时表明此时A相电流为最大值，垂直时为零。相电流为最大值，垂直时为零。2)2)电流相量电流相量与该电流系统产生的合成磁势矢量与该电流系统产生的合成磁势矢量（空间矢量）重合（空间矢量）重合；（时间相量）（时间相量）3)3)主磁通相量主磁通相量（时间相量）与主磁通的磁通密度波（时间相量）与主磁通的磁通密度波的矢量（空间矢量）重合。的矢量（空间矢量）重合。功率平衡和转矩平衡关系功率平衡和转矩平衡关系功率变换和传递是电动功率变换和传递是电

25、动机的主要功用机的主要功用,结合等结合等效电路分析异步电动机效电路分析异步电动机功率流向。功率流向。P1PemP2pcu1pFepcu2pmec+pad P mec铁耗铁耗：与铁芯材料：与铁芯材料 饱各度有关饱各度有关电磁功率电磁功率-剩余功率将通过气隙磁场感应到转子绕组剩余功率将通过气隙磁场感应到转子绕组功率传递（功率传递（1）异步电动机从电源获取电功率，即输入功率：异步电动机从电源获取电功率，即输入功率：此一功率首先通过定子绕组，产生此一功率首先通过定子绕组，产生定子铜耗定子铜耗：电磁功率首先提供电磁功率首先提供转子铜耗转子铜耗；剩余的电磁功率全部转化为剩余的电磁功率全部转化为总机械功率总

26、机械功率:机械功率一部分克服机械功率一部分克服机械损耗和附加损耗机械损耗和附加损耗功率传递（功率传递（2）电磁功率电磁功率-通过气隙磁场感应到转子绕组通过气隙磁场感应到转子绕组功率传递（功率传递（3）几个重要的关系几个重要的关系 其余功率为输出的机械功率其余功率为输出的机械功率 异步电动机的功率平衡方程式：异步电动机的功率平衡方程式：转矩平衡方程转矩平衡方程转矩由机械功率产生转矩由机械功率产生转矩平衡方程为转矩平衡方程为转子极数由定子感应而得，所以同定转子极数由定子感应而得，所以同定子同极数子同极数对笼形转子来说，由于每个导条中电对笼形转子来说，由于每个导条中电流相位均不一样流相位均不一样每个

27、导条即为一相，可见相数等于导每个导条即为一相，可见相数等于导条数即转子槽数条数即转子槽数每相串联匝数为半匝即每相串联匝数为半匝即1/2。笼形转子笼形转子异步电动机的参数测定异步电动机的参数测定要计算工作特性，要计算工作特性，事先要知道电机参数。事先要知道电机参数。和变压器一样，和变压器一样，通过做空载和短路试验，通过做空载和短路试验，求出求出 、。一、空载实验一、空载实验目的：测定目的：测定Zm（rm+jxm)、铁耗铁耗pFe和机械损耗；和机械损耗；方法：方法：在额定频率下，在额定频率下，转子轴端不带负载，转子轴端不带负载，nn1,s0,转子绕组接近开转子绕组接近开路路,阻抗很大阻抗很大.用调

28、压器调节电源电压，用调压器调节电源电压，使定子端电压从使定子端电压从1.2UN开始降落，开始降落，直至速直至速度降落，度降落，电流回升。电流回升。测定：相电压测定：相电压U1、空载相电流、空载相电流I0、空载输入总功率、空载输入总功率P0。计算：画出计算：画出 和和 pFe的大小近似地与外施电压的平方成正比，的大小近似地与外施电压的平方成正比，即即 pmec仅与转速有关，仅与转速有关，pmec近似为常值；近似为常值；关系曲线基波是一条直线；延长直线与纵轴相关系曲线基波是一条直线；延长直线与纵轴相交，交，交点以下部分，交点以下部分，即为即为机械损耗机械损耗pmec，额定电压时的铁额定电压时的铁耗

29、耗即可从图中对应的即可从图中对应的 点求取。点求取。空载试验空载试验pFeU21N又，又，空载运行时，空载运行时，空载试验空载试验测定：测定：、和和 简化计算：简化计算：为满足电动机不同的运行数据，为满足电动机不同的运行数据，应选取不同的短路电流，应选取不同的短路电流，进行短路试验，进行短路试验，求不同的短路参数。求不同的短路参数。短路试验短路试验方法：堵住转子（方法：堵住转子（S1），），调节定子外施电压，调节定子外施电压，使短路电流使短路电流由由1.2IN逐渐减小到逐渐减小到0.3IN。目的：目的：测定短路阻抗测定短路阻抗 、转子电阻、转子电阻 、短路电抗、短路电抗出厂试验：加出厂试验：加UN或加或加100V电压测试电压测试(IN,同时同时IM可忽略可忽略)