异步电机和同步电机学习教案.pptx

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1、会计学1异步电机和同步电机异步电机和同步电机第一页，共47页。2 表示。如图所示为异步电动机的工作原理示意图，假设定子只有一对磁极(cj)，阴影部分分别表示N极和S极。第1页/共47页第二页，共47页。3 在旋转磁场的作用下，转子导体切割磁力线（其方向与旋转磁场的旋转方向相反），因而在导体内产生感应电动势e2和感应电流i2。根据安培电磁力定律，转子电流与旋转磁场相互作用产生电磁力F（其方向用左手定则决定），电磁力F在转子的轴上形成电磁转矩Te，且转矩作用方向与旋转磁场的旋转方向相同，转子受此电磁转矩Te的作用，按旋转磁场的旋转方向旋转起来。转子的旋转速度称为电动机的转速，用n表示。由图可见，转

2、子旋转的方向与旋转磁场的方向相同。但电动机转子的转速n必须低于旋转磁场转速n0.因为，如果转子转速达到n0,转子与旋转磁场之间就没有相对运动，转子导体将不切割磁通，于是转子导体中不会产生感应电动势和转子电流，也不可能产生电磁转矩，所以电动机只有在转子转速低于同步转速时，才能产生电磁转矩并驱动负载(fzi)稳定运行。因此这种电动机称为异步电动机。第2页/共47页第三页，共47页。4异步电动机转子(zhun z)转速不能等于同步转速，转子(zhun z)和旋转磁场之间的转速差是保证转子(zhun z)旋转的主要因素。通常把转速差(n0-n)与同步转速n0的比值称为异步电动机的转差率S,用表示，即(

3、二）旋转磁场(xun zhun c chn)的产生 三相(sn xin)异步电动机转子之所以会旋转，实现能量转换，是因为转子气隙内有一个旋转磁场。下面来讨论旋转磁场的产生。第3页/共47页第四页，共47页。5当三相对称绕组接上三相对称电源，就产生(chnshng)旋转磁场。A、B、C和X、Y、Z分别代表各相绕组的首端与末端，流过电流(dinli)的正方向规定为由末端到首端第4页/共47页第五页，共47页。6四极旋转磁场示意图式中，n0为同步(tngb)转速，单位r/min；p为极对数(du sh)；f1为交流电源的频率。第5页/共47页第六页，共47页。7（三）三相(sn xin)异步电动机的

4、工作原理三相异步电动机圆柱形的转子(zhun z)铁心上，嵌有均匀分布的导条，导条两端分别用铜环将它们连接成一个整体。三相异步电动机的定子铁心上嵌有三相对称绕组，接通三相对称电源后，在定子、转子(zhun z)之间的气隙内产生了以同步转速旋转的旋转磁场。转子(zhun z)导条被这种旋转磁场切割，在导条内产生感生电流，磁场又对导条产生电磁力。于是转子(zhun z)就跟着旋转磁场旋转。（四）三相异步电动机的转速与运行(ynxng)状态 异步电动机的工作原理决定了它的转速一般低于同步转速。如果异步电动机的转子转速达到同步转速，则旋转磁场与转子导条之间不再有相对运动，因而不可能在导条内感应产生电动

5、势，也不会产生电磁转矩来拖动机械负载。第6页/共47页第七页，共47页。8转差n0-n的存在是异步电动机运行的必要条件。我们将转差表示(biosh)为同步转速的百分值，称为转差率，用s表示(biosh)。例5-1 有一台50Hz的三相异步电动机运行，空载(kn zi)转差率为0.267%，额定转速为 求该电动机的极对数、同步转速、空载(kn zi)转速以及额定负载时的转差率。解 第7页/共47页第八页，共47页。9异步电动机的三种运行状态第8页/共47页第九页，共47页。10二、三相(sn xin)异步电机的结构 绕线转子异步电机剖面图 1转子绕组 2段盖 3轴承 4定子(dngz)绕组 5转

6、子 6定子(dngz)7集电环 8出线盒第9页/共47页第十页，共47页。11第10页/共47页第十一页，共47页。12第11页/共47页第十二页，共47页。131、定子(dngz)异步动机(dngj)的定子由定子铁心、定子绕组和基座三部分组成。第12页/共47页第十三页，共47页。14定子(dngz)冲片定子(dngz)线圈第13页/共47页第十四页，共47页。15铁心(ti xn)和机座2、转子异步动机的转子由转子铁心、转子绕组和转轴组成。1）笼型绕组铜条笼型转子铸铝笼型转子第14页/共47页第十五页，共47页。16笼型转子(zhun z)第15页/共47页第十六页，共47页。17绕线转子

7、(zhun z)照片第16页/共47页第十七页，共47页。18第二节 三相异步电动机的铭牌(mngpi)数据额定功率(gngl)电动机在额定运行时输出的机械功率(gngl),单位 kW额定电压(diny)在额定运行状态下，电网加在定子绕组的线电压(diny)，单位 V额定电流 电动机在额定电压下使用，输出额定功率时，定子绕组中的线电流，单位 A额定频率 我国的电网标准频率为 50Hz额定转速 电动机在额定电压、额定频率及额定功率下的 转速，单位 r/min此外，铭牌上还标明绕组的相数与接法（星形还是三角形）、绝缘等级及允许温升等。对绕线转子异步电动机，还标明转子的额定电动势及额定电流。第17页

8、/共47页第十八页，共47页。19第三节 三相(sn xin)异步电动机的定子绕组一、交流绕组(roz)的一些基本知识和基本量1、电角度与机械角度 电机圆周在几何上分成360，这个角度称为机械角度。若磁场在空间按正弦波分布，则经过N、S 一对磁极恰好相当于正弦曲线的一个周期。因此，一对磁极所占有的空间是360电角度。可见，一个具有 p 对磁极电机，电机圆周按电角度计算就为 p360，而机械角度总是360。电角度=p机械角度2、线圈(xinqun)组成交流绕组的单元是线圈(xinqun)。线圈(xinqun)是由一匝或多匝串联而成，它有两个引出线，一个称为首端，另一个称为末端。3、节距 一个线圈

9、的两个边所跨定子圆周上的距离称为节距，用y表示，一般用槽数计算。节距应该接近极距。整距绕组，短距绕组，长距绕组第18页/共47页第十九页，共47页。204、槽距角 相邻槽之间的电角度称为槽距角若Q为定子槽数，p为极对数，则槽距角5、每极每相槽数q 每一极每相绕组所占槽数，用符号q表示 （m相数）二、交流绕组(roz)的排列和联接为了(wi le)便于说明问题，以下假设给定电机极数2p=4，槽数Q1=241、极距的计算，若2p=4，Q=24，则=6第19页/共47页第二十页，共47页。212、线圈中的电流(dinli)方向两极磁动势图四极磁动势图3、确定相带 每个极距内属于同相的槽所占有的区域(

10、qy)称为“相 带”，q=Q/(2mp)；每个相带为60电角度。第20页/共47页第二十一页，共47页。224、画定子(dngz)槽展开图确定相带和应有的电流相对方向单层相绕组的一种联接方法三相绕组排列和联接的一般方法为:计算极距；计算每极每相槽数；划分相带；组成线圈组；按极性对电流方向的要求分别(fnbi)构成各相绕组。第21页/共47页第二十二页，共47页。23三、三相(sn xin)单层绕组 单层绕组的每一个槽内只有一个线圈边，整个绕组的线圈数等于总槽数的一半。以下用定子(dngz)槽数为24，两极电机的定子(dngz)绕组为例，说明单层绕组构成。1、计算极距2、计算每极每相槽数3、划分

11、(hu fn)相带 相带 槽号AZBXCY第一对极23,24,1,23,4,5,67,8,9,1011,12,13,1415,16,17,1819,20,21,22第22页/共47页第二十三页，共47页。244、组成(z chn)线圈组相绕组的构成同心式绕组三相单层同心式绕组展开图第23页/共47页第二十四页，共47页。25四、三相(sn xin)双层绕组 双层绕组的每个槽内都有上下两个线圈边，每个线圈的一个边放在某一个槽的上层，另一边放在相隔节距y1的另一个槽的下层。整个绕组的线圈数等于槽数。以下(yxi)用3相4极36槽的双层叠绕组为例，说明3相双层绕组的排列和联接。1、计算极距2、选择(

12、xunz)节距选择短节距3、计算每极每相槽数并且计算槽距角第24页/共47页第二十五页，共47页。264、画展开(zhn ki)图画出槽内线圈边（上层边用实线，下层边用虚线表示），并且编号第25页/共47页第二十六页，共47页。27 相带槽号AZBXCY第一对极1,2,34,5,67,8,910,11,1213,14,1516,17,18第二对极19,20,2122,23,2425,26,2728,29,3031,32,3334,35,36按每极每相槽数划分(hu fn)相带5、波组成线圈组第26页/共47页第二十七页，共47页。28第四节 三相异步电动机的定子(dngz)磁动势及磁场一、单相

13、(dn xin)绕组的磁动势 脉振磁动势（一）整距线圈(xinqun)的磁动势第27页/共47页第二十八页，共47页。29t=0,i=Imt=90,i=0t=180,i=-Im 整距线圈所形成的磁动势在任何瞬时，空间的分布总是(zn sh)一个矩形波。这种从空间上看位置固定，从时间上看大小在正负最大值之间变化的磁动势，称为脉振磁动势。脉振的频率就是交流电流的频率。第28页/共47页第二十九页，共47页。30四极(s j)整距线圈的磁动势磁场分布磁动势分布把以2 为周期的矩形磁动势波用傅氏级数分解 应用傅氏级数对矩形(jxng)波进行分解。矩形(jxng)波中含有1，3，5，奇次谐波，又对称于纵

14、轴。第29页/共47页第三十页，共47页。31各线圈磁动势波（二）线圈(xinqun)组的磁动势合成磁动势的基波基波磁动势矢量相加整距线圈(xinqun)的线圈(xinqun)组的磁动势 线圈组的合成基波磁动势为为基波磁动势的分布因数1、整距线圈(xinqun)的 线圈(xinqun)组磁动势第30页/共47页第三十一页，共47页。32例5-2 一台四极三相异步电动机，定子槽数为36，计算(j sun)其基波和5次、7次谐波磁动势的分布因数。解 计算(j sun)每相每极槽数q和值基波分布因数五次谐波分布因数七次谐波分布因数第31页/共47页第三十二页，共47页。332、短距线圈(xinqun

15、)的线圈(xinqun)组磁动势q=2,=6,y1=5的双层短距叠绕组短距线圈节距缩短(sudun)的角度式中称为(chn wi)基波磁动势的节距因数第32页/共47页第三十三页，共47页。34同理，对于(duy)v 次谐波式中称为谐波(xi b)磁动势的节距因数（三）相绕组(roz)的磁动势 绕组由集中的改为分布的，基波合成磁动势幅值应该打一个折扣kq1；线圈由整距改为短距的基波合成磁动势幅值应该打一个折扣ky1；因此，由短距线圈组成的分布绕组的基波合成磁动势幅值等于具有相同匝数的整距集中绕组的基波合成磁动势幅值乘以系数kw1=kq1ky1，称为基波绕组因数。对于v 次谐波 kwv=kqvk

16、yv第33页/共47页第三十四页，共47页。35对于单相绕组磁动势，可以归纳以下几点：1）单相绕组的磁动势是一种(y zhn)空间位置上固定、幅值随时间变化的脉振磁动势。2）单相绕组的基波磁动势幅值的位置与绕组的轴线相重合。3）单相绕组脉振磁动势中的基波磁动势幅值为 ；而v 次谐波磁动势幅值为：；谐波次数越高，幅值越小。二、三相(sn xin)绕组的磁动势 旋转磁动势取A相绕组的轴线处作为空间坐标的原点，并且以正相序方向作为x的正方向，同时选择A相电流达到最大值的瞬间(shn jin)为时间的起始点，则三相的基波磁动势为：第34页/共47页第三十五页，共47页。36利用三角公式将三相基波磁势相

17、加，得出三相绕组的基波合成磁动势式中（m1为相数）三相绕组合成磁动势是一个大小不变、旋转的行波，可以按以下方法确定其转速。对于波幅这一点，其幅值恒为F1，cos(t-x/)=1,即 t-x/=0，t=x/，=x/，第35页/共47页第三十六页，共47页。37三相绕组基波磁势合成圆形旋转磁动势旋转磁场转速 可以得出结论，当某相电流达到(d do)最大值，旋转磁动势的幅值就将转到该相绕组的轴线处。第36页/共47页第三十七页，共47页。38 如果电流是正序的，则磁动势波旋转方向是从A相转向B相，再转向C相。如果电流是负序的，则磁动势波旋转方向是从A相转向C相，再转向B相。因此(ync)，如果要改变

18、三相异步电动机磁场的旋转方向，只要改变定子电流的相序，把定子绕组三个出线端的任意两个（例如B端和C端）对调即可。从而可得出第37页/共47页第三十八页，共47页。39从上式可以看出(kn ch)，一个正弦分布的幅值为F1,的脉振磁势波可以分解为两个幅值相等、转速相同、转向相反的旋转磁动势波，其幅值均为F1/2，转速均为同步转速。三相基波合成磁动势具有以下(yxi)特性：1）是一个旋转磁动势，转速均为同步转速 ，旋转方向决定于电流的相序。2）幅值F1不变，为各相脉振磁动势幅值的1.5倍，旋转幅值轨迹是一个圆。3）三相电流中任意一相电流瞬时值达到最大值时，三相基波合成磁动势的幅值，恰好在这一组绕组

19、的轴线上。第38页/共47页第三十九页，共47页。40t=0,iA=Imt=120,iB=Imt=240,iC=Imt=360,iA=Im第39页/共47页第四十页，共47页。41 需要指出,m相对称绕组(roz)中通以m相对称电流时，所形成的m相合成磁动势也是圆形旋转磁动势，其幅值为各相脉振磁动势幅值的m/2，其转速仍为同步转速。用同样方法(fngf)可以分析各次谐波磁动势。当v=6K-1,(K=1、2、3、)（即：v=5、11、），谐波合成磁动势的旋转方向与基波合成磁动势的方向相反；当v=6K+1,(K=1、2、3、)（即：v=7、13、），谐波合成磁动势的旋转方向与基波合成磁动势的方向相

20、同；谐波合成磁动势的转速为n0v=n0/v；当v=6K-3,(K=1、2、3、)（即：v=3、9、），谐波合成磁动势等于零。第40页/共47页第四十一页，共47页。42例如(lr)，三次谐波表达式为：第41页/共47页第四十二页，共47页。43第五节 三相异步电动机定子(dngz)绕组的电动势一、线圈(xinqun)的感应电动势气隙磁密分布 讨论定子绕组内感应电动势时，气隙磁场切割定子绕组可以看成下图中所示的转子旋转(xunzhun)，在定子绕组中所感应产生的电动势。第42页/共47页第四十三页，共47页。44瞬时值的表达式有效值的表达式1、整距Nc匝线圈(xinqun)的电动势有效值的表达式

21、2、短距线圈的电动势瞬时值的表达式第43页/共47页第四十四页，共47页。45二、q个线圈(xinqun)组的感应电动势一个线圈组电动势的有效值为第44页/共47页第四十五页，共47页。46三、相绕组的感应(gnyng)电动势相电势对单层绕组而言，每个相绕组有p个线圈组，并联支路数为a，每个线圈的匝数为Ny，则每个相绕组串联匝数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2p个线圈组，每个相绕组串联匝数为所以双层绕组相电动势基波的有效值为第45页/共47页第四十六页，共47页。47例5-3一台四极三相异步电动机的定子绕组(roz)为双层叠绕，定子槽数Q=36，线圈节距y1=8槽，支路数为a=2，已知电动机的定子绕组(roz)为星形接法，线电压380V，工作时每相绕组(roz)的感应电动势为相电压的87.7%，气隙基波密度为0.738T，定子内径D=10.4cm，定子铁心长度L=9.5cm，试求该绕组(roz)的每相串联匝数。解 极距 基波(j b)磁通量 相电动势 基波分布因数、节距因数和绕组(roz)因数分别为 每相串联匝数为第46页/共47页第四十七页，共47页。