第7章异步电机原理.ppt

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1、1,第7章 异步电动机原理,主要内容1.三相异步电机的基本运行原理、结构及 额定数据；2.内部电磁关系及等效的数学模型（即基本方程式、等效电路）；3.三相异步电动机的机械特性；4.参数的测定。,2,第7章 异步电动机原理,交流电机1、同步电机：发电机2、异步电动机：工业、农业 民用（家用电器单相）,优点：结构简单、制造方便、价格低廉、运行可靠、坚固耐用、维修方便、运行效率较高等。,缺点：功率因数较低、调速性能不够好。,3,第7章 异步电动机原理,7.1 异步电动机的结构、额定数据与工作原理,一、三相异步电动机的工作原理,由于转子转速与同步速之间存在转速差异，异步电动机由此取名。又因为转子电流是

2、靠定子侧旋转磁场感应产生的，异步电机又称为感应电动机。,同步速,转子的转速,1、工作原理：通电的导体在磁场里受到电磁力的作用,4,第7章 异步电动机原理,7.1 异步电动机的结构、额定数据与工作原理,一、三相异步电动机的工作原理,转差率：,1）电动机运行状态：,2）发电机运行状态：,3）电磁制动状态：,1、工作原理：通电的导体在磁场里受到电磁力的作用,5,第7章 异步电动机原理,7.1 异步电动机的结构、额定数据与工作原理,一、三相异步电动机的工作原理,2、旋转磁场的概念（第6章）,结论：三相对称绕组通以三相对称电流将产生圆形旋转磁场，旋转磁场的转速为同步速。,6,第7章 异步电动机原理,7.

3、1 异步电动机的结构、额定数据与工作原理,一、三相异步电动机的工作原理,2、旋转磁场的概念（第6章）,规定：电流从尾端（X、Y、Z）流入、首端（A、B、C）流出为正,7,第7章 异步电动机原理,8,第7章 异步电动机原理,7.1 异步电动机的结构、额定数据与工作原理,一、三相异步电动机的工作原理,2、旋转磁场的概念（第6章）,一般结论：（1）三相对称绕组通以三相对称电流会产生圆形旋转 磁势；（2）合成磁势的转向取决于三相电流的通电相序；（3）合成磁势的转速为，即同步速；（4）当某相电流达最大时，三相基波合成磁势的幅值就恰 好位于该相绕组的轴线上。,9,第7章 异步电动机原理,7.1 异步电动机

4、的结构、额定数据与工作原理,一、三相异步电动机的工作原理,2、旋转磁场的概念（第6章）,同步速：,的方向：由电流领先相转向电流落后相,10,第7章 异步电动机原理,7.1 异步电动机的结构、额定数据与工作原理,一、三相异步电动机的工作原理,2、旋转磁场的概念（第6章）,思考：1、如何改变同步速 的方向？,2、如何改变异步电动机的转向？,11,第7章 异步电动机原理,7.1 异步电动机的结构、额定数据与工作原理,二、三相异步电动机的结构,1、定子：,定子铁心：嵌放绕组，磁路，0.5mm硅钢片,定子绕组：三相对称绕组（接三相交流电源）电枢绕组,12,第7章 异步电动机原理,13,第7章 异步电动机

5、原理,7.1 异步电动机的结构、额定数据与工作原理,二、三相异步电动机的结构,2、转子：,转子绕组：产生感应电动势和电磁转矩，自身 闭合，分为笼型和绕线型。,转子铁心：嵌放绕组（外槽），磁路 0.5mm硅钢片,14,第7章 异步电动机原理,7.1 异步电动机的结构、额定数据与工作原理,二、三相异步电动机的结构,2、转子：,15,第7章 异步电动机原理,7.1 异步电动机的结构、额定数据与工作原理,二、三相异步电动机的结构,16,第7章 异步电动机原理,17,第7章 异步电动机原理,7.1 异步电动机的结构、额定数据与工作原理,三、异步电动机的额定数据,1、额定功率PN：电动机在额定情况下，轴上

6、输出的机械功 率。单位：KW,2、额定电压UN：电动机额定运行时加在定子绕组上的线电 压。单位：V或KV,3、额定电流IN：电动机在额定电压下，轴上有额定功率输 出时，定子绕组中的线电流。单位：A,5、额定转速nN：电动机在额定状态时转子的转速，r/min,4、额定频率f1:f1=fN=50Hz。,18,第7章 异步电动机原理,7.1 异步电动机的结构、额定数据与工作原理,三、异步电动机的额定数据,有时铭牌上标“电压380/220，Y/”电压=380V时，应接成Y 电压=220V时，应接成对绕线式异步电动机，铭牌上还注明转子的额定电压 与转子额定电流 的数据。,19,第7章 异步电动机原理,7

7、.2 转子不转、转子开路时的电磁关系,20,第7章 异步电动机原理,7.2 转子不转、转子开路时的电磁关系,2、主磁通：,励磁磁通势转向：A1B1C1励磁磁通势转速：,21,第7章 异步电动机原理,7.2 转子不转、转子开路时的电磁关系,4、电压方程：,3、感应电动势：,22,第7章 异步电动机原理,7.2 转子不转、转子开路时的电磁关系,5、等效电路：,结论：1、转子不转的三相异步电动机相当于一台二次绕组开路的三相变压 器；（P216)2、此时三相异步电动机的电压方程及等效电路与三相变压器二次绕 组开路时的情况完全一样。（P219),23,第7章 异步电动机原理,7.3 转子堵转时的电磁关系

8、,堵转:即堵住转子让转子不转的现象，,实际上就是对 转子进行了短路。,24,第7章 异步电动机原理,7.3 转子堵转时的电磁关系,1、转子磁通势：由转子电流 产生,磁通势转向：A2B2C2,2、主磁通：由定子磁通势和转子磁通势共同产生（和）,结论：1、转子绕组短路时，与三相变压器二次绕组短路情 况一样；（P220)2、此时主磁通由定、转子旋转磁通势共同产生。（P221),磁通势转速：,25,第7章 异步电动机原理,7.3 转子堵转时的电磁关系,3、电压方程：,4、转子绕组折合及等效电路：,根据定、转子磁通势的关系：,26,第7章 异步电动机原理,7.3 转子堵转时的电磁关系,4、转子绕组折合及

9、等效电路：,27,第7章 异步电动机原理,7.3 转子堵转时的电磁关系,4、转子绕组折合及等效电路：,28,第7章 异步电动机原理,7.3 转子堵转时的电磁关系,29,第7章 异步电动机原理,7.4 三相异步电动机转子旋转时的电磁关系,转子旋转：,1、转子绕组切割定子旋转磁场的相对转速发生变化：,2、转子感应电动势和感应电流的频率发生变化：,30,第7章 异步电动机原理,7.4 三相异步电动机转子旋转时的电磁关系,3、转子旋转磁场的转速发生变化：,相对转子本身：,相对于定子：,结论：1、转子旋转时，站在定子绕组上看转子旋转磁通势，它 也以转速n1，与定子磁通势同方向，一前一后旋转着；（P230

10、)2、定、转子磁势相对静止，它们共同作用产生激磁磁势。,转子旋转：,31,第7章 异步电动机原理,7.4 三相异步电动机转子旋转时的电磁关系,转子旋转：,4、转子感应电动势与电压方程：,32,第7章 异步电动机原理,7.4 三相异步电动机转子旋转时的电磁关系,转子旋转：,33,第7章 异步电动机原理,7.4 三相异步电动机转子旋转时的电磁关系,转子旋转：,5、转子的折算,1）转子频率折算：,基本思路：在保证电磁关系（转子电流产生的旋转磁场产生对定子产生 的影响）不变的前提下，将转子的转差频率折算为定子频率。,34,第7章 异步电动机原理,7.4 三相异步电动机转子旋转时的电磁关系,转子旋转：,

11、5、转子的折算,1）转子频率折算：,35,第7章 异步电动机原理,7.4 三相异步电动机转子旋转时的电磁关系,转子旋转：,5、转子的折算,1）转子频率折算：,表示转子机械轴上总的机械输出功率所对应的等效电阻即机械轴上输出的总机械功率为：该等效电阻随着机械负载的变化而变化。,36,第7章 异步电动机原理,7.4 三相异步电动机转子旋转时的电磁关系,转子旋转：,5、转子的折算,1）转子频率折算：,37,第7章 异步电动机原理,7.4 三相异步电动机转子旋转时的电磁关系,转子旋转：,5、转子的折算,2）转子绕组折算：,38,第7章 异步电动机原理,7.4 三相异步电动机转子旋转时的电磁关系,转子旋转

12、：,6、等效电路,结论：空载时，转子相当于开路。堵转时，转子相当于电路处于短路状态；额定负载运行时，转子回路的总电阻较大，转子回路几乎为纯阻性质。,39,第7章 异步电动机原理,7.5 三相异步电动机的功率与转矩,一、功率关系（根据等效电路分析）,输入的电功率：,定子铜耗：,定子铁耗：,电磁功率：,40,第7章 异步电动机原理,7.5 三相异步电动机的功率与转矩,一、功率关系（根据等效电路分析）,转子铜耗：,轴上输出的总机械功率：,转子轴上输出的机械功率：,41,第7章 异步电动机原理,7.5 三相异步电动机的功率与转矩,二、转矩关系,42,第7章 异步电动机原理,7.5 三相异步电动机的功率

13、与转矩,三、电磁转矩的物理表达式,转矩系数,上式表明，三相异步电动机的主磁通与转子电流之间存在耦合，从而导致异步电动机转矩控制的复杂性。而对于直流电机，其转矩表达式为：，其主磁通与转子电枢电流之间是解耦的，因而直流电机的转矩控制较为简单。,43,第7章 异步电动机原理,7.5 三相异步电动机的功率与转矩,【例7-1】课本P236页例7-7、例7-8。,44,第7章 异步电动机原理,7.6 三相异步电动机的机械特性,机械特性：定子电压、频率和参数固定，n=f(T),一、参数表达式,45,第7章 异步电动机原理,7.6 三相异步电动机的机械特性,机械特性：定子电压、频率和参数固定，n=f(T),二

14、、固有机械特性,1、固有机械特性曲线,46,第7章 异步电动机原理,7.6 三相异步电动机的机械特性,机械特性：定子电压、频率和参数固定，n=f(T),二、固有机械特性,2、几个特殊点：,1）理想空载点A：,2）额定运行点B：,47,第7章 异步电动机原理,7.6 三相异步电动机的机械特性,机械特性：定子电压、频率和参数固定，n=f(T),二、固有机械特性,2、几个特殊点：,3）最大电磁转矩点C：,48,第7章 异步电动机原理,7.6 三相异步电动机的机械特性,机械特性：定子电压、频率和参数固定，n=f(T),二、固有机械特性,2、几个特殊点：,3）最大电磁转矩点C：,过载倍数：,4）堵转转矩

15、点D：,堵转转矩倍数：,49,第7章 异步电动机原理,7.6 三相异步电动机的机械特性,机械特性：定子电压、频率和参数固定，n=f(T),二、固有机械特性,3、稳定运行问题：,1）稳定运行区域：,2）不稳定运行区域：,机械特性向下倾斜，无论对于哪种负载，电力拖动系统均可以稳定运行。,对于恒转矩负载，系统将无法稳定运行；对于风机、泵类负载，尽管系统可以稳定运行，但由于转速太低，转差率较大，转子铜耗较大，三相异步电动机将无法长期运行。,50,第7章 异步电动机原理,7.6 三相异步电动机的机械特性,机械特性：定子电压、频率和参数固定，n=f(T),三、人为机械特性,1、降低定子电压,51,第7章

16、异步电动机原理,7.6 三相异步电动机的机械特性,机械特性：定子电压、频率和参数固定，n=f(T),三、人为机械特性,2、定子绕组串联三相对称阻抗,52,第7章 异步电动机原理,7.6 三相异步电动机的机械特性,机械特性：定子电压、频率和参数固定，n=f(T),三、人为机械特性,3、转子绕组串联三相对称电阻,53,第7章 异步电动机原理,7.6 三相异步电动机的机械特性,机械特性：定子电压、频率和参数固定，n=f(T),四、机械特性的实用公式,54,第7章 异步电动机原理,7.6 三相异步电动机的机械特性,机械特性：定子电压、频率和参数固定，n=f(T),四、机械特性的实用公式,55,第7章

17、异步电动机原理,作业：思考题 7.1 7.10 7.13 7.17 7.18 习题 7.2 7.3 7.9,56,第7章 异步电动机原理,7.8 三相异步电动机参数的测定,一、堵转（或短路）试验,1、目的：确定短路参数Zk和转子电阻R2。,2、方法：,57,第7章 异步电动机原理,7.8 三相异步电动机参数的测定,一、堵转（或短路）试验,2、方法：,58,第7章 异步电动机原理,7.8 三相异步电动机参数的测定,二、空载试验,1、目的：确定 和、铁耗 以及机械损耗,2、方法：,59,第7章 异步电动机原理,7.8 三相异步电动机参数的测定,二、空载试验,2、方法：,60,本章小结1、理解：1)工作原理：圆形旋转磁场产生的原因、转速的大小及方向 转差率的概念及意义 2）结构：定子（铁心、三相对称绕组）、转子（铁心、绕组自身闭合）3）额定值：线值 4）转子旋转时转子侧各物理量的变化。（f2=sf1,E2S=sE2,X2S=sX2)2、了解：1)转子开路（同变压器空载）的电磁关系及等效电路 2)转子堵转同变压器短路）的电磁关系及等效电路。3、掌握：1）转子旋转时的等效电路，清楚附加电阻的物理含义；2）转子旋转时的功率关系及转矩关系；3）三相异步电动机机械特性：四个特殊点及两个工作区；4）机械特性实用公式：会根据额定数据求机械特性。,第7章 异步电动机原理,