電路與電子技術(shù)第12章--異步電動(dòng)機(jī)課件

1、第12章 異步電動(dòng)機(jī)1 交流鐵心線圈 結(jié)構(gòu)： 電磁關(guān)系： 1第12章 異步電動(dòng)機(jī)一、 鐵心線圈的電壓-電流關(guān)系 設(shè)：線圈的主磁通為 ，線圈的主磁感應(yīng)電動(dòng)勢 其有效值為 2第12章 異步電動(dòng)機(jī)電路的KVL方程為: 當(dāng)忽略線圈內(nèi)阻及漏磁感應(yīng)電動(dòng)勢的影響時(shí)，有：其有效值為：3第12章 異步電動(dòng)機(jī)二、線圈的功率損耗1、銅損：由線圈內(nèi)阻引起的功率損耗，用 表示。2、鐵損：鐵心中產(chǎn)生的功率損耗，用 表示。則線圈的功率損耗為：減小功率損耗的方法：1、采用磁滯回線窄的軟磁材料（硅鋼）制作鐵心2、減小鐵心的體積，將鐵心做成片狀疊成4第12章 異步電動(dòng)機(jī)三、等效電路圖中： 是：是線圈的內(nèi)阻 是：鐵心中與鐵損相對應(yīng)

2、的等效電阻 是：漏磁感抗 是：與鐵心中能量儲放相對應(yīng)的等效感抗 5第12章 異步電動(dòng)機(jī)2 變壓器 結(jié)構(gòu)：鐵心、原邊繞組 （一次繞組、初級繞組），付邊繞 組 （二次繞組、次級繞組）。 一、變壓器的電磁關(guān)系 6式中： 和 分別為變壓器原、付邊繞組中的主磁感應(yīng)電動(dòng)勢。 和 分別為變壓器原、付邊繞組中的漏磁感應(yīng)電動(dòng)勢。 第12章 異步電動(dòng)機(jī)變壓器原邊、付邊繞組的KVL方程的相量表示式為 ：分別為原邊線圈與付邊線圈的漏磁感抗。和和分別為原邊線圈與付邊線圈的線圈內(nèi)阻。7第12章 異步電動(dòng)機(jī)二、變壓器的電壓變換 忽略線圈內(nèi)阻與漏磁感抗，變壓器原、付邊線圈的KVL方程為：由于： 則有： 式中： 是變壓器的變比

3、 8由交流鐵心線圈可知，變壓器鐵心磁通最大值 ： 第12章 異步電動(dòng)機(jī)三、變壓器的電流變換 即：在匝數(shù) 及頻率 一定時(shí)，磁通最大值正比于電源電壓 。 同時(shí)在鐵心中有：忽略空載勵(lì)磁電流 的影響，有：9第12章 異步電動(dòng)機(jī)上式表示：1、變壓器原邊繞組的磁動(dòng)勢與付邊繞組的磁動(dòng)勢相位相反 即：變壓器原邊繞組的磁動(dòng)勢是勵(lì)磁磁動(dòng)勢，而付邊繞組的 磁動(dòng)勢是去磁磁動(dòng)勢 。2、由有效值表示式可以得到變壓器原、付邊電流與原、付邊 線圈匝數(shù)之間的關(guān)系10第12章 異步電動(dòng)機(jī)四、變壓器的阻抗變換 設(shè)：變壓器付邊的負(fù)載為 ，變換后的等效阻抗為 ，則： 11，當(dāng)負(fù)載電阻 時(shí)，計(jì)算第12章 異步電動(dòng)機(jī)例：一臺單相變壓器，已

4、知，信號源電動(dòng)勢，信號源內(nèi)阻信號源的輸出功率。解：將負(fù)載電阻由變壓器的付邊折算到變壓器的原邊，負(fù)載上的電壓為： 信號源輸出的功率為： 12第12章 異步電動(dòng)機(jī)五、變壓器的外特性 變壓器的輸出特性輸出特性： 變壓器輸出電壓 隨輸出電流 與負(fù)載功率因數(shù) 的關(guān)系如圖所示，輸出電壓的變化用電壓變化率 表示，即： 13第12章 異步電動(dòng)機(jī)六、特種變壓器 1、自耦變壓器 自耦變壓器的付邊線圈是原邊線圈的一部分，由調(diào)壓手柄調(diào)節(jié)變壓器付邊線圈匝數(shù) ，從而改變變壓器的變比 。 自耦變壓器同樣滿足變壓器的三種變換關(guān)系。 14第12章 異步電動(dòng)機(jī)2、電流互感器 電流互感器原邊聯(lián)接大容量電氣設(shè)備，付邊聯(lián)接測量電流表，

5、利用變壓器的電流變換作用，可以將電氣設(shè)備較大的工作電流變換為電流表能夠測量的電流數(shù)值。 a) 原理圖b) 電路符號15第12章 異步電動(dòng)機(jī)注意： 電流互感器的原邊電流是大容量電氣設(shè)備的工作電流，其數(shù)值較大，若電流互感器付邊線圈發(fā)生斷路，則：1、原邊線圈中數(shù)值較大的磁動(dòng)勢將會使鐵心中的鐵損增大， 鐵心發(fā)熱。2、會在付邊線圈兩端出現(xiàn)數(shù)值很高的感應(yīng)電動(dòng)勢。 所以為了用電安全，在使用電流互感器時(shí)，其付邊線圈一定要接地。16第12章 異步電動(dòng)機(jī)3 三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)動(dòng)原理定義：將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的裝置分類：1、按照使用的電源分為直流電動(dòng)機(jī)與交流電動(dòng)機(jī)2、直流電動(dòng)機(jī)按照勵(lì)磁方式分為：他勵(lì)、并勵(lì)與串勵(lì)

6、3、交流電動(dòng)機(jī)按照工作電源分為：三相異步電動(dòng)機(jī)與 單相異步電動(dòng)機(jī)4、應(yīng)用于特殊用途的特種電動(dòng)機(jī) 17第12章 異步電動(dòng)機(jī)三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)由定子與轉(zhuǎn)子兩大部分構(gòu)成。1、定子：機(jī)座，機(jī)座是由鑄鐵構(gòu)成 定子鐵心，鐵心由硅鋼片疊成 定子線圈，三組線圈匝數(shù)相同、繞向一致2、轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)軸，聯(lián)接機(jī)械部件 轉(zhuǎn)子鐵心，硅鋼片疊成 轉(zhuǎn)子線圈，按照轉(zhuǎn)子線圈的不同分為： 鼠籠式電機(jī)：轉(zhuǎn)子銅條、短路環(huán) 繞線式電機(jī)：三組轉(zhuǎn)子線圈、三個(gè)滑環(huán)與炭刷一、三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu) 18第12章 異步電動(dòng)機(jī)二、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)原理 設(shè)磁場沿順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)：1、由右手定則確定感生電流的方向， 如圖所示。2、由左手定則確定載流導(dǎo)體的受力方 向

7、如圖所示。19第12章 異步電動(dòng)機(jī)12343000150010007501、極對數(shù) ：電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場的磁極對數(shù)，定義：2、同步轉(zhuǎn)速 ：旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速，與極對數(shù)之間的關(guān)系式： 三、電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)差 磁極對數(shù) 同步轉(zhuǎn)速20第12章 異步電動(dòng)機(jī)3、轉(zhuǎn)速 ：電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子輸出轉(zhuǎn)速，在異步機(jī)中有 4、轉(zhuǎn)差率 ：電動(dòng)機(jī)同步轉(zhuǎn)速 與轉(zhuǎn)速 的相對變化率電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速：21為磁場的每極磁通； 第12章 異步電動(dòng)機(jī)4 三相異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與機(jī)械特性 一、電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩 電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩 正比于與磁場的強(qiáng)度、正比于轉(zhuǎn)子電路的電流、正比與轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)，其定義式為： 式中： 為電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)常數(shù)； 為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電流

8、； 為轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)。 22第12章 異步電動(dòng)機(jī)利用公式 可以將電磁轉(zhuǎn)矩的定義式轉(zhuǎn)換為： 式中： 是電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù) 是轉(zhuǎn)子線圈內(nèi)阻， 是在 時(shí)的轉(zhuǎn)子感抗 上式反映了電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩與電源電壓之間的關(guān)系 是轉(zhuǎn)差率， 是電源電壓。 23第12章 異步電動(dòng)機(jī)二、電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性 機(jī)械特性：電動(dòng)機(jī)的 特性額定轉(zhuǎn)矩 ：額定狀態(tài)時(shí)的輸出轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩 ：輸出轉(zhuǎn)矩的最大值起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 ： 時(shí)的轉(zhuǎn)矩過載系數(shù) ：24第12章 異步電動(dòng)機(jī)三、電動(dòng)機(jī)的工作區(qū) 1、不穩(wěn)定工作區(qū)；由 到 （a點(diǎn)）之間區(qū)間 2、穩(wěn)定工作區(qū)：由 （a點(diǎn)）到同步轉(zhuǎn)速 之間區(qū)間 25第12章 異步電動(dòng)機(jī)四、轉(zhuǎn)子回路電阻 與電源電壓 對驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩的影

9、響 1、轉(zhuǎn)子電阻 變化2、電源電壓 變化， 26第12章 異步電動(dòng)機(jī)一、電動(dòng)機(jī)的起動(dòng) 5 三相異步電動(dòng)機(jī)的使用電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)存在的問題：1）、起動(dòng)電流大： 2）、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩?。?較小 解決方法： ，直接起動(dòng) ，空載起動(dòng) 27第12章 異步電動(dòng)機(jī)1、 Y形降壓起動(dòng)直接起動(dòng)：降壓起動(dòng)：28第12章 異步電動(dòng)機(jī)2、自耦變壓器降壓起動(dòng) 繞組Y形聯(lián)接的電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)將三相電源聯(lián)接到自耦變壓器的原邊，變壓器的付邊聯(lián)接到電動(dòng)機(jī)三組定子線圈，轉(zhuǎn)動(dòng)變壓器的調(diào)壓手柄降低定子繞組的端電壓以減小電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流，待電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過程完成后，恢復(fù)定子繞組的額定電壓數(shù)值，使電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。3、串 降壓起動(dòng) 繞線式電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)在外電

10、路通過滑環(huán)，給轉(zhuǎn)子電路串聯(lián)起動(dòng)電阻 以降低電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流，待電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過程完成后，切除起動(dòng)電阻 ，電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。29第12章 異步電動(dòng)機(jī)二、電動(dòng)機(jī)的調(diào)速2、變極調(diào)速：應(yīng)用于鼠籠式電機(jī)，優(yōu)點(diǎn)：簡單；缺點(diǎn)：有級 調(diào)速1、變頻調(diào)速：優(yōu)點(diǎn)：平滑調(diào)速； 缺點(diǎn)：需要變頻電源 3、變轉(zhuǎn)差率調(diào)速：應(yīng)用于繞線式電動(dòng)機(jī)，優(yōu)點(diǎn)：平滑調(diào)速； 缺點(diǎn)；調(diào)速范圍較小30第12章 異步電動(dòng)機(jī)三、電動(dòng)機(jī)的制動(dòng) 1、能耗制動(dòng)：制動(dòng)時(shí)接通直流電源，使磁場轉(zhuǎn)變?yōu)楹愣ù艌?，對轉(zhuǎn)子產(chǎn)生 制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，消耗轉(zhuǎn)子中的動(dòng)能，電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。2、反接制動(dòng)：制動(dòng)時(shí)換接任意兩條電源線，使磁場反轉(zhuǎn)，對轉(zhuǎn)子產(chǎn)生制動(dòng) 轉(zhuǎn)矩，使電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。反接制動(dòng)時(shí)需

11、要注意： 1）、在轉(zhuǎn)速 時(shí)應(yīng)及時(shí)切斷電源，以防止電動(dòng)機(jī)反向運(yùn)轉(zhuǎn) 2）、在磁場反轉(zhuǎn)瞬間，轉(zhuǎn)子與磁場之間的轉(zhuǎn)差 這時(shí)電路中的電流數(shù)值較大，需要在定子電路（鼠籠式）或轉(zhuǎn)子電路（繞線式）中聯(lián)接限流電阻。 31第12章 異步電動(dòng)機(jī)3、發(fā)電反饋制動(dòng)： 在電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行過程中，如果外力使得電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 大于旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速 ，使得電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 ，這時(shí)電動(dòng)機(jī)進(jìn)入了發(fā)電反饋運(yùn)行狀態(tài)，這時(shí)電動(dòng)機(jī)磁場對轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩是制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，制動(dòng)轉(zhuǎn)矩將減小轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速同時(shí)將外力的作用轉(zhuǎn)換為電能反饋回電網(wǎng)中去。 當(dāng)電動(dòng)機(jī)軸上帶動(dòng)的重物自由下落時(shí)，電動(dòng)機(jī)就會進(jìn)入發(fā)電反饋運(yùn)行狀態(tài)，只是發(fā)電反饋制動(dòng)僅表示電動(dòng)機(jī)磁場給轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)矩是制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，但

12、這個(gè)轉(zhuǎn)矩并不能使電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。 32第12章 異步電動(dòng)機(jī)6 電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)型號：型號的最后一位是磁場的磁極數(shù)，電動(dòng)機(jī)的極對數(shù) =磁極數(shù)/2；頻率：電源頻率額定值：電壓、電流、轉(zhuǎn)速及功率；工作方式：連續(xù)、頻繁起動(dòng)三相異步電動(dòng)機(jī)銘牌型號 Y132M4功 率 7.5kW頻 率 50Hz電壓 380V 電 流 15.4 A接 法 轉(zhuǎn)速 1440 r/min絕緣等級 B工作方式 連續(xù)年 月 編號 電動(dòng)機(jī)廠33第12章 異步電動(dòng)機(jī)絕緣等級AEBF最高允許溫度()105120130155絕緣等級：電動(dòng)機(jī)繞組所使用絕緣材料的耐熱等級，絕緣等級決定電動(dòng)機(jī) 工作時(shí)允許的最高溫度。接法：定子繞組與三相電源的聯(lián)接方式，a） 星形聯(lián)接 b） 三角形聯(lián)接 34第12章 異步電動(dòng)機(jī)效率：電動(dòng)機(jī)輸出功率 與輸入功率 的比值因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)的功率所以電動(dòng)機(jī)的額定電流：35第12章 異步電動(dòng)機(jī)三相異步電動(dòng)機(jī)銘牌型號 Y132M4功 率 7.5kW頻 率 50Hz電壓 380V 電 流 15.4 A接 法 轉(zhuǎn)速 1440 r/min絕緣等級 B工作方式 連續(xù)例：已知銘牌數(shù)據(jù)，計(jì)算電動(dòng)機(jī)的極對