感應(yīng)電動機(jī)學(xué)習(xí)課件

第五章

異步電機(jī)的基本理論12345電動勢和磁通勢平衡方程式三相異步電動機(jī)的工作原理三相異步電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)三相繞組的電動勢和磁通勢三相異步電動機(jī)的運(yùn)行分析67三相異步電動機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩三相異步電動機(jī)的運(yùn)行特性8單相異步電動機(jī)第一節(jié)、三相異步電動機(jī)的工作原理直流電動機(jī)交流電動機(jī)同步電動機(jī)電動機(jī)分類異步電動機(jī)單相電動機(jī)兩相電動機(jī)三相電動機(jī)

三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)前端蓋轉(zhuǎn)子鐵心轉(zhuǎn)子繞組定子鐵心定子繞組吊環(huán)機(jī)座后端蓋出線盒風(fēng)扇風(fēng)罩鼠籠型異步電動機(jī)三相異步電動機(jī)定子轉(zhuǎn)子定子鐵心定子繞組機(jī)座端蓋等轉(zhuǎn)子鐵心轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)軸風(fēng)扇等(1)定子部分定子鐵心：導(dǎo)磁和嵌放定子三相繞組，內(nèi)壁有均勻分布的槽。定子沖片定子繞組絕緣襯紙制作要求及特點(diǎn)：為降低鐵損耗，一般用0.5mm厚的硅鋼片疊壓而成。定子繞組：電路部分，用以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。制作要求及特點(diǎn)：由絕緣銅或鋁導(dǎo)線按照一定的規(guī)律連接成三相對稱繞組。定子三相繞組的6個出線端引出，根據(jù)需要可接成三角形或星形。“Y”“D”O(jiān)ne380V星形聯(lián)結(jié)的三相異步電動機(jī)，電源電壓為何值時才能接成三角形？380V三角形聯(lián)結(jié)的三相異步電動機(jī)，電源電壓為何值時才能接成星形？Problem無論星形還是三角形聯(lián)結(jié)，每相定子繞組中電流的最大值是不變的。(1)(2)(2)轉(zhuǎn)子部分轉(zhuǎn)子鐵心：導(dǎo)磁和嵌放轉(zhuǎn)子繞組，外壁有均勻分布的槽。制作要求及特點(diǎn)：為降低鐵損耗，一般用0.5mm厚的硅鋼片疊壓而成。轉(zhuǎn)子繞組：感應(yīng)電動勢并產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，是一閉合繞組。分為鼠籠型和繞線型兩種。鼠籠型繞組：繞線型繞組：三相對稱繞組通以三相對稱電流，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。

電生磁過程旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和電流。

磁生電過程導(dǎo)體有功電流分量與磁場相互作用形成電磁轉(zhuǎn)矩。

電磁力過程

三相異步電動機(jī)的工作原理One旋轉(zhuǎn)磁場是如何產(chǎn)生的？Two旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速與那些因素有關(guān)？Three轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速的關(guān)系？Problem三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理磁鐵閉合線圈磁極旋轉(zhuǎn)導(dǎo)線切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢導(dǎo)線長磁感應(yīng)強(qiáng)度切割速度（右手定則）閉合導(dǎo)線產(chǎn)生電流

i（左手定則）通電導(dǎo)線在磁場中受力1.線圈跟著磁鐵轉(zhuǎn)→兩者轉(zhuǎn)動方向一致

結(jié)論：異步2.線圈比磁場轉(zhuǎn)得慢旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生AYCBZ異步機(jī)中,旋轉(zhuǎn)磁場代替了旋轉(zhuǎn)磁極(?)電流出()電流入XAXYCBZAXBYCZ合成磁場方向：向下XBZAYCAXYCBZAXYCBZ同理分析，可得其它電流角度下的磁場方向：旋轉(zhuǎn)方向：取決于三相電流的相序。改變電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向：換接其中兩相旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速大小

一個電流周期，旋轉(zhuǎn)磁場在空間轉(zhuǎn)過360°。則同步轉(zhuǎn)速（旋轉(zhuǎn)磁場的速度）為：AXYCBZAXYCBZAXYCBZ極對數(shù)（P）的概念A(yù)XBYCZ此種接法下，合成磁場只有一對磁極，則極對數(shù)為1。即：AXYCBZ極對數(shù)（P）的改變C'Y'ABCXYZA'X'B'Z'將每相繞組分成兩段，按右下圖放入定子槽內(nèi)。形成的磁場則是兩對磁極。AXBYCZ極對數(shù)C'Y'ABCXYZA'X'B'Z'極對數(shù)和轉(zhuǎn)速的關(guān)系三相異步電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速極對數(shù)每個電流周期磁場轉(zhuǎn)過的空間角度同步轉(zhuǎn)速電動機(jī)轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)磁場同步轉(zhuǎn)速的關(guān)系電動機(jī)轉(zhuǎn)速:電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向與磁場旋轉(zhuǎn)的方向一致，但

異步電動機(jī)無轉(zhuǎn)距轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場間沒有相對運(yùn)動無轉(zhuǎn)子電動勢（轉(zhuǎn)子導(dǎo)體不切割磁力線）無轉(zhuǎn)子電流提示：如果轉(zhuǎn)差率的概念：異步電機(jī)運(yùn)行中:轉(zhuǎn)差率為旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速和電動機(jī)轉(zhuǎn)速之差。即：電動機(jī)起動瞬間:（轉(zhuǎn)差率最大）(1)旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生三相電流參考方向規(guī)定：從繞組的首端流向末端。NNNNN電流變化一周，兩極磁場旋轉(zhuǎn)。NNNNNNNNNN電流變化一周，四極磁場旋轉(zhuǎn)。結(jié)論：對稱三相電流通過對稱三相繞組時，必然會產(chǎn)生一個大小不變，轉(zhuǎn)速一定的磁場。無論是幾極磁場，電流變化一周，旋轉(zhuǎn)磁場移動兩個極距。極數(shù)越多，磁場轉(zhuǎn)速越慢。電角度機(jī)械角度極對數(shù)磁場的轉(zhuǎn)向與三相對稱電流的相序一致。(2)旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速電流頻率極對數(shù)同步速(3)電磁轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生電流有功分量電流無功分量異步電機(jī)運(yùn)行的必要條件：轉(zhuǎn)差的存在。發(fā)電機(jī)電動機(jī)電磁制動圖示OOOOOO關(guān)系電動勢性

質(zhì)電源電動勢反電動勢反電動勢電磁轉(zhuǎn)矩性質(zhì)制動驅(qū)動制動能量轉(zhuǎn)換原動機(jī)機(jī)械能電能電能機(jī)械能電能+機(jī)械能內(nèi)部損耗第二節(jié)、三相異步電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)

三相交流繞組槽距角：相鄰兩槽之間的電角度。每極每相的槽數(shù)：每極下每相繞組所占的槽數(shù)。槽電勢星形圖：反映定子槽內(nèi)所有導(dǎo)體感應(yīng)電動勢之間的相位關(guān)系。(1)交流繞組的術(shù)語(2)交流繞組的基本要求三相繞組對稱。盡量獲得最大的電動勢和磁通勢。繞組的電動勢和磁通勢波形應(yīng)盡量接近正弦波。節(jié)省用銅量。工藝簡單，便于制造、安裝和檢修。相帶：每極下每相繞組所占的區(qū)域，用電角度表示。(3)三相單層分布繞組例1：一臺電機(jī)，試畫出三相單層整距分布繞組的展開圖。畫繞組展開圖的步驟：計(jì)算相關(guān)參數(shù)：極距：槽距角：每極每相槽數(shù)：（z——槽數(shù)p——極對數(shù)m——相數(shù)）分極分相：將總槽數(shù)按給定的極數(shù)均勻分開(N,S

極相鄰分布)，并標(biāo)記假設(shè)的感應(yīng)電動勢方向。將每個極的槽數(shù)按三相均勻分開，三相在空間錯開電角度。按劃分相帶：根據(jù)槽電勢星形圖和每極每相槽數(shù)，劃分相帶，并分別用大寫字母標(biāo)注。相位相差1800屬于同一相。連接線圈和線圈組：將一對極域內(nèi)屬于同一相的

某兩個圈邊連成一個線圈(共個)；將一對極域內(nèi)屬于同一相的

個線圈連接成一個線圈組，以上連接應(yīng)符合電勢相加原則。連相繞組：將屬于同一相的個線圈組連成一相繞組，并標(biāo)記首末端，串聯(lián)或并聯(lián)視支路數(shù)而定。結(jié)論：每個槽內(nèi)只放一個線圈邊，線圈數(shù)目等于槽數(shù)的一半。優(yōu)點(diǎn)：線圈數(shù)少、嵌線方便、無層間絕緣、槽的利用率高。電動勢和磁通勢波形較差，適用于10kW以下的小型電機(jī)。缺點(diǎn)：單層繞組為整距線圈。鐵損耗和噪聲較大。(4)三相雙層分布繞組例2：一臺電機(jī)，試畫出三相雙層分布繞組的展開圖。畫繞組展開圖的步驟：計(jì)算相關(guān)參數(shù)：極距：槽距角：每極每相槽數(shù)：分極分相：將總槽數(shù)按給定的極數(shù)均勻分開(N,S

極相鄰分布)，并標(biāo)記假設(shè)的感應(yīng)電動勢方向。將每個極的槽數(shù)按三相均勻分開，三相在空間錯開電角度。按劃分相帶：根據(jù)槽電勢星形圖和每極每相槽數(shù)，劃分相帶，并分別用大寫字母標(biāo)注。相位相差1800屬于同一相。連接線圈和線圈組：取，U相的8個線圈分成4個線圈組，分別為：連相繞組：將屬于同一相的個線圈組連成一相繞組，并標(biāo)記首末端，串聯(lián)或并聯(lián)視支路數(shù)而定。結(jié)論：每個槽內(nèi)嵌放兩個線圈邊，線圈數(shù)目等于槽數(shù)。優(yōu)點(diǎn)：雙層繞組為短距線圈，便于使電動勢和磁通勢波形更接近正弦波。嵌線困難，用銅量大。缺點(diǎn)：適用于大型電機(jī)。

籠形繞組轉(zhuǎn)子極對數(shù)為1轉(zhuǎn)子極對數(shù)為2(1)極對數(shù)結(jié)論：轉(zhuǎn)子極對數(shù)應(yīng)等于定子極對數(shù)。(2)相數(shù)和匝數(shù)轉(zhuǎn)子相數(shù)為4結(jié)論：轉(zhuǎn)子相數(shù)為5轉(zhuǎn)子槽數(shù)能被極對數(shù)整除時，轉(zhuǎn)子相數(shù)為：轉(zhuǎn)子槽數(shù)不能被極對數(shù)整除時，轉(zhuǎn)子相數(shù)為：籠形繞組每相匝數(shù)為0.5。

額定值型號：Y132S-6磁極數(shù)機(jī)座長度代號S:短機(jī)座M:中機(jī)座L:長機(jī)座機(jī)座中心高mmY系列中、小型異步電動機(jī)大型異步電動機(jī)Y630-10/1180Y系列功率630kw、10極、定子鐵心外徑1180mm額定值：額定功率額定電壓額定電流額定頻率額定轉(zhuǎn)速絕緣等級額定功率因數(shù)第三節(jié)、三相繞組的電動勢和磁通勢三相繞組Step1Step2Step3Step4分析思路單個線圈組一相繞組一個線圈

單相繞組的磁動勢一臺兩極氣隙均勻的交流電機(jī),一個整距繞組通入交流電流,線圈磁動勢在某瞬間的分布如圖,由全電流定律得:忽略鐵心磁阻,磁動勢完全降落在兩個氣隙上.每個氣隙的磁動勢為:空間分布為矩形波,隨時間按正弦規(guī)律變化.變化頻率為電流頻率?？臻g位置不變而幅值和方向隨時間變化的磁動勢稱為脈動磁動勢。矩形波磁動勢可能分解為基波和一系列高次諧波:基波磁動勢為:基波磁動勢最大值為:整距繞組基波磁動勢在空間按余弦分布，幅值位于繞組軸線，空間每一點(diǎn)的磁動勢大小按正弦規(guī)律變化——仍然為脈動磁動勢。二、單相脈動磁動勢1、整距分布繞組的磁動勢每個繞組由q個線圈串聯(lián)構(gòu)成，依次在定子圓周空間錯開槽距角α,繞組的基波磁動勢為q個線圈基波磁動勢的空間矢量和：2、一組雙層短距分布繞組的基波磁動勢雙層短距分布繞組的基波磁動勢為兩個等效繞組基波磁動勢的相量和，用短距系數(shù)計(jì)及繞組短距的影響：3、相繞組的磁動勢

每個極下的磁動勢和磁阻構(gòu)成一條分支磁路。若電機(jī)有p對磁極，就有p條并聯(lián)的對稱分支磁路，所以一相繞組的基波磁動勢就是該繞組在一對磁極下線圈所產(chǎn)生的基波磁動勢，若每相電流為Ip:

單相繞組的基波磁動勢是在空間按余弦規(guī)律分布，幅值大小隨時間按正弦規(guī)律變化的脈動磁動勢。

三相繞組的磁通勢(1)單個整距線圈的磁通勢展開氣隙磁通勢：脈振磁通勢諧波分析法：基波和諧波磁通勢的最大幅值分別為：(2)整距線圈線圈組的磁通勢繞組分布因數(shù)結(jié)論1：分布繞組的基波磁通勢比同匝數(shù)集中繞組的基波磁通勢減小了倍。線圈組合成磁通勢的基波幅值次諧波磁通勢的幅值諧波分布因數(shù)結(jié)論2：使諧波磁通勢或磁場大大削弱，從而合成磁通勢或磁場更接近正弦波。(3)短距線圈線圈組的磁通勢線圈組合成磁通勢的基波幅值繞組節(jié)距因數(shù)結(jié)論3：線圈采用短距后形成的基波磁通勢比整距時減少了倍。次諧波磁通勢的幅值諧波節(jié)距因數(shù)結(jié)論4：如果取，可消除次諧波的磁通勢。從而可改善磁通勢波形。結(jié)論：繞組由整距的、集中的改為短距的、分布的時，基波合成磁通勢的幅值應(yīng)除去折扣，對諧波而言，其合成磁通勢的幅值應(yīng)打折扣。繞組因數(shù)(4)一相繞組的磁通勢NS相繞組的氣隙磁通勢是指每對極下的氣隙磁通勢。單層分布繞組的氣隙基波磁通勢：繞組有效匝數(shù)氣隙基波磁通勢幅值雙層分布繞組的氣隙基波磁通勢：繞組有效匝數(shù)氣隙基波磁通勢幅值結(jié)論：單相繞組通以單相電流產(chǎn)生的基波合成磁通勢仍為脈振磁通勢。(5)三相繞組的旋轉(zhuǎn)磁通勢推廣：相繞組旋轉(zhuǎn)磁通勢幅值為磁通勢旋轉(zhuǎn)速度：結(jié)論：三相繞組通的基波磁通勢是旋轉(zhuǎn)磁通勢，速度為同步轉(zhuǎn)速。旋轉(zhuǎn)方向取決于電源相序，從超前相轉(zhuǎn)向滯后相。幅值為一相磁通勢幅值的3/2，恒定不變，故稱為圓形旋轉(zhuǎn)磁通勢。哪一相電流達(dá)到正的最大，三相基波磁通勢的幅值就在哪一相的軸線上。

三相繞組的電動勢(1)單個整距線圈的磁通勢第四節(jié)、電動勢和磁通勢平衡方程式

異步電動機(jī)空載運(yùn)行主磁通漏磁通(1)特點(diǎn)：(2)電磁關(guān)系：

異步電動機(jī)負(fù)載運(yùn)行(1)轉(zhuǎn)子頻率：轉(zhuǎn)子磁通勢相對轉(zhuǎn)子速度：轉(zhuǎn)子磁通勢相對定子速度：轉(zhuǎn)子磁通勢與定子磁通勢相對靜止，共同作用產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。堵轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)子頻率與定子頻率相同。（轉(zhuǎn)差頻率）(=n0－n)ProblemOne轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速變化時，轉(zhuǎn)子磁通勢在空間的轉(zhuǎn)速是否改變？Two轉(zhuǎn)子磁通勢的存在是否會改變原有主磁通的大??？變化變化變化不變Problem1：(2)電磁關(guān)系：(3)三相異步電動機(jī)等值電路：ProblemOne電磁關(guān)系與變壓器相似，它們之間有何異同？Two變壓器空載電流很小，異步電動機(jī)的空載電流是否也很?。縋roblem1：定子繞組相當(dāng)于一次繞組，從電源汲取電流和功率；轉(zhuǎn)子繞組相當(dāng)于二次繞組，通過電磁感應(yīng)產(chǎn)生電動勢和電流。相同點(diǎn)：不同點(diǎn)：變壓器將感應(yīng)電流作輸出電流，輸出電功率；而異步電動機(jī)利用感應(yīng)電流產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，輸出機(jī)械功率。變壓器一、二次繞組頻率相同，而異步電動機(jī)定、轉(zhuǎn)子繞組頻率不同。Problem2：異步電動機(jī)定、轉(zhuǎn)子之間有氣隙存在，需要消耗較多的磁通勢，故空載電流比較大。異步電動機(jī)采用短距分布繞組，需考慮繞組因數(shù)；而變壓器為整距集中繞組，繞組因數(shù)等于1。

定子電路的電動勢平衡方程式(2)電動勢平衡方程式：很小，可以忽略。結(jié)論：異步電動機(jī)從空載到負(fù)載，只要定子電壓和頻率不變，則主磁通基本不變。(1)定子頻率：

轉(zhuǎn)子電路的電動勢平衡方程式(1)電動勢平衡方程式：(2)相電動勢：為堵轉(zhuǎn)時的相電動勢為旋轉(zhuǎn)時的相電動勢(3)漏電動勢：為堵轉(zhuǎn)時每相繞組的漏電抗為旋轉(zhuǎn)時每相繞組的漏電抗

磁通勢平衡方程式第五節(jié)、三相異步電動機(jī)的運(yùn)行分析等效電路

的處理問題：即要用等效電路代替實(shí)際的電

動機(jī)，必須將用一個阻抗壓降來代替。

如何將原本分開的定、轉(zhuǎn)子繞組用一個能將它

們聯(lián)系起來的等效電路來代替。(1)的處理問題：為三相異步電動機(jī)每相的勵磁電阻、勵磁電抗和勵磁阻抗。電動勢表達(dá)式：主磁路等效電路：頻率相同有效匝數(shù)相等相數(shù)相同解決方法分析：(2)用等效電路聯(lián)系原本分開的定、轉(zhuǎn)子繞組：頻率折算繞組折算折算原則：要確保折算前后電磁關(guān)系不變。

折算前后轉(zhuǎn)子繞組磁通勢應(yīng)保持不變。

折算前后轉(zhuǎn)子電路的有功功率、無功功率及損耗應(yīng)保持不變。

折算后與頻率有關(guān)的轉(zhuǎn)子繞組各物理量用原物理量加下標(biāo)“s”表示。頻率折算：折算目的：在保證折算前后轉(zhuǎn)子繞組的磁通勢不變的

前提下，將轉(zhuǎn)子頻率折算為定子頻率。

保證轉(zhuǎn)子磁通勢相對定子的轉(zhuǎn)速總為同步速，以使磁通勢平衡方程式成立。

折算前后轉(zhuǎn)子磁通勢的幅值和幅角應(yīng)保持不變，

即轉(zhuǎn)子電流的幅值和幅角不變。折算前的轉(zhuǎn)子電流結(jié)論：將轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時的改為靜止時，同時

將

改為，就可將旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子用一個等效

的靜止的轉(zhuǎn)子代替。頻率折算后的等效電路繞組折算：折算目的：用一個相數(shù)和有效匝數(shù)與定子繞組相同的

轉(zhuǎn)子代替實(shí)際的轉(zhuǎn)子。繞組折算后的等效電路折算前后轉(zhuǎn)子的磁通勢不變稱為電流比。折算后的轉(zhuǎn)子相電流：折算后的轉(zhuǎn)子相電動勢：稱為電動勢比。折算前：折算后：折算后的轉(zhuǎn)子阻抗：折算前后轉(zhuǎn)子繞組的有功和無功功率不變稱為阻抗比。(3)型等效電路：因?yàn)?<s<1，轉(zhuǎn)子電阻由變?yōu)?，相?dāng)于轉(zhuǎn)子電路串入了一個附加電阻：(4)簡化等效電路：定子繞組的漏阻抗很小折算前后的基本方程式折算前折算后相量圖第六節(jié)、三相