電力拖動與運動控制課件6三相交流異步電動機

電力拖動與運動控制課件6三相交流異步電動機2023/12/27電力拖動與運動控制課件6三相交流異步電動機交流電動機的分類感應(yīng)電動機2023/12/272電力拖動與運動控制課件6三相交流異步電動機三相交流異步電動機的主要內(nèi)容結(jié)構(gòu)工作原理和轉(zhuǎn)動原理

工作原理轉(zhuǎn)動原理空載運行

電磁關(guān)系定子電壓平衡關(guān)系負(fù)載運行

電磁關(guān)系轉(zhuǎn)子繞組各電磁量特點磁動勢平衡方程電壓平衡方程式重點內(nèi)容2023/12/273電力拖動與運動控制課件6三相交流異步電動機三相交流異步電動機的主要內(nèi)容等效電路

頻率折算繞組折算T型等效電路功率和電磁轉(zhuǎn)矩

功率平衡方程式轉(zhuǎn)矩平衡方程式機械特性

固有機械特性人為機械特性2023/12/274電力拖動與運動控制課件6三相交流異步電動機三相交流異步電動機的主要內(nèi)容啟動和制動

鼠籠型異步電動機的啟動繞線型異步電動機的啟動異步電動機的電氣制動交流調(diào)速的基本方法

變極對數(shù)調(diào)速變轉(zhuǎn)差率調(diào)速變頻調(diào)速2023/12/275電力拖動與運動控制課件6三相交流異步電動機三相交流異步電動機的結(jié)構(gòu)保護(hù)和固定定子繞組防護(hù)，支撐轉(zhuǎn)子支撐轉(zhuǎn)子軸固定轉(zhuǎn)子保護(hù)和固定繞組引出端通風(fēng)冷卻電動機起吊搬抬電動機2023/12/276電力拖動與運動控制課件6三相交流異步電動機三相交流異步電動機的結(jié)構(gòu)2023/12/277電力拖動與運動控制課件6三相交流異步電動機三相交流異步電動機的結(jié)構(gòu)——定子繞組定子鐵心：參與電動機磁路嵌放定子線圈定子繞組：三個彼此獨立的繞組空間相差120°電角度2023/12/278電力拖動與運動控制課件6三相交流異步電動機三相交流異步電動機的結(jié)構(gòu)——定子繞組接線方式星形連接三角形連接1111222233334444555566662023/12/279電力拖動與運動控制課件6三相交流異步電動機三相交流異步電動機的結(jié)構(gòu)——轉(zhuǎn)子繞組繞線式轉(zhuǎn)子繞組接線示意圖鼠籠式轉(zhuǎn)子繞組三相，一般接成星形各相引出線連到滑環(huán)上，滑環(huán)套在轉(zhuǎn)軸上并與之絕緣，通過電刷與外電路相連有可能在轉(zhuǎn)子電路中串接電阻，改善電動機運行性能2023/12/2710電力拖動與運動控制課件6三相交流異步電動機三相交流異步電動機的結(jié)構(gòu)——轉(zhuǎn)子繞組銅條轉(zhuǎn)子鑄鋁轉(zhuǎn)子2023/12/2711電力拖動與運動控制課件6三相交流異步電動機三相交流異步電動機的銘牌參數(shù)

額定功率PN：滿負(fù)載運行時三相電動機軸上輸出的機械功率

額定電壓UN：接到電動機繞組上的線電壓

額定電流IN：三相電動機在額定電源電壓下，輸出額定功率時，流入定子繞組的線電流

額定頻率fN：電動機所接交流電源每秒鐘內(nèi)周期變化的次數(shù)

額定轉(zhuǎn)速nN：三相電動機在額定工作情況下運行時每分鐘的轉(zhuǎn)速，一般略小于對應(yīng)的同步轉(zhuǎn)速其它包括：型號、絕緣等級、定額、接法、防護(hù)等級2023/12/2712電力拖動與運動控制課件6三相交流異步電動機三相交流異步電動機的主要內(nèi)容

結(jié)構(gòu)

工作原理和轉(zhuǎn)動原理空載運行負(fù)載運行等效電路功率和電磁轉(zhuǎn)矩機械特性啟動和制動調(diào)速2023/12/2713電力拖動與運動控制課件6三相交流異步電動機三相交流異步電動機的工作原理三相異步電動機之所以會旋轉(zhuǎn)，是因為電動機氣隙內(nèi)有一個旋轉(zhuǎn)磁場氣隙要保證定子繞組通電后空間形成對稱磁勢和電勢定子繞組相序2023/12/2714電力拖動與運動控制課件6三相交流異步電動機三相交流異步電動機的工作原理兩極旋轉(zhuǎn)磁場示意圖三相電流波形2023/12/2715電力拖動與運動控制課件6三相交流異步電動機三相交流異步電動機的工作原理2023/12/2716電力拖動與運動控制課件6三相交流異步電動機定子繞組的連接形成一對磁極時，電流變化一個周期，旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)動一圈若有p對磁極，交流電流每變化一個周期，旋轉(zhuǎn)磁場在空間中轉(zhuǎn)動1/p圈三相交流異步電動機的工作原理如何改變旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向？最簡單的方法：改變?nèi)嘟涣麟娏鞯耐ㄈ敕较騽赢嬔菔?023/12/2717電力拖動與運動控制課件6三相交流異步電動機三相交流異步電動機的工作原理同步轉(zhuǎn)速2023/12/2718電力拖動與運動控制課件6三相交流異步電動機異步電動機靠電磁感應(yīng)作用工作，其轉(zhuǎn)子電流感應(yīng)產(chǎn)生，故異步電動機又稱為感應(yīng)電動機轉(zhuǎn)動原理概述三相交流異步電動機的轉(zhuǎn)動原理2023/12/2719電力拖動與運動控制課件6三相交流異步電動機三相交流異步電動機的轉(zhuǎn)動原理異步電動機名稱的來歷2023/12/2720電力拖動與運動控制課件6三相交流異步電動機三相交流異步電動機的轉(zhuǎn)動原理轉(zhuǎn)差率動畫演示2023/12/2721電力拖動與運動控制課件6三相交流異步電動機三相交流異步電動機的轉(zhuǎn)動原理動畫演示2023/12/2722電力拖動與運動控制課件6三相交流異步電動機三相交流異步電動機的主要內(nèi)容

結(jié)構(gòu)工作原理和轉(zhuǎn)動原理

空載運行負(fù)載運行等效電路功率和電磁轉(zhuǎn)矩機械特性啟動和制動調(diào)速2023/12/2723電力拖動與運動控制課件6三相交流異步電動機下標(biāo)s表示轉(zhuǎn)差率為s時物理量的情況下標(biāo)1表示定子下標(biāo)2表示轉(zhuǎn)子三相交流異步電動機的空載運行1.電磁關(guān)系2023/12/2724電力拖動與運動控制課件6三相交流異步電動機三相交流異步電動機的空載運行1.電磁關(guān)系轉(zhuǎn)子漏磁通參見負(fù)載運行電磁關(guān)系2023/12/2725電力拖動與運動控制課件6三相交流異步電動機三相交流異步電動機的空載運行1.電磁關(guān)系異步電動機空載運行時的電磁關(guān)系示意圖2023/12/2726電力拖動與運動控制課件6三相交流異步電動機三相交流異步電動機的空載運行2.定子電壓平衡關(guān)系2023/12/2727電力拖動與運動控制課件6三相交流異步電動機三相交流異步電動機的空載運行2.定子電壓平衡關(guān)系2023/12/2728電力拖動與運動控制課件6三相交流異步電動機三相交流異步電動機的空載運行2.定子電壓平衡關(guān)系2023/12/2729電力拖動與運動控制課件6三相交流異步電動機三相交流異步電動機的空載運行2.定子電壓平衡關(guān)系2023/12/2730電力拖動與運動控制課件6三相交流異步電動機三相交流異步電動機的空載運行2.定子電壓平衡關(guān)系2023/12/2731電力拖動與運動控制課件6三相交流異步電動機三相交流異步電動機的主要內(nèi)容

結(jié)構(gòu)工作原理和轉(zhuǎn)動原理空載運行

負(fù)載運行等效電路功率和電磁轉(zhuǎn)矩機械特性啟動和制動調(diào)速2023/12/2732電力拖動與運動控制課件6三相交流異步電動機三相交流異步電動機的負(fù)載運行三相異步電動機負(fù)載運行時，軸上機械負(fù)載轉(zhuǎn)矩增加，原空載電磁轉(zhuǎn)矩?zé)o法平衡負(fù)載轉(zhuǎn)矩。電動機開始降速，旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子之間的相對運動速度加大。轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢增加，轉(zhuǎn)子電流和電磁轉(zhuǎn)矩增加。當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩增加到與負(fù)載轉(zhuǎn)矩和空載轉(zhuǎn)矩相平衡時，電動機以低于空載時的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運行2023/12/2733電力拖動與運動控制課件6三相交流異步電動機三相交流異步電動機的負(fù)載運行1.電磁關(guān)系2023/12/2734電力拖動與運動控制課件6三相交流異步電動機三相交流異步電動機的負(fù)載運行1.電磁關(guān)系動畫演示動畫演示2023/12/2735電力拖動與運動控制課件6三相交流異步電動機三相交流異步電動機的負(fù)載運行1.電磁關(guān)系異步電動機負(fù)載運行時的電磁關(guān)系示意圖Backto電壓平衡方程式動畫演示2023/12/2736電力拖動與運動控制課件6三相交流異步電動機三相交流異步電動機的負(fù)載運行２.轉(zhuǎn)子各電磁量特點轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n或轉(zhuǎn)差率s隨負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化，s的變化會引起電動機內(nèi)部許多物理量的變化2023/12/2737電力拖動與運動控制課件6三相交流異步電動機三相交流異步電動機的負(fù)載運行２.轉(zhuǎn)子各電磁量特點2023/12/2738電力拖動與運動控制課件6三相交流異步電動機三相交流異步電動機的負(fù)載運行３.磁動勢平衡方程2023/12/2739電力拖動與運動控制課件6三相交流異步電動機三相交流異步電動機的負(fù)載運行４.電壓平衡方程式電磁關(guān)系示意圖2023/12/2740電力拖動與運動控制課件6三相交流異步電動機三相交流異步電動機的主要內(nèi)容

結(jié)構(gòu)工作原理和轉(zhuǎn)動原理空載運行負(fù)載運行

等效電路功率和電磁轉(zhuǎn)矩機械特性啟動和制動調(diào)速2023/12/2741電力拖動與運動控制課件6三相交流異步電動機目的：將轉(zhuǎn)子電路與定子電路作直接的電的連接原則：不改變定子繞組的物理量（定子電動勢、定子電流、定子側(cè)功率因數(shù)等）且轉(zhuǎn)子電路對定子電路的影響不變（折算前后轉(zhuǎn)子磁動勢和各功率不變）具體操作：

轉(zhuǎn)子頻率折算＋轉(zhuǎn)子繞組折算三相交流異步電動機的等效電路2023/12/2742電力拖動與運動控制課件6三相交流異步電動機將頻率為f2的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子電路折算為與定子頻率f1相同的等效靜止轉(zhuǎn)子電路三相交流異步電動機的等效電路１.頻率折算轉(zhuǎn)子折算值加

/

表示2023/12/2743電力拖動與運動控制課件6三相交流異步電動機三相交流異步電動機的等效電路１.頻率折算經(jīng)過頻率折算后的異步電動機的電路示意圖2023/12/2744電力拖動與運動控制課件6三相交流異步電動機方法： 人為地用一個相數(shù)、每相串聯(lián)匝數(shù)以及繞組系數(shù)和定子繞組一樣的繞組代替相數(shù)為m2，每相串聯(lián)匝數(shù)為N2，繞組系數(shù)為KN2且經(jīng)過頻率折算的轉(zhuǎn)子繞組。原則： 保證折算前后轉(zhuǎn)子對定子的電磁效應(yīng)不變，即轉(zhuǎn)子的磁動勢、總的視在功率、銅耗以及轉(zhuǎn)子漏磁場儲能均保持不變?nèi)嘟涣鳟惒诫妱訖C的等效電路２.繞組折算2023/12/2745電力拖動與運動控制課件6三相交流異步電動機三相交流異步電動機的等效電路２.繞組折算2023/12/2746電力拖動與運動控制課件6三相交流異步電動機三相交流異步電動機的等效電路２.繞組折算2023/12/2747電力拖動與運動控制課件6三相交流異步電動機三相交流異步電動機的等效電路２.繞組折算2023/12/2748電力拖動與運動控制課件6三相交流異步電動機三相交流異步電動機的等效電路２.繞組折算2023/12/2749電力拖動與運動控制課件6三相交流異步電動機三相交流異步電動機的等效電路２.繞組折算經(jīng)過繞組折算后的異步電動機的電路示意圖2023/12/2750電力拖動與運動控制課件6三相交流異步電動機Ｔ型等效電路三相交流異步電動機的等效電路３.Ｔ型等效電路反映F1反映F2反映Fm2023/12/2751電力拖動與運動控制課件6三相交流異步電動機三相交流異步電動機的等效電路３.Ｔ型等效電路2023/12/2752電力拖動與運動控制課件6三相交流異步電動機三相交流異步電動機的等效電路３.Ｔ型等效電路簡化等效電路2023/12/2753電力拖動與運動控制課件6三相交流異步電動機三相交流異步電動機的主要內(nèi)容

結(jié)構(gòu)工作原理和轉(zhuǎn)動原理空載運行負(fù)載運行等效電路

功率和電磁轉(zhuǎn)矩機械特性啟動和制動調(diào)速2023/12/2754電力拖動與運動控制課件6三相交流異步電動機三相交流異步電動機的功率和電磁轉(zhuǎn)矩１.功率平衡方程式異步電動機的功率流圖2023/12/2755電力拖動與運動控制課件6三相交流異步電動機三相交流異步電動機的功率和電磁轉(zhuǎn)矩１.功率平衡方程式2023/12/2756電力拖動與運動控制課件6三相交流異步電動機三相交流異步電動機的功率和電磁轉(zhuǎn)矩１.功率平衡方程式2023/12/2757電力拖動與運動控制課件6三相交流異步電動機三相交流異步電動機的功率和電磁轉(zhuǎn)矩１.功率平衡方程式2023/12/2758電力拖動與運動控制課件6三相交流異步電動機三相交流異步電動機的功率和電磁轉(zhuǎn)矩２.轉(zhuǎn)矩平衡方程式物理表達(dá)式2023/12/2759電力拖動與運動控制課件6三相交流異步電動機三相交流異步電動機的主要內(nèi)容

結(jié)構(gòu)工作原理和轉(zhuǎn)動原理空載運行負(fù)載運行等效電路功率和電磁轉(zhuǎn)矩

機械特性啟動和制動調(diào)速2023/12/2760電力拖動與運動控制課件6三相交流異步電動機三相交流異步電動機的機械特性參數(shù)表達(dá)式2023/12/2761電力拖動與運動控制課件6三相交流異步電動機三相交流異步電動機的機械特性１.固有機械特性2023/12/2762電力拖動與運動控制課件6三相交流異步電動機三相交流異步電動機的機械特性１.固有機械特性固有機械特性曲線動畫演示2023/12/2763電力拖動與運動控制課件6三相交流異步電動機三相交流異步電動機的機械特性１.固有機械特性2023/12/2764電力拖動與運動控制課件6三相交流異步電動機三相交流異步電動機的機械特性１.固有機械特性2023/12/2765電力拖動與運動控制課件6三相交流異步電動機三相交流異步電動機的機械特性１.固有機械特性2023/12/2766電力拖動與運動控制課件6三相交流異步電動機三相交流異步電動機的機械特性２.人為機械特性2023/12/2767電力拖動與運動控制課件6三相交流異步電動機三相交流異步電動機的機械特性２.人為機械特性（１）降低電源電壓時的人為機械特性動畫演示2023/12/2768電力拖動與運動控制課件6三相交流異步電動機三相交流異步電動機的機械特性２.人為機械特性（１）降低電源電壓時的人為機械特性2023/12/2769電力拖動與運動控制課件6三相交流異步電動機三相交流異步電動機的機械特性２.人為機械特性（２）轉(zhuǎn)子電路串對稱電阻的人為機械特性在一定范圍內(nèi)增加轉(zhuǎn)子電阻，可以增加電動機啟動轉(zhuǎn)矩2023/12/2770電力拖動與運動控制課件6三相交流異步電動機三相交流異步電動機的機械特性２.人為機械特性實用表達(dá)式2023/12/2771電力拖動與運動控制課件6三相交流異步電動機三相交流異步電動機的主要內(nèi)容

結(jié)構(gòu)工作原理和轉(zhuǎn)動原理空載運行負(fù)載運行等效電路功率和電磁轉(zhuǎn)矩機械特性

啟動和制動調(diào)速2023/12/2772電力拖動與運動控制課件6三相交流異步電動機降壓啟動方式是指在啟動過程中降低其定子繞組端的外加電壓，啟動結(jié)束后再將定子繞組兩端電壓恢復(fù)到額定值。該方法在降低啟動電流的同時也降低了啟動轉(zhuǎn)矩，因此只適用于電動機空載或者輕載啟動三相交流異步電動機的啟動和制動2023/12/2773電力拖動與運動控制課件6三相交流異步電動機三相交流異步電動機的啟動１.鼠籠型異步電動機的啟動2023/12/2774電力拖動與運動控制課件6三相交流異步電動機三相交流異步電動機的啟動１.鼠籠型異步電動機的啟動優(yōu)點：不受電動機定子繞組接法形式的限制缺點：啟動電阻使設(shè)備體積增大，電能損耗大定子繞組串電抗或電阻降壓啟動線路2023/12/2775電力拖動與運動控制課件6三相交流異步電動機三相交流異步電動機的啟動１.鼠籠型異步電動機的啟動定子繞組串自耦變壓器降壓啟動線路優(yōu)點：啟動性能好；缺點：線路相對復(fù)雜，設(shè)備體積大利用自耦變壓器將電源電壓降低后再加到電動機定子繞組端，達(dá)到減小啟動電流的目的2023/12/2776電力拖動與運動控制課件6三相交流異步電動機三相交流異步電動機的啟動２.繞線型異步電動機的啟動繞線型異步電動機轉(zhuǎn)子可以通過滑環(huán)和電刷串接外加電阻，而增加轉(zhuǎn)子串接電阻可以減小啟動電流并且提高電動機的啟動轉(zhuǎn)矩2023/12/2777電力拖動與運動控制課件6三相交流異步電動機三相交流異步電動機的啟動２.繞線型異步電動機的啟動為了獲取較平滑的啟動過程，將啟動電阻分級，在啟動過程中逐級切除繞線型異步電動機轉(zhuǎn)子串電阻啟動原理圖及機械特性2023/12/2778電力拖動與運動控制課件6三相交流異步電動機三相交流異步電動機的主要內(nèi)容

結(jié)構(gòu)工作原理和轉(zhuǎn)動原理空載運行負(fù)載運行等效電路功率和電磁轉(zhuǎn)矩機械特性啟動和制動

調(diào)速2023/12/2779電力拖動與運動控制課件6三相交流異步電動機交流調(diào)速的基本方法2023/12/2780電力拖動與運動控制課件6三相交流異步電動機變極調(diào)速是在定子頻率一定時，改變定子的極對數(shù)來改變同步轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到調(diào)速目的。變極方法：1.電動機運行時改變定子繞組接線方式2.定子上獨立纏繞2~3套極對數(shù)不同的繞組優(yōu)點：設(shè)備簡單，操作方便，機械特性較硬，效率高既適用于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，又適用于恒功率調(diào)速缺點：有級調(diào)速，只適用于鼠籠型異步電動機交流調(diào)速的基本方法1.變極對數(shù)調(diào)速2023/12/2781電力拖動與運動控制課件6三相交流異步電動機交流調(diào)速的基本方法2.變轉(zhuǎn)差率調(diào)速（1）轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速特點：1.同步轉(zhuǎn)速不變，最大轉(zhuǎn)矩也不變；2.串接電阻越大，機械特性越軟；3.調(diào)速時如果定子電壓不變，電動機主磁通不變；4.若保持轉(zhuǎn)子電流為額定值，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速缺點：效率低，有級調(diào)速，調(diào)速精度差2023/12/2782電力拖動與運動控制課件6三相交流異步電動機交流調(diào)速的基本方法2.變轉(zhuǎn)差率調(diào)速（2）定子調(diào)壓調(diào)速特點：1.同步轉(zhuǎn)速不變，最大轉(zhuǎn)矩對應(yīng)的轉(zhuǎn)差率也不變；2.轉(zhuǎn)矩與定子電壓平方成正比；3.定子電壓越低，機械特性越軟；4.可實現(xiàn)平滑的無級調(diào)速；5.既非恒功率調(diào)速，又非恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速低速時效率低，更適用于風(fēng)機水泵類負(fù)載2023/12/2783電力拖動與運動控制課件6三相交流異步電動機交流調(diào)速的基本方法2.變轉(zhuǎn)差率調(diào)速（3）串極調(diào)速原理框圖2023/12/2784電力拖動與運動控制課件6三相交流異步電動機交流調(diào)速的基本方法2.變轉(zhuǎn)差率調(diào)速（3）串極調(diào)速在轉(zhuǎn)子上串入與轉(zhuǎn)子電動勢同頻率的附加電動勢，并通過改變其幅值和相位來實現(xiàn)調(diào)速，同時將轉(zhuǎn)差功率返回到電源。優(yōu)點：效率高，機械特性較硬，可實現(xiàn)無級平滑調(diào)速缺點：功率因數(shù)較低2023/12/2785電力拖動與運動控制課件6三相交流異步電動機變頻調(diào)速系統(tǒng)原理框圖控制器逆變器電壓/電流檢測轉(zhuǎn)速/位置檢測給定M3～～交流調(diào)速的基本方法3.變頻調(diào)速優(yōu)點：不同轉(zhuǎn)速時轉(zhuǎn)差率不變，轉(zhuǎn)差損耗小，機械特性硬，調(diào)速范圍寬，調(diào)速精度高缺點：變頻裝置成本較高，變頻調(diào)速原理較復(fù)雜2023/12/2786電力拖動與運動控制課件6三相交流異步電動機交流調(diào)速的基本方法3.變頻調(diào)速變頻調(diào)速機械特性曲線2023/12/2787電力拖動與運動控制課件6三相交流異步電動機調(diào)速方法的比較電力拖動與運動控制課件6三相交流異步電動機交流調(diào)速的基本方法3.變頻調(diào)速變頻調(diào)速方法2023/12/2789電力拖動與運動控制課件6三相交流異步電動機本章小結(jié)三相異步電動機是靠電磁感應(yīng)作用來工作的，其轉(zhuǎn)子電流是感應(yīng)產(chǎn)生的，故也稱異步電動機為感應(yīng)電動機轉(zhuǎn)差率是異步電動機的重要物理量，它的大小反映了電動機負(fù)載的大小，它的存在是異步電動機旋轉(zhuǎn)的必要條件。轉(zhuǎn)差率的大小可區(qū)分異步電動機的運行狀態(tài)異步電動機按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)不同，分為鼠籠型和繞線型轉(zhuǎn)子異步電動機兩種，它們的定子結(jié)構(gòu)相