電機(jī)學(xué)第三篇課件 異步電機(jī)

1、第三篇 異步電機(jī)感應(yīng)電機(jī)主要用作電動(dòng)機(jī)，應(yīng)用最廣泛最廣泛的一種電動(dòng)機(jī)，廠礦企業(yè)，交通工具，娛樂，科研，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，日常生活都離不開異步電動(dòng)機(jī)。交流電機(jī)可分為異步電機(jī)和同步電機(jī)兩大類。三相異步電機(jī)也稱為三相感應(yīng)電機(jī)類型類型：異步電機(jī)主要分為：鼠籠式鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)，繞線繞線式式異步電動(dòng)機(jī)和各種控制用電動(dòng)機(jī)控制用電動(dòng)機(jī)三大類。感應(yīng)電機(jī)分類按定子繞組供電電源相數(shù)按轉(zhuǎn)子繞組的結(jié)構(gòu)單相單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)三相三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)兩相兩相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)異步電機(jī)鼠籠式鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)繞線式繞線式異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，堅(jiān)固，成本低，運(yùn)行性能不如繞線式通過外串電阻改善電機(jī)的起動(dòng)，調(diào)速等性能三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)定

2、子鐵心定子沖片定子線圈鐵心和機(jī)座鼠籠轉(zhuǎn)子鼠籠轉(zhuǎn)子照片繞線轉(zhuǎn)子照片感應(yīng)電機(jī)銘牌銘牌銘牌：型號(hào)，額定值，繞組聯(lián)結(jié)方式，生產(chǎn)廠家等 型號(hào)：Y132S-4,Y-異步電動(dòng)機(jī)；132-機(jī)座中心高度132mm，S-短鐵心；4-極數(shù)。 額定值:正常運(yùn)行時(shí)的主要數(shù)據(jù)指標(biāo)。 繞組聯(lián)結(jié)方式：接法或者Y接法。 感應(yīng)電機(jī)額定值 額定電壓UN： (V)，額定運(yùn)行時(shí)，規(guī)定加在定子繞組上的線電壓；線電壓； 額定電流IN： (A),額定運(yùn)行時(shí)，規(guī)定加在定子繞組上的線電流；線電流； 額定功率PN： (kW),額定運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)的輸出功率；輸出功率； 額定轉(zhuǎn)速n： (r/min),額定運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速；轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速； 額定頻率

3、fN： (Hz)，規(guī)定的電源頻率電源頻率(50Hz)； 額定效率、額定功率因數(shù)等cos3cos3NNNNNIUIUP感應(yīng)電機(jī)的基本工作原理1.電生磁：三相對稱繞組建立的磁場感應(yīng)電機(jī)的基本工作原理2. 動(dòng)磁生電： 轉(zhuǎn)子繞組的導(dǎo)體處于旋轉(zhuǎn)磁場中 轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割磁力線，并產(chǎn)生感應(yīng)電勢，判斷感應(yīng)電勢方向。 轉(zhuǎn)子導(dǎo)體通過端環(huán)自成閉路，并通過感應(yīng)電流。3. 電磁力定律 感應(yīng)電流與旋轉(zhuǎn)磁場相互作用產(chǎn)生電磁力，判斷電磁力的方向。 電磁力作用在轉(zhuǎn)子上將產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，并驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。 同步轉(zhuǎn)速的概念：電源頻率f=50Hz,旋轉(zhuǎn)磁勢的轉(zhuǎn)速為某些固定值，如二極電機(jī)為3000r/min;這些固定的轉(zhuǎn)速叫同步轉(zhuǎn)速。同步轉(zhuǎn)速

4、主磁通和漏磁通基波旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生的經(jīng)過氣隙，同時(shí)匝鏈定子和轉(zhuǎn)子繞組的磁通叫主磁通。 轉(zhuǎn)子繞組切割主磁通并在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生感應(yīng)電流； 感應(yīng)的轉(zhuǎn)子電流在磁場中受到電磁力的作用而形成驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，使電機(jī)旋轉(zhuǎn)。諧波磁動(dòng)勢建立的諧波磁場也匝鏈定轉(zhuǎn)子， 但是對轉(zhuǎn)子的作用不會(huì)產(chǎn)生有效的轉(zhuǎn)矩， 定子繞組產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢的頻率與基波頻率一致， 影響定子回路的電壓平衡， 作為漏磁場處理。116060fnpnpf主磁通轉(zhuǎn)差率 切割磁力線是產(chǎn)生轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流和電磁轉(zhuǎn)矩的必要條件。 轉(zhuǎn)子必須與旋轉(zhuǎn)磁場保持一定的速度差，才可能切割磁力線。 旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速用n1表示，稱為同步轉(zhuǎn)速；轉(zhuǎn)子的實(shí)際轉(zhuǎn)速用n表示，轉(zhuǎn)差n=n1-n。 轉(zhuǎn)差率是異

5、步電動(dòng)機(jī)的一個(gè)基本變量，在分析異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)有著重要的地位。 11nnns轉(zhuǎn)差率： 起動(dòng)瞬間，n = 0,s=1 理想空載運(yùn)行時(shí)：n=n1,s=0 作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，s 的范圍在0-1之間。 轉(zhuǎn)差率一般很小，如 s = 0.03。 制動(dòng)運(yùn)行時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩方向與轉(zhuǎn)速方向相反，即n1與n反向，s1 發(fā)電運(yùn)行時(shí)，n 高于同步轉(zhuǎn)速n1, s0. S值與電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的關(guān)系異步電動(dòng)機(jī)電勢平衡方程式1、定子繞組電勢平衡方程式定子繞組接到交流電源上，與電源電壓相平衡的電勢（壓降）包括：主電勢、漏磁電勢和電阻壓降。 主電勢（感應(yīng)電勢）： 定子繞組通入三相對稱交流電流時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的主磁通，同時(shí)被定子繞組和轉(zhuǎn)子

6、繞組切割，并在其中產(chǎn)生感應(yīng)電勢。 定子繞組感應(yīng)電勢的有效值： 1111144.4wkNfE漏磁電勢（漏抗壓降） 定子漏磁通：僅與定子繞組相匝鏈。 漏抗壓降： 電阻壓降： 定子電勢平衡方程式： 111XI jE11IR11111111)(IZEIjXREU轉(zhuǎn)子繞組的感應(yīng)電勢 轉(zhuǎn)子繞組切割主磁通的轉(zhuǎn)速 主磁通以同步速度旋轉(zhuǎn) 轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)速n旋轉(zhuǎn) 轉(zhuǎn)子繞組導(dǎo)體切割主磁通的相對轉(zhuǎn)速為(n1-n)=sn1 轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電勢的頻率： 公式： 結(jié)論：由于s很小，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢頻率很低。0.5-3Hz 1111126060)(sfpnnnnnnpf2、轉(zhuǎn)子繞組的電勢及電流3、磁勢平方程式pkINmFwmm1119

7、 .02理想空載運(yùn)行時(shí)，激磁磁勢全部由定子磁勢F1提供，即：FmF1負(fù)載運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子繞組中有電流I2流過，產(chǎn)生一個(gè)同步旋轉(zhuǎn)磁勢F2，為了保持Fm不變，定子磁勢F1除了提供激磁磁勢Fm 外，還必須抵消轉(zhuǎn)子磁勢F2的影響，即：mmFFFFFF)(211異步電動(dòng)機(jī)的磁勢平衡方程： miwwmwwwmIIkIIkNmkNmIIpkNmIpkNmIpkNmFFF21211122211112222111121 ;9 . 029 . 029 . 02 ; 結(jié)論：理想空載運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子電流為0，定子電流等于激磁電流；負(fù)載時(shí)，定子電流隨負(fù)載增大而增大。感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的等效電路等效電路法是分析異步電動(dòng)機(jī)的重要手段。在異

8、步電動(dòng)機(jī)中，作等效電路遇到的兩大障礙是：(1)定轉(zhuǎn)子電路的頻率不相同；(2)定轉(zhuǎn)子邊的相數(shù)，匝數(shù)，繞組系數(shù)等不相等。一、頻率折算 轉(zhuǎn)差率為s的異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電路頻率：1111126060)(sfpnnnnnnpf轉(zhuǎn)子靜止時(shí)s=1；則轉(zhuǎn)子頻率等于定子頻率。頻率折算既是用靜止的轉(zhuǎn)子代替旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子。 頻率折算后，希望磁勢平衡不變，即轉(zhuǎn)子電流不變。222222222jXsREjsXREsZEIss等效圖異步電動(dòng)機(jī)方程式22222222XjsRIEkkXjkskRIkkEeieiie經(jīng)過頻率折算和繞組折算后異步電動(dòng)機(jī)的方程式折算后轉(zhuǎn)子電路方程式：mmmmmmRZIjXRIEIIIXjsRIEEjXIEU

9、)(;);(1212221211111T形等效電路簡化等效電路四、相量圖 異步電動(dòng)機(jī)的相量圖類似于變壓器相量圖,從轉(zhuǎn)子電路方程出發(fā)可以一步一步作出異步電機(jī)相量圖。2E22IXj2I22IsR1mI2I1I1E11IjX1U11IR功率平衡和轉(zhuǎn)矩平衡關(guān)系一、功率平衡方程式功率變換和傳遞是電動(dòng)機(jī)的主要功用,結(jié)合等效電路分析異步電動(dòng)機(jī)功率流向。異步電動(dòng)機(jī)從電源獲取電功率，即輸入功率：11111cosIUmP 此一功率首先通過定子繞組，產(chǎn)生定子銅耗：12111RImpcu 此功率產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場掠過定轉(zhuǎn)子鐵心，產(chǎn)生鐵耗。定子鐵心與旋轉(zhuǎn)磁場相對轉(zhuǎn)速為n1較大，轉(zhuǎn)子鐵心與旋轉(zhuǎn)磁場相對轉(zhuǎn)速為sn1較小，故鐵耗

10、主要為定子鐵耗：mmFeRImp21 剩余功率將通過氣隙磁場感應(yīng)到轉(zhuǎn)子繞組，此一功率稱為電磁功率。222111cosIEmppPPFecuem功率傳遞（1） 電磁功率首先提供轉(zhuǎn)子銅耗；22212IRmpcu 剩余的電磁功率全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械功率；22211IRssmP 機(jī)械功率一部分克服機(jī)械損耗和附加損耗)%35 . 0(NadPpp 其余功率為輸出的機(jī)械功率adppPP2 異步電動(dòng)機(jī)的功率平衡方程式：pPpppppPPadcuFecu12112功率傳遞（2）功率傳遞（3）異步電機(jī)的功率和損耗在T型等效電路中的反映如圖所示。流程圖幾個(gè)重要的關(guān)系1222211 ;nns)(PP s;PP IsRmP

11、emememP1PemP2pcu_spFepcu_rp P 轉(zhuǎn)矩平衡方程轉(zhuǎn)矩由機(jī)械功率產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩平衡方程為adppPP2022)(TTTppPPadPPTemem1異步電動(dòng)機(jī)工作特性分析異步電動(dòng)機(jī)的工作特性是指在額定電壓及額定頻率下，電動(dòng)機(jī)的主要物理量（轉(zhuǎn)速、定子電流、電磁轉(zhuǎn)矩、功率因數(shù)及效率等）隨輸出功率變化的關(guān)系曲線。 利用等值電路來計(jì)算工作特性。1。 轉(zhuǎn)差率特性隨著負(fù)載功率的增加，電磁功率增加， 轉(zhuǎn)子電流需要增大，故轉(zhuǎn)差率隨輸出功率增大而增大。轉(zhuǎn)差率sP2空載時(shí)電流很小，隨著負(fù)載電流增大，電機(jī)的輸入電流增大。二、定子電流特性 I1f（P2）)(21IIIm三、電磁轉(zhuǎn)矩特性 Tf（P2） 轉(zhuǎn)

12、速的變換范圍很小，從空載到滿載，轉(zhuǎn)速略有下降 異步電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩22PT 轉(zhuǎn)矩曲線為一個(gè)上翹的曲線。電磁轉(zhuǎn)矩T電流I1P2電流、電磁轉(zhuǎn)矩特性四、定子功率因數(shù) 空載時(shí)，定子電流基本上用來產(chǎn)生主磁通，有功功率很小，功率因數(shù)也很低； 隨著負(fù)載電流增大，輸入電流中的有功分量也增大，功率因數(shù)逐漸升高； 在額定功率附近，功率因數(shù)達(dá)到最大值。 如果負(fù)載繼續(xù)增大，則導(dǎo)致轉(zhuǎn)子漏電抗增大（漏電抗與頻率正比），從而引起功率因數(shù)下降。P2功率因數(shù)cos1定子功率因數(shù)特性五、效率特性adFecucupppppPP2122其中銅耗隨著負(fù)載的變化而變化（與負(fù)載電流的平方正比）；鐵耗和機(jī)械損耗近似不變； 可變損耗等于不變損

13、耗時(shí)，電機(jī)達(dá)到最大效率。 異步電動(dòng)機(jī)額定效率載74-94%之間；最大效率發(fā)生在(0.7-1.0)倍額定效率處效率P2轉(zhuǎn)差率s功率因數(shù)cos1電流I1電磁轉(zhuǎn)矩T效率特性異步電動(dòng)機(jī)的參數(shù)測定要計(jì)算工作特性， 事先要知道電機(jī)參數(shù)。 和變壓器一樣， 通過做空載和短路試驗(yàn)， 求出 、 、 、 、 和 。1r1x2r2xmrmx一、空載實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簻y定Zm（rm+jxm)、鐵耗pFe和機(jī)械損耗；方法： 在額定頻率下， 轉(zhuǎn)子軸端不帶負(fù)載， 用調(diào)壓器調(diào)節(jié)電源電壓， 使定子端電壓從1.2UN開始降落， 直至速度降落， 電流回升。 測定：相電壓U1、空載相電流I0、空載輸入總功率P0。計(jì)算：畫出 和)(10UfI )(10UfP mecFemecFepprmIPPpprmIP120001200 pFe的大小近似地與外施電壓的平方成正比， 即21UpFe pmec僅與轉(zhuǎn)速有關(guān)， pmec近似為常值； 關(guān)系曲線基波是一條直線；延長直線與縱軸相交， 交點(diǎn)以下部分， 即為機(jī)械損耗pmec， 額定電壓時(shí)的鐵耗即可從圖中對應(yīng)的 點(diǎn)求取。)(210UfP 21NU21U0Pmecp空載試驗(yàn)又， 空載運(yùn)行時(shí)， 02I , , 20