交流和直流異步電動機注冊電氣工程師考試講義

1、 三相異步電動機的工作原理一、旋轉磁場1. 旋轉磁場的產(chǎn)生三相電流 三相 繞組 旋轉磁場。三相繞組： W2 W1V2 V1U1 U2 U V WU1U2V1V2W2W1i1 = Imsinti2 = Imsin(t120O)i3 = Imsin(t +120O)tOImi1 i2 i3t = 0O 時i1 = 0，i2 0， i3 0NSU1U2V1V2W2W1NSt = 120o 時i10，i2 = 0，i3 0U1U2V1V2W2W1U1U2V1V2W2W1NSNSt = 240o 時i1 0，i20，i3 = 0t = 360o 時i1= 0，i2 0，i30i 每分鐘變化 (5060)

2、 周n0 = 3000 = 60 f1 (r / min)2. 旋轉磁場的轉速 n0U1U2V1V2W2W1每相繞組由一個線圈組成，p=1U1U2U3U4V1V4V2V3W4W1W2W3NSNS 磁極對數(shù) p p = 2 電流變化一周 旋轉磁場轉半圈 n0 = 1500 當磁極對數(shù) p = 3 時 n0 = 100060 f13=60 f1pn0 =每相繞組由兩個線圈串聯(lián)組成*知識點： f = 50 Hz 時： 1 2 3 4 5 6 3000 1500 1000 750 600 500pn0/(r/min) 3. 旋轉磁場的轉向 ( n0 的轉向) U (i1) V(i2) W(i3) 怎樣

3、改變 n0 的方向 ? V(i1) U(i2) W(i3) 知識點：旋轉磁場轉向取決于相序。二、 工作原理對稱三相繞組通入對稱三相電流旋轉磁場(磁場能量)磁場線切割轉子繞組轉子繞組中產(chǎn)生 e 和 i轉子繞組在磁場中受到電磁力的作用轉子旋轉起來機械負載旋轉起來三相交流電能感應電磁轉矩輸出機械能量發(fā)電過程電動過程知識點：重點明白如何“發(fā)電”、如何“電動”。NSn0定子：n1. 電磁轉矩的產(chǎn)生U1I1Fm1E2I2Fm2Tn轉子：M33M332. 轉子旋轉的方向*轉子與旋轉磁場的轉向相同。正轉反轉知識點：怎樣改變轉子的轉向?nn起動時：n = 0, n = n0轉差率 : 起動時: 額定運行時: 3

4、. 轉子轉速 n 轉子電磁感應最強nn轉子電磁感應消失轉子電磁感應減弱nn n0n n0n = 0，s = 1sN = 0.01 0.09 知識點：p=1,2,3,n典型值s =n0nn0100% 理想空載時: n = n0，s = 0 正常運行時: 0nn0， 1s0異步！知識點 起動時： n = 0，n = n0 ， f2 = f1 。 起動過程中: n n f2 穩(wěn)定運行時：4. 轉子電路電量的變化 f2 = s f1 （知識點：約幾Hz，很低）5. 電磁轉矩 T 的大小T ，I2cos26. 三相異步電機的四象限運行T = CTm I2cos2電動機狀態(tài)：n 與T 同方向 0nn0 1

5、s0nTO發(fā)電機狀態(tài)：n 與T 反方向 nn0 s0制動狀態(tài)： n 與T 反方向 n0 s1反向電動機狀態(tài)4.2 三相異步電機的基本結構一、主要部件1. 定子(1) 定子鐵心(2) 定子繞組(3) 機座和端蓋2. 轉子(1) 轉子鐵心(2) 轉子繞組(3) 轉軸(4) 風扇異步電動機內(nèi)部結構圖 定子鐵心、轉子鐵心：由硅鋼片疊成。定子鐵心轉子鐵心 定子繞組知識點：三相對稱三相繞組。U1 V1 W1W2 U2 V 2 定子接線盒星形(Y)聯(lián)結三角形()聯(lián)結U1 V1 W1W2 U2 V2U1 V1 W1W2 U2 V2U1 V1 W1U2 V2 W2知識點：兩種繞組接法鼠籠式：對稱多相繞組。 轉子

6、繞組知識點：為什么叫感應電動機？ 鼠籠式異步電動機的轉子 繞線式異步電動機的轉子 三相異步電動機的名牌數(shù)據(jù) 1、額定功率pN：指額定運行時輸出機械功率。2、額定電壓U1N：指額定運行狀態(tài)下，定子繞組應加的線電壓。3、額定電流I1N：指額定運行狀態(tài)下，輸出額定功率時，定子繞組中的線電流。4、額定功率fN：工頻規(guī)定為50HZ5、額定轉速nN：指電機在額定運行時的轉速。6、其他：有時還標明功率因數(shù)，效率，溫升，定額接法絕緣等級等. 定子鐵心、轉子鐵心：主磁路的主要部分，為了減少磁滯損耗和渦流損耗，鐵芯由的硅鋼片成。定子鐵心轉子鐵心 定子繞組對稱三相繞組。繞線式：對稱三相繞組。鼠籠式：對稱多相繞組。

7、轉子繞組1. 名詞和符號：(1) 機械角度和電角度NSU1U2U1U3U2U4 轉子轉一圈，U 相繞組中的感應電動勢變化一周。 轉子轉一圈，U 相繞組中的感應電動勢變化兩周。NNSS 定子三相繞組電角度= 機械角度極對數(shù)知識點： 三相電機: 一般，m = 3(3) 極對數(shù) p(4) 槽數(shù) z(5) 槽距角：(6) 極：=p 360 z相鄰兩個槽中心線之間的距離。相鄰兩磁極中心線間的距離。 用槽數(shù)表示： z2 p=(2) 相數(shù) mNSU1U2V1V2W2W1（注意：為電角度）(7) 每極每相槽數(shù) qq =z2 p m2. 交流繞組的種類(1) 按相數(shù)分類: 單相繞組、三相繞組、兩相繞組。NSU1

8、U2V1V2W2W1整距繞組: y = 短距繞組: y 長距繞組: y NSU1U2V1V2W2W1(3) 按每極每相槽數(shù)分類集中繞組：q = 1分布繞組： q1(2) 按線圈節(jié)距分類NSU1U2U3U4U5U6(4) 按每個槽內(nèi)線圈的層數(shù)分類單層繞組雙層繞組NS雙層繞組: 雙層集中繞組外層(上層): U1、U3內(nèi)層(下層): U2、U4U1U2U4U3NSU2U1U4U3 雙層分布繞組外層(上層): U1、U3內(nèi)層(下層): U2、U4 (5) 按線圈之間的聯(lián)結方式分類: 疊繞組、波繞組、同心繞組等。例：求作疊繞組展開圖。 z = 24，p = 2，m = 3，y =。解： 繞組接線步驟如下

9、。(1) 求出 q、y 每極每相槽數(shù)： q =z2 p m=24223= 23. 三相單層繞組槽距角：=p360z= 2 36024= 30線圈節(jié)距： zy =2 p =2422= 6123456789101112131415161718192021222324(2) 畫出 U 相疊繞組。 U1U2U1(1-7)(2-8) 線圈串聯(lián)：(13-19) (14-20) U2 線圈并聯(lián)：U1U2123456789101112131415161718192021222324NSNSN123456789101112131415161718192021222324NSNSNU1U2串聯(lián)1245678910

10、11121314151617181920212223243U1U2W1W2V1V2(3) 畫出三相疊繞組。(用三色) 4. 同心繞組 123456789101112131415161718192021222324SNS例：z = 24，p = 1，q = 4, = 15。U1U2優(yōu)點：下線方便、端部重疊層數(shù)少、散熱好。缺點？兩極小型感應電機。1. 單相繞組的脈振磁通勢 脈振磁場：軸線不變，大小和方向隨時間交變 的磁場。 脈振磁通勢：產(chǎn)生脈振磁場的磁通勢。U1U2NS12Fx = 00fU1U2U1x二、三相繞組的磁通勢U1U3U4U214FSNNSU1U2 與 U3U4串聯(lián):U3U1U2U4U

11、1 脈振磁通勢的幅值: 繞組磁通勢的幅值 = kw N Im=2 kw N I氣隙矩形波磁通勢的幅值2 kw N I=2p氣隙基波磁通勢的幅值2 kw N I=2p4F =0.9 kw N Ip 分布繞組的磁通勢知識點：單相合成磁勢U V W2. 三相繞組的旋轉磁通勢 (幅值)i1 = Imsinti2 = Imsin(t120o )i3 = Imsin(t + 120o )U1 V1 W1U2 V2 W2知識點：三相合成磁勢SNSNSNSNSN旋轉磁通勢波SNSNSNSNSNSN三、基波與高次諧波磁通勢和電動勢 磁極的磁場 = 基波磁場 + 奇次諧波磁場v 次諧波的極對數(shù)：pv = v p1

12、v 次諧波電動勢頻率：f v = v f 1v 次諧波電動勢大?。篍 v = f v kwv Nm v 次諧波的繞組系數(shù)：kwv = kpv ksv 基波極對數(shù) pv 次諧波的短距因數(shù)：v 次諧波的分布因數(shù)：kpv = sin v y90(取正值)ksv=q22sin vq sin v (1) 在同步電機中，諧波磁通勢所產(chǎn)生的磁場在轉子表面產(chǎn)生渦流損耗，使電機發(fā)熱， 。 (2) 在感應電機中，諧波磁場產(chǎn)生寄生轉矩，影響其起動性能；損耗，cos，溫升，。 y = ( 0.8 0.83 ) 諧波電動勢的影響： 使發(fā)動機電動勢波形變壞，供電質量，雜散損耗， ，溫升；輸電線中的高次諧波電流所產(chǎn)生的電磁

13、場干擾鄰近通訊線路。 改善氣隙磁場分布；采用短距繞組和分布繞組。 諧波磁通勢的影響：4.4 三相異步電動機的電動勢和磁通勢平衡方程一、定子電路的電動勢平衡方程 (每相)U1 =E1 + (R1 + jX1 ) I1E1 =j4.44 f 1kw1 N1m =E1 + Z1 I1 定子繞組感應電動勢的頻率： f1 =pn060 與交流電源同頻率。NSU1U2U1U3U2U4NNSSf2=p(n0n)60= s f1 轉子電路的頻率：E2s = 4.44 s f1 kw2N2m 二、轉子電路的電動勢平衡方程 (每相)=p n060n0nn0= sE2 變壓器：U2 = E2Z2I2 異步機：0 =

14、 E2sZ2sI2sE2s = j4.44 f2 kw2N2m 式中：E2 = 4.44 f1 kw2N2m 轉子靜止時的電動勢。X2s = 2f2 L2式中： X2 = 2f1 L2 轉子靜止時的漏電抗。 轉子每相電流：I2s=E2sR2 + jX2s=sE2R2 + jsX2 = 2s f1 L2 X2s = s X2 三、磁通勢平衡方程1. 定子旋轉磁通勢 幅值：F1 =0.9 m1kw1N1 I12p轉向：與三相電流相序一致。轉速： n0 = p60 f12. 轉子旋轉磁通勢 幅值：F2 =0.9 m2kw2N2 I2s2p轉向：與轉子電流的相序一致，即與 定子旋轉磁通勢的旋轉方向一致

15、。轉速： (1) 轉子旋轉磁通勢相對于轉子的轉速： n2 = p60 f2= s n0(2) 轉子旋轉磁通勢相對于定子的轉速： n2 + n= s n0 + (1s) n0= n0 結論：(1) 轉子旋轉磁通勢與定子旋轉磁通勢在空間 是沿同一方向以同一速度旋轉的；(2) 二者組成了統(tǒng)一的合成旋轉磁通勢， 共同產(chǎn)生旋轉磁場。3. 磁通勢平衡方程(1) 理想空載時： I2s = 0， I1 = I0旋轉磁通勢的幅值為：F0 =0.9 m1kw1N1 I02p(2) 負載時：F1 + F2 = F0 m1= m2 ?繞線型異步電動機一定相同。第五章 異步電機的基本理論二 5.1 三相異步電動機的運行

16、分析(等效電路及相量圖） 5.2 三相異步電動機的功率和轉矩 5.3 三相異步電動機的運行特性（工作特性、參數(shù)測定、轉差率與轉矩的關系等） 5.4 單相異步電動機5.1 三相異步電動機的運行分析(等效電路及相量圖)一、等效電路E1I1R1 jX1jX2s R2E2sI2sf1f2+U1m1、 kw1N1 m2、 kw2N21. 頻率折算I2s=sE2R2 + jsX2=E2+ jX2R2 s= I2 實際旋轉的轉子 等效靜止的轉子 F2的轉速 F2的大小F2的空間位置 頻率歸算的物理含義： 用一個靜止的、電阻為 R2 /s 的等效轉子去代替電阻為 R2 的實際旋轉的轉子，等效轉子與實際轉子具有

17、同樣的轉子磁通勢 F2 。 0.9 m2kw2N2 I2s2p0.9 m2kw2N2 I22p n0 n0 取決于電流的相位。i2s 與 i2 的相位相同。 頻率歸算后，定子的所有物理量不變， 定子傳送到轉子的功率也不變。R2s= R2 +1ssR2轉子所產(chǎn)生的機械功率相對應的等效電阻1ssm2R2 I22總機械功率：+U1E1I1R1 jX1f1E21ssR2I2jX2 R2f1m1、 kw1N1 m2、 kw2N22. 繞組折算 用一個相數(shù)和有效匝數(shù)與定子繞組相同的轉子繞組去等效代替實際的轉子繞組。 等效代替：保證電磁效應和所有物理量保持不變。(1) 電動勢的折算： 折算前：E2 = 4.

18、44 f1 kw2N2m 折算后：E2 = E1 = 4.44 f1 kw1N1m 定、轉子的電動勢之比：=kw1N1kw2N2E2E2ke =E1E2=(2) 電流的折算：折算前：折算后：F2 =0.9 m2kw2N2 I22pF2 =0.9 m1kw1N1 I22p= F2E2 = E1 = ke E2 電流比：=m1kw1N1m2kw2N2I2I2ki =0.9 m2kw2N2 I22p=0.9 m1kw1N1 I22pI2kiI2 =(3) 阻抗的折算：折算前：Z2=+ jX2R2s= E2I2折算后：Z2 =+ jX2R2 s= E2I2阻抗比：|Z2|Z2 |kZ =E2 I2E2

19、 I2= ke ki Z2 = kZ Z2 R2 = kZ R2X2 = kZ X2 3. 等效電路及其簡化E1 = E2I1R1 jX11ssR2I2jX2 R2I0RmXm+U1E1 = E2I11ssR2I2I0RmXm+U1R1 jX1 R2 jX2一、功率平衡方程式 1. 輸入功率P1 P1 = 3 U1I1cos15.2 三相異步電動機的功率和轉矩=3 U1LI1Lcos12. 定子銅損耗 PCu1 PCu1 = m1R1I12 = 3R1I123. 鐵損耗 PFe（轉子鐵損耗忽略不計） PFe = m1RmI02 = 3RmI024. 電磁功率PePe = P1PCu1PFePe

20、 = m2 E2 I2cos2 = m1 E2 I2 cos2R2 s= m1 I221ss= m1 R2I2 2 + m1 R2I2 2 5. 轉子銅損耗 PCu2 PCu2 = m2 R2 I22 = m1 R2 I2 2 = s Pe8. 輸出功率 P2 P2 = PmP0 = PePCu2P0 = P1PCu1PFePCu2P06. 總機械功率 PmPm = PePCu21ss Pm = m1 R2I22 = (1s ) Pe7. 空載損耗 P0 P0 = Pme + PadP1PCu1+PFePePCu2P0P2Pm機械損耗附加損耗二、轉矩平衡方程式Pm = P2+ P0T = T2

21、 + T01. 電磁轉矩 TT = PmPe0 = T = 9.55 PmnPen0 = 9.55 2. 空載轉矩 T0T0 = P0P0n = 9.55 3. 輸出轉矩 T2T2 = P2P2n = 9.55 例1： 一臺三相籠型異步電動機，其技術數(shù)據(jù)為： PN = 3 kW，U1N = 380 V， nN = 957 r/min，定子 Y 聯(lián)結，R1 = 2.08 ，X1 = 3.12 ，R2 = 1.525 ，X2 = 4.25 ，Rm = 4.12 ，Xm = 62 ， P0 = 60 W。求 nN 時：(1) I1、I2、cos1；(2) P1、P2、; (3) Pe、T 。 解：n

22、N = 957 r/min n0 = 1000 r/minsN =n0nNn0 Z2 = + jX2 R2sN= 4.12 + j62Zm= Rm + jXm= 35.7 6.83= 62.14 68.2(1) 定子電流：U1Z1 + ZmZ2 I1= = 6.81 36.4A轉子電流：Zm I1Zm + Z2 I2 = = 5.47 9.5A則： I1 = 6.81 A，I2 = 5.47 A勵磁電流：I0 = I1 + I2 = 6.81 36.4o 5.47 9.5o= 3.18 88.56A設：U1 = 220 0V功率因數(shù)：cos1 = cos(36.4)(2) 輸入功率：P1 = 3 U1 I1 cos1 = 3 610 W定、轉子銅損耗：PCu1