三相异步电动机的基本工作原理和结构课件.ppt
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- 三相 异步电动机 基本 工作 原理 结构 课件
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1、第4章 三相异步电动机4.1 4.1 三相异步电动机的基本工作原理和结构三相异步电动机的基本工作原理和结构4.2 4.2 交流电机的绕组交流电机的绕组4.3 4.3 交流电机绕组的感应电动势交流电机绕组的感应电动势4.4 4.4 交流电机绕组的磁动势交流电机绕组的磁动势4.5 4.5 三相异步电动机的空载运行三相异步电动机的空载运行4.6 4.6 三相异步电动机的负载运行三相异步电动机的负载运行4.74.7三相异步电动机的等效电路和相量图三相异步电动机的等效电路和相量图.4.84.8三相异步电动机的功率平衡、转矩平衡三相异步电动机的功率平衡、转矩平衡 三相异步电机主要用作电动机,拖动各种生产机
2、械。结构简单、三相异步电机主要用作电动机,拖动各种生产机械。结构简单、制造、使用和维护方便,运行可靠,成本低,效率高,得以广泛制造、使用和维护方便,运行可靠,成本低,效率高,得以广泛应用。但是,功率因数低、起动和调速性能差。应用。但是,功率因数低、起动和调速性能差。第4章 三相异步电动机4.1三相异步电动机的基本工作原理与结构4.1.14.1.1三相异步电动机的基本结构三相异步电动机的基本结构一、定子部分1.1.定子铁心:由导磁性能很好的硅钢片叠成定子铁心:由导磁性能很好的硅钢片叠成导磁部分。导磁部分。2 2、定子绕组:放在定子铁心内圆槽内、定子绕组:放在定子铁心内圆槽内导电部分。导电部分。3
3、 3、机座:固定定子铁心及端盖,具有较强的机械强度和刚度。、机座:固定定子铁心及端盖,具有较强的机械强度和刚度。二、转子部分1 1、转子铁心:由硅钢片叠成,也是磁路的一部分。、转子铁心:由硅钢片叠成,也是磁路的一部分。2 2、转子绕组转子绕组:1 1)鼠笼式转子:转子铁心的每个槽内插入一)鼠笼式转子:转子铁心的每个槽内插入一根裸导条,形成一个多相对称短路绕组。根裸导条,形成一个多相对称短路绕组。2 2)绕线式转子:转)绕线式转子:转子绕组为三相对称绕组,嵌放在转子铁心槽内。子绕组为三相对称绕组,嵌放在转子铁心槽内。异步电动机的气隙是均匀的。大小为机械条件所能允许达异步电动机的气隙是均匀的。大小
4、为机械条件所能允许达到的最小值。到的最小值。三、气隙第4章 三相异步电动机第4章 三相异步电动机按转子结构分按转子结构分:绕线型异步电动机绕线型异步电动机鼠笼型异步电动机鼠笼型异步电动机继续继续第4章 三相异步电动机下面是它主要部件的拆分图。下面是它主要部件的拆分图。右图是一台三相鼠笼型异步电右图是一台三相鼠笼型异步电动机的外形图。动机的外形图。第4章 三相异步电动机鼠笼型转子鼠笼型转子铁心和绕组铁心和绕组结构示意图结构示意图三相绕线型三相绕线型转子结构图转子结构图返回第4章 三相异步电动机第4章 三相异步电动机4.1.2 4.1.2 三相异步电动机的基本工作原理三相异步电动机的基本工作原理U
5、2U1W2V1W1V21nn一、转动原理1 1、电生磁、电生磁:三相对称绕组通三相对称绕组通往三相对称电流产生圆形旋转往三相对称电流产生圆形旋转磁场。磁场。2 2、磁生电、磁生电:旋转磁场切割旋转磁场切割转子导体感应电动势和电流。转子导体感应电动势和电流。3 3、电磁力、电磁力:转子载流(有功转子载流(有功分量电流)体在磁场作用下受分量电流)体在磁场作用下受电磁力作用,形成电磁转矩,电磁力作用,形成电磁转矩,驱动电动机旋转,将电能转化驱动电动机旋转,将电能转化为机械能。为机械能。第4章 三相异步电动机二、转差率11nnsn 转差率转差率是异步电机的一个基本物理量,它反映电机的各种是异步电机的一
6、个基本物理量,它反映电机的各种运行情况。运行情况。转子未转动时转子未转动时,;s,n10 电机理想空载时电机理想空载时,.s,nn01 作为电动机,转速在作为电动机,转速在10n范围内变化,转差率在范围内变化,转差率在0 0 1 1范围内变。范围内变。负载越大,转速越低,转差率越大;反之,转差率越小。负载越大,转速越低,转差率越大;反之,转差率越小。转差率的大小能够反映电机的转速大小或负载大小。电机的转转差率的大小能够反映电机的转速大小或负载大小。电机的转速为:速为:11n=(-s)n 额定运行时,转差率一般在额定运行时,转差率一般在0.010.060.010.06之间,即电机转速接之间,即电
7、机转速接近同步速。近同步速。同步转速与转子转速之差与同步转速的比值称为转差率,用同步转速与转子转速之差与同步转速的比值称为转差率,用s s表示,表示,即:即:第4章 三相异步电动机三、异步电机的三种运行状态根据转差率的大小和正负根据转差率的大小和正负,异步电机有三种运行状态异步电机有三种运行状态机械能转变为电机械能转变为电能能电能和机械能变电能和机械能变成内能成内能电能转变为机电能转变为机械能械能能量关系制动制动制动制动驱动驱动电磁转矩转差率转速外力使电机快速外力使电机快速旋转旋转外力使电机沿磁外力使电机沿磁场反方向旋转场反方向旋转定子绕组接对定子绕组接对称电源称电源实现发电机发电机电磁制动电
8、磁制动电动机电动机状态状态10 n n0n n10 s1s0s第4章 三相异步电动机4.1.3 4.1.3 型号和额定值型号和额定值一、型号例例:第4章 三相异步电动机第4章 三相异步电动机额定值关系有:额定值关系有:3NNNNNPU I cos)VkV(UN或或额额定定电电压压额定运行状态时加在额定运行状态时加在定子绕组上的线电压定子绕组上的线电压.)kW(PN额额定定功功率率额定条件下转轴上额定条件下转轴上输出的机械功率。输出的机械功率。)A(IN额额定定电电流流在额定运行状态下流在额定运行状态下流入定子绕组的线电流入定子绕组的线电流.min)/r(nN额定转速额定转速额定运行时电额定运行
9、时电动机的转速动机的转速.NNf额额定定效效率率额额定定频频率率额额定定功功率率因因数数Ncos二、额定值二、额定值第4章 三相异步电动机 三相异步电动机的定子部分在结构上和同步电动机三相异步电动机的定子部分在结构上和同步电动机的定子部分完全相同。的定子部分完全相同。对中、小容量的低压异步电动机,通常定子三相绕对中、小容量的低压异步电动机,通常定子三相绕组的六个出线头都引出,这样可根据需要灵活组的六个出线头都引出,这样可根据需要灵活地接成地接成“Y”Y”形或形或“D”D”形。形。U1 V1 W1U1 V1 W1W2 U 2 V2W2 U2 V2D联结联结Y联结联结三、接线三、接线第4章 三相异
10、步电动机4.2交流电机的绕组4.2.1 交流绕组的基本知识一、基本要求和分类1 1)三相绕组对称;)三相绕组对称;2 2)力求获得最大的电动势和磁动势;)力求获得最大的电动势和磁动势;3 3)绕组的电动势和磁动势的波形力求接近正弦;)绕组的电动势和磁动势的波形力求接近正弦;4 4)节省用铜量;)节省用铜量;5 5)绕组的绝缘和机械强度可靠,散热条件好;)绕组的绝缘和机械强度可靠,散热条件好;6 6)工艺简单、便于制造、安装和检修。)工艺简单、便于制造、安装和检修。第4章 三相异步电动机二、交流绕组的基本概念二、交流绕组的基本概念1 1、极距、极距 两两个个相邻磁极轴线之间沿定子铁心内表面的距离
11、。若定子的相邻磁极轴线之间沿定子铁心内表面的距离。若定子的槽数为槽数为Z Z,磁极对数为磁极对数为p p,则极距:则极距:Z=2 p2 2、线圈节距、线圈节距y一个线圈的两个有效边之间所跨的距离称为线圈的节距。一个线圈的两个有效边之间所跨的距离称为线圈的节距。.y的的绕绕组组为为整整距距绕绕组组 3 3、电角度、电角度p电电角角度度机机械械角角度度.y的的绕绕组组为为短短距距绕绕组组 第4章 三相异步电动机4 4、槽距角、槽距角a相邻两相邻两个个槽之间的电角度槽之间的电角度:0360p=Z6 6、相带、相带 每个极面下的导体平均分给各相,则每一相绕组在每个极每个极面下的导体平均分给各相,则每一
12、相绕组在每个极面下所占的范围,用电角度表示称为相带。面下所占的范围,用电角度表示称为相带。每一个极面下每相所占的槽数为每一个极面下每相所占的槽数为5 5、每极每相槽数、每极每相槽数q2Zq=pm第4章 三相异步电动机4.2.24.2.2 三相单层绕组三相单层绕组 单层绕组的每个槽内只放一个线圈边,电机的线圈总数等于单层绕组的每个槽内只放一个线圈边,电机的线圈总数等于定子槽数的一半。单层绕组分为链式、交叉式和同心式绕组。定子槽数的一半。单层绕组分为链式、交叉式和同心式绕组。一、单层链式绕组 单单层层链式绕组由形状、几何尺寸和节距相同的线圈连接而链式绕组由形状、几何尺寸和节距相同的线圈连接而成,整
13、个外形如长链。成,整个外形如长链。链链式式绕组的每个线绕组的每个线圈节距相等并且制造方圈节距相等并且制造方便;线圈端部连线较短便;线圈端部连线较短并且省铜。主要用于并且省铜。主要用于q=2q=2的的4 4、6 6、8 8极小型三极小型三相异步电动机。相异步电动机。第4章 三相异步电动机二、单层交叉式绕组二、单层交叉式绕组 单单层层交叉式绕组由线圈数和节距不相同的两种线圈组构成,交叉式绕组由线圈数和节距不相同的两种线圈组构成,同一组线圈的形状、几何尺寸和节距均相同,各线圈组的端部互同一组线圈的形状、几何尺寸和节距均相同,各线圈组的端部互相交叉。相交叉。交叉式绕组由交叉式绕组由两大一小线圈交叉两大
14、一小线圈交叉布置。线圈端部连布置。线圈端部连线较短,有利于节线较短,有利于节省材料,并且省铜。省材料,并且省铜。广泛用于广泛用于q1q1的且为的且为奇数的小型三相异奇数的小型三相异步电动机步电动机。第4章 三相异步电动机三、单层同心式绕组 同心式绕组由几个几何尺寸和节距不等的线圈连成同心同心式绕组由几个几何尺寸和节距不等的线圈连成同心形状的线圈组构成。形状的线圈组构成。同心式绕组端同心式绕组端部连线较长,适用部连线较长,适用于于q=4q=4、6 6、8 8等偶等偶数的数的2 2极小型三相极小型三相异步电动机。异步电动机。第4章 三相异步电动机优点优点不适宜于大中型电机元件少,结构简元件少,结构
15、简单,嵌线方便,单,嵌线方便,槽内无层间绝缘槽内无层间绝缘广泛应用于广泛应用于10kW10kW以下的以下的异步电动机定子绕组异步电动机定子绕组单层绕组为单层绕组为整距绕组整距绕组缺点电动势和磁动电动势和磁动势波形较差势波形较差铁损和噪铁损和噪声较大声较大起动性能较差三相单层绕组的优缺点第4章 三相异步电动机4.2.3 4.2.3 三相双层绕组三相双层绕组 双层绕组每个槽内放上、下两层线圈的有效边,线圈的每双层绕组每个槽内放上、下两层线圈的有效边,线圈的每一个有效边放在某一槽的上层,另一个有效边则放置在相隔为一个有效边放在某一槽的上层,另一个有效边则放置在相隔为y y 的另一槽的下层。的另一槽的
16、下层。双层绕组分双层叠绕组(如图双层绕组分双层叠绕组(如图2a=12a=1)和双层波绕组(略)和双层波绕组(略)。第4章 三相异步电动机 双层绕组的特点:双层绕组的特点:1 1)线圈数等于槽数;)线圈数等于槽数;2 2)线圈数组数等于极数,也等于最大并联支路数)线圈数组数等于极数,也等于最大并联支路数;3 3)每相绕组的电动势等于每条支路的电动势。)每相绕组的电动势等于每条支路的电动势。优点可以选择最有利的节可以选择最有利的节距,使电动势和磁动距,使电动势和磁动势波形更接近正弦波势波形更接近正弦波所有线圈的形状所有线圈的形状和尺寸相同,便和尺寸相同,便于实现机械化于实现机械化端部排列整齐端部排
17、列整齐机械强度高机械强度高可组成较可组成较多的并联多的并联支路支路缺点嵌线困难用铜用铜量大量大第4章 三相异步电动机4.34.3交流电机绕组的感应电动势交流电机绕组的感应电动势4.3.1 4.3.1 线圈的感应电动势及短距系数线圈的感应电动势及短距系数一、一根导体的电动势二、整距绕组的电动势 每个整距绕组由每个整距绕组由N Nc c个相同和线匝组成,每个整距线圈的个相同和线匝组成,每个整距线圈的电动势电动势:111444y(y)ctcEN E.fN电动势频率电动势频率:60pnf 电动势大小电动势大小:12 221cE.f电动势波形电动势波形:Blve 随时间变化的波形随时间变化的波形取决于气
18、隙磁密在取决于气隙磁密在空间的分布波形空间的分布波形第4章 三相异步电动机三、短距线圈的电动势每个短距线圈的电动势每个短距线圈的电动势:144411()cyE.fN kyy称为称为短距系数短距系数:线圈短距时电动线圈短距时电动势比整距时打的势比整距时打的一个折扣一个折扣090111y(y)yy(y)Eyksin()E第4章 三相异步电动机4.3.2 4.3.2 线圈组的感应电动势及分布系数线圈组的感应电动势及分布系数 一组线圈由一组线圈由q q个线圈组成个线圈组成,若若q q个线圈为集中绕组时个线圈为集中绕组时,各线圈各线圈电动势大小相等、相位相同,线圈组电动势为电动势大小相等、相位相同,线圈
19、组电动势为:11114.44q(q=)cyE=fqN k 若若q q个线圈为分布绕组个线圈为分布绕组,放在放在q q个槽内个槽内,各线圈电动势大小相各线圈电动势大小相同同,相位相差相位相差电角度电角度,电动势为电动势为:111114 444 4411()cyqcE.fqN k k.fqN kqqw11122q(q1)qq(q=1)qasinEk=aEqsin称为称为基波分布系数基波分布系数:线圈组电动势等于集线圈组电动势等于集中线圈组电动势打的中线圈组电动势打的一个折扣一个折扣.称为称为基波绕组基波绕组系数。系数。111wyqk=k k第4章 三相异步电动机4.3.3 4.3.3 一相绕组的基
20、波感应电动势一相绕组的基波感应电动势 一绕组有一绕组有2a2a条支路,一条支路由若干个线圈组路串联组成。条支路,一条支路由若干个线圈组路串联组成。一相绕组的基波电动势为一条支路的基波电动势一相绕组的基波电动势为一条支路的基波电动势1114.44pwE=fNk一、一相绕组的基波电动势对单层绕组:对单层绕组:2cpqNN=a对双层绕组:对双层绕组:c2pqNN=2a第4章 三相异步电动机二、短距绕组、分布绕组对电动势波形的影响090224 44ksin()sinksinE.fNkkyqpyqyqq对V次谐波:1pp nn p nff60第4章 三相异步电动机改善电动势波形的方法改善电动势波形的方法
21、:001 pyE,k,y时时采采用用.ky尽可能小尽可能小让让0()()采用短距绕组来削弱高次谐波采用短距绕组来削弱高次谐波()采用分布绕组来削弱高次谐波()采用分布绕组来削弱高次谐波尽尽可可能能小小让让qk改善主磁极磁场的分布改善主磁极磁场的分布改善交流绕组的构成,削弱谐波电动势改善交流绕组的构成,削弱谐波电动势采用接线消除线电动势中的三及其倍数的奇次谐波采用接线消除线电动势中的三及其倍数的奇次谐波005455 pyE,k,y时时第4章 三相异步电动机4.4交流电机绕组的磁动势4.4.1 4.4.1 单相绕组的磁动势单相绕组的磁动势一、整距集中绕组的磁动势 一台两极气隙均匀的交流电机一台两极
22、气隙均匀的交流电机,一个整距一个整距绕组通入交流电流绕组通入交流电流,线圈磁动势在某瞬间的分线圈磁动势在某瞬间的分布如图布如图,由全电流定律得由全电流定律得:iNiHdlc 忽略铁心磁阻忽略铁心磁阻,磁动势完全降落在两磁动势完全降落在两个气隙上个气隙上.每个气隙的磁动势为每个气隙的磁动势为:ttsinFsinINiNfcmcccc2121 空间分布为空间分布为矩形波矩形波,随时间按随时间按正弦规律正弦规律变变化化.变化变化频率为电流频率频率为电流频率。空间位置不变而幅值和方向随时间变化的磁动势称为空间位置不变而幅值和方向随时间变化的磁动势称为脉动磁脉动磁动势动势。第4章 三相异步电动机矩形波磁
23、动势可能分解为基波和一系列高次谐波矩形波磁动势可能分解为基波和一系列高次谐波:133(,)sincossincos.sincos.ccccfx tFtxFtxFtx基波磁动势为基波磁动势为:1420 92cccccFN I.N I 11(,)sincosccfx tFtx基波磁动势最大值为基波磁动势最大值为:整距绕组基波磁动势在空间按余弦分布,幅值位于绕组轴线,整距绕组基波磁动势在空间按余弦分布,幅值位于绕组轴线,空间每一点的磁动势大小按正弦规律变化空间每一点的磁动势大小按正弦规律变化仍然为仍然为脉动磁动势脉动磁动势。第4章 三相异步电动机二、单相脉动磁动势1 1、整距分布绕组的磁动势、整距分
24、布绕组的磁动势cqycyqpIkk)qN(kFF1111120.92 每个绕组由每个绕组由q q 个线圈串联构成,依次在定子圆周空间错开个线圈串联构成,依次在定子圆周空间错开槽距角槽距角,绕组的基波磁动势为绕组的基波磁动势为q q个线圈基波磁动势的空间矢量个线圈基波磁动势的空间矢量和:和:111qcqkqFF2 2、一组双层短距分布绕组的基波磁动势、一组双层短距分布绕组的基波磁动势 双层短距分布绕组的基波磁动势为两个等效绕组基波磁动双层短距分布绕组的基波磁动势为两个等效绕组基波磁动势的相量和,用短距系数计及绕组短距的影响:势的相量和,用短距系数计及绕组短距的影响:第4章 三相异步电动机3 3、
25、相绕组的磁动势、相绕组的磁动势 每个极下的磁动势和磁阻构成一条分支磁路。若电机有每个极下的磁动势和磁阻构成一条分支磁路。若电机有p p对磁极,就有对磁极,就有p p条并联的对称分支磁路,所以一相绕组的基波条并联的对称分支磁路,所以一相绕组的基波磁动势就是该绕组在一对磁极下线圈所产生的基波磁动势,若磁动势就是该绕组在一对磁极下线圈所产生的基波磁动势,若每相电流为每相电流为I Ip p:xcostsinIpNk.xcostsinFt)(x,fp1wpp9011 单相绕组的基波磁动势是在空间按余弦规律分布,单相绕组的基波磁动势是在空间按余弦规律分布,幅值大小随时间按正弦规律变化的幅值大小随时间按正弦
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