《电机与电力拖动》课件-1.pptx

1、熟悉三相异步电动机的结构，掌握其铭牌数据的含义掌握三相异步电动机的工作原理掌握转差率的概念，了解转差率对三相异步电动机的影响了解三相异步电动机定子绕组的分类、要求及基本概念掌握三相异步电动机空载运行时的电磁关系和基本方程式能够画出三相异步电动机的绕组展开图能够测定三相异步电动机的主要参数能够推导三相异步电动机的“T”形等效电路任务一任务一 了解三相异步电动机的基本结构及铭牌数据了解三相异步电动机的基本结构及铭牌数据一、三相异步电动机的基本结构三相异步电动机的种类很多，按照其转子结构的不同，可分为笼形异步电动机和绕线形异步电动机；按照其外壳防护方式的不同，可分为开启型、防护型和封闭型三相异步电动

2、机；按照尺寸的不同，可以分为大型、中型、小型三相异步电动机。常见的三相异步电动机的外形如图所示。（a）三相笼形异步电动机 （b）三相绕线形异步电动机任务一任务一 了解三相异步电动机的基本结构及铭牌数据了解三相异步电动机的基本结构及铭牌数据虽然三相异步电动机的种类很多，但基本结构相同，都是由定子和转子两大部分组成，定子和转子之间有空气隙。此外，三相异步电动机还有端盖、轴承、机座、风扇、风罩、接线盒、吊环等部件，如图所示。任务一任务一 了解三相异步电动机的基本结构及铭牌数据了解三相异步电动机的基本结构及铭牌数据1定子部分任务一任务一 了解三相异步电动机的基本结构及铭牌数据了解三相异步电动机的基本结

3、构及铭牌数据定子铁芯装在机座里，是异步电动机主磁通的一部分。它由0.350.5 mm厚的硅钢片叠压而成，有良好的导磁性能，且表面涂有绝缘漆，能够减少交变磁通通过铁芯时引起的涡流损耗。定子铁芯的内圆上冲有均匀分布的槽口，槽内嵌放定子绕组，如图所示。任务一任务一 了解三相异步电动机的基本结构及铭牌数据了解三相异步电动机的基本结构及铭牌数据常用定子铁芯的槽型有3种：开口型、半开口型和半闭口型，如图所示。开口型的槽口宽度与槽宽相等，用以嵌放成型绕组，主要用在高压电动机中；半开口型的槽口宽度为槽宽的一半或者稍大一点，也可以嵌放成型绕组，一般用在大中型低压电动机中；半闭口型的槽口宽度小于槽宽的一半，故其绕

4、组嵌线和绝缘处理比较困难，但电动机的效率和功率因数都很高，一般用在小型低压电动机中。（a）开口型 （b）半开口型 （c）半闭口型任务一任务一 了解三相异步电动机的基本结构及铭牌数据了解三相异步电动机的基本结构及铭牌数据三相异步电动机的3个绕组是相互独立的，每个绕组为一相，在空间上相差120，其结构完全对称，一般有6个出线端，即U1，U2，V1，V2，W1，W2，出线端均接在引线盒内，绕组的排列如图所示，可以接成星形（Y）或三角形（）。（a）星形联结（b）三角形联结任务一任务一 了解三相异步电动机的基本结构及铭牌数据了解三相异步电动机的基本结构及铭牌数据 端盖端盖由铸铁铸铁或铸钢铸钢浇铸而成，主

5、要起防护作用防护作用。任务一任务一 了解三相异步电动机的基本结构及铭牌数据了解三相异步电动机的基本结构及铭牌数据2转子部分转 子 铁 芯 一 般 由0.350.5 mm厚的硅钢片叠压而成，是电动机主磁通磁路的一部分，其外圆上也均匀分布着槽孔，用来安放转子绕组。一般小型异步电动机的转子铁芯直接套压在转轴上，大中型异步电动机的转子铁芯先套压在转子支架上，然后再套装在转轴上。任务一任务一 了解三相异步电动机的基本结构及铭牌数据了解三相异步电动机的基本结构及铭牌数据笼形转子笼形转子通常有铜排转子和铸铝转子两种结构形式。在转子铁芯的每个槽中放置没有绝缘的铜条，在铜条的两端用端环把铜条连接起来，形成一个笼

6、子的形状，称为铜排转子，如图所示。将转子的刀条和端环风扇的叶片用铝液浇铸在一起可形成铸铝转子，如图所示。铸铝转子适用于中小型异步电动机。任务一任务一 了解三相异步电动机的基本结构及铭牌数据了解三相异步电动机的基本结构及铭牌数据绕线形转子绕线形转子的绕组同定子绕组类似，也是按一定规律分布的三相对称绕组，一般用星形联结。绕组的三相引出线分别接在转轴的3个滑环上，通过电刷装置引出，与外部电路的变阻器相连（变阻器也采用星形联结），调节变阻器的阻值可以改变电动机的转速，从而改善电动机的运行性能。绕线形转子的结构如图所示。任务一任务一 了解三相异步电动机的基本结构及铭牌数据了解三相异步电动机的基本结构及铭

7、牌数据3其他部分气隙气隙轴承轴承风扇和风罩风扇和风罩接线盒接线盒吊环吊环任务一任务一 了解三相异步电动机的基本结构及铭牌数据了解三相异步电动机的基本结构及铭牌数据二、三相异步电动机的铭牌1型号为了适应不同用途和不同工作环境的需要，将电动机制成不同的系列（如Y系列、Y2系列、YB系列等）。每种系列用各种型号表示。任务一任务一 了解三相异步电动机的基本结构及铭牌数据了解三相异步电动机的基本结构及铭牌数据2额定值0102030405额定电流额定电流额定电压额定电压额定功率额定功率额定转速额定转速额定频率额定频率任务一任务一 了解三相异步电动机的基本结构及铭牌数据了解三相异步电动机的基本结构及铭牌数据

8、3接法接法是指电动机三相定子绕组与交流电源的连接方法，分为星形联结和三角形联结，符号分别为Y和（D）。若铭牌上标有两个电压值如380/220 V，接法为Y/，则表明当电源线电压为380 V时应采用星形联结；当电源线电压为220 V时应采用三角形联结。任务一任务一 了解三相异步电动机的基本结构及铭牌数据了解三相异步电动机的基本结构及铭牌数据周期断续工作制周期断续工作制4工作制 电动机可以在额定状态下长期连续运行，不受时间限制。连续工作制连续工作制 指电动机按铭牌值工作时只能在规定的时间内短时运行。短时工作制短时工作制 指电动机按铭牌值工作时，每运行一段时间就要停止一段时间，如此按一定周期重复运行

9、。任务一任务一 了解三相异步电动机的基本结构及铭牌数据了解三相异步电动机的基本结构及铭牌数据5绝缘等级绝缘等级是指电动机各绕组及其他绝缘部件所采用绝缘材料的耐热能力，即三相异步电动机允许的极限温度。绝缘材料按耐热能力可分为7个等级，见表。绝缘等级与极限工作温度任务一任务一 了解三相异步电动机的基本结构及铭牌数据了解三相异步电动机的基本结构及铭牌数据6防护等级防护等级是指电动机外壳的防护等级，IP是防护等级标志符号，它后面的两位数字分别表示电动机的防固体和防水的能力。数字越大，防护能力越强。如IP11是开 启 型，I P 2 2，I P 2 3 是 防 护 型，IP44是封闭型。任务二任务二 掌

10、握三相异步电动机的工作原理掌握三相异步电动机的工作原理一、基本工作原理1旋转磁场 将三相异步电动机的定子绕组接成星形联结，绕组U1U2，V1V2，W1W2之间在空间上的位置差为120，如图所示。将定子绕组首端U1，V1和W1中对应通入三相交流电iU，iV和iW，波形如图所示，相序为UVW。任务二任务二 掌握三相异步电动机的工作原理掌握三相异步电动机的工作原理三相电流各自在绕组中产生相应的磁场，该磁场按一定规律分布在定子铁芯、转子铁芯和气隙之间，并随着三相交流电流的变化绕着中心轴在空间不停地旋转，旋转过程如图所示。任务二任务二 掌握三相异步电动机的工作原理掌握三相异步电动机的工作原理旋转磁场旋转

11、的速度称为转速，也叫同步转速，符号为n1，单位为r/min。上述讨论中定子绕组产生的磁场为两极磁场，即磁极对数，三相交流电变化一个周期时，磁场也转动一周。当定子绕组连接形成的是两对磁极时，可以分析出当三相交流电变化一个周期时，磁场转动半圈。经实践证明，旋转磁场的转速是由交流电频率f1和磁极对数p共同决定的，其数学表达式为：1160fnp任务二任务二 掌握三相异步电动机的工作原理掌握三相异步电动机的工作原理2转动原理将定子三相绕组U1U2，V1V2，W1W2中通入三相交流电后，将产生沿顺时针方向旋转、转速为n1的磁场，如图所示。三相异步电动机转子的转动过程如下。01转子导体中产生感应电流转子导体

12、中产生感应电流02转子导体转动转子导体转动任务二任务二 掌握三相异步电动机的工作原理掌握三相异步电动机的工作原理二、转差率1转差率的定义由上述分析可以看出，旋转磁场的转速与转子转速之差对于三相异步电动机转子的转动起决定性作用。为此，引入转差率的概念来衡量转子转速与旋转磁场转速之间的关系。将旋转磁场的同步转速n1与转子转速n之差称为转速差，用 表示，即 ，转速差与旋转磁场的转速n1之比称为转差率，用 s 表示，即：n1nnn 111nnnsnn任务二任务二 掌握三相异步电动机的工作原理掌握三相异步电动机的工作原理2转差率对三相异步电动机状态的影响三相异步电动机的三种运行状态任务三任务三 了解三相

13、异步电动机定子绕组了解三相异步电动机定子绕组一、三相异步电动机定子绕组概述1定子绕组的要求和分类电磁方面电磁方面 在绕组中通过三相对称电流时，气隙中有旋转磁场。气隙中有旋转磁场时，绕组中产生对称的三相感应电动势。三相绕组通过电流所建立的磁场在空间的分布应尽量为正弦分布，而且旋转磁场在三相绕组中的感应电动势必须随时间按正弦规律变化。任务三任务三 了解三相异步电动机定子绕组了解三相异步电动机定子绕组结构方面结构方面 要求三相交流绕组必须对称分布，各相绕组的导体数、并联支路数、导体的规格必须相同。每相绕组在空间位置上应均匀分布，三相绕组在空间位置上分别相差120电角度。每相绕组在空间上的分布规律相同

14、。任务三任务三 了解三相异步电动机定子绕组了解三相异步电动机定子绕组010203按相数的不同按相数的不同 分为单相单相、两相两相和三相三相绕组。按槽中绕组的数量不同按槽中绕组的数量不同 分为单层单层、双层双层和单双层单双层绕组。按绕组端接部分形状的不同按绕组端接部分形状的不同 单层绕组包括同心式绕组同心式绕组、交叉式绕组交叉式绕组和链式链式绕组绕组，双层绕组包括叠绕组叠绕组和波绕组波绕组。04按每极每相所占槽数是整数还是分数按每极每相所占槽数是整数还是分数 分为整数槽整数槽和分数槽分数槽。任务三任务三 了解三相异步电动机定子绕组了解三相异步电动机定子绕组2定子绕组的基本概念线圈是构成绕组的基本

15、部件，也称为绕组元件，它是用一匝或多匝相互绝缘的导线绕制而成的。为了作图方便，常把线圈画成近似菱形，如图所示。线圈的直线部分安装在铁芯槽内，称为有效边；其他部分伸出了铁芯槽，仅起连接作用，称为端部。每个线圈有两个引出线，一个称为首端，另一个称为尾端。任务三任务三 了解三相异步电动机定子绕组了解三相异步电动机定子绕组 多个线圈连接成一组称为线圈组线圈组。将若干个线圈或线圈组按一定规律连接在一起，就构成了一相绕组绕组。任务三任务三 了解三相异步电动机定子绕组了解三相异步电动机定子绕组磁极对数磁极对数 电动机的每相绕组在交流电的作用下会产生旋转磁场，旋转磁场的磁极N，S在某一时刻交替分布，磁场中磁极

16、的个数称为极数，记作2p。由于磁极是成对出现的，磁场中N，S极的对数称为磁极对数，记作p。任务三任务三 了解三相异步电动机定子绕组了解三相异步电动机定子绕组节距节距极距极距每极每相槽数每极每相槽数电角度电角度槽距角槽距角02Zp02Zyp360p电角度0360pZ02Zqpm任务三任务三 了解三相异步电动机定子绕组了解三相异步电动机定子绕组相带和极相组相带和极相组 q个槽所占的区域称为一个相带相带。把一个相带中的线圈（即一个磁极下属于同一组的q个线圈）按一定方式串联起来形成的线圈组称为极极相组相组。同一个极相组中所有线圈的电流方向相同。任务三任务三 了解三相异步电动机定子绕组了解三相异步电动机

17、定子绕组定子绕组的结构通常用展开图来表示。展开图是指将定子铁芯沿轴向切开，展开成平面，将这种定子铁芯及绕组画成平面的图形。如图所示为三相36槽4极单层交叉式绕组展开图。分极、分相图与U相绕组任务三任务三 了解三相异步电动机定子绕组了解三相异步电动机定子绕组三相绕组任务三任务三 了解三相异步电动机定子绕组了解三相异步电动机定子绕组二、三相单层绕组和三相双层绕组1三相单层绕组 单层同心式绕组单层同心式绕组是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。单层交叉式绕组单层交叉式绕组的特点是：线圈个数和节距都不相等，但同一组线圈的形状、几何尺寸和节距都相同，各线圈组的端部互相交叉。单层链式绕

18、组单层链式绕组是由几个几何尺寸和节距都相同的线圈连接而成，就整个外形来说，形如长链，故称为链式绕组链式绕组。任务三任务三 了解三相异步电动机定子绕组了解三相异步电动机定子绕组2三相双层绕组双层绕组是铁芯的每个线槽中分上、下两层嵌放两条线圈边的绕组。为了使各线圈分布对称，安排嵌线时一般某个线圈的一条边如在上层，另一条边则一定在下层。一般三相绕组的排列和连接的方法为：计算极距计算极距计算每极计算每极每相槽数每相槽数划分相带划分相带组成线圈组组成线圈组按极性对电流方向的要求分按极性对电流方向的要求分别构成相绕组别构成相绕组。任务四任务四 掌握三相异步电动机的运行特性掌握三相异步电动机的运行特性1空载

19、电流和空载磁动势当电动机空载，定子三相绕组接到对称的三相电源时，在定子绕组中流过的（相）电流称为空载电流 。三相空载电流将在气隙内形成按正弦规律分布，并以同步转速n1旋转的定子空载磁动势F0。由于电动机空载，电动机轴上没有任何机械负荷，所以电动机的空载转速将非常接近于同步转速。在理想空载的情况下，可以认为 ，即转差率 ，因而转子导体中的电动势 E2=0，转子导体中的电流 I2=0 。所以空载时电动机气隙磁场完全由定子空载磁动势F0产生。空载时的定子磁动势F0即为励磁磁动势，空载时的定子电流 即为励磁电流。一、空载运行0I1nn0s 空载电流 的有功分量 用来供给空载损耗，包括空载时的定子铜损耗

20、、定子铁芯损耗和机械损耗。无功分量 用来产生气隙磁场，也称为磁化电流，它是空载电流中的主要部分，这样空载电流 可写成：0I0PI0QI0I00P0QIII任务四任务四 掌握三相异步电动机的运行特性掌握三相异步电动机的运行特性2空载时的定子电压平衡关系1110 1UEEI r 10mm(j)EI rX 101jEI X 11011(j)UEI rX 101EI Z 显然，对于一定的电动 机，当 频 率 f1一 定时，。由此可见，在异步电动机中，若外施电压一定，则主磁通F 大体上也为一定值。这和变压器的情况相同。1UF任务四任务四 掌握三相异步电动机的运行特性掌握三相异步电动机的运行特性1负载运行

21、时的电磁关系二、负载运行1110 1UEEI r 定子电压平衡方程式任务四任务四 掌握三相异步电动机的运行特性掌握三相异步电动机的运行特性1负载运行时的电磁关系负载运行时，电动机将以低于同步转速n1的速度n旋转，其转向仍与气隙旋转磁场的转向相同。因此气隙磁场与转子的相对转速为 ，也就是气隙旋转磁场切割转子绕组的速度，于是在转子绕组中就感应出电动势，产生电流，其频率为：二、负载运行11nnnsn n1216060spnp nfsf任务四任务四 掌握三相异步电动机的运行特性掌握三相异步电动机的运行特性2转子绕组各电磁量的特点感应电动势及电流的频率感应电动势及电流的频率转子电抗转子电抗X2s电动势电

22、动势E2s转子电流转子电流I2s转子电路的功率因数转子电路的功率因数21fsf2s22N212N224.444.44Ef N ksf N ksEFF2s2212222Xf Lsf LsX 2s22s222222s22()EsEIrXrsX2cos222222cos()rrsX任务四任务四 掌握三相异步电动机的运行特性掌握三相异步电动机的运行特性3磁动势平衡方程式当异步电动机空载运行时，主磁通是由定子绕组的空载磁动势单独产生的；当异步电动机负载运行时，气隙中的合成旋转磁场的主磁通，是由定子绕组磁动势和转子绕组磁动势共同产生的，这一点和变压器相似。由电磁关系可知，定、转子磁动势在空间相对静止，因此

23、可以合并为一个合成磁动势，即：012FFF102()FFF 可以认为定子电流建立的磁动势有两个分量：一个是励磁分量F0，用来产生主磁通；另一个是负载分量 ，用来抵消转子磁动势的去磁作用，以保证主磁通基本不变。这就是异步电动机的磁动势平衡关系，使电路上无直接联系的定、转子电流有了关联，定子电流随转子负载转矩的变化而变化。2F任务四任务四 掌握三相异步电动机的运行特性掌握三相异步电动机的运行特性4电压平衡方程式根据前面的分析，异步电动机负载时的定、转子电路与变压器一、二次绕组不同的是：转子电路的频率为f2，且转子电路自成闭路，对外输出电压为0，如图所示。111 1111111j(j)UEI rI

24、XEI rX2s2s22s2s2s(j)EIrXI Z任务四任务四 掌握三相异步电动机的运行特性掌握三相异步电动机的运行特性1折算三、等效电路2s22s22s22jjEsEIrXrsX222222221jjEEIrsXrrXss将频率为f2的旋转转子电路折算为与定子频率f1相同的等效静止转子电路的过程称为频率的折算。转子静止不动时，s=1，f2=f1。因此，只要将实际上转动的转子电路折算为静止不动的等效转子电路，便可达到频率折算的目的。实际运行的转子电流为：任务四任务四 掌握三相异步电动机的运行特性掌握三相异步电动机的运行特性转子绕组频率折算后的异步电动机的定、转子电路等效负载电阻上消耗的电功

25、率为 ，这部分损耗在实际电路中并不存在，它实质上是等效了异步电动机输出的机械功率，频率折算后的定、转子电路如图4-22所示。22 21sI rs任务四任务四 掌握三相异步电动机的运行特性掌握三相异步电动机的运行特性2等效电路根据折算前后各物理量的关系，可以做出折算后的“T”形等效电路，如图所示。由“T”形等效电路可得异步电动机负载时的基本方程式为：1111110mm121202222(j)(j)jUEI rXEIrXEEIIIrEIXs 任务五任务五 测定三相异步电动机的参数测定三相异步电动机的参数一、空载试验1空载试验的目的和方法空载试验接线如图所示。试验时，定子接至U1=UN，f1 fN

26、的对称三相电源上，且电动机轴上不带任何负载，让电动机在额定电压下空载运行一段时间（约30 min），使其机械损耗达到稳定值。然后调节电压从(1.11.2)UN降到0.3UN左右，做79组试验，记录U1，P0，I0，并且绘制空载特性曲线I0，P0 f（U1），如图所示。任务五任务五 测定三相异步电动机的参数测定三相异步电动机的参数2铁损耗与机械损耗的分离由于铁损耗与磁通的平方成正比，即与 成正比，；而机械损耗 的大小与U1无关，仅与转速的大小有关，当转速变化不大时可以认为是一常数，所以（）与电压的平方成正比。把不同电压下的（）与电压平方的关系绘成曲线，即 ，如图所示。这一曲线与纵轴的交点为a，过

27、交点a画与横轴平行的直线，直线以下的部分就表示与电源电压大小无关的机械损耗 ，直线以上的部分就表示与电压平方成正比的铁芯损耗 pFe。21U2Fe1pUpFeppFepp2Fe1()ppf Up任务五任务五 测定三相异步电动机的参数测定三相异步电动机的参数3励磁参数的确定根据空载等效电路，并由空载特性曲线上查得额定电压时的空载电流和空载损耗，以及从铁损耗和机械损耗的分离曲线上查得额定电压对应的铁损耗，即可计算励磁参数为：N0120002022000m01|3|UZZZIPrIXZrXXXFem203prI任务五任务五 测定三相异步电动机的参数测定三相异步电动机的参数二、短路试验1短路试验的目的和方法短路试验也称堵转试验，目的是确定三相异步电动机的短路参数 rk 和Xk。短路试验的接线和空载试验时相同，但要注意更换仪表的量程。短路试验就是将转子堵转时做的试验。任务五任务五 测定三相异步电动机的参数测定三相异步电动机的参数2短路参数的确定因为短路时电压较小，所以磁通较小，励磁电流很小，可以认为励磁支路开路，这时 。由短路特性查出 时的Uk和Pk，即可计算短路参数为：21kIII kNIIkkkkk21 k22kkkk12|2UZIPrm IXZrXXX