电机学课件第4章 异步电机(1)

电机学ElectricMachineryDepartmentofElectricalEngineering,HFUT第四章异步电机（一）Chapter3InductionMachine(1)电机学ElectricMachineryDepartmentofElectricalEngineering,HFUT实现交流电能与机械能转换的装置被称为交流电机。交流电机有两大类：异步电机和同步电机。同步电机的转速与交流电源频率之间存在严格的对应关系，异步电机则不然。异步电动机定子接上交流电源后，形成旋转磁场，依靠电磁感应作用，使转子绕组感生电流，产生电磁转矩，实现机电能量转换。第0节序言电机学ElectricMachineryDepartmentofElectricalEngineering,HFUT一、三相异步电动机的工作原理与运行状态第一节三相异步电动机的工作原理及结构1、旋转磁场的产生在直流电机中，采用的是电枢旋转，磁极固定的工作模式,通过换向器和电刷共同作用将电枢绕组的交变电流转换为直流。若交换磁极与电枢的位置，采用磁极旋转，电枢固定的模式。则可以在电枢绕组中感应出交流电动势。因此，在交流电机中首先要解决旋转磁场问题。旋转磁场——一种极性和大小不变，并且以一定转速旋转的磁场。电机学ElectricMachineryDepartmentofElectricalEngineering,HFUT当三相对称绕组接上三相对称电源，就产生旋转磁场。tIimAcos)120cos(tIimB)240cos(tIimC三相对称绕组：A-X、B-Y、C-Z三个线圈在空间上彼此互隔120°分布在定子铁心内圆的圆周上，构成了对称三相绕组。B相从A相后移120°、C相从B相后移120°、A相从C相后移120°电机学ElectricMachineryDepartmentofElectricalEngineering,HFUT电机学ElectricMachineryDepartmentofElectricalEngineering,HFUTpfn1060n0为同步转速（r/min）；p为极对数；f1为交流电源的频率（Hz）。旋转磁场的转速考虑一对极和两对极旋转磁场的关系。总结出旋转磁场的转速和电源频率、极对数的关系为：电机学ElectricMachineryDepartmentofElectricalEngineering,HFUT2、三相异步电动机的工作原理•三相异步电机的转子结构三相异步电动机圆柱形的转子铁心上，嵌有均匀分布的导条，导条两端分别用铜环将它们连接成一个整体。•三相异步电机转子感应电动势和电流的产生三相异步电动机的定子铁心上嵌有三相对称绕组，接通三相对称电源后，在定子、转子之间的气隙内产生了以同步转速旋转的旋转磁场。转子导条被这种旋转磁场切割，在导条内感应电动势，从而形成感应电流。•三相异步电机转子产生转矩并形成旋转导条内产生的感生电流，磁场又对导条产生电磁力。于是转子就跟着旋转磁场旋转。Flash：三相异步电机工作原理电机学ElectricMachineryDepartmentofElectricalEngineering,HFUT3、三相异步电动机的转速与运行状态异步电动机的工作原理决定了它的转速一般低于同步转速。如果异步电动机的转子转速达到同步转速，则旋转磁场与转子导条之间不再有相对运动，因而不可能在导条内感应产生电动势，也不会产生电磁转矩来拖动机械负载。转差n0-n的存在是异步电动机运行的必要条件。我们将转差表示为同步转速的百分值，称为转差率，用s表示。——同步转速%10000nnns0nn——转子异步转速电机学ElectricMachineryDepartmentofElectricalEngineering,HFUTFlash:三相异步电动机的运行状态电机学ElectricMachineryDepartmentofElectricalEngineering,HFUT[例4-1]有一台50Hz的三相异步电动机运行，空载转差率为0.267%，额定转速为求该电动机的极对数、同步转速、空载转速以及额定负载时的转差率。min/730rnN（3）额定转差率解：(1)同步转速的计算pppfn300050606010考虑本题的额定转速min/7500rn4p判断极对数（2）空载转速min/748min/%)267.01(750)1(000rrsnn%67.2%100750730750%1000NNNnnns电机学ElectricMachineryDepartmentofElectricalEngineering,HFUT二、三相异步电机的结构三相异步电机属于旋转电机范畴，因此它也具有定子、转子、气隙结构。电机学ElectricMachineryDepartmentofElectricalEngineering,HFUT电机学ElectricMachineryDepartmentofElectricalEngineering,HFUT1、定子异步动机的定子由定子铁心、定子绕组和基座三部分组成。电机学ElectricMachineryDepartmentofElectricalEngineering,HFUT定子冲片定子线圈电机学ElectricMachineryDepartmentofElectricalEngineering,HFUT电机学ElectricMachineryDepartmentofElectricalEngineering,HFUT电机学ElectricMachineryDepartmentofElectricalEngineering,HFUT铁心和机座电机学ElectricMachineryDepartmentofElectricalEngineering,HFUT电机学ElectricMachineryDepartmentofElectricalEngineering,HFUT电机学ElectricMachineryDepartmentofElectricalEngineering,HFUT电机学ElectricMachineryDepartmentofElectricalEngineering,HFUT2、转子异步动机的转子由转子铁心、转子绕组和转轴组成。1）笼型绕组铜条笼型转子铸铝笼型转子电机学ElectricMachineryDepartmentofElectricalEngineering,HFUT笼型转子电机学ElectricMachineryDepartmentofElectricalEngineering,HFUT2）绕线型绕组电机学ElectricMachineryDepartmentofElectricalEngineering,HFUT绕线转子照片电机学ElectricMachineryDepartmentofElectricalEngineering,HFUT3、气隙异步电机中的气隙是很小的，中小型异步电机一般为0.2－2mm。气隙大：磁阻大，所需励磁电流较大，励磁电流为无功电流，气隙增大将使电机的功率因数变差。但可以减小谐波磁场，减小附加损耗，改善启动性能。气隙过小：导致电机装配困难。电机学ElectricMachineryDepartmentofElectricalEngineering,HFUT第二节三相异步电动机的铭牌数据•额定功率——电动机在额定运行时输出的机械功率,单位kW•额定电压——在额定运行状态下，电网加在定子绕组的线电压。•额定电流——电动机在额定电压下使用，输出额定功率时，定子绕组中的线电流。•额定频率——我国的电网，标准频率为50Hz•额定转速——电动机在额定电压、额定频率及额定功率下的转速，单位r/min此外，铭牌上还标明绕组的相数与接法（星形还是三角形）、绝缘等级及允许温升等。对绕线转子异步电动机，还标明转子的额定电动势及额定电流。电机学ElectricMachineryDepartmentofElectricalEngineering,HFUT第三节三相异步电动机的定子绕组一、交流绕组的一些基本知识和基本量1、电角度与机械角度电机圆周在几何上分成360°，这个角度称为机械角度。若磁场在空间按正弦波分布，则经过N、S一对磁极恰好相当于正弦曲线的一个周期。因此，一对磁极所占有的空间是360°电角度。一个具有p对磁极电机，电机圆周按电角度计算就为p×360°，而机械角度总是360°。电角度=p×机械角度电机学ElectricMachineryDepartmentofElectricalEngineering,HFUT线圈——组成交流绕组的单元是线圈。线圈是由一匝或多匝串联而成，它有两个引出线，一个称为首端，另一个称为末端。节距——一个线圈的两个边所跨定子圆周上的距离称为节距，用y1表示，一般用槽数计算。节距应该接近极距τ。1y1y——整距绕组，1y——短距绕组，——长距绕组槽距角α——相邻槽之间的电角度称为槽距角。若Q1为定子槽数，p为极对数，则槽距角（电角度）1360Qp每极每相槽数q——每一极每相绕组所占槽数，用符号q表示（m，电机相数）。pmQq21电机学ElectricMachineryDepartmentofElectricalEngineering,HFUT二、交流绕组的排列和联接为了便于说明问题，以下假设给定电机极数2p=4，槽数Q1=241、极距的计算，若2p=4，Q1=24642421pQ124电机学ElectricMachineryDepartmentofElectricalEngineering,HFUT2、线圈中的电流方向两极磁动势图四极磁动势图电机学ElectricMachineryDepartmentofElectricalEngineering,HFUT3、确定相带——每个极距内属于同相的槽所占有的区域称为“相带”，q=Q1/(2mp)=24/(2×3×2）＝2；每个相带为60°电角度（注意：这里是将A、B、C、X、Y、Z都作为单独的相带）。124124电机学ElectricMachineryDepartmentofElectricalEngineering,HFUT4、画定子槽展开图1AX24电机学ElectricMachineryDepartmentofElectricalEngineering,HFUT1AX24电机学ElectricMachineryDepartmentofElectricalEngineering,HFUT124AX电机学ElectricMachineryDepartmentofElectricalEngineering,HFUT124BY电机学ElectricMachineryDepartmentofElectricalEngineering,HFUT124CZ电机学ElectricMachineryDepartmentofElectricalEngineering,HFUT124AXBCYZ电机学ElectricMachineryDepartmentofElectricalEngineering,HFUT三相绕组排列和联接的一般方法为:②计算每极每相槽数；③划分相带；④组成线圈组；⑤按极性对电流方向的要求分别构成各相绕组。pQ21pmQq21①计算极距；电机学ElectricMachineryDepartmentofElectricalEngineering,HFUT四、三相双层绕组•结构特点：双层绕组的每个槽内都有上下两个线圈边，•上下层边放置的位置：每个线圈的一个边放在某一个槽的上层，另一边放在相隔节距y1的另一个槽的下层。•槽数与线圈数的关系为：整个绕组的线圈数等于槽数。•以下用3相4极36槽的双层叠绕组为例，说明3相双层绕组的排列和联接。电机学ElectricMachineryDepartme