《電機(jī)與拖動(dòng)課件ppt--第3章 交流異步電動(dòng)機(jī)》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《電機(jī)與拖動(dòng)課件ppt--第3章 交流異步電動(dòng)機(jī)（40頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,第3章 交流異步電動(dòng)機(jī),3.1 三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu),3.2 三相異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組,3.3 三相異步電動(dòng)機(jī)定子繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),3.4 三相異步電動(dòng)機(jī)的定子磁動(dòng)勢(shì),3.5 三相異步電動(dòng)機(jī)的等值電路和相量圖,3.6 三相異步電動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩,3.7 三相異步電動(dòng)機(jī)的工作特性,3.8 三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性,3.9 單相異步電動(dòng)機(jī),三相異步電動(dòng)機(jī)是應(yīng)用通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中產(chǎn)生電磁力的原理而工作的,如圖所示,外圓圈是可以轉(zhuǎn)動(dòng)的圓柱形鐵心,安放了一對(duì)磁極。在磁極中間裝有一個(gè)也能夠轉(zhuǎn)動(dòng)的圓柱形鐵心,簡(jiǎn)稱

2、轉(zhuǎn)子。在轉(zhuǎn)子外,圓的兩個(gè)槽內(nèi)嵌放著一個(gè)閉合線圈。,若將外圓圈上的一對(duì)磁極以速度,逆時(shí)針旋轉(zhuǎn),成為旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),切割轉(zhuǎn),子導(dǎo)條。用右手定則可知:N極下導(dǎo),條感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向是向內(nèi)的,S極下是,向外的。,第3章 交流異步電動(dòng)機(jī),3.1 三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu),3.1.1 三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理(1),3.1.1 三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理(2),閉合線圈導(dǎo)條中的電流與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)同方向,由左手定則可知,N極下導(dǎo)條電磁力方向向左,S極下的向右,這一對(duì)力偶產(chǎn)生了轉(zhuǎn)軸上的電,磁轉(zhuǎn)矩T,其轉(zhuǎn)向?yàn)槟鏁r(shí)針方向,轉(zhuǎn)子在電磁轉(zhuǎn)矩T的作用下,就會(huì)以n的速度沿逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)起來,成為電動(dòng)機(jī)。,同步轉(zhuǎn)速 與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 之

3、差 稱為轉(zhuǎn)差。轉(zhuǎn)差,與同步轉(zhuǎn)速 之比,稱為轉(zhuǎn)差率,用s表示,即,s也能表示轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速,即,異步電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)差率s很小,一般在0.015 0.05之間。,3.1.2 組成異步電動(dòng)機(jī)的主要部件(1),圖3.2 三相籠型異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)圖 圖3.3 定子鐵心與沖片,1.軸 2.彈簧片 3.軸承 4.端蓋 5.定子繞組 6.機(jī)座 7.定子鐵心,8.轉(zhuǎn)子鐵心 9.吊環(huán) 10.出線盒 11.風(fēng)罩 12.風(fēng)扇 13.軸承端蓋,圖3.2是一臺(tái)三相籠型異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)圖。主要部件是定子和轉(zhuǎn)子。定子有定子鐵心、定子繞組和機(jī)座;轉(zhuǎn)子有轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)軸。定子鐵心是電動(dòng)機(jī)主磁通所經(jīng)磁路的一部分,用硅鋼片疊

4、壓而成,如圖3.3。,3.1.2 組成異步電動(dòng)機(jī)的主要部件(2),定子鐵心內(nèi)圓上開有槽,槽內(nèi)放置定子繞組,槽型 如右上圖。定子繞組是三相繞組,六個(gè)出線頭都引到接線盒上,若銘牌標(biāo)明為Y聯(lián)結(jié),應(yīng)將三個(gè)末端的出線頭 、連接在一起,三個(gè)首端出線頭 、接三相電源,如圖(a);若為D()聯(lián)結(jié),應(yīng)將 與 、與 、與 分別連在一起,三個(gè)首端 、,接三相電源,如圖(b)。,（a）,（b）,（c）,（a）,（b）,3.1.2 組成異步電動(dòng)機(jī)的主要部件(3),轉(zhuǎn)子鐵心用硅鋼片沖壓疊裝而成,轉(zhuǎn)子槽形如左上圖,槽內(nèi)放置轉(zhuǎn)子繞組。轉(zhuǎn)子繞組有籠型轉(zhuǎn)子繞組和繞線轉(zhuǎn)子繞組?；\型轉(zhuǎn)子繞組如左下圖;繞線轉(zhuǎn)子繞組是對(duì)稱的三相繞組,接

5、成星形,三根引出線分別接到三個(gè)與轉(zhuǎn)軸絕緣的銅環(huán)上,稱為集電環(huán),通過電刷裝置與外電路相接,如上右圖。,（a）,（b）,（c）,（a）,（b）,3.1.3 三相異步電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù),1.額定功率 ,指電動(dòng)機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)軸上輸出的機(jī)械功率,kW;,2.額定電壓 ,指額定運(yùn)行時(shí)電網(wǎng)加在定子繞組上的線電壓,V或kV;,3.額定電流 ,指電動(dòng)機(jī)在額定電壓下,輸出額定功率時(shí),定子繞組中的線電流,A;與 及 之間的關(guān)系是,4.額定轉(zhuǎn)速 ,指額定運(yùn)行時(shí)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,單位是轉(zhuǎn)/分(r/min);,5.接法用Y或D()表示,表明定子繞組應(yīng)采用的連接方式,Y表示星形聯(lián)結(jié),D()表示三角形聯(lián)結(jié)。,3.2 三相異步電動(dòng)

6、機(jī)的定子繞組,定子繞組是由許多線圈按一定規(guī)律連接而成,線圈在槽內(nèi)部分是有效邊,槽外部分是端接,如右上圖。,1.如果定子圓周上有p對(duì)磁極,則,空間電角度=p機(jī)械角度。,2.若定子內(nèi)圓周有 個(gè)槽,則槽距角為,3.每相繞組在每個(gè)磁極下占據(jù)的槽數(shù)稱為每極每相槽數(shù)q,定子繞組相數(shù)為 時(shí),4.線圈兩個(gè)有效邊在定子圓周上的距離,用槽數(shù)來表示,稱為線圈節(jié)距 ,右下圖中,（a）,（b）,3.2.1 三相單層繞組(1),單層繞組的每個(gè)槽里只放一個(gè)線圈邊,繞組的線圈數(shù)等于定子槽數(shù)的一半。已知,極距 ,單層繞組為整距繞組,將定子內(nèi)圓周畫成平面展開圖,標(biāo)明槽號(hào)1 24,如 圖。,可將1號(hào)與7號(hào)槽中元件,邊連接成一個(gè)線圈

7、,同樣將2號(hào),與8號(hào)的連成另一個(gè)線圈,將這兩個(gè)線圈首尾串聯(lián)組成一,個(gè)線圈組。同理,將13與19及,14與20串聯(lián)組成另一個(gè)線圈,組。再將這兩個(gè)線圈組串聯(lián)為一相繞組。,3.2.1 三相單層繞組(2),圖3.14 單層鏈?zhǔn)嚼@組U相的展開圖,已知 ,將2、7;8、13;14、19;20、1各自連接起來,構(gòu)成了4個(gè)線圈。,再按電流方向,把各個(gè)線圈的端部按頭頭、尾尾的規(guī)律串聯(lián)起來,就構(gòu)成了U相繞組。從圖3.14所示展開圖上看,這4個(gè)線圈形同鏈條,故而稱為鏈?zhǔn)嚼@組。同樣可將V、W相線圈連成鏈?zhǔn)健?3.2.2 三相雙層繞組,圖3.15 U相繞組展開圖,已知 則 ,取 畫出24個(gè)槽,槽中的實(shí)線和虛線分別表示上

8、層邊及下層邊;把1號(hào)的上層邊與6號(hào)的下層邊連成1號(hào)線圈,同樣把2號(hào)與7號(hào)的對(duì)應(yīng)邊連成2號(hào)線圈,再把1號(hào)和2號(hào)線圈串聯(lián)成一個(gè)線圈組。同理將7、8,13、14及19、20號(hào)線圈分別連接成線圈組,最后將4個(gè)線圈組連接成一相繞組。,3.3 三相異步電動(dòng)機(jī)定子繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),3.3.1 導(dǎo)體的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)(1),圖3.16 交流發(fā)電機(jī)模型橫截面示意圖 圖3.17 導(dǎo)體的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),圖3.16 a是發(fā)電機(jī)模型橫截面示意圖,圖b是展開圖。設(shè)基波磁通密度為 ,導(dǎo)體A以速度 切割磁場(chǎng)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為 ,轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為 時(shí),機(jī)械角速度為 ,若有P對(duì)極,則電角速度為,將 代換,則有,波形如圖3.17,。,（a）,（

9、b）,3.3.1 導(dǎo)體的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)(2),如果電機(jī)有p對(duì)磁極,轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為 ,則感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)變化的頻率為 即 (3.12),感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的幅值為,式中 是基波磁通密度 的平均值;,是氣隙基波每極磁通量;,是導(dǎo)體切割磁場(chǎng)的線速度;,是定子內(nèi)表面的極距。,導(dǎo)體切割基波磁場(chǎng)所產(chǎn)生的基波電動(dòng)勢(shì)的有效值為,3.3.2 線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),1.整距線匝電動(dòng)勢(shì)的有效值是一根導(dǎo)體的有效值,的兩倍,即,2.由 匝串聯(lián)而成的整距線圈電動(dòng)勢(shì)的有效值為,3.短距線圈的節(jié)距 ,線匝的兩根導(dǎo)體相隔的(電)角度為 其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的相量可用右圖中的 和 表示,則線匝的,電動(dòng)勢(shì)有效值為,有 匝的短距線圈基波電動(dòng)勢(shì)大小為,稱為基波短距系

10、數(shù)。,3.3.3 線圈組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),圖3.19 分布線圈組空間位置及其連接圖 圖3.20 分布線圈組基波電動(dòng)勢(shì)相量圖,由3個(gè)線圈組成的分布線圈組如圖3.19,對(duì)q個(gè)線圈組成的線圈組,有 ,q個(gè)大小相等的相量相加就組成一個(gè)正多邊形,如圖3.20b,稱為基波分布系數(shù),對(duì)短距分布,線圈組有 是繞組系數(shù)。,（a）,（b）,（a）,（b）,3.3.4 一相繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),一相繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)就是繞組中一條并聯(lián)支路的電動(dòng)勢(shì)。對(duì)于雙層繞組,一相繞組在每一個(gè)極下有一個(gè)線圈組,如果電機(jī)有P對(duì)極,則共有2P個(gè)線圈組,若組成b條并聯(lián)支路,則每條支路由,2 p/b個(gè)線圈組串聯(lián)而成。所以每相繞組電動(dòng)勢(shì)為,(3.22

11、),式中 是一條支路的串聯(lián)總匝數(shù)。,單層繞組的線圈組數(shù)是雙層繞組的一半,則,3.3.5 定子繞組的諧波電動(dòng)勢(shì),次諧波磁通的極對(duì)數(shù)是基波磁通極對(duì)數(shù)的,倍,在定子繞組中感應(yīng)諧波電動(dòng)勢(shì)的頻率,若 次諧波每極磁通量為 ,則每相繞組中 次諧波電動(dòng)勢(shì)有效值為,式中 是 次諧波的繞組系數(shù),等于次諧波的短距系數(shù) 和分布系數(shù) 的乘積。,3.4 三相異步電動(dòng)機(jī)的定子磁動(dòng)勢(shì),3.4.1 單相繞組產(chǎn)生的脈動(dòng)磁動(dòng)勢(shì)(1),上圖是兩極異步電動(dòng)機(jī)磁場(chǎng)分布示意圖及展開圖。任選一條圍繞線圈導(dǎo)體的磁路,該磁路兩次穿過氣隙。若,匝的線圈電流為 ,則閉合磁路的磁動(dòng)勢(shì)為 ,若忽略定轉(zhuǎn)子鐵心的磁壓降,則一個(gè)氣隙的磁動(dòng)勢(shì)是 ,氣隙磁動(dòng)勢(shì)空

12、間分布波形為矩形波,如圖b,其最大高度為 ,矩形波磁動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值隨時(shí)間的變化而作余弦變化,稱為脈動(dòng)磁動(dòng)勢(shì)。,3.4.1 單相繞組產(chǎn)生的脈動(dòng)磁動(dòng)勢(shì)(2),在空間按矩形波規(guī)律分布的磁動(dòng)勢(shì) ,可以用傅里葉級(jí)數(shù)分解為基波和奇次余弦波,如下圖,基波幅值是矩形波幅值的4/,而 次諧波幅值是基波幅值的 ,即,式中,基波磁動(dòng)勢(shì)是一個(gè)在空間按,余弦規(guī)律 分布,其幅,值 隨時(shí)間作,余弦變化的磁動(dòng)勢(shì)。,3.4.1 單相繞組產(chǎn)生的脈動(dòng)磁動(dòng)勢(shì)(3),q=3的整距線圈組空間分布及磁動(dòng)勢(shì)相量如右圖,即,其幅值為,式中基波分布系數(shù)是,短距線圈組的磁動(dòng)勢(shì)等于整距的磁動(dòng)勢(shì)乘以短距系數(shù),磁動(dòng)勢(shì)幅值為,3.4.1 單相繞組產(chǎn)生的脈動(dòng)磁

13、動(dòng)勢(shì)(4),單相繞組產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)是指單相繞組中的線圈組在每對(duì)磁極下產(chǎn)生的氣隙磁動(dòng)勢(shì)。雙層繞組在每一對(duì)磁極下有兩個(gè)線圈組(匝數(shù)為 ),一相繞組產(chǎn)生的基波磁動(dòng)勢(shì)幅值為 (3.29),如果電動(dòng)機(jī)有P對(duì)極,一相繞組就有2P個(gè)線圈組,假定組成b條并聯(lián)支路,每一條并聯(lián)支路串聯(lián)總匝數(shù) 就是一相繞組串聯(lián)總匝數(shù),即 則,線圈組的電流I與繞組相電流 的關(guān)系是,代入式(3.29),得到一相繞組基波磁動(dòng)勢(shì)幅值為,是基波繞組系數(shù)?；ù艅?dòng)勢(shì)瞬時(shí)值為,3.4.2 三相繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)(1),定子三相繞組的軸線相差120(空間)電角度,繞組中三相對(duì)稱電流相位互差120(時(shí)間)電角度。以U相為基準(zhǔn),其基波磁動(dòng)勢(shì)的表達(dá)式為

14、,對(duì)V相有,對(duì)W相有,利用三角函數(shù)積化和差公式,將以上三式分別變換為,將上三式相加,后三項(xiàng)之和為零,三相合成基波磁動(dòng)勢(shì)為,(3.34),幅值 (3.35),當(dāng)t=0時(shí),其波形如圖中實(shí)線所示;當(dāng) ,即 時(shí),波形如圖中虛線所示。從圖中看出虛線波形是實(shí)線波形沿x軸移動(dòng)了 ,這表明,三相合成基波磁動(dòng)勢(shì)公式表示的是一個(gè)在空間按余弦規(guī)律分布、幅值恒定不變、隨時(shí)間而正向旋轉(zhuǎn)的磁動(dòng)勢(shì)波?？捎纱艅?dòng)勢(shì)波幅值點(diǎn)的移動(dòng)速度來確定磁動(dòng)勢(shì)波的旋轉(zhuǎn)速度,即令,則 或,由x對(duì)t的導(dǎo)數(shù)求得,磁動(dòng)勢(shì)波的的旋轉(zhuǎn)速度即同步轉(zhuǎn)速,為,3.4.2 三相繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)(2),3.5 三相異步電動(dòng)機(jī)的等值電路和相量圖,3.5.1 轉(zhuǎn)子

15、繞組開路時(shí)的等值電路和相量圖(1),轉(zhuǎn)子繞組開路時(shí),轉(zhuǎn)子電流為零,只有定子空載電流 產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì) ,如右上圖;產(chǎn)生空載基波主磁通 和漏磁通 ,如右下圖。主磁通在定、轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)有效值為,漏磁通在定子繞組中產(chǎn)生的,為,定子電壓方程是,3.5.1 轉(zhuǎn)子繞組開路時(shí)的等值電路和相量圖(2),定子電動(dòng)勢(shì)與轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)之比稱為電動(dòng)勢(shì)變比,也稱電壓變比,類似于變壓器,有,定子電壓方程是,其等值電路 如右上圖所示。,轉(zhuǎn)子電壓方程是,是轉(zhuǎn)子繞組在開路時(shí)的相電動(dòng)勢(shì);對(duì)應(yīng)的相量圖如右下圖所示。,3.5.2 轉(zhuǎn)子繞組閉合時(shí)的等值電路和相量圖（1）,轉(zhuǎn)子繞組閉合,如右圖,而且用外力將轉(zhuǎn)子堵住,使之不能轉(zhuǎn)動(dòng)

16、,稱之為堵轉(zhuǎn)。這時(shí)就有轉(zhuǎn)子電流 和定子電流 ,分別產(chǎn)生磁動(dòng)勢(shì) 和 ,它們之和等于轉(zhuǎn)子開路時(shí)的磁動(dòng)勢(shì) ,即 代換后,有,是電流變比,定子電壓方程是,轉(zhuǎn)子短路閉合,可將轉(zhuǎn)子,不動(dòng)時(shí)的電動(dòng)勢(shì)表示為,3.5.2 轉(zhuǎn)子繞組閉合時(shí)的等值電路和相量圖（2）,把轉(zhuǎn)子繞組向定子繞組折算遵循的原則是:折算前后轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)的大小和相位不變。方法是:把原來的轉(zhuǎn)子繞組看成和定子繞組有相同的相數(shù),相同的匝數(shù),相同的繞組系數(shù)。折算后的基本方程是,其等值電路如圖a所示,相量圖如圖b所示。,（a）,（b）,3.5.2 轉(zhuǎn)子繞組閉合時(shí)的等值電路和相量圖（2）,轉(zhuǎn)子繞組短接且轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),與轉(zhuǎn)子不動(dòng)時(shí)相比,電磁量會(huì)發(fā)生變化:1)轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的頻率為,2)轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì),3)轉(zhuǎn)子繞組的漏電抗,轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)磁動(dòng)勢(shì)平衡方程式為,也就有,定子電動(dòng)勢(shì)平衡方程式是,轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)平衡方程式為,或 (3.60),3.5.2 轉(zhuǎn)子繞組閉合時(shí)的等值電路和相量圖（3）,旋轉(zhuǎn)時(shí)的轉(zhuǎn)子電流為,(3.61),把上式的分子、分母都除以s,可化為 (3.62),上式表示靜止轉(zhuǎn)子電流。比較上兩式可知,將轉(zhuǎn)子電阻從 增加到 的靜止轉(zhuǎn)子,可以代替在轉(zhuǎn)差率s下的實(shí)際旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)