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三相异步电动机的工作原理,一、旋转磁场1. 旋转磁场的产生三相电流 三相 绕组 旋转磁场。三相绕组：,W2 W1,V2 V1,U1 U2,三相异步电动机的工作原理一、旋转磁场,U V W,i1 = Imsinti2 = Imsin(t120O)i3 = Imsin(t +120O),i1 i2 i3,t = 0O 时i1 = 0，i2 0， i3 0,NS,U U1U2V1V2W2W1i1 = ImsinttO,NS,t = 120o 时i10，i2 = 0，i3 0,U1U2V1V2W2W1Nt = 120o 时,NS,NS,t = 240o 时i1 0，i20，i3 = 0,t = 360o 时i1= 0，i2 0，i30,U1U2V1V2W2W1U1U2V1V2W2W1NNt =,i 每分钟变化 (5060) 周,n0 = 3000 = 60 f1 (r / min),2. 旋转磁场的转速 n0,每相绕组由一个线圈组成，p=1,i 每分钟变化 (5060) 周n0 = 3000 = 6,N,S,N,S, 磁极对数 p p = 2 电流变化一周 旋转磁场转半圈 n0 = 1500, 当磁极对数 p = 3 时 n0 = 1000,每相绕组由两个线圈串联组成,*知识点：,U1U2U3U4V1V4V2V3W4W1W2W3NS,f = 50 Hz 时： 1 2 3 4 5 6 3000 1500 1000 750 600 500,pn0/(r/min),3. 旋转磁场的转向 ( n0 的转向) U (i1) V(i2) W(i3) 怎样改变 n0 的方向 ? V(i1) U(i2) W(i3) 知识点：旋转磁场转向取决于相序。,f = 50 Hz 时： p 3. 旋转磁场的转向 ( n,二、 工作原理,对称三相绕组通入对称三相电流,旋转磁场(磁场能量),磁场线切割转子绕组,转子绕组中产生 e 和 i,转子绕组在磁场中受到电磁力的作用,转子旋转起来,机械负载旋转起来,三相交流电能,感应,电磁转矩,输出机械能量,发电过程,电动过程,知识点：重点明白如何“发电”、如何“电动”。,二、 工作原理对称三相绕组旋转磁场磁场线切割转子绕组中转子绕,n0,定子：,n,1. 电磁转矩的产生,U1,I1,Fm1,E2,I2,Fm2,T,n,转子：,NSn0定子：n1. 电磁转矩的产生U1I1Fm1E,2. 转子旋转的方向,*转子与旋转磁场的转向相同。,正转,反转,知识点：怎样改变转子的转向?,n,n,M3M32. 转子旋转的方向*转子与旋转磁场的转向相同。,起动时：n = 0, n = n0,转差率 :, 起动时:, 额定运行时:,3. 转子转速 n, 转子电磁感应最强,nn,转子电磁感应消失,转子电磁感应减弱,nn n0,n n0,n = 0，s = 1,sN = 0.01 0.09 知识点：p=1,2,3,n典型值, 理想空载时:,n = n0，s = 0, 正常运行时:,0nn0， 1s0,异步！,知识点,起动时：n = 0, n = n0转差率 : 起动时:, 起动时： n = 0，n = n0 ， f2 = f1 。 起动过程中: n n f2 稳定运行时：,4. 转子电路电量的变化,f2 = s f1 （知识点：约几Hz，很低）, 起动时：4. 转子电路电量的变化 f2 = s f1 （,5. 电磁转矩 T 的大小,T ，I2cos2,6. 三相异步电机的四象限运行,T = CTm I2cos2,电动机状态：n 与T 同方向 0nn0 1s0,发电机状态：n 与T 反方向 nn0 s0,制动状态： n 与T 反方向 n0 s1,反向电动机状态,5. 电磁转矩 T 的大小T ，I2cos26. 三,4.2 三相异步电机的基本结构,一、主要部件,1. 定子(1) 定子铁心(2) 定子绕组(3) 机座和端盖,2. 转子(1) 转子铁心(2) 转子绕组(3) 转轴(4) 风扇,4.2 三相异步电机的基本结构一、主要部件1. 定子2.,异步电动机内部结构图,异步电动机内部结构图,定子铁心、转子铁心：,由硅钢片叠成。,定子铁心,转子铁心,定子铁心、转子铁心：由硅钢片叠成。定子铁心转子铁心,定子绕组,知识点：三相对称三相绕组。,定子绕组知识点：,定子接线盒,星形(Y)联结,三角形()联结,U1 V1 W1,U2 V2 W2,知识点：两种绕组接法,U1 V1 W1W2,鼠笼式：对称多相绕组。,转子绕组,知识点：为什么叫感应电动机？,转子绕组知识点：为什么叫感应电动机？,鼠笼式异步电动机的转子,鼠笼式异步电动机的转子,绕线式异步电动机的转子,绕线式异步电动机的转子,交流与直流异步电动机注册电气工程师考试课件,交流与直流异步电动机注册电气工程师考试课件,三相异步电动机的名牌数据,1、额定功率pN：指额定运行时输出机械功率。2、额定电压U1N：指额定运行状态下，定子绕组应加的线电压。3、额定电流I1N：指额定运行状态下，输出额定功率时，定子绕组中的线电流。4、额定功率fN：工频规定为50HZ5、额定转速nN：指电机在额定运行时的转速。6、其他：有时还标明功率因数，效率，温升，定额接法绝缘等级等.,三相异步电动机的名牌数据 1、额定功率pN：指额定运行时输出,定子铁心、转子铁心：,主磁路的主要部分，为了减少磁滞损耗和涡流损耗，铁芯由0.5mm的硅钢片成。,定子铁心,转子铁心,定子铁心、转子铁心：主磁路的主要部分，为了减少磁滞损耗和,交流与直流异步电动机注册电气工程师考试课件,交流与直流异步电动机注册电气工程师考试课件,定子绕组,对称三相绕组。,定子绕组对称三相绕组。,绕线式：对称三相绕组。鼠笼式：对称多相绕组。,转子绕组,绕线式：对称三相绕组。 转子绕组,1. 名词和符号：(1) 机械角度和电角度,转子转一圈，U 相绕组中的感应电动势变化一周。,转子转一圈，U 相绕组中的感应电动势变化两周。,定子三相绕组,电角度= 机械角度极对数,知识点：,1. 名词和符号：(1) 机械角度和电角度NSU1U2U1U,三相电机: 一般，m = 3(3) 极对数 p(4) 槽数 z(5) 槽距角：,(6) 极：,相邻两个槽中心线之间的距离。,相邻两磁极中心线间的距离。,用槽数表示：,(2) 相数 m,（注意：为电角度）,三相电机: 一般，m = 3(6) 极：,(7) 每极每相槽数 q,2. 交流绕组的种类(1) 按相数分类: 单相绕组、三相绕组、两相绕组。,(7) 每极每相槽数 qq =z2. 交流绕组的种类NSU1,整距绕组: y = 短距绕组: y 长距绕组: y ,(3) 按每极每相槽数分类集中绕组：q = 1分布绕组： q1,(2) 按线圈节距分类,(4) 按每个槽内线圈的层数分类单层绕组双层绕组,整距绕组: y =NSU1U2V1V2W2W1(3),双层绕组:,双层集中绕组外层(上层): U1、U3内层(下层): U2、U4,双层分布绕组外层(上层): U1、U3内层(下层): U2、U4,(5) 按线圈之间的联结方式分类: 叠绕组、波绕组、同心绕组等。,NS双层绕组: 双层集中绕组U1U2U,交流与直流异步电动机注册电气工程师考试课件,例：求作叠绕组展开图。 z = 24，p = 2，m = 3，y =。解： 绕组接线步骤如下。(1) 求出 q、y 每极每相槽数：,= 2,3. 三相单层绕组,槽距角：,= 30,线圈节距：,= 6,例：求作叠绕组展开图。q =z2 p m=24223=,(2) 画出 U 相叠绕组。,U1,U2,U1(1-7)(2-8), 线圈串联：,(13-19) (14-20) U2,123456789101112131415161718192, 线圈并联：,U1,U2,串联, 线圈并联：U1U21234567891011121314,(3) 画出三相叠绕组。(用三色),124567891011121314151617181920,4. 同心绕组,例：z = 24，p = 1，q = 4, = 15。,优点：下线方便、端部重叠层数少、散热好。缺点？,两极小型感应电机。,4. 同心绕组 123456789101112131,交流与直流异步电动机注册电气工程师考试课件,1. 单相绕组的脉振磁通势 脉振磁场：轴线不变，大小和方向随时间交变 的磁场。 脉振磁通势：产生脉振磁场的磁通势。,x = 0,二、三相绕组的磁通势,1. 单相绕组的脉振磁通势U1U2NS12Fx = 00fU,U1U2 与 U3U4串联:, 脉振磁通势的幅值: 绕组磁通势的幅值 = kw N Im,=2 kw N I,气隙矩形波磁通势的幅值,U1U3U4U214FSNNSU1U2 与 U3U4串联:U,气隙基波磁通势的幅值, 分布绕组的磁通势,知识点：单相合成磁势,气隙基波磁通势的幅值2 kw N I=2p4F =0.9,U V W,2. 三相绕组的旋转磁通势 (幅值),i1 = Imsinti2 = Imsin(t120o )i3 = Imsin(t + 120o ),知识点：三相合成磁势,U 2. 三相绕组的旋转磁通势 (幅值)i1 = Imsi,SN,SN,SN,SN,SN,旋转磁通势波,SN,SN,SN,SN,SN,SN,SSSSS旋转磁通势波SSSSSS,三、基波与高次谐波磁通势和电动势,磁极的磁场 = 基波磁场 + 奇次谐波磁场v 次谐波的极对数：,pv = v p1,v 次谐波电动势频率：,f v = v f 1,v 次谐波电动势大小：,E v = 4.44 f v kwv Nm,v 次谐波的绕组系数：,kwv = kpv ksv,基波极对数 p,v 次谐波的短距因数：,v 次谐波的分布因数：,(取正值),三、基波与高次谐波磁通势和电动势 磁极的磁场,(1) 在同步电机中，谐波磁通势所产生的磁场在转子表面产生涡流损耗，使电机发热， 。 (2) 在感应电机中，谐波磁场产生寄生转矩，影响其起动性能；损耗，cos，温升，。 y = ( 0.8 0.83 ) 谐波电动势的影响： 使发动机电动势波形变坏，供电质量，杂散损耗， ，温升；输电线中的高次谐波电流所产生的电磁场干扰邻近通讯线路。 改善气隙磁场分布；采用短距绕组和分布绕组。, 谐波磁通势的影响：,(1) 在同步电机中，谐波磁通势所产生的磁场,4.4 三相异步电动机的电动势和磁通势平衡方程,一、定子电路的电动势平衡方程 (每相),U1 =E1 + (R1 + jX1 ) I1,E1 =j4.44 f 1kw1 N1m,=E1 + Z1 I1, 定子绕组感应电动势的频率：, 与交流电源同频率。,4.4 三相异步电动机的电动势和磁通势平衡方程一、定子电路,= s f1, 转子电路的频率：,E2s = 4.44 s f1 kw2N2m,二、转子电路的电动势平衡方程 (每相),= sE2, 变压器：,U2 = E2Z2I2, 异步机：,0 = E2sZ2sI2s,E2s = j4.44 f2 kw2N2m,式中：E2 = 4.44 f1 kw2N2m 转子静止时的电动势。,f2=p(n0n)= s f1 转子电路的频率：E2s,X2s = 2f2 L2,式中： X2 = 2f1 L2 转子静止时的漏电抗。 转子每相电流：,= 2s f1 L2 X2s = s X2,X2s = 2f2 L2式中： X2 = 2f1 L2,三、磁通势平衡方程,1. 定子旋转磁通势 幅值：,转向：,与三相电流相序一致。,转速：,2. 转子旋转磁通势 幅值：,转向：与转子电流的相序一致，即与 定子旋转磁通势的旋转方向一致。,三、磁通势平衡方程1. 定子旋转磁通势F1 =0.9 m1k,转速： (1) 转子旋转磁通势相对于转子的转速：,= s n0,(2) 转子旋转磁通势相对于定子的转速： n2 + n,= s n0 + (1s) n0,= n0, 结论：(1) 转子旋转磁通势与定子旋转磁通势在空间 是沿同一方向以同一速度旋转的；(2) 二者组成了统一的合成旋转磁通势， 共同产生旋转磁场。,转速： n2 = p60 f2= s n0(2) 转子旋转,3. 磁通势平衡方程,(1) 理想空载时： I2s = 0， I1 = I0旋转磁通势的幅值为：,(2) 负载时：,F1 + F2 = F0, m1= m2 ?,绕线型异步电动机一定相同。,3. 磁通势平衡方程(1) 理想空载时：F0 =0.9 m1,第五章 异步电机的基本理论二,5.1 三相异步电动机的运行分析(等效电路及相量图） 5.2 三相异步电动机的功率和转矩 5.3 三相异步电动机的运行特性（工作特性、参数测定、转差率与转矩的关系等） 5.4 单相异步电动机,第五章 异步电机的基本理论二,5.1 三相异步电动机的运行分析(等效电路及相量图),一、等效电路,E1,I1,R1 jX1,jX2s R2,E2s,I2s,f1,f2,+U1,m1、 kw1N1 m2、 kw2N2,1. 频率折算,= I2,5.1 三相异步电动机的运行分析(等效电路及相量图)一、,实际旋转的转子 等效静止的转子 F2的转速 F2的大小F2的空间位置, 频率归算的物理含义：,用一个静止的、电阻为 R2 /s 的等效转子去代替电阻为 R2 的实际旋转的转子，等效转子与实际转子具有同样的转子磁通势 F2 。,0.9 m2kw2N2 I2s2p,0.9 m2kw2N2 I22p,n0,n0,取决于电流的相位。,i2s 与 i2 的相位相同。, 频率归算后，定子的所有物理量不变， 定子传送到转子的功率也不变。,R2s,转子所产生的机械功率相对应的等效电阻,总机械功率：,E2,I2,jX2 R2,f1,m1、 kw1N1 m2、 kw2N2,R2= R2 +1sR2转子所产生的机械功率相对应的等效电,2. 绕组折算,用一个相数和有效匝数与定子绕组相同的转子绕组去等效代替实际的转子绕组。 等效代替：保证电磁效应和所有物理量保持不变。(1) 电动势的折算： 折算前：,E2 = 4.44 f1 kw2N2m,折算后：,E2 = E1 = 4.44 f1 kw1N1m,定、转子的电动势之比：,2. 绕组折算 用一个相数和有效匝数与定子绕组,(2) 电流的折算：,折算前：,折算后：,= F2,E2 = E1 = ke E2,电流比：,(2) 电流的折算：折算前：折算后：F2 =0.9 m2kw,(3) 阻抗的折算：,折算前：,折算后：,阻抗比：,= ke ki,Z2 = kZ Z2,R2 = kZ R2X2 = kZ X2,(3) 阻抗的折算：折算前：Z2=+ jX2R2= E2折算,3. 等效电路及其简化,3. 等效电路及其简化E1 = E2I1R1,一、功率平衡方程式 1. 输入功率P1 P1 = 3 U1I1cos1,5.2 三相异步电动机的功率和转矩,=3 U1LI1Lcos1,2. 定子铜损耗 PCu1 PCu1 = m1R1I12 = 3R1I123. 铁损耗 PFe（转子铁损耗忽略不计） PFe = m1RmI02 = 3RmI02,一、功率平衡方程式5.2 三相异步电动机的功率和转矩=,4. 电磁功率Pe,Pe = P1PCu1PFePe = m2 E2 I2cos2 = m1 E2 I2 cos2,5. 转子铜损耗 PCu2 PCu2 = m2 R2 I22 = m1 R2 I2 2 = s Pe,4. 电磁功率PePe = P1PCu1PFeR2=,8. 输出功率 P2 P2 = PmP0 = PePCu2P0 = P1PCu1PFePCu2P0,6. 总机械功率 Pm,Pm = PePCu2,= (1s ) Pe,7. 空载损耗 P0 P0 = Pme + Pad,P1,PCu1+PFe,Pe,PCu2,P0,P2,Pm,机械损耗,附加损耗,8. 输出功率 P26. 总机械功率 PmPm = PeP,二、转矩平衡方程式,Pm = P2+ P0,T = T2 + T0,1. 电磁转矩 T,2. 空载转矩 T0,3. 输出转矩 T2,二、转矩平衡方程式Pm = P2+ P0T = T2 +,例1：,一台三相笼型异步电动机，其技术数据为： PN = 3 kW，U1N = 380 V， nN = 957 r/min，定子 Y 联结，R1 = 2.08 ，X1 = 3.12 ，R2 = 1.525 ，X2 = 4.25 ，Rm = 4.12 ，Xm = 62 ， P0 = 60 W。求 nN 时：(1) I1、I2、cos1；(2) P1、P2、; (3) Pe、T 。 解：,nN = 957 r/min n0 = 1000 r/min,= 0.043,= 35.46+ j4.25,= 4.12 + j62,Zm= Rm + jXm,= 35.7 6.83,= 62.14 68.2,例1： 一台三相笼型异步,(1) 定子电流：,= 6.81 36.4A,转子电流：,= 5.47 9.5A,则： I1 = 6.81 A，I2 = 5.47 A,励磁电流：,I0 = I1 + I2,= 6.81 36.4o 5.47 9.5o,= 3.18 88.56A,设：U1 = 220 0V,(1) 定子电流：U1I1= = 6.81 36.4,功率因数：,cos1 = cos(36.4),= 0.805,(2) 输入功率：,P1 = 3 U1 I1 cos1,= 32206.81 0.805,= 3 610 W,定、转子铜损耗：,PCu1 = 3R1 I12,= 289 W,PCu2 = 3R2 I22,= 137 W,铁损耗：,PFe = 3Rm I02,= 125 W,输出功率：,P2 = P1(PCu1+PCu2+PFe+P0),= 3 000 W,功率因数：cos1 = cos(36.4)= 0.80,效率：,= 83.1%,(3) 电磁功率：,Pe = P1( PCu1 + PFe ),= 3 196 W,电磁转矩：,= 30.52 Nm,效率：= 100%P2= 83.1%(3),一、脉振磁场的分解 定子：单相绕组；转子：鼠笼式。,5.4 单相异步电动机,i1,F,3 ,F,i1,i1,一、脉振磁场的分解5.4 单相异步电动机 i1F3,t1,t2,t3,t4,t5,t6,t7,t8,t3,t4,t5,t7,t8,ftOt1t2t3t4t5t6t7t8t = 0FRmFFm, 设：i1 = Im cost则磁通势的基波分量为：,= f+ + f,正转磁通势 f+,正转磁场+,正转电磁转矩T+,反转磁通势 f,反转磁场,反转电磁转矩T,二、工作原理,知识点, 设：i1 = Im cost= f+ + ff1, 对正转磁场而言：,转差率:, 对反转磁场而言：,转差率:,= 2s+,T,2 1 s+ 0,0 s 1 2,当 n = 0，s = 1 时： Tst = 0当 n0 时： T 0,知识点, 对正转磁场而言：转差率:s+ =n0nn0 对反转磁,三、单相异步电动机的起动方法,1.分相式电动机 定子绕组：,主绕组辅助绕组,（工作绕组） （起动绕组）,原理：,旋转磁场,起动转矩,两相电流,(1) 电阻分相式电动机(2) 电容分相式电动机,三、单相异步电动机的起动方法1.分相式电动机主绕组（工作绕组, 电容分相式电动机的原理图,工作绕组,起动绕组,iw,is,Is,Iw,U,I,i,U Q1CWSQ2 电容分相式电动机的原理图工作绕组起动,单相电容起动电动机,单相电容起动电动机,交流与直流异步电动机注册电气工程师考试课件,转子,2. 罩极起动,短路环,定子,定子磁极,转子2. 罩极起动短路环定子定子,贝得牌三相异步电动机,贝得牌三相异步电动机,绕线型异步机,绕线型异步机,电机装配图,电机装配图,交流与直流异步电动机注册电气工程师考试课件,交流与直流异步电动机注册电气工程师考试课件,