交流异步电机及其控制ppt课件.ppt

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3.1三相异步电动机的结构与铭牌2课时3.2三相异步电动机的工作原理4课时3.3三相异步电动机的电路分析2课时3.4三相异步电动机的工作特性2课时3.5三相异步电动机的起动2课时3.6三相异步电动机的调速2课时3.7三相异步电动机的制动2课时3.8单相异步电动机4课时,第三章三相异步电动机,第三章三相异步电动机,第三章三相异步电动机,3.1三相异步电动机的结构与铭牌,第三章三相异步电动机,电动机的分类：

一、三相异步电动机概述,第三章三相异步电动机,三相异步电机主要用作电动机，拖动各种生产机械。

容量从几十瓦到几千千瓦，由于其结构简单、体积小、重量轻、效率较高，不仅在工业生产中使用非常广泛，在农业方面也大都是用异步电动机来拖动的。

据统计，在整个电能消耗中，电动机的耗能占总电能的65%左右，而在整个电动机的耗能中，三相异步电动机又居首位。

随着变频技术的发展，三相异步电动机的平滑调速性能越来越凸显其优势，三相异步电动机将在更多的领域代替直流电动机的应用。

一、三相异步电动机概述,第三章三相异步电动机,三相异步电动机结构分类,二、三相异步电动机的结构,第三章三相异步电动机,三相异步电动机主要由定子部分、转子部分、气隙及其它附件构成。

1定子部分,

（1）定子铁心导磁部分定子铁心是电机磁路的一部分，并起固定定子绕组的作用。

为了增强导磁能力和减小铁耗，定子铁心常选用0.5mm或0.35mm厚的硅钢片冲制叠压而成，片间涂上绝缘漆。

定子铁心内圆均匀冲出许多形状相同的槽，用以嵌放定子绕组。

（2）定子绕组放在定子铁心内圆槽内导电部分定子绕组是异步电动机的电路部分，其材料主要采用紫铜。

小型异步电动机常采用三相单层绕组，大中型异步电动机常采用三相双层短矩叠绕组形式，三相绕组的六个出线端子均接在机座侧面的接线板上，可根据需要将三相绕组接成Y形或形。

（3）机座机座是电动机的外壳，支撑电机各部件，并通过机座的底脚将电机安装固定。

全封闭式电机的定子铁心紧贴机座内壁，故机座外壳上的散热筋是电机的主要散热面。

中小型电机采用铸铁机座。

大型电机一般采用钢板焊接机座。

二、三相异步电动机的结构,第三章三相异步电动机,

（1）定子铁心的结构,二、三相异步电动机的结构,定子铁心,定子冲片,定子冲片,第三章三相异步电动机,

（2）定子绕组,二、三相异步电动机的结构,第三章三相异步电动机,（3）定子机座,二、三相异步电动机的结构,定子机座,定子机座,第三章三相异步电动机,转子部分,

（1）转子铁心转子铁心也是电机磁路的组成部分，并用来固定转子绕组。

铁心材料也用0.5mm或0.35mm厚的硅钢片冲制叠压而成，故通常用冲制定子铁芯冲片剩余下来的内圆部分制作。

转子铁芯固定在转轴上，其外圆上开有槽，用来嵌放转子绕组。

（2）转子绕组根据转子绕组的结构型式可分为1）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。

2）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。

2、转子部分在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电流。

二、三相异步电动机的结构,第三章三相异步电动机,

（1）转子铁心,二、三相异步电动机的结构,绕线型转子铁心,笼型转子铁心,第三章三相异步电动机,

（2）转子绕组,二、三相异步电动机的结构,三相绕线式转子绕组结构示意图,鼠笼型转子绕组结构示意图,第三章三相异步电动机,绕线式转子实物图片,碳刷,二、三相异步电动机的结构,3、气隙异步电动机的气隙是均匀的，大小为机械条件所能允许达到的最小值。

异步电机气隙比同容量的直流电动机气隙小得多，在中小型异步电机中，约为0.20.5mm。

第三章三相异步电动机,二、三相异步电动机的结构,第三章三相异步电动机,鼠笼式：

结构简单、价格低廉、工作可靠；不能人为改变电动机的机械特性。

绕线式：

结构复杂、价格较贵、维护工作量大；转子外加电阻可人为改变电动机的机械特性。

鼠笼式电动机与绕线式电动机的比较：

二、三相异步电动机的结构,第三章三相异步电动机,1）型号,例如：

Y132M4,用以表明电动机的系列、几何尺寸和极数。

三、三相异步电动机铭牌,第三章三相异步电动机,异步电动机产品名称代号,三、三相异步电动机铭牌,第三章三相异步电动机,2）接法,定子三相绕组的联接方法:

通常,三、三相异步电动机铭牌,第三章三相异步电动机,三、三相异步电动机铭牌,第三章三相异步电动机,5）功率与效率,额定功率是指电机在额定运行时轴上输出的机械功率P2，它不等于从电源吸取的电功率P1。

6）绝缘等级,指电机绝缘材料能够承受的极限温度等级，分为A、E、B、F、H五级，A级最低（105C），H级最高（180C）。

二、三相异步电动机铭牌,第三章三相异步电动机,7）功率因数,三相异步电动机的功率因数较低，在额定负载时约为0.70.9。

空载时功率因数更低，只有0.20.3。

额定负载时，功率因数最高。

8）额定转速,电机在额定电压、额定负载下运行时的转速。

二、三相异步电动机铭牌,第三章三相异步电动机,3.2三相异步电动机的工作原理,第三章三相异步电动机,3.2三相异步电动机的工作原理,一.异步电动机转动演示,点击演示,第三章三相异步电动机,定子三相对称绕组通入对称三相交流电（星形联接）,1.旋转磁场的产生,二.三相异步电动机的旋转磁场,第三章三相异步电动机,电流方向规定,（）电流出,（）电流入,当三相对称交流绕组通入三相对称交流电流时，将在电机气隙空间产生旋转磁场；（动画1，动画2）,二.三相异步电动机的旋转磁场,第三章三相异步电动机,三相电流合成磁场的分布情况,A,二.三相异步电动机的旋转磁场,第三章三相异步电动机,由以上分析可知：

三相电流产生的合成磁场是一旋转的磁场，即：

一个电流周期，旋转磁场在空间转过360,2.旋转磁场的旋转方向,结论：

旋转磁场的方向取决于三相电流的相序，任意调换两根电源进线，则旋转磁场反转。

二.三相异步电动机的旋转磁场,第三章三相异步电动机,当三相定子绕组按图示排列时，产生一对磁极的旋转磁场，即：

P=1,3.旋转磁场的极对数P,二.三相异步电动机的旋转磁场,第三章三相异步电动机,若定子每相绕组由两个线圈串联，绕组的始端之间互差60，将形成两对磁极的旋转磁场。

结论：

旋转磁场的磁极对数与三相绕组的排列有关,二.三相异步电动机的旋转磁场,第三章三相异步电动机,4.旋转磁场的转速,=1时,二.三相异步电动机的旋转磁场,第三章三相异步电动机,=2时,二.三相异步电动机的旋转磁场,第三章三相异步电动机,旋转磁场转速n0与极对数p的关系,二.三相异步电动机的旋转磁场,第三章三相异步电动机,A,X,Y,C,B,Z,定子三相绕组通入三相交流电,感应电动势E20,电磁力F,三.三相异步电动机转动原理,1、转动原理,第三章三相异步电动机,转动原理,电生磁,磁生电,产生电磁力,旋转磁场切割转子导体感应电动势和电流,三相对称绕组通往三相对称电流产生圆形旋转磁场。

转子载流体在磁场作用下受电磁力作用，形成电磁转矩，驱动电动机旋转，将电能转化为机械能。

三.三相异步电动机转动原理,第三章三相异步电动机,旋转磁场的同步转速和电动机转子转速之差与旋转磁场的同步转速之比称为转差率。

由前面分析可知，电动机转子转动方向与磁场旋转的方向一致，但转子转速n不可能达到与旋转磁场的转速相等，即,如果n=n0,因此，转子转速与旋转磁场转速间必须要有差别。

2.转差率,三.三相异步电动机转动原理,第三章三相异步电动机,异步电动机运行中:

转子转速亦可由转差率求得,转差率s,例1：

一台三相异步电动机，其额定转速n=975r/min，电源频率f1=50Hz。

试求电动机的极对数和额定负载下的转差率。

解：

根据异步电动机转子转速与旋转磁场同步转速的关系可知：

n0=1000r/min,即,p=3,三.三相异步电动机转动原理,第三章三相异步电动机,3.3三相异步电动机的电路分析,一、定子绕组各物理量二、转子绕组各物理量三、三相异步电机的空载运行四、三相异步电动机的负载运行五、三相异步电动机的等效电路六、三相异步电动机与变压器的对比,第三章三相异步电动机,异步电动机：

旋转磁场切割导体eU1E1=4.44f1N1,旋转磁场与定子导体间的相对速度为n0，所以,感应电势的频率与磁场和导体间的相对速度有关,f1=电源频率f,一、定子电路各物理量,1）旋转磁场的磁通,2）定子感应电势的频率f1,第三章三相异步电动机,定子导体与旋转磁场间的相对速度固定，而转子导体与旋转磁场间的相对速度随转子的转速不同而变化,所以转子感应电势频率f2:

所以定子感应电势频率f1转子感应电势频率f2,异步电机运行时,旋转磁场切割定子导体和转子导体的速度不同,二、转子电路各物理量,1）转子感应电势频率f2,第三章三相异步电动机,E2=4.44f2N2=4.44sf1N2,当转速n=0（s=1）时，f2最高，且E2最大，有,E20=4.44f1N2,转子静止时的感应电势,即E2=sE20,转子转动时的感应电势,当转速n=0（s=1）时，f2最高，且X2最大，有,X20=2f1L2,即X2=sX20,2）转子感应电动势E2,3）转子感抗X2,二、转子电路各物理量,第三章三相异步电动机,4）转子绕组的感应电流I2,5）转子电路的功率因数cos2,二、转子电路各物理量,第三章三相异步电动机,结论：

转子转动时，转子电路中的各量均与转差率s有关，即与转速n有关。

二、转子电路各物理量,第三章三相异步电动机,异步电动机空载运行时的定子电流称为空载电流。

与变压器一样,主、漏磁通在定子绕组上感应的电动势,1）空载电流,2）感应电动势,三、三相异步电机的空载运行,第三章三相异步电动机,与变压器一样，根据基尔霍夫电压定律，可列出空载时定子每相电压方程式：

同样也有：

根据上两式，可以作出空载时等效电路。

3）电压平衡方程与等效电路,三、三相异步电机的空载运行,第三章三相异步电动机,根据基尔霍夫电压定律可写出定、转子侧电动势平衡方程：

1）电动势平衡方程,四、三相异步电机的负载运行,第三章三相异步电动机,物理意义：

定子电流一部分为励磁电流，另一部分为负载电流，负载电流的作用是抵消转子电流所产生的磁场效应。

2）基本方程式,异步电动机的电流比,四、三相异步电机的负载运行,第三章三相异步电动机,2）基本方程式,四、三相异步电机的负载运行,下图为异步电机负载运行时的等效电路，根据此等效电路，可以进行频率及绕组各物理量的折算。

折算时要求不改变转子磁动势以及功率关系。

频率归算后，就将旋转的电机等效为转子静止时的状态。

第三章三相异步电动机,五、三相异步电动机的等效电路,第三章三相异步电动机,频率折算就是用一个等效的转子电路代替实际旋转的转子系统,而等效的转子回路应与定子电路有相同的频率。

在折算的过程中，要保持电机的电磁效应不变，所以要保证：

一保持转子磁动势不变；二是转子回路的功率不变。

转子回路电流,五、三相异步电动机的等效电路,1）频率折算,第三章三相异步电动机,实际的旋转转子轴上有机械损耗和机械功率输出。

频率折算后，转子静止，没有机械损耗和机械功率输出，但电路中多了一个附加电阻。

根据能量守恒关系，该电阻消耗的功率等效机械损耗和机械功率之和总的机械功率。

从等效电路角度，可以把看成是异步电动机的”电阻负载”，其上的压降可以看成是转子回路的端电压:

五、三相异步电动机的等效电路,第三章三相异步电动机,绕组折算后的基本方程,五、三相异步电动机的等效电路,2）绕组折算,第三章三相异步电动机,3、T型等效电路和简化等效电路,由基本方程可以作出等效电路:

T型等效电路,简化等效电路,五、三相异步电动机的等效电路,第三章三相异步电动机,从等效电