電機學

ElectricMachinery第十八章異步電機的結構和工作原理第十八章異步電機的結構和工作原理異步電機的基本工作原理異步電機的三種運行狀態(tài)異步電機的基本結構異步電動機的額定值概述2024年6月18日第十八章異步電機的結構和基本工作原理3一、異步電機的基本工作原理

異步電機定子三相對稱繞組接在三相對稱交流電網(wǎng)上，轉子繞組對稱短路。定子繞組中流過三相對稱電流，在氣隙中產生基波旋轉磁場。氣隙旋轉磁場在短路的轉子繞組中感應電動勢并產生電流，該電流與氣隙中的旋轉磁場相互作用產生電磁轉矩，實現(xiàn)異步電機的運行。2024年6月18日第十八章異步電機的結構和基本工作原理4一、異步電機的基本工作原理異步電機主要作電動機使用。主要優(yōu)點：結構簡單、運行可靠、制造容易、價格低廉、堅固耐用，有較高的效率和相當好的工作特性。缺點：目前尚不能經(jīng)濟地在較大范圍內平滑調速，以及它必須從電網(wǎng)吸收滯后的無功功率。分類：2024年6月18日第十八章異步電機的結構和基本工作原理5繞線型異步電動機鼠籠型異步電動機按轉子結構分2024年6月18日第十八章異步電機的結構和基本工作原理6二、異步電機的基本結構異步電機外形圖異步電機結構圖2024年6月18日第十八章異步電機的結構和基本工作原理7二、異步電機的基本結構1.定子

定子鐵心：電機主磁路的組成部分，并嵌放定子繞組。由厚度為0.5mm的硅鋼片疊裝而成。為了嵌放定子繞組，在定子沖片內圓周上均勻地沖制若干個形狀相同的槽。2024年6月18日第十八章異步電機的結構和基本工作原理8二、異步電機的基本結構定子鐵心的槽形主要有三種：半閉口槽適用于小型異步電機，其繞組是用圓導線繞成的。半開口槽適用于低壓中型異步電機，其繞組是成型線圈。開口槽適用于高壓大中型異步電機，其繞組是用絕緣帶包扎并浸漆處理過的成型線圈。2024年6月18日第十八章異步電機的結構和基本工作原理9二、異步電機的基本結構2.定子定子繞組：構成電路部分。其作用是感應電動勢、流過電流、實現(xiàn)機電能量轉換。機座：固定和支撐定子鐵心。因此要求有足夠的機械強度。2024年6月18日第十八章異步電機的結構和基本工作原理10二、異步電機的基本結構2.轉子

轉子鐵心：電機主磁路的組成部分，并放置轉子繞組。由厚度為0.5mm的硅鋼片疊裝而成，在轉子外圓周上沖制均勻分布的形狀相同的槽。

轉子繞組：構成電路部分。有兩種結構型式：籠型繞組和繞線型繞組。轉軸：支撐轉子鐵心和輸出、輸入機械轉矩。2024年6月18日第十八章異步電機的結構和基本工作原理11二、異步電機的基本結構2.轉子籠型繞組：在轉子鐵心均勻分布的每個槽內各放置一根導體，在鐵心兩端放置兩個端環(huán)，分別把所有的導體伸出槽外部分與端環(huán)聯(lián)接起來。這種籠型繞組一般為鋁澆鑄的，對中大型電機為減小損耗、提高效率，往往采用銅條焊接而成。2024年6月18日第十八章異步電機的結構和基本工作原理12二、異步電機的基本結構2.轉子繞線型繞組：與定子繞組相似、極數(shù)相同的三相對稱繞組。一般接成星形。將三相繞組的三個引出線分別接到轉軸上三個滑環(huán)上，再通過電刷與外電路接通。繞線型轉子的特點是可以通過滑環(huán)電刷在轉子回路中接入附加電阻，以改善電動機的起動性能、調節(jié)其轉速。2024年6月18日第十八章異步電機的結構和基本工作原理13特點：可以在轉子繞組中串入附加電阻，來改善電機的起動性能或作轉速調節(jié)用。下圖是三相繞線型轉子結構。繞組的三個出線端子接到固定在轉軸上的三銅環(huán)上，通過電刷引出。2024年6月18日第十八章異步電機的結構和基本工作原理14二、異步電機的基本結構3.氣隙

定、轉子之間的間隙，也是電機主磁路的組成部分。氣隙大小對異步電機的性能影響很大。為了減小電機主磁路的磁阻，降低電機的勵磁電流，提高電機的功率因數(shù)，氣隙應盡可能小。異步電機氣隙長度應為定、轉子在運行中不發(fā)生機械摩擦所允許的最小值。中、小型異步電機中，氣隙長度一般為0.2～1.5mm。2024年6月18日第十八章異步電機的結構和基本工作原理155）額定功率因數(shù)指電動機在額定負載時定子側的功率因數(shù)；1）額定功率（kW）指額定運行時轉軸上的輸出機械功率；2）額定電壓（V）指加在繞組上的線電壓；3）額定電流（A）指定子繞組中的線電流；4）額定頻率（Hz）我國工業(yè)用頻率為50Hz；三、異步電動機的額定值2024年6月18日第十八章異步電機的結構和基本工作原理166）額定轉速（r/min）指電機額定運行時轉軸的轉速；（Nm）7）電動機的額定輸出轉矩計算式為.思考：如果轉矩單位為kgm，該如何計算？.提示：1、對于高壓電動機，定子繞組只有三根出線，只要電源電壓符合電動機銘牌電壓值便可使用。2024年6月18日第十八章異步電機的結構和基本工作原理172）如銘牌上標有“380V、D聯(lián)結”時，表示電機正常運行時只能采用“D”聯(lián)結，但是在電動機起動過程中可接380V電源，繞組采用“Y”聯(lián)結，起動完畢，恢復“D”聯(lián)結。1）如銘牌上標有“380/220V、Y/D聯(lián)結”時，表示電源電壓為380V時，電機繞組采用“Y”聯(lián)結；電源電壓為220V時，采用“D”聯(lián)結。2、對于中低壓電動機：三、異步電動機的額定值5.2異步電機的三種運行狀態(tài)一、異步電機的轉差率同步轉速n1----定子繞組中流過頻率為f1的三相對稱電流，在氣隙中產生的基波旋轉磁場相對于定子繞組的轉速為n1。該轉速大小取決于電流的頻率f1和繞組的極對數(shù)p，轉向為從超前電流相繞組轉向滯后電流相繞組。轉子轉速n----轉子的機械轉速。轉差率s----同步轉速n1與轉子轉速n之差對同步轉速n1之比值2024年6月18日第十八章異步電機的結構和基本工作原理19異步電機的轉子可以是帶負載機，也可以是由原動機驅動，在不同的轉子外部條件下，異步電機將運行于不同的轉速和不同的轉差率，對應不同的運行狀態(tài)。根據(jù)轉差率的正負、大小，異步電機分別對應于電動機、發(fā)電機、電磁制動等三種不同運行狀態(tài)。二、異步電機的三種運行狀態(tài)0<n<n11>s>0：電動機狀態(tài)轉子側：Tem與n同轉向，Tem為驅動轉矩，TemΩ>0，發(fā)出機械功率定子側：E1與I1的有功電流I1a反方向，E1·I1a<0，吸收電功率此時，吸收電功率?發(fā)出機械功率：電動機2024年6月18日第十八章異步電機的結構和基本工作原理20二、異步電機的三種運行狀態(tài)2.n>n1

s<0：發(fā)電機狀態(tài)轉子側：Tem與n反轉向，Tem為制動轉矩，TemΩ<0，吸收機械功率定子側：E1與I1的有功電流I1a同方向，E1·I1a>0，發(fā)出電功率此時，吸收機械功率?發(fā)出電功率：發(fā)電機3.n<0s>1：電磁制動狀態(tài)轉子側：Tem與n反轉向，Tem為制動轉矩，TemΩ<0，吸收機械功率定子側：E1與I1的有功電流I1a反方向，E1·I1a<0，吸收電功率此時，吸收電功率＋吸收機械功率?轉子電阻熱損耗：電磁制動狀態(tài)。。。。。2024年6月18日第十八章異步電機的結構和基本工作原理21二、異步電機的三種運行狀態(tài)電磁制動狀態(tài)電動機狀態(tài)發(fā)電機狀態(tài)s>11>s>0s<0n<00<n<n1n>n1由上分析可見，異步電機只有定子側是外加電源的，轉子側的電動勢和電流，均是由氣隙旋轉磁場感應產生的，因此稱作為“感應電機”，而這一感應作用，只有在轉子與氣隙旋轉磁場不同步，即“異步”－轉差率s不等于0的情況下，才可以產生，因此“感應電機”又稱作