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1、电机学 第五章 异步电机,1,异步电机,电机学 第五章 异步电机,2,用途：异步电机主要用作电动机，是应用最广泛的一种电动机，在动力负载中，异步电动机的使用约占85左右；在工业农业方面，拖动各类机械三相异步电机；在家用电器方面的电扇、电冰箱、空调机等单相异步电机；作异步发电机使用，多是单机使用，常用于电网尚未到达的地区，或用于风力发电等特殊场合。,一、异步电机（感应电机）的用途和类型,前言,电机学 第五章 异步电机,3,类型,按相数：单相、三相；按转子结构：三相：鼠笼式异步电动机，绕线式异步电动机；单相：都是笼型。鼠笼式异步电动机结构简单，坚固，成本低，运行性能不如绕线式；绕线式异步电动机通过
2、外串电阻改善电机的起动，调速等性能。,电机学 第五章 异步电机,4,二、优缺点,优点：结构简单，制造、使用和维护方便，运行可靠，效率较高，价格低廉，坚固耐用。缺点：转速不易调节鼠笼式异步电动机的起动性能较差功率因数滞后，励磁电流由电网供给,电机学 第五章 异步电机,5,主要内容,三相异步电机的结构、原理及磁势，磁场。异步电机的基本方程式，等效电路。工作特性，及起动调速问题。单相异步电机。,电机学 第五章 异步电机,6,5.1 异步电机的基本类型和基本结构,一、定子,组成：定子铁心、定子绕组、机座三部分构成。定子铁心作用：定子磁路的一部分、嵌放定子绕组。构成：为减少铁耗，铁心一般采用导磁性能好、
3、比损耗小的0.5mm厚的硅钢片叠成。为嵌放定子绕组，定子冲片中均匀地冲制若干个形状相同的槽。槽形：半闭合（小型机，绕组为圆导线）、半开口（低压中型机，绕组为成型线圈）、开口槽（高压大、中型机，绕组为用绝缘带包扎并浸漆处理过的成型线圈）。,电机学 第五章 异步电机,7,电机学 第五章 异步电机,8,电机学 第五章 异步电机,9,2、定子绕组,作用：是电机的电路，它可感应电动势、流过电流、实现机电能量转换。成型线圈，散嵌线圈,电机学 第五章 异步电机,10,3、机座,固定和支撑定子铁心,电机学 第五章 异步电机,11,二、转子：,组成：铁心、转子绕组、转轴分类：笼型、绕线式转子铁心：0.5mm厚的
4、硅钢片冲制叠压而成。作用：电机磁路的一部分、嵌放转子绕组。,电机学 第五章 异步电机,12,2、转子绕组,感应电动势、流过电流、产生电磁转矩。,斜槽形式,电机学 第五章 异步电机,13,鼠笼式转子绕组,自己短路的绕组，在转子在每个槽中放有一根导体（铜、铝），导体比铁芯长，在铁芯两端用两个端环将导体短接，形成短路绕组。若将铁芯去掉，剩下的绕组形状似松鼠笼子，故称鼠笼式绕组。,了解知识：铜料：需要把事先做好的裸铜条插入转子铁心上的槽里，再用铜端环套在伸出两端的铜条上，最后焊在一起铝料：用熔化了的铝液直接浇铸在转子铁心上的槽里，连同端环、风扇一次铸成。铸铝鼠笼转子可节约用铜，工艺简单，可提高生产率，
5、所以容量在100kW以下的小型异步机一般都采用它。,电机学 第五章 异步电机,14,绕线式绕组为对称三相绕组，一般接成星形，出线端经滑环、电刷引出电流。特点：可在转子回路串入附加电阻，改善起动性能、调节转速。,了解知识：三个末端联接在一起，三个始端分别与装在转轴上但与转轴绝缘的三个滑环相联接，沿环外缘又与三个静止的电刷相接触，电刷再和外电路联接。借此，转子绕组既能自身短路又能把附加电阻引入转子电路以改善电动机的运行性能,绕线式转子绕组,电机学 第五章 异步电机,15,异步电动机绕线转子,电机学 第五章 异步电机,16,3、转轴,支撑转子铁心，输出机械转矩。,电机学 第五章 异步电机,17,三、
6、端盖、风罩铭牌、风扇、气隙：,气隙：定转子之间的间隙，很小，0.2-1mm。对电机的性能影响很大。,电机学 第五章 异步电机,18,气隙大小对电机性能有很大的影响气隙大：磁阻大，励磁电流大，功率因数低。气隙小：为了降低电机的空载电流（励磁电流），提高电机的功率因数，气隙应尽可能地小。如果把感应电机看作变压器，显然，气隙愈小则定子和转子之间的相互感应作用就愈好。但是气隙过小，将使装配困难和运行不可靠，因此允许采用的最小气隙是受加工可能性及机械安全考虑所能达到的最小值所限制。,电机学 第五章 异步电机,19,笼型异步电机剖面图,转轴,定子绕组,转子,定子铁心,端盖,接线盒,电机学 第五章 异步电机
7、,20,绕线型异步电机剖面图,电机学 第五章 异步电机,21,5.2 异步电机的基本工作原理,电动机运行是异步电机最主要的运行方式。一、异步电动机是如何转动起来的 异步电动机定子上有三相对称的交流绕组,n1,电机学 第五章 异步电机,22,定子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（n1)转子绕组的导体处于旋转磁场中，转子导体切割磁力线，并产生感应电势，判断感应电势方向。（右手定则）转子导体通过端环自成闭路，并通过感应电流。感应电流与旋转磁场相互作用产生电磁力，判断电磁力的方向。（左手定则）电磁力作用在转子上将产生电磁转矩，并驱动转子旋转（n)。根据以上电磁感应原
8、理，异步电动机也叫感应电动机。,电机学 第五章 异步电机,23,异步电动机特点,转子实际n与旋转磁场n1 不相等。旋转磁场的转速用n1表示，称为同步转速；转子的实际转速用n表示定义转差n=n1-n。nn1是异步电机产生电磁转矩的必要条件。,解释：nn1，则旋转磁场与转子导体之间将无相对运动，于是转子导体中将不产生电动势和转子电流，从而不产生电磁转矩。无法维持电机旋转。因此n和n1之间总是存在着差异。,电机学 第五章 异步电机,24,二、转子转动三条件,旋转磁场 n1=60f/p转子导体闭合，产生I nn1,转差率定义,转差率是表征感应电机运行状态的一个基本变量。按照转差率的正负和大小，感应电机
9、有电动机、发电机和电磁制动三种运行状态。,电机学 第五章 异步电机,25,1、电动机状态：0nn1；0s1转子：i2、e2同方向；Tem与转向n相同，为驱动转矩；转子上：输出的机械转矩定子上：从电网吸收电功率。,三、异步电机三种运行状态,电机学 第五章 异步电机,26,2、发电机状态：nn1；-s0 转子：i2、e2与电动机状态相反；Tem与转子转向相反，为制动转矩；转子上：吸收机械转矩定子上：输出电功率。,电机学 第五章 异步电机,27,3、制动状态：-n0；s 转子：Tem与n1转向相同，与n方向相反，为制动转矩转子上：吸收机械转矩定子上：从电网吸收电功率 吸收能量全转变为热能消耗掉。,电
10、机学 第五章 异步电机,28,三种工作状态的应用现代感应电机主要作为电动机。电磁制动往往只是感应电动机在完成某一生产过程而出现的短时运行状态，例如交流起重机下放重物时，为限制下放速度，往往使感应电机运行于电磁制动状态；感应发电机，有时用于农业小型水电站和风力发电站。,电机学 第五章 异步电机,29,转差率是异步电动机的一个基本变量，在分析异步电动机运行时有着重要的地位。根据转差率可以区分异步电机运行状态,电机学 第五章 异步电机,30,电机学 第五章 异步电机,31,5.3 异步电机的额定值,异步电机的铭牌,Y132M-4型电动机为例,电机学 第五章 异步电机,32,1、型号：为了适应不同用途
11、和不同工作环境的需要，电动机制成不同的系列，每种系列用各种型号表示。,（S-短机座；M-中机座；L-长机座）,电机学 第五章 异步电机,33,异步电动机产品名称代号,电机学 第五章 异步电机,34,2、接法,定子三相绕组可接成Y或，绕组的始端和末端都安装在电动机机座的接线片上，使用时根据电源电压的不同，三相绕组可以联接成Y或接法。,电机学 第五章 异步电机,35,额定功率PN：指电动机在额定运行时，轴上输出的机械功率，单位：W或kW；额定电压U1N：指电动机额定运行时，加在定子绕组上的线电压，单位：V；额定电流I1N：指电动机在定子绕组上加额定电压、轴上输出额定功率时定子绕组中的线电流，单位：
12、A,主要铭牌数据1,电机学 第五章 异步电机,36,主要铭牌数据2,额定频率f：我国规定电网工频为50Hz；额定转速nN：指电动机在定子额定电压、额定频率下，轴上输出额定功率时的转子转速，单位：r/min额定功率因数cosN：指电动机在额定运行时定子侧的功率因数。,电机学 第五章 异步电机,37,主要铭牌数据3,铭牌上还标有绝缘等级、温升、工作方式、连接方法等，对绕线式异步电动机还标有转子绕组的额定电压和额定电流。转子绕组额定电压U2N：指定子绕组加额定电压、转子绕组开路时，滑环间的线电压，单位：V；转子额定电流I2N：指电动机额定运行、转子短路状态下，滑环之间流过的线电流，单位：A。,电机学 第五章 异步电机,38,绝缘等级是按电动机绕组所用的绝缘材料在使用时容许的极限温度来分级的。所谓极限温度，是指电动机绝缘结构中最热点的最高容许温度。,工作方式：额定运行允许的持续时间。分为连续、短时、断续,电机学 第五章 异步电机,39,
