交流和直流異步電動機注冊電氣工程師考試講義

1、 三相異步電動機的工作原理一、旋轉(zhuǎn)磁場1. 旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生三相電流 三相 繞組 旋轉(zhuǎn)磁場。三相繞組： W2 W1V2 V1U1 U2 U V WU1U2V1V2W2W1i1 = Imsinti2 = Imsin(t120O)i3 = Imsin(t +120O)tOImi1 i2 i3t = 0O 時i1 = 0，i2 0， i3 0NSU1U2V1V2W2W1NSt = 120o 時i10，i2 = 0，i3 0U1U2V1V2W2W1U1U2V1V2W2W1NSNSt = 240o 時i1 0，i20，i3 = 0t = 360o 時i1= 0，i2 0，i30i 每分鐘變化 (5060)

2、 周n0 = 3000 = 60 f1 (r / min)2. 旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速 n0U1U2V1V2W2W1每相繞組由一個線圈組成，p=1U1U2U3U4V1V4V2V3W4W1W2W3NSNS 磁極對數(shù) p p = 2 電流變化一周 旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)半圈 n0 = 1500 當(dāng)磁極對數(shù) p = 3 時 n0 = 100060 f13=60 f1pn0 =每相繞組由兩個線圈串聯(lián)組成*知識點： f = 50 Hz 時： 1 2 3 4 5 6 3000 1500 1000 750 600 500pn0/(r/min) 3. 旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向 ( n0 的轉(zhuǎn)向) U (i1) V(i2) W(i3) 怎樣

3、改變 n0 的方向 ? V(i1) U(i2) W(i3) 知識點：旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)向取決于相序。二、 工作原理對稱三相繞組通入對稱三相電流旋轉(zhuǎn)磁場(磁場能量)磁場線切割轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生 e 和 i轉(zhuǎn)子繞組在磁場中受到電磁力的作用轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)起來機械負(fù)載旋轉(zhuǎn)起來三相交流電能感應(yīng)電磁轉(zhuǎn)矩輸出機械能量發(fā)電過程電動過程知識點：重點明白如何“發(fā)電”、如何“電動”。NSn0定子：n1. 電磁轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生U1I1Fm1E2I2Fm2Tn轉(zhuǎn)子：M33M332. 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的方向*轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向相同。正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)知識點：怎樣改變轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向?nn起動時：n = 0, n = n0轉(zhuǎn)差率 : 起動時: 額定運行時: 3

4、. 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 n 轉(zhuǎn)子電磁感應(yīng)最強nn轉(zhuǎn)子電磁感應(yīng)消失轉(zhuǎn)子電磁感應(yīng)減弱nn n0n n0n = 0，s = 1sN = 0.01 0.09 知識點：p=1,2,3,n典型值s =n0nn0100% 理想空載時: n = n0，s = 0 正常運行時: 0nn0， 1s0異步！知識點 起動時： n = 0，n = n0 ， f2 = f1 。 起動過程中: n n f2 穩(wěn)定運行時：4. 轉(zhuǎn)子電路電量的變化 f2 = s f1 （知識點：約幾Hz，很低）5. 電磁轉(zhuǎn)矩 T 的大小T ，I2cos26. 三相異步電機的四象限運行T = CTm I2cos2電動機狀態(tài)：n 與T 同方向 0nn0 1

5、s0nTO發(fā)電機狀態(tài)：n 與T 反方向 nn0 s0制動狀態(tài)： n 與T 反方向 n0 s1反向電動機狀態(tài)4.2 三相異步電機的基本結(jié)構(gòu)一、主要部件1. 定子(1) 定子鐵心(2) 定子繞組(3) 機座和端蓋2. 轉(zhuǎn)子(1) 轉(zhuǎn)子鐵心(2) 轉(zhuǎn)子繞組(3) 轉(zhuǎn)軸(4) 風(fēng)扇異步電動機內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 定子鐵心、轉(zhuǎn)子鐵心：由硅鋼片疊成。定子鐵心轉(zhuǎn)子鐵心 定子繞組知識點：三相對稱三相繞組。U1 V1 W1W2 U2 V 2 定子接線盒星形(Y)聯(lián)結(jié)三角形()聯(lián)結(jié)U1 V1 W1W2 U2 V2U1 V1 W1W2 U2 V2U1 V1 W1U2 V2 W2知識點：兩種繞組接法鼠籠式：對稱多相繞組。 轉(zhuǎn)子

6、繞組知識點：為什么叫感應(yīng)電動機？ 鼠籠式異步電動機的轉(zhuǎn)子 繞線式異步電動機的轉(zhuǎn)子 三相異步電動機的名牌數(shù)據(jù) 1、額定功率pN：指額定運行時輸出機械功率。2、額定電壓U1N：指額定運行狀態(tài)下，定子繞組應(yīng)加的線電壓。3、額定電流I1N：指額定運行狀態(tài)下，輸出額定功率時，定子繞組中的線電流。4、額定功率fN：工頻規(guī)定為50HZ5、額定轉(zhuǎn)速nN：指電機在額定運行時的轉(zhuǎn)速。6、其他：有時還標(biāo)明功率因數(shù)，效率，溫升，定額接法絕緣等級等. 定子鐵心、轉(zhuǎn)子鐵心：主磁路的主要部分，為了減少磁滯損耗和渦流損耗，鐵芯由的硅鋼片成。定子鐵心轉(zhuǎn)子鐵心 定子繞組對稱三相繞組。繞線式：對稱三相繞組。鼠籠式：對稱多相繞組。

7、轉(zhuǎn)子繞組1. 名詞和符號：(1) 機械角度和電角度NSU1U2U1U3U2U4 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一圈，U 相繞組中的感應(yīng)電動勢變化一周。 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一圈，U 相繞組中的感應(yīng)電動勢變化兩周。NNSS 定子三相繞組電角度= 機械角度極對數(shù)知識點： 三相電機: 一般，m = 3(3) 極對數(shù) p(4) 槽數(shù) z(5) 槽距角：(6) 極：=p 360 z相鄰兩個槽中心線之間的距離。相鄰兩磁極中心線間的距離。 用槽數(shù)表示： z2 p=(2) 相數(shù) mNSU1U2V1V2W2W1（注意：為電角度）(7) 每極每相槽數(shù) qq =z2 p m2. 交流繞組的種類(1) 按相數(shù)分類: 單相繞組、三相繞組、兩相繞組。NSU1

8、U2V1V2W2W1整距繞組: y = 短距繞組: y 長距繞組: y NSU1U2V1V2W2W1(3) 按每極每相槽數(shù)分類集中繞組：q = 1分布繞組： q1(2) 按線圈節(jié)距分類NSU1U2U3U4U5U6(4) 按每個槽內(nèi)線圈的層數(shù)分類單層繞組雙層繞組NS雙層繞組: 雙層集中繞組外層(上層): U1、U3內(nèi)層(下層): U2、U4U1U2U4U3NSU2U1U4U3 雙層分布繞組外層(上層): U1、U3內(nèi)層(下層): U2、U4 (5) 按線圈之間的聯(lián)結(jié)方式分類: 疊繞組、波繞組、同心繞組等。例：求作疊繞組展開圖。 z = 24，p = 2，m = 3，y =。解： 繞組接線步驟如下

9、。(1) 求出 q、y 每極每相槽數(shù)： q =z2 p m=24223= 23. 三相單層繞組槽距角：=p360z= 2 36024= 30線圈節(jié)距： zy =2 p =2422= 6123456789101112131415161718192021222324(2) 畫出 U 相疊繞組。 U1U2U1(1-7)(2-8) 線圈串聯(lián)：(13-19) (14-20) U2 線圈并聯(lián)：U1U2123456789101112131415161718192021222324NSNSN123456789101112131415161718192021222324NSNSNU1U2串聯(lián)1245678910

10、11121314151617181920212223243U1U2W1W2V1V2(3) 畫出三相疊繞組。(用三色) 4. 同心繞組 123456789101112131415161718192021222324SNS例：z = 24，p = 1，q = 4, = 15。U1U2優(yōu)點：下線方便、端部重疊層數(shù)少、散熱好。缺點？兩極小型感應(yīng)電機。1. 單相繞組的脈振磁通勢 脈振磁場：軸線不變，大小和方向隨時間交變 的磁場。 脈振磁通勢：產(chǎn)生脈振磁場的磁通勢。U1U2NS12Fx = 00fU1U2U1x二、三相繞組的磁通勢U1U3U4U214FSNNSU1U2 與 U3U4串聯(lián):U3U1U2U4U

11、1 脈振磁通勢的幅值: 繞組磁通勢的幅值 = kw N Im=2 kw N I氣隙矩形波磁通勢的幅值2 kw N I=2p氣隙基波磁通勢的幅值2 kw N I=2p4F =0.9 kw N Ip 分布繞組的磁通勢知識點：單相合成磁勢U V W2. 三相繞組的旋轉(zhuǎn)磁通勢 (幅值)i1 = Imsinti2 = Imsin(t120o )i3 = Imsin(t + 120o )U1 V1 W1U2 V2 W2知識點：三相合成磁勢SNSNSNSNSN旋轉(zhuǎn)磁通勢波SNSNSNSNSNSN三、基波與高次諧波磁通勢和電動勢 磁極的磁場 = 基波磁場 + 奇次諧波磁場v 次諧波的極對數(shù)：pv = v p1

12、v 次諧波電動勢頻率：f v = v f 1v 次諧波電動勢大?。篍 v = f v kwv Nm v 次諧波的繞組系數(shù)：kwv = kpv ksv 基波極對數(shù) pv 次諧波的短距因數(shù)：v 次諧波的分布因數(shù)：kpv = sin v y90(取正值)ksv=q22sin vq sin v (1) 在同步電機中，諧波磁通勢所產(chǎn)生的磁場在轉(zhuǎn)子表面產(chǎn)生渦流損耗，使電機發(fā)熱， 。 (2) 在感應(yīng)電機中，諧波磁場產(chǎn)生寄生轉(zhuǎn)矩，影響其起動性能；損耗，cos，溫升，。 y = ( 0.8 0.83 ) 諧波電動勢的影響： 使發(fā)動機電動勢波形變壞，供電質(zhì)量，雜散損耗， ，溫升；輸電線中的高次諧波電流所產(chǎn)生的電磁

13、場干擾鄰近通訊線路。 改善氣隙磁場分布；采用短距繞組和分布繞組。 諧波磁通勢的影響：4.4 三相異步電動機的電動勢和磁通勢平衡方程一、定子電路的電動勢平衡方程 (每相)U1 =E1 + (R1 + jX1 ) I1E1 =j4.44 f 1kw1 N1m =E1 + Z1 I1 定子繞組感應(yīng)電動勢的頻率： f1 =pn060 與交流電源同頻率。NSU1U2U1U3U2U4NNSSf2=p(n0n)60= s f1 轉(zhuǎn)子電路的頻率：E2s = 4.44 s f1 kw2N2m 二、轉(zhuǎn)子電路的電動勢平衡方程 (每相)=p n060n0nn0= sE2 變壓器：U2 = E2Z2I2 異步機：0 =

14、 E2sZ2sI2sE2s = j4.44 f2 kw2N2m 式中：E2 = 4.44 f1 kw2N2m 轉(zhuǎn)子靜止時的電動勢。X2s = 2f2 L2式中： X2 = 2f1 L2 轉(zhuǎn)子靜止時的漏電抗。 轉(zhuǎn)子每相電流：I2s=E2sR2 + jX2s=sE2R2 + jsX2 = 2s f1 L2 X2s = s X2 三、磁通勢平衡方程1. 定子旋轉(zhuǎn)磁通勢 幅值：F1 =0.9 m1kw1N1 I12p轉(zhuǎn)向：與三相電流相序一致。轉(zhuǎn)速： n0 = p60 f12. 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁通勢 幅值：F2 =0.9 m2kw2N2 I2s2p轉(zhuǎn)向：與轉(zhuǎn)子電流的相序一致，即與 定子旋轉(zhuǎn)磁通勢的旋轉(zhuǎn)方向一致

15、。轉(zhuǎn)速： (1) 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁通勢相對于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速： n2 = p60 f2= s n0(2) 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁通勢相對于定子的轉(zhuǎn)速： n2 + n= s n0 + (1s) n0= n0 結(jié)論：(1) 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁通勢與定子旋轉(zhuǎn)磁通勢在空間 是沿同一方向以同一速度旋轉(zhuǎn)的；(2) 二者組成了統(tǒng)一的合成旋轉(zhuǎn)磁通勢， 共同產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。3. 磁通勢平衡方程(1) 理想空載時： I2s = 0， I1 = I0旋轉(zhuǎn)磁通勢的幅值為：F0 =0.9 m1kw1N1 I02p(2) 負(fù)載時：F1 + F2 = F0 m1= m2 ?繞線型異步電動機一定相同。第五章 異步電機的基本理論二 5.1 三相異步電動機的運行

16、分析(等效電路及相量圖） 5.2 三相異步電動機的功率和轉(zhuǎn)矩 5.3 三相異步電動機的運行特性（工作特性、參數(shù)測定、轉(zhuǎn)差率與轉(zhuǎn)矩的關(guān)系等） 5.4 單相異步電動機5.1 三相異步電動機的運行分析(等效電路及相量圖)一、等效電路E1I1R1 jX1jX2s R2E2sI2sf1f2+U1m1、 kw1N1 m2、 kw2N21. 頻率折算I2s=sE2R2 + jsX2=E2+ jX2R2 s= I2 實際旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子 等效靜止的轉(zhuǎn)子 F2的轉(zhuǎn)速 F2的大小F2的空間位置 頻率歸算的物理含義： 用一個靜止的、電阻為 R2 /s 的等效轉(zhuǎn)子去代替電阻為 R2 的實際旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子，等效轉(zhuǎn)子與實際轉(zhuǎn)子具有

17、同樣的轉(zhuǎn)子磁通勢 F2 。 0.9 m2kw2N2 I2s2p0.9 m2kw2N2 I22p n0 n0 取決于電流的相位。i2s 與 i2 的相位相同。 頻率歸算后，定子的所有物理量不變， 定子傳送到轉(zhuǎn)子的功率也不變。R2s= R2 +1ssR2轉(zhuǎn)子所產(chǎn)生的機械功率相對應(yīng)的等效電阻1ssm2R2 I22總機械功率：+U1E1I1R1 jX1f1E21ssR2I2jX2 R2f1m1、 kw1N1 m2、 kw2N22. 繞組折算 用一個相數(shù)和有效匝數(shù)與定子繞組相同的轉(zhuǎn)子繞組去等效代替實際的轉(zhuǎn)子繞組。 等效代替：保證電磁效應(yīng)和所有物理量保持不變。(1) 電動勢的折算： 折算前：E2 = 4.

18、44 f1 kw2N2m 折算后：E2 = E1 = 4.44 f1 kw1N1m 定、轉(zhuǎn)子的電動勢之比：=kw1N1kw2N2E2E2ke =E1E2=(2) 電流的折算：折算前：折算后：F2 =0.9 m2kw2N2 I22pF2 =0.9 m1kw1N1 I22p= F2E2 = E1 = ke E2 電流比：=m1kw1N1m2kw2N2I2I2ki =0.9 m2kw2N2 I22p=0.9 m1kw1N1 I22pI2kiI2 =(3) 阻抗的折算：折算前：Z2=+ jX2R2s= E2I2折算后：Z2 =+ jX2R2 s= E2I2阻抗比：|Z2|Z2 |kZ =E2 I2E2

19、 I2= ke ki Z2 = kZ Z2 R2 = kZ R2X2 = kZ X2 3. 等效電路及其簡化E1 = E2I1R1 jX11ssR2I2jX2 R2I0RmXm+U1E1 = E2I11ssR2I2I0RmXm+U1R1 jX1 R2 jX2一、功率平衡方程式 1. 輸入功率P1 P1 = 3 U1I1cos15.2 三相異步電動機的功率和轉(zhuǎn)矩=3 U1LI1Lcos12. 定子銅損耗 PCu1 PCu1 = m1R1I12 = 3R1I123. 鐵損耗 PFe（轉(zhuǎn)子鐵損耗忽略不計） PFe = m1RmI02 = 3RmI024. 電磁功率PePe = P1PCu1PFePe

20、 = m2 E2 I2cos2 = m1 E2 I2 cos2R2 s= m1 I221ss= m1 R2I2 2 + m1 R2I2 2 5. 轉(zhuǎn)子銅損耗 PCu2 PCu2 = m2 R2 I22 = m1 R2 I2 2 = s Pe8. 輸出功率 P2 P2 = PmP0 = PePCu2P0 = P1PCu1PFePCu2P06. 總機械功率 PmPm = PePCu21ss Pm = m1 R2I22 = (1s ) Pe7. 空載損耗 P0 P0 = Pme + PadP1PCu1+PFePePCu2P0P2Pm機械損耗附加損耗二、轉(zhuǎn)矩平衡方程式Pm = P2+ P0T = T2

21、 + T01. 電磁轉(zhuǎn)矩 TT = PmPe0 = T = 9.55 PmnPen0 = 9.55 2. 空載轉(zhuǎn)矩 T0T0 = P0P0n = 9.55 3. 輸出轉(zhuǎn)矩 T2T2 = P2P2n = 9.55 例1： 一臺三相籠型異步電動機，其技術(shù)數(shù)據(jù)為： PN = 3 kW，U1N = 380 V， nN = 957 r/min，定子 Y 聯(lián)結(jié)，R1 = 2.08 ，X1 = 3.12 ，R2 = 1.525 ，X2 = 4.25 ，Rm = 4.12 ，Xm = 62 ， P0 = 60 W。求 nN 時：(1) I1、I2、cos1；(2) P1、P2、; (3) Pe、T 。 解：n

22、N = 957 r/min n0 = 1000 r/minsN =n0nNn0 Z2 = + jX2 R2sN= 4.12 + j62Zm= Rm + jXm= 35.7 6.83= 62.14 68.2(1) 定子電流：U1Z1 + ZmZ2 I1= = 6.81 36.4A轉(zhuǎn)子電流：Zm I1Zm + Z2 I2 = = 5.47 9.5A則： I1 = 6.81 A，I2 = 5.47 A勵磁電流：I0 = I1 + I2 = 6.81 36.4o 5.47 9.5o= 3.18 88.56A設(shè)：U1 = 220 0V功率因數(shù)：cos1 = cos(36.4)(2) 輸入功率：P1 = 3 U1 I1 cos1 = 3 610 W定、轉(zhuǎn)子銅損耗：PCu1