相異步電動(dòng)機(jī)的基本工作原理

1、周次第9周章節(jié)名稱4-1三相異步電動(dòng)機(jī)的基本工作原理4-2定子磁場(chǎng)和感應(yīng)電勢(shì)授課方式理論課（）；實(shí)驗(yàn)課（ ）；實(shí)習(xí)（ ）教學(xué)時(shí)數(shù)4學(xué)時(shí)教學(xué)目的及要求要求掌握：1三相異步電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)工作原理；2三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率定義。教學(xué)內(nèi)容提要時(shí)間分配1三相異步電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)工作原理；2三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率定義；3三相異步電動(dòng)機(jī)的銘牌參數(shù)。第一次課：1第二次課：2，3教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)1 三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理與運(yùn)行狀態(tài)；2 三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)；3 三相異步電動(dòng)機(jī)的銘牌參數(shù)。討論練習(xí)和作業(yè)討論：1.異步電動(dòng)機(jī)的磁場(chǎng)與變壓器的磁場(chǎng)性質(zhì)的異同點(diǎn)。 2.為什么nn1時(shí)，異步電動(dòng)機(jī)才能工作？教學(xué)手段多媒體

2、與其它方式結(jié)合參考資料1）電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ) 劉啟新 中國(guó)電力出版社 2）電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ) 宋銀賓 機(jī)械出版社 3）電機(jī)與電力拖動(dòng) 顧繩谷 合肥工業(yè)出版社 4）電機(jī)原理及拖動(dòng) 彭鴻才 機(jī)械工業(yè)出版社1 / 13第四章 三相異步電動(dòng)機(jī)的基本原理第一節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的基本原理一、三相異步電動(dòng)機(jī)的基本原理（如右圖）(一)、轉(zhuǎn)差率定義： 。 式中n1旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速(同步轉(zhuǎn)速) n轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速 。1）當(dāng)0nn1時(shí)，即0sn1時(shí)，即 0s時(shí),電機(jī)為發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)(機(jī)械能電能)。 3） 當(dāng) n1 時(shí),電機(jī)為電磁制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)(機(jī)械能和電能熱能)。（二）、運(yùn)行狀態(tài)分析:(1)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài):nn1 s為負(fù)e2和i2反向(與

3、電機(jī)比) Te反向(Te與n反方向)(制動(dòng)性質(zhì)),又因i2反向i1反向i1與e1同方向(注e1未變) i1e1為正輸出電能。(3)電磁制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)若T1驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子以反方向旋轉(zhuǎn),則切割方向同電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)e1，e2,i1,i2,Te同電機(jī)運(yùn)行狀態(tài),因Te與n1同方向，但與n反方向(制動(dòng)性質(zhì))，所以T1必須輸入機(jī)械功率。又因e1與i1反向i1e1為負(fù)從電網(wǎng)吸收電功率。二、三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)：(一)、感應(yīng)電機(jī)的結(jié)構(gòu)1. 定子： 定子鐵心：0.5mm厚硅鋼片疊壓而成,磁路的一部分。 定子繞組：電磁線制而成，電路一部分。機(jī) 座 ：鑄鐵或鋼板焊接而成。2. 轉(zhuǎn)子： 轉(zhuǎn)軸:支撐轉(zhuǎn)子 轉(zhuǎn)子鐵心：0.5mm硅鋼片

4、疊壓而成，磁路一部分。 轉(zhuǎn)子繞組： 籠型繞組 鑄鋁 銅條 繞線式繞組: 電線繞制而成,Y接,滑環(huán)引出,外接電阻。 3. 氣隙：磁路的一部分, Im。Im4交流繞組的分類1）按相數(shù)分為：?jiǎn)蜗?、三相、多相?）按槽內(nèi)層數(shù)分為：?jiǎn)螌樱ㄍ氖?、鏈?zhǔn)?、交叉式）、雙層（疊繞組、波繞組）、單雙層繞組。3)按每極每相槽數(shù)q：整數(shù)槽、分?jǐn)?shù)槽。三、三相異步電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)及主要系列（一） 銘牌數(shù)據(jù)：額定功率PN: 電動(dòng)機(jī)在額定情況下運(yùn)行，由軸端輸出的機(jī)械功率，單位為W或kW。額定電壓UN: 電動(dòng)機(jī)在額定情況下運(yùn)行,施加在定子繞組上的線電壓，單位為V。額定頻率fN：50Hz。額定電流IN：電動(dòng)機(jī)在額定電壓、額定頻率

5、下軸端輸出額定功率時(shí)，定子繞組的線電流，單位為A。額定轉(zhuǎn)速nN：電動(dòng)機(jī)在額定電壓、額定頻率、軸端輸出額定功率時(shí)，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，單位為r/min。其他額定值 N N (或N)（二）主要系列：第二節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的定子磁場(chǎng)及感應(yīng)電勢(shì)一、 三相異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組磁勢(shì)（一） 單相繞組產(chǎn)生的磁勢(shì)脈振磁勢(shì) 整距集中繞組通單相交流電時(shí)繞組的磁勢(shì)：設(shè)氣隙均勻，通以正弦交流電流，Nc匝，則 每個(gè)氣隙上的磁動(dòng)勢(shì)為：結(jié)論：波形：矩形波； 脈動(dòng)磁動(dòng)勢(shì)：空間位置固定、幅值大小和方向隨時(shí)間而變化的磁動(dòng)勢(shì)。傅里葉分解： 基波磁動(dòng)勢(shì)的幅值： 次諧波磁勢(shì)的幅值： 基波磁動(dòng)勢(shì)的性質(zhì)：按正弦規(guī)律變化的脈動(dòng)磁動(dòng)勢(shì)。（二）三相交流繞組

6、電流產(chǎn)生的磁勢(shì)旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)1. 定子旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)：數(shù)學(xué)法： 分解后相加的三相合成磁動(dòng)勢(shì)為：圖解法：結(jié)論：三相對(duì)稱繞組流過三相對(duì)稱電流產(chǎn)生的合成基波磁動(dòng)勢(shì)為圓形旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)；性質(zhì)：幅值： ； 轉(zhuǎn)速： ； 轉(zhuǎn)向：從載有超前電流相轉(zhuǎn)到載有滯后電流相； 某相電流達(dá)最大值時(shí)，合成磁動(dòng)勢(shì)的幅值恰好在該相繞組的軸線上 。2 .交流繞組磁場(chǎng)的一般規(guī)律：結(jié)論：m相對(duì)稱交流繞組，通以m相對(duì)稱交流電流時(shí)，在氣隙中產(chǎn)生一個(gè)正弦分布的以同步速度旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。二、三相異步電動(dòng)機(jī)的定子感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：（一）繞組感應(yīng)電勢(shì)1 導(dǎo)體的電動(dòng)勢(shì)：1）.電動(dòng)勢(shì)頻率：2）.電動(dòng)勢(shì)波形：由e=BLV可知，由氣隙磁密沿氣隙分布的波形決定； 3）.基波電

7、動(dòng)勢(shì)大小： 式中：為每個(gè)磁極基波電動(dòng)勢(shì)的大小。2 線匝電動(dòng)勢(shì)及短矩系數(shù)（ ）短矩系數(shù)： 3 線圈電動(dòng)勢(shì)設(shè)線圈為Nc匝數(shù)，則有：（二）線圈組電動(dòng)勢(shì)及分布系數(shù) q個(gè)線圈組成，集中繞組： 分布繞組：分布系數(shù)： 繞組系數(shù)：（三）每相電動(dòng)勢(shì)和線電動(dòng)勢(shì)：一相繞組的串聯(lián)匝數(shù)為（即一條支路的串聯(lián)匝數(shù)）則一相的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 對(duì)于單層繞組， = 。對(duì)于雙層繞組， = 2。式中:a為并聯(lián)支路數(shù)。周次第10周章節(jié)名稱4-3異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行原理4-4異步電動(dòng)機(jī)功率和轉(zhuǎn)矩 4-5異步電動(dòng)機(jī)工作特性授課方式理論課（）；實(shí)驗(yàn)課（ ）；實(shí)習(xí)（ ）教學(xué)時(shí)數(shù)4學(xué)時(shí)教學(xué)目的及要求要求掌握：三相異步電動(dòng)機(jī)的相矢圖分析法；教學(xué)內(nèi)容提要時(shí)間

8、分配1異步電動(dòng)機(jī)負(fù)載時(shí)的物理情況；2基本方程式：磁勢(shì)平衡方程式，電勢(shì)平衡方程式。第一次課：1第二次課：2教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)1異步電動(dòng)機(jī)空載與負(fù)載時(shí)的電磁關(guān)系分析2掌握三相異步電動(dòng)機(jī)的相矢圖分析法中相量與矢量混合描述的要點(diǎn)討論練習(xí)和作業(yè)討論：1.異步電動(dòng)機(jī)的分析方法與變壓器的分析方法的異同。2異步電動(dòng)機(jī)參數(shù)測(cè)定的方法及實(shí)驗(yàn)步驟。教學(xué)手段講授參考資料1）電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ) 劉啟新 中國(guó)電力出版社 2）電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ) 宋銀賓 機(jī)械出版社 3）電機(jī)與電力拖動(dòng) 顧繩谷 合肥工業(yè)出版社 4）電機(jī)原理及拖動(dòng) 彭鴻才 機(jī)械工業(yè)出版社第三節(jié) 三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行原理一、 異步電動(dòng)機(jī)的空載運(yùn)行：（一） 空載電流和空載磁勢(shì)

9、(1) 空載：輸出功率為0即負(fù)載轉(zhuǎn)矩為0。(2) 空載電流：。(3) 空載磁勢(shì)：（4）空載磁通：主磁通0： 作用：傳遞能量的媒介作用；路徑：定子氣隙轉(zhuǎn)子氣隙定子。漏磁通： 不起傳遞能量的媒介作用，只起電抗壓降的作用； 包括：槽部漏磁通、端部漏磁通和高次諧波。（二） 空載定子電壓方程式和等效電路：二、三相異步電動(dòng)機(jī)的負(fù)載運(yùn)行（一） 負(fù)載時(shí)的氣隙磁動(dòng)勢(shì)：轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電勢(shì)、電流的頻率為：（二） 轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)：1的幅值：2的方向：由于轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)的旋轉(zhuǎn)方向取決于轉(zhuǎn)子電流的相序，所以轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)的旋轉(zhuǎn)方向與定子磁勢(shì)的旋轉(zhuǎn)方向一致。3的旋轉(zhuǎn)速度：（1）相對(duì)于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速：（2）相對(duì)于定子的轉(zhuǎn)速：（三）磁動(dòng)勢(shì)

10、平衡方程式：或 （四）電勢(shì)平衡方程式：； ； 。三、三相異步電動(dòng)機(jī)的等效電路（一） 頻率折算：目的：把轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)化為靜止?fàn)顟B(tài)。（1）折算條件：保持F2不變，只要使等效前后轉(zhuǎn)子電流的大小和相位相等即可；等效前后轉(zhuǎn)子電路的功率和損耗相等。（2）折算方法：1） 電勢(shì)的折算：2） 電流和電阻的折算：附加電阻的物理意義：模擬轉(zhuǎn)軸上總的機(jī)械功率；轉(zhuǎn)子方程為：; （二） 繞組折算：1） 電流折算: ； 2） 電勢(shì)折算：.3） 阻抗折算：； 4） ；（三） 等效電路： 例1已知：一臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)，在額定轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，電源頻率，試求：1）轉(zhuǎn)子電流頻率； 2）定子電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)以什么速度切割定子？又以什

11、么速度切割轉(zhuǎn)子？ 3）由轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)以什么速度切割定子？又以什么速度切割轉(zhuǎn)子？四、參數(shù)測(cè)定（一） 空載時(shí)與勵(lì)磁參數(shù)的確定：1空載試驗(yàn):2勵(lì)磁參數(shù)的確定:（二） 堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)與短路參數(shù)的確定：1堵轉(zhuǎn)試驗(yàn):2短路參數(shù)的確定:第四節(jié) 三相異步電動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩一、 功率和損耗：1 輸入功率：2 定子銅損耗：3 定子損耗：4 電磁功率：5 轉(zhuǎn)子銅損耗：6 總機(jī)械功率：二、 轉(zhuǎn)矩平衡方程式：； ； 三、 電磁轉(zhuǎn)矩公式1 物理表達(dá)式：2 參數(shù)表達(dá)式第五節(jié) 異步電動(dòng)機(jī)的工作特性定義：是指在額定電壓和頻率下，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n(s)、輸出轉(zhuǎn)矩T2 、定子電流I1、功率因數(shù)cos1、效率與輸出功率P2之間的關(guān)系。一、轉(zhuǎn)速特性或 所以=是一條向下傾斜的曲線。二、定子電流特性由知，空載時(shí)：，很?。回?fù)載時(shí)，P2增加，也增加，I1也增加。四、 功率因數(shù)特性空載：很?。回?fù)載時(shí)，隨，。四、效率特性 當(dāng)可變損耗與不變損耗相等(即)時(shí)，效率達(dá)