《異步電動(dòng)機(jī)原理與應(yīng)用》課件

異步電動(dòng)機(jī)原理與應(yīng)用電氣工程領(lǐng)域最重要的設(shè)備工業(yè)應(yīng)用中最常見的電動(dòng)機(jī)類型目錄異步電動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)簡(jiǎn)介、原理、結(jié)構(gòu)與分類工作特性與控制轉(zhuǎn)速、特性曲線、啟動(dòng)方式、調(diào)速方法應(yīng)用與發(fā)展異步電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)介交流電動(dòng)機(jī)的一種通過電磁感應(yīng)原理工作感應(yīng)電動(dòng)機(jī)因其工作原理得名20世紀(jì)初發(fā)明異步電動(dòng)機(jī)的重要性90%市場(chǎng)占有率電動(dòng)機(jī)應(yīng)用中最常見類型60%電力系統(tǒng)負(fù)載中國電力系統(tǒng)負(fù)載比例75%工業(yè)用電工業(yè)用電中的比例基本原理：電磁感應(yīng)法拉第電磁感應(yīng)定律導(dǎo)體切割磁力線時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小與磁場(chǎng)強(qiáng)度和切割速度成正比楞次定律感應(yīng)電流方向總是阻礙磁通變化形成電磁力抵抗運(yùn)動(dòng)變化異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)定子固定部分轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)部分電機(jī)外殼保護(hù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)定子結(jié)構(gòu)詳解定子鐵芯由硅鋼片疊壓而成提供磁路通道定子繞組漆包線繞制產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)繞組排列方式分布繞組集中繞組轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)詳解鼠籠式轉(zhuǎn)子鋁合金或銅條導(dǎo)體兩端由端環(huán)短接形似鼠籠結(jié)構(gòu)繞線式轉(zhuǎn)子繞組類似定子繞組通過滑環(huán)與外部電路連接可接入外部電阻鼠籠式轉(zhuǎn)子的特點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單整體鑄造成型維護(hù)方便幾乎無需維護(hù)應(yīng)用廣泛約占異步電機(jī)的90%繞線式轉(zhuǎn)子的特點(diǎn)可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子電阻通過外部電阻調(diào)節(jié)性能啟動(dòng)性能好大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，小起動(dòng)電流調(diào)速范圍寬可實(shí)現(xiàn)較寬范圍調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)的工作原理（1）接通三相電源定子繞組通過三相交流電產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)三相電流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)子切割磁力線磁場(chǎng)相對(duì)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)切割磁力線異步電動(dòng)機(jī)的工作原理（2）1轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)根據(jù)法拉第定律產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)2轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)在閉合回路中產(chǎn)生電流3電流大小與轉(zhuǎn)速差成正比轉(zhuǎn)速差越大，感應(yīng)電流越大異步電動(dòng)機(jī)的工作原理（3）轉(zhuǎn)子電流導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電流電磁力產(chǎn)生電流與磁場(chǎng)相互作用轉(zhuǎn)矩形成電磁力形成轉(zhuǎn)動(dòng)力矩同步轉(zhuǎn)速與實(shí)際轉(zhuǎn)速同步轉(zhuǎn)速ns=60f/pf：電源頻率p：極對(duì)數(shù)滑差s=(ns-n)/nsns：同步轉(zhuǎn)速n：實(shí)際轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)差率的影響因素負(fù)載大小負(fù)載增大，轉(zhuǎn)差率增大電源電壓電壓降低，轉(zhuǎn)差率增大轉(zhuǎn)子電阻電阻增大，轉(zhuǎn)差率增大異步電動(dòng)機(jī)的特性曲線轉(zhuǎn)速百分比轉(zhuǎn)矩電流起動(dòng)特性5-7倍起動(dòng)電流額定電流的倍數(shù)0.7-1.5倍起動(dòng)轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩的倍數(shù)2-5秒起動(dòng)時(shí)間正常啟動(dòng)所需時(shí)間異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)方式Y(jié)-Δ啟動(dòng)適用于中型電機(jī)降壓?jiǎn)?dòng)適用于各種容量電機(jī)直接啟動(dòng)適用于小型電機(jī)降壓?jiǎn)?dòng)詳解電抗降壓?jiǎn)?dòng)串入電抗器降低電壓結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單功率因數(shù)較低自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)通過變壓器降低電壓?jiǎn)?dòng)性能好成本較高Y-Δ啟動(dòng)原理Y接啟動(dòng)定子繞組以Y形連接轉(zhuǎn)換過程電機(jī)加速至70-80%額定轉(zhuǎn)速Δ形運(yùn)行切換為Δ形連接正常運(yùn)行異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法極數(shù)變換調(diào)速改變定子繞組極對(duì)數(shù)階梯式調(diào)速，效率高轉(zhuǎn)子變阻調(diào)速適用于繞線式電機(jī)調(diào)速范圍窄，效率低變頻調(diào)速改變電源頻率調(diào)速范圍寬，性能好變頻調(diào)速原理頻率與轉(zhuǎn)速關(guān)系n=60f(1-s)/p變頻器整流交流電轉(zhuǎn)為直流電變頻器逆變直流電轉(zhuǎn)為可變頻交流電異步電動(dòng)機(jī)的效率效率定義η=輸出功率/輸入功率1影響因素容量大小、負(fù)載率、制造質(zhì)量2典型效率大型電機(jī)：93%-97%小型電機(jī)：85%-90%3異步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)功率因數(shù)定義cosφ=有功功率/視在功率典型值輕載時(shí)低至0.2-0.3滿載時(shí)約0.8-0.85提高方法并聯(lián)電容器補(bǔ)償合理選擇容量異步電動(dòng)機(jī)的損耗銅損鐵損機(jī)械損耗雜散損耗異步電動(dòng)機(jī)的冷卻方式自冷式依靠自然對(duì)流散熱適用于小功率電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單風(fēng)冷式軸上安裝風(fēng)扇強(qiáng)制散熱應(yīng)用最廣泛成本較低水冷式利用水循環(huán)散熱冷卻效果好適用于大功率電機(jī)異步電動(dòng)機(jī)的防護(hù)等級(jí)IP防護(hù)等級(jí)防護(hù)特性應(yīng)用場(chǎng)景IP23防滴室內(nèi)干燥環(huán)境IP44防濺一般工業(yè)環(huán)境IP55防塵防水惡劣工業(yè)環(huán)境IP67短時(shí)間浸水戶外或潮濕環(huán)境異步電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域概覽工業(yè)應(yīng)用制造業(yè)、重工業(yè)、輕工業(yè)家用電器空調(diào)、洗衣機(jī)、冰箱交通運(yùn)輸電動(dòng)車、電梯、鐵路農(nóng)業(yè)和水利灌溉系統(tǒng)、農(nóng)機(jī)設(shè)備工業(yè)應(yīng)用詳解（1）泵類驅(qū)動(dòng)水泵、油泵流量調(diào)節(jié)高效可靠風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)冷卻風(fēng)機(jī)、通風(fēng)設(shè)備轉(zhuǎn)速控制精確壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)空氣壓縮機(jī)、制冷壓縮機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行能力強(qiáng)工業(yè)應(yīng)用詳解（2）輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)皮帶輸送機(jī)、裝配線起重機(jī)械橋式起重機(jī)、卷揚(yáng)機(jī)機(jī)床主軸驅(qū)動(dòng)車床、銑床、磨床家用電器應(yīng)用空調(diào)壓縮機(jī)單相或三相異步電機(jī)洗衣機(jī)滾筒驅(qū)動(dòng)與清洗電冰箱單相壓縮機(jī)電機(jī)交通運(yùn)輸領(lǐng)域應(yīng)用電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)低成本高可靠性電梯驅(qū)動(dòng)變頻控制平穩(wěn)運(yùn)行鐵路機(jī)車牽引大功率牽引電機(jī)農(nóng)業(yè)和水利工程應(yīng)用灌溉系統(tǒng)水泵驅(qū)動(dòng)農(nóng)業(yè)機(jī)械驅(qū)動(dòng)收割機(jī)、脫粒機(jī)水處理設(shè)備過濾、曝氣系統(tǒng)異步電動(dòng)機(jī)在風(fēng)力發(fā)電中的應(yīng)用雙饋異步發(fā)電機(jī)原理轉(zhuǎn)子繞組通過變頻器控制可在多種風(fēng)速下穩(wěn)定發(fā)電優(yōu)勢(shì)與特點(diǎn)功率控制靈活變頻器容量小成本相對(duì)較低能在過同步與欠同步狀態(tài)工作異步電動(dòng)機(jī)在智能制造中的應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)高精度伺服控制自動(dòng)化生產(chǎn)線多軸協(xié)同工作數(shù)控機(jī)床高速主軸驅(qū)動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)在新能源汽車中的應(yīng)用電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)輪轂電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)變頻調(diào)速控制實(shí)現(xiàn)精確的速度控制能量回收技術(shù)制動(dòng)能量轉(zhuǎn)換為電能異步電動(dòng)機(jī)的優(yōu)勢(shì)（1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單尤其是鼠籠式結(jié)構(gòu)制造成本低批量生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)性高維護(hù)方便故障率低，易于維修異步電動(dòng)機(jī)的優(yōu)勢(shì)（2）可靠性高平均壽命20-30年適應(yīng)性強(qiáng)適應(yīng)各種工作環(huán)境啟動(dòng)性能好自啟動(dòng)能力強(qiáng)異步電動(dòng)機(jī)面臨的挑戰(zhàn)（1）調(diào)速范圍限制常規(guī)控制下調(diào)速范圍窄需要特殊控制技術(shù)低速效率降低滑差損耗增加銅損增大功率因數(shù)較低需要額外的無功補(bǔ)償電網(wǎng)負(fù)擔(dān)增加異步電動(dòng)機(jī)面臨的挑戰(zhàn)（2）啟動(dòng)電流大直接啟動(dòng)電流為額定值5-7倍對(duì)電網(wǎng)沖擊大噪音控制電磁噪聲機(jī)械噪聲風(fēng)扇噪聲高速應(yīng)用限制機(jī)械強(qiáng)度限制鐵損增加軸承壽命降低異步電動(dòng)機(jī)的效率提升技術(shù)材料改進(jìn)高性能硅鋼片和銅材變頻控制優(yōu)化高級(jí)控制算法高效電機(jī)設(shè)計(jì)優(yōu)化槽型和氣隙設(shè)計(jì)異步電動(dòng)機(jī)的噪音控制技術(shù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化減少振動(dòng)源磁場(chǎng)設(shè)計(jì)優(yōu)化氣隙磁場(chǎng)分布冷卻系統(tǒng)改進(jìn)低噪音風(fēng)扇設(shè)計(jì)異步電動(dòng)機(jī)的故障診斷常見故障類型軸承故障、繞組故障、轉(zhuǎn)子斷條診斷方法振動(dòng)分析、電流譜分析、溫度監(jiān)測(cè)預(yù)防性維護(hù)定期檢查、狀態(tài)監(jiān)測(cè)異步電動(dòng)機(jī)的智能化發(fā)展1嵌入式傳感器溫度、振動(dòng)、電流實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制能力預(yù)測(cè)性維護(hù)基于大數(shù)據(jù)和AI的故障預(yù)測(cè)高效異步電動(dòng)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)效率等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)額定效率(4極7.5kW)IE1標(biāo)準(zhǔn)效率87.0%IE2高效率88.7%IE3優(yōu)質(zhì)效率90.4%IE4超高效率91.9%異步電動(dòng)機(jī)的節(jié)能技術(shù)15%高效電機(jī)替代平均節(jié)電率30%變頻調(diào)速應(yīng)用風(fēng)機(jī)水泵節(jié)電率10%系統(tǒng)優(yōu)化傳動(dòng)系統(tǒng)改進(jìn)節(jié)電率異步電動(dòng)機(jī)在分布式能源系統(tǒng)中的應(yīng)用微電網(wǎng)系統(tǒng)作為電能轉(zhuǎn)換設(shè)備提供電網(wǎng)支撐平衡供需波動(dòng)能源互聯(lián)網(wǎng)多能源協(xié)同運(yùn)行可控負(fù)荷特性分布式發(fā)電應(yīng)用異步電動(dòng)機(jī)的仿真技術(shù)異步電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)優(yōu)化參數(shù)優(yōu)化電機(jī)尺寸、繞組參數(shù)優(yōu)化拓?fù)鋬?yōu)化槽型與磁路結(jié)構(gòu)優(yōu)化多目標(biāo)優(yōu)化效率、功率密度、成本綜合優(yōu)化異步電動(dòng)機(jī)的材料創(chuàng)新高性能軟磁材料非晶合金納米晶材料高導(dǎo)電率導(dǎo)體材料鋁合金導(dǎo)體銅合金優(yōu)化新型絕緣材料耐高溫材料納米復(fù)合絕緣異步電動(dòng)機(jī)的控制技術(shù)發(fā)展模型預(yù)測(cè)控制基于電機(jī)精確模型的預(yù)測(cè)控制直接轉(zhuǎn)矩控制控制轉(zhuǎn)矩和磁通矢量控制模擬直流電機(jī)控制特性異步電動(dòng)機(jī)在工業(yè)4.0中的角色數(shù)字孿生技術(shù)電機(jī)虛擬映射實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測(cè)性能預(yù)測(cè)智能制造系統(tǒng)集成與MES系統(tǒng)集成智能調(diào)度與控制能源優(yōu)化管理異步電動(dòng)機(jī)的環(huán)境適應(yīng)性改進(jìn)高溫應(yīng)用耐高溫絕緣系統(tǒng)防爆設(shè)計(jì)特殊外殼與接線設(shè)計(jì)防腐蝕技術(shù)特殊涂層與材料處理異步電動(dòng)機(jī)在特殊領(lǐng)域的應(yīng)用航空航天輔助動(dòng)力系統(tǒng)海洋工程船舶推進(jìn)系統(tǒng)核電站冷卻循環(huán)泵驅(qū)動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)化與互換性國際標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程IEC標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一模塊化設(shè)計(jì)趨勢(shì)標(biāo)準(zhǔn)化部件與接口通用化與專用化平衡基礎(chǔ)平臺(tái)+定制化方案異步電動(dòng)機(jī)的可持續(xù)發(fā)展生命周期評(píng)估從原材料到廢棄全過程評(píng)估回收利用技術(shù)銅、鋁、鋼材料循環(huán)利用綠色制造減少制造過程碳排放異步電動(dòng)機(jī)行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)異步電動(dòng)機(jī)