电机及拖动课件PPT

已知总槽数Z、极对数p和相数m为，则
电机绕组： 产生感应电势、产生磁势
电角度表示，定义为360°空间电角度。
每一相绕组都有首端，又有末端，以A相为例，则三相绕组A-X、B-Y、C-Z、在空间上分布为A-Z-B-X-C-Y共有六部分，即总的绕组应
分为六部分，分属AZBXCY，每一部分在每极下占有的电角度称为相带，一般用600相带
定义（ n0- n ）为转差，把转差与同步转速n0 之比的百分值 叫做转差率S。即：
S= （ n0 -n ）/ n0 *100%
N
如果用一原动机或其它
T
转矩去拖动异步电动机，
使它的转速超过同步转速，
n >n0 ,S<0,旋转磁场切割转
n0
子导体的
n
方向相反，导体中的电动势与电流方向都反向。由左手 定则知电磁力与旋转磁场和转子的旋转方向相反，这是制动 转矩。这时原动机对异步电动机输入机械功率，而通过电磁 感应由定子向电网输送电功率，电动机处在发电机状态。
• 每个极面下每相占有的槽数。已知总槽数Z、 极对数p和相数m为，则
q Z 2 pm
q>1——分布绕组 整数槽绕组——q为整数 分数槽绕组——q为分数
槽距角
• 相邻两槽之间的电角度
已知总槽数Z、极对数p：α=（P×360）/Z
N
S
N
S
α
A Z B X C Y A ZB X C Y
槽电动势星形图
E E 0
所以该电机被称为异步机q1，也叫感y应1 电机。
E y1
E y1(q
1)
Eq1 qEy1kq1
一个线圈组电动势的有效值为 9异步电动机的参数测定
绘出短路特性曲线IK =f(UK)和PK = f(UK)。
可以绘出PFe+Pm=f曲线。
E 4.44 f qN k k 4.44 f qN k 转子铜损 Pcu2=m1I’22r2’
三、三相异步电动机的名牌数据
五、异步电动机的工作原理 定子对称三相绕组 有三相对称电流
定子和转子间有旋转磁场（ n0） 切割转子均匀分布的闭 环导体 转子导体产生感应电动势
用右手定则知N极下转子电动势方向指里，
S极下转子电动势方向指外 转子闭合导体有电流
N
n0
f
如不考虑相位差，电势 方向同电流方向
如果异步电动机的外转
N
矩使转子逆着旋转磁场的
T
方向旋转，即n<0,S>1,此
时转子导体中的电动势和
电流反向仍和电动机一样，
电磁转矩方向仍与旋转磁
n0
n
场一致，
但与外转矩方向（n)相反。电磁转矩是制动转矩，此时 电网对电动机输送电功率，从转子吸收机械功率。
4.2 交流电机的绕组 交流绕组的基本概念
绕组：按一定规律排列和连接的线圈的总称
9转异子步电电流动与机气的隙参磁数场测相定互作用就产生q (电y磁1 转矩) ，从而驱动转子旋1 转。 y q1 y1 1
1 y W1 1
轴上输出功率 P2=m1I2’2 r2’ (1-s)/s （5-29）
转子导体切割磁力线，并产生感应电势
每个极面下每相占有的槽数。
2VN开始,逐渐降低电压，直到电机的转速明显下降，定子的电流回升为止，测出7-9个点，每次测电压、空载电流、功率和转速，
4.1三相异步电动机的基本工作原理与结构
一、三相异步电动机结构
鼠笼式异步电动机外形
绕线式异步电动机外形
异步电动机定子1
异步电动机定子２
鼠笼式转子
绕线式转子
绕线式定子与转子
鼠笼绕组
异步电动机定子上有 三相对称的交流绕组
绕线转子异步电动机剖面图
二、三相异步电动机的工作原理
异步电动机定子上有三相对称的交流绕组 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 (swf)
π
x
1、整距线圈的电动势
瞬时值的表达式 有效值的表达式
ey( y ) N y1 sin t Ey( y ) 4.44 f1N y1
2、短距线圈的电动势
瞬时值的表达式
ec( y )
N y1
cos
2
sint
2
有效值的表达式
Ec( y ) 4.44 f1N yk y1 1
二、线圈组的感应电动势
它等于电动机总机械功率P m除以转子的角速度Ω。
由左手定则知转子导体受力，其方向同磁场反向，这时转子转动，即电动机工作，转速为n。
在一定导体数下，获得比较大的基波电势及磁势
P0= m1I02r1 +Байду номын сангаасFe+Pm（忽略转子铜耗及附加损耗Pcu2+Ps）
定子铜损 Pcu1=m1I12r1 （图）
可以用短路实验方法求参数。
4.8 异步电动机的功率传递和转矩平衡
由T型等值电路可以得到全部能量关系 定子铜损 Pcu1=m1I12r1 （图）
转子铜损 Pcu2=m1I’22r2’
定子铁损 PFe=m1I02rm
I '2 2
传给转子的电磁功率PM=m1I
' 2
2
r2’/s=m1E’2I’2cos
2
轴上输出功率 P2=m1I2’2 r2’ (1-s)/s （5-29） 电磁转矩
7-1 基本要求和绕组分类
• 电机绕组： 产生感应电势、产生磁势 • 绕组要求：
1. 在一定导体数下，获得比较大的基波电势及 磁势
2. 在三相时产生的三相电势、磁势必须对称 3. 电势波形尽量接近于正弦 4. 用铜量少，散热性好 5. 工艺简单，维修方便
• 绕组分类： 相数：单相 ，三相，双相 层数：单层， 双层 每极每相槽数：整数槽及分数槽
4.44
f1
pqN y a
kW 11
4.44
f1 NkW 11
对双层绕组而言，每个相绕组有2p个线圈组，每个相绕
组串联匝数为
2p
N a qNy
所以双层绕组相电动势基波的有效值为
E1
2p a
Eq( y1 )
2p a
4.44
f1qN ykW11
4.44
f1
2 pqNy a
kW 11
4.44
f1 NkW 11
三相单层集中整距绕组
三相：A、B、C 单层：每槽中只放一个线圈边 集中：每一相只有一个线圈 整距：线圈的节距等于一个极距
三相绕组结构特点 三相绕组展开图 三相绕组的Y连接 三相绕组的轴线
单层分布绕组的展开图
7-2 分析绕组时常用的几个量
极距τ
τ
相邻两磁极对应位置两 点之间的圆周距离
几 何 尺 寸 —— 每 极 所 对应的定子内圆弧长
所以单层绕组相电动势基波的有效值为 定子绕组stator winding——电路部分——感应电势。 绘出短路特性曲线IK =f(UK)和PK = f(UK)。 9异步电动机的参数测定 层数：单层， 双层 分数槽绕组——q为分数 间距离，可以用所跨槽数表示，也可 五、异步电动机的工作原理 五、异步电动机的工作原理 1三相异步电动机的基本工作原理与结构 每极每相槽数：整数槽及分数槽 每极每相槽数：整数槽及分数槽 异步电动机堵转，所加电压使电动机的短路电流略大于额定电流，约是额定电压的30%--40%，然后调节电压逐渐下降，测电压UK、电 流IK和功率PK。 电机不转，机械损耗为0，铁损和附加损耗小可以略去。 相邻两磁极对应位置两点之间的圆周距离 P0= m1I02r1 +PFe+Pm（忽略转子铜耗及附加损耗Pcu2+Ps） 定子和绕线电机转子的电阻可以加直流电压测直流电流 二、三相异步电动机的工作原理 每个极面下每相占有的槽数。 转子铜损 Pcu2=m1I’22r2’ 实验时(异步电动机）电动机轴上不加任何负载（对于绕线电动机转子还要开路）。 可以用短路实验方法求参数。
相带
• 为了三相绕组对称，在每个极面下每相绕组应占 有相等的范围——相带。
• 每个极对应于180°电角度，如电机有m相，则每 个相带占有1800/m 电角度。三相电机m＝3，其相 带为60 /3，按60°相带排列的绕组称为60°相带 绕组。
60°相带绕组
把每对极所对应的定子槽等分为六个等分。依 次称为a、c'、b、a'、c、b'相带，各相绕组放 在各自的相带范围内
• 圆周的空间几何角度称为机械角 度，而圆周上对应于磁场分布的 角度称为电角度。
空间电角度α ：把一对主磁极表面占的空间距离用空间 电角度表示，定义为360°空间电角度。
线圈节距y1 ： 一个线圈的两个线圈边间沿定子内表 面间的距离。
极 距τ： 定子内表面用长度表示的每极所占空 间距离，可以用所跨槽数表示，也可 以用所占空间电角度表示。
依次称为a、c'、b、a'、c、b'相带，各相绕组放在各自的相带范围内
三、相绕组的感应电动势——相电势
对单层绕组而言，每个相绕组有p个线圈组，并联支路
数为a，每个线圈的匝数为Ny，则每个相绕组串联匝数为
N
p a
qN y
所以单层绕组相电动势基波的有效值为
E1
p a
Eq( y1 )
p a
4.44
f1qN ykW11
D
2p
槽数表示极距：即用每 磁极下所占槽数来表示， Z为总数，P极为对数
Z 2p
节距 y (跨距) • 表示元件的宽度。元件放在槽内，其宽
度可用元件两边所跨越的槽数表示。
y
电角度
电角度＝p×机械角度
• 磁密在空间为正弦分布，一对磁 极便对应于一个完整正弦波，相 当于360°。如果磁极极对数是p， 整个圆周有p个完整正弦波，相当 于p × 360°。从几何的观点来看， 整个圆周只有360°。
每一相绕组都有首端，又有末端，以A相为例，则三相绕组A-X、 B-Y、C-Z、在空间上分布为A-Z-B-X-C-Y共有六部分，即总的 绕组应分为六部分，分属AZBXCY，每一部分在每极下占有的 电角度称为相带，一般用600相带
N
S
N
S
A Z B X C Y A ZB X C Y 600
每极每相槽数q
由左手定则知转子导体受力，其 方向同磁场反向，这时转子转动， 即电动机工作，转速为n。
n
f
S
六、三相异步电动机的转速与运行状态
转子转速n能否超过同步转速n0 ？答在无外力作用时，电动 状态转子转速n不能超过同步转速n0。即n <n0 。
假设n =n0 ，旋转磁场不切割转子导体，则无感生电动势， 无电流，也就无电磁力，转子不转了。只由n <n0 旋转磁场 和转子导体有相对运动，转子才受到电磁转矩。这就是异步 电动机的由来。
电磁转矩指转子电流I2与主磁通φm相互作用产生的电磁 力形成的总力矩。它等于电动机总机械功率P m除以转子的角 速度Ω。（5-34）-（5-39）
4.9异步电动机的参数测定
等值电路参数可以由制造厂家提供，也可以由实验方法测得，方法同变压器。 一、空载试验
空载试验的主要目的是测电机的励磁参数。三相异步电动 机的空载试验理论上应是转子在同步转速下进行，但需要原动 机拖动转子，这样同步也有难度。实验时(异步电动机）电动机 轴上不加任何负载（对于绕线电动机转子还要开路）。
• 各槽导体感应电动势大小相等，相邻槽导体电 势相位差相同。将各槽导体电势相量画在一起， 组成一个星形，称为槽电势星形图。
4.3 三相异步电动机绕组的感生电动势
讨论定子绕组内感应电动势时，气隙磁场切割定子绕组 可以看成下图中所示的转子旋转，在定子绕组中所感应产 生的电动势。
气隙磁密分布
Bx
B1m
sin
P0- m1I02r1 =PFe+Pm
（P0- m1I02r1）可以测出（r1也可以由短路参数求得，也可以
转子导体切割磁力线，并产生感应电势 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 电磁力作用在转子上将产生电磁转矩，并驱动转子旋转
(swf)
三相异步电动机定子绕组加 对称电压后，产生一个旋转 气隙磁场，转子绕组导体切 割该磁场产生感应电势。由 于转子绕组处于短路状态会 产生一个转子电流。转子电 流与气隙磁场相互作用就产 生电磁转矩，从而驱动转子 旋转。电动机的转速一定低 于磁场同步转速，因为只有 这样转子导体才可以感应电 势从而产生转子电流和电磁 转矩。所以该电机被称为异 步机，也叫感应电机。
步骤：电压从1.2VN开始,逐渐降低电压，直到电机的转速明显下降，定子的电流回升为止，
测出7-9个点，每次测电压、空载电流、功率和转速，
P0
可以绘出空载特输性入（电I0和机P0随功U0率的变化）曲线。
I0
P0= m1I02r1 +PFe+Pm（忽略转子 铜耗及附加损耗Pcu2+Ps）
U0
空载时认为定子铜耗和铁耗与电压大小有关，机械损耗仅于转速 有关。
元件(线圈)
y1
(a)单匝线圈 (b) 多匝线圈 (c) 多匝线圈简易画法
铁心
定子绕组stator winding——电路部分——感 应电势。
定子铁心core——磁路部分，放置定子绕组。 一般采用导磁性能良好和比损耗小的电工硅钢 片叠成。 为了嵌放定子绕组，在定子铁心内圆冲出许多 形状相同的槽——定子槽slot。