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1、第五篇第五篇 感应电机感应电机 感应电机的结构和工作原理感应电机的结构和工作原理 感应电动机的运行原理感应电动机的运行原理 感应电机的功率、转矩及运行特性感应电机的功率、转矩及运行特性 感应电动机的起动、调速和制动感应电动机的起动、调速和制动 感应电动机是工农业生产中应用最广泛的电机。感应电动机是工农业生产中应用最广泛的电机。优点：优点：结构简单、运行可靠、效率高、制造方便、成本结构简单、运行可靠、效率高、制造方便、成本 较低、坚固耐用等。较低、坚固耐用等。缺点：缺点：起动电流较大、难以经济的大范围的平滑调速等。起动电流较大、难以经济的大范围的平滑调速等。主要内容：主要内容：第十五章 感应电机
2、的结构和工作原理15.1 感应电机的主要结构感应电机的主要结构 15.2 感应电机的工作原理和运行状态感应电机的工作原理和运行状态 15.3 感应电机的型号和额定值感应电机的型号和额定值 内容：内容：15.1 感应电机的主要结构感应电机的主要结构感应电机感应电机定子绕组定子绕组定子铁心定子铁心 转子转子机座机座 笼型笼型转子铁心转子铁心转轴转轴转子绕组转子绕组绕线型绕线型 定子定子气隙气隙15.1 感应电机的主要结构感应电机的主要结构导条导条端环端环 笼型笼型绕组：绕组：15.1 感应电机的主要结构感应电机的主要结构风叶风叶铁心铁心绕组绕组滑环滑环轴承轴承绕线型绕线型转子转子 15.2 感应电
3、机的工作原理及运行状态感应电机的工作原理及运行状态1.工作原理工作原理 以感应电动机为例：以感应电动机为例：（1）定子对称三相绕组，通过三相对称电流，产生旋转磁场；）定子对称三相绕组，通过三相对称电流，产生旋转磁场；（2）转子导条（绕组）闭合，产生感应电流；）转子导条（绕组）闭合，产生感应电流；（3）转子转速）转子转速n小于同步转速小于同步转速ns，即转子导体与旋转磁场之间有即转子导体与旋转磁场之间有相对运动。相对运动。旋转磁场的转速旋转磁场的转速ns与转子转速与转子转速n之之差称为转差转差差称为转差转差n与同步转速与同步转速ns的比值称为转差率，用的比值称为转差率，用s表示，表示，即即15.
4、2 感应电机的工作原理及运行状态感应电机的工作原理及运行状态2.运行状态运行状态 15.3 感应电机的感应电机的型号和额定值型号和额定值感应电机产品的型号一般采用大写印刷体的汉感应电机产品的型号一般采用大写印刷体的汉语拼音字母和阿拉伯数字组成语拼音字母和阿拉伯数字组成，可参阅产品目可参阅产品目录录。感应电机的额定值一般刻印在每台电机的铭牌感应电机的额定值一般刻印在每台电机的铭牌上，主要有：额定功率，定子额定电压，定子上，主要有：额定功率，定子额定电压，定子额定电流额定电流，额定频率额定频率，额定转速额定转速，额定效率额定效率，额额定功率因数等。定功率因数等。第十六章 感应电动机的运行原理 16
5、.1 三相感应电动机的磁路与磁通三相感应电动机的磁路与磁通16.2 转子静止时感应电机的运行分析转子静止时感应电机的运行分析16.3 转子旋转时感应电机的运行分析转子旋转时感应电机的运行分析16.4 感应电机转子侧各物理量的归算感应电机转子侧各物理量的归算16.5 感应电机的等效电路感应电机的等效电路16.6 笼型转子的相数、极数和参数计算笼型转子的相数、极数和参数计算*16.7 感应电机的参数测定感应电机的参数测定内容：内容：16.1 三相感应电动机的磁路与磁通三相感应电动机的磁路与磁通 1.主磁通和激磁阻抗主磁通和激磁阻抗由基波旋转磁势所产生的通过气隙并同时交链定、转子绕组的磁由基波旋转磁
6、势所产生的通过气隙并同时交链定、转子绕组的磁通称作通称作主磁通主磁通。感应电机中定、转子的能量传递主要通过这部分。感应电机中定、转子的能量传递主要通过这部分磁通来实现。主磁通经过的磁路称为主磁路，主要包括气隙（两磁通来实现。主磁通经过的磁路称为主磁路，主要包括气隙（两个）、定子齿（两个）、定子轭（一个）、转子齿（两个）、转个）、定子齿（两个）、定子轭（一个）、转子齿（两个）、转子轭（一个）等五部分。子轭（一个）等五部分。由于主磁路中存在气隙，所以感应电机的由于主磁路中存在气隙，所以感应电机的激磁电流要比变压器大得多激磁电流要比变压器大得多，通常达到额，通常达到额定电流的定电流的15%40%。1
7、6.1 三相感应电动机的磁路与磁通三相感应电动机的磁路与磁通 2.漏磁通和漏阻抗漏磁通和漏阻抗槽漏磁通，端部漏磁通，谐波漏磁通槽漏磁通，端部漏磁通，谐波漏磁通 注意：这些量都是一相的参数值注意：这些量都是一相的参数值 16.2 转子静止时感应电机的运行分析转子静止时感应电机的运行分析 1.磁势平衡方程式磁势平衡方程式 16.2 转子静止时感应电机的运行分析转子静止时感应电机的运行分析 2.电势平衡方程式电势平衡方程式 16.3 转子旋转时感应电机的运行分析转子旋转时感应电机的运行分析 1.转子旋转对各物理量的影响转子旋转对各物理量的影响转子感应电势和电流的频率转子感应电势和电流的频率 转子感应
8、电势和电抗转子感应电势和电抗 2.转子旋转时的转子磁势转子旋转时的转子磁势 F2相对于转子的转速相对于转子的转速n2为：为：在空间的转速应为：在空间的转速应为：16.3 转子旋转时感应电机的运行分析转子旋转时感应电机的运行分析 3.电势和磁势平衡方程式电势和磁势平衡方程式感应电机定、感应电机定、转子等效电转子等效电路图路图 16.4 感应电机转子侧各物理量的归算感应电机转子侧各物理量的归算 1.频率的归算频率的归算 f1f116.4 感应电机转子侧各物理量的归算感应电机转子侧各物理量的归算 2.绕组的归算绕组的归算 提示：提示：归纳起来，感应电机绕组归算时，转子电势和电压应乘以归纳起来，感应电
9、机绕组归算时，转子电势和电压应乘以ke，转子电流应除以转子电流应除以ki，转子电阻和漏抗则应乘以转子电阻和漏抗则应乘以keki；归算前后转归算前后转子的总视在功率、有功功率、转子的铜耗均保持不变。子的总视在功率、有功功率、转子的铜耗均保持不变。16.5 感应电机的等效电路感应电机的等效电路 1.T形等效电路形等效电路 16.5 感应电机的等效电路感应电机的等效电路 2.近似等效电路近似等效电路 感应电机的近似等效电路提示：提示：由等效电路算出的所有定子侧的物理量均为电机中的实际由等效电路算出的所有定子侧的物理量均为电机中的实际值，而转子电势、电流则是归算值而不是实际值。由于归算是在值，而转子电
10、势、电流则是归算值而不是实际值。由于归算是在有功功率不变的条件下进行的，所以用等效电路算出的转子有功有功功率不变的条件下进行的，所以用等效电路算出的转子有功功率、损耗和转矩均与实际值相等。功率、损耗和转矩均与实际值相等。修正系数：修正系数：16.5 感应电机的等效电路感应电机的等效电路 3.相量图相量图 从等效电路和相量图可见，感应电机的定子电流总是滞后于电源从等效电路和相量图可见，感应电机的定子电流总是滞后于电源电压，这主要是由激磁电流和定、转子的漏抗所引起的，这些感电压，这主要是由激磁电流和定、转子的漏抗所引起的，这些感性的无功功率需从电源输入，定子电流自然滞后于电源电压。激性的无功功率需
11、从电源输入，定子电流自然滞后于电源电压。激磁电流越大，或定、转子漏抗越大，电机的功率因数就越低。磁电流越大，或定、转子漏抗越大，电机的功率因数就越低。16.6 感应电机的参数测定感应电机的参数测定 1.空载实验空载实验:确定电动机的激磁参数、铁耗和机械损耗确定电动机的激磁参数、铁耗和机械损耗BTWWAAAMVK1 空载、短路试验原理图空载、短路试验原理图16.6 感应电机的参数测定感应电机的参数测定 2.短路实验短路实验(堵转实验堵转实验):确定感应电动机的漏阻抗。确定感应电动机的漏阻抗。第十七章 感应电机的功率、转矩及运行特性 17.1 感应电机的功率和转矩方程感应电机的功率和转矩方程 17
12、.2 感应电机的电磁转矩感应电机的电磁转矩 17.3 感应电动机的工作特性感应电动机的工作特性 内容：内容：17.1 感应电机的功率和转矩方程感应电机的功率和转矩方程 1.功率平衡方程功率平衡方程 P117.1 感应电机的功率和转矩方程感应电机的功率和转矩方程 2.转矩平衡方程转矩平衡方程 17.2 感应电机的电磁转矩感应电机的电磁转矩1.转矩转矩-转差率特性转差率特性(由近似等效电路）由近似等效电路）17.2 感应电机的电磁转矩感应电机的电磁转矩2.最大转矩最大转矩(1)当当电电源源的的频频率率和和电电机机的的参参数数不不变变时时，感感应应电电机机的的最最大大电电磁磁转转矩矩的的大大小小与与
13、电电源源电电压压的的平平方成正比，与转子电阻无关。方成正比，与转子电阻无关。(2)(2)达到最大转矩时的临界转达到最大转矩时的临界转差率的大小与转子电阻成正比。差率的大小与转子电阻成正比。过载能力：过载能力：17.2 感应电机的电磁转矩感应电机的电磁转矩3.起动转矩起动转矩起动转矩倍数起动转矩倍数4.机械特性和稳定运行区域机械特性和稳定运行区域只要电动机的机械特性是下降的，只要电动机的机械特性是下降的，电动机便能稳定运行。从图可见，电动机便能稳定运行。从图可见，感应电动机的稳定运行区域是在感应电动机的稳定运行区域是在nsns(1-sm)的范围内的范围内 17.3 感应电动机的工作特性感应电动机
14、的工作特性1.工作特性工作特性感应电动机的感应电动机的工作特性工作特性：在额定电压及额定频率时，感应电动机：在额定电压及额定频率时，感应电动机的转速的转速n(或转差率或转差率s),转矩转矩Te，定子电流定子电流I1，功率因数功率因数cos 1及效及效率率 与输出功率与输出功率P2的关系，即的关系，即n，Te，I1，cos 1，=f(P2)。转差率特性转差率特性定子电流特性定子电流特性功率因数特性功率因数特性效率特性效率特性转矩特性转矩特性17.3 感应电动机的工作特性感应电动机的工作特性2.工作特性的求取工作特性的求取直直接接负负载载法法：应应先先用用空空载载实实验验测测出出电电动动机机的的铁
15、铁耗耗和和机机械械损损耗耗，并并用用电电桥桥测测出出定定子子电电阻阻。负负载载实实验验是是在在额额定定电电压压、额额定定频频率率下下改改变变电电动动机机的的负负载载，分分别别记记录录不不同同负负载载时时感感应应电电动动机机的的定定子子输输入入功功率率，定定子子电电流流和和转转速速，即即可可算算出出不不同同负负载载时时感感应应电电动动机机的的输输出出功功率率、转差、功率因数和效率等。适用于中、小型感应电机。转差、功率因数和效率等。适用于中、小型感应电机。利利用用已已知知参参数数计计算算法法：在在参参数数已已知知的的情情况况下下（根根据据实实验验或或设设计计值值），给给定定转转差差率率，根根据据T
16、型型等等效效电电路路即即可可算算出出定定、转转子子电电流流和和激激磁磁电电流流。定定、转转子子电电流流求求出出后后，即即可可算算出出定定、转转子子铜铜耗耗，电电磁磁功功率率，转转子子的的机机械械功功率率，电电磁磁转转矩矩和和输输入入功功率率。若若已已知知机机械械损损耗耗和和杂杂散散损耗，可进一步算出输出功率和电动机的效率。损耗，可进一步算出输出功率和电动机的效率。在在分分析析感感应应电电机机的的性性能能时时，通通常常应应算算出出：（1）额额定定运运行行点点的的全全部数据；（部数据；（2）最大转矩值；（）最大转矩值；（3）起动电流和起动转矩值。）起动电流和起动转矩值。第十八章 感应电动机的起动、
17、调速和制动18.1 感应电动机的起动感应电动机的起动18.2 深槽和双笼感应电动机深槽和双笼感应电动机*18.3 感应电动机的调速感应电动机的调速18.4 感应电动机的制动感应电动机的制动 内容：内容：18.1 感应电动机的起动感应电动机的起动 1.感应电动机的起动性能感应电动机的起动性能 起动时希望起动时希望有足够大的起动转矩有足够大的起动转矩，是电动机很快地达到额定转速，是电动机很快地达到额定转速而正常工作；而正常工作；起动电流不要太大起动电流不要太大，以免电网产生过大的电压降落而，以免电网产生过大的电压降落而影响接在电网的其他电动机和电气设备的正常运行。此外，起动电影响接在电网的其他电动
18、机和电气设备的正常运行。此外，起动电流过大，将使电动机本身受到过大的电磁力的冲击，如果频繁起动，流过大，将使电动机本身受到过大的电磁力的冲击，如果频繁起动，有使绕组过热的危险。有使绕组过热的危险。因此希望在起动电流不大的情况下，能获得因此希望在起动电流不大的情况下，能获得较大的起动转矩。较大的起动转矩。感应电动机实际状况：感应电动机实际状况：起动电流大，起动转矩小。起动电流大，起动转矩小。原因原因起动方法的选择：必须根据电动机和机械负载对起动转矩的要求起动方法的选择：必须根据电动机和机械负载对起动转矩的要求等具体情况进行具体分析。如果电网容量很大，电动机的起动电流等具体情况进行具体分析。如果电
19、网容量很大，电动机的起动电流不会引起电网电压的显著降落，则起动电流大小不是主要问题；如不会引起电网电压的显著降落，则起动电流大小不是主要问题；如果机械负载要求的起动转矩不大，而电网容量相对于电动机来说又果机械负载要求的起动转矩不大，而电网容量相对于电动机来说又不大，则主要考虑如何减小起动电流；至于既要求起动转矩大又希不大，则主要考虑如何减小起动电流；至于既要求起动转矩大又希望限制起动电流的场合，则需采取措施改善起动性能。望限制起动电流的场合，则需采取措施改善起动性能。18.1 感应电动机的起动感应电动机的起动 2.感应电动机的起动方法感应电动机的起动方法 笼型：直接起动笼型：直接起动 优缺点：
20、优缺点：降压起动：降压起动：Y/DY/D起动法；自耦变压器起动法起动法；自耦变压器起动法 优缺点：优缺点：绕线型：绕线型：转子绕组中串入起动电阻转子绕组中串入起动电阻 优缺点：优缺点：18.2 感应电动机的调速感应电动机的调速 1.变级调速变级调速变极调速的设备简单，只要变极调速的设备简单，只要一个转换开关，操作方便，一个转换开关，操作方便，工作可靠。其缺点是调速不工作可靠。其缺点是调速不平滑，属于有级调速方式。平滑，属于有级调速方式。感应电动机的转速：感应电动机的转速：调速方法：调速方法：变感应电动机的极对数变感应电动机的极对数p p；变电源频率变电源频率f f1 1；变转差率变转差率s s
21、 18.2 感应电动机的调速感应电动机的调速 2.变频调速变频调速变频调速的速的优点是点是调速范速范围大，平滑大，平滑性好，性好，变频时电压按不同按不同规律律变化可化可实现恒恒转矩矩调速或恒功率速或恒功率调速，以适速，以适应不同不同负载的要求，的要求，这是是感应电动机感应电动机最有前途的一种最有前途的一种调速方式。速方式。变频调速速需要专门的变频电源，近年需要专门的变频电源，近年来，由于电力电子技术的发展，变频来，由于电力电子技术的发展，变频装置的价格不断降低，性能不断提高，装置的价格不断降低，性能不断提高，感应电动机变频调速系统已有取代直感应电动机变频调速系统已有取代直流电动机调速系统的趋势。流电动机调速系统的趋势。18.2 感应电动机的调速感应电动机的调速 3.变转差率变转差率调速速改变感应电动机的端电压调速改变感应电动机的端电压调速 转子回路串电阻调速转子回路串电阻调速 串级调速串级调速 18.3 感应电动机的制动感应电动机的制动 反接制动反接制动回馈制动回馈制动能耗制动能耗制动 第十九章 特种感应电动机*19.1 单相感应电动机单相感应电动机19.2 感应发电机和直线感应电动机感应发电机和直线感应电动机 内容：内容：