4.2 三相异步电动机的运行分析（课件）-《电机与拖动》同步精品课堂（人邮版）

项目4 三相异步电动机 4.2 三相异步电动机的运行分析 《电机与拖动》人邮版（第4版） 同步精品课堂 1 学习目标 知识目标 1.能够理解三相异步电动机的运行原理，包括旋转磁场对定子绕组的作用、旋转磁场对转子绕组的作用，以及掌握功率和转矩的关系公式. 2.能够掌握三相异步电动机的工作特性，包括转速特性、转矩特性、定子电流特性。 能力目标 1.培养理论分析能力。能够运用电磁学、力学等基础知识，对三相异步电动机的运行原理、工作特性和机械特性进行理论分析和推导 2.通过查阅资料、自主思考和总结归纳，深入理解三相异步电动机的运行分析知识，培养独立获取知识和自我提升的能力，为今后的学习和工作奠定良好的基础。 情感目标 1.通过了解三相异步电动机在实际生产生活中的广泛应用，认识到电机学知识的重要性和实用性，从而增强学习的动力和积极性。 2.在学习三相异步电动机的运行分析过程中，需要认真观察、分析和思考，注重数据的准确性和逻辑的严密性，养成严谨的科学思维习惯。 项目4 三相异步电动机 导入情景 01 三相异步电动机 笼型转子三相异步电动机结构图 新知学习 02 一、三相异步电动机的运行原理 1.旋转磁场对定子绕组的作用 在异步电动机的三相定子绕组内通入三相交流电后，即产生旋转磁场，此旋转磁场将在不动的定子绕组中产生感应电动势。与变压器相同，产生的感应电动势可以用下式计算 新知学习 02 一、三相异步电动机的运行原理 定子绕组中产生感应电动势与变压器的感应电动势公式相比多了一个绕组系数 的原因 变压器绕组是集中绕在一个铁芯上的，故在任意瞬间穿过绕组的各个线圈中的主磁通大小及方向都相同，整个绕组的电动势为各线圈电动势的代数和。 而在异步电动机中，同一相的定子绕组并不是集中嵌放在一个槽内，而是分别嵌放在若干个槽内，这种绕组称为分布绕组。整个绕组的电动势是各个线圈中电动势的相量和，比起代数和要小一些。 另外，定子绕组为了改善电动势的波形和节省导线，一般采用短距绕组(即一个线圈的两个边的空间距离小于一个极距)，从而使两个线圈边的电动势有一定的相位差，使短距绕组的电动势比整距绕组的电动势要小，因此乘以一个绕组系数 。 新知学习 02 一、三相异步电动机的运行原理 由于定子绕组本身的阻抗压降比电源电压要小得多，所以可以近似认为电源电压与感应电动势,相等，即 由此可见，当外加电源电压不变时，定子绕组中的主磁通也基本不变。 新知学习 02 一、三相异步电动机的运行原理 2.旋转磁场对转子绕组的作用 (1)转子中感应电动势及电流的频率。当转子不动时，很显然磁通相对于转子绕组的速度和相对于定子绕组的速度相同，都为 转子旋转后，在转子中产生感应电动势及电流，其频率为 即转子中的电动势及电流的频率与转差率、成正比。 新知学习 02 一、三相异步电动机的运行原理 (2)转子绕组感应电动势 当转子不动时，感应电动势为 即， 新知学习 02 一、三相异步电动机的运行原理 (3)转子的电抗和阻抗。异步电动机中的磁通绝大部分穿过气隙与定子和转子绕组相交链称为主磁通，它在定子绕组及转子绕组中分别产生感应电动势 、及都为 另外，还有一小部分磁通仅与定子绕组相链，称为定子漏磁通，而与转子绕组相链的则称为转子漏磁通。漏磁通的变化亦将在定子及转子绕组中产生漏磁感应电动势，而在电路中则表现为电抗压降。 新知学习 02 一、三相异步电动机的运行原理 转子电路内的电抗和阻抗 同理，y与电动机转子静止不动时的电抗之间的关系为。由此可得 新知学习 02 一、三相异步电动机的运行原理 (4)转子的电流和功率因数。 转子的电流 转子的功率因数 当s=1时，转子电流最大，当电动机正常运行时，因为s 接近 0，所以转子电流很小。 当s=1时，由于故，即电动机起动时转子功率因数很低。当s0时，则即正常运行时功率因数较高。 新知学习 02 一、三相异步电动机的运行原理 对于一台电动机而言，及基本上是不变的，故及用曲线表示，如图4-14 所示。 新知学习 02 二、三相异步电动机的工作特性 新知学习 02 二、三相异步电动机的工作特性 =0 时,M=，n 曲线是一条微微向下倾斜的曲线 新知学习 02 二、三相异步电动机的工作特性 曲线在正常范围运行时是一条 稍微上翘的直线 =0 时, 新知学习 02 二、三相异步电动机的工作特性 曲线是上升 =0 新知学习 02 二、三相异步电动机的工作特性 曲线是上升 =0 新知学习 02 二、三相异步电动机的工作特性 结论:异步电动机的功率因数和效率都是在额定负载附近达到最大值。因此，选用电动机时，应使电动机容量与负载容量相匹配。 电动机容量选择过大，电机长期处于轻载运行投资费用高，且功率因数和效率都低，运行不经济。 若电动机容量选择过小，将使电动机过载而造成发热，影响其寿命，甚至损坏。 新知学习 02 三、三相异步电动机的机械特性 机械特性是异步电动机的主要特性，它是指电动机的转速n 与电磁转矩Tem之间的关系即n=f(Tem)。 电磁转矩Tem 由于异步电动机的转矩是由载流导体在磁场中受电磁力的作用而产生的，因此转矩的大小与旋转磁场的磁通、转子导体中的电流及转子功率因数有关，即 新知学习 02 三、三相异步电动机的机械特性 机械特性是异步电动机的主要特性，它是指电动机的转速n 与电磁转矩Tem之间的关系即n=f(Tem)。 电磁转矩Tem 由于异步电动机的转矩是由载流导体在磁场中受电磁力的作用而产生的，因此转矩的大小与旋转磁场的磁通、转子导体中的电流及转子功率因数有关，即 上式在实际应用或分析时不太方便，可通过一定的数学换算(证明略)变换成下式 新知学习 02 三、三相异步电动机的机械特性 异步电动机轴上输出的转矩T仅与电动机的转差率(即电动机的速)有关。在实际应用中为了更形象地表示出转矩与转差率(或转速)之间的相互关系，常用T与 间的关系曲线来描述，如图 4-17 所示，该曲线通常称为异步电动机的转矩特性曲线。 新知学习 02 三、三相异步电动机的机械特性 在电力拖动系统中，为了便于分析，有时希望能直接表示出电动机的转速与转矩之间的关系，因此常把图 4-17 顺时针转过90°，并把转差率s变换成转速n即变成图4-18所示的n与T之间的关系曲线，称为异步电动机的机械特性曲线，它的形状与转矩特性曲线是一样的。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 1： 三相异步电动机旋转磁场的转向由（ ）决定。 A. 电源电压 B. 电源相序 C. 磁极对数 D. 负载大小 答案：B 解析：电源相序决定了旋转磁场的转向。只要改变电源相序，旋转磁场的转向就会改变。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 2： 三相异步电动机的定子电流特性中，随着负载的增大，定子电流（ ）。 A. 增大 B. 减小 C. 先增大后减小 D. 先减小后增大 答案：A 解析：负载增大时，需要更大的电磁转矩，定子电流会增大。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 3： 三相异步电动机的效率特性中，效率随输出功率的变化规律是（ ）。 A. 单调上升 B. 单调下降 C. 先上升后下降 D. 先下降后上升 答案：C 解析：在开始阶段，随着输出功率的增加，损耗占比相对减小，效率上升；当输出功率增大到一定程度后，损耗增加较快，效率开始下降。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 4： 要使三相异步电动机反转，可采取的方法是（ ）。 A. 改变电源电压 B. 改变电源频率 C. 改变电源相序 D. 改变电机磁极对数 答案：C 解析：改变电源相序可以改变旋转磁场的转向，从而使电动机反转。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 5： 当三相异步电动机的磁极对数p = 2，电源频率f = 50H时，旋转磁场的转速为 ()r/in。 A.1500 B.3000 C.1000 D.750 答案:A 解析: 根据=60f/p,p =2，f = 50Hz，可得 =60x502 =1500r/min。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 6： 三相异步电动机的机械特性曲线中，同步转速点位于()。 A曲线的最高点 B.曲线的最低点 C.曲线与横轴的交点 D.曲线与纵轴的交点 答案:C 解析:同步转速点是指电动机理想空载时的转速，此时转速等于同步转速，电磁转矩T =0，所以位于曲线与横轴的交点。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 7： 三相异步电动机的最大转矩与 ()有关 A.电源电压 B.电源频率 C.磁极对数 D.以上都是 答案:D 解析:最大转矩与电源电压的平方成正比，与电源频率和磁极对数有关。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 8： 三相异步电动机的临界转差率与 ()有关 A.电源电压 B.电源频率 C.电机参数 D.以上都是 答案:C 解析: 临界转差率只与电机本身的参数有关，如绕组电阻、漏电抗等。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 9： 有Y160M-4型及Y180L-8型三相异步电动机各一台,额定功率都是= 11kW.前者额定转速为 1460r/min，后者额定转速为 730r/min，分别求它们的额定输出转矩。 答案： Y160M-4 型三相异步电动机的额定输出转矩为 Y180L-8 型三相异步电动机的额定输出转矩为 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 10： 有一台笼形三相异步电动机,额定功率=40kW,额定转速=1450r/min. 过载系数=2.2，求额定转矩及最大转矩 。 答案： 1.旋转磁场对定子绕组的作用：旋转磁场切割定子绕组，使其产生感应电动势。这个感应电动势的大小和方向取决于旋转磁场的转速、磁极对数以及定子绕组的结构。 2.旋转磁场对转子绕组的作用：旋转磁场也会切割转子绕组，在转子绕组中产生感应电动势。由于转子绕组是闭合的，感应电动势会在转子中产生电流。 3.转速特性：描述了电动机转速n与输出功率P2之间的关系。随着输出功率的增加，电动机的转速会略有下降，这是由于负载转矩的增加导致的。 4.三相异步电动机的机械特性：机械特性曲线描述了电动机转速与电磁转矩之间的关系。 课堂小结 04 作业布置 05 简述旋转磁场对定子绕组和转子绕组的作用。 解释三相异步电动机功率和转矩的关系，并说明其在实际运行中的意义。 分别阐述三相异步电动机的转速特性、转矩特性、定子电流特性、效率特性和功率因数特性的主要内容。 感谢观看 $$