上海交通大学：《电机学 Electric Machinery》课程教学资源（PPT课件）异步电机 Asynchronous Machine（AM）

宫8 第IV部分异步电机 1.异步电机的定义 2.异步电机的基本结构 3.异步电机的本质 4.异步电机的运行特性 5.异步电机的起动、调速和制动 6.异步电机的应用领域 2022-3-12 1

2022-3-12 1 1. 异步电机的定义 2. 异步电机的基本结构 3. 异步电机的本质 4. 异步电机的运行特性 5. 异步电机的起动、调速和制动 6. 异步电机的应用领域

1.异步电机的定义 异步电机，Asynchronous Machine(AM）,是指负载时 转子转速与同步速不同的交流电机。 异步电机的特点： 一种交流电机； 定转子磁场耦合，相对于产生磁场的绕组运动速度不 同，但空间相对静止且极对数相同； 结构简单、坚固可靠，价格便宜。 主要作为电动机使用以满足工业自动化驱动系统的需 求，如：大型风机、水泵、机床等的驱动，中小型异 步电机应用十分广泛，如家用电器。由于异步电机的 效率较低，从节能的角度有的应用场合已经开始永 磁电机取代。 2022-3-12 2

2022-3-12 2 1. 异步电机的定义 异步电机，Asynchronous Machine (AM) ，是指负载时 转子转速与同步速不同的交流电机。 异步电机的特点： 一种交流电机； 定转子磁场耦合，相对于产生磁场的绕组运动速度不 同，但空间相对静止且极对数相同； 结构简单、坚固可靠，价格便宜。 主要作为电动机使用以满足工业自动化驱动系统的需 求，如：大型风机、水泵、机床等的驱动，中小型异 步电机应用十分广泛，如家用电器。由于异步电机的 效率较低，从节能的角度有的应用场合已经开始用永 磁电机取代

异步电机的分类 宫8 按照用途分 。异步电动机 。异步发电机： ·按照相数分 。单相异步电机 。三相异步电机 。多相异步电机： e 按照转子结构分 。鼠笼式异步电机 。绕线式异步电机 。无刷双馈异步电机； 2022-3-12 3

2022-3-12 3 异步电机的分类  按照用途分 ◦ 异步电动机 ◦ 异步发电机；  按照相数分 ◦ 单相异步电机 ◦ 三相异步电机 ◦ 多相异步电机；  按照转子结构分 ◦ 鼠笼式异步电机 ◦ 绕线式异步电机 ◦ 无刷双馈异步电机；

AM研究的主要内容 宫8 . AM的基本结构 4.AM的起动、调速 2. AM的基本原理 和制动 )转子静止运行 )起动方法 2)转子旋转运行 2)调速原理 3. AM的运行特性 )机械特性 3)制动方法 2)负载运行特性 5.AM的不对称运行 转差率特性 效率特性 6.特种AM 功率因数特性 转矩特性 )单相异步电机 定子电流特性 2)异步发电机 2022-3-12 4

2022-3-12 4 AM研究的主要内容 1. AM的基本结构 2. AM的基本原理 1) 转子静止运行 2) 转子旋转运行 3. AM的运行特性 1) 机械特性 2) 负载运行特性 • 转差率特性 • 效率特性 • 功率因数特性 • 转矩特性 • 定子电流特性 4. AM的起动、调速 和制动 1) 起动方法 2) 调速原理 3) 制动方法 5. AM的不对称运行 6. 特种AM 1) 单相异步电机 2) 异步发电机

2.异步电机的基本结构 (1)基本结构 定子槽：均匀分布 定子 定子齿、 定子 转子 均匀气隙 转轴 气隙 转子 转子槽：均匀分布 鼠笼转子：导条和端环 2022-3-12 5

2022-3-12 5 2. 异步电机的基本结构 （1）基本结构 • 定子 • 转子 • 均匀气隙 定子 定子槽：均匀分布 转子 转子槽：均匀分布 转轴 气隙 定子齿 鼠笼转子：导条和端环

2.异步电机的基本结构 (1)定子 0 定子电枢铁心、电枢绕组，机座，接线盒，铭牌 电枢绕组是对称的，输入对称交流电流产生旋转磁场： (2)转子 转子电枢铁心、电枢绕组，转轴，轴承 D 鼠笼转子：分为浇铸和焊接结构；转子槽内导条两端用 短路环连接形成鼠笼结构，绕组能产生与定子磁场极数 相同的旋转磁场； 2) 绕线转子：极对数与定子相同的对称绕组，通过滑环和 电刷与外电路连接 (3)均匀气隙 定转子磁场跨越区域 定转子电枢铁心由硅钢片叠压而成，硅钢片圆调药 匀分布齿槽，用来安放电枢绕组导体。 2022-3-12 6

2022-3-12 6 2. 异步电机的基本结构 （1）定子 ◦ 定子电枢铁心、电枢绕组，机座，接线盒，铭牌 电枢绕组是对称的，输入对称交流电流产生旋转磁场； （2）转子 ◦ 转子电枢铁心、电枢绕组，转轴，轴承 1) 鼠笼转子：分为浇铸和焊接结构；转子槽内导条两端用 短路环连接形成鼠笼结构，绕组能产生与定子磁场极数 相同的旋转磁场； 2) 绕线转子：极对数与定子相同的对称绕组，通过滑环和 电刷与外电路连接 （3）均匀气隙 ◦ 定转子磁场跨越区域 定转子电枢铁心由硅钢片叠压而成，硅钢片圆周上均 匀分布齿槽，用来安放电枢绕组导体

异步电机铭牌数据 额定容量kVA,MVA 额定功率kW,MW 。电动机输出机械功率，发电机输出电功 率 额定电压V,kV 额定电流A,kA 额定功率因数 额定效率：输出功率与输入功率之比： 极数2p 额定频率Hz:定子交流电流频率 22额定转速rpm:额定负载时的转子转

2022-3-12 7 异步电机铭牌数据  额定容量kVA, MVA  额定功率kW, MW ◦ 电动机输出机械功率，发电机输出电功 率  额定电压V, kV  额定电流A, kA  额定功率因数  额定效率：输出功率与输入功率之比；  极数2p  额定频率Hz：定子交流电流频率；  额定转速rpm：额定负载时的转子转 速；

3.异步电机的基本原理 三8 异步电机的突出特点 一个独立的励磁磁场和一个感应磁场 0 定子独立磁场和转子感应磁场，极对数相同。 两个空间相对静止的磁场 电枢三相对称绕组流过三相对称电流，产生相对于电枢 旋转的气隙磁场，其相对旋转电角速度Q等于电流角频 率2f1。 当转子以电角速度0旋转时，异步电机产生恒定转矩的 条件是极对数相同的定子和转子磁场在气隙中保持相对 静止！ 2022-3-12 8

2022-3-12 8 3. 异步电机的基本原理 异步电机的突出特点 一个独立的励磁磁场和一个感应磁场 ◦ 定子独立磁场和转子感应磁场，极对数相同。 两个空间相对静止的磁场 ◦ 电枢三相对称绕组流过三相对称电流，产生相对于电枢 旋转的气隙磁场，其相对旋转电角速度1等于电流角频 率2f1。 ◦ 当转子以电角速度p旋转时，异步电机产生恒定转矩的 条件是极对数相同的定子和转子磁场在气隙中保持相对 静止！

异步电机的磁路与磁通 异步电机气隙小且均匀，定 转子有齿槽，绕组非正弦； 磁路分为主磁路和漏磁路； 主磁路包括气隙、定子齿、 定子磁轭、定子齿2、气隙2、 99g 转子齿！、转子磁轭、转子 齿2，最后回到气隙1； 漏磁路比较复杂：槽部漏磁、 端部漏磁、齿顶漏磁、气隙 ® 6 谐波磁场或差漏磁； 主磁路受铁心饱和影响，漏 齿项漏磁 主磁路 磁路基本不受铁心饱和影响 磁通：主磁通，漏磁通（槽 漏磁通、瑞部漏磁通、齿项 槽漏磁 漏磁通和谐波漏磁通) 2022-3-12 9

2022-3-12 9 异步电机的磁路与磁通  异步电机气隙小且均匀，定 转子有齿槽，绕组非正弦；  磁路分为主磁路和漏磁路；  主磁路包括气隙1、定子齿1、 定子磁轭、定子齿2、气隙2、 转子齿1、转子磁轭、转子 齿2，最后回到气隙1；  漏磁路比较复杂：槽部漏磁、 端部漏磁、齿顶漏磁、气隙 谐波磁场或差漏磁；  主磁路受铁心饱和影响，漏 磁路基本不受铁心饱和影响  磁通：主磁通，漏磁通（槽 漏磁通、端部漏磁通、齿顶 漏磁通和谐波漏磁通）。 s r     齿顶漏磁 槽漏磁 端部漏磁 主磁路

定转子磁场相对静止关系 @+wa =wp+w, ①1 (1)当o。=0时，定子电枢静止 01=Wp+w, 0,一转子转速 a (2)当0。=0，=0时，定转子静止 异步电机磁场特 01=Wp 稳态同步特 2022-3-12 10

2022-3-12 10 定转子磁场相对静止关系 1 +wa =wp +wr （1）当a ＝0时，定子电枢静止 1 =wp +wr （2）当a ＝r ＝0时，定转子静止 1 =wp 异步电机磁场保持 稳态同步特性！ r－转子转速 Bs p Br 1 a r