《異步電動機原理與應(yīng)用》課件

異步電動機原理與應(yīng)用電氣工程領(lǐng)域最重要的設(shè)備工業(yè)應(yīng)用中最常見的電動機類型目錄異步電動機基礎(chǔ)簡介、原理、結(jié)構(gòu)與分類工作特性與控制轉(zhuǎn)速、特性曲線、啟動方式、調(diào)速方法應(yīng)用與發(fā)展異步電動機簡介交流電動機的一種通過電磁感應(yīng)原理工作感應(yīng)電動機因其工作原理得名20世紀初發(fā)明異步電動機的重要性90%市場占有率電動機應(yīng)用中最常見類型60%電力系統(tǒng)負載中國電力系統(tǒng)負載比例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)定律導體切割磁力線時產(chǎn)生感應(yīng)電動勢感應(yīng)電動勢大小與磁場強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動變化異步電動機的基本結(jié)構(gòu)定子固定部分轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)部分電機外殼保護內(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)子的特點結(jié)構(gòu)簡單整體鑄造成型維護方便幾乎無需維護應(yīng)用廣泛約占異步電機的90%繞線式轉(zhuǎn)子的特點可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子電阻通過外部電阻調(diào)節(jié)性能啟動性能好大起動轉(zhuǎn)矩，小起動電流調(diào)速范圍寬可實現(xiàn)較寬范圍調(diào)速異步電動機的工作原理（1）接通三相電源定子繞組通過三相交流電產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場三相電流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)子切割磁力線磁場相對轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)切割磁力線異步電動機的工作原理（2）1轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢根據(jù)法拉第定律產(chǎn)生感應(yīng)電動勢2轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生電動勢在閉合回路中產(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)電流越大異步電動機的工作原理（3）轉(zhuǎn)子電流導體中產(chǎn)生感應(yīng)電流電磁力產(chǎn)生電流與磁場相互作用轉(zhuǎn)矩形成電磁力形成轉(zhuǎn)動力矩同步轉(zhuǎn)速與實際轉(zhuǎn)速同步轉(zhuǎn)速ns=60f/pf：電源頻率p：極對數(shù)滑差s=(ns-n)/nsns：同步轉(zhuǎn)速n：實際轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)差率的影響因素負載大小負載增大，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)差率增大異步電動機的特性曲線轉(zhuǎn)速百分比轉(zhuǎn)矩電流起動特性5-7倍起動電流額定電流的倍數(shù)0.7-1.5倍起動轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩的倍數(shù)2-5秒起動時間正常啟動所需時間異步電動機的啟動方式Y(jié)-Δ啟動適用于中型電機降壓啟動適用于各種容量電機直接啟動適用于小型電機降壓啟動詳解電抗降壓啟動串入電抗器降低電壓結(jié)構(gòu)簡單功率因數(shù)較低自耦變壓器降壓啟動通過變壓器降低電壓啟動性能好成本較高Y-Δ啟動原理Y接啟動定子繞組以Y形連接轉(zhuǎn)換過程電機加速至70-80%額定轉(zhuǎn)速Δ形運行切換為Δ形連接正常運行異步電動機的調(diào)速方法極數(shù)變換調(diào)速改變定子繞組極對數(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機的效率效率定義η=輸出功率/輸入功率1影響因素容量大小、負載率、制造質(zhì)量2典型效率大型電機：93%-97%小型電機：85%-90%3異步電動機的功率因數(shù)功率因數(shù)定義cosφ=有功功率/視在功率典型值輕載時低至0.2-0.3滿載時約0.8-0.85提高方法并聯(lián)電容器補償合理選擇容量異步電動機的損耗銅損鐵損機械損耗雜散損耗異步電動機的冷卻方式自冷式依靠自然對流散熱適用于小功率電機結(jié)構(gòu)簡單風冷式軸上安裝風扇強制散熱應(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異步電動機的防護等級IP防護等級防護特性應(yīng)用場景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短時間浸水戶外或潮濕環(huán)境異步電動機的應(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、冰箱交通運輸電動車、電梯、鐵路農(nóng)業(yè)和水利灌溉系統(tǒng)、農(nóng)機設(shè)備工業(yè)應(yīng)用詳解（1）泵類驅(qū)動水泵、油泵流量調(diào)節(jié)高效可靠風機驅(qū)動冷卻風機、通風設(shè)備轉(zhuǎn)速控制精確壓縮機驅(qū)動空氣壓縮機、制冷壓縮機穩(wěn)定運行能力強工業(yè)應(yīng)用詳解（2）輸送機驅(qū)動皮帶輸送機、裝配線起重機械橋式起重機、卷揚機機床主軸驅(qū)動車床、銑床、磨床家用電器應(yīng)用空調(diào)壓縮機單相或三相異步電機洗衣機滾筒驅(qū)動與清洗電冰箱單相壓縮機電機交通運輸領(lǐng)域應(yīng)用電動汽車驅(qū)動電機低成本高可靠性電梯驅(qū)動變頻控制平穩(wěn)運行鐵路機車牽引大功率牽引電機農(nóng)業(yè)和水利工程應(yīng)用灌溉系統(tǒng)水泵驅(qū)動農(nóng)業(yè)機械驅(qū)動收割機、脫粒機水處理設(shè)備過濾、曝氣系統(tǒng)異步電動機在風力發(fā)電中的應(yīng)用雙饋異步發(fā)電機原理轉(zhuǎn)子繞組通過變頻器控制可在多種風速下穩(wěn)定發(fā)電優(yōu)勢與特點功率控制靈活變頻器容量小成本相對較低能在過同步與欠同步狀態(tài)工作異步電動機在智能制造中的應(yīng)用工業(yè)機器人關(guān)節(jié)驅(qū)動高精度伺服控制自動化生產(chǎn)線多軸協(xié)同工作數(shù)控機床高速主軸驅(qū)動異步電動機在新能源汽車中的應(yīng)用電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)輪轂電機直接驅(qū)動變頻調(diào)速控制實現(xiàn)精確的速度控制能量回收技術(shù)制動能量轉(zhuǎn)換為電能異步電動機的優(yōu)勢（1）結(jié)構(gòu)簡單尤其是鼠籠式結(jié)構(gòu)制造成本低批量生產(chǎn)經(jīng)濟性高維護方便故障率低，易于維修異步電動機的優(yōu)勢（2）可靠性高平均壽命20-30年適應(yīng)性強適應(yīng)各種工作環(huán)境啟動性能好自啟動能力強異步電動機面臨的挑戰(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償電網(wǎng)負擔增加異步電動機面臨的挑戰(zhàn)（2）啟動電流大直接啟動電流為額定值5-7倍對電網(wǎng)沖擊大噪音控制電磁噪聲機械噪聲風扇噪聲高速應(yīng)用限制機械強度限制鐵損增加軸承壽命降低異步電動機的效率提升技術(shù)材料改進高性能硅鋼片和銅材變頻控制優(yōu)化高級控制算法高效電機設(shè)計優(yōu)化槽型和氣隙設(shè)計異步電動機的噪音控制技術(shù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化減少振動源磁場設(shè)計優(yōu)化氣隙磁場分布冷卻系統(tǒng)改進低噪音風扇設(shè)計異步電動機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分析、電流譜分析、溫度監(jiān)測預(yù)防性維護定期檢查、狀態(tài)監(jiān)測異步電動機的智能化發(fā)展1嵌入式傳感器溫度、振動、電流實時監(jiān)測物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用遠程監(jiān)控和控制能力預(yù)測性維護基于大數(shù)據(jù)和AI的故障預(yù)測高效異步電動機標準效率等級標準額定效率(4極7.5kW)IE1標準效率87.0%IE2高效率88.7%IE3優(yōu)質(zhì)效率90.4%IE4超高效率91.9%異步電動機的節(jié)能技術(shù)15%高效電機替代平均節(jié)電率30%變頻調(diào)速應(yīng)用風機水泵節(jié)電率10%系統(tǒng)優(yōu)化傳動系統(tǒng)改進節(jié)電率異步電動機在分布式能源系統(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)支撐平衡供需波動能源互聯(lián)網(wǎng)多能源協(xié)同運行可控負荷特性分布式發(fā)電應(yīng)用異步電動機的仿真技術(shù)異步電動機的設(shè)計優(yōu)化參數(shù)優(yōu)化電機尺寸、繞組參數(shù)優(yōu)化拓撲優(yōu)化槽型與磁路結(jié)構(gòu)優(yōu)化多目標優(yōu)化效率、功率密度、成本綜合優(yōu)化異步電動機的材料創(chuàng)新高性能軟磁材料非晶合金納米晶材料高導電率導體材料鋁合金導體銅合金優(yōu)化新型絕緣材料耐高溫材料納米復合絕緣異步電動機的控制技術(shù)發(fā)展模型預(yù)測控制基于電機精確模型的預(yù)測控制直接轉(zhuǎn)矩控制控制轉(zhuǎn)矩和磁通矢量控制模擬直流電機控制特性異步電動機在工業(yè)4.0中的角色數(shù)字孿生技術(shù)電機虛擬映射實時狀態(tài)監(jiān)測性能預(yù)測智能制造系統(tǒng)集成與MES系統(tǒng)集成智能調(diào)度與控制能源優(yōu)化管理異步電動機的環(huán)境適應(yīng)性改進高溫應(yīng)用耐高溫絕緣系統(tǒng)防爆設(shè)計特殊外殼與接線設(shè)計防腐蝕技術(shù)特殊涂層與材料處理異步電動機在特殊領(lǐng)域的應(yīng)用航空航天輔助動力系統(tǒng)海洋工程船舶推進系統(tǒng)核電站冷卻循環(huán)泵驅(qū)動異步電動機的標準化與互換性國際標準化進程IEC標準統(tǒng)一模塊化設(shè)計趨勢標準化部件與接口通用化與專用化平衡基礎(chǔ)平臺+定制化方案異步電動機的可持續(xù)發(fā)展生命周期評估從原材料到廢棄全過程評估回收利用技術(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機行業(yè)發(fā)展趨勢異步電動機