第五章-航空感应电机资料

感应电机知识点总结感应电机是一种常见的电动机类型，广泛应用于工业生产、交通运输、家用电器等领域。

本文将对感应电机的基本原理、工作特性、各种类型及应用领域进行详细介绍，帮助读者更好地理解和掌握感应电机的知识。

一、感应电机的基本原理感应电机的基本原理是通过感应电磁感应现象实现的。

当感应电机的定子绕组通以交流电流时，会在定子绕组内产生一个旋转的磁场，这个磁场会穿过转子绕组，从而在转子绕组中也产生感应电动势，从而在转子内也产生了一个电流，由于转子绕组中的电流受到外部磁场的影响，会产生一个受力，从而导致转子产生运动。

这样，通过定子绕组产生的旋转磁场与转子内的感应电流相互作用，使得转子跟随旋转磁场进行旋转，从而实现电能转换为机械能的目的。

二、感应电机的工作特性1. 高效率：感应电机具有高效率的特点，能够将输入的电能转化为机械能，同时在零负载和负载情况下都能保持较高的效率。

2. 调速性能：感应电机的调速性能较好，可以通过改变供电频率和电压来实现调速。

一般情况下，降低供电频率可以降低电机转速，增大供电频率可以提高电机转速。

3. 起动性能：感应电机的起动性能较好，能够在较短时间内完成起动，并且能够承受大的起动转矩。

4. 维护成本低：感应电机的维护成本较低，因为感应电机结构简单、零部件较少，维护较为轻松。

三、感应电机的类型及特点1. 按转子类型分类：(1) 起动转子感应电机：转子绕组为铝制鼠笼式结构，具有结构紧凑、转子巨量比大等特点，适用于需要频繁启动的场合。

(2) 笼式转子感应电机：转子绕组为铜制鼠笼式结构，具有运行可靠、结构简单等特点，适用于不需要频繁启动的场合。

2. 按工作原理分类：(1) 单相感应电机：适用于家用电器、小型机械等场合。

(2) 三相感应电机：适用于工业生产、交通运输等大功率场合。

四、感应电机的应用领域1. 工业生产：感应电机广泛应用于工业生产中，如风力发电机组、水泵、风扇、制糖机、压缩机等。

2. 交通运输：感应电机被广泛应用于交通运输工具中，如电动汽车、地铁、火车等。

电机学第五章感应电机2§5-1．感应电机的结构和运行原理§5-2．感应电机的方程式、等效电路和相量图§5-3．感应电机的功率方程和转矩方程§5-4．感应电机的参数测试§5-5．感应电机的转矩-转差率曲线§5-6．感应电机的工作特性§5-7．感应电机的起动要求和特殊结构§5-8．单相感应电机3第一节感应电机的结构和运行原理一、感应电机的基本结构•按转子的结构，分成绕线型和笼型•主要结构部件：定子、转子、气隙4一、感应电机的基本结构1 、笼型感应电机结构¾定子–三相对称交流绕组，下在定子铁芯中–铁芯：用硅钢片叠成；特点：“内圈开槽”56一、感应电机的基本结构¾转子-转子铁芯特点：“外圈开槽”，槽中下多相对称绕组-笼型：槽中用铜条，两头用端环焊接；现多用“铝浇铸”方法-注意：转子绕组是短路的¾气隙-和其它电机相比较小，一般在零点几毫米一、感应电机的基本结构2 、绕线型感应电机结构•和笼型感应电机，只是转子不同，其他基本相同•星形三相绕组，外接滑环，电阻器，铜排•正常工作时要短路，起动、调速时用电阻器短路铜排电阻器78二、感应电机的工作原理•定子：三相对称绕组，通三相对称电流-旋转磁场（同步转速）NSsn ABC9二、感应电机的工作原理•转子上用永磁体形成恒定磁场-转子必然随旋转磁场转动而且转速相同-永磁同步电动机NSsn ABC10二、感应电机的工作原理•转子绕组通直流电-形成恒定磁场，同样旋转-电励磁同步电动机NSsn ABC二、感应电机的工作原理•转子绕组直接短路-导体切割旋转磁场-电势（右手定则）-电流-导体受力（左手定则）-形成转矩-转子旋转-感应电动机NSsnAB C1112二、感应电机的工作原理•特点-转速n 必须小于n s ，否则无法切割磁力线-转子上是无源的，全靠感应才有能量交换！NSsn ABC13三、感应电机的工作状态•对比理解的方法•直流电机有什么工作状态？根据什么判断？-电动机、发电机、电磁制动，感应电机与之相似-判断标准？•感应电机的特点：转子必须与旋转磁场保持一定的速度差，才可能切割磁力线，则定义：s sn ns n −=转差率：14-电磁转矩T 是主动力矩，-，--转子上T ,n 同向，输出机械功率三、感应电机的工作状态根据s 判断电机的工作状态和各物理量的方向1、电动机状态s n n <10s >>20P >sn nT15三、感应电机的工作状态2、发电机状态-转子被拖得转得更快-，-定子绕组e ,i 同向-输出电功率-转子上T ,n 反向，电磁转矩起制动作用s n n >0s <10P >sn nT16三、感应电机的工作状态3、电磁制动状态-外界因素使得转子转速同电动机时相反，和电动机时相似-，-电磁转矩T 也起制动作用1s >0n <sn nT三、感应电机的工作状态17四、感应电机的铭牌值•就是额定值•铭牌：在电机外壳上18四、感应电机的铭牌值1、额定电压UN，加在定子绕组上的线电压，V, kV2、额定电流IN，额定状态时，定子绕组的线电流, A3、额定功率PN，额定运行时，输出的机械功率, kW4、额定转速nN ，加额定负载时转子的转速, r/min•最主要的：1920四、感应电机的铭牌值1、输入电功率•注意以下问题：13cos N N NP U I ϕ=13cos N N N N N N P P U I ηηϕ==额定输入功率额定输出功率21四、感应电机的铭牌值2、感应电机的转速一般多大？-，,与极对数有关………720左右7504950左右100031450左右150022800左右30001n n s p -特点：不能连续变化，没有2000 r/min 的感应电机s n n <60/s n f p =p22四、感应电机的铭牌值3、如何判断感应电机的极对数和同步转速？-一般额定点都在-可以根据上页的表格，根据倒推60603000N s Nf fn n p p p n <==<0.03~0.05N s =N n23[例5-1]有一台50Hz 的感应电动机，其额定转速n N =730r/min ，试求该机的额定转差率[ 解]（1）根据n N ＝730 r/min ，可以得到同步转速n s =750 r/min （2）s = (n s -n N ) /n s=750-730/750=0.02667≈0.027第二节感应电机的方程式、等效电路和相量图一、感应电机的通电过程1、电磁过程-定子绕组通电-形成基波旋转磁场-同时切割定、转子绕组-产生定、转子电势-产生定、转子电流、磁势-合成磁场-完成能量转换NSsnAB C24一、感应电机的通电过程•结果-产生了相对独立的一个定子电流系统，一个转子电流系统-二个电流系统通过气隙关联的ABCN定子电流系统转子电流系统2526一、感应电机的通电过程2、转子参数的变化•关键-转子转速：n-定子磁场转速：n s-相对转速：Δn = n s -n = sn s¾转子电势的频率•转子是多相对称系统→产生多相对称电势•频率：21()6060s s s s n n pn pf n n sf s n −=−=⋅=∝“转差频率”sn nΔn27一、感应电机的通电过程¾转子中的电势222212224.44 4.44s w w E f N k s f N k sE φφ===•注意：-E 2：转子中电流频率是f 1时的电势（s =1，转子不转）-E 2与s 成正比28一、感应电机的通电过程¾转子绕组的电阻和漏抗•电阻：忽略集肤效应，认为电阻r 2不变•电抗：22212222s x f L sf L sx ππ===•注意：-x 2：转子中电流频率是f 1时的电抗（转子不转）-x 2与s 成正比，即：转子n ↑，则漏抗↓29一、感应电机的通电过程¾转子绕组的电流•正常运行时，转子端电压U 2=0•结论：-转子越慢，s ↑，则I 2↑-何时最慢？s =1, 启动瞬间，相当于变压器负载短路！2222222222s s E E s E I r r jx r jsx jxs===+++ii ii30一、感应电机的通电过程¾转子绕组的功率因数•结论：-转子越慢，s ↑，cos 2↓-何时功率因数最小？s 最大的时候，起动！222222cos ()r r sx ϕ=+ϕ31一、感应电机的通电过程¾定转子磁势的相对位置•转子磁势相对于转子：•转子相对于定子：•转子磁势相对于大地：•结论：-不管转子转多快，转不转，转子磁势都和定子旋转磁势转速相同，相对静止，同步旋转21216060f sf n sn p p⋅===(1)sn s n =−221(1)s s sn n n sn s n n =+=+−≡[例5-2]有一台50Hz、三相、四极的感应电动机，若转子的转差率s=0.05，试求：（1）转子电流的频率；(2)转子磁动势相对于转子的转速[ 解](1)转子电流的频率f 2=sf1=0.05×50=2.5 Hz(2)转子磁动势相对于转子的转速n 2=60 f2/p=(60×2.5)/2=75 r/min（同步转速：ns =60 f1/p=1500 r/min）3233二、感应电机的磁势平衡方程式•特点：定子、转子是各自独立的多相对称系统•空间上相对静止111110.92m N k F I piiω=222220.92m N k F I piiω=1112221212111122220.90.9220.9()2m m N k m N k F F F I I p p m N k I m N k I piiii ii i ωωωω=+=+=+•注意：-定转子极对数一定相同的，因为转子磁势就相当于定子磁势的“影子”三、转子绕组的归算•为了计算和分析的方便进行归算，基本思路和变压器相同；•定转子m, Nkw 不同；“在转子上用一个与定子相同m，相同Nkw的等效绕组去归算”；•归折算的原则：电磁本质不变3435三、转子绕组的归算定义电流变比：1、转子电流的归算'22F F ii='222111220.90.922m N k m N k I I p p i i ωω=2111'2222I m N k m N k I iiωω='221iI I k i i=111222i m N k k m N k ωω=•基本原则：磁势不变36三、转子绕组的归算定义电势变比：2、转子电势的归算1122e N k k N k ωω=•基本原则：磁通不变'211222e E N k k E N k ωω=='22e E k E =•注意：感应电机中k e ≠k i ，原因：k i 中有相数的折算37'22e i r k k r =三、转子绕组的归算3、转子电阻和电抗的归算•基本原则：有功功率和无功功率不变2'2'222122cu P m I r m I r =='22e i x k k x ='222222'22121i e ir m I m k k k r m I m ==⋅=三、转子绕组的归算4、归算公式•归算前后：电势、电压×ke电流×1/ki阻抗×ke ki38392221r sr r s s−=+四、归算以后的方程式组11111''''2222'12'121()0()()()m m m m U E I r jx r E I jx s E E I I I E I r jx i i i i i i i i i i i i σσ⎧⎪⎪=−++⎪⎪⎪⎪⎪=−+⎪⎪⎪⎪⎪⎪=⎨⎪⎪⎪⎪=+−⎪⎪⎪⎪⎪−=+⎪⎪⎪⎪⎩11111'''''22222'12'121'''222()()()()1m m m m U E I r jx U E I r jx E E I I I E I r jx s U I r s i i i i i i i i i i i i i i i σσ⎧⎪⎪=−++⎪⎪⎪⎪⎪=−+⎪⎪⎪⎪⎪=⎪⎪⎨⎪⎪=+−⎪⎪⎪⎪⎪−=+⎪⎪⎪−⎪⎪=⎪⎪⎩•结论：感应电动机相当于一台电阻性负载的变压器！！40五、感应电机的等效电路和相量图1、T 型等效电路-就是纯电阻负载的变压器-特点：工作过程中n 变化，s 变化；负载是可变的1U i1I imx 1E i'2E i'2I imI i'2x σ1x σmr '21s r s−'2r 1r41五、感应电机的等效电路和相量图2、T型等效电路对应的相量图2E ′ '22jx I σ′ 2I ′ '22r I s′mφ mI 2I ′− 1I 1E −11jx I σ 1U 11r I -对应纯电阻负载-负载电压与电流同相-注意画的顺序42五、感应电机的等效电路和相量图3、简化Γ型等值电路-一般不能直接把激磁回路移出去，引入修正系数=1+Z 1/Z m-较准确等效电路，取=1+x 1/x m ，一般在1.03~1.081U i1I imc Z i'2IimI i'21s c r si−'2c r i1r '2c x iσ1x σc ic i43五、感应电机的等效电路和相量图4、最简化等值电路-忽略激磁回路，取c =1-一般用于大中型感应电机的计算1U i1I i'2I i1r 1x σ'2x σ'2r'21s r s−44第三节感应电机的功率方程和转矩方程一、功率的传输过程•以T型为例1U i1I imx 1E i'2Ei'2I imI i'2x σ1x σmr '21s r s−'2r 1r 1P 1Cu P 2Cu P FeP emP MP45一、功率的传输过程•能量图1Cu P FeP 2Cu P 0P 1P emP MP 2P46二、功率方程•各功率的表达式-输入功率：11111cos P m U I ϕ=-定子铜损：21111Cu P m I r=-定子铁损：210Fe mP m I r=-电磁功率：''221112em Cu Fe rP P p p m Is=−−=47二、功率方程•各功率的表达式-转子铜损：2'2'2222122Cu p m I r m I r ==-机械功率：2'2'22212211M s s P m I r m I r s s−−==-输出功率：20mec mec ad mec P P p p P p =−−=−-电磁功率：''221112em Cu Fe rP P p p m Is=−−=-空载损耗：0mec adp p p =+48二、功率方程•相互关系11Cu Fe emP P P P =++2em Cu MP P P =+2M mec adP P P P =++(1)M emP s P =−2Cu emP sP =结论：-s 值↑则P Cu2↑，极限：s =1，转子不转或者堵转，全发热了！-s 值↓则P Cu2↓，极限：s ≈0，转子空载，不发热！49三、转矩方程•根据功率方程推导出来2M mec adP P P P =++02mec P p P =−ΩΩΩ02T T T =+•注意对应关系，即0P T =Ω22P T =ΩMP T =Ω空载转矩负载转矩电磁转矩50三、转矩方程•注意转速和角速度的对应关系-机械转速n 对应：-同步转速n s 对应：260nπΩ=12260s s n f p ππΩ==-由于(1)ss Ω=−Ω(1)(1)em em Mss s P P P T s −===Ω−ΩΩ(1)sn s n =−。

航空电机学航空电机是航空领域中不可或缺的一项核心技术。

它广泛应用于航空飞行器中的各个系统和部件，如飞行控制系统、飞机发动机、辅助发电机和辅助动力装置等。

航空电机的性能和可靠性直接影响着航空器的飞行安全性和使用寿命。

本文将从航空电机的特点、分类、设计和应用等方面展开，对航空电机进行一一介绍。

一、航空电机的特点1.高速运转：航空电机的转速经常超过10,000转/分，甚至达到50,000转/分以上。

这要求电机具有优良的机械稳定性和强大的耐受能力，以保证电机运转的可靠性和安全性。

2.高温环境：航空电机在工作时常常处于恶劣的高温环境下，要求电机具有良好的耐热性能，以防止机械失效和绝缘老化等现象。

3.全气候运行：航空电机要求能在各种极端气候条件下稳定运转，以确保航空器的飞行安全。

4.小体积、轻重量：航空电机要求在保证性能的前提下，尽量减小体积和重量，以达到轻量化的目的。

5.长寿命：航空电机在使用过程中，停机时间非常昂贵，要求电机具有长时间的可靠性和稳定性，以满足飞行器的长期使用需求。

二、航空电机的分类1.永磁直流电机：永磁直流电机的特点是具有较高的启动转矩，能够实现无刷化的设计和低转速直接驱动，体积小、重量轻，因此广泛应用于飞机发电机和辅助动力装置等。

2.异步电机：异步电机是一种三相感应电动机，具有启动转矩大、速度范围宽、重载能力强等特点，适用于飞机的起落架传动和辅助设备驱动等。

3.同步电机：同步电机与异步电机相比，具有速度调节范围更广，可靠性更高的优点，广泛应用于航空飞行器的飞行控制系统、稳定系统和导弹制导系统等。

4.永磁同步电机：永磁同步电机是一种高效的电机，具有启动转矩大、体积小、重量轻等优点，适用于飞行控制系统、直升机液压泵驱动、防冰风扇等。

5.磁悬浮电机：磁悬浮电机是一种新型的电机，具有高转速、零摩擦、低噪音等特点，适用于推进器、压气机和发电机等高速部件。

三、航空电机的设计航空电机的设计过程是一个复杂的系统工程，需要考虑多种因素：1.电机的性能指标：包括输出功率、额定电压、额定电流、效率等。

感应电机原理感应电机是一种常见的电动机类型，它利用电磁感应原理实现能量转换和运动输出。

感应电机的工作原理是基于法拉第电磁感应定律和洛伦兹力的基础上，通过电流和磁场之间的相互作用来产生转矩和运动。

下面将详细介绍感应电机的工作原理。

首先，感应电机的核心部件是定子和转子。

定子上绕有线圈，通电后产生旋转磁场，而转子则是由导体制成，当转子在旋转磁场中运动时，就会感应出感应电动势，从而在转子上产生感应电流。

根据洛伦兹力的作用，感应电流在磁场中受到力的作用，从而产生转矩，驱动转子旋转。

其次，感应电机的工作原理是基于电磁感应定律的。

根据法拉第电磁感应定律，当磁通量发生变化时，就会在导体中产生感应电动势。

在感应电机中，定子线圈通电产生的磁场会随着交流电源的变化而发生变化，从而在转子中感应出感应电动势。

这种感应电动势会产生感应电流，从而使得转子在磁场中受到力的作用，产生转矩，实现能量转换和运动输出。

再次，感应电机的工作原理是基于洛伦兹力的。

根据洛伦兹力的作用，当导体中有电流通过时，它会在磁场中受到力的作用。

在感应电机中，转子中感应出的感应电流会在磁场中受到力的作用，从而产生转矩，驱动转子旋转。

这种转矩的产生是基于电流和磁场之间的相互作用，实现了能量转换和运动输出。

最后，感应电机的工作原理是通过电流和磁场之间的相互作用来实现能量转换和运动输出。

当定子线圈通电产生磁场时，转子中就会感应出感应电动势，产生感应电流，从而在磁场中受到力的作用，产生转矩，驱动转子旋转。

这种工作原理是基于电磁感应定律和洛伦兹力的基础上，利用电流和磁场之间的相互作用来实现能量转换和运动输出。

综上所述，感应电机的工作原理是基于电磁感应定律和洛伦兹力的基础上，利用电流和磁场之间的相互作用来实现能量转换和运动输出。

通过定子和转子之间的相互作用，实现了电能到机械能的转换，是一种常见的电动机类型，具有重要的应用价值。