交流电机结构及原理

1、11 1、了解异步电动机的基本结构和旋转磁场的产生。了解异步电动机的基本结构和旋转磁场的产生。2 2、掌握异步电动机的工作原理，机械特性，以及启掌握异步电动机的工作原理，机械特性，以及启动、调速和制动的各种方法、特点及应用。动、调速和制动的各种方法、特点及应用。3 3、学会用四个象限来分析异步电动机的运行状态。学会用四个象限来分析异步电动机的运行状态。4 4、掌握单相电动机的工作原理和启动方法。掌握单相电动机的工作原理和启动方法。5 5、了解同步电动机的结构特点、工作原理、运行特了解同步电动机的结构特点、工作原理、运行特性及启动方法。性及启动方法。第4章 交流电机的工作原理及特性基本要求：基本

2、要求：2电动机的分类电动机的分类交流电动机交流电动机电动机电动机直流电动机直流电动机鼠笼式鼠笼式绕线式绕线式异步机异步机同步机同步机他励、并励、串励、复励他励、并励、串励、复励控制电机：控制电机：步进电机，伺服电机，自整角机步进电机，伺服电机，自整角机按构造和原理分类3交流电动机感性认识交流电动机感性认识45一、三相异步电动机的基本结构一、三相异步电动机的基本结构 包括定子和转子两部分。包括定子和转子两部分。1. 1.定子定子定子由铁芯、绕组及机座组成。定子由铁芯、绕组及机座组成。铁芯由铁芯由0.5mm0.5mm个硅钢片叠压而成。个硅钢片叠压而成。6定子绕组是电动机的电路部分，是对称的三相绕组

3、，分别定子绕组是电动机的电路部分，是对称的三相绕组，分别用用AXAX、BYBY、CZCZ表示。其中表示。其中A A、B B、C C是首端，是首端，X X、Y Y、Z Z是是末端。末端。作用：产生旋转磁场。作用：产生旋转磁场。机座：用来固定和支撑定子铁芯。机座：用来固定和支撑定子铁芯。2. 2.转子：转子：在旋转磁场作用下，产生感应电动势或在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电流。转子有鼠笼式和绕线式。由于鼠笼式异步电流。转子有鼠笼式和绕线式。由于鼠笼式异步电动机具有一系列的优点，应用广泛。电动机具有一系列的优点，应用广泛。7n转子由铁芯、绕组和转轴组成。作用产生转子电流，即产生电磁转矩。n转子铁

4、芯也是电动机磁路的一部分，由硅钢片叠压而成。n转子绕组有线绕式和鼠笼式两种。8n(1)线绕式 转子绕组由线圈组成，三相绕组对称放入铁芯槽内。（与定子结构类似）一般结成星形。n(可通过轴上的滑环和电刷在转子回路中接入外加电阻，用以改善启动性能与调速。）9n(2)鼠笼式 转子绕组是在转子铁芯槽里插入铜条，再将全部铜条两端焊在两个铜端环上。10三相异步机的结构三相异步机的结构11YBZXAC转子转子定子定子定子绕组定子绕组（三相）（三相）机机 座座12n0nNSf异步电动机原理模型ei磁铁闭合线圈人为转动感应电流受力而旋转感生电流二、二、 三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理131.旋转

5、磁场的产生旋转磁场的产生异步电动机中异步电动机中, ,旋转磁场代替了旋转磁极旋转磁场代替了旋转磁极为了简便起见，假设每相绕组只有一个线匝，分别嵌在定子为了简便起见，假设每相绕组只有一个线匝，分别嵌在定子内圆周的内圆周的6个凹槽之中。个凹槽之中。规定：规定：电流正方向：电流正方向：首端首端末端末端且且A相绕组电流相绕组电流iA作为参考正弦量作为参考正弦量14AiBiCimItAYCBZ0nX240sin120sinsintIitIitIimCmBmA()电流出电流出( )电流入电流入150tAXYCBZNSAiBiCimItBiAXBYCZAiCi合成磁场方向：合成磁场方向：向下向下当当16 6

6、0tAXYCBZSN0n60AiBiCimIt当当t=T/6时，时， 合成磁场从合成磁场从t=0瞬间位置顺时针方向旋转了瞬间位置顺时针方向旋转了/3.17180tXBZ0nAYC同理分析，可得同理分析，可得其它电流角度下其它电流角度下的磁场方向：的磁场方向：AiBiCitmIA120tXYCBZ0nA1819结论：结论：(1)当三相电流随时间的变化而不断变化时，合成磁场的方向当三相电流随时间的变化而不断变化时，合成磁场的方向在空间也不断旋转，这样就产生了旋转磁场。在空间也不断旋转，这样就产生了旋转磁场。旋转磁场的旋转磁场的方向怎样？方向怎样？(2)旋转磁场的方向与三相电流旋转磁场的方向与三相电

7、流的相序一致。的相序一致。20旋转方向旋转方向：取决于三相电流的相序。：取决于三相电流的相序。0n0n改变电机的旋转方向：换接其中两相改变电机的旋转方向：换接其中两相AiBiCimItAiCiBimItAXYCBZ212.旋转磁场的旋转磁场的转速大小转速大小分）转 /( 600fn 一个电流周期，旋转磁场在空间转过一个电流周期，旋转磁场在空间转过360360。则。则 同步转速（旋转磁场的速度）为：同步转速（旋转磁场的速度）为：AXYCBZNSAXYCBZSN0n60AXYCBZNSAiBiCimIt同步转速：旋转磁场相对定子的旋转速度称为同步转速，用同步转速：旋转磁场相对定子的旋转速度称为同步

8、转速，用n0表示。表示。22极对数（极对数（P P）的概念）的概念BiAXBYCZAiCi1p此种接法下，合成磁场只有一对磁极，则极对数为此种接法下，合成磁场只有一对磁极，则极对数为1 1。即：即：AXYCBZNS23极对数（极对数（P P）的改变）的改变CYABCXYZAXBZAiBiCi 将每相绕组分成两段，按下图放入定子槽将每相绕组分成两段，按下图放入定子槽内。形成的磁场则是两对磁极。内。形成的磁场则是两对磁极。X AAXBYBYCZCZ24极对数极对数2pAXX ANSSNZCZCBYBYCYABCXYZAXBZAiCiBiAiBiCimIt25XNSASNZBX AYCZBCY0t分

9、）转/( 600pfn 60t A0nAZXXCZCSNSN30极对数和转速的关系极对数和转速的关系AiBiCimIt26三相交流电源接通三相定子绕组定子绕组产生三相对称电流三相对称电流在电机内部建立旋转磁场旋转磁场与转子绕组产生相对运动 ( 切割 )转子绕组中产生感应电流感应电流转子绕组(感应电流)在磁场中受到电磁力的作用在电磁力作用下，转子逆时针方向开始旋转，转速为n 。iAACBXZYiBiC三相异步电动机原理简图三相对称电流旋转磁场感应电流由此可知，异步电动机是通过载流的转子绕组在磁场中受力而使电动机旋转的，而转子绕组中的电流由电磁感应产生，并非外部输入，故异步电动机又称感应感应电动机

10、电动机。3 3、工作原理、工作原理274 4、转差率、转差率概念：旋转磁场的转速（同步转速）与转子（电动机）的转速之差称为转差，转差与旋转磁场的转速之比称为转差率，用s表示，即 s s是一个没有单位的数，它的是一个没有单位的数，它的大小也能反映电动机转子的转大小也能反映电动机转子的转速。正常运行的异步电动机，速。正常运行的异步电动机，转子转速转子转速n n接近于同步转速接近于同步转速n1n1，转差率转差率s s很小，一般很小，一般s=0.0150.06s=0.0150.06。AYCBZXn1n旋转磁场转速电动机转速00nnns28n每台异步电动机的机座上都有一块铭牌，上面标有该电动机的主要数据

11、。为了能正确使用电动机，必然要了解铭牌。三、三、 三相异步电动机的铭牌数据三相异步电动机的铭牌数据291. 型号型号 Y 132M4 磁极数磁极数(极对数极对数 p=2)同步转速同步转速1500转转/分分转差率转差率0.04 150014401500s2. 转速转速: 电机轴上的转速（电机轴上的转速（n)。 如：如： n =1440 转转/分分分）转/( pfn600三相异步电动机三相异步电动机机座中心高机座中心高机座长度机座长度（S短机座；短机座；M中机座；中机座；L长机座）长机座）30 联接方式：联接方式：Y/ Y/ 接法：接法： Y 接法：接法： 接法：接法：A B CZ X YA B

12、CZ X YABCXYZAZBYXCA AB BC CX XY YZ Z接线盒接线盒：3.定子绕组接线方式定子绕组接线方式31图1-37 定子绕组的星形（Y）连接和三角形（）连接32定子绕组在定子绕组在指定接法指定接法下应加的下应加的线电压线电压. 说明：一般规定电动机的运行电压不能高于或低于额说明：一般规定电动机的运行电压不能高于或低于额定值的定值的 5 。线线电电压压AZBYXC线线电电压压ABCXYZ例：例：380/220 Y/ 是指：线电压为是指：线电压为380V时采用时采用Y接法；接法； 当线电压为当线电压为220V时采用时采用 接法。接法。33额定电流：额定电流：定子绕组在定子绕组

13、在指定接法指定接法下的下的线电流。线电流。如：如：A48.6/A2 .11/ 表示三角接法下，电机的线电流为表示三角接法下，电机的线电流为11.2A，相电流为，相电流为6.48A；星形接法时线、相电流均为；星形接法时线、相电流均为6.48A。额定功率：额定功率： 额定功率指电机在额定运行时轴上输出的额定功率指电机在额定运行时轴上输出的功率功率（ ），不等于从电源吸收的功率（），不等于从电源吸收的功率（ ）。两者的）。两者的 关系为：关系为： 2P1P12PPCOSIUPNN31其中其中鼠笼电机鼠笼电机 =729334n2）额定功率 n 额定功率是电动机在额定运行情况下，其轴上输出的机械功率。又

14、称额定容量。n3）额定电压 n 额定电压是指电动机在额定运行时定子绕组的线电压，他同定子绕组的接法相对应。n4）额定电流 n 额定电流是电动机在额定运行时定子绕组的线电流。 35 5）额定转速 n 在额定电压下，输出额定功率时的转速称为额定转速 n6）绝缘等级n 绝缘等级是按电动机绕组所用的绝缘材料在使用时允许的极限温度来划分的。n 7）工作方式n 工作方式是对电动机按铭牌上等额定功率持续运行时间的限制，分为“连续”、“短时”和“断续”等。36n8）功率因数n 技术手册中会给出功率因数参数，是指电动机在额定运行状态下，定子电路的功率因数。异步电动机空载运行时定子电路的功率因数很低，只有0.20

15、.3，随着负载的增加，功率因数也增加，在额定负载时一般为0.70.9，因此要避免空载运行。n9）效率n 效率是指电动机在额定状态下运行时输出的功率对定子输入功率的比值。37三相异步电动机的能流图三相异步电动机的能流图COSIUPNN3138【例题】16060 503000fnppp 异步电动机满载时，s0.06故异步电动机的额定转速略小于磁场同步转速，由此可知同步转速 n0 = 750 r/min , p = 4 ，2p = 8 。 空载转速 nk = ( 1sk ) n0 = ( 10.267 % )750 = 748 r/minr/min额定转差率 某三相异步电动机，电源频率为50Hz，空

16、载转差率sk = 0.00267，额定转速nN = 730 r/min。试求：电机的极数 、同步转速n0 、空载转速nk 、额定转差率sN。【解】旋转磁场的同步转速为%67. 275073075000nnnsNN394.2 三相异步电动机的定子和转子电路三相异步电动机的定子和转子电路 设定子和转设定子和转子每相绕组匝数子每相绕组匝数为为N1N1和和N2N2，旋转，旋转磁场的磁感应强磁场的磁感应强度近于度近于正弦分布。正弦分布。把电动机的电磁关系同变压器类似。把电动机的电磁关系同变压器类似。i2定、转子电路定、转子电路R1R2i1u1e1e 1e2e 2一、定子电路分析：一、定子电路分析：dtd

17、Ne11406001pnffNKfE11144. 4感应电势为正弦量，其有效值为感应电势为正弦量，其有效值为K为绕组系数，为绕组系数，K1.i2定、转子电路定、转子电路R1R2i1u1e1e 1e2e 2定子电流除产生旋转磁通定子电流除产生旋转磁通外，还产生漏磁通，由此外，还产生漏磁通，由此产生的电动势称为漏电动产生的电动势称为漏电动势势eL1与变压器原绕组的情况一样，加在定子每相绕组上的电压也与变压器原绕组的情况一样，加在定子每相绕组上的电压也分三个分量分三个分量6001pnffK为绕组系数，为绕组系数，K1.41用复数表示用复数表示由于定子绕组的电阻和感抗较小，其上压降与电动势由于定子绕组

18、的电阻和感抗较小，其上压降与电动势E1比较可忽略，则比较可忽略，则42n异步电动机之所以能够转动，是因为转子绕组能产生感应电动势，从而产生感应电流，而电流与旋转磁场磁通的作用产生电磁转矩的缘故。在讨论电磁转矩之前，必须先弄清楚转子电路的各个物理量。二、转子电路分析：二、转子电路分析：1.转子电势的频率转子电势的频率f2转子旋转时，旋转磁场以转子旋转时，旋转磁场以n的速度切割转子绕组，所以在的速度切割转子绕组，所以在转子中感应电势的频率为转子中感应电势的频率为100026060sfPnnnnnPf转子频率与转差率转子频率与转差率S成正比。成正比。43dtdNe22202ESE转子电动势转子电动势

19、E2与转差率与转差率S有关。有关。NSfNfE2122244.444.4mNfE212044.4i2R1R2i1u1e1e 1e2e 2转子每相绕组中感应出的电动势转子每相绕组中感应出的电动势其有效值为其有效值为2.转子绕组中的感应电势转子绕组中的感应电势当当n=0，即，即S=1时，转子电动势时，转子电动势44设转子回路每相绕组的电阻和漏磁感抗为设转子回路每相绕组的电阻和漏磁感抗为R R2 2和和X X2 2，且有：，且有：2122222llLSfLfX3.转子绕组的漏磁感抗转子绕组的漏磁感抗当当n=0，S=1时，转子感抗为时，转子感抗为21202lLfX202XSX转子漏磁感抗转子漏磁感抗X

20、2与转差率与转差率S有关。有关。454.转子电流转子电流I2i2R1R2i1u1e1e 1e2e 2对于每相转子电路，可对于每相转子电路，可得到电压平衡方程式为得到电压平衡方程式为)(2222LeRie用复数表示，则为用复数表示，则为22222XI jRIE则转子每相回路则转子每相回路电流电流为：为：2202220222222SXRSEXREI用复数表示，则为用复数表示，则为22222XI jRIE转子电流转子电流I2与转差率与转差率S有关。有关。Sn（n0-n）E2 I2 462202222cosSXRR由于转子有漏磁通，相应的感抗为由于转子有漏磁通，相应的感抗为X2，因此，因此，I2比比E2之后之后2角，因而转子电路的功率因数为角，因而转子电路的功率因数为5.功率因数功率因数cos2功率因数与功率因数与S有关。有关。当当S很小时，很小时，R2SX20 ,功率因数近似为功率因数近似为1；当当S增大时，增大时，X2也增大，功率因数减小；也增大，功率因数减小；当当S接近于接近于1时，功率因数近似时，功率因数近似R2/X20 。47可见：转子电路中的各个物可见：转子电路中的各个物理量均与理量均与S S有关，即与转速有关，即与转速有关有关。484.34.3三相异步电动机的转矩三相异步电动机的转矩一、一、