第7章三相异步电动机基本工作原理和结构2学时

1、电机学电机学第第7章章 三相异步电动机的基本工作原三相异步电动机的基本工作原理和结构理和结构2 内容内容 要求要求 7.3 7.3 三相异步电动机的铭牌和主要系列三相异步电动机的铭牌和主要系列 7.1 7.1 三相异步电动机的基本结构三相异步电动机的基本结构7.2 7.2 三相异步电动机的基本工作原理三相异步电动机的基本工作原理 掌握三相异步电动机的基本结构、笼型转子和绕线转子的结构特点。掌握三相异步电动机的基本结构、笼型转子和绕线转子的结构特点。掌握三相异步电动机的基本工作原理、转差率的概念及三种运行状态。掌握三相异步电动机的基本工作原理、转差率的概念及三种运行状态。掌握三相异步电动机的额定

2、值，了解三相异步电动机的主要系列。掌握三相异步电动机的额定值，了解三相异步电动机的主要系列。 7.1 7.1 三相异步电动机的基本结构三相异步电动机的基本结构鼠笼型异步电动机鼠笼型异步电动机绕线型异步电动机绕线型异步电动机主要部件拆分图主要部件拆分图5一、定子部分1. 定子铁心定子铁心是电机磁路的一部分；是电机磁路的一部分；用用0.5 mm硅钢片叠成，以减少铁心损耗；硅钢片叠成，以减少铁心损耗；叠片内圆冲有槽，以嵌放定子叠片内圆冲有槽，以嵌放定子( (电枢电枢) )绕组；绕组；定子铁心压装在机座内。定子铁心压装在机座内。是电机的电路部分。是电机的电路部分。定子绕组为按一定规律连接而成的三相对定

3、子绕组为按一定规律连接而成的三相对称绕组，嵌放在定子铁心槽内。称绕组，嵌放在定子铁心槽内。2. 定子绕组定子绕组 用来固定和支撑定子铁心及端盖。用来固定和支撑定子铁心及端盖。 中小电机用铸铁机座，大型电机用钢板焊接而成。中小电机用铸铁机座，大型电机用钢板焊接而成。3. 机座机座6二、转子部分二、转子部分1. 转子铁心转子铁心是电机磁路的一部分；是电机磁路的一部分；用用0.5 mm硅钢片叠成，以减少铁心损耗；硅钢片叠成，以减少铁心损耗；叠片外圆冲有槽，以嵌放转子绕组。叠片外圆冲有槽，以嵌放转子绕组。转子铁心固定在转轴上。转子铁心固定在转轴上。2. 转子绕组转子绕组有两种结构型式有两种结构型式鼠笼

4、型转子鼠笼型转子鼠笼型异步电动机鼠笼型异步电动机绕线型转子绕线型转子绕线型异步电动机绕线型异步电动机（1）笼型转子）笼型转子 转子每个槽中有一根导条，在铁心两端用短路环短接，形成一个多相对称短路绕组（一个转子每个槽中有一根导条，在铁心两端用短路环短接，形成一个多相对称短路绕组（一个槽为一相）。如去掉转子铁心，整个绕组犹如一个槽为一相）。如去掉转子铁心，整个绕组犹如一个“松鼠笼子松鼠笼子”，由此得名。，由此得名。 大型电动机多用铜导条和铜端环组成；大型电动机多用铜导条和铜端环组成； 中、小型电动机采用铸铝导条，连同端环、冷却用的风叶一次浇铸成型中、小型电动机采用铸铝导条，连同端环、冷却用的风叶一

5、次浇铸成型 。是三相对称绕组，一般采用星形联结。是三相对称绕组，一般采用星形联结。三相绕组的出线端分别接在三个滑环上，经电刷引出，再经串联电阻后短接起来。三相绕组的出线端分别接在三个滑环上，经电刷引出，再经串联电阻后短接起来。转子回路串电阻，可以改善电动机的起动性能或实现电动机调速。转子回路串电阻，可以改善电动机的起动性能或实现电动机调速。（2）绕线转子）绕线转子三、气隙定子和转子之间气隙大小，对电动机性能影响很大。定子和转子之间气隙大小，对电动机性能影响很大。变压器主磁路全部是铁心，磁阻很小，产生主磁变压器主磁路全部是铁心，磁阻很小，产生主磁通所需励磁电流很小（通所需励磁电流很小（210%）

6、。）。异步电机主磁路由定、转子铁心和两段气隙构成，气隙虽然很小但磁阻却很大，异步电机主磁路由定、转子铁心和两段气隙构成，气隙虽然很小但磁阻却很大，因此产生一定的主磁通所需要的励磁电流较大，一般为额定电流的因此产生一定的主磁通所需要的励磁电流较大，一般为额定电流的2050%。励磁电流是无功电流，励磁电流较大是异步电动机功率因数较低的主要原因。励磁电流是无功电流，励磁电流较大是异步电动机功率因数较低的主要原因。为提高功率因数，必须减小励磁电流，最有效的方法就是减小气隙长度。为提高功率因数，必须减小励磁电流，最有效的方法就是减小气隙长度。异步电动机的气隙大小一般为异步电动机的气隙大小一般为0.21.

7、5 mm左右。左右。7.2 7.2 三相异步电动机的基本工作原理三相异步电动机的基本工作原理 一、基本工作原理 pfn1160=定子磁场的转速称为同步转速，大小为：定子磁场的转速称为同步转速，大小为：同步转速与极对数之间对应关系同步转速与极对数之间对应关系 (f1=50HZ)极对数极对数 p123456同步转速同步转速 n1（r/min）3000150010007506005001定子产生旋转磁场定子三相对称绕组通入三相对称电流会产生一个旋转的磁场。定子三相对称绕组通入三相对称电流会产生一个旋转的磁场。 f1 电网频率；电网频率；P 磁极对数磁极对数定子磁场的转向由三相电流相序决定：定子磁场的

8、转向由三相电流相序决定：由超前相往滞后相旋转，即由超前相往滞后相旋转，即 沿着沿着 U111 方向旋转。图示瞬间，磁场向下。方向旋转。图示瞬间，磁场向下。定子磁场顺时针旋转时，转子导体逆时针切割定子磁场，定子磁场顺时针旋转时，转子导体逆时针切割定子磁场，转子导体中将感应电动势，并在闭合的转子绕组内产生感应电流，转子导体中将感应电动势，并在闭合的转子绕组内产生感应电流，在图示瞬间，转子上半周导体中的电流流出纸面，下半周流入纸面。在图示瞬间，转子上半周导体中的电流流出纸面，下半周流入纸面。 2转子导体产生感应电流载有电流的转子导体在定子磁场中将受到电磁力作用，并形成电磁转矩，载有电流的转子导体在定

9、子磁场中将受到电磁力作用，并形成电磁转矩，电磁转矩的方向与定子旋转磁场方向一致，电磁转矩的方向与定子旋转磁场方向一致，在电磁转矩作用下转子将顺着定子磁场方向旋转起来。在电磁转矩作用下转子将顺着定子磁场方向旋转起来。3转子导体受到电磁转矩作用而使转子旋转 (1)(1)定子三相对称绕组通入三相对称电流将产生旋转磁场；定子三相对称绕组通入三相对称电流将产生旋转磁场； (2)(2)转子导体切割定子旋转磁场感应电动势，并感应电流；转子导体切割定子旋转磁场感应电动势，并感应电流； (3)(3)载流转子导体在定子磁场中受到电磁力及电磁转矩，使转子旋转。载流转子导体在定子磁场中受到电磁力及电磁转矩，使转子旋转

10、。基本工作原理可归纳以下三个关键点：基本工作原理可归纳以下三个关键点：由于电动机转速由于电动机转速n与旋转磁场转速与旋转磁场转速n1不同步，故称为不同步，故称为异步电动机异步电动机。因为电动机转子电流是通过电磁感应作用产生的，所以又称为因为电动机转子电流是通过电磁感应作用产生的，所以又称为感应电动机感应电动机。 n n1时，转子与定子磁场间有相对运动，转子才会受到电磁转矩作用。时，转子与定子磁场间有相对运动，转子才会受到电磁转矩作用。 n = n1时，转子与定子磁场间无相对运动，转子不感应电流不产生转矩。时，转子与定子磁场间无相对运动，转子不感应电流不产生转矩。由基本工作原理分析由基本工作原理

11、分析,可得出以下两个知识点：可得出以下两个知识点：相序相序 定子磁场转向定子磁场转向 转子转向转子转向决定决定决定决定(1) 改变电源相序，可改变电动机的转向改变电源相序，可改变电动机的转向 因此任意对调三相异步电动机的两根电源线，便可使电动机反转。因此任意对调三相异步电动机的两根电源线，便可使电动机反转。(2) 异步电动机的转速恒小于同步转速异步电动机的转速恒小于同步转速 二、转差率二、转差率11=nnns定义：定义： 即同步转速与转子转速之差（称为转差）与同步转速之比。即同步转速与转子转速之差（称为转差）与同步转速之比。转差率转差率s是异步电机的一个基本物理量，它能反映异步电机的各种运行状

12、况。是异步电机的一个基本物理量，它能反映异步电机的各种运行状况。额定运行额定运行: n 略低于略低于n1 ，s = 0.010.06空载运行：空载运行：nn1，s0 即空载运行时，可以近似认为转子转速等于同步转速。即空载运行时，可以近似认为转子转速等于同步转速。异步电动机的转速可表示异步电动机的转速可表示为为 n = (1-s) n1故转差率的大小直接反映转速的快慢或电动机负载的大小。故转差率的大小直接反映转速的快慢或电动机负载的大小。起动瞬间：起动瞬间：n = 0， s = 1异步电动机异步电动机负载越大，转速就越慢，其转差率就越大；负载越大，转速就越慢，其转差率就越大；负载越小，转速就越快

13、，其转差率就越小。负载越小，转速就越快，其转差率就越小。 三、异步电机的三种运行状态1电动机运行状态电动机运行状态定子接电源，转子带机械负载；定子接电源，转子带机械负载；电磁转矩为驱动转矩，电磁转矩为驱动转矩，n 与与 n1 方向相同；方向相同；将电能转换机械能将电能转换机械能 ； 0 n s 0。2发电机运行状态发电机运行状态定子接电源，并用原动机拖动电机转轴顺着定子磁场方向以大于同步转速旋转，定子接电源，并用原动机拖动电机转轴顺着定子磁场方向以大于同步转速旋转，电磁转矩方向与转子转向相反，起制动作用，即电磁转矩为制动转矩，电磁转矩方向与转子转向相反，起制动作用，即电磁转矩为制动转矩，电机把

14、机械能转变为电能输送给电网，电机把机械能转变为电能输送给电网，n n1 s 0。 3电磁制动状态电磁制动状态定子接电源，在外力作用下电机转子逆着定子磁场方向转动定子接电源，在外力作用下电机转子逆着定子磁场方向转动,电磁转矩方向与电机转向相反，起制动作用，电磁转矩方向与电机转向相反，起制动作用，电机定子从电网吸收电能，转子从外力吸收机械能，都成为了电机损耗，电机定子从电网吸收电能，转子从外力吸收机械能，都成为了电机损耗，n 1。（1）电动机状态：）电动机状态：0n s 0，电磁转矩为驱动转矩，将电能转换成机械能。，电磁转矩为驱动转矩，将电能转换成机械能。 异步电机主要是工作在电动机运行状态，作为

15、各种生产机械的动力设备。异步电机主要是工作在电动机运行状态，作为各种生产机械的动力设备。 （3）电磁制动状态：）电磁制动状态： n1，电磁转矩为制动转矩，吸收电能和机械能，全部转变成电机损耗。，电磁转矩为制动转矩，吸收电能和机械能，全部转变成电机损耗。（2）发电机状态：）发电机状态：nn1， s0，电磁转矩为制动转矩，将机械能转换成电能。，电磁转矩为制动转矩，将机械能转换成电能。 异步电机的三种运行状态总结如下：异步电机的三种运行状态总结如下： 7.3 7.3 三相异步电动机的铭牌和主要系列三相异步电动机的铭牌和主要系列 一、铭牌铭牌上标有电动机的型号、铭牌上标有电动机的型号、额定值和有关技术

16、数据，额定值和有关技术数据，这是正确使用电机的依据。这是正确使用电机的依据。 1.1.电动机型号含义电动机型号含义中小型异中小型异步电动机步电动机极数极数异步电动机异步电动机中心高中心高(mm)机座长短机座长短(S-短机座，短机座，M-中机座，中机座，L-长机座长机座)Y 90 S 4 (5) 额定频率额定频率 fN =50Hz 2电动机的额定值电动机的额定值额定值是制造厂对电动机在额定（满载）工作条件下所规定的量值。额定值是制造厂对电动机在额定（满载）工作条件下所规定的量值。 (1) 额定功率额定功率 PN （W、kW） ：额定运行时，转轴输出的机械功率。：额定运行时，转轴输出的机械功率。

17、(2) 额定电压额定电压 UN （V、kV） ：额定运行时，加在定子绕组上的线电压。：额定运行时，加在定子绕组上的线电压。 (3) 额定电流额定电流 IN （A、kA）：额定运行时，定子绕组中的线电流。）：额定运行时，定子绕组中的线电流。 (4) 额定转速额定转速 nN （r/min） ：额定运行时电动机的转速。：额定运行时电动机的转速。3NNNN10cos3=NIUPNcos电动机的额定功率因数电动机的额定功率因数 N电动机的额定效率电动机的额定效率 额定值关系：额定值关系： 3定子接线方式 星星 形（形（Y）联结）联结三角形（）联结三角形（）联结 三相绕组三相绕组“首末首末”端标志端标志:U