三相异步电动机1简介综述

1、情景一情景一 三相异步电动机三相异步电动机 三相异步电动机是通过旋转磁场，与转子绕组所产三相异步电动机是通过旋转磁场，与转子绕组所产生的感应电流相互作用，而产生电磁转矩的。生的感应电流相互作用，而产生电磁转矩的。任务任务1 认识三相认识三相异步电动机异步电动机1、三相异步电动机基本结构结构异步电动机在结构上是由定子和转子组成。 1端盖 2轴承 3机座 4定子绕组 5转子 6轴承 7端盖 8风扇 9风罩 10接线盒 定子定子定子绕组：定子绕组：电线绕制而成,电路部分定子铁心：定子铁心：0.5mm厚硅钢片叠压而成,磁路的一部分机机 座：铸铁或钢板焊接成，固定支撑定子铁心和端盖座：铸铁或钢板焊接成，

2、固定支撑定子铁心和端盖(a) (a) 已装入机座内的定子铁心已装入机座内的定子铁心 (b) (b) 定子铁心冲片定子铁心冲片 转轴转轴: :支撑转子转子转子转子铁心转子铁心：0.5mm硅钢片叠压而成,磁路一部分铸铝绕线式绕组绕线式绕组: : 电线绕制,Y接,滑环引出,可外接电阻转子绕组转子绕组笼型绕组笼型绕组铜条气隙：磁路的一部分气隙：磁路的一部分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1）旋转磁场的产生）旋转磁场的产生)cos()cos(cos240120tIitIitIimwmvmu )(612 pfn1160)(622 同步转速同步转速0ta )(120tb )(240

3、tc )(360td )(二极旋转磁场示意图二极旋转磁场示意图四极旋转磁场示意图四极旋转磁场示意图2）基本工作原理）基本工作原理三相异步电动机工作原理图三相异步电动机工作原理图三相对称绕组中通入三相对称电流产生旋转磁场；三相对称绕组中通入三相对称电流产生旋转磁场；转子导体切割旋转磁场感应电动势和电流；转子导体切割旋转磁场感应电动势和电流；转子载流导体在磁场中受到电磁力的作用，形成电磁转子载流导体在磁场中受到电磁力的作用，形成电磁转矩，驱使电动机转子转动。转矩，驱使电动机转子转动。异步电机运行中异步电机运行中:0.01 0.06s 即异步电动机的即异步电动机的转速转速很接近很接近同步转速同步转速

4、Y2 200 M22 第第2次改进设计的异步电动机次改进设计的异步电动机中心高度中心高度200mm中机座，中机座，2号铁心长度号铁心长度磁极数磁极数2(极对数极对数p=1)1） 型号型号型号包括产品代号、规格代号、和特殊环境代号等型号包括产品代号、规格代号、和特殊环境代号等3异步电动机的铭牌异步电动机的铭牌11nnns转差率：转差率：11n)s(n 额定电压额定电压UN：指额定运行时加在定子绕组上的线电压值指额定运行时加在定子绕组上的线电压值额定电流额定电流IN：指额定运行时加在定子绕组上的线电流值指额定运行时加在定子绕组上的线电流值额定功率额定功率PN：指额定运行时转子轴上输出的机械功率指额

5、定运行时转子轴上输出的机械功率 对于三相异步电动机，其额定功率为：对于三相异步电动机，其额定功率为：NNNNNIUPcos3额定频率额定频率fN ：工频工频额定转速额定转速 nN：指额定运行时电动机的转速，单位指额定运行时电动机的转速，单位r/min2）额定值）额定值380V380V低压三相异步电动机低压三相异步电动机: :cos0.8NN于是于是2NNIP可估算电流可估算电流( (一个千瓦两个电流一个千瓦两个电流) )3）接线）接线定子绕组的联接方法定子绕组的联接方法【例】【例】一台三相异步电动机，额定功率一台三相异步电动机，额定功率PN=55kW，电网频率为，电网频率为50Hz，额定电压，

6、额定电压UN=380V；额定效率额定效率N=0.79，额定功率额定功率因数因数cosN=0.89，额定转速额定转速nN=570 r/min，试求：，试求：（1）同步转速）同步转速n1； （2）磁极对数）磁极对数p；（3）额定电流额定电流IN； （4）额定负载时的转差率额定负载时的转差率sN。解解（1）因电动机额定运行时因电动机额定运行时n接近接近n1，所以，所以n1=600r/min。16060505600fpn （2）331055 103cos33800.890.79NNNNNPIAU （3）16005700.05600NNNnnsn （4）1三相异步电动机与变压器的比较三相异步电动机与变压

7、器的比较三相异步电动机的定子绕组相当于变压器一次绕组，转子绕组相当于变压三相异步电动机的定子绕组相当于变压器一次绕组，转子绕组相当于变压器二次绕组；定、转子之间也是通过磁耦合联系的；功率传递与变压器一样器二次绕组；定、转子之间也是通过磁耦合联系的；功率传递与变压器一样也是通过电磁感应实现的。不过，异步电动机有自己的特点：也是通过电磁感应实现的。不过，异步电动机有自己的特点：二者磁场的性质不同。变压器铁芯中为一脉振磁场，而异步电动机气隙二者磁场的性质不同。变压器铁芯中为一脉振磁场，而异步电动机气隙中却为一旋转磁场；中却为一旋转磁场；变压器主磁通变压器主磁通经过铁芯而闭合，其空载电流经过铁芯而闭合

8、，其空载电流 ，异步电，异步电动机主磁通不仅要经过铁芯而且还要经过定、转子之间的气隙动机主磁通不仅要经过铁芯而且还要经过定、转子之间的气隙而闭合，空载而闭合，空载电流电流NI%)%(I1082 NI%)%(I105020 由于异步电动机气隙的存在，加之绕组结构形式的不同，它的漏抗比变由于异步电动机气隙的存在，加之绕组结构形式的不同，它的漏抗比变压器漏抗大。压器漏抗大。 变压器输出的是电功率，而三相异步电动机输出的是机械功率。变压器输出的是电功率，而三相异步电动机输出的是机械功率。一、一、 三相异步电动机空载运行三相异步电动机空载运行任务任务2 三相异步电动机的运行三相异步电动机的运行2转子不动

9、（转子开路）时的空载运行转子不动（转子开路）时的空载运行1）主磁通与漏磁通）主磁通与漏磁通主磁通主磁通0：作用：传递能量的媒介；作用：传递能量的媒介；路径：定子路径：定子气隙气隙转子转子气隙气隙定子定子漏磁通漏磁通作用：只起电抗压降的作用；作用：只起电抗压降的作用；100110101EFKNImIUw10RI1011XI jE 2E2）定、转子电压平衡关系）定、转子电压平衡关系1011010110111ZIERIXI jERIEEU 0221202011111444444wwKNfEUKNfEU.空载时由于转子静止不动，定、转子电压平衡关系与变压空载时由于转子静止不动，定、转子电压平衡关系与变

10、压器空载运行时相似，即：器空载运行时相似，即：式中，式中，Z1=R1+jX1 定子漏阻抗定子漏阻抗X1=2fL1 绕组漏电抗，为一个常数。绕组漏电抗，为一个常数。3 3转子转动（转子绕组短路）时的空载运行转子转动（转子绕组短路）时的空载运行1 1）电磁关系）电磁关系 异步电动机定子电动势也可像变压器那样用励磁阻抗上产异步电动机定子电动势也可像变压器那样用励磁阻抗上产生的压降来表示，即：生的压降来表示，即：mmmZIjXRIE001)()(752 特点：特点：nnnn1 1，E E2 200，I I2 200，与转子开路时空载运行情况与转子开路时空载运行情况相似，其基本方程式也相似。相似，其基本

11、方程式也相似。 Rm励磁电阻，反映铁耗的等效电阻励磁电阻，反映铁耗的等效电阻Xm励磁电抗，与主磁通相对应，励磁电抗，与主磁通相对应，为一变量为一变量。 电压平衡方程式：电压平衡方程式：1001011ZIZIZIEUm )(762 2 2）空载时等值电路和空载电流）空载时等值电路和空载电流异步电动机空载时等值电路QPIII000 有功分量有功分量I0P：供给供给pCu1、pFe、pmec无功分量无功分量I0Q：产生气隙旋转磁场产生气隙旋转磁场I0的绝大部分的绝大部分 结论：结论：异步电动机空载时功率因数很低，应尽量避免长异步电动机空载时功率因数很低，应尽量避免长期空载运行期空载运行二、三相异步电

12、动机负载运行二、三相异步电动机负载运行1 1转子各物理量与转差率转子各物理量与转差率S S的关系的关系1 1）转子电动势频率）转子电动势频率111211()6060p nnnnpnfsfn 感应电动势的频率正比于导体与磁场的相对切割速度，故转子电感应电动势的频率正比于导体与磁场的相对切割速度，故转子电动势的频率为：动势的频率为：式中式中f1 1为电网频率，是一常量，因此转子绕组感应电动势的频为电网频率，是一常量，因此转子绕组感应电动势的频率率f2与转差率与转差率s s成正比成正比2 2）转子绕组感应电动势）转子绕组感应电动势2S22204.44WEf N k若转子不转，其感应电动势频率若转子不

13、转，其感应电动势频率f2=f1，此时感应电动势，此时感应电动势E2为为212204.44WEf N k则则当电源电压当电源电压一定时，一定时，0一定，一定，E2为常数，转子绕组感应电动势为常数，转子绕组感应电动势E2s也也与转差率与转差率s成正比。成正比。22sEsE 由于电抗与频率成正比，故转子旋转时的转子绕组每相漏电抗为由于电抗与频率成正比，故转子旋转时的转子绕组每相漏电抗为 3 3）转子电抗）转子电抗22122222sXLsfLfXS 22222jsXRjXRZSs 式中，式中，X2=2f1L2为转子不转时的每相漏电抗，其中，为转子不转时的每相漏电抗，其中，L2为转子为转子每相绕组的漏电

14、感。每相绕组的漏电感。 显然，显然，X2是个常数，故转子旋转时的转子绕组漏电抗也正比于转差率是个常数，故转子旋转时的转子绕组漏电抗也正比于转差率s s。同样，在转子不转（如启动瞬间）时，。同样，在转子不转（如启动瞬间）时，s=1，转子绕组漏电抗最大。，转子绕组漏电抗最大。当转子转动时，它随转子转速的升高而减小。当转子转动时，它随转子转速的升高而减小。转子绕组每相漏阻抗为转子绕组每相漏阻抗为 式中，式中，R2为转子绕组电阻。为转子绕组电阻。4 4）转子电流）转子电流转子每相电流转子每相电流 其有效值其有效值222222)(sXRsEI0222IZESs或或 2222IjXRESs)(222222

15、222jsXREsjXREZEISSSS三相异步电动机的转子绕组正常运行时处于短接状态，其端电压三相异步电动机的转子绕组正常运行时处于短接状态，其端电压U2=0 ，所以，转子绕组电动势平衡方程为：，所以，转子绕组电动势平衡方程为：5 5）转子功率因数）转子功率因数222222)(cossXRR 转子回路功率因数也与转差率转子回路功率因数也与转差率s s有关。当有关。当s=0s=0时，时，cos2=1；当；当s增加时，增加时，cos2则相应减小。则相应减小。【例】【例】一台三相异步电动机接到一台三相异步电动机接到50Hz50Hz的交流电源上，其额定转的交流电源上，其额定转速速nN =1455r/

16、min。试求：该电动机的极对数；额定转差率；额试求：该电动机的极对数；额定转差率；额定转速运行时，转子电动势的频率定转速运行时，转子电动势的频率 解解 因三相异步电动机额定功率转差率很小，故可根据电因三相异步电动机额定功率转差率很小，故可根据电动机的额定转速动机的额定转速nN=1455r/min n，直接判断出同步转速，直接判断出同步转速n1=1500 r/min，于是，于是2150050606011nfp03015001455150011.nnnsNNHzfsfN515003012.2 2电动势平衡方程电动势平衡方程 异步电动机从空载到负载异步电动机从空载到负载,相应定子电流从相应定子电流从

17、I0增加到增加到I1,列出负列出负载时定子电动势平衡方程式为载时定子电动势平衡方程式为: 1111111ZIEXI jIREU)(872 由于异步电动机转子电路自成闭合回路由于异步电动机转子电路自成闭合回路,处于短路状态，处于短路状态，U2=0 。故转子电动势平衡方程式为故转子电动势平衡方程式为: sssZI)jXR(IE222222 )(882 当异步电动机转子静止状态时，定、转子电路的频率相同，它与当异步电动机转子静止状态时，定、转子电路的频率相同，它与变压器相似。而当转子旋转时，异步电动机有一个静止的定子电路和变压器相似。而当转子旋转时，异步电动机有一个静止的定子电路和一个旋转的转子电路

18、。两电路的频率不同。为了将两个独立电路联系一个旋转的转子电路。两电路的频率不同。为了将两个独立电路联系到一起，首先必须进行频率折算，即将旋转的转子折算为静止的转子，到一起，首先必须进行频率折算，即将旋转的转子折算为静止的转子，就可类同变压器那样进行绕组折算，将定、转子之间磁的耦合转化为就可类同变压器那样进行绕组折算，将定、转子之间磁的耦合转化为仅有电的联系的等效电路。仅有电的联系的等效电路。 3 3三相异步电动机的等效电路三相异步电动机的等效电路频率折算的作法：频率折算的作法： 转差率为转差率为s s的旋转转子电路，可以用静止电路代替，只要在静的旋转转子电路，可以用静止电路代替，只要在静止电路

19、中，将转子电阻止电路中，将转子电阻R2换成换成R2/s，组成新的静止转子电路，组成新的静止转子电路，便是经频率折算后的等效电路。便是经频率折算后的等效电路。1 1）频率的折算）频率的折算转子旋转时的电流为转子旋转时的电流为将上式分子、分母同时除以将上式分子、分母同时除以s s，得，得sSjXREI2222)(892 2222222jXsREjsXREsI)(902 以上两式所表示的转子电流没有发生变化。但式（以上两式所表示的转子电流没有发生变化。但式（2-89）各量）各量的频率均为的频率均为f2，式（式（2-90）各量的频率均为）各量的频率均为f1。因此根据式（。因此根据式（2-90）转子电路

20、折算后的静止转子等效电路，二者是等值的。转子电路折算后的静止转子等效电路，二者是等值的。 或说成是转差率为或说成是转差率为s s的旋转转子电路的的旋转转子电路的R R2 2，可以表示为在它，可以表示为在它的静止转子电路中，串联一个的静止转子电路中，串联一个 的的附加电阻附加电阻，组成新的静，组成新的静止转子电路。止转子电路。21Rss2 2）绕组的折算）绕组的折算 异步电动机经过频率折算后，定、转子频率相同，就可像变压器那异步电动机经过频率折算后，定、转子频率相同，就可像变压器那样进行绕组折算。所谓绕组折算，就是用一个与定子相数样进行绕组折算。所谓绕组折算，就是用一个与定子相数、匝数、匝数 、

21、绕、绕组系数的转子来代替实际的转子绕组，折算前后应保持磁动势、功率、组系数的转子来代替实际的转子绕组，折算前后应保持磁动势、功率、损耗不变的原则。折算后转子各量均加损耗不变的原则。折算后转子各量均加“”表示。表示。 根据折算前、后转子根据折算前、后转子磁场不变磁场不变的原则，得折算后的转子电流为的原则，得折算后的转子电流为（1 1）电流的折算）电流的折算iwwkIIkNmkNmI221112222式中式中 222111wwikNmkNmk 为电流变比为电流变比 该附加电阻所消耗的功该附加电阻所消耗的功率等于总机械功率率等于总机械功率(转轴转轴机械功率和转子的机械损机械功率和转子的机械损耗之和耗

22、之和)，故称模拟机械，故称模拟机械功率的等效电阻功率的等效电阻（2 2）电动势的折算）电动势的折算12EE2222112EkEkNkNEeww 折算前后折算前后气隙主磁通不变气隙主磁通不变。由于等值转子绕组和定子绕组具有相。由于等值转子绕组和定子绕组具有相同的绕组参数，因而，主磁通在等值转子绕组中的感应电动势和定同的绕组参数，因而，主磁通在等值转子绕组中的感应电动势和定子绕组中感应电动势是相同的。即子绕组中感应电动势是相同的。即 折算后的转子电动势为折算后的转子电动势为式中式中 2211wwekNkNk 为电动势变比为电动势变比 （3 3）阻抗的折算）阻抗的折算222212222RkkRImI

23、mRie22XkkXie折算前后转子折算前后转子铜耗不变铜耗不变。即。即根据根据漏磁场储能不变漏磁场储能不变，可得，可得 3）等效电路）等效电路异步电动机异步电动机T形等效电路图形等效电路图02122222210111111III)XjsR(IEEkEE)jXR(IE)jXR(IEUemm )(962 任务三、异步电动机的功率和转矩任务三、异步电动机的功率和转矩一、功率平衡一、功率平衡输入功率输入功率11111cosIUmP 定子铜损定子铜损21111Cupm I R定子铁损定子铁损210Fempm I R电磁功率电磁功率1122222212cosemcuFePPppRm E Im Is 转子

24、铜损转子铜损222222122Cupm I Rm I R总机械功率总机械功率221221MECemCusPPpm IRs输出功率输出功率21121()MecmecadCuFeCumecadPPppPpppppPp2cuempsP1MECemPsP 两个重要关系式两个重要关系式: :2cuempsP1MECemPsP 两个重要关系式两个重要关系式: : 从气隙传递到转子的从气隙传递到转子的电磁功率电磁功率分为两部分，分为两部分，一小一小部分部分变为变为转子铜损耗转子铜损耗，绝大部分绝大部分转变为转变为总机械功率总机械功率。转差率越大，转子铜损耗就越多，电机效率越低。转差率越大，转子铜损耗就越多，

25、电机效率越低。因此正常运行时电机的转差率均很小。因此正常运行时电机的转差率均很小。P P1 1P PememP P2 2p pCu1Cu1p pFeFep pCu2Cu2p pmecmec+p+padadP PMECMEC功率流程图功率流程图: :等效电路图中表示等效电路图中表示: :1R1X2R 2X 21sRs1U1I0I2ImRmX1cupFep2cupMECPemP1P二、转矩平衡二、转矩平衡mecad2MECPppP 因为旋转体的机械功率等于转矩乘以机械角速度因为旋转体的机械功率等于转矩乘以机械角速度，所以，所以将公式将公式 两边除以机械角速度，得到两边除以机械角速度，得到电动机的转矩平衡方程式电动机的转矩平衡方程式 ： 2()MecmecadPPpp20emTTT即即20emTTT或或其中其中MECemPT电动机的电磁转矩，驱动性质电动机的电磁转矩，驱动性质22PT输出的机械转矩，制动性质输出的机械转矩，制动性质mecad0()PPT空载转矩，制动性质空载转矩，制动性质260n机械角速度机械角速度另另11(1)6060MECemmeememPs PTnPPn 电磁转矩从转子方面看，它等于总机械功率总机械功率除以转子机械角速度转子机械角速度；从定子方面看，它等