三相异步电动机工作原理

会计学1三相异步电动机工作原理交流电动机感性认识第1页/共89页下面是它主要部件的拆分图。

一、三相异步电动机基本结构

右图是一台三相笼型感应电动机的外形图。第2页/共89页第3页/共89页图6.1.7铜条笼型绕组图6.1.8铸铝笼型转子第4页/共89页第5页/共89页第二章三相异步电动机第二节

三相异步电动机的原理一、旋转磁场

1.演示实验

旋转磁场→感应电动势→电流→电磁转矩转子转动的方向与磁极旋转方向是相同。

2.旋转磁场一种极性和大小不变，且以一定转速旋转的磁场。第6页/共89页二、三相异步电动机的工作原理

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第7页/共89页旋转磁场产生的条件从理论分析和实践证明，在对称三相绕组中流过对称三相交流电时会产生这种旋转磁场。第8页/共89页对称三相绕组三相对称绕组就是三个外形、尺寸、匝数都完全相同、首端彼此互隔120º、对称地放置到定子槽内的三个独立的绕组，如图所示。•AYCBZ(•)电流出()电流入•X•AXBYCZiAiBiC二、三相异步电动机的旋转磁场的产生第9页/共89页

二、三相异步电动机的旋转磁场的产生

1.对称三相绕组

3个外型、尺寸、匝数都完全相同、首端彼此互隔120°、对称地放置到定子槽内的3个独立的绕组。第10页/共89页由电网提供的三相电压是对称三相电压，由于对称三相绕组组成的三相负载是对称三相负载，每相负载的复阻抗都相等，所以，流过三相绕组的电流也必定是对称三相电流。2。对称三相电流第11页/共89页旋转磁场的产生

选定ωt=0º、120º、240º、360º四个特定瞬间考察三相电流产生的合成磁效应，说明旋转磁场的产生并规定：电流为正值时，从每相线圈的首端入、末端出；电流为负值时，从末端入、首端出。用符号⊙表示电流流出，用×表示电流流入。第12页/共89页U←V←W←U1U2V1V2W2W1i1=Imsin

ti2=Imsin(

t－120O)i3=Imsin(

t＋120O)i1

i2

i3

t=0O

时i1=0，i2＜0，i3

＞0××NSIm

tOi1第13页/共89页t=0O

时i1=0，i2＜0，i3＞0U1U2V1V2W2W1NSt=120O

时i1＞0，i2=

0，i3＜

0

三相异步电动机的工作原理U1U2V1V2W2W1NS第14页/共89页U1U2V1V2W2W1U1U2V1V2W2W1NSt=240O

时i1＜

0，i2＞0，i3=0t=360O

时i1=0，i2＜0，i3＞0

三相异步电动机的工作原理NS第15页/共89页2.旋转磁场的方向旋转磁场的旋转方向决定于通入定子绕组中的三相交流电源的相序，且与三相交流电源的相序Ｕ，Ｖ，Ｗ的方向一致．只要任意调换电动机两相绕组所接交流电源的相序，旋转磁场即反转．因此要改变电动机的转向，只要改变旋转磁场的转向即可．

旋转磁场的转向U(i1)→V(i2)→W(i3)※由超前相转向滞后相。※由通入绕组中的电流的相序决定的。

怎样改变n0的方向?V(i1)→U(i2)→W(i3)第16页/共89页i

变化一周i每秒钟变化50周i每分钟变化(50×60)周→旋转磁场转一圈→旋转磁场转50圈→旋转磁场转3000圈３.旋转磁场的转速同步转速n1的大小怎样改变？

三相异步电动机的工作原理n1=3000=60f1(r/min)旋转磁场的旋转速度称为同步转速．第17页/共89页U1U2V1V2W2W1每相绕组由一个线圈组成U1V1W1U2V2

W2U3V3

W3U4V4

W4U1U2U3U4V1V4V2V3W4W1W2W3每相绕组由两个线圈串联组成

三相异步电动机的工作原理当三相对称电流通入三相对称绕组，必然会产生一个大小不变，且在空间以一定的转速不断旋转的旋转磁场。绕组按一定规律绕制，产生的旋转磁场可相应达到1对、2对》、3对等多对磁极。第18页/共89页U1U2U3U4V1V4V2V3W4W1W2W3××××t=0O

时

i1=0，i2＜0，i3

＞0NSNS

磁极对数p

p=2

电流变化一周→旋转磁场转半圈

n1

=1500

当磁极对数p=3时

n1

=100060f12=60f13=

三相异步电动机的工作原理第19页/共89页

结论

旋转磁场的转速n1取决于电流频率f和磁极对数p。p——磁极对数

f——电流频率

f=50Hz时：

123456300015001000750600500pn0/(r/min)第20页/共89页二、三相异步电动机的工作原理当定子接通三相电源后，即在定、转子之间的气隙内建立了一同步速为n1的旋转磁场。磁场旋转时将切割转子导体，根据电磁感应定律可知，在转子导体中将产生感应电势，其方向可由右手定则确定。磁场逆时针方向旋转，导体相对磁极为顺时针方向切断磁力线。转子上半边导体感应电势的方向为流进，用×表示；下半边导体感应电势的方向为流出，用⊙表示。因转子绕组是闭合的，导体中有电流，电流方向与电势相同。载流导体在磁场中要受到电磁力，其方向由左手定则确定。这样，在转子导条上形成一个逆时针方向的电磁转矩。于是转子就跟着旋转磁场逆时针方向转动。》第21页/共89页5、转差率（异步原理）旋转磁场的转速与转子（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AYCBZXn1n旋转磁场转速电动机转速第22页/共89页

转差率

转差率是异步电机的一个基本物理量，它反映电机的各种运行情况。转子未转动时，电机理想空载时，作为电动机，转速在范围内变化，转差率在0~1范围内变。负载越大，转速越低，转差率越大；反之，转差率越小。转差率的大小能够反映电机的转速大小或负载大小。电机的转速为：额定运行时，转差率一般在0.02～0.06之间，即电机转速接近同步转速。第23页/共89页转差率:s=n1－nn1转子转速:n=(1－s)n1=(1-s)60f/p

起动时n=0，s=1

理想空载时n=n1，s=0

正常运行时0＜n＜n1，1＞s＞0

额定运行时sN=0.01~0.09

三相异步电动机的工作原理异步电机的各种运行状态

状态制动状态堵转状态电动机状态理想空载状态发电机状态转子转速转差率n＜0s＞1n=0s=10＜n＜n1

1＞s＞0n=n1s=0n＞n1s＜0第24页/共89页工作原理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电动机。第25页/共89页例题：某三相异步电动机的额定转速为720r/min，试求该电动机的额定转差率及磁极对数。解：因为n1=60f1/p，所以：当p=1时，n1=3000r/min；当p=2时，n1=1500r/min；当p=3时，n1=1000r/min；当p=4时，n1=750r/min；当p=5时，n1=600r/min。

又因为nN略低于n1，所以n1=750r/min。所以p=60f1/n1=60╳50/750=4SN=（n1—nN）/n1=（750—720）/750=0.04第26页/共89页【例题】异步电动机满载时，s＜0.06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n1=750r/min,p=4，2p=8。空载转速

n0=(1－s0)n1=(1－0.267%)×750=748r/minr/min额定转差率某三相异步电动机，电源频率为50Hz，空载转差率s0=0.00267，额定转速nN=730r/min。试求：电机的极数2p、同步转速n1、空载转速n0

、额定转差率sN。【解】旋转磁场的同步转速为第27页/共89页例：已知三相异步电动机极对数P=2，额定转速nN=1450r/min,电源频率f=50Hz,求额定转差率s。该电动机在进行变频调速时，频率突然降为f′=45Hz,求此时对应的转差率s′,并问此时电机在何种状态下运行？第28页/共89页U2U1W2V1W1V2n总结1、电生磁：三相对称绕组通往三相对称电流产生圆形旋转磁场。2、动磁生电：旋转磁场切割转子导体感应电动势和电流。3、电磁力：转子载流（有功分量电流）体在磁场作用下受电磁力作用，形成电磁转矩，驱动电动机旋转，将电能转化为机械能。第29页/共89页第三节三相异步电动机的基本结构一、主要部件1.定子定子铁心、定子绕组、机座和端盖等。定子铁心的硅钢片异步电机的基本理论第30页/共89页

定子铁心

三相异步电动机的基本结构第31页/共89页

定子绕组对称三相绕组。

三相异步电动机的基本结构第32页/共89页

定子接线盒U1V1

W1W2U2V2U1V1

W1U2V2

W2星形(Y)联结U1V1

W1W2

U2V23~三角形()联结U1V1

W1W2

U2V23~

三相异步电动机的基本结构第33页/共89页转子铁心、转子绕组、转轴、风扇等。转子铁心的硅钢片2.转子

转子绕组绕线型：对称三相绕组。笼型：对称多相绕组。

三相异步电动机的基本结构第34页/共89页

笼型异步电动机的转子

三相异步电动机的基本结构第35页/共89页

笼型异步电动机的转子

三相异步电动机的基本结构第36页/共89页

笼型异步电动机的转子

三相异步电动机的基本结构第37页/共89页

三相异步电动机的基本结构

绕线型异步电动机的转子第38页/共89页

三相异步电动机的基本结构

绕线型异步电动机的转子第39页/共89页

三相异步电动机的基本结构

三相笼型异步电动机的部件图第40页/共89页

三相异步电动机的基本结构

三相笼型异步电动机的结构转子定子风扇

冷空气流

罩壳（非驱动端）端盖（驱动端）第41页/共89页

三相异步电动机的基本结构

三相绕线型异步电动机的结构第42页/共89页三相异步电动机的基本结构

三相绕线型异步电动机示意图第43页/共89页

三相异步电动机的基本结构

三相异步电动机的外形

更多的图片第44页/共89页

三相异步电动机的基本结构

三相异步电动机的外形

更多的图片第45页/共89页

三相异步电动机的外形

三相异步电动机的基本结构

更多的图片第46页/共89页UN400~690VfN50/60HzPN200~2300kW2p2~8

交流低压笼型异步电动机

三相异步电动机的基本结构

更多的图片第47页/共89页UN690V，2~11kVfN50/60HzPN200~3000kW2p2~12

交流高压笼型异步电动机

三相异步电动机的基本结构

更多的图片第48页/共89页第四节三相异步电动机的定子绕组三相异步电动机的定子绕组和绕线型异步电动机的转子绕组都是三相对称绕（统称为三相交流绕组）定子绕组：通入电流建立旋转磁场转子绕组：与磁场有相对运对时将产生感应电动势它们均是电动机进行能量转换的关键部件。第49页/共89页交流绕组的基本知识1线圈、线圈组、绕组组成交流绕组的基本单元叫线圈，它有两个引出线，一个叫首端，一个叫末端。有效边端部线线圈可由一匝或多匝组成圈边首端尾端两匝线圈第50页/共89页三相异步电动机定子2.电角度和机械角度机械角度:电动机圆周在几何上分成3600,称机械角度.电角度:从电磁观点来看,经过N、S一对磁极恰好相当于一个周期，即经过3600电角度，若电动机有P对磁极，电动机圆周按电角度计算电角度=P╳机械角度3.极距定子绕组一个磁极所占有定子圆周的距离。（一般用定子槽数来表示）τ=Z/2P

Z—定子铁心总槽数4.节距Y一个线圈的有两个有效边所跨定子圆周的距离,一般也用定子槽数来表示.5.每极每相槽数第一个磁极下每相绕组所占有的槽数Ｑ＝Z/2Pm第51页/共89页极相组一个磁极下属于同一相的线圈按一定方式串联成的线圈组称为极相组.按节距Y与极距τ

的关系：整距绕组Y=τ短距绕组Y<τ长距绕组Y>τ按相数：单相、两相、三相绕组按槽内层数：单层绕组双层绕组单双层混和绕组按每极每相所占槽数：整数槽绕组分数槽绕组绕组的分类：按绕组端接部分的形状：单层绕组分为：同芯式绕组链式绕组交叉式绕组双层绕组分为：叠绕组波绕组第52页/共89页二、三相绕组圈边首端尾端1.三相单层绕组例如：z=12，p=1，m=3，y=。两匝线圈

每极每相槽数q

z2pmq==122×1×3=2123456789101112定子槽SNU1U2一相绕组接线图（单层）3.2三相异步电动机的基本结构第53页/共89页SN123456789101112U1简化的一相绕组接线图（单层）U2

槽距角α

相邻两槽中心线间的电角度。=p·360oz=1×

360o12=30°

极距

相邻两磁极中心线间的距离（槽数）。

z2p==122×1=63.2三相异步电动机的基本结构第54页/共89页

线圈节距y

线圈两圈边之间的距离（槽数）。当y=时，称为整距绕组；当y＜时，称为短距绕组。

z2py===122×1=6SN123456789101112U1U2yV1V23.2三相异步电动机的基本结构第55页/共89页当q＞1——分布绕组。当q=1——集中绕组。SN123456789101112U1U2V1V2W1W2三相单层整距分布绕组接线图3.2三相异步电动机的基本结构第56页/共89页例如：z=12，p

=1，m

=3，y

=5。

由计算得：

q=2，α=30°，y＜。2.三相双层绕组NS123456789101112串联U1U2※实线为外层线圈边，虚线为内层线圈边。3.2三相异步电动机的基本结构第57页/共89页

双层绕组3.2三相异步电动机的基本结构第58页/共89页Ｙ100L-2型三相异步电动机,定子绕组为单层同心式绕组，定子槽数为Ｚ=24,极数2P=2,相数M=3,大线圈节距为11(1-12)槽,小线圈节距为9(2-11)槽,试绘出其绕组展开图.第59页/共89页3.2三相异步电动机的基本结构3.三相绕组的种类(1)单层绕组和双层绕组(2)整距绕组和短距绕组整距绕组y=短距绕组y<(3)集中绕组和分布绕组集中绕组q=1分布绕组q>1第60页/共89页

【例3.2.1】

Y180M－2型三相异步电动机，PN=22kW，UN=380V，三角形联结，IN=42.2A，N=0.89，fN=50Hz，nN=2940r/min。求额定运行时的：(1)转差率；(2)定子绕组的相电流；(3)输入有功功率；(4)效率。

解：(1)

由型号知2p=2，即

p=1，因此

n0=3000r/min，故sN=n0－nNn0=3000－29403000=0.02(2)由于定子三相绕组为三角形联结，故相电流为I1P

=IN33.2三相异步电动机的基本结构42.23=A=24.4A第61页/共89页气隙基波磁通势的幅值2kwN

I2p=4Fpm

=0.9kwN

Ip三、旋转磁通势三相电流通过三相绕组时，三相绕组的三个基波脉振磁通势为FpU=Fpmsin

tFpV=Fpmsin(

t－120o)FpW=Fpmsin(

t＋120o)3.4三相异步电动机的磁通势平衡方程式第62页/共89页大连理工大学电气工程系

【例3.4.1】

有一三相双层绕组，z

=36，p

=2，y

=8/9，N

=96。(1)分析该绕组的类型；(2)若旋转磁场磁通最大值m=0.011Wb，转速n0=1500r/min，则每相绕组中产生的电动势的有效值是多少？(3)若通过每相绕组的电流有效值为I

=2.04A，该三相绕组产生的旋转磁通势的幅值是多少？

解：(1)

由于y

=8/9＜，故为短距绕组。由于q

=z2pm=362×2×3=3＞1(2)电动势——分布绕组kp=sin90°y=sin(×90°)89=0.9853.4三相异步电动机的磁通势平衡方程式第63页/共89页大连理工大学电气工程系

=

p·360°zks=2qsin2qsin=2×360°36=20°=20°2sin(3×)3sin20°2=0.96f=pn060=50Hz=Hz2×150060E=

4.44fkw

NΦm

=

4.44×50×0.985×0.96×96×0.011V=220V3.4三相异步电动机的磁通势平衡方程式第64页/共89页大连理工大学电气工程系R2's=m1I2'24.电磁功率PePe=P1－PCu1－PFePe=m2E2I2cos2=m1E2'

I2'cos25.转子铜损耗PCu2

PCu2=m2R2I22=m1R2'

I2'

2=s

Pe3.6三相异步电动机的功率和转矩=m1R2'I2'

2+m1R2'I2'

21－ss第65页/共89页大连理工大学电气工程系8.输出功率P2P2=Pm－P0=Pe－PCu2－P0=P1－PCu1－PFe－PCu2－P06.机械功率PmPm=Pe－PCu21－ss

Pm=m1R2'I2'2=(1－s

)Pe7.空载损耗P0

P0=Pme＋Pad机械损耗附加损耗3.6三相异步电动机的功率和转矩第66页/共89页大连理工大学电气工程系P1PCu1+PFePePCu2P0P2Pm

总损耗Pal

Pal=PFe＋PCu＋Pme＋Pad=PFe＋(PCu1＋PCu2)＋Pme＋Pad

功率平衡方程式

P2=P1－Pal

效率=×100%P2P13.6三相异步电动机的功率和转矩第67页/共89页大连理工大学电气工程系

【例3.6.1】

某三相异步电动机，UN=380V，形联结,f1=50Hz,R1=1.5Ω,R2'=1.2Ω。在拖动某负载运行时，相电流I1=11.5A，I2'=10A,=0.86,=82%,

n

=1446r/min。求：该电机的

P1、Pe、Pm和P2

。解：同步转速T2=TL=140N·m3.6三相异步电动机的功率和转矩n0

=60f1p

=60×502r/min=1500r/min转差率s

=n0－nn0=1500－14461500=0.036第68页/共89页大连理工大学电气工程系输入功率P1=3U1I1

=3×380×11.5×0.86W=11.27kW

P2

=

P1=0.82×11.27kW=9.24kW

Pm

=(1－s)Pe=(1－0.036

)×10kW=9.64kW3.6三相异步电动机的功率和转矩输出功率电磁功率机械功率Pe

=m1I2'2R2'

s=3××10

2

W=10kW

1.20.036第69页/共89页大连理工大学电气工程系二、三相异步电动机的转矩Pm=P2＋P0T

=T2＋T0÷Ω1.电磁转矩TT

=PmPmn

=9.55

=60Pm2nT

=Pe0

=60Pe2n0Pen0

=9.552.空载转矩T0T0

=P0

=60P02nP0n

=9.553.输出转矩T2T2

=P2

=60P22nP2n

=9.553.6三相异步电动机的功率和转矩第70页/共89页大连理工大学电气工程系

电动机的负载转矩为TL，稳定运行时T2=TL若TL→T2＞TL→n

→s→E2s→I2s

(I1)T

→T2=TL→重新稳定运行(n较高,I1较小)。

一般T0很小，在满载或接近满载时，3.6三相异步电动机的功率和转矩T0

T因此T

=T2=TL第71页/共89页大连理工大学电气工程系

【例3.6.2】求例3.6.1中的电动机的转矩T2、

T0

和T

。解:输出转矩电磁转矩空载转矩T2

=60P22n×609.24×103

2×3.141446=N·m=61.05N·mT0

=60P02n600.4×103

2×3.141446=N·m=2.64N·m×

P0=Pm－P2=(9.64－9.24)kW=0.4kW

空载损耗T

=T0+

T2=(2.64+61.05)N·m=63.69N·m

3.6三相异步电动机的功率和转矩第72页/共89页大连理工大学电气工程系T

=60Pe2n06010×103

2×3.141500=N·m=63.69N·m×

T

=60Pm2n609.64×103

2×3.141446=N·m=63.69N·m×

或者3.6三相异步电动机的功率和转矩第73页/共89页大连理工大学电气工程系3.7三相异步电动机的运行特性

当U1=U1N，f1=f1N时，

n=

f(P2)I1

=

f(P2)T=

f(P2)

=

f(P2)

=

f(P2)运行特性nI1T

P2

→

n→

I1(I2)

→

T(P1)

在额定功率附近，和

最高。第3章异步电机的基本理论OP2n,,,

I1,

T第74页/共89页大连理工大学电气工程系3.8单相异步电动机Oft一、脉振磁场定子：单相绕组；转子：笼型。定子单相绕组产生的脉振磁场第3章异步电机的基本理论U1U2SNNS第75页/共89页大连理工大学电气工程系

脉振磁通势的分解FtfOFF=FR

=F

/2FFFR3.8单相异步电动机第76页/共89页大连理工大学电气工程系ftOt1t2t3t4t5t6t7t8t=0FFFRt1FFFRF

FFFRt2F

t3FFRFFt4FR

FFt5FRFFt6F

FR

FFt7FRFFt8FFFR3.8单相异步电动机第77页/共89页大连理工大学电气工程系二、工作原理当转子与旋转磁场转向相同时，转差率

s=<1n0－nn0