第4章：三相异步电动机(1)

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1、第第4章章 三相异步电动机三相异步电动机 电机拖动与控制电机拖动与控制4.1三相异步电动机的原理与结构三相异步电动机的原理与结构 4.1.1旋转磁场旋转磁场的产生的产生 定子铁芯里有六个线槽，槽内嵌放着三个结构完全相同的绕组，其首端和末端分别用U1、V1、W1和U2、V2、W2表示，它们在空间上彼此互差120。将三个末端连在一起，三个首端接到三相对称电源上，则绕组内便流过三相对称电流。在上图a中，U相绕组电流为正最大；V、W相的电流均为负。根据右手螺旋定则，三相电流产生两极合成磁场，位于U相绕组的轴线上。在上图b中，V相绕组电流为正最大；U、W相绕组中的电流均为负；根据右手螺旋定则，合成磁场位

2、于V相绕组的轴线上，并在空间沿逆时针方向转过了120。同理可得c、d图绕组中电流及其产生合成磁场的方向。 tt=0=120t=240在两极电机中，当电流在时间上变化一个周期，磁场在空间正好旋转一周，当某相电流最大，合成磁场就位于该相绕组的轴线上。由于三相定子电流最大值是按照顺序U、V、W的时间顺序依次交替变化的，相应的合成磁场也是按照UVW的顺序逆时针方向旋转。如果将定子绕组安排成四极，如图4-3所示，观察电流变化时磁场的变化，可以看出：当电流变化120时，磁场在空间沿逆时针方向转过了60，电流变化一个周期，磁场只在空间旋转了半周。旋转磁场的旋转磁场的转速与方向转速与方向1.三相对称绕组通以三

3、相对称电流，可产生旋转磁场。2.当电流变化一周期时，一对极磁场在空间旋转一周，二对极磁场在空间旋转半周。由此可推断：当有p对极时，电流变化一周，磁场在空间旋转1/p周。因此可得出旋转磁场的转速与电流频率及磁极对数的关系为pfn11603.磁场的旋转方向取决于三相交流电的相序。当交流电的相序为UVW时，合成磁场就按UVW的顺序旋转；如果相序变为UWV，则磁场的旋转方向也将随之改变为UWV。 因此，若要改变旋转磁场的转向，只需将三相异步电动机的三根电源线中任意两根对调即可。 4.1.2三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理图4-4 异步电动机工作原理图 设该旋转磁场以同步转速沿逆时针方向

4、旋转，如图4-4。由于转子绕组自成闭合回路，则在转子绕组中产生感应电流。转子绕组的载流导体在旋转磁场中将受到电磁力的作用，其方向由左手定则来判定。电磁力作用于转子从而形成电磁转矩，在电磁转矩的作用下转子逆时针方向旋转，如图4-4。 转子的方向与旋转磁场方向一致，因此欲改变转子的转动方向，需改变三相电流的相序。即将三相电源线的任意两根对调。 由于转子电流是通过切割磁场感应产生的，因此，转子转速不可能达到同步转速，否则，转子与旋转磁场之间便无相对运动，就不会产生感应电流，也就无法产生电磁转矩。故这两种转速的差异是电动机能够工作的必要条件，这也就是异步电动机“异步”名称的由来。因转子电流是感应产生的

5、，所以又称感应电动机。转差率转差率 把同步转速与转子转速之差称为转差或转差速度，转差与同步转速的之比称为转差率11nnnss电动机转子转速可表示为1)1 (nsn)1 (601spf转差率反映转子与旋转磁场之间相对运动的快慢，对运行性能有极大的影响。当起动瞬间，转差率为1；当空载运行时，因无负载转矩，转子转速接近同步转速，转差率接近0 。所以异步电动机正常运行时，转差率的变化范围为01。对普通的三相异步电动机，其额定转速略低于同步转速，额定转差率一般为（0.020.06）。根据转差率的大小和符号判断根据转差率的大小和符号判断异步电动机的三种运行状态异步电动机的三种运行状态 4.1.3三相异步电

6、动机的基本结构三相异步电动机的基本结构1.定子定子：三相异步电动机的定子部分由机座、定子铁芯和定子绕组三部分组成。定子绕组 三相异步电动机的定子绕组由结构完全相同、在空间互差120电角度的三个绕组组成，每相绕组由许多线圈按一定规律嵌放在定子槽内，有单、双层之分。为接线方便，将三相绕组的六个出线端引到接线盒上，根据需要接成星形或三角形 。2.转子：转轴、转子铁芯、转子绕组、风扇等。（1）转子铁芯：电动机磁路的一部分并要嵌放转子绕组，所用材料和定子一样，由0.5mm厚的冲有转子槽形的硅钢片叠压而成。 （2）笼型转子绕组：由槽内的导条和短接这些导条的导电端环组成。除掉铁心，整个转子绕组的形状像个笼子

7、，叫笼型转子。 （3）绕线型转子绕组结构与定子绕组相同，由对称的三相绕组组成。三相绕组连成星形，三个首端分别接到安装在转轴上的三个铜滑环（与转轴绝缘）上，通过固定在定子上的电刷装置与外电路相联，可以串电阻或频敏变阻器等，用以改善起动和调速性能 。3.气隙气隙大小对异步电动机性能影响极大。气隙大，磁阻大，励磁电流也就大，异步电动机功率因数就会降低。但气隙过小，会造成装配困难，且定、转子易发生机械摩擦，出现“扫膛”现象。实际电机应兼顾上述两方面因素。 4 4三相异步电动机的铭牌三相异步电动机的铭牌(1)型号(2)额定功率NP(3)额定电压NU (4)额定电流NI (5)额定转速 Nn(6)绝缘等级

8、 (7)工作制 （8）额定效率 N%1003COSIUPNNN = 5 5三相异步电动的主要系列三相异步电动的主要系列Y系列：一般用途的小型笼型全封闭自冷式三相异步电动机。YR系列：三相绕线转子异步电动机，用在起动静止负载或惯性负载较大的机械上。YZ和YZR系列：起重和冶金用三相异步电动机 YB系列：防爆式笼型异步电动机。YCT系列：电磁调速异步电动机 . . （4）额定负载时的转差率例4-1 一台三相异步电动机，额定功率55Kw，频率为50Hz，额定电压380V，额定效率0.79，额定功率因数0.89，额定转速570r/min，试求:5pAAUPINNNNN11979. 089. 03803

9、1055cos3305. 06005706001NNNnnns（1）同步转速:因电动机额定运行时转速接近同步转速，所以同步转速为600r/min。（2）极对数:为10极电动机（3）额定电流4.2 4.2 交流电机的定子绕组交流电机的定子绕组 三相交流电机绕组安排的要求：2、三相绕组的合成磁势和每相绕组所产生的感应电势的波形应尽量接近正弦等。有单层、双层绕组之分。 1、应尽可能产生较大的磁势和感应电势外，还要求三相绕组的匝数必须相等，每相绕组所产生的磁势和感应电势必须对称即大小相等、相位互差120。 一、交流绕组的几个术语一、交流绕组的几个术语7.每极每相槽数qZpa0360360ppmZq21

10、.绕组元件2.机械角度与电角度：电角度为3.极距4.节距y 5.槽距角6.相带：为保证对称，每个相带则占60电角度，称为60相带。8.极相组每个磁极下同一相的q个线圈，按一定规律连接起来，就构成极相组,将同一相的若干个极相组串联或并联，就构成了一相绕组 。 两极磁场 四极磁场 二、单层绕组二、单层绕组1.单层绕组的基本形式以一台三相四极24槽异步电动机为例。62pz22pmzq303600zpa单层绕组是指一个槽内仅放置一个线圈边，因此定子总线圈数等于总槽数的一半。单层绕组结构简单、嵌线方便，但磁势和电势波形不如双层绕组。因此单层绕组主要应用于功率在10KW以下的小型三相异步电机和单相异步电机

11、的定子绕组中。表43 相带与定子槽号对应表相 序U1W2V1U2W1V2N1 S11，23，45，67，89，1011，12N2 S213，1415，1617，1819，2021，2223，24常用的三相单层绕组基本形式有：链式、交叉式 、同心式。对单层绕组而言，有几对极就对应几个极相组。换句话说，极相组数等于极对数。2.交叉链式绕组以一台三相四极36槽异步电动机为例。相 序U1W2VlU2WlV2Nl，S11,2,34,5,67,8,910,11,1213,14,1516,17,18N2，S219,20,2l22,23,2425,26,2728,29,3031,32,3334,35,3692