三相异步电动机工作原理

电机的概述•电机的定义电机是一种能实现电能和机械能相互转换的电气装置，是电动机和发电机等的统称。做为电源，将机械能转换为电能的电机称为发电机；将电能转换为另一种形式电能的电机，包括变压器、变流机变频机、移相器等；在电气机械系统中起调节、放大和控制作用的称为控制电机。•电机的重要性–拖动生产机械，将电能转换为机械能的电机称为电动机；电机是与电能的生产、传输、分配、使用有着密切关系的电磁机械。应用非常广泛学习电机的相关基本理论和分析方法具有重要意义。交流电动机感性认识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。图6.1.7铜条笼型绕组图6.1.8铸铝笼型转子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。n0nNSf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。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。•AYCBZ1n(•)电流出()电流入•X•BiAXBYCZAiCiiAiBiC二、三相异步电动机的旋转磁场的产生二、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。•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。U←V←W←U1U2V1V2W2W1i1=Imsinti2=Imsin(t－120O)i3=Imsin(t＋120O)i1i2i3t=0O时i1=0，i2＜0，i3＞0××NSImtOi1t=0O时i1=0，i2＜0，i3＞0U1U2V1V2W2W1t=120O时i1＞0，i2=0，i3＜0三相异步电动机的工作原理U1U2V1V2W2W1NSU1U2V1V2W2W1U1U2V1V2W2W1t=240O时i1＜0，i2＞0，i3=0t=360O时i1=0，i2＜0，i3＞0三相异步电动机的工作原理NS2.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)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．U1U2V1V2W2W1每相绕组由一个线圈组成U1V1W1U2V2W2U3V3W3U4V4W4U1U2U3U4V1V4V2V3W4W1W2W3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。U1U2U3U4V1V4V2V3W4W1W2W3××××t=0O时i1=0，i2＜0，i3＞0NSNS磁极对数pp=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结论旋转磁场的转速n1取决于电流频率f和磁极对数p。160fnpp——磁极对数f——电流频率f=50Hz时：123456300015001000750600500pn0/(r/min)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。》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11nnnsAYCBZXn1n旋转磁场转速电动机转速转差率11nnsn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，;s,n10电机理想空载时，.s,nn01作为电动机，转速在1~0n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：11n=(-s)n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。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＜n11＞s＞0n=n1s=0n＞n1s＜0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。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【例题】16060503000fnppp%67.275073075011nnnsNN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？U2U1W2V1W1V21nn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定子铁心三相异步电动机的基本结构定子绕组对称三相绕组。三相异步电动机的基本结构定子接线盒U1V1W1W2U2V2U1V1W1U2V2W2星形(Y)联结U1V1W1W2U2V23~三角形()联结U1V1W1W2U2V23~三相异步电动机的基本结构转子铁心、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笼型异步电动机的转子三相异步电动机的基本结构笼型异步电动机的转子三相异步电动机的基本结构笼型异步电动机的转子三相异步电动机的基本结构三相异步电动机的基本结构绕线型异步电动机的转子三相异步电动机的基本结构绕线型异步电动机的转子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风扇冷空气流罩壳（非驱动端）端盖（驱动端）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。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/2PZ—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•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Yτ–长距绕组Yτ•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