第四章交流电动机的工作原理及特性.

１、定子定子铁芯由0.5mm厚的硅钢片叠压而成为一个整体固定在机座上，片与片之间是绝缘的。定子铁芯的内圆有定子槽，槽中放线圈。定子绕组分三个部分对称地分布在定子铁芯上，称为三相绕组，用AX、BY、CZ表示，A、B、C称为首端，X、Y、Z称为末端。三相绕组的首端接入三相交流电源，三相绕组中的电流在定子铁芯中产生旋转磁场。机座固定和支撑定子铁芯。第五章：三相异步电动机的结构和工作原理第五章：三相异步电动机的结构和工作原理２、转子转子铁芯由硅钢片叠压成一个整体装在转轴上，转子铁芯的外圆有转子槽，槽中放线圈。绕线异步电动机的转子绕组采用绕线式，三相绕组放入转子铁芯槽中，转子绕组通过轴上的滑环与电刷在转子回路中接外加电阻，改善启动性能和调节转速。笼型异步电动机的转子绕组采用鼠笼式，在转子铁芯槽里插入铜条，再将铜条两端焊在两个铜端环上。安培定则，也叫右手螺旋定则，通电直导线中的安培定则：用右手握住通电直导线，让大拇指指向电流的方向，那么四指的指向就是磁感线的环绕方向；漆包线是绕组线的一个主要品种，由导体和绝缘层两部组成2343sinsin()sin(120)sin()sin(240)AAAmBmmCmmiIwiIwtIwtiIwtIwt３、三相电流的波形将三相绕组的末端X、Y、Z相连，首端A、B、C接三相交流电源。定子绕组中电流的正方向规定从首端流端，以A相绕组的电流i做为参考正弦量，即i的初相位为０，则三相绕组中A、B、C电流（相序为ABC）瞬时值为＝＝旋转磁场的产生2343sinsin()sin(120)sin()sin(240)22AmBmmCmmiIwtiIwtIwtiIwtIwnTwt＝＝0,0,,663.22,,.333ABCABCABCtiiYBiTTttiiYBiTTttiiiTt４、定子旋转磁；为负，电流实际方向与正方向相反，从端流到端；为正，电流实际方向与正方向一致，从C端流到Z端；合成磁场为a.为正，电流从A端流到X端；为负，电流从端流到端；＝０；合成磁场为b.合成磁场顺时针旋转了３为正；＝0，为负，合成磁场为c.合成磁场顺时针旋转了３,,0.22ABCTtiii；为正，为负；合成磁场为d.合成磁场顺时针旋转了5BCCB、旋转磁场的旋转方向２２A相绕组的电流超B相绕组的电流，B相绕组的电流超C相绕组的电流，３３旋转磁场的旋转方向为顺时针方向A，与三相电流的相序一致。将电源B、C两根线对调，电源B接绕组C，电源C接绕组B，２２电源A相绕组的电流超C相绕组的电流，C相绕组的电流超B相绕组的电流，３３旋转磁场的旋转方向为逆时针方向A。旋转磁场的旋转方向改变，电动机的旋转方向改变。将定子绕组接到三相电源中的任意两根对调，即可改变电动机的旋转方向。2343sinsin()sin(12022)sin()sin(240)AmBmmCmmiIwiIwtIwtiIwnTwtIwt＝＝3Tt0t2Tt000062260,(60,(Tffff、旋转磁场的极数与旋转速度将定子铁芯槽数增加１倍，共１２个，每相绕组由两个部分串联，再将三相绕组接到三相电源，产生两对NS磁级的旋转磁场。电流变化，旋转磁场转，一对NS磁极时，电流变化T，旋转磁场旋转一周。一对NS磁极时，旋转磁场的转速为n周电流频率，n每分钟转多少转）二对NS磁极时，旋转磁场的转速为n周电流频率，n每分钟转多少转）２p对NS磁极时，旋0060,(ffp转磁场的转速为n周电流频率，n每分钟转多少转）6Tt1fT22227,、三相异步电动机的工作原理定子三相绕组接到三相电源，三相绕组内通过三相电流，产生顺时针方向的旋转磁场，相当于转子绕组逆时针方向旋转切割磁通，转子绕组将产生感应电动势e，右手定则，N极下感应电动势的方向朝外，S极感应电动势的方向朝内。由于电动势e的存在，转子绕组中将产生方向相同转子电流i转子电流i与旋转磁场相互作用产生电磁力F，电磁力F在转子轴上形成电磁转矩，方向与旋转磁场的方向相同，转000,nnSn子在转矩作用下，按旋转磁场相同的方向旋转，转子速度n小于旋转磁场速度n，如果相同，没有相对运动，转子不能切割磁通，也就没有感应电动势，感应电流，电磁转矩。异步电动机的转差率转子转速不等于旋转磁场转速称为异步电动机。8、定子绕组的连接方式定子三相绕组出线端的首端U1、V1、W1，末端U2、V2、W2。三角形接法：电源的线电压等于电动机额定相电压（每相绕组的额定电压）星形接法：电源的线电压等于电动机额定相电压的３倍电动机铭牌上标有符号/Y，数字220/380.前者表示定子绕组的接法，后者表示不同接法加的线电压９、三相异步电动机的额定值00NNnnSn111111111122103coscos:::::CuFeemCumPPUIUIPPPPPPP、三相异步电动机的能流图：异步电动机的输入功率，，（、定子绕组的线电压、线电流电动机的功率因数）。定子绕组的铜耗定子铁芯的铁耗旋转磁场从定子电路传递到转子电路的电磁功率。机械功率，电磁功率减去转子绕组中的铜耗，转子铁芯铁耗忽略输出功率，机械功率减去机械损失功率12112222222,(9.55CumePPPPPPPPTPTPPTTn：电动机的效率，：电动机的总功率损耗忽略转子绕组铜耗和机械损失功率P电磁转矩）,（电动机轴上的输出转矩）11111111111111,sin,1sin)4.4422NwtdedwtfNdtdt、三相异步电动机的定子电路定子绕组接上三相电源后，三相电流产生旋转磁场，磁力线通过定子与转子铁芯闭合，在定子每相绕组中产生感应电动势e每相的匝数为，＝表示通过定子每相绕组的磁通随时间按正弦规律变化，旋转磁场的每极磁通，磁感强度的平均值与每极面积的乘积。感应电动势e＝－N，有效值E＝(－N旋转磁001111,,60pnnffff场与定子的相对转速是e的频率，又等于电流的频率，＝。11111111111111111111111111LLLLLLedieLdtdiuiReeiReLdtUIREEIREjIXXX磁力线通过定子与转子铁芯闭合产生主磁通，定子电流还产生只围绕某一相定子绕组的漏磁通。漏磁通在每相绕组中产生漏磁电动势，加上电阻，定子回路的电压平衡方程式为：（）（）（）其复数表达式为：（）（）（）式中，为漏磁感抗，111111112fLRXUEUE一般，和都很小，所以：，21222222200002102221201212,1sin)4.4422,,60600,1,4.44dedwtfNdtdtpnnnnpnnnfSfnfnSfffN、三相异步电动机的转子电路定子绕组接上三相电源后，在转子每相绕组中产生感应电动势e感应电动势e＝－N，有效值E＝(－N（－）－旋转磁场与转子的相对转速－＝（）（）＝是e的频率，又与转差率S有关。＝，E＝转子与旋转磁场222122024.444.44fNSfNS间的相对转速最大，转子被旋转磁力线切割最快。转子电动势有效值E＝＝SE，转子电动势E与转差率有关。222222222222222222222222122012220220,1,2,LLLLLLLLdieLdtdieiReiRLdtEIREIRjIXXXfLSfLnSXfLXSX转子电流产生漏磁通，在每相绕组中产生漏磁电动势，加上电阻，转子回路的电压平衡方程式为：（），其复数表达式为：（），式中，为漏磁感抗，，转子感抗转子感抗最大。，转子感抗22222222220222222222220222222222222222220coscosLLXSEIREIRjIXSEEIISRXRSXIERRSRRSX与转差率有关。转子电动势的复数表示（），转子电流与转差率有关，（）由于转子有漏磁通，相应的感抗为X，所以电流的相位比滞后，转子回路的功率因数为：＝，和转差率有关。（X）（）2222222222222220222222cos1coscos1costRiRiIEISEEIRX图a转子感抗X与电阻相比可以忽略时，＝，感应电动势e与转子电流的方向相同，作用于转子导体的力将产生最大的转矩。图b转子电阻与感抗X与相比可以忽略时，＝0，感应电动势e与转子电流的方向垂直，作用于转子导体的力相互抵消，转矩为0.图c,电流比电动势滞后角，，产生的转矩为：T=K，12201221112222220220222121122222202202204.444.44,,4.44,,SfNfNIfNRSXRSXSRUSRUUETKKKURSXRSXRX，E＝E（）（）推出电机结构有关的参数，电源电压，（）（）转子每相绕组电阻，电动机不动（n=0）时转子每相绕组的感抗。22222222222013cosRRRRSX、三相异步电动机的转矩转子电路的功率因数：＝（X）（）000002102:9.55,,,30NNNNNNNNNNNNstTnnnPnnTTnnSSTSnnTPnnSSRUTTnTK四个特殊点可以决定曲线的形状和异步电动机的运行性能、，，转子的转速等于旋转磁场的速度，理想空载工作点，理想空载转速、，（），额定工作点额定转矩，额定功率额定转速＝（0.940.985）额定转差率＝（0.060.015）、启动转矩，，电机启动工作点，22122222220220/1~1.2SstststNstRUTKRSXRXUTT（）（）电源电压降低，转子电抗增大，启动转矩减小；转子电阻适当增大，启动转矩会增大。，衡量电动机启动能力的重要数据，222120222222022014SRUSRUTKKRSXRSX在额定电压和额定频率下，用规定的接线方式，定子和转子不接任何电阻和电抗时的机械特、三相异步电动性n=f机的固有机械特性，n=(1-S)n（）（）(T)22max222202220max20max4/0/2/mmmNSRUTTnnTKdTdSRSXUSRXTKXTT、转矩的最大值，（临界工作点），，由得：（）临界转差率：，，电源电压过低，会使轴上输出转矩明显下降，甚至小于负载转矩，造成电动机停转。过载能力系数：，固有机械特性曲线上最大电磁转转矩与额定转矩之比。过载能力系数表明了电动机能够承受冲击负载的能力大小。电动机遇短时冲击负max2/mmSSTTSS载，冲击负载小于最大电磁转矩，电动机能正常运行。规格化转矩转差率公式：（）222120222222022014SRUSRUTKKRSXRSX在额定电压和额定频率下，用规定的接线方式，定子和转子不接任何电阻和电抗时的机械特、三相异步电动性n=f机的固有机械特性，n=(1-S)n（）（）(T)0maxmaxmaxmax,;0.8,0.64;0.5,0.25;mmmaNabNbcNcSTSSSUTTUTTUTT电压U的变化对理想空载转速n和临界转差率没影响，但最大转矩与电压U的平方成正比。临界转差率时对应最大转矩。绘制降低电压的人为机械特性曲线时，以固有机械特性曲线为基础，以转差率在固有机械特性曲线上对应的转矩，再乘以降低电压与额定电压比值的二次方。UUU电压越低，人为机械22max22222202,70%20.70.98,0(1),NmNmNNNNstUUTTURUTKnSRX特性曲线越往左移。电动机在额定负载T时，过载能力系数电压下降为，TT，电压电压过低，电动机会停转,启动转升高，绝矩（）缘受不了。002max2002max201560,2mmfpnp