1-6异步电动机.

第6章异步电动机6.1异步电动机的基本结构6.2异步电动机的工作原理6.3异步电动机的电路分析6.4异步电动机的电磁转矩和机械特性6.5异步电动机的铭牌数据6.6异步电动机的使用本章主要讨论：三相异步电动机的构造、转动原理、运行特性、铭牌数据和使用方法电动机交流电动机直流电动机三相电动机单相电动机同步电动机异步电动机他励、并励、串励、复励电动机异步机总容量约占电网总动力负载的85%。异步电动机的特点：（1）结构简单、价格低廉、工作可靠、维护方便。（2）在工农业生产和日常生活中，异步机被广泛应用于拖动各种类型的机床、起重机、搅拌机等生产机械设备。随着电力电子学的发展，各种大功率半导体器件例如晶闸管等的出现，使得交流调速有了飞跃的进步，异步电动机连同交流调速的重要性将更加显著。异步电动机的缺点：不能经济地实现较宽范围的平滑调速且功率因数较低。6.1异步电动机的基本结构异步电动机的外形微型三相异步电动机的实体照片V2V1W2U2U1W1转子定子异步电动机主要由定子（固定部分）和转子（转动部分）两个基本部分组成。定子是异步电动机的固定静止部分，由机座和装在机座内的定子铁心和定子绕组所组成。定子是异步电动机的固定静止部分，由机座和装在机座内的定子铁心和定子绕组所组成。机座：铸钢或铸铁制成。定子铁心定子铁心是电动机磁路的组成部分，由互相绝缘的硅钢片叠装而成，定子铁心内圆周表面有均匀分布的槽，用来放置定子绕组。定子绕组：Y接或△接转子是异步电动机的旋转部分。转子铁心：由外周有槽的硅钢片叠成。绕线式鼠笼式转子绕组转轴：固定在铁心中央。鼠笼式转子铁心槽内放铜条，端部用导电铜环将所有铜条短接成一个回路。鼠笼式转子目前中小型鼠笼式异步电动机常采用铸铝转子，即在转子铁心外表面的槽中浇入铝液，并同时在端环上铸出多片风叶作为散热用的风扇，这样转子绕组及风扇铸成一体。绕线式转子同定子绕组一样，也是对称的三相绕组，并且连接成星形。星形联接的转子绕组的三个出线端，通过滑环与电刷构成滑动接触。转子绕组可通过电刷引出与外电阻相联接，用于改善电动机的运行特性。鼠笼式和绕线式异步机的定子结构基本相同。鼠笼式异步机的转子结构简单，因此价格低廉，工作可靠、使用方便，在生产中用得最广泛。绕线式异步机的结构比鼠笼式复杂，价格也较高，适用于要求具有较大启动转矩以及有一定调速范围的场合。定子作用：转子作用：从电网吸收电能，产生旋转磁场。产生感应电流而受力转动，并输出机械转矩。6.2异步电动机的工作原理异步电动机是利用磁场与载流导体相互作用产生电磁力的原理而制成的。nNSf0n磁场旋转磁铁闭合线圈ei6.2.1旋转磁场1i2iU1U2V1V2W1W23i定子对称三相绕组通入三相对称电流，产生空间旋转磁场。(1)旋转磁场的产生为了便于分析，把在定子圆周上空间位置对称分布的三相绕组用相同的三个在空间彼此相隔120°的单匝线圈来代替，三个绕组的末端接在一起形成星形联接，首端分别接到三相电源上。(1)旋转磁场的产生U1V2W1V1W2U2(•)电流出()电流入根据右手螺旋定则，将每相电流所产生的磁场相加，便得到三相电流的合成磁场。(1)旋转磁场的产生0t合成磁场方向向下U1U2V2W1V1W2NS1i2iU1U2V1V2W1W23ii1i2i360t合成磁场旋转60°U1U2V2W1V1W260SN1i2iU1U2V1V2W1W23ii1i2i390t合成磁场旋转90°U1U2V2W1V1W20nSN1i2iU1U2V1V2W1W23ii1i2i3综上所述，当定子绕组中通入对称的三相电流时，将在电动机中产生旋转磁场。当旋转磁场为一对磁极时，电流完成一个周期的变化，它们所产生的合成磁场在空间也旋转了一周。因此，三相电流随着时间周期变化，所产生的合成磁场也就在空间不停地旋转。这样就得到了异步电动机工作所需要的旋转磁场。旋转磁场（2）旋转磁场的极对数旋转磁场的极对数p与定子三相绕组的排列有关。1p此种接法下，合成磁场只有一对磁极。1i2iU1U2V1V2W1W23i0nU1U2V2W1V1W2NS若定子每相绕组由两个线圈串联，绕组的始端之间互差60°，则形成两对磁极的旋转磁场。U1U1'U2U2'V1V2V1'V2'W1W2W1'W2'W1'V2'U1V1W1U2V2W2U1'U2'V1'W2'1i3i2i极对数2pW1'V2'U1V1W1U2V2W2U1'U2'V1'W2'1i2i3iNSSNU1U2U1'U2'V1V2V1'V2'W1W2W1'W2'i1i2i30tSSNU1W2'V1U2W1V2U1'W2V1'U2'W1'V2'60t0nSNSN30i1i2i3W1'V2'U1V1W1U2V2W2U1'U2'V1'W2'1i2i3i旋转磁场(3)旋转磁场的转速旋转磁场的转速取决于磁场的极对数和电源频率分）转/(fn1060电流变化一个周期，旋转磁场在空间转360°电流频率为f1，则每分钟电流变化60f1周，磁场旋转n0圈。即：p=1时：(3)旋转磁场的转速n0称为同步转速p=2时：分）转/(fn26010三相异步电动机的同步转速分）转/(pfn1060三相异步电动机的同步转速分）转/(pfn10602p180分）转/(50011p360分）转/(0003极对数每个电流周期磁场转过的空间角度同步转速)50(1Hzf0n3p120分）转/(00014p90分）转/(507磁极数2468定子三相绕组通入三相对称电流旋转磁场切割转子导体，产生感应电动势感应电流旋转磁场电磁转矩，使电机转起来。电磁力F6.2.2转动原理0nU1U2V2W1V1W2NSFFn顺时针方向旋转的旋转磁场切割转子绕组，在转子绕组中产生了感应电动势和电流，其方向用右手定则确定。转子绕组中的电流和旋转磁场相互作用，产生电磁力，其方向可以用左手定则来确定。由电磁力产生电磁转矩，驱动异步机的转子沿着旋转磁场的方向而转动起来，这就是异步机的转动原理。6.2.3异步电动机的转向和转速磁场旋转方向：取决于三相电流的相序。转子转动方向和旋转磁场的旋转方向一致。0n1i3i2i磁场旋转方向：取决于三相电流的相序。0n1i3i2i改变电机的旋转方向：改变定子三相电流的相序。转子转动方向和旋转磁场的旋转方向一致。将电动机同电源相接的三根导线中任意互换两根即可。三相异步电动机实现反转方法正转反转L1L2L3M3~U1V1W1电源~M3~L1L2L3U1V1W1电源~三相异步电动机实现反转方法转子转速总是小于旋转磁场转速0nn“异步”无转矩转子与旋转磁场间没有相对运动无转子电动势（转子导体不切割磁力线）无转子电流提示：如果0nn因此，转子转速与旋转磁场转速间必须要有差别。异步电动机的转速与旋转磁场的转速有关转差率s的概念：00nnns电动机启动瞬间:10s,n（转差率最大）10ss＜范围：异步电机额定运行中:070010.~.sNNn0n略小于旋转磁场的同步转速和电动机转子转速之差与旋转磁场的同步转速之比称为转差率。即：例1：三相异步电动机的额定转速nN=975r/min，电源频率f1=50Hz。试求电动机的极对数和额定负载下的转差率。解：根据异步电动机转子转速与旋转磁场同步转速的关系可知：n0=1000r/min,即p=3额定转差率025000.10009751000nnnsNN6.3异步电动机的电路分析三相异步电动机的电磁关系与变压器类似。当定子绕组中通入三相电流，便有旋转磁场产生，在定子绕组和转子绕组中分别产生感应电动势，从而对定子和转子电路产生作用。此外，定子电流和转子电流产生的漏磁通分别在定子绕组和转子绕组中感应出漏磁电动势。6.3异步电动机的电路分析e1、e2:主磁通产生的感应电动势。定子电路i2r1、X1r2、X2i1u1e1e2转子电路+--++-6.3.1定子电路r1、X1i1u1e1+--+dtdNe11旋转磁场切割定子导体e1设：tmsin则)90sin(111tΦNm111144.4ΦkNfE有效值：111144.4ΦkNfEf1：e1的频率，单位:Hz；N1：定子每相绕组串联的线圈匝数；k1：与定子绕组的结构有关的绕组系数，k1值小于且接近于1；：旋转磁场的每极主磁通，单位是Wb。旋转磁场与定子导体间的相对速度为n0，所以定子感应电势的频率为6001pnf感应电动势的频率与磁场和导体间的相对速度有关。f1=电源频率f11111k44.4EmΦNfU定子电路r1、X1i1u1e1+--+111111EE)jIUXr（定子每相电路的电压平衡式：6.3.2转子电路∵转子导体与旋转磁场间的相对速度随转子的转速不同而变化。定子感应电势频率转子感应电势频率。旋转磁场切割定子导体和转子导体的速度不同。6.3.2转子电路pnnf6002旋转磁场与转子导体间的相对速度为(n0－n)，所以转子感应电势的频率为转子中的物理量：，，，，2222IXef2cos60000pnnnn1fs转子静止时，n=0，s=1转子感应电势频率：1120fsff转子感应电动势：22ΦkNf.ΦkNf.E2122020444444转子感抗：212202022SSLfLfX转子绕组感应电流220222020XrEI转子电路功率因数22022220Xrrcos转子静止时，n=0，s=1转子电路i2r2、X2e2+-转子感应电势频率12sff转子感抗202122222sXLsfLfXSS转子感应电动势222244.4ΦkNfE2022144.4sEΦkNsf转子以速度n转动时：转子绕组感应电流2202220222222)(sXrsEXrEI转子电路功率因数220222222222)(cossXrrXrr转子以速度n转动时：转子电路i2r2、X2e2+-结论：转子转动时，转子电路中的各量均与转差率s有关，即与转速n有关。转子中各物理量随s变化曲线如下：10I2s2cosf2X2E26.4异步电动机的电磁转矩和机械特性6.4.1电磁转矩电磁转矩是转子中各载流导体在旋转磁场的作用下，受到电磁力所形成的转矩之总和。电磁转矩的大小与转子电流、旋转磁场以及转子电路的功率因素有关。22cosIKTT常数，与电机结构有关旋转磁场每极磁通转子电流转子电路的功率因数22022202)(XrEIss2202222)(cosXrrs111144.4NfkU由转子电路分析知：ΦNfkE2122044.422cosIKTT代入21220222)(UsXrsrKT得到电磁转矩公式k：与电动机结构有关的常数；s：转差率;r2：转子每相绕组的电阻；X20：电动机刚启动时的转子感抗；U1：电源电压。由公式可知（1）当电源电压U1一定时，T是s的函数。21220222U)sX(rsrKT（2）s，r2一定时，T与定子每相绕组电压成正比。21U由公式可知21220222U)sX(rsrKT（3）r2的大小对T有影响。绕线式异步电动机可外接电阻来改变转子电阻r2，从而改变转距。由公式可知21220222U)sX(rsrKT6.4.2机械特性当电动机拖动生产机械工作时，负载的改变将使电动机产生的电磁转矩随之改变，电动机的转速也要随之发生变化。电动机转速与电磁转矩的关系称为电动机的机械特性。曲线)s(fTmaxTmSNSOTSstTNT转矩特性曲线1在转矩特性曲线中，将s坐标轴换成n坐标轴，把T坐标轴平行右移到s=1（n=0）处，再按顺时针方向旋转90°，即可得到机械特性曲线。（2）机械特性曲线maxTmSNSOTSstT1NT曲线)s(fT（2）机械特性曲线maxTmSNSOTSstT1NTNnmTstTOnTNT0nbcad曲线)T(fn曲线)s(fT•理想空载与硬特性d点：0T)0s(0，n