三相异步电动机的结构与工作原理

课题三交流电机的应用异步电机同步电机异步发电机异步电动机三相异步电动机三相异步电动机具有结构简单、制造方便、价格低廉、运行可靠等一系列优点；还具有较高的运行效率和较好的工作特性，能满足各行各业大多数生产机械的传动要求。异步电动机还便于派生成各种专用、特殊要求的形式，以适应不同生产条件的需要。任务1认识三相异步电动机交流旋转电机转子转速与磁场转速相等转子转速与磁场转速不相等单相异步电动机用于家用电器和医疗仪器中用于风力发电机等特殊场合在各种电动机中应用最广、需要量最大。工业生产、农业机械化、交通运输、国防工业等电力拖动装置中，有90%采用三相异步电动机。一、三相异步电动机的特点和用途洗衣机电机吸油烟机电机Z3050钻床三相异步电动机异步电动机的应用举例单相异步电动机三相笼型异步电动机的部件图1.定子定子铁心：由内周有槽的硅钢片叠成。U1----U2V1----V2W1----W2定子绕组机座：铸钢或铸铁首端1末端2三相异步电动机的结构的不同分为笼型和绕线型异步电动机两大类。二、三相异步电动机的结构绝缘铜线或铝线绕制；嵌放在定子槽中三相定子绕组可连接成星形或三角形若各相绕组的额定电压是220V定子绕组必须接成星形各相绕组的额定电压是380V定子绕组必须接成三角形一般电源电压380V转子:在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电流。2.转子鼠笼转子转子铁心：由外周有槽的硅钢片叠成。(1)鼠笼式转子铁芯槽内放铜条，端部用短路环形成一体。或铸铝形成转子绕组。同定子绕组一样，也分为三相，并且接成星形。(2)绕线式转子鼠笼式转子绕线型异步电动机的结构绕线式转子(a)绕线式转子的结构绕线式转子的特点是可以通过滑环和电刷在转轴上的三个铜环上，通过一组电刷把转子绕组从三个接线端引出来并与外电路相连接。鼠笼式电动机与绕线式电动机的的比较：鼠笼式：结构简单、价格低廉、工作可靠；不能人为改变电动机的机械特性。绕线式：结构复杂、价格较贵、维护工作量大；转子外加电阻可人为改变电动机的机械特性。三相异步电动机的定子铁心中放入三相定子绕组。接入三相对称电源。定子绕组U1U2V1V2W1W2U1V1W1iuiviw定子绕组Y接t02iuiwivitIisinmu)120sin(OmvtIi)120sin(OmwtIi()电流入(•)电流出规定i:“+”首端流入，尾端流出。i:“–”尾端流入，首端流出。1.旋转磁场的产生五、三相异步电动机的工作原理U1V1V2W1W2U2++t=120°t=60°t=0°U1V1V2W1W2U2++U1V1V2W1W2U2+NS+U1V1W1iuiviwU1V1W1iuiviwU1V1W1iuiviwt=0°iu=0iv为负值iw为正值U1V1V2W1W2U2++U1V1V2W1W2U2++t=0°360°240°120°t=120°t=240°t=360°U1V1V2W1W2U2++U1V1V2W1W2U2++NSNSt02iuiwivi120240NSNS分析可知：三相电流产生的合成磁场是一旋转的磁场即：一个电流周期，旋转磁场在空间转过360°空间相差120º角的三相绕组，通入对称三相电流时，产生的是一对磁极的旋转磁场，磁场的旋转方向与绕组中电流的相序一致。如果改变流入三相绕组的电流相序,就能改变旋转磁场的旋转方向，三相异步电动机的旋转方向也就跟着改变。U1V1V2W1W2U2++NS如果电流的相序为U-V-W-U则旋转磁场为顺时针方向。n0U1V1V2W1W2U2++U1V1V2W1W2U2++U1V1V2W1W2U2++NS2.旋转磁场的旋转方向t0iuiwivit=0°360°240°120°U1V1W1iuiwivU1V1V2W1W2U2++t=120°U1V1V2W1W2U2++U1V1V2W1W2U2++NSt=0°t=240°绕组中电流的相序为U-W-V-U，磁场逆时针旋转。把三相异步电动机的三根线任意调换两根与电源相接，电动机旋转方向反向。t=360°方法：将电源任意两相互换相接(改变相序)，就可实现反转。三相异步电动机的正、反转正转反转UVWM3~电源UVWM3~电源UUVVWWNSNSNSNS1U1V1W2U2V2W1U1V1W2U2V2W2.接法电动机三相定子绕组的接线方法。1U1V1W2U2V2W1U1V2U2V2W1W接线盒接线盒接Y接0t3.旋转磁场的极对数P当三相定子绕组按图示排列时，产生一对磁极的旋转磁场，即：1pCiBiAioimItBiUU’VV’WW’AiCiUU’V’WVW’NS若定子每相绕组由两个线圈串联，绕组的始端之间互差60°，将形成两对磁极的旋转磁场。2'U1'UU1U2V1V21'V2'VW1W21'W2'WNSSNW1'V2'U1V1W1U2V2W2U1'U2'V1'W2'AiBiCi极对数2p旋转磁场的磁极对数与三相绕组的排列有关BiCiAiimIt04.旋转磁场的转速分）转/(6010fn工频：Hz501f分）转/(30000n旋转磁场的转速取决于磁场的极对数p=1时0mICiBiAitiomIUU’V‘WVW’NSUU’V‘WVW’NSUU’V’WVW’NSp=2时BiCiAiitmI0分）转/(150026010fn0n60t0n2'U1'UU1U2V1V21'V2'VW1W21'W2'W00tNSSN2'U1'UU1U2V1V21'V2'VW1W21'W2'WNSSN30旋转磁场转速n0与极对数p的关系)/(6010分转pfn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)f(Hz5013p120分）转/(00014p分）转/(75090旋转磁场转速n0与频率f1和极对数p有关。可见:电动机的转动原理1.转动原理UU’V’WVW’定子三相绕组通入三相交流电分）转/(6010pfn方向:顺时针切割转子导体Blv右手定则感应电动势E20旋转磁场感应电流I2旋转磁场Bli左手定则电磁力FF电磁转矩TnvF0nNSU1U2V1V2W1W2++SN•+ff转子转速n旋转的磁场可以带动转子同方向旋转异步电动机原理图•••+++转子定子磁场转速n0n三相异步电动机转子在旋转磁场的作用下转动起来，其转向与旋转磁场的转向相同。磁场转速n0转子感应电动势(电流)5、三相异步电动机的工作原理（1）“异步”转动原理•异步电动机的定子和转子之间能量的传递是依靠电磁感应实现的，故有称感应电动机。（2）转子的转速和转差率转子的转速•转子转速n2是否会与旋转磁场的转速n1相同呢?•回答是不可能的。因为一旦转子转速和旋转磁场的转速相同，二者便无相对运动，转子也就不可能产生感应电动势和电流，也就没有电磁转矩了。只有当两者转速有差异时，才能产生电磁转矩了。转差率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。由前面分析可知，电动机转子转动方向与磁场旋转的方向一致，但转子转速n不可能达到与旋转磁场的转速相等，即12nn异步电动机如果:21nn无转子电动势和转子电流转子与旋转磁场间没有相对运动，磁通不切割转子导条无转矩因此，转子转速与旋转磁场转速间必须要有差别。异步电动机运行中:10s转差率s例1：一台三相异步电动机，其额定转速n=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：n1=1000r/min,即p=3额定转差率为0.02510009751000121nnnsnnnnns1211n1旋转磁场转速，单位为r／minn2转子转速，单位为r／min∆n为同步转速与转子转速之差，单位为r/min例2一台额定转速为1450r/min的三相异步电动机，求：额定转差率。解：因为sN=0.01~0.06，所以该电动机为4极电机，旋转磁场转速为1500r/min。033.01500145015001N1Nnnns转差率s•是分析异步电动机运行情况的一个重要参数。•在电动机起动时，转子转速n2＝0，s=1，转差率最大。随着n2的逐步上升，s将不断下降。•在额定情况下，S＝0.02～0.06，n2=（0.94～0.98）n1，与同步转速n1十分接近。•若n2=n1，s＝0为理想空载情况，所对应的转速称为理想空载转速。（但并不存在）