电机及拖动基础 第04章

第四章异步电机（一）—三相异步电动机的基本原理一、三相异步电动机的工作原理与运行状态1.旋转磁场的产生在对称的三相交流绕组中通入三相对称交流电流时，将产生旋转磁场。设三相对称绕组中通过的电流瞬时表达式为4.1三相异步电动机的工作原理及结构)240cos()120cos(cos00tIitIitIimCmBmA1)2)AXBYCZABCNSmCBmAIiiIitt21,0,00mCAmBIiiIitTt21,120,30AXBYCZABCNS3)4)AXBYCZABCNSmBAmCIiiIitTt21,240,320mCBmAIiiIitTt21,360,0AXBYCZABCNS当三相对称交流电流随时间交变时，将在电机内部产生一个旋转磁场；当三相电流随时间变化一个周期T，旋转磁场在电机内部空间相对应转过3600；当电流的频率为时，则电流相对应变化了个周期，则旋转磁场的每秒转速为磁场的旋转方向从A—B—C轴旋转，即由电流的超前相轴线转向滞后相轴线。1fmin)/(60)r/s(11rffns1f当三相绕组的极数为时，旋转磁场的转速为旋转磁场的转速称为同步转速。2.三相异步电动机的工作原理当异步电动机的定子三相对称绕组外加三相对称电压时，在绕组中通过三相对称电流，在定、转子之间的气隙中产生恒定转速的旋转磁场；该旋转磁场切割转子绕组导体p2min)/(601rpfns在转子导体中产生感应电动势和电流；导体中的电流与旋转磁场相互作用，产生与旋转磁场相同方向的电磁转矩，拖动负载机械工作。NSsnTn3.三相异步电动机的转速与运行状态转差率：同步转速与转子的转速差，表示为同步转速的百分值，即当时，为电动机运行状态；当时，为发电机运行状态；当时，为电磁制动运行状态。10s%100ssnnns0s1s二、三相异步电动机的结构1.定子部分定子铁心：由冲有定子槽的0.35mm厚硅钢片叠装组成。作为异步电动机的主磁路的一部分。定子绕组：由许多线圈按照一定规律连接的三相对称交流绕组。作为电动机的电路部分。机座：由铸铁做成。作为机械支撑和固定作用。端盖及轴承。对绕线式，还有电刷装置等。2.转子部分转子铁心：由冲有槽的硅钢片叠装组成，作为主磁路的一部分。转子绕组：有笼型绕组和绕线型绕组两种形式。4.2三相异步电动机的铭牌数据(额定值)1.三相异步电动机的额定值额定功率：指在额定运行时电动机转轴上输出的机械功率，单位为。额定电压：指在额定运行时，规定加在定子绕组出线端上的线电压，单位为。额定电流：指在额定运行时，定子绕组中的线电流，单位为。额定转速：指在额定运行时转子的转速，单位为kWVNPANUNINnr/min额定频率：特指电源的频率，标准工频为。绕组接线方式：指额定运行时定子三相绕组的接线方式，通常为星形连接或三角形连接。绝缘等级及允许温升：绝缘等级是表示绝缘材料最高允许温度的等级，分为A、E、B、F、H五个等级。例如E级绝缘常用的材料有高强度漆包线的绝缘漆、环氧树脂、聚脂薄膜等，最高允许温度为。Z50HC1200Nf允许温升：是表示绝缘材料最高允许温度与标准环境温度之差。额定功率与额定电压、额定电流的关系额定功率：（额定运行时的输出功率）额定输入功率NNNNNIUPcos3C400NNNNIUPcos312.三相异步电动机的型号三相异步电动机型号通常由四个部分组成：例如：型号为Y180L—6表示异步电动机，机座中心高为180mm，长铁心，6极电动机。产品名称代号机座中心高铁心长度极数4.3三相异步电动机的定子绕组异步电动机定子绕组的种类按相数分为：单相、两相和三相；按定子槽内线圈边层数分为：单层绕组、双层绕组和单双层混合绕组；按绕组端接部分形状分为：叠绕组、波绕组、同心式绕组、交叉式绕组和链式绕组。构成三相定子绕组的原则均匀对称原则一、交流绕组的基本技术术语（参数）1.电角度与机械角度在电机中，一对N、S磁极对应一个完整的磁场周期，从电磁角度来看，一个周期即为，称一对磁极对应电机圆周空间的角度为电角度。电角度=机械角度2.线圈（绕组元件）3.极距：指沿定子内圆周一个磁极所占0360p0360的圆弧区域。可以用弧长、槽数或电角度表示。分别为：或4.节距：一个线圈的两个边所跨定子圆周上的距离。一般用槽数计算。)cm(2pπDτ1y电角度）(1800（槽）pQτ215.槽距角：相邻两个槽之间的电角度称为槽距角。6.每极每相槽数：每个磁极下每相绕组所占的槽数称为每极每相槽数。7.相带：一相绕组在一个极下所占的电角度宽度。每个相带为060电角度）(36010Qp（槽）pmQq21二、三相单层绕组1.三相单层叠绕组例1：一台三相异步电动机的定子槽数为24，要求构成2极单层叠绕组。1）计算绕组的技术参数计算极距计算槽距角及每极每相槽数槽距角（槽）1222421pQτ001015243601360Qp每极每相槽数：相带为：选取线圈节距：选取原则为接近极距2）划分相带（槽）121y电角度）(6015400q（槽）43122421pmQq各相的相带及槽号3）绕组展开图AXYZBC1234567891011121314151617181920212223241234568791011121314151718191620212223242极24槽叠绕组展开图123456789102123ττ111213141516171819202224A2极24槽叠绕组展开图123456789102123ττ111213141516171819202224AX2极24槽叠绕组展开图123456789102123ττ111213141516171819202224AXBY5C2极24槽叠绕组展开图例2：一台三相异步电动机的定子槽数为24，要求构成4极单层叠绕组。1）计算绕组的技术参数计算极距计算槽距角及每极每相槽数槽距角（槽）642421pQτ001030243602360Qp每极每相槽数：相带为：选取线圈节距：选取原则为接近极距2）划分相带（槽）61y电角度）(6030200q（槽）23222421pmQq各相的相带及槽号3）绕组展开图123456879101112131415171819162021222324AXYZBC1,23,45,67,89,1011,1213,1415,1617,1819,2021,2223,244极24槽叠绕组展开图123456789102123ττ111213141516171819202224AX1ττ4极24槽叠绕组展开图123456789102123ττ111213141516171819202224AXBY1ττ4极24槽叠绕组展开图123456789102123ττ111213141516171819202224AXBY1CττZ2.三相单层同心式绕组例3：一台三相异步电动机的定子槽数为24，要求构成4极单层同心式绕组。1）计算绕组的技术参数计算极距计算槽距角及每极每相槽数槽距角（槽）642421pQτ001030243602360Qp每极每相槽数：相带为：选取线圈节距：选取原则为接近极距2）划分相带7511yy或（槽）电角度）(6030200q（槽）23222421pmQq各相的相带及槽号3）绕组展开图AXYZBC1,23,45,67,89,1011,1213,1415,1617,1819,2021,2223,244极24槽同心式绕组展开图123456789102123ττ111213141516171819202224AX1ττ4极24槽同心式绕组展开图123456789102123ττ111213141516171819202224AXBY1CττZ3.三相单层链式绕组例3：一台三相异步电动机的定子槽数为24，要求构成4极单层链式绕组。1）计算绕组的技术参数计算极距计算槽距角及每极每相槽数槽距角（槽）642421pQτ001030243602360Qp每极每相槽数：相带为：选取线圈节距：选取原则为接近极距（槽）51y电角度）(6030200q（槽）23222421pmQq4极24槽链式绕组展开图123456789102123ττ111213141516171819202224AX1ττ4极24槽链式绕组展开图123456789102123ττ111213141516171819202224AXBY1ττ4极24槽链式绕组展开图123456789102123ττ111213141516171819202224AXBY1CττZ4.总结：三相单层交流绕组的相绕组是由线圈组组成，每相的线圈组数为极对数，每个线圈组中线圈的个数为每极每相槽数。即这些线圈组可以串联，也可以并联。mQqpqp21每相的线圈总个数，每个线圈组中线圈个数，每相线圈组数pamax路数每相绕组的最大并联支三相单层交流绕组线圈的节距虽然可以是短距或长距，但从电磁观点来看，单层交流绕组属于整距绕组。每相线圈的所有边均在该相所属的槽内。构成三相交流绕组的步骤为：计算绕组技术参数；划分相带；组成线圈组，按极性对电流方向的要求和绕组并联支路数的要求，构成一相绕组。三、三相双层绕组1.三相双层叠绕组例1：一台三相异步电动机的定子槽数为36，要求构成4极双层叠绕组。1）计算绕组的技术参数计算极距计算槽距角及每极每相槽数槽距角（槽）943621pQτ001020363602360Qp每极每相槽数：相带为：选取线圈节距：2）划分相带（槽）981y电角度）(6020300q（槽）33223621pmQq各相的相带及槽号3）绕组展开图AXYZBC1,2,34,5,67,8,910,11,1213,14,1516,17,1819,20,2122,23,2425,26,2728,29,3031,32,3334,35,364极36槽双层短距叠绕组展开图123456789102123ττ111213141516171819202224ττ2526272829303132333435364极36槽双层短距叠绕组展开图123456789102123ττ111213141516171819202224ττ2526272829303132333435364极36槽双层叠绕组展开图123456789102123ττ111213141516171819202224ττ2526272829303132333435364极36槽双层叠绕组展开图（A相绕组两路并联a=2）123456789102123ττ111213141516171819202224ττ252627282930313233343536AX4极36槽双层叠绕组展开图（B相绕组的起始线圈组）123456789102123ττ111213141516171819202224ττ252627282930313233343536AXB4极36槽双层叠绕组A相电路图4极36槽双层短距叠绕组圆形接线图2.总结：三相双层交流绕组构成规律：将每个极距范围内属于同一相的线圈依次串联组成一个线圈组。这些线圈组可以串联，也可以并联。mQqpqp12每相的线圈总个数，每个线圈组中线圈个数，每相线圈组数pa2max路数每相绕组的最大并联支三相双层交流绕组的总线圈数等于槽数；而三相单层交流绕组的总线圈数等于槽数的一半。三相双层交流绕组可以是短距或整距绕组。对于整距绕组，每相线圈的所有边均在该相所属的槽内；而对于短距绕组，一相线圈的个别下层边在其它相所属的槽内。4.4三相异步电动机的定子磁动势及