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1、9.2三相异步电动机的转动原理,9.3三相异步电动机的电路分析,9.4三相异步电动机的转矩特性,9.5三相异步电动机的铭牌数据,9.1三相异步电动机的组成结构,第9章 电动机,电机的分类,按运行方式分：旋转电机、直线电机,按功能分：发电机、电动机,按电流类型分：直流电机、交流电机,按运行速度分：异步电机（感应电机）、同步电机,按转子类型分：绕线式异步电机、鼠笼式异步电机,电动机原理：通电导线在磁场中受力(安培力定理)。,发电机原理：导线切割磁力线产生感应电动势(电磁感应定律)。,9. 1三相异步电动机的构造,1.定子,U1 -U2V1 -V2 W1- W2,由内周有槽的硅钢片叠成。,铸钢或铸铁
2、,定子绕组通以三相电流，产生旋转磁场。,2.转子,旋转磁场与转子电流或感应涡流作用，产生电磁力和电磁转矩。,(1) 绕线式转子,转子绕组分为三相，通过滑环由外电源引入电流。,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。,(2) 鼠笼式转子,通过电磁感应产生涡流。,9. 2三相异步电动机的转动原理,电动机原理：通电导线在磁场中受力。,三相定子绕组通交流电产生旋转磁场；,鼠笼式转子通过转差率效应产生感应涡流。,三相异步电动机的工作条件：,旋转磁场,转子电
3、流（涡流）,+,旋转磁场的产生,U1,V2,W1,V1,W2,异步机中，铁心、绕组固定，变化的是绕组中的电流。,U2,合成磁场方向向下，形成一对NS磁极。,当 时：,N,N,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,旋转方向：取决于三相电流的相序。,改变电机的旋转方向：换接其中两相。,旋转磁场的旋转方向,旋转磁场的转速大小,一对NS磁极，在一个电流周期，旋转磁场在空间转过360，即一周，说明旋转磁场转速与电流变化速度相同，则同步转速（即旋转磁场的速度）为：,工频：,同步转速,磁极对数（P）的概念,当三相定子绕组按图示排列，相邻两相空间位置差为1
4、20 。,三相异步电动机的极数就是指旋转磁场的磁极对数。极数由三相绕组空间布局和连接方式决定。,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。,极对数（P）的改变,极对数,磁极对数不同，合成磁场不同，磁场转速不同。,合成NS磁极有2对,磁极对数 p=2时的磁场转速（同步转速）：,电流角经历了60 ，磁场在空间仅旋转了30，说明磁场转速是交变电流速度的一半。,旋转磁场转速n0与极对数 p 的关系,电动机的转动原理,U1,U2,V2,W1,V1,W2,定子三相绕组通入三相交流电,感应电动势 E20,电磁力F,转速差,由前面分析可知，电动机转子转动方向与磁场旋转的
5、方向一致，但转子转速 n 不可能达到与旋转磁场的转速 n0 相等，不同速，即,如果:,因此，转子转速与旋转磁场转速间必须要有差别。,转差率 s,旋转磁场的转速n0（同步转速）和电动机转子转速n之差与旋转磁场的转速之比称为转差率。,电机空载运行时，转子转速接近同步转速，n n0，s0,一般情况下，转差率,转差率表征电机运行情况：,例1：一台三相异步电动机，其额定转速 n=720r/min，电源频率 f1=50 Hz。试问该电机是几极的？额定转差率为多少？,解：,由于电动机的额定转速应接近于其同步转速，所以可知：n0=750 r/min , 即,p=4,额定转差率为,9. 3 三相异步电动机的电路
6、分析,三相异步电动机的电磁关系与变压器类似，都是基于电磁感应定律，一般采用磁路进行分析。,定子绕组相当于变压器一次侧绕组，转子绕组相当于二次绕组。,(1) 定子电路,1.旋转磁场的磁通,定子绕组通入交流电流，产生耦合主磁通和感应电动势。,每极磁通,由KVL得,旋转磁场与定子导体间的相对速度为 n0 ，所以,2.定子感应电势的频率 f1,感应电势的频率与磁场和导体间的相对速度有关,定子感应电动势的频率等于电源的频率.,(2) 转子电路,A. 转子感应电势频率 f 2,转子导体感应电动势的频率取决于旋转磁场同转子的相对速度和磁极对数。, 转子感应电势频率 f 2 定子感应电势频率 f 1,鼠笼型转
7、子，可以看作绕组，等效为电阻和电感的串联。,B. 转子感应电动势E 2,E2 4.44 f 2N2 = 4.44 s f 1N2,电机刚启动时， n = 0(s =1)， f 2最高，可知 E2 最大，有,E20= 4.44 f 1N2,转子启动时的感应电势,则： E2= s E20,转子转动时的感应电势,C. 转子感抗X 2,电机刚启动n = 0(s =1)时，f 2最高，且 X2 最大，有,X20= 2 f1L2,则：X2= sX20,类似与定子感应电动势的分析，转子感应电动势为,D. 转子感应电流 I2,E. 转子电路的功率因数 cos2,转子绕组的感应电流,转子电路的功率因数,结论：转
8、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。,9. 4 三相异步电动机转矩与机械特性,1 电磁转矩,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。,constant常数，与电机结构有关,转子电路的功率因数,转子电流,旋转磁场每极磁通,由此得电磁转矩公式,由公式可知,电磁转矩公式,1. T 与定子每相绕组电压 成正比。U 1 T ,2. 当电源电压 U1 一定时，T 是 s 的函数。,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。,2 机械特性曲线,根据转矩公式,电源电压U1、转子阻抗R2、X20一定
9、，转矩与转差率关系：,（牛顿米）,三个重要转矩,额定功率：,如果 （TL是负载转矩）电机将会因带不动负载而“堵转”。,n0,T,n,求解,过载系数：,三相异步机,允许过载，但不可长时间过载。,电机严重过热，可能烧毁。,n0,T,n,起动能力,1.0 2.2,(4). 电动机的运行分析,电动机的电磁转矩可以随负载的变化而自动调整，这种能力称为自适应负载能力。,自适应负载能力是电动机区别于其它动力机械的重要特点（如：柴油机当负载增加时，必须由操作者加大油门，才能带动新的负载） 。,此过程中， n 、sE2 , I2 I1 电源提供的功率自动增加。,T2,s,T2 T,T =T2,n ,T ,达到新
10、的平衡,电动机运行时，负载（转矩）常会变化,三相异步电动机,电机厂,9.5三相异步电动机的铭牌数据,例如： Y 132 M4,三相异步电动机的接线方法（接法）,定子三相绕组的连接方法。,Y 连接, 连接,接线盒,额定电压：定子绕组在指定接法下应加的线电压.,例：380/220 Y/是指：线电压为380V时采用 Y 接法； 当线电压为220V时采用 接法。,额定电流：定子绕组在指定接法下的线电流。,如：,表示三角接法下，电机的线电流为11.2A，相电流为6.48A；星形接法时线、相电流均为6.48A。,额定功率： 额定功率指电机在额定运行时转轴上输出的功率（ ），不等于从电源吸收的功率（ ）。,UN 和 IN 为电机额定线电压和线电流,输入功率：,效率：,输出功率：,额定负载时一般为0.7 0.9 ， 空载时功率因数很低约为0.2 0.3。,实用中，应选择合适容量的电机，防止“大马” 拉“小车”的现象。,功率因数(cos1)：,P2,PN,cos 1,电动机为电感性负载，定子电流与电压存在相位差角。,电源,例：已知Y225M-2型三相异步电动机的有关技术数据如下：,起动能力为2.0， 过载系数=2.2，求该电动机的额定转差率、额定转矩、起动转矩、最大转矩和额定输入电功率。,解：由型号知该电动机是两极的（参见P237），其同步转速为n 0=3000r/min，所以额定转差率为,
