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1、2008 1 11南京航空航天大学自动化学院1 第三篇第三篇第三篇第三篇 异步电动机异步电动机异步电动机异步电动机 交流电机可分为异步 感应 电机和同步电机两大类 交流电机可分为异步 感应 电机和同步电机两大类 异步电机 也叫感应电机 是一种交流旋转电机 异步电 机运行时 在气隙中的旋转磁场与转子绕组之间存在 异步电机 也叫感应电机 是一种交流旋转电机 异步电 机运行时 在气隙中的旋转磁场与转子绕组之间存在相对运 动 相对运 动 依靠电磁感应作用使转子绕组中产生感应电流 从而产生 感应电磁转矩 实现机电能量的转换 依靠电磁感应作用使转子绕组中产生感应电流 从而产生 感应电磁转矩 实现机电能量的
2、转换 由于转子的转速与旋转 磁场的转速之间总是存在差 异 所以称为异步电机 由于转子的转速与旋转 磁场的转速之间总是存在差 异 所以称为异步电机 2008 1 11南京航空航天大学自动化学院2 第七章 三相异步电动机工作原理第七章 三相异步电动机工作原理 第一节 异步电机基本知识第一节 异步电机基本知识 一 异步电动机基本原理一 异步电动机基本原理 1 三相异步电动机的工作原理1 三相异步电动机的工作原理 当定子三相对称绕组加上对称的三相交流电压后 定子三相绕组中便 有对称的三相电流流过 它们共同形成定子旋转磁场 当定子三相对称绕组加上对称的三相交流电压后 定子三相绕组中便 有对称的三相电流流
3、过 它们共同形成定子旋转磁场 磁力线将切割转子导体而感应出电动势 在 该电动势作用下 转子导体内便有电流通过 转 子导体内电流与旋转磁场相互作用 使转子导体 受到电磁力的作用 在该电磁力作用下 电动机 转子就转动起来 其转向与旋转磁场的方向相同 这时 如果在电机轴上加载机械负载 电动机便 拖动负载运转 输出机械功率 这就是异步电动 机工作原理 磁力线将切割转子导体而感应出电动势 在 该电动势作用下 转子导体内便有电流通过 转 子导体内电流与旋转磁场相互作用 使转子导体 受到电磁力的作用 在该电磁力作用下 电动机 转子就转动起来 其转向与旋转磁场的方向相同 这时 如果在电机轴上加载机械负载 电动
4、机便 拖动负载运转 输出机械功率 这就是异步电动 机工作原理 2008 1 11南京航空航天大学自动化学院3 2 异步电机的转差率2 异步电机的转差率 切割磁力线是产生转子感应电流和电磁转矩的必要条件 切割磁力线是产生转子感应电流和电磁转矩的必要条件 转子必须与旋转磁场保持一定的速度差 才可能切割磁力线 转子必须与旋转磁场保持一定的速度差 才可能切割磁力线 旋转磁场的转速用旋转磁场的转速用n1表示 称为同步转速 转子的实际转速用表示 称为同步转速 转子的实际转速用n 表示 转差 表示 转差 n n1 n 转差率转差率是异步电动机的一个基本变量 在分析异步电动机运行 时有着重要的地位 表达式如下
5、 是异步电动机的一个基本变量 在分析异步电动机运行 时有着重要的地位 表达式如下 1 1 100 nn s n 转差率 转差率 转子与旋转磁场之间必须要有相对运动才可以产生上述电磁感应过程 若 两者转速相同 转子与旋转磁场保持相对静止 没有电磁感应 转子电流及电 磁转矩均为零 转子失去旋转动力 因此 这类电动机的转子转速必定低于旋 转磁场的转速 同步转速 所以被称为异步电动机 转子与旋转磁场之间必须要有相对运动才可以产生上述电磁感应过程 若 两者转速相同 转子与旋转磁场保持相对静止 没有电磁感应 转子电流及电 磁转矩均为零 转子失去旋转动力 因此 这类电动机的转子转速必定低于旋 转磁场的转速
6、同步转速 所以被称为异步电动机 2008 1 11南京航空航天大学自动化学院4 二 异步电机的三种运行状态二 异步电机的三种运行状态 起动瞬间 起动瞬间 n 0 s 1 理想空载运行时 理想空载运行时 n n1 s 0 作为电动机运行时 作为电动机运行时 s 的范围在的范围在0 1之间 之间 转差率一般很小 如转差率一般很小 如 s 0 03 1 电动机运行状态 电动机运行状态 0 n n1 0 s 1 2 发电运行状态 发电运行状态 n 高于同步转速高于同步转速n1 s1 处于电磁制动状态 处于电磁制动状态 例例7 1 7 2较简单 不再用占课堂时间 较简单 不再用占课堂时间 2008 1
7、11南京航空航天大学自动化学院5 三相异步电动机主要由定子和转子两部分组成 静止部分称 为定子 转动部分称为转子 三相异步电动机的主要部件如 图所示 三相异步电动机主要由定子和转子两部分组成 静止部分称 为定子 转动部分称为转子 三相异步电动机的主要部件如 图所示 三 异步电动机结构简介三 异步电动机结构简介 2008 1 11南京航空航天大学自动化学院6 一 定子 一 定子 1 定子铁心 定子铁心 定子铁心是磁路的一部分 由薄硅钢片叠成 铁心内圆有均匀分布的槽口 用来嵌放定子绕圈 定子铁心是磁路的一部分 由薄硅钢片叠成 铁心内圆有均匀分布的槽口 用来嵌放定子绕圈 2008 1 11南京航空航
8、天大学自动化学院7 定子冲片定子冲片 2008 1 11南京航空航天大学自动化学院8 2 定子绕组 2 定子绕组 电磁线制而成 构成电路 电磁线制而成 构成电路 组成交流绕组的单元是线圈 组成交流绕组的单元是线圈 1 定子绕组分类 定子绕组分类 a 按相数分 单相 两相和三相绕组 按相数分 单相 两相和三相绕组 b 按槽中绕组数量分 单层 双层和单双层混和绕组 按槽中绕组数量分 单层 双层和单双层混和绕组 c 按绕组端部的形状分 同心式 交叉式和链式等 按绕组端部的形状分 同心式 交叉式和链式等 2008 1 11南京航空航天大学自动化学院9 2 定子绕组是电动机的电路部分 三相绕组对称 线圈
9、由 绝缘铜导线绕制 绕组的六个出线端都引至接线盒上 首端标为 定子绕组是电动机的电路部分 三相绕组对称 线圈由 绝缘铜导线绕制 绕组的六个出线端都引至接线盒上 首端标为 A B C 末端标为 末端标为X Y Z 排列如图 可接成三角形或星形 排列如图 可接成三角形或星形 a 三角形连接 三角形连接 b 星形连接 星形连接 2008 1 11南京航空航天大学自动化学院10 3 机座 机座 铸铁件 保护和固定定子绕组 外表有散热片起 散热作用 铸铁件 保护和固定定子绕组 外表有散热片起 散热作用 2008 1 11南京航空航天大学自动化学院11 二 转子 二 转子 1 转轴和转子铁心1 转轴和转子
10、铁心 转子铁心 由薄硅 钢片叠成 是磁路的一 部分 也用来安放转子 绕组 转子铁心 由薄硅 钢片叠成 是磁路的一 部分 也用来安放转子 绕组 2008 1 11南京航空航天大学自动化学院12 2 转子绕组 转子绕组 分绕线型与笼型两种 分绕线型与笼型两种 1 笼型转子绕组 1 笼型转子绕组 在转子铁心的每一个槽中插入一根铜 条 两端用一个端环把导条连接起来 如图 a 所示 也可把转 子导条和端环风扇叶片用铝液一次浇铸而成 称为铸铝转子 如图 b 所示 100kW以下的异步电动机一般采用铸铝转子 在转子铁心的每一个槽中插入一根铜 条 两端用一个端环把导条连接起来 如图 a 所示 也可把转 子导条
11、和端环风扇叶片用铝液一次浇铸而成 称为铸铝转子 如图 b 所示 100kW以下的异步电动机一般采用铸铝转子 a 铜条笼型转子 b 铸铝笼型转子 a 铜条笼型转子 b 铸铝笼型转子 2008 1 11南京航空航天大学自动化学院13 鼠笼型转子照片鼠笼型转子照片 2008 1 11南京航空航天大学自动化学院14 2 绕线型转子绕组 2 绕线型转子绕组 是三相绕组 一般接成星形 三相首端引出 到集电环上 通过电刷装置与外电路相连 可串入电阻以改善电动机的运行 性能 是三相绕组 一般接成星形 三相首端引出 到集电环上 通过电刷装置与外电路相连 可串入电阻以改善电动机的运行 性能 1 集电环 集电环 2
12、 电刷 电刷 3 变阻器变阻器 2008 1 11南京航空航天大学自动化学院15 四 异步电动机铭牌数据 额定值四 异步电动机铭牌数据 额定值 1 型号 型号 国产中小型三相电动机型号的系列为国产中小型三相电动机型号的系列为Y系列 是 以电机中心高度为依据编制规格系列 如 系列 是 以电机中心高度为依据编制规格系列 如 铭牌 用来表明型号 额定值 绕组联结方式 生产厂家等 铭牌 用来表明型号 额定值 绕组联结方式 生产厂家等 Y 200L2 6Y 200L2 6 异步电动机 中心高度 异步电动机 中心高度200mm 6极极 2号铁心 长机座 号铁心 长机座 M为中机座 为中机座 S为短机座 为
13、短机座 中心高度是指机 轴中心到底脚平 面的垂直距离 中心高度是指机 轴中心到底脚平 面的垂直距离 2008 1 11南京航空航天大学自动化学院16 2 额定值 2 额定值 正常运行时的主要数据指标 正常运行时的主要数据指标 额定电压额定电压UN V 额定运行时 规定加在定子绕组上的线电压 额定运行时 规定加在定子绕组上的线电压 额定电流额定电流IN A 额定运行时 规定加在定子绕组上的线电流 额定运行时 规定加在定子绕组上的线电流 额定功率额定功率PN kW 额定运行时 电动机的输出功率 额定运行时 电动机的输出功率 额定转速额定转速n r min 额定运行时 电动机的转子转速 额定运行时
14、电动机的转子转速 额定频率额定频率fN Hz 规定的电源频率 规定的电源频率 我国为我国为50Hz 额定效率 额定效率 效率是指电动机在额定状态下运行时输出的功率对定子输入功 率的比值 效率是指电动机在额定状态下运行时输出的功率对定子输入功 率的比值 额定功率因数 额定功率因数 功率因数是指电动机在额定运行状态下 定子电路的功率因数 异 步电动机空载运行时定子电路的功率因数很低 只有 功率因数是指电动机在额定运行状态下 定子电路的功率因数 异 步电动机空载运行时定子电路的功率因数很低 只有0 2 0 3 随着负载的增加 功率 因数也增加 在额定负载时一般为 随着负载的增加 功率 因数也增加 在
15、额定负载时一般为0 7 0 9 因此要避免空载运行 因此要避免空载运行 上述各额定值间有如下关系 上述各额定值间有如下关系 3cos3cos NNphNphNN PUIUI 2008 1 11南京航空航天大学自动化学院17 3 铭牌上其他重要数据3 铭牌上其他重要数据 绝缘等级 绝缘等级 绝缘等级是指三相电动机所采用的绝缘材料的耐热 能力 它表明三相电动机允许的最高工作温度 绝缘等级是指三相电动机所采用的绝缘材料的耐热 能力 它表明三相电动机允许的最高工作温度 定子绕组接法 定子绕组接法 可接成星形 可接成星形 Y 和三角形 和三角形 D 两种 定子 绕组的连接只能按规定方法连接 不能任意改变
16、接法 否则 会损坏三相电动机 两种 定子 绕组的连接只能按规定方法连接 不能任意改变接法 否则 会损坏三相电动机 工作方式 工作方式 允许连续使用的时间 分为连续 短时 周期断 续三种 允许连续使用的时间 分为连续 短时 周期断 续三种 防护等级 防护等级 外壳的防护等级 外壳的防护等级 IP是防护等级标志符号 数字 分别表示电机防固体和防水能力 如 是防护等级标志符号 数字 分别表示电机防固体和防水能力 如IP44中第一位数字中第一位数字 4 表 示电机能防止直径或厚度大于 表 示电机能防止直径或厚度大于1毫米的固体进入电机内壳 第 二位数字 毫米的固体进入电机内壳 第 二位数字 4 表示能承受任何方向的溅水 表示能承受任何方向的溅水 2008 1 11南京航空航天大学自动化学院18 第二节 三相异步电动机磁场及感应电动势第二节 三相异步电动机磁场及感应电动势 本节以绕线型异步电机为例讲解 本节以绕线型异步电机为例讲解 一 空载运行时的磁动势和磁场一 空载运行时的磁动势和磁场 空载运行是指转子轴不带负载的运行 空载运行是指转子轴不带负载的运行 定子绕组接通电源 产生以同步转速定子绕组
