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1、第四章 三相感应电动机 中国石油大学（华东）信控学院 赵仁德 感应 (异步 (两种，是对这种电机从不同角度的称谓，都是指同一种电机。 构简单、制造方便、价格低廉和运行可靠且效率高。是工农业生产最重要的一种电机。 3在全控电力电子器件还没有达到实用以前，异步电机在电机拖动领域中的角色是“苦力工”，环境恶劣 、负载恶劣、调速要求不高的场合。以前提起异步电机，说起缺点总要加上句：调速和起动性能差。实际上这是不公正的。并不是它没有这方面的潜力，而是外界条件不能让它发挥这个潜力，“怀才不遇”。 微控制器和电力电子器件的发展与电机理论的完善使得异步电机的潜能得到了发挥。丑小鸭变成了白天鹅。 可见，电机的应
2、用不仅仅是电机的问题，但学好电机基本原理是 应用好电机的基础。本章中，有两个重点，一是空间中三相对称 绕组通入时间上对称三相交流电流，为何会在空间中产生随时间 的变化且旋转的磁场，以及时空矢量图（这是学习交流调速的 基础）；二是等效电路及运行分析。 4本原理与结构 一、基本工作原理 磁极旋转，分析线圈受力情况，线圈跟着磁极旋转。 线圈会不会与磁极以相同的速度旋转？ 此时导线不切割磁力线，没有电流，也没有电磁转矩产生。如果一点摩擦没有，可能。如果要带负载，线圈与磁场转速不同。 磁场与转子的转速不是同步的，所以称这种电机为异步电动机。 转差率 S 设磁场的转速为 场的转速又称为同步速，转子绕组的转
3、速为 n，则转差率 S=（ ，反映转速的大小。转速为 0时转差率为？转速为同步速时，转差率为？电机的额定转差率为5%以下。 转子：既然不能与磁场同步，那么与磁场的相对位置时刻处于变 化之中，产生的电磁转矩不均匀。 旋转磁场的产生：肯定不是外力拖着 永磁或直流励磁的磁极旋转，那这个 旋转的磁极是怎么产生的？ 磁路：为减少励磁电流及励磁损耗，应采用高导磁材料构建磁路 转子绕组改进 像不像笼子？ 笼型异步电机或鼠笼型异步电机，占异步电机的绝大多数 空间中静止的三相对称绕组（绕组匝数、节距、导线的粗细等完 全一致，且在空间中互差 120度电角度），通三相对称电流，则 会产生旋转的磁场。 B 120 )
4、c 120 ) t0t 60t 120t 180t 240t 300t A A i N I12B B i 12C C i 合成磁场动势的大小、转速和转向由什么决定？ 磁动势的大小取决于线圈的匝数和电流的大小。 转向取决于三相绕组所通电流的相序，转速决定于电流的频率， 电角频率决定了旋转磁场的角速度，时间的量变成了空间的量。 变频调速原理即通过改变电机三相绕组的电流的频率，来控制旋 转磁场的转速从而使转子转速也发生变化。 在空间上，有两对磁极，从电磁的观点上看，认为 N S 60，即整个电机的圆周有 720，由此得到的角度即为电角度，即机械角度乘以极对数，同样电角速度即为机械角速度乘以极对数。旋
5、转磁场的空间的电角速度与电流的时间的角频率相等。 两极电机，其磁场的转速也就是同步速与电流频率之间的关系为 0f。磁场转过的机械角度与电流所变化的电角度相等。磁场旋转的角速度 与电流变化的角频率 相等。 如果是四极电机呢？电流变化一个周期，也就是 t=360，磁极在空间上转过多少角度？（观察 电流变化一周，只有一对主磁极走过。由 N S N，变化一对磁极，此时主磁极走了两个极距，但四个极距才是一个圆周，所以磁极的机械角速度和机械角度也变为电流角频率和所变化角度的1/2。 对于 场机械转速即同步速为 0f/p。极数越多 的电机，同步速越慢，转速也越慢。 例 4020r/额定转差率及极对数。 %是
6、个隐含条件。 二、分类 (1)定子供电电源相数：单相、两相、三相。 (2)转子绕组结构：绕线式与笼型。笼型又分单笼、双笼及深槽式。笼型感应电机的结构简单，制造容易、成本低、运行可靠，被广泛应用。 三、结构 与直流电机一样，感应电机也分为三个主要部分：定子、转子和 气隙。 定子铁芯 :是电机磁路的一部分，定子铁芯内圆上均匀开有槽，安放定子绕组。定子铁芯用 定子的主要部件：定子铁芯、定子绕组、机座和端盖。与直流电 机相比较，有何不同？ 励磁绕组、主磁极铁芯、换向极绕组及铁芯、电刷 为什么？ 定子铁芯 中的磁通 交变，为 减少铁损 定子绕组 :是电机电路部分，它由三个在空间相差 120 电角度、结构
7、相同的绕组连接而成，按一定规律嵌放在定子槽中。定子绕组的作用是建立磁场，实现机电能量转换。 机座 :是用作固定与支撑定子铁芯。通常采用铸铁机座或钢板 焊接机座。 直流电机的机座除了这些作用外，还有什么作用？ 主磁路的一部分，磁的通路。 转子的主要部件：转子铁芯、转子绕组、转轴。与直流电机相比较，有何不同？ 换向器 转子铁芯：一般用 也是磁路的一部分。 转子绕组：是用作产生感应电势、并产生电磁转矩，它分鼠笼式和绕线式两种。 提刷装置 气隙：中、小容量的电动机气隙一般在 隙的大小对感应电机的运行性能 影响极大 。 过大，从电网吸收的励磁电流太大，使电机的功率因数变差。为什么？ 过小，装配困难，运行
8、不可靠，附加损耗增加，起动性能变差。 正常运行时，电机端电压 不变，主磁路的磁通不变， 磁阻增大，励磁电流增大。 四、额定值 (1)PN定功率，额定工况下，轴上输出的机械功率 (2)额定电压 ，额定工况下，加在定子出线端的线电压。 (3)额定电流 ，在额定电压额定频率下，轴上输出额定功率时，定子绕组中流过的线电流。 (4)额定频率 z，我国为 505)额定转速 nNr/额定电压额定频率，轴上输出额定功率时的转子转速。 N N N I 另外，对于直流电机来说，有 对于三相异步电机来说，有： 3 c o N N I 9 1 N c o s 0 . 8 8N 例 40580V， 70r/子三角形接法
9、。求额定转差率、额定电 流及额定相电流。 4流电机的电枢绕组 1 分类：按相数分，单相、两相和三相； 按槽内层数分，单层、双层及单双层混合，双层可以 分为迭、波，单层可分单迭式、同心式、链式和交叉式； 按每极每相槽数又可分为整数槽绕组和分数槽绕组。 一、概述 2术语介绍（ 相带：每个极距内属于同一相的槽在电枢圆周上所连续占有的区域称为相带，对于三相绕组，一个极距内可以等分成三个区域。这样每个极下每相绕组所连续占有的空间用电角度来表示为 60度，称为 60度相带。三相感应电动机，一般都采用 60度相带。 集中绕组：每相只有一个绕组。不足：不能优化磁动势和感应电动势波形。 分布绕组：每一相由多个绕
10、组构成，其有效边分别放在相邻的槽内。 3对交流绕组的基本要求 （ 1）每个极距内的槽数要相等，各相的每极每相槽数要相等。 （ 2）绕组按一定的联接方式，形成规定的磁极数。书中图 4-4(b) 有误。 1A 1 X 5）在一定的导体数下，建立的磁场最强而且感应电动势最 大，线圈的节距应尽可能接近于极距。三相绕组尽可能采用 60 度相带。 （ 3） 仅仅绕组本身的参数如 N、 径及在圆周上的分布情况相同；而且要求它们的轴线在电枢圆周上互差 360/于三相绕组而言，就是互差 120度电角度。机械角度互差 120/ （ 4）采用短距和分布绕组。以产生正弦分布的空间旋转磁场和 随时间正弦交变的感应电动势
11、。 （ 6）用铜少、下线方便；强度高（机械、绝缘、热） 二、三相单层绕组 单层绕组在每一个槽内只安放一个线圈边，三相绕组的总线圈数 等于槽数的一半。 4， 2p=4， 单层绕组 1计算绕组数据 1 24 624 1122 zq 2划分相带 划分相带的目的是给每个槽划分相属，即用来确定嵌放哪一相的 绕组。将定子内圆展开，每个槽按顺序编号。根据 相属。 铁芯在上面，绕组在下面，展开。 1N 1S 1 N 2 S 22 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 2 0 2 1 2 2 2 3 2 43放 一个极下的相邻的 联形成一个线
12、圈组。得到 2 1A 1X 2否并联？ 不能并联，尽管每个线圈的感应电动势幅值相同，但有相位差 并联相当于把两个有相位差的电压源并联，会有很大的环流。 如何将两线圈组联接？ 磁场的转向 导体切割磁力的方向 11两种可能的联接方式，即顺串，反串。两种都可以吗？ 为什么？ 课本上说：联接的原则应是形成规定的磁极数。如何来理解。 如果是反串，根据电流流向判断形成磁场的情况，会不会形成 两对磁极？ 不会。两个线圈组只会形成一对磁极。 1A 1 111并联，为什么可以并联？ 也有两种可能的并联方式，即顺并，反并。两种都可以吗？为什么？ 尽管同一极下一相绕组的每个线圈的感应电动势不相等，但每个 线圈组的感
13、应电动势相同。所以可以并联。 1A 1 A 1应电动势的 方向是 1,2，如果反并、反串，则感应电动势为零。 1N 1S 1 N 2 S 22 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 2 0 2 1 2 2 2 3 2 41A 1X 2 一对极才有一个， 如果将这 得到每相最大的并联支路数，相绕组的感应电动势将最小，但允许通过的相电流将最大；如果将这 得到每相最小的并联支路数，相绕组的感应电动势将最大，允许通过的相电流将最小。 同样可以得到 相的分布。应注意， 相互差 120度电角度。 蓝色的应为 三相绕组的六个引出端可以接成星形或三角形。（ 单层绕组一共有 z/2个线圈，单相
