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1、第七章 异步电动机原理7.1 异步电动机结构、额定数据与工作原理7.1.1 异步电动机主要用途与分类1、主要用途：作为电力拖动系统的原动机，如工业方面，拖动中 子型扎钢设备，金属切削机床，轻工机械，矿山机械等。农业 方面：拖动水泵，脱粒机等。民用电器方面：电扇，洗衣机， 粉碎机等。 2、特点：优点：结构简单，制造容易，价格低廉，运行可靠，坚固耐 用 ，运行效率较高。缺点：功率因数较差（1）（从电网吸收落后的无功率）（注：同步电动机的功率因数是可调的，可使=1、或领先）3、分类：单相电动机 （1）按定子相数分 两相电动机三相电动机绕线式异步电动机 （2）、按转子结构分 鼠笼式异步电动机单鼠笼、双
2、鼠笼，深槽式。无换向器异步电动机 （3）按有无换向器分换向器异步电动机此外，还有高压异步机、低压异步机；高起动转矩、高 转差率、高转速等。异步电动机还可作为发电机使用，或用 于风力发电等特殊场合。给边远山区等无电区提供电力。第七章 异步电动机原理图7.1是一台鼠笼式三相异步机的结构图 定子：机座、定子铁芯和定子绕组。绕组有六根引出线， 可换接成Y或 组成： 转子：转子铁芯、转子绕组和转轴 转子绕组鼠笼,绕线式，也有三相，可接成 （大容量接成） （小容量接成Y)气隙：中小型异步机中，一般只0.21.5mm端盖:7.1.2、三相异步电动机的结构：（针对无换向器的三相异步机）第七章 异步电动机原理第
3、七章 异步电动机原理第七章 异步电动机原理图7.2是一台鼠笼式三相异步机的定子铁心 图7.3是三相异步机的定子槽结构 第七章 异步电动机原理第七章 异步电动机原理图7.7是一台鼠笼式三相异步机的转子外形图 7.1.3、异步电动机的结构形式： 根据不同的冷却方式和保护方式、开启式：防护式：防止外界杂物落入内部，并能防止45方向的水滴，铁屑掉入电机内部，风冷封闭式：与外部空气隔开，采用风冷（设计散热好）防爆式：内部和外界的易燃、易爆气体隔开，全封闭异步机分第七章 异步电动机原理7.1.4、异步机的铭牌数据：第七章 异步电动机原理例：Y系列三相异机表示如下：Y 1 0 0 L 1 - 21、型号：采
4、用大写的印刷体汉语拼音字母和阿拉伯数字组成，其中汉语拼音字母是根据电机的全名称选择有代表意义的汉字，再用该汉字的第一个拼音字母组成。我国生产的常见产品系列：P212-213异步机机座长度代号铁芯长度代号极数机座中心高2、额定值：包括： （1）额定功率PN：额定运行时轴上输出的机械功率（KW）（P2） （2）额定电压UN：额定运行时加到定子绕组上的线电压。（V） （3）额定电流IN：指电动机加 f1的UN，轴输出PN时，定子绕组中的线电流。（A） （4）额定f1：我国规定为50HZ。（定子），（转子为f2） （5）额定转速nN：指电动机加 f1的UN，轴输出PN时的转速(r/min) （6）额定
5、功率因数cos:指电动机在额定负载时，定子边的功率因数。 （7）绝缘等级与温升：绝缘等级：是指绝缘材料的耐热能力，分B、E、F、.,温升是指电动机运行时高出周围环境温 度值。我国规定：环境温度为40。允许温升越高，说明绝缘 材料的耐热能力越好.电机的线负荷若高的话，可缩小电机的体积。第七章 异步电动机原理第七章 异步电动机原理电动机的额定输出转矩可由额定功率、转速计算 即：T2N=9550 PN nN（Nm ）（r/min）（KW）此外，铭牌上还标明了工作方式，连接方法等， 对绕线式异步电机还有转子参数等等。关于电机引出线的接法：（根据铭牌标注）（1）当电动机铭牌上标明“电压380V/220V
6、，接法Y/”时 ，其接法要看电源电压的大小 如果电源电压为380V，则接成Y,如果电源电压为220V，则接成 . （2）当电动机铭牌上标明“电压380V，接法”时，则只 有一种接法，但电动机起动过程中，可以接成Y接法，接到380伏电源上启动,待启动完毕后恢复接法. 对高压电机，往往只有三根引出线。只要电源电压符合电 动机铭牌电压值，便可使用。第七章 异步电动机原理7.1.5、异步电动机的工作原理：如图7.8所示：第七章 异步电动机原理U2U1W2V1W1V2转子旋转后，转速为n，只要nn1，转子导条与磁场仍有 相对运动，就会产生与转子不转时相同方向的电动势，电流 及电磁力，电磁转矩T仍旧为逆时
7、针方向，转子继续旋转， 稳定运行在 T=TL 情况下。载流导体在磁场中受力的作用f方向用左手定则 产生转矩T便是电磁转矩，电磁转矩的方向与旋转磁 通势同方向，转子便在该方向旋转起来。 定子接三相电源后电机内形成圆形旋转磁通势（方向 为逆时针转）由于转子与旋转磁密有相对运动，所以转子 导条中有感应电势e（方向由右手定则确定） 由于转子导 体端部短接即闭合，所以转子有电流（方向同e的方向） 7.2.1 规定正方向：（a）中：磁通势，磁通和磁密是从定子出来进入转子为正方向。定、转子空间坐标轴的纵轴都选在A相绕组的轴线处，A1（定） A2（转）为简单起见，设+A1与+A2两轴重叠在一起。第七章 异步电
8、动机原理正常运行的异步机转子总是旋转的，但是为了便于理解， 先从转子不转时进行分析，最后再分析转子旋转的情况。 先讨论绕线式：7.2 三相异步机转子不转，转子绕组开路时的电磁关系：图7.9，转子绕组开路时三相绕线式异步机的正方向。图（b）中：U1.E1. I1分别为定子相电压，相电动势，相电流，箭头方向为正方向、U2.E2.I2分别为转子相电压，相电动势，相电流，箭头方向为正方向.第七章 异步电动机原理7.2.2 磁通及磁通势：一、励磁磁通势：三相异步机的定子绕组接到三相对称电源上，定子绕组就会 有三相对称电流，将产生合成旋转磁通势F0。其特点为: 其幅值为：转向：由电流的相序决定，如果电流相
9、序为A1B1C1，则F0的转向是从+A1+B1+C1，即逆时针方向转速：1=2n1/60（rad/s）瞬间位置：F0应画在+A1轴后面90空间电角度的地方。F0 W1kw1I0 P4 2 23 2第七章 异步电动机原理I0E1E2+j(a)E1E2+j +A1,+A2I0 BF0(c)I0+A1,+A2B(b)图7.10 励磁电流、 励磁磁通势以及定、转子绕组电动势向量图若把时间参考轴+j与空间坐标轴+A1 +A2三者重叠在一起，则如图(c)图(a)为时间相量图. 图(b)为空间向量图. 而三相绕组的 F合已在第六章中讲述(如图6.28)。图6.28 三相六个旋转磁通势的合成FAFAFBFCF
10、CFB= 0 +A= 240 +C= 120 +B第七章 异步电动机原理第七章 异步电动机原理转子开路的三相异步电动机，相当于一台付边开 路的三相变压器，其中定子绕组是原绕组，转子绕组 是付绕组，只是异步电机定，转子铁心中多了一个空 气隙磁路而已。转子由于开路，绕组无电流，当然不会产生转子 磁通势。这时作用在磁路上只有定子磁通势F0，于是 F0就要在电机的磁路里产生磁通。故F0也叫励磁磁通 势，I0叫励磁电流。 二、主磁通与定子漏磁通：第七章 异步电动机原理主磁通：励磁磁通势F0产生的磁通，通过气隙同时链着定、转子两 个绕组的磁通叫 (气隙每极主磁通用1表示)漏磁通：不链转子而只链定子绕组本身
11、的磁通叫定子绕组漏磁通,用s1表示.第七章 异步电动机原理1所对应的气隙磁密是一个在气隙中旋转，在空间按正弦分布的磁密波，用空间向量表示时为B ， B是气隙磁密的最大值，B的位置在最大值处。如果不考虑主磁路里磁滞、涡流的影响， B应与F0同方向。 气隙每极主磁通:l = Bl式中: B 是气隙平均磁密，是定子极距，l 为轴向有有效长度。2 2 第七章 异步电动机原理7.2.3 感应电动势设每极主磁通1在定、转子绕组中感应电动势的有效值分 别为E1和E2，则： E1 = 4.44f 1w1kw11E2 = 4.44f 1w2kw21定、转子每相电动势之比为：ke = = (亦叫电压变比)w1kw
12、1 w2kw2E1 E2通过第六章的分析可得出：E1和 E2同相位，但气隙磁密 B领先两电动势相量90 。其时空向量图如右： BE1E2+j +A1,+A2第七章 异步电动机原理7.2.4 励磁电流：其向量如图7.12 为了分析问题方便，采用折合算法把转子绕组向定子边折合， 即把w2kw2看成和定子的w1kw1一样，则转子绕组的每相感应电动势= = ke E1E2E2与变压器一样，电动机的励磁电流I0 也由有功分量I0a和无功分量I0r 组成。 即：I0 = I0a + I0r BE1E2F0I0I0a I0r +j +A1 ,+A2 第七章 异步电动机原理由图可见： 在时空向量图上，F0与I
13、0相位相同， I0r与B相位一样，I0和F0领先B 一个不大的角度。 BE1E2F0I0I0r I0a +j +A1 ,+A2 第七章 异步电动机原理7.2.5 电压方程式： 根据图7.9（b）所示正方向，定子一相回路的电压方程式为：U1= - E1+I0r1- Es1= - E1+I0r1+jI0x1= - E1+I0（r1+jx1）= - E1+I0Z1 式中： Z1=r1+jx1为定子一相绕组的漏阻抗Es1= -jI0x1 （Es1为定子漏电动势），可看成定子电流I0在漏电抗x1上压降。 其相量图如7.13 综上所述，异步电机 转子开路时的电压 方程式以及相量图,与三相变压器付边绕组开
14、路时的情况完全一样。图7.13 E1E2jI0x1I0I0r10 U1-E1于是定子一相电压平衡等式为：7.2.6 等值电路：第七章 异步电动机原理三相异步机转子开路时的等值电路与三相变压器空载时一样。如用 （励磁电流）在励磁阻抗Zm上的压降表示 - ，则 - = （rm+jxm）= Zm式中:rm叫励磁电阻，为等效铁损耗参数；xm叫励磁电抗I0I0E1I0E1U1 = - E1+I0（r1+jx1）= I0（rm+jxm）+ I0（r1+jx1）= I0（Zm+Z1） 转子回路电压方程式为： U2 = E2其等值电路为（P219 图7.14）图7.14 转子绕组开路时 异步电机的等值电路r1rmI0U1jX1jXmE1 = E2 7.3 三相异步电动机转子堵转时的电磁关系：第七章 异步电动机原理1、磁通势： 7.3.1 磁通势与磁通图中转子短路、并堵转，定子接额定电压，各量的正方向如图。图7.15 转子绕组短路并堵转的三相异步电机A1I1U1E1 C1B1定子A2I2E2 C2B2转子第七章 异步电动机原理幅值：F2 W2kw2I2 P4 2 23 2（1）转子：由于转子短路，所以转子线电压=0，相电压也为0，即U2=0, 但感应电势E20，所以I2 0（三相对称）在三相对称的转子绕组里流过三相对称电流I2时，就产生转子空间旋转磁通势F2，其特点为： 转向：假设气隙旋转磁密
