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1、第5章 三相异步电动机的 原理和特性n5.1 三相异步电动机的基本结构与工作原理n5.1.1 基本结构重点n5.1.2 工作原理重点，难点n5.1.3 额定数据n5.2 异步电动机的基本方程式和等效电路n5.2.1 转子不转时的异步电动机简介n5.2.2 转子旋转时的异步电动机重点n5.2.3 笼形转子的极数、相数和参数的折合不讲n5.2.4 简化等效电路第5章 三相异步电动机的 原理和特性n5.3 异步电动机的功率和转矩n5.3.1 三相异步电动机的功率难点n5.3.2 三相异步电动机的转矩难点 n5.4 异步电动机的机械特性n5.4.1 机械特性的参数表达式重点n5.4.2 固有机械特性重
2、点n5.4.3 机械特性的实用公式重点n5.4.4 人为机械特性重点 n5.5 异步电动机的工作特性不讲5.1 三相异步电动机的 基本结构与工作原理n5.1.1 基本结构n5.1.2 工作原理n5.1.3 额定数据异步电动机的主要用途n电机的可逆性n同一电机既可做发电机又可做电动机n本课程讨论的电机主要是电动机n按电源性质，电动机分为n直流电动机：直流电能机械能n交流电动机：交流电能机械能n异步电动机的用途：n异步电机主要用作电动机n拖动各种生产机械异步电动机的优缺点n异步电动机的优点：n结构简单、容易制造、价格低廉、运行可靠、坚固 耐用、运行效率较高和具有适用的工作特性。采用 现代电力电子功
3、率器件和计算机技术可得到良好的 调速性能。已经取代直流电动机，成为应用广泛的 调速系统n异步电动机的缺点：n功率体积比较小。功率因数较差。直接接电网运行 时，必须从电网吸收滞后的励磁电流，使它的功率 因数总小于。通过控制器可使这一缺点得到改善异步电机又叫感应电机n异步电动机运行时n定子绕组接到交流电源上n转子绕组自身短路n由于电磁感应的关系n在转子绕组中产生感应电动势、电流n从而产生电磁转矩n所以，异步电机又叫感应电机异步电动机的分类n从不同角度看，有不同的分类法：n按定子相数分：单相；三相异步电动机n按转子结构分：绕线式；鼠笼式。后者又包 括单鼠笼、双鼠笼和深槽式异步电动机n此外，根据电机定
4、子绕组上所加电压的大小 有高压、低压异步电动机之分n从其它角度看还有高起动转矩、高转差率、 高转速异步电机等等说明n异步电机也可作为异步发电机使用n单机使用时，常用于电网尚未到达的地区，又没有 同步发电机的情况n或用于风力发电等特殊场合上n在异步电动机的电力拖动中n异步电机回馈制动时n即运行在异步发电机状态5.1.1 基本结构重点图5.1 三相异步 电动机的结构三相异步电动机的结构VVWUUW定子转子三相异步电动机的结构三相异步电动机的主要结构气 隙交 流 电 机 的 主 要 结 构在定子、转子之间定子铁心定子绕组机 座定子部分 stator 又称电枢 armature （静止）转子铁心转子绕
5、组转 轴笼型绕线型转子部分 Rotor （旋转）1定子n静止部分n定子又称电枢定子铁心定子绕组机 座定子部分 stator 又称电枢 armature （静止）（1）定子铁心（1）定子铁心n作用：n产生旋转磁场n是电动机磁路的一部分，装在机座里n由内周有槽的硅钢片叠成n为了降低定子铁心里的铁损耗n定子铁心用0.5mm厚的硅钢片叠压而成的n在硅钢片的两面还应途上绝缘漆n定子铁心内圆上均匀开槽，安放定子绕组图5.2 定子铁心冲片图 定子槽(a)开口槽 高压大中型(b)半开口槽 中型500V以下(c)半闭口槽 低压小型(1)层间绝缘；(2)槽楔；(3)扁铜线；(4)槽绝缘；(5)槽楔；(6)圆导线（
6、2）定子绕组n是电机电路部分n它由三个在空间相差120电角度、结构相同的 绕组连接而成，按一定规律嵌放在定子槽中n分类：n单层绕组n双层绕组n应用：n单层绕组一般用在10kW以下的电机n双层短距绕组用在较大容量的电机中定子线圈图 三相异步电动机的引出线n(a)三根引出线：高压大、中型容量，常采用Y接n(b)六根引出线：低压中、小容量，根据需要可接成Y 形或形(a)三根引出线(b)六根引出线图 三相定子绕组的接法星形接法三角形接法（3）机座（3）机座n主要作用n用来固定和支撑定子铁心n对于轴承装于端盖上的电动机其机座还要支撑转子部分n因此，机座应有足够的机械强度和刚度n对中、小型异步电动机，通常
7、用铸铁机座n对大型电机，一般采用钢板焊接的机座，整个 机座和座式轴承都固定在同一个底板上2空气隙n（1）气隙大小的决定性因素n空气隙的大小对异步电动机的运行性能有很大 影响，具体表现在：n为了减少电动机的励磁电流，提高功率因数，空气 隙应尽可能的小n空气隙过小，将引起装配困难和运行不可靠n从减少附加损耗并减少高次谐波磁动势产生的磁通 来看，空气隙稍大一点也有其有利的一面（2）气隙与电机容量的关系n异步电动机的空气隙比同容量同步电动机小得多n在中小型异步电动机中，空气隙大约为0.21.5mm电机容量 （kW）10以下101001001500气隙（ mm）0.200.450.500.800.851
8、.503转子n旋转部分转子铁心转子绕组转 轴笼型绕线型转子部分 Rotor （旋转）（1）转子铁心n作用：n是电动机磁路的一部分n在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电流 n构成：n由外周有槽的0.5mm厚硅钢片叠成n整个转子的外表呈圆柱形 n安装：n铁心固定在转轴或转子支架上（2）转子绕组n分为笼型和绕线型两类n笼型转子n是一个自己短路的绕组。在转子的每个槽里放上 一根导体，在铁心的两端用端环连接起来，形成 一个短路的绕组n如果把转子铁心拿掉，剩下的绕组像个松鼠笼子n导条的材料有用铜的，也有用铝的n绕线型转子n同定子绕组一样，也分为三相，并且接成星形笼型转子照片图5.5 笼型转子(a)铜导条(
9、b)铝导条绕线型转子照片图5.4 绕线型异步电动机 接线图n外串电阻优点n改善电动机的启动性能n或调节电动机的转速n图中：n1-定子绕组n2-转子绕组n3-集电环（滑环）n4-电刷n5-附加电阻A1A2B2B1C1C231452笼型电动机与 绕线型电动机的比较n笼型：n结构简单、价格低廉、工作可靠n生产机械中使用最广泛的一种电动机n不能人为改变电动机的机械特性n绕线型：n结构复杂、价格较贵、维护工作量大n转子外加电阻可人为改变电动机的机械特性n只在要求起动电流小，起动转距大n或需平滑调速的场合使用（3）转轴n作用：n固定转子铁心和传递功率n构成：n一般用中碳钢制成5.1.2 工作原理重点n1交
10、流电机绕组产生的磁动势（4.1，4.3.1） 简介n2交流绕组的感应电动势（4.4） 简介n3旋转磁场的产生简介n4同步转速重点n5三相异步电动机的转动原理重点n6转差率重点1交流电机绕组产生的磁动势 （4.1，4.3.1） 简介n在电机里，不管什么样的绕组n流过电流时，都要产生磁动势n类似电路中的感应电动势n（1）交流电机单个整距线圈的磁动势n（2）三相绕组产生的磁动势（1）交流电机单个整距线圈的 磁动势n磁力线穿过转子铁心，定子铁心和两个气隙n由于铁心磁导率极大，其上消耗的磁动势降可以忽略 不计，线圈在一个气隙上施加的磁动势n幅值：n方向：n右手螺旋定则动画1动画2（2）三相绕组产生的磁动
11、势n三相对称交流绕组通过三相对称交流电流时，三个反 向旋转磁势在空间错开120电角度相互抵消，三个正向 旋转磁动势在空间同相位，合成一个圆形旋转磁动势n幅值： n转向：n决定于电流的相序n从超前相向滞后相旋转n转速：n同步转速动画2交流绕组的感应电动势 （4.4）简介n（1）交流绕组的构成n导体线圈线圈组n一相绕组三相绕组（2）感应电动势的波形n交流绕组处于旋转磁场中，并切割旋转磁场，在三相 对称交流绕组中会感应出三相对称交流电动势n感应电动势随时间变化的波形和磁感应强度在空间的 分布波形相一致n只考虑磁场基波时n波形为正弦波n有效值：n方向：右手定则3旋转磁场的产生简介n（1）旋转磁场的分类
12、n（2）旋转磁场的极对数p = 1n（3）旋转磁场的旋转方向n（4）旋转磁场的极对数p = 2（1）旋转磁场的分类n旋转磁场是交流电机工作的基础n在交流电机理论中有两种旋转磁场：n机械旋转磁场n通过原动机拖动磁极旋转可以产生机械旋转磁场n电气旋转磁场n三相对称的交流绕组通入三相对称的交流电流， 会在电机的气隙空间产生电气旋转磁场n交流绕组处于旋转磁场中，并切割旋转磁场，产 生感应电动势（1）旋转磁场的分类机械旋转磁场电气旋转磁场（2）旋转磁场的极对数p = 10U1U2W1W2 V1V2定子三相绕组通入 三相交流电 （星形联接）（2）旋转磁场的极对数p = 1U1U2V2W1V1W2U1U2V
13、2W1V1W2U1U2V2W1V1W2NSNSNSt = 0t = 60t = 90 合成磁场方向向下合成磁场旋转60合成磁场旋转90 结论：当 p = 1时，电流变化一周，磁场旋转360动画（3）旋转磁场的旋转方向n取决于三相电流的相序n任意调换两根电源进线（电路如图）U1U2W1W2 V1V2结论：任意调换两根电源进线，则旋转磁场反转（4）旋转磁场的极对数p = 2n若定子每相绕组由两个线圈串联，绕组的首端之间互 差60，将形成两对磁极的旋转磁场(p = 2)（4）旋转磁场的极对数p = 2n结论：当 p = 2时，电流变化一周，磁场旋转180n结论：当 p = 1时，电流变化一周，磁场旋
14、转360t = 0t = 60t = 120t = 180动画4同步转速重点n结论：n定子三相对称绕组流过三相对称电流时n会产生圆形旋转的基波气隙磁动势n以及基波气隙磁密n并顺着三相绕组中所流过电流的相序方向n以同步转速 n1 旋转n式中，nf1 定子电流频率；p 极对数5三相异步电动机的转动原理 重点U1U2V2W1V1W2FFNS定子三相绕组通入三相交流电旋转磁场右手定则Blv感应 电动势 E2电磁力F转速 n 匀速旋转切割转子导体电磁转矩T感应电流 I2旋转磁场大小：方向：顺时针左手定则Bliv动画6转差率重点n转差率是异步电动机的一个基本变量n在分析异步电动机运行时有着重要的地位n切割
15、磁力线是产生转子感应电流和电磁转矩的 必要条件n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n旋转磁场的转速用 n1 表示，称为同步转速n转子的实际转速用 n 表示n转差n = n1 - n6转差率重点n异步电动机转子的转速 n 不可能达到同步转速 n1n一般总是略小于 n1n“异步”二字就是由此而来的n通常把n异步电动机同步转速 n1 和转子转速 n 二者之差n与同步转速n1的比值n称为转差率，用 s 表示，即（ 1 ）电动运行n异步电机处于电动运行状态时的n特点：n 0 n1 s n1图5.6 异步电动机的 三种运行状态(b) 发电运行（ 3 ）制动运行 （电磁制动运行）n异步电
16、机处于制动运行状态时的n特点：nn 1n电磁转矩 T 与转速 n 方向相反n异步电机定子从电源吸收电功率n转子从外部吸收机械功率n两者都将变为电机内部的损耗n1NSn图5.6 异步电动机的 三种运行状态(c) 制动运行异步电机的三种运行状态n根据转差率的大小和正负，异步电机有三种运行状态状态电动发电电磁制动实现转速转差率电磁转矩能量关系定子绕组 接对称0 n1s 1制动电能和机械能内能转差率总结n可见：n起动瞬间：n = 0 时，s = 1；n理想空载运行时：n = n1 时，s = 0；n发电运行时 n n1 时，s 1。n作为电动机运行：s 的范围在 0 1 之间n电动机运行时，s 一般很小，大约在 0.005 0.065.1.3 额定数据n三相异步电动机铭
