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1、 4-1 三相异步电动机的工作原理和结构, 4-2 三相异步电动机的定子绕组, 4-3 三相异步电动机的定子磁动势及磁场, 4-4 三相异步电动机定子绕组的电动势, 4-5 三相异步电动机的负载运行, 4-6 三相异步电动机的功率及转矩, 4-7 三相异步电动机的工作特性, 4.8 三相异步电动机的参数测量,第4章 交流异步电动机,2018/10/18,2,4-1 三相异步电动机的工作原理及结构,一、三相异步电动机的工作原理,1、三相异步电动机的模型,定子铁心 三相对称绕组：空间上互差120o的绕组 转子铁心 转子对称绕组：（鼠笼式，绕线式）,2018/10/18,3,2、三相异步电动机的工作
2、原理,三相对称绕组通入三相对称电流，会在电机的气隙圆周上产生一个旋转磁场（大小不变，以一定转速旋转的磁场）。,三相对称电流：,o,2018/10/18,4,磁场以同步转速n0旋转， n0表示为：,转子绕组切割旋转磁场，会产生感应电动势。 转子绕组短路，里面会流有感应电流。 载流导体在磁场中会受到力的作用，产生电磁转矩，拖动转子旋转。,注意：电动机稳定运行时，电动机的实际转速n比小，以保证转子绕组与旋转磁场有相对运动，以产生感应电动势和电磁转矩。这也是异步电机名称的由来。,N,S,2018/10/18,5,总结：,电生磁：三相对称绕组通入三相对称电流产生圆形旋转磁场。,磁生电：旋转磁场切割转子导
3、体，转子导体中会产生感应电动势；由于转子短路，导体内会流有电流。,电磁力和电磁转矩：转子载流体在磁场作用下受电磁力作用，形成电磁转矩，驱动电动机旋转，将电能转化为机械能。,2018/10/18,6,1、整体结构,二、三相异步电动机的结构,三相异步电动机的种类很多，但各类三相异步电动机的基本结构是相同的，它们都由定子和转子这两大基本部分组成，在定子和转子之间具有一定的气隙。此外，还有端盖、轴承、接线盒、吊环等其他附件，如图所示。,下面是它主要部件的拆分图。,2018/10/18,7,2、定子,(1)定子铁心,作用：作为磁路的一部分，导磁通路,结构：由0.5mm厚的且冲有一定槽形的导磁性能很好的硅
4、钢片叠成。每张硅钢片表面涂有绝缘漆。槽形由电机容量、电压及绕组形式决定，槽形一致，且在定子铁心内圆周上分布均匀。,2018/10/18,8,(2)定子绕组,作用：定子的电路部分,结构：它是由许多线圈按一定规律连接而成，嵌放在定子铁心槽内，有单层绕组和双层绕组两种形式。,(3)机座,作用：固定和支撑定子铁心,结构：中小型机一般采用铸铁机座，大中型机一般采用钢板焊接的机座。,2018/10/18,9,3、转子,鼠笼式转子：转子铁心的每个槽内插入一根裸导条，形成一个多相对称短路绕组。分为铜条笼型转子和铸铝笼型转子。,(1)转子铁心,作用：作为主磁路的一部分，导磁通路,结构：由0.5mm厚冲槽的硅钢片
5、叠成，成圆柱形，套在转轴或转子支架上。,(2)转子绕组,作用：转子部分的电路,结构：分为鼠笼式转子和绕线式转子二种。,2018/10/18,10,绕线式转子：转子绕组为三相对称绕组，嵌放在转子铁心槽内。与定子绕组一样也是三相对称,这个对称的三相绕组接成星形,并接到转轴上三个集电环,再通过电刷使转子绕组与外电路接通。,鼠笼型异步电动机,绕线型异步电动机,2018/10/18,11,鼠笼型转子铁心和绕组结构示意图,三相绕线型转子结构图,2018/10/18,12,鼠笼型转子绕组,三相绕线型转子绕组,2018/10/18,13,异步电动机的气隙是均匀的。大小为机械条件所能允许达到的最小值。中小型电机
6、一般为0.22mm。 气隙越大，则磁阻越大，产生同样大小的旋转磁场就需要较大的励磁电流。励磁电流是无功电流，所以，该电流增大导致电机功率因数变坏。 磁阻大，可减小气隙磁场的谐波含量，从而减小附加损耗。,4、气隙,2018/10/18,14,三、三相异步电动机的铭牌,1、额定数据,（1）额定功率PN,额定条件下转轴上输出的机械功率，单位W或KW。,（2）额定电压UN,额定运行状态时加在定子绕组上的线电压，单位V或KV。,（3）额定电流IN,额定运行状态时流入定子绕组上的线电流，单位A。,（4）额定频率fN,我同规定标准的额定电源频率为50Hz。,2018/10/18,15,（5）额定转速nN,额
7、定运行时电动机的转速，单位r/min。,此外，铭牌上还会标明绕组的相数和接法，绝缘等级和温升，以及额定功率和效率等。 对于绕线式异步机，还会标明转子的额定电动势和额定电流。,说明：,2018/10/18,16,例:,2、电机型号,2018/10/18,17,四、三相异步电动机的转差率和运行状态,1、异步电机的转差率s,同步转速与转子转速之差与同步转速的比值称为转差率，用s表示，即：,转速差,转差率是异步电机的一个基本物理量，它反映电机的各种运行情况。,（1）转子不转时，n=0，s=1,（2）转速为同步转速时，n=n0，s=0,可知异步电动机处于电动状态时，转差率的变化范围总在0和1之间，即0s
8、1。一般情况下，额定运行时转差率在0.010.05之间，这说明异步电动机的额定速度通常接近同步转速。,2018/10/18,18,2、异步电机的运行状态,根据转差率的大小和正负（异步机转速的大小）,异步电机有三种运行状态。,2018/10/18,19,2018/10/18,20,4-2 三相异步电动机的定子绕组,一、交流绕组的基本知识,1、异步电机对三相交流绕组的基本要求,（1）每相绕组的阻抗要求相等，即每相绕组的匝数、形状都是相同的。 （2）在一定的导体数下，有合理的最大绕组合成电动势和磁动势。 （3）各相的相电动势和相磁动势波形力求接近正弦波，即要求尽量减少它们的高次谐波分量。 （4）对基
9、波而言，三相电动势和磁动势必须对称。 （5）绕组用铜量少，性能可靠，制造和检修要方便。,2018/10/18,21,3、三相交流绕组的基本概念,按槽内线圈边的层数，分为单层和双层绕组。单层绕组又可分为等元件、链式、交叉式和同心式绕组；双层绕组则分为双层叠绕组和波绕组。单层绕组与双层绕组比较，电气性能稍差，但槽利用率高，制造工时少，因此,小容量的电动机中（PN 10kW），一般都采用单层绕组。,2、三相交流绕组的分类,（1）线圈,组成交流绕组的单元是线圈。它有两个引出线，一个首端，一个末端，线圈在铁心槽内的直线部分称为有效边，槽外部分称为端部。,2018/10/18,22,（2）极距,两个相邻磁
10、极轴线之间沿定子铁心内表面的距离。若定子的槽数为Q，定子铁心内径为D，磁极对数为p，则极距：,（3）节距y1,一个线圈的两个有效边之间所跨的距离称为线圈的节距，一般节距y1用槽数表示。 当 y1= 时，称为整距绕组； 当y1 时，称为短距绕组； 当y1 时，称为长距绕组； 长距绕组端部较长，费铜料，故较少采用。,2018/10/18,23,（4）机械角度和电角度,电机圆周在几何上分成360，这个角度称为机械角度。 从电磁观点来看，若磁场在空间按正弦波分布，则经过N、S一对磁极恰好相当于正弦曲线的一个周期。如有导体去切割这种磁场，经过N、S一对磁极，导体中所感应产生的正弦电动势的变化也为一个周期
11、，变化一个周期即经过360电角度，因而一对磁极占有的空间是360电角度。,若电机有p对磁极，电机圆周期按电角度计算就为p360，而机械角度总是360，因此电角度=p机械角度。,2018/10/18,24,相邻两个槽之间的电角度：,每个极面下的导体平均分给各相，则每一相绕组在每个极面下所占的范围，用电角度表示称为相带。,每一个极面下每相所占的槽数为:,（5）槽距角,（6）每极每相槽数q,（7）相带,2018/10/18,25,二、交流绕组的排列和连接,对称三相绕组由三个在空间互差120o电角度的三个独立绕组所组成，所以只要以给定的槽数和极数为依据，按照所建立旋转磁动势及磁场要求，确定一相绕组的线
12、圈在定子槽内的排列以及线圈间的联接，其余两相绕组由空间互差120度电角度的原则，去进行相似的排列和联接，就可以构成整个三相对称绕组。,为说明问题，给定电机的极数2p=4，槽数Q=24,一般三相绕组的排列和联接的方法： （1）计算绕组数据，、 q、 ； （2）确定线圈中的电流方向； （3）划分相带； （4）组成线圈组； （5）按极性对电流方向的要求分别构成一相绕组,2018/10/18,26,1、计算绕组数据,计算极距： 计算每极每相槽数q： 计算槽距角：,2、磁极数与电流方向,（1）二极电机,二个极距 二个线圈边通入相反方向电流 二个磁极,2018/10/18,27,（2）四极电机,四个极距
13、四个线圈边，相邻的线圈边通入相反方向电流 四个磁极,结论：,在相邻一个极距的线圈边通以相反方向的电流，会建立符合磁极数目的磁场 而相邻一个极距的线圈边属于一相绕组。,2018/10/18,28,3、划分相带,按对称的要求，每一相绕组在定子内圆上应占有相等的槽数Q/m（必须为整数）。 一般属于每相的槽不集中在一起，而是将它们按极距对称而均匀地分组。每个极距内有一个组，每个组内含有的槽数即为每极每相槽数q=Q/2mp。本例中q=24/（2*3*2）=2。这种每个极距内属于同相的槽所占有的区域称为“相带”。 一个极距为180o电角度，三相绕组每个极距内有三个相带，则每个相带占60o电角度，这样排列的
14、对称三相绕组为60o相带绕组。,2018/10/18,29,4、画定子槽展开图,（1）将槽编号，分相带，并确定各相带。,（2）将四个整距线圈分成两组，每组两个线圈串联。,（3）把第一个线圈组与第二个线圈组按电流方向的要求进行串联（或并联），就构成一相绕组。,2018/10/18,30,2018/10/18,31,单层绕组的每个槽内只放一个线圈边，电机的线圈总数等于定子槽数的一半。小型异步电动机中常采用单层绕组。,三、三相单层绕组,仍以前述例题为例，给定电机的极数2p=4，定子槽数Q=24。,联接步骤如前所述：,（1）计算极距： （2）计算每极每相槽数q： （3）计算槽距角：,（4）划分相带,2
15、018/10/18,32,（5）组成线圈组,单层绕组分为交叉式、同心式、链式。,2018/10/18,33,（6）单层绕组的特点,优点：单层绕组为整距绕组，元件少，结构简单，嵌线方便，槽内无层间绝缘 缺点：电动势和磁动势波形较差，铁损和噪声较大,2018/10/18,34,双层绕组每槽中有两个线圈边，分为上下两层放置。每个线圈均有一个边放在上层，一个边放在另一槽的下层，相隔距离取决于节距。电机的线圈总数等于定子槽数。每相元件数即为槽数的三分之一。,四、三相双层绕组,给定电机的极数2p=4，定子槽数Q=24，m=3。,（1）计算极距：,联接步骤：,（2）选择节距：,（3）计算每极每相槽数q： （
16、4）计算槽距角：,2018/10/18,35,（5）划分相带,2018/10/18,36,（6）组成线圈组,N,N,S,S,每个磁极下的线圈组成一个线圈组，共4个线圈组； 相同极性下的线圈组中电流方向相同，相异极性下的线圈中电流方向相反； A相在N极下的线圈属于“+A”相带，在S极下的线圈属于“-A”相带。,2018/10/18,37,（7）线圈组的连接,串联：,并联：,按线圈中电流方向对线圈组进行连接。,2018/10/18,38,（8）绕组展开图,圆形接线图：,波绕组：,2018/10/18,39,（9）双层绕组特点,线圈数等于槽数，线圈数组数等于极数； 优点：可组成较多的并联支路可选择最有利的节距，使F和E波形更接近正弦波所有线圈的形状和尺寸相同，便于实现机械化端部排列整齐机械强度高 缺点：嵌线困难，用铜量大,2018/10/18,40,4-3 三相异步电动机定子磁动势及磁场,一、单相交流绕组的磁动势-脉振磁动势,1、整距线圈的磁动势,二极电机，定子槽上只有一个整距线圈，通入交流电。,极轴线,
