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1、三相异步电动机的工作原理,一、旋转磁场 1. 旋转磁场的产生 三相电流 三相 绕组 旋转磁场。 三相绕组：,W2 W1,V2 V1,U1 U2,U V W,i1 = Imsint i2 = Imsin(t120O) i3 = Imsin(t +120O),i1 i2 i3,t = 0O 时 i1 = 0，i2 0， i3 0,N S,N S,t = 120o 时 i10，i2 = 0，i3 0,N S,N S,t = 240o 时 i1 0，i20，i3 = 0,t = 360o 时 i1= 0，i2 0，i30,i 每分钟变化 (5060) 周,n0 = 3000 = 60 f1 (r /
2、min),2. 旋转磁场的转速 n0,每相绕组由一个线圈组成，p=1,N,S,N,S, 磁极对数 p p = 2 电流变化一周 旋转磁场转半圈 n0 = 1500, 当磁极对数 p = 3 时 n0 = 1000,每相绕组由两个 线圈串联组成,*知识点：,f = 50 Hz 时： 1 2 3 4 5 6 3000 1500 1000 750 600 500,3. 旋转磁场的转向 ( n0 的转向) U (i1) V(i2) W(i3) 怎样改变 n0 的方向 ? V(i1) U(i2) W(i3) 知识点：旋转磁场转向取决于相序。,二、 工作原理,对称三相绕组 通入对称三相电流,旋转磁场 (磁
3、场能量),磁场线切割 转子绕组,转子绕组中 产生 e 和 i,转子绕组在磁场中 受到电磁力的作用,转子旋转起来,机械负载 旋转起来,三相交流电能,感应,电磁 转矩,输出机械能量,发电过程,电动过程,知识点：重点明白如何“发电”、如何“电动”。,n0,定子：,n,1. 电磁转矩的产生,U1,I1,Fm1,E2,I2,Fm2,T,n,转子：,2. 转子旋转的方向,*转子与旋转磁场的转向相同。,正转,反转,知识点：怎样改变转子的转向?,n,n,起动时：n = 0, n = n0,转差率 :, 起动时:, 额定运行时:,3. 转子转速 n, 转子电磁感应最强,nn,转子电磁感应消失,转子电磁感应减弱,
4、nn n0,n n0,n = 0，s = 1,sN = 0.01 0.09 知识点：p=1,2,3,n典型值, 理想空载时:,n = n0，s = 0, 正常运行时:,0nn0， 1s0,异步！,知识点, 起动时： n = 0，n = n0 ， f2 = f1 。 起动过程中: n n f2 稳定运行时：,4. 转子电路电量的变化,f2 = s f1 （知识点：约几Hz，很低）,5. 电磁转矩 T 的大小,T ，I2cos2,6. 三相异步电机的四象限运行,T = CTm I2cos2,电动机状态： n 与T 同方向 0nn0 1s0,发电机状态： n 与T 反方向 nn0 s0,制动状态：
5、n 与T 反方向 n0 s1,反向电动机状态,4.2 三相异步电机的基本结构,一、主要部件,1. 定子 (1) 定子铁心 (2) 定子绕组 (3) 机座和端盖,2. 转子 (1) 转子铁心 (2) 转子绕组 (3) 转轴 (4) 风扇,异步电动机内部结构图,定子铁心、转子铁心：,由硅钢片叠成。,定子铁心,转子铁心,定子绕组,知识点： 三相对称三相绕组。,定子接线盒,星形(Y)联结,三角形()联结,U1 V1 W1,U2 V2 W2,知识点：两种绕组接法,鼠笼式：对称多相绕组。,转子绕组,知识点：为什么叫感应电动机？,鼠笼式异步电动机的转子,绕线式异步电动机的转子,三相异步电动机的名牌数据,1、
6、额定功率pN：指额定运行时输出机械功率。 2、额定电压U1N：指额定运行状态下，定子绕组应加的线电压。 3、额定电流I1N：指额定运行状态下，输出额定功率时，定子绕组中的线电流。 4、额定功率fN：工频规定为50HZ 5、额定转速nN：指电机在额定运行时的转速。 6、其他：有时还标明功率因数，效率，温升，定额接法绝缘等级等.,定子铁心、转子铁心：,主磁路的主要部分，为了减少磁滞损耗和涡流损耗，铁芯由0.5mm的硅钢片成。,定子铁心,转子铁心,定子绕组,对称三相绕组。,绕线式：对称三相绕组。 鼠笼式：对称多相绕组。,转子绕组,1. 名词和符号：(1) 机械角度和电角度,转子转一圈，U 相绕组中的
7、感应电动势变化一周。,转子转一圈，U 相绕组中的感应电动势变化两周。,定子三相绕组,电角度= 机械角度极对数,知识点：,三相电机: 一般，m = 3 (3) 极对数 p (4) 槽数 z (5) 槽距角：,(6) 极：,相邻两个槽中心线之间的距离。,相邻两磁极中心线间的距离。,用槽数表示：,(2) 相数 m,（注意：为电角度）,(7) 每极每相槽数 q,2. 交流绕组的种类 (1) 按相数分类: 单相绕组、三相绕组、两相绕组。,整距绕组: y = 短距绕组: y 长距绕组: y ,(3) 按每极每相槽数分类 集中绕组：q = 1 分布绕组： q1,(2) 按线圈节距分类,(4) 按每个槽内线圈
8、的层数 分类 单层绕组双层绕组,双层绕组:,双层集中绕组 外层(上层): U1、U3 内层(下层): U2、U4,双层分布绕组 外层(上层): U1、U3 内层(下层): U2、U4,(5) 按线圈之间的联结方式分类: 叠绕组、波绕组、同心绕组等。,例：求作叠绕组展开图。 z = 24，p = 2，m = 3，y =。 解： 绕组接线步骤如下。 (1) 求出 q、y 每极每相槽数：,= 2,3. 三相单层绕组,槽距角：,= 30,线圈节距：,= 6,(2) 画出 U 相叠绕组。,U1(1-7)(2-8), 线圈串联：,(13-19) (14-20) U2, 线圈并联：,串联,(3) 画出三相叠
9、绕组。(用三色),4. 同心绕组,例：z = 24，p = 1，q = 4, = 15。,优点：下线方便、端部重叠层数少、散热好。缺点？,两极小型感应电机。,1. 单相绕组的脉振磁通势 脉振磁场：轴线不变，大小和方向随时间交变 的磁场。 脉振磁通势：产生脉振磁场的磁通势。,x = 0,二、三相绕组的磁通势,U1U2 与 U3U4串联:, 脉振磁通势的幅值: 绕组磁通势的幅值 = kw N Im,气隙矩形波磁通势的幅值,气隙基波磁通势的幅值, 分布绕组的磁通势,知识点：单相合成磁势,U V W,2. 三相绕组的旋转磁通势 (幅值),i1 = Imsint i2 = Imsin(t120o ) i
10、3 = Imsin(t + 120o ),知识点：三相合成磁势,旋转磁通势波,三、基波与高次谐波磁通势和电动势,磁极的磁场 = 基波磁场 + 奇次谐波磁场 v 次谐波的极对数：,pv = v p1,v 次谐波电动势频率：,f v = v f 1,v 次谐波电动势大小：,E v = 4.44 f v kwv Nm,v 次谐波的绕组系数：,kwv = kpv ksv,基波极对数 p,v 次谐波的短距因数：,v 次谐波的分布因数：,(取正值),(1) 在同步电机中，谐波磁通势所产生的磁场 在转子表面产生涡流损耗，使电机发热， 。 (2) 在感应电机中，谐波磁场产生寄生转矩， 影响其起动性能；损耗，c
11、os，温升，。 y = ( 0.8 0.83 ) 谐波电动势的影响： 使发动机电动势波形变坏，供电质量，杂散 损耗， ，温升；输电线中的高次谐波电流所 产生的电磁场干扰邻近通讯线路。 改善气隙磁场分布；采用短距绕组和分布绕组。, 谐波磁通势的影响：,4.4 三相异步电动机的电动势和磁通势平衡方程,一、定子电路的电动势平衡方程 (每相), 定子绕组感应电动势的频率：, 与交流电源同频率。,= s f1, 转子电路的频率：,E2s = 4.44 s f1 kw2N2m,二、转子电路的电动势平衡方程 (每相),= sE2, 变压器：, 异步机：,式中：E2 = 4.44 f1 kw2N2m 转子静止
12、时的电动势。,X2s = 2f2 L2,式中： X2 = 2f1 L2 转子静止时的漏电抗。 转子每相电流：,= 2s f1 L2 X2s = s X2,三、磁通势平衡方程,1. 定子旋转磁通势 幅值：,转向：,与三相电流相序一致。,转速：,2. 转子旋转磁通势 幅值：,转向：与转子电流的相序一致，即与 定子旋转磁通势的旋转方向一致。,转速： (1) 转子旋转磁通势相对于转子的转速：,= s n0,(2) 转子旋转磁通势相对于定子的转速： n2 + n,= s n0 + (1s) n0,= n0, 结论： (1) 转子旋转磁通势与定子旋转磁通势在空间 是沿同一方向以同一速度旋转的； (2) 二
13、者组成了统一的合成旋转磁通势， 共同产生旋转磁场。,3. 磁通势平衡方程,(1) 理想空载时： I2s = 0， I1 = I0 旋转磁通势的幅值为：,(2) 负载时：, m1= m2 ?,绕线型异步电动机一定相同。,第五章 异步电机的基本理论二,5.1 三相异步电动机的运行分析(等效电路及相量图） 5.2 三相异步电动机的功率和转矩 5.3 三相异步电动机的运行特性（工作特性、参数测定、转差率与转矩的关系等） 5.4 单相异步电动机,5.1 三相异步电动机的运行分析(等效电路及相量图),一、等效电路,R1 jX1,jX2s R2,f1,f2,m1、 kw1N1 m2、 kw2N2,1. 频率
14、折算, 频率归算的物理含义：,用一个静止的、电阻为 R2 /s 的等效转子去代 替电阻为 R2 的实际旋转的转子，等效转子与实 际转子具有同样的转子磁通势 F2 。,n0,n0,取决于电流的相位。,i2s 与 i2 的相位相同。, 频率归算后，定子的所有物理量不变， 定子传送到转子的功率也不变。,转子所产生的机械功率相对应的等效电阻,总机械功率：,jX2 R2,f1,m1、 kw1N1 m2、 kw2N2,2. 绕组折算,用一个相数和有效匝数与定子绕组相同的转 子绕组去等效代替实际的转子绕组。 等效代替：保证电磁效应和所有物理量保持 不变。 (1) 电动势的折算： 折算前：,E2 = 4.44
15、 f1 kw2N2m,折算后：,E2 = E1 = 4.44 f1 kw1N1m,定、转子的电动势之比：,(2) 电流的折算：,折算前：,折算后：,= F2,E2 = E1 = ke E2,电流比：,(3) 阻抗的折算：,折算前：,折算后：,阻抗比：,= ke ki,Z2 = kZ Z2,R2 = kZ R2 X2 = kZ X2,3. 等效电路及其简化,一、功率平衡方程式 1. 输入功率P1 P1 = 3 U1I1cos1,5.2 三相异步电动机的功率和转矩,2. 定子铜损耗 PCu1 PCu1 = m1R1I12 = 3R1I12 3. 铁损耗 PFe（转子铁损耗忽略不计） PFe = m1RmI02 = 3RmI02,4. 电磁功率Pe,Pe = P1PCu1PFe Pe = m2 E2 I2cos2 = m1 E2 I2 cos2,5. 转子铜损耗 PCu2 PCu2 = m2 R2
