第2章三相异步电动机

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1、2.2.1 三相异步电动机的旋转原理 三相绕组通入交变电流产生旋转磁场，转子导体中产生感生电流，载流导体在磁场的作用下产生与旋转磁场同方向的电磁转矩，使转子随磁场同方向转动。,2.2 三相异步电动机的旋转原理,1、只要感应电动机的定子绕组产生旋转磁场，转子绕组形成闭合回路，电动机就会旋转。,2、对异步电动机，转子的旋转速度n始终小于磁场的旋转速度n1，即异步。,3、转子速度n与磁场速度n1的转差n，与磁场速度n1的比值叫转差率s。很小，S =0.010.05,从上述分析可知，三相异步电动机的基本原理，即：把对称的三相交流电通入彼此间隔120电角度的三相定子绕组，可建立起一个旋转磁场。根据电磁感

2、应定律可知，转子导体中必然会产生感生电流，该载流导体在磁场的作用下产生与旋转磁场同方向的电磁转矩，并使得转子随磁场同方向转动。注意：,1. 旋转磁场的旋转速度 旋转磁场的速度也称为“同步转速”，用n1表示，其单位是“r/min”。它的大小由交流电源的频率及磁场的磁极对数决定。旋转磁场的转速(同步转速)n为： (r/min) 式中: f 电流的频率； P 定子绕组产生的磁极对数。 2. 旋转磁场的旋转方向 交流电动机旋转磁场的旋转方向与接入定子绕组的电流相序有关，只要改变通入三相绕组中的电流相序，就可实现旋转磁场的反向。,2.2.2 旋转磁场的产生,3. 转子的旋转速度 转子的旋转速度一般称为电

3、动机的转速，用n 表示。根据前面 的工作原理可知，转子是被旋转磁场拖动而运行的，在异步电动机处 于电动状态时，它的转速恒小于同步转速n1，这是因为转子转动与 磁场旋转是同方向的，转子比磁场转得慢，转子绕组才可能切割磁力 线，产生感生电流，转子也才能受到磁力矩的作用。假如有n = n1情 况，则意味着转子与磁场之间无相对运动，转子不切割磁力线，转子 中就不会产生感生电流，它也就受不到磁力矩的作用了。如果真的出 现了这样的情况，转子会在阻力矩(来自摩擦或负载)作用下逐渐减 速，使得 nn1。当转子受到的电磁力矩和阻力矩(摩擦力矩与负载力 矩之和)平衡时，转子保持匀速转动。所以，异步电动机正常运行时

4、，总 是nn1，这也正是此类电动机被称作“异步”电动机的由来。 又因为转子中的电流不是由电源供给的，而是由电磁感应产生的，所 以这类电动机也称为感应电动机。,2.3 三相异步电动机的基本结构、铭牌和主要系列, 定子由机座、定子铁心、定子绕组组成： （1）机座起固定和支撑定子铁心的作用，一般用铸铁制造。 （2）定子铁心：定子铁心是电动机磁路的一部分。为了减小涡流和磁滞损耗，由厚0.5mm的硅钢片冲叠而成，铁心内开有均布的槽，嵌放定子绕组。 （3）定子绕组：是电动机的电路部分，也是最重要的部分，一般是由绝缘铜(或铝)导线绕制的绕组联接而成，它的作用就是利用通入的三相交流电产生旋转磁场。槽内绕组匝间

5、、绕组与铁心之间都要有良好的绝缘。由完全相同的三个绕组组成，空间互差120度，可接成Y、Yn或。,2.3.1 三相异步电动机的结构,2. 转子 转子是电动机中的旋转部分，一般由转轴、转子铁心、转子绕组、风扇等组成。转轴用碳钢制成，两端轴颈与轴承相配合，轴端铣有键槽，用以固定皮带轮或联轴器。转轴是输出转矩、带动负载的部件。转子铁心也是电动机磁路的一部分，由0.5mm 厚的硅钢片(图4-15)叠压成圆柱体，并紧固在转子轴上。转子铁心的外表面有均匀分布的线槽，用以嵌放转子绕组。 三相交流异步电动机按照转子绕组形式的不同，一般可分为笼型异步电动机和绕线型异步电动机。 转子铁心：由厚0.5mm的硅钢片冲

6、叠而成，铁心内开有均布的槽，嵌放转子绕组、或浇铸铝。,三相绕线式异步电动机结构图,三相鼠笼式异步电动机结构图,封闭式三相异步电动机的结构 1-端盖 2-轴承 3-机座 4-定子绕组 5-转子 6-轴承 7-端盖 8-风扇 9-风罩 10-接线盒,3. 气隙 所谓气隙就是定子与转子之间的空隙。中小型异步电动机的气隙一般为0.2mm1.5mm。气隙的大小对电动机性能影响较大。气隙大，磁阻也大，产生同样大小的磁通，所需的励磁电流也越大，电动机的功率因数也就越低。但气隙过小，将给装配造成困难，运行时定、转子容易发生摩擦，使电动机运行不可靠。,1、额定数据,三相异步电动机在出厂时，机座上都固定着一块铭牌

7、，铭牌上标注着电动机的型号和额定数据。,2.3.2 三相异步电动机的铭牌数据,记住这个公式：对于3相（异步）电机,异步电动机的型号主要包括产品代号、设计序号、规格代号和特殊环境代号等，产品代号表示电机的类型，如电机名称、规格、防护型式及转子类型等，一般采用大写印刷体的汉语拼音字母表示。设计序号是指电动机产品设计的顺序，用阿拉伯数字表示。规格代号是用中心高、铁芯外径、机座号、机座长度、铁芯长度、功率、转速或极数表示。 型号中汉语拼音字母是根据电机的全名称选择有意义的汉字，再用该汉字第一个拼音字母组成。常用的字母含义是： J交流异步电动机； Y异步电动机（新系列）； O封闭式（没有O是防护式）；

8、R绕线式转子（没有R为鼠笼式转子）； S双鼠笼式转子； C深槽式转子；,2.3.3 三相异步电动机的主要系列,Z冶金和起重用的铜条鼠笼式转子；Q高起重转矩； L铝线电机；D多速；B防爆。 现以Y系列异步电动机为例说明型号中各字母及阿拉伯数字所代表的含义：,有JQ、JR、JS等系列。,2.4 三相异步电动机的定子绕组,2.4.1 交流绕组的基本知识,一、基本要求和分类,1）三相绕组对称；,2）力求获得最大的电动势和磁动势；,3）绕组的电动势和磁动势的波形力求接近正弦；,4）节省用铜量；,5）绕组的绝缘和机械强度可靠，散热条件好；,6）工艺简单、便于制造、安装和检修。,二、交流绕组的基本概念,1、

9、极距,两个相邻磁极轴线之间沿定子铁心内表面的距离。若定子的槽数为Z，磁极对数为p，则极距：,2、线圈节距,一个线圈的两个有效边之间所跨的距离称为线圈的节距。,3、电角度,4、槽距角,相邻两个槽之间的电角度：,6、相带,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、每极每相槽数,2.4.2 三相单层绕组,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。单层绕组分为链式、交叉式和同心式绕组。,一、单层链式绕组,单层链式绕组由形状、几何尺寸和节距相同的线圈连接而成，整个外形如长链。,链式绕组的每个线圈节

10、距相等并且制造方便；线圈端部连线较短并且省铜。主要用于q=2的4、6、8极小型三相异步电动机。,二、单层交叉式绕组,单层交叉式绕组由线圈数和节距不相同的两种线圈组构成，同一组线圈的形状、几何尺寸和节距均相同，各线圈组的端部互相交叉。,交叉式绕组由两大一小线圈交叉布置。线圈端部连线较短，有利于节省材料，并且省铜。广泛用于q1的且为奇数的小型三相异步电动机。,三、单层同心式绕组,同心式绕组由几个几何尺寸和节距不等的线圈连成同心形状的线圈组构成。,同心式绕组端部连线较长，适用于q=4、6、8等偶数的2极小型三相异步电动机。,2.4.3 三相双层绕组,双层绕组每个槽内放上、下两层线圈的有效边，线圈的每

11、一个有效边放在某一槽的上层，另一个有效边则放置在相隔为y 的另一槽的下层。,双层绕组分双层叠绕组（如图2a=1）和双层波绕组（略）。,双层绕组的特点：,1）线圈数等于槽数；,2）线圈数组数等于极数，也等于最大并联支路数；,3）每相绕组的电动势等于每条支路的电动势。,2.5.1 空载运行分析,2.5三相异步电动机的运行分析,一、主、漏磁通的分布,为了便于分析，根据磁通路径和性质不同，异步电动机的磁通分为主磁通和漏磁通。,主磁通同时交链定、转子绕组，其路径为：定子铁心气隙转子铁心气隙定子铁心。主磁通起传递能量的作用。,除了主磁通以外的磁通称为漏磁通，它包括槽漏磁通、端漏磁通和高次谐波磁通。漏磁通只

12、起电抗压降作用。,二、空载电流和空载磁动势,异步电动机空载运行时的定子电流称为空载电流。,三、电磁关系,空载运行时的电压平衡方程,一、感应电动势,与变压器一样,主、漏磁通在定子绕组上感应的电动势,可见，异步电动机空载时的电磁关系与变压器非常相似。,二、电压平衡方程与等效电路,与变压器一样，根据基尔霍夫电压定律，可列出空载时定子每相电压方程式：,同样也有：,根据上两式，可以作出空载时等效电路。,尽管异步电动机的电磁关系与变压器相似，但它们之间还是有差别的：,1）主磁场性质不同：异步电动机为旋转磁场，变压器为脉动磁场.,4）由于存在气隙,异步电动机漏抗较变压器的大.,5)异步电动机通常采用短距和分

13、布绕组,计算时需考虑绕组系数,变压器则为整距集中绕组,可认为绕组系数为1.,负载运行时的电磁关系,2.5.2 负载运行分析,转子绕组各电磁量,一、转子电动势的频率,感应电动势的频率正比于导体与磁场的相对切割速度,故转子电动势的频率为:,转子不转时,理想空载时,二、转子绕组的感应电动势,转子旋转时的感应电动势:,转子不转时的感应电动势:,二者关系为:,三、转子绕组的漏阻抗,电抗与频率正比于,转子旋转时转子漏电抗:,二者关系:,转子绕组的漏阻抗:,四、转子绕组的电流,转子绕组为闭合绕组,转子电流为,转子不转时转子漏电抗:,当转速降低时,转差率增大,转子电流也增大.,五、转子绕组的功率因数,转子功率

14、因数与转差率有关,当转差率增大时,转子功率因数则减小。,六、转子旋转磁动势,转子绕组流过三相或多相对称电流时产生圆形旋转磁动势.,1)幅值,2)转向,转子电流相序与定子旋转磁动势方向相同,转子旋转磁动势的方向与转子电流相序一致.,转子旋转磁动势相对定子的速度为,可见,无论转子转速怎样变化,定、转子磁动势总是以同速、同向在空间旋转，两者在空间上总是保持相对静止。,磁动势平衡方程,磁动势的平衡方程为：,可以改写为：,写成磁动势幅值公式：,2.6.1 功率关系,2.6 异步电动机的功率、电磁转矩,异步电动机的功率和损耗有：,一、功率平衡,输入功率,定子铁损,电磁功率,机械功率,输出功率,定子铜损,转子铜损,在等效电路上表示功率和损耗：,两个重要关系式,可见，从气隙传递到转子的电磁功率分为两部分，一小部分变为转子铜损耗，绝大部分转变为总机械功率。转差率越大，转子铜损耗就越多，电机效率越低。因此正常运行时电机的转差率均很小。,二、转矩关系,即,或,电磁转矩,在式 的两边同时除以机械角速度 得,电磁转矩从转子方面看，它等于总机械功率除以转子机械角速度；从定子方面看，它又等于电磁功率除以同步机械角速度。,2.7 三相异步电动机的工作特性,一、转速特性,二、转矩特性,三、定子电流特性,四、定子功率因数特性,五、效率特性,工作特性的曲线如图所示：,