三相异步电动机的结构工作原理及其控制电路

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1、三相异步电动机及其控制线路5.1 三相异步电动机实现电能与机械能相互转换的电工设备总称为电机。电机是利用电磁感应原理实现电能与机械能的相互转换。把机械能转换成电能的设备称为发电机，而把电能转换成机 械能的设备叫做电动机。文档来自于网络搜索在生产上主要用的是交流电动机，特别三相异步电动机，因为它具有结构简单、坚 固耐用、运行可靠、价格低廉、维护方便等优点。它被广泛地用来驱动各种金属切削机 床、起重机、锻压机、传送带、铸造机械、功率不大的通风机及水泵等。文档来自于网络搜索对于各种电动机我们应该了解下列几个方面的问题：（1）基本构造；（2）工作原理;（3）表示转速与转矩之间关系的机械特性；（4）起动

2、、调速及制动的基本原理和基本 方法；（5）应用场合和如何正确使用。文档来自于网络搜索5.1.1 三相异步电动机的结构与工作原理1 .三相异步电动机的构造此外三相异步电动机的两个基本组成部分为定子（固定部分）和转子（旋转部分） 还有端盖、风扇等附属部分，如图 5-1所示。 文档来自于网络搜索定子绕冢（三相）图5-1三相电动机的结构示意图1）.定子三相异步电动机的定子由三部分组成:定子铁心由厚度为0.5mm的，相互绝缘的硅钢片叠成，硅钢片 内圆上有均匀分布的槽，其作用是嵌放定子三相绕组AX、BY、CZ。定子绕组三组用漆包线绕制好的，对称地嵌入定子铁心槽内的 相同的线圈。这三相绕组可接成星形或二角形

3、。机座机座用铸铁或铸钢制成，其作用是固定铁心和绕组2).转子三相异步电动机的转子由三部分组成:转子铁心由厚度为0.5mm的，相互绝缘的硅钢片叠成，硅钢片 外圆上有均匀分布的槽，其作用是嵌放转子三相绕组。转子绕组转子绕组后两种形式：鼠笼式-鼠笼式异步电动机。绕线式-绕线式异步电动机。转轴转轴上加机械负载鼠笼式电动机由于构造简单，价格低廉，工作可靠，使用方便，成为了生产上应用 得最广泛的一种电动机。为了保证转子能够自由旋转，在定子与转子之间必须留有一定的空气隙，中小型电动机 的空气隙约在0.21.0mm之间。文档来自于网络搜索2 .三相异步电动机的转动原理1).基本原理为了说明三相异步电动机的工作

4、原理，我们做如下演示实验，如图 5-2所示磁铁图5-2三相异步电动机工作原理(1) .演示实验：在装有手柄的蹄形磁铁的两极间放置一个闭合导体，当转动手柄带 动蹄形磁铁旋转时，将发现导体也跟着旋；若改变磁铁的转向，则导体的转向也跟着改 变。文档来自于网络搜索(2) .现象解释：当磁铁旋转时，磁铁与闭合的导体发生相对运动，鼠笼式导体切割 磁力线而在其内部产生感应电动势和感应电流。感应电流又使导体受到一个电磁力的作用，于是导体就沿磁铁的旋转方向转动起来，这就是异步电动机的基本原理。文档来自于网络搜索转子转动的方向和磁极旋转的方向相同(3) .结论：欲使异步电动机旋转，必须有旋转的磁场和闭合的转子绕组

5、2) .旋转磁场(1) .产生图5-3表示最简单的三相定子绕组 AX、BY、CZ,它们在空间按互差1200的规律对 称排列。并接成星形与三相电源U、V、W相联。则三相定子绕组便通过三相对称电流： 随着电流在定子绕组中通过，在三相定子绕组中就会产生旋转磁场(图5-4)。文档来自于网络搜索iu = ImSin t0iV = Imsin( t - 1200)iW TmSin( t 1200)图5-3三相异步电动机定子接线当切t=00时，iA=。，AX绕组中无电流；iB为负，BY绕组中的电流从Y流入Bi流 出；iC为正，CZ绕组中的电流从C流入Z流出；由右手螺旋定则可得合成磁场的方向如图5-4 (a)

6、所示。文档来自于网络搜索当0=120时，iB=0, BY绕组中无电流；iA为正，AX绕组中的电流从A流入X流出；iC为负，CZ绕组中的电流从Z流入C流出；由右手螺旋定则可得合成磁场的方 向如图5-4 (b)所示。文档来自于网络搜索当即=2400时，认=0 , CZ绕组中无电流；iA为负，AX绕组中的电流从X流入A流出；iB为正，BY绕组中的电流从B流入Y流出；由右手螺旋定则可得合成磁场的方 向如图5-4 (c)所示。 文档来自于网络搜索可见，当定子绕组中的电流变化一个周期时，合成磁场也按电流的相序方向在空间 旋转一周。随着定子绕组中的三相电流不断地作周期性变化，产生的合成磁场也不断地 旋，因此

7、称为旋转磁场。文档来自于网络搜索AAAZBBCZBX(a) cot = 0X(b) 3 t = 120X(c) t = 240图5-4旋转磁场的形成(2) .旋转磁场的方向旋转磁场的方向是由三相绕组中电流相序决定的，若想改变旋转磁场的方向，只要 改变通入定子绕组的电流相序，即将三根电源线中的任意两根对调即可。这时，转子的 旋转方向也跟着改变。文档来自于网络搜索3) .三相异步电动机的极数与转速(1) .极数(磁极对数p)三相异步电动机的极数就是旋转磁场的极数。旋转磁场的极数和三相绕组的安排有 关。当每相绕组只有一个线圈，绕组的始端之间相差 1200空间角时，产生的旋转磁场具 有一对极，即p=1

8、;当每相绕组为两个线圈串联，绕组的始端之间相差600空间角时，产生的旋转磁场具有两对极，即p=2同理，如果要产生三对极，即p=3的旋转磁场，则每相绕组必须有均匀安排在空间的串联的三个线圈，绕组的始端之间相差 400 (=1200/p)空间角。极数p与绕组的始端f = 1之间的空间角曲勺关系为：文档来自于网络搜索(2) .转速n三相异步电动机旋转磁场的转速 n0与电动机磁极对数p有关，它们的关系是:(5-1)60 fi n o -P由(5-1)可知，旋转磁场的转速no决定于电流频率fi和磁场的极数p。对某一异步 电动机而言，fi和p通常是一定的，所以磁场转速 no是个常数。文档来自于网络搜索在我

9、国，工频fi=50Hz,因此对应于不同极对数p的旋转磁场转速no,见表5-1表5-1p123456no3ooo15oo1ooo75o6oo5oo(3).转差率s电动机转子转动方向与磁场旋转的方向相同，但转子的转速n不可能达到与旋转磁场的转速no相等，否则转子与旋转磁场之间就没有相对运动，因而磁力线就不切割转子导体，转子电动势、转子电流以及转矩也就都不存在。也就是说旋转磁场与转子之间存 在转速差，因此我们把这种电动机称为异步电动机，又因为这种电动机的转动原理是建 立在电磁感应基础上的，故又称为感应电动机。文档来自于网络搜索旋转磁场的转速no常称为同步转速。转差率 S用来表示转子转速n与磁场转速n

10、o相差的程度的物理量。即:no - nn(5-2)s =二nono转差率是异步电动机的一个重要的物理量。当旋转磁场以同步转速no开始旋转时，转子则因机械惯性尚未转动，转子的瞬间转速n=o,这时转差率S=1o转子转动起来之后，no, (no-n)差值减小，电动机的转差 率S1。如果转轴上的阻.转矩加大，则转子转速一n降低，即异步程度加太，才能产生足 够大的感受电动势和电流,产生足够大的电磁转矩,.这时.的转差率.S增大。反之，S减 小。异步电动机运行时，转速与同步转速一般很接近，转差率很小。在额定工作状态下 约为o.o15o.o6之间。文档来自于网络搜索根据式(4-2)，可以得到电动机的转速常用

11、公式(5-3)n = 1 - s no例 有一台三相异步电动机，具额定转速n=975r/min,电源频率f=50Hz,求电动机 的极数和额定负载时的转差率 S。文档来自于网络搜索解：由于电动机的额定转速接近而略小于同步转速，而同步转速对应于不同的 极对数有一系列固定的数值。显然，与 975r/min最相近的同步转速no=1000r/min,与此 相应的磁极对数p=3。因此，额定负载时的转差率为：文档来自于网络搜索n0 -n1000 -9751000s=-0 100%= 100% =2.5%n0（4）.三相异步电动机的定子电路与转子电路三相异步电动机中的电磁关系同变压器类似，定子绕组相当于变压器

12、的原绕组，转 子绕组（一般是短接的）相当于副绕组。给定子绕组接上三相电源电压，则定子中就有 三相电流通过，此三相电流产生旋转磁场，其磁力线通过定子和转子铁心而闭合，这个 磁场在转子和定子的每相绕组中都要感应出电动势。 文档来自于网络搜索总结：1、三相异步电动机的两个基本组成部分为定子（固定部分）和转子（旋转部分）。2、欲使异步电动机旋转，必须有旋转的磁场和闭合的转子绕组，并且旋转的磁场和闭合的转子绕组的转速不同，这也是“异步”二字的含义；文档来自于网络搜索3、三相电源流过在空间互差一定角度按一定规律排列的三相绕组时，便会产生旋 转磁场；4、旋转磁场的方向是由三相绕组中电源相序决定的；5、三相异

13、步电动机旋转磁场的转速 n。与电动机磁极对数p有关，它们的关系是：60 tn0 二P6、转差率s用来表示转子转速n与磁场转速n0相差的程度的物理量。即：n0 - nns =二nn0转差率是异步电动机的一个重要的物理量，异步电动机运行时，转速与同步转速一般很接近，转差率很小。在额定工作状态下约为 0.0150.06之间。文档来自于网络7、三相异步电动机中的电磁关系同变压器类似，定子绕组相当于变压器的原绕组，转子绕组（一般是短接的）相当于副绕组。文档来自于网络搜索5.1.2三相异步电机的转矩特性与机械特性1 .电磁转矩（简称转矩）异步电动机的转矩T是由旋转磁场的每极磁通 中与转子电流I2相互作用而

14、产生的 电磁转矩的大小与转子绕组中的电流 I及旋转磁场的强弱有关。文档来自于网络搜索经理论证明，它们的关系是：T = KT6 12cos*2（5-4）其中T为电磁转矩 Kt为与电机结构有关的常数为旋转磁场每个极的磁通量I 2为转子绕组电流的有效值52为转子电流滞后于转子电势的相位角若考虑电源电压及电机的一些参数与电磁转矩的关系，（5-4）修正为：T =KtsRU；R； (SX20)2（5-5）其中 KT为常数Ui为定子绕组的相电压S为转差率R2为转子每相绕组的电阻X20为转子静止时每相绕组的感抗由上式可知，转矩T还与定子每相电压Ui的平方成比例，所以当电源电压有所变动 时，对转矩的影响很大。止

15、匕外，转矩 T还受转子电阻R2的影响。图4-15为异步电动机 的转矩特性曲线。文档来自于网络搜索2 .机械特性曲线 T=f(s)曲线(b) n=f(T)曲线图5-5三相异步电动机的机械特性曲线在一定的电源电压Ui和转子电阻R2下，电动机的转矩T与转差率n之间的关系曲 线T=f(s)或转速与转矩的关系曲线 n=f(T),称为电动机的机械特性曲线，它可根据式 (5-4)得出，如图5-5所示。文档来自于网络搜索在机械特性曲线上我们要讨论三个转矩：1) .额定转矩T n额定转矩Tn是异步电动机带额定负载时，转轴上的输出转矩。PTN = 9550 2n(5-6)式中P2是电动机轴上输出的机械功率，其单位是瓦特，n的单位是转/分，Tn的 单位是牛米。当忽略电动机本身机械摩擦转矩 To时，阻转矩近似为负载转矩Tl,电动机作