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1、第八章 交流电动机 - 133 -第七章 交流电动机 主要内容1、三相异步电动机的构造 2、三相异步电动机的转动原理 3、三相异步电动机的电路分析 4、三相异步电动机的转矩与机械特性 5、三相异步电动机的起动 6、三相异步电动机的调速 7、三相异步电动机的制动 8、三相异步电动机的铭牌数据 9、单相异步电动机 教学目的和要求1、理解三相异步电动机的工作原理、机械特性，了解结构特点和铭牌数据的意义，会正确使用。 2、了解三相电动机的起动和反转的方法，了解调速方法及其发展。 3、了解单相异步电动机的工作原理和正反转。 学时数：10学时 重难点重点：旋转磁场和三相异步电动机的工作原理；三相异步电动机
2、的铭牌和主要技术参数；三相异步电动机起动转矩、额定转矩、最大转矩和过载能力难点：三相异步电动机的绕线分析；三相异步电动机的电路分析；三相异步电动机的转矩与机械特性 本章作业布置：课本习题P238239页，7.4.1，7.4.2，7.4.4，7.4.6，7.5.1，7.5.2第七章 交流电动机几种电动机的特点：(1)异步电动机：结构简单、价格低廉、坚固耐用、维护方便，因此在工农业中获得广泛的应用。(2)同步电动机：主要用于功率较大，不需调速，长期工作的场合。如：压缩机、水泵、通风机等。(3)直流电动机：调速均匀、但价格较高。如：火车电机一般用直流电动机。7.1 三相异步电动机的构造三相异步电动机
3、分为两个基本部分：定子(固定部分)和转子(旋转部分)，其外形如下图所示：图7.1-11 定子由定子铁心、定子绕组和机座三部分组成。(1)定子铁心：铁心是由互相绝缘的硅钢片叠成的，其内圆周冲有均匀分布的槽孔，用来放置对称三相绕组。(2)定子绕组：由漆包线绕成匝数相同的三相线圈，按一定规律嵌入铁心内圆周的线槽中。例如：如图7.1-2所示，磁极对数P = 1异步电动机定子三相绕组， AX、BY、CZ，三相绕组始端互成120o角，对称均匀地嵌放在铁心槽内。图7.1-3图7.1-2根据电动机的铭牌规定，定子绕组可接成Y形、形，如图7.1-3所示。2 转子电动机的转动部分。由转轴、转子铁心、转子绕组、风扇
4、等部分组成。转子铁心由硅钢片叠成，转子绕组放在铁心的线槽内。三相异步电动机的转子根据构造上的不同分为两种：(1)鼠笼式转子：在转子铁心线槽中嵌入铜条作为绕组导体，铜条的两端用短路环焊接起来。如图7.1-4。中小型电动机的转子常在铁心线槽中浇铸铝液，把铝条两端接成短路环，构成转子绕组。如图7.1-5。这种转子若去掉铁心，则转子绕组就像一只鼠笼，故称为鼠笼式转子。 图7.1-4 图7.1-5(2)绕线式转子：在转子铁芯的线槽中放置对称的三相绕组。三个绕组的末端接在一起作星型联接，三个始端分别接到轴上三个彼此绝缘的铜滑环上。如图7.1-6，这种转子的异步电动机称为绕线式异步电动机。 图7.1-67.
5、2 三相异步电动机的转动原理图7.2-1介绍了一个演示实验。一个装有手柄的蹄形磁铁，磁极间有一个可以自由转动的，由铜条组成的转子。铜条两端分别用铜环联接起来，形成鼠笼式转子。磁极与转子之间没有机械联系。当摇动磁极时，发现转子跟着磁极一起转动。摇得快，转子转得也快；摇得慢，转的也慢；反摇，转子马上反转。从这个演示实验说明了转子会跟着旋转磁场转动。异步电动机转子转动的原理也相似，即磁场旋转，转子跟着旋转。(为什么、请大家自行分析)。 图7.2-1一 旋转磁场1 旋转磁场的产生图7.2-2为一磁极对数的三相异步电动机的定子绕组接线图。三相对称绕组AX、BY、CZ在空间互差，对称地嵌放在定子铁心的线槽
6、中。绕组作Y形联接，三个绕组的始端接三相电源A、B、C，在三相绕组上形成三相对称电流。规定绕组电流参考方向：始端末端。当，方向由始端末端；当，方向由末端始端图7.2-2下面取t=0o、60o、90o三个位置分析三相绕组产生的合磁场方向。各绕组电流的实际方向和合磁场分布如图7.2-3所示。 图7.2-3这种绕组产生的合磁场是两磁极的，即磁极对数，当定子绕组通入三相交流电时，它们的合磁场将随三相电流变化而在空间顺时针不断地旋转，形成了旋转磁场。交流电变化90o相位，合磁场在空间也旋转90o；交流电变化一周期，合磁场在空间也旋转一周即360o。因此：(1)三相绕组在空间互差120o，对称地嵌放在定子
7、铁心线槽中，产生两极磁场，即磁极对数p=1。(2) p=1的电动机，交流电变化一周，合磁场在空间也旋转一周，即360o。2 旋转磁场的转向图7.2-4只要将定子三相绕组中任意两相电源对换一下，电动机反转(旋转磁场反转)。因此，旋转磁场的方向与通入三相绕组的电流相序有关，如图8.2-4所示。3 旋转磁场的极数三相异步电动机的极数就是旋转磁场的磁极数，用p表示磁级对数。磁极对数与三相绕组的安排有关。以上分析中，每相绕组只有一个线圈；若每相绕组有两个线圈串联，则旋转磁场有两对极；如图7.2-5，12槽4极，每相绕组有两个线圈串联，绕组的始端之间相差60o空间角，则产生的旋转磁场具有两对极，即p=2。
8、 图7.2-5图7.2-6定子绕组的布置规则（补充）：常用电动机有：24槽4极；36槽4极。电角度：使旋转磁场旋转一周，需要交流电变化的相位角。电角度=p360o例如：24槽4极，则：（1）每相占8槽，有4个线圈串联。（2）极距：合磁场中两个相邻磁极中心位置相隔的线槽数。（槽）（3）在一个极距内，每相占槽数：（槽），按ACB顺序安排。（4）相邻二绕组始端相隔电角度120o，空间角度相邻二绕组始端所跨槽数（槽）下图为24槽4极定子绕组分布图4 旋转磁场的转速旋转磁场的转速no，也称为同步转速。旋转磁场的转速no与磁场的极数有关。与分析p=1旋转磁场方法相似，也可以分析p=2的旋转磁场(iA、iB
9、、iC波形电流实际方向合磁场)。如图7.2-6，为4极12槽的定子结构，画出了的三相异步电动机在和的合磁场方向，可知当电流的相位t变化了60o，而磁场在空间仅旋转了30o；当交流电变化一周，磁场仅旋转了半转。(1)当p=1时，(2)当p=2时，所以，当旋转磁场具有p对极时，磁场的转速为(7.2-1)表7.2-1p123456(r/min)300015001000750600500小结：(1)产生定子：三相对称电流旋转磁场，以三相电动机为例说明。(2)转向：任调二相电源。(3)极数：即旋转磁场磁极数。二极12槽、四极14槽绕组分布与三相绕组安排有关。(4)同步转速：二 电动机的转动原理图7.2-
10、7三相定子绕组产生旋转磁场时，切割转子导体，引起感应电流。根据右手定则，标出感应电流方向。载流导体在磁场中受到电磁力作用方向由左手定则确定，如图所示，由电磁力产生的电磁转矩，方向与旋转磁场的方向相同，使转子沿着旋转磁场的方向转动起来，其转速用n表示。三 转差率转子的转速要小于旋转磁场的同步转速、，否则转子与旋转磁场之间无相对运动，因而磁通就不切割转子，则转子导条中不产生感应电流，故称为异步电动机。转差率s：描述转子转速与旋转磁场同步转速之差的程度。或(7.2-2)电动机刚起动时，n=0，s=1；电动机额定负载运行时，其额定转速与同步转速很接近，故很小，【例8.2-1】有一台三相异步电动机，其额
11、定转速，求p、s，已知。解：由于额定转速略低于同步转速，查表8.2-1可得，7.3 三相异步电动机的电路分析图7.3-1三相异步电动机的每相定子绕组和转引绕组，和变压器相比，定子绕组相当于变压器的原绕组，转子绕组相当于副绕组。其电磁关系同变压器类似。三相定子绕组的电流产生旋转磁场，其磁通通过定子和转子铁心而闭合，分别在定子绕组和转子绕组上感应出电动势和。此外，还有漏磁感应电动势和。一 定子电路 由KVL定律： (7.3-1)用相量表示为： (7.3-2)其中，为每相定子绕组的漏磁感抗。忽略线圈电阻和漏磁电动势后，据交流铁心线圈分析，与的关系为 (7.3-3)其中，为绕组系数(电动机每相绕组分布
12、在不同的槽中，而引入的近似为1的系数)；为定子绕组的匝数。为e1的频率，即为电源的频率，它与旋转磁场和定子间的相对转速n0的关系： (7.3-4)二 转子电路由KVL定律： (7.3-5)用相量表示为： (7.3-6)其中和分别为转子每相绕组的电阻和感抗。1转子的频率 f 2f 2由旋转磁场与转子的相对转速（n 0-n）决定。 (7.3-7)可见转子电源的频率与转差率s有关，是成正比关系的。在电动机起动瞬间，2. 转子绕组中的主磁感应电动势E2据交流铁心线圈分析，与的关系为 (7.3-8)在电动机起动瞬间，即，时，转子的主磁感应电动势所以， (7.3-9)转子的主磁感应电动势E2与转差率s有关。3 转子感抗 (7.3-9) 在在电动机起动瞬间，转子感抗最大。4 转子电流如图7.3-2等效电路， (7.3-10) 图7.3-2图7.3-34 转子电路的功率因数 (7.3-11)因此，f2、E2、I2、都是与转差率s有关，如图7.3-3曲线图。小结：(1)，(2)定子和转子电路图8.3-3，7.4 三相异步电动机的转矩与机械特性转矩是异步电动机的重
