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1、Electric MachineryElectric MachineryElectric Machinery 异步电机篇异步电机篇Electric MachineryElectric MachineryElectric Machinery 第三篇第三篇第八章第八章 异步电动机的基本结构和工作原理异步电动机的基本结构和工作原理Electric MachineryElectric MachineryElectric Machinery 第八章第八章 异步电动机的基本结构和工作原理异步电动机的基本结构和工作原理1.1.熟悉异步电动机的基本结构各部件的特点和作用熟悉异步电动机的基本结构各部件的特点和作
2、用 ； 3.3.掌握三相异步电动机的铭牌和相关技术数据掌握三相异步电动机的铭牌和相关技术数据 。 2.2.掌握异步电动机的基本工作原理掌握异步电动机的基本工作原理 ； 本章节重点和难点：本章节重点和难点：本章节重点和难点：本章节重点和难点：本章节基本要求：本章节基本要求：本章节基本要求：本章节基本要求：重点重点重点重点: : : :1.1.异步电动机的工作原理异步电动机的工作原理 ； 2.2.转差率的定义以及用转差率来判断电机运行的三种状态转差率的定义以及用转差率来判断电机运行的三种状态 ； 3.3.三相异步电动机的铭牌和相关技术数据三相异步电动机的铭牌和相关技术数据 。 难点难点难点难点:
3、: : :1.1.异步电动机的基本结构各部件的特点和作用异步电动机的基本结构各部件的特点和作用 ； 2.2.电机运行三种状态的判断电机运行三种状态的判断 ； 3.3.异步电机的额定值异步电机的额定值 。 Electric MachineryElectric MachineryElectric Machinery 三相异步电动机的转动原理三相异步电动机的转动原理AXYCBZ定子三相绕组通入三相交流电定子三相绕组通入三相交流电定子三相绕组通入三相交流电定子三相绕组通入三相交流电方向方向方向方向: :顺时针顺时针顺时针顺时针 切割转子导体切割转子导体切割转子导体切割转子导体右手定则右手定则右手定则右
4、手定则感应电动势感应电动势感应电动势感应电动势 E E2020旋转磁场旋转磁场旋转磁场旋转磁场感应电流感应电流感应电流感应电流 I I2 2旋转磁场旋转磁场旋转磁场旋转磁场左手定则左手定则左手定则左手定则电磁力电磁力电磁力电磁力F FF电磁转矩电磁转矩电磁转矩电磁转矩MMnF第一节第一节 异步电动机的基本工作原理异步电动机的基本工作原理Electric MachineryElectric MachineryElectric Machinery 二、旋转磁场的转速二、旋转磁场的转速 旋转磁场转速旋转磁场转速n n1 1与定子电流频率与定子电流频率f f1 1、磁极对数、磁极对数p p有关。有关。
5、式中式中: n: n1 1旋转磁场的转速，又称同步转速，单位为旋转磁场的转速，又称同步转速，单位为r/minr/min； f f1 1定子电流的频率，单位为定子电流的频率，单位为HzHz； p p旋转磁场的极对数。旋转磁场的极对数。 异步电动机转速和极对数的对应关系表异步电动机转速和极对数的对应关系表 （f f1 1=50H=50Hz z) )p p1 12 23 34 4n n1 1(r/min) (r/min) 300030001500150010001000750750Electric MachineryElectric MachineryElectric Machinery 三、三、
6、转差率转差率 旋转磁场的同步转速和电动机转子转速之差与旋转磁旋转磁场的同步转速和电动机转子转速之差与旋转磁旋转磁场的同步转速和电动机转子转速之差与旋转磁旋转磁场的同步转速和电动机转子转速之差与旋转磁场的同步转速之比称为场的同步转速之比称为场的同步转速之比称为场的同步转速之比称为转差率，转差率，转差率，转差率，是一个重要的物理量。是一个重要的物理量。是一个重要的物理量。是一个重要的物理量。 由前面分析可知，电动机转子转动方向与磁场旋转由前面分析可知，电动机转子转动方向与磁场旋转由前面分析可知，电动机转子转动方向与磁场旋转由前面分析可知，电动机转子转动方向与磁场旋转的方向一致，但转子转速的方向一致
7、，但转子转速的方向一致，但转子转速的方向一致，但转子转速 n n n n 不可能达到与旋转磁场的转不可能达到与旋转磁场的转不可能达到与旋转磁场的转不可能达到与旋转磁场的转速相等，即速相等，即速相等，即速相等，即异步电动机异步电动机异步电动机异步电动机如果如果: :无转子电动势和转子电流无转子电动势和转子电流无转子电动势和转子电流无转子电动势和转子电流 转子与旋转磁场间没有相对运动，磁通不转子与旋转磁场间没有相对运动，磁通不转子与旋转磁场间没有相对运动，磁通不转子与旋转磁场间没有相对运动，磁通不切割转子导条切割转子导条切割转子导条切割转子导条无转矩无转矩无转矩无转矩因此，转子转速与旋转磁场转速间
8、必须要有差别。因此，转子转速与旋转磁场转速间必须要有差别。因此，转子转速与旋转磁场转速间必须要有差别。因此，转子转速与旋转磁场转速间必须要有差别。Electric MachineryElectric MachineryElectric Machinery 1.1.转速差转速差: :是异步电机是异步电机转子转速转子转速n n与与旋转磁场同步转速旋转磁场同步转速n n1 1间的差间的差值，即值，即n=nn=n1 1-n-n。它表示定子旋转磁场切割转子导体的速度，它。它表示定子旋转磁场切割转子导体的速度，它的大小决定着转子电动势及其频率的大小，直接影响到异步电的大小决定着转子电动势及其频率的大小，直
9、接影响到异步电机的工作状态。机的工作状态。2.2.转差率转差率: :是异步电机转子转速是异步电机转子转速n n与旋转磁场同步转速与旋转磁场同步转速n n1 1间的差间的差值与旋转磁场同步转速值与旋转磁场同步转速n n1 1的比值。的比值。用用s s表示，表示，即：即：转差率转差率s s是异步电机的一个重要物是异步电机的一个重要物理量，它反映电机的各种运行情况。理量，它反映电机的各种运行情况。(1)(1)转子未转动时转子未转动时，电机理想空载时电机理想空载时，作为电动机，转速在作为电动机，转速在范围内变化，转差率在范围内变化，转差率在0 0- -1 1范围内变化。范围内变化。额定运行时，额定运行
10、时，额定转差率一般在额定转差率一般在0.01-0.060.01-0.06之间之间，即电机转速接近，即电机转速接近同步速。同步速。Electric MachineryElectric MachineryElectric Machinery (2)(2)负载的大小也决定转差率的大小。负载越大，转速越低，转差负载的大小也决定转差率的大小。负载越大，转速越低，转差率越大；反之，转差率越小。因而，转差率的大小同时能够反映率越大；反之，转差率越小。因而，转差率的大小同时能够反映电机的转速大小或负载大小。则异步电机的转速为：电机的转速大小或负载大小。则异步电机的转速为：例例1 1：一台三相异步电动机，其额定
11、转速一台三相异步电动机，其额定转速n n=975=975 r/min r/min，电源频率电源频率 f f1 1=50 Hz=50 Hz。试求电动机的极对数和额定负载下的转差率。试求电动机的极对数和额定负载下的转差率。解：解：由于电动机的额定转速应接近且略小于同步转速由于电动机的额定转速应接近且略小于同步转速n n1 1，而，而n n1 1对应对应于磁极对数于磁极对数p p有一系列固定值。所以，有一系列固定值。所以，n n1 1=1000r/min=1000r/min，即即即即p=3p=3p=3p=3。额定转差率为额定转差率为额定转差率为额定转差率为: :Electric MachineryE
12、lectric MachineryElectric Machinery 例例2:2:一一台台三三相相四四极极50Hz50Hz异异步步电电动动机机，已已知知额额定定转转速为速为 1440 r/min1440 r/min。求额定转差率求额定转差率S SN N。 解解: :该电动机的同步转速为该电动机的同步转速为: : 因而电动机的因而电动机的额定转差率额定转差率为为: :Electric MachineryElectric MachineryElectric Machinery 四、异步电机的三种运行状态四、异步电机的三种运行状态 1.1.电动机运行状态电动机运行状态(0s1)(0s1)B Bn
13、n1 1n nx x0 0F FL LFeFe电动机运行状态电动机运行状态 如图中用虚线表示定子旋转磁场的如图中用虚线表示定子旋转磁场的等效磁极，它以转速等效磁极，它以转速n n1 1旋转，在电动机旋转，在电动机运行状态下，运行状态下，n n与与n n1 1方向相同且方向相同且nnnn1 1。根。根据电磁感应和电磁力定律可知，定子旋据电磁感应和电磁力定律可知，定子旋转磁场与转子电流相互作用将产生驱动转磁场与转子电流相互作用将产生驱动性质的电磁力性质的电磁力f f和电磁转矩。拖动转子和电磁转矩。拖动转子转动，这时电磁力为原动力，负载力为转动，这时电磁力为原动力，负载力为阻力，当二力平衡时，转子转
14、速达到稳阻力，当二力平衡时，转子转速达到稳定，运转速度为定，运转速度为n n，此时异步电机转速，此时异步电机转速小于旋转磁场转速，则小于旋转磁场转速，则(0s1)(0s1)，当负，当负载变大时，必须有较大的转子电动势和载变大时，必须有较大的转子电动势和电流，电流，s s增大。说明了定子从电力系统增大。说明了定子从电力系统吸收电功率转换为机械功率输送给转轴吸收电功率转换为机械功率输送给转轴上的负载。上的负载。Electric MachineryElectric MachineryElectric Machinery 2.2.发电机运行状态发电机运行状态(-(-s0)snnn1 1，转差率，转差率
15、s s变为负值，定子旋变为负值，定子旋转磁场切割转子导体的方向与电动转磁场切割转子导体的方向与电动机相反，如图所示，根据电磁感应机相反，如图所示，根据电磁感应和电磁力定律可知，转子电流反向，和电磁力定律可知，转子电流反向，定子旋转磁场与转子电流相互作用，定子旋转磁场与转子电流相互作用，将产生制动性质的电磁力将产生制动性质的电磁力f f和电磁和电磁转矩。若要维持转子转速转矩。若要维持转子转速n n且大于且大于n n1 1时，原动机必须向异步电机输入机时，原动机必须向异步电机输入机械功率，从而克服电磁转矩做功。械功率，从而克服电磁转矩做功。说明了，输入的机械功率转换为电说明了，输入的机械功率转换为
16、电功率输送给电力系统，此时，异步功率输送给电力系统，此时，异步电机运行于发电机状态。电机运行于发电机状态。发电机运行状态发电机运行状态B Bn n1 1n n0 0F FL LFeFex xElectric MachineryElectric MachineryElectric Machinery 3.3.电磁制动运行状态电磁制动运行状态(1s+(1s180180 运运行行方方式式即即电电动动机机的的工工作作方方式式。按按负负载载持持续续时时间间的的不不同同，国国家家标标准准把把电电动动机机分分成成三三种种工工作作方方式式: :连连续续工工作作制制、 短短时时工工作作制制和和断续周期工作制断续
17、周期工作制。后两种运行方式电机只能短时、间歇地使用。后两种运行方式电机只能短时、间歇地使用。 表中极限工作温度是指电动机运行时绝缘材料的最高允许温度。表中极限工作温度是指电动机运行时绝缘材料的最高允许温度。 10101010. . . .运行运行运行运行( ( ( (工作工作工作工作) ) ) )方式方式方式方式 此此外外，除除上上述述数数据据铭铭牌牌上上还还标标出出额额定定运运行行时时的的相相数数、和和重重量量等等有有关关项项目目。绕绕线线式式电电动动机机还还标标明明转转子子电电压压( (定定子子加加额额定定电电压压时时转转子子开开路路电电压压) )和和转转子子电电流流等等数数据据。除除了了
18、铭铭牌牌数数据据外外，还还可可以以根根据有关产品目录或电工手册查出电动机的其它一些技术据有关产品目录或电工手册查出电动机的其它一些技术数据。数据。 Electric MachineryElectric MachineryElectric Machinery 本本 章章 小小 结结(1)(1)三相异步电动机的工作原理可简述如下三相异步电动机的工作原理可简述如下: :定子三相绕组流过三定子三相绕组流过三相对称电流产生旋转磁场相对称电流产生旋转磁场, ,转子导体切割旋转磁场产生感应电动势转子导体切割旋转磁场产生感应电动势和感应电流和感应电流, ,转子感应电流与旋转磁场相互作用产生电磁转矩拖动转子感应
19、电流与旋转磁场相互作用产生电磁转矩拖动转子转动转子转动. .(2)(2)转差率转差率s=(ns=(n1 1-n)/n-n)/n1 1是异步电机的一个重要物理量。按转差率是异步电机的一个重要物理量。按转差率不同，异步电机可分为三种运行状态：不同，异步电机可分为三种运行状态：(3)(3) 电动机状态（电动机状态（0s10s1）; ;(4)(4) 发电机状态发电机状态(-(-s s0 0）; ;(5)(5) 电磁制动状态电磁制动状态(1s+)(1s+)。(3)(3)异步电动机按结构不同分为鼠笼式和绕线式两大类，他们定异步电动机按结构不同分为鼠笼式和绕线式两大类，他们定子结构相同，但转子结构不同。鼠笼式的转子绕组是多相对称绕子结构相同，但转子结构不同。鼠笼式的转子绕组是多相对称绕组，绕线式转子绕组为三相绕组。组，绕线式转子绕组为三相绕组。作作 业业教材中教材中P P117117，第，第1 1、2 2、3 3、4 4题。题。
