三相交流異步電動機結(jié)構(gòu)和原理

1、交流電動機交流電動機電動機電動機直流電動機直流電動機鼠籠式鼠籠式繞線式繞線式異步機異步機同步機同步機他勵、異勵、串勵、復(fù)勵他勵、異勵、串勵、復(fù)勵鼠籠式交流異步電動機授課內(nèi)容：鼠籠式交流異步電動機授課內(nèi)容： 基本結(jié)構(gòu)、工作原理、基本結(jié)構(gòu)、工作原理、 機械特性、控制方法機械特性、控制方法 電動機的分類：電動機的分類：YBZXAC轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子定子定子定子繞組定子繞組（三相）（三相）機機 座座轉(zhuǎn)子：在旋轉(zhuǎn)磁場作用下，轉(zhuǎn)子：在旋轉(zhuǎn)磁場作用下， 產(chǎn)生感應(yīng)電動勢或產(chǎn)生感應(yīng)電動勢或 電流。電流。三相定子繞組：產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)三相定子繞組：產(chǎn)生旋轉(zhuǎn) 磁場。磁場。繞線式繞線式鼠籠式鼠籠式鼠籠轉(zhuǎn)子鼠籠轉(zhuǎn)子 第一節(jié)第一節(jié) 三相異

2、步電動機的構(gòu)造三相異步電動機的構(gòu)造由機座、定子鐵心、定子繞組組成由機座、定子鐵心、定子繞組組成：1、機座機座：起固定和支撐定子鐵心的作用，起固定和支撐定子鐵心的作用，一般用鑄鐵制造。一般用鑄鐵制造。2、定子鐵心：定子鐵心：由厚由厚0.5mm的硅鋼片沖疊而的硅鋼片沖疊而成，鐵心內(nèi)開有均勻的槽，嵌放定子繞組成，鐵心內(nèi)開有均勻的槽，嵌放定子繞組。3、定子繞組：定子繞組：由完全相同的三個繞組組成，由完全相同的三個繞組組成，空間互差空間互差120度，可接成度，可接成Y或或。由轉(zhuǎn)子鐵心和轉(zhuǎn)子繞組組成由轉(zhuǎn)子鐵心和轉(zhuǎn)子繞組組成：1、轉(zhuǎn)子鐵心：轉(zhuǎn)子鐵心：和定子鐵心一樣，既是電動機磁和定子鐵心一樣，既是電動機磁路

3、的一部分，又能安放轉(zhuǎn)子繞組。路的一部分，又能安放轉(zhuǎn)子繞組。2、轉(zhuǎn)子繞組：轉(zhuǎn)子繞組：有籠型和繞線型兩種。有籠型和繞線型兩種。 （1）籠型繞組：籠型繞組：導(dǎo)體用銅條或鋁條，兩頭用導(dǎo)體用銅條或鋁條，兩頭用端環(huán)聯(lián)接。結(jié)構(gòu)可靠簡單，但是轉(zhuǎn)子電阻固定端環(huán)聯(lián)接。結(jié)構(gòu)可靠簡單，但是轉(zhuǎn)子電阻固定。 （2）繞線型轉(zhuǎn)子：繞線型轉(zhuǎn)子：接成接成星型星型的三相繞組通過的三相繞組通過滑環(huán)與外電路聯(lián)接，便于串入電阻改善電動機滑環(huán)與外電路聯(lián)接，便于串入電阻改善電動機的運行性能。的運行性能。n0nei 三相異步電動機的轉(zhuǎn)動原理三相異步電動機的轉(zhuǎn)動原理NSf磁鐵磁鐵閉合閉合線圈線圈磁極旋轉(zhuǎn)磁極旋轉(zhuǎn)導(dǎo)線切割磁力線產(chǎn)生導(dǎo)線切割磁力線產(chǎn)

4、生感應(yīng)電動勢感應(yīng)電動勢vlBe導(dǎo)線長度導(dǎo)線長度磁感應(yīng)強度磁感應(yīng)強度切割速度切割速度（右手定則）（右手定則）閉合導(dǎo)線產(chǎn)生電流閉合導(dǎo)線產(chǎn)生電流 i（左手定則）（左手定則）通電導(dǎo)線在磁場中受力通電導(dǎo)線在磁場中受力ilBfn0neiNSf1. 線圈跟著磁鐵轉(zhuǎn)線圈跟著磁鐵轉(zhuǎn)兩者轉(zhuǎn)動方向一致兩者轉(zhuǎn)動方向一致 結(jié)論：結(jié)論：異步異步2. 線圈比磁場轉(zhuǎn)得慢線圈比磁場轉(zhuǎn)得慢0nnn0neiNSf1 1、旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生、旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生AYCBZ在異步機中在異步機中,旋轉(zhuǎn)磁場代替了旋轉(zhuǎn)磁極旋轉(zhuǎn)磁場代替了旋轉(zhuǎn)磁極AiBiCimIt0n()電流出電流出( )電流入電流入X240sin120sinsintIitIitIim

5、CmBmA0tAiBiCimItBiAXBYCZAiCi合成磁場方向：合成磁場方向：向下向下AXYCBZNSAXYCBZNS180tXBZ0nAYC 60tAXYCBZSN0n60A120tXYCBZ0n同理分析，可得同理分析，可得其它電流角度下其它電流角度下的磁場方向：的磁場方向：AiBiCitmIAXYCBZNSAXYCBZNS0tn nN NS ST Tf fn n1 1f fU1V1W1U2V2W2WVUit分析規(guī)定：分析規(guī)定： 電流電流 I 為正時，從首端流入、末端流出；為正時，從首端流入、末端流出； 電流電流 I 為負時，從首端流出、末端流入。為負時，從首端流出、末端流入。1NS1

6、 2 32NS3NS4 4NS5 5NS6NS6U1V1W1U2V2W2NSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNS旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)方向：取決于三相電流的相序。：取決于三相電流的相序。0n0n改變電機的旋轉(zhuǎn)方向的方法：改變電機的旋轉(zhuǎn)方向的方法：改變相序改變相序（換接其中兩相）（換接其中兩相）AiBiCimItAiCiBimIt2 2、旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向、旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向 方法：方法：將與電源相接的將與電源相接的任意兩相互換任意兩相互換(改變相序改變相序)，就可實現(xiàn)反轉(zhuǎn)。，就可實現(xiàn)反轉(zhuǎn)。 三相異步電動機的正、反轉(zhuǎn)三相異步電動機的正、反轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)反

7、轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)A B CM3電電 源源ABCM3電電 源源3 3、極對數(shù)（、極對數(shù)（P P）的概念）的概念BiAXBYCZAiCi1p此種接法（此種接法（每相繞組只有一組線圈每相繞組只有一組線圈）下，合成磁場）下，合成磁場只有只有一對磁極一對磁極，則極對數(shù)為，則極對數(shù)為1。即：即：AXYCBZNSCYABCXYZAXBZAiBiCi 將每相繞組分成兩段，按右下圖放入定子槽內(nèi)。將每相繞組分成兩段，按右下圖放入定子槽內(nèi)。形成的磁場則是形成的磁場則是兩對磁極兩對磁極。X AAXBYBYCZCZ極對數(shù)極對數(shù)2pAXX ANSSNZCZCBYBYCYABCXYZAXBZAiCiBiAiBiCimIt3 3、旋轉(zhuǎn)

8、磁場的、旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速大小轉(zhuǎn)速大小分）轉(zhuǎn) /( 600fn 一個電流周期，旋轉(zhuǎn)磁場在空間轉(zhuǎn)過一個電流周期，旋轉(zhuǎn)磁場在空間轉(zhuǎn)過360。則。則 同步轉(zhuǎn)速（旋轉(zhuǎn)磁場的速度）為：同步轉(zhuǎn)速（旋轉(zhuǎn)磁場的速度）為：AXYCBZNSAXYCBZNSAXYCBZSN0n60AiBiCimItXNSASNZBX AYCZBCY0t分）轉(zhuǎn)/( 600pfn 60t A0nAZXXCZCSNSN30極對數(shù)和轉(zhuǎn)速的關(guān)系：極對數(shù)和轉(zhuǎn)速的關(guān)系：AiBiCimIt三相異步電動機的同步（旋轉(zhuǎn)磁場）轉(zhuǎn)速：三相異步電動機的同步（旋轉(zhuǎn)磁場）轉(zhuǎn)速：分）轉(zhuǎn)/( 600pfn 2p180分）轉(zhuǎn)/( 50011p360分）轉(zhuǎn)/( 0003極

9、對數(shù)極對數(shù)每個電流周期每個電流周期磁場轉(zhuǎn)過的空間角度磁場轉(zhuǎn)過的空間角度同步轉(zhuǎn)速同步轉(zhuǎn)速)50(Hzf 0n3p120分）轉(zhuǎn)/( 0001電動機轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)磁場同步轉(zhuǎn)速的關(guān)系：電動機轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)磁場同步轉(zhuǎn)速的關(guān)系：電動機轉(zhuǎn)速電動機轉(zhuǎn)速:n電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向與磁場旋轉(zhuǎn)的方向一致，電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向與磁場旋轉(zhuǎn)的方向一致， 但但 異步異步電動機電動機0nn無轉(zhuǎn)距無轉(zhuǎn)距轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場間沒有相對運動轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場間沒有相對運動無轉(zhuǎn)子電動勢（轉(zhuǎn)子導(dǎo)體不切割磁力線）無轉(zhuǎn)子電動勢（轉(zhuǎn)子導(dǎo)體不切割磁力線）無轉(zhuǎn)子電流無轉(zhuǎn)子電流提示提示：如果如果0nn 5 5、轉(zhuǎn)差率、轉(zhuǎn)差率 的概念：的概念：)(s%10000nnns異步電

10、機運行中異步電機運行中:%9%1s轉(zhuǎn)差率為旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速和電動機轉(zhuǎn)速之差。即：轉(zhuǎn)差率為旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速和電動機轉(zhuǎn)速之差。即：電動機起動瞬間電動機起動瞬間:1 , 0sn（轉(zhuǎn)差率最大）（轉(zhuǎn)差率最大）mmmmNfUUEfNNU11111111144. 422tNum1111cosR1R2i1u1e1e 1e2e 2mNfE22244. 4同理得轉(zhuǎn)子邊：同理得轉(zhuǎn)子邊：i2mNfE22244. 42f：轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢的頻率：轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢的頻率2N：轉(zhuǎn)子線圈匝數(shù)：轉(zhuǎn)子線圈匝數(shù)2f取決于轉(zhuǎn)子和旋轉(zhuǎn)磁場的相對速度取決于轉(zhuǎn)子和旋轉(zhuǎn)磁場的相對速度1000026060SfPnnnnPnnf電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩

11、 T：轉(zhuǎn)子中各載流導(dǎo)體在旋轉(zhuǎn)磁場的作用下轉(zhuǎn)子中各載流導(dǎo)體在旋轉(zhuǎn)磁場的作用下,受到電磁力所形成的轉(zhuǎn)距之總和。受到電磁力所形成的轉(zhuǎn)距之總和。22cosIKTmT常數(shù)常數(shù)每極磁通每極磁通轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)子電路的轉(zhuǎn)子電路的2cos1 轉(zhuǎn)矩公式轉(zhuǎn)矩公式第四節(jié)第四節(jié) 三相異步電動機的轉(zhuǎn)矩與機械特性三相異步電動機的轉(zhuǎn)矩與機械特性R1R2i1u1e1e 1e2e 22202220222222)(SXRSEXREI其中其中202122222SXLSfLfX202122244. 444. 4SENSfNfEmm轉(zhuǎn)子功率因數(shù)：轉(zhuǎn)子功率因數(shù)：220222222222)(cosSXRRXRRi2COS2I2I2, C

12、OS21S0結(jié)論：結(jié)論：轉(zhuǎn)子電路的電動勢、電流、頻率、感抗轉(zhuǎn)子電路的電動勢、電流、頻率、感抗、功率因數(shù)等都與轉(zhuǎn)差率、功率因數(shù)等都與轉(zhuǎn)差率S有關(guān)，有關(guān)，與轉(zhuǎn)差率與轉(zhuǎn)差率 S 的關(guān)的關(guān)系如右圖所示。系如右圖所示。I2、COS222cosIKTmT22022202)(SXRSEI2202222)(cosSXRRmNfU11144.4將其中參數(shù)代入：將其中參數(shù)代入：21220222)(UsXRsRKT得到得到轉(zhuǎn)矩公式轉(zhuǎn)矩公式2 三相電動機的機械特性三相電動機的機械特性)()(TfnSfT21220222)(UsXRsRKT根據(jù)轉(zhuǎn)矩公式根據(jù)轉(zhuǎn)矩公式Ts10n0Tn得特性曲線：得特性曲線：電動機的自適應(yīng)負

13、載能力：電動機的自適應(yīng)負載能力： 電動機的電磁轉(zhuǎn)矩可以隨負載的變化而自動調(diào)整，電動機的電磁轉(zhuǎn)矩可以隨負載的變化而自動調(diào)整，這種能力稱為自適應(yīng)負載能力。這種能力稱為自適應(yīng)負載能力。常用特常用特性段性段n0nT 自適應(yīng)負載能力是自適應(yīng)負載能力是電動機區(qū)別于其它動力機械的重要電動機區(qū)別于其它動力機械的重要特點。（如：柴油機當(dāng)負載增加時，必須由操作者加大特點。（如：柴油機當(dāng)負載增加時，必須由操作者加大油門，才能帶動新的負載。）油門，才能帶動新的負載。）TISnTL2 直至新的平衡。此過程中，直至新的平衡。此過程中， 時，時， 電源提供的功率自動電源提供的功率自動增加。增加。2 I1 I三個重要轉(zhuǎn)矩：三

14、個重要轉(zhuǎn)矩：n0TnNT額定轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩 ：電機在額定電壓下，以額電機在額定電壓下，以額定轉(zhuǎn)速定轉(zhuǎn)速 運行，輸出額運行，輸出額定功率定功率 時，電機轉(zhuǎn)軸時，電機轉(zhuǎn)軸上輸出的轉(zhuǎn)矩。上輸出的轉(zhuǎn)矩。NPNn( 1 )/()(9550602分轉(zhuǎn)千瓦NNNNNnPnPT（牛頓（牛頓米）米）NTnN 如果如果 電機將會電機將會因帶不動負載而停轉(zhuǎn)。因帶不動負載而停轉(zhuǎn)。maxTTL最大轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩 ：( 2 )maxT電機帶動最大負載的能力。電機帶動最大負載的能力。n0TnmaxT求解求解0ST21220222)(UsXRsRKT2021max21XKUT過載系數(shù)：過載系數(shù)：NTTmax三相異步機三相異步機2

15、 .28 .1 工作時，一定令負載轉(zhuǎn)矩工作時，一定令負載轉(zhuǎn)矩 ，否則，否則電機將停轉(zhuǎn)。致使電機將停轉(zhuǎn)。致使注意：注意： （1）三相異步機的）三相異步機的 和電壓的平方成正比，所和電壓的平方成正比，所以對電壓的波動很敏感，使用時要注意電壓的變化。以對電壓的波動很敏感，使用時要注意電壓的變化。maxTmaxTTL （2）電機嚴重過熱電機嚴重過熱0n121)(s II2021max21XKUTstT起動轉(zhuǎn)矩起動轉(zhuǎn)矩 ：( 3 )電機起動時的轉(zhuǎn)矩。電機起動時的轉(zhuǎn)矩。n0TnstT21220222)(UsXRsRKT0n1)(s 其中其中則則21220222)(UXRRKTstLstTT stT體現(xiàn)了電

16、動機帶載起動的能力。若體現(xiàn)了電動機帶載起動的能力。若 電機能電機能起動，否則將起動不了。起動，否則將起動不了。1U21220222)(UsXRsRKT 機械特性和電路參數(shù)的關(guān)系機械特性和電路參數(shù)的關(guān)系21 UT和電壓的關(guān)系和電壓的關(guān)系0Tn0) 0(nnsSTTTUmax1結(jié)論：結(jié)論： 和轉(zhuǎn)子電阻的關(guān)系和轉(zhuǎn)子電阻的關(guān)系22RR 2 RR2的的 改變改變 ： 鼠籠式電機轉(zhuǎn)子導(dǎo)條的金屬材料不同，線繞式電鼠籠式電機轉(zhuǎn)子導(dǎo)條的金屬材料不同，線繞式電機外接電阻不同。機外接電阻不同。 21220222)(UsXRsRKT0ST令：令：得：得：202XRSm0Tn2RmsmsstTstT mmssststT

17、T結(jié)論：結(jié)論： 機械特性的軟硬機械特性的軟硬 硬特性：負載變化時，轉(zhuǎn)速變化不大，運行特性好。硬特性：負載變化時，轉(zhuǎn)速變化不大，運行特性好。軟特性：負載增加轉(zhuǎn)速下降較快，但起動轉(zhuǎn)矩大，起軟特性：負載增加轉(zhuǎn)速下降較快，但起動轉(zhuǎn)矩大，起 動特性好。動特性好。 硬特性硬特性 （R2小）?。┸浱匦攒浱匦裕≧2大）大）0Tn 不同場合應(yīng)選用不同的電機。如金屬切削，選硬特性不同場合應(yīng)選用不同的電機。如金屬切削，選硬特性電機；重載起動則選軟特性電機。電機；重載起動則選軟特性電機。 第五節(jié)第五節(jié) 三相異步機的起動三相異步機的起動stI起動電流起動電流 ：中小型鼠籠式電機起動電流為額定電流的中小型鼠籠式電機起動電

18、流為額定電流的5 7 倍。倍。0n定子電流定子電流 原因：起動時原因：起動時 ，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條切割磁力線速度很大。，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條切割磁力線速度很大。轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)子電流大電流使電網(wǎng)電壓降低大電流使電網(wǎng)電壓降低 影響其他負載工作影響其他負載工作頻繁起動時造成熱量積累頻繁起動時造成熱量積累 電機過熱電機過熱影響：影響：三相異步機的起動方法：三相異步機的起動方法：（1） 直接起動。二三十千瓦以下的異步電動機一般直接起動。二三十千瓦以下的異步電動機一般 采用直接起動。采用直接起動。（2） 降壓起動。降壓起動。Y 起動起動自耦降壓起動自耦降壓起動（3）轉(zhuǎn)子串電阻起動。）轉(zhuǎn)子串電阻起動。以下介紹以下介紹Y 起動和轉(zhuǎn)子串電阻起動。起動和轉(zhuǎn)子串電阻起動。AZBYXC正常正常運行運行UPABCXYZ起起動動UPStstYTT31PPUU31（2）Y 起動應(yīng)注意的問題：起動應(yīng)注意的問題：（1）僅）僅適用于正常接法為三角形接法適用于正常接法為