三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)課件

1、 電機(jī)與拖動(dòng) 席艷瑤 異步電動(dòng)機(jī)第一節(jié) 三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu) 交流機(jī)步電動(dòng)機(jī)異步電動(dòng)機(jī)單相異步電動(dòng)機(jī)三相異步電動(dòng)機(jī)繞線機(jī)籠型機(jī) 異步電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用和維修方便、堅(jiān)固耐用等優(yōu)點(diǎn)，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用極為廣泛。 一.三相異步電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng) 把對(duì)稱的三相交流電通入彼此間隔120電角度的三相定子繞組，可建立起一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。 通過(guò)圖4.1 4.2 4.3講解：圖4.1 三相交流電動(dòng)機(jī)定子三相繞組排列示意圖圖4.2 三相交流電產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)示意圖 1. 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)速度 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的速度也稱為“同步轉(zhuǎn)速”，用n1表示，其單位是“r/min”。它的大小由交流電源的頻率及磁場(chǎng)的磁極對(duì)數(shù)決

2、定。n1=60f/P (r/min)圖4.3三相交流異步電動(dòng)機(jī)產(chǎn) 生4個(gè)磁極的定子繞組 結(jié)論：1）三相對(duì)稱的繞組，通過(guò)三相對(duì)稱的交流電后，可產(chǎn)生施轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)。2）當(dāng)電流變化一周時(shí)，二極旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在空間施轉(zhuǎn)一周。3）旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向決定于三相電流的相序。 二、三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理 三相異步電動(dòng)機(jī)的基本原理，即：把對(duì)稱的三相交流電通入彼此間隔120電角度的三相定子繞組，可建立起一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。根據(jù)電磁感應(yīng)定律可知，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中必然會(huì)產(chǎn)生感生電流，該電流在磁場(chǎng)的作用下產(chǎn)生與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)同方向的電磁轉(zhuǎn)矩，并隨磁場(chǎng)同方向轉(zhuǎn)動(dòng)。 1、轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度 轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度一般稱為電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，用n表示。根據(jù)前面的工作原

3、理可知，轉(zhuǎn)子是被旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)拖動(dòng)而運(yùn)行的，在異步電動(dòng)機(jī)處于電動(dòng)狀態(tài)時(shí)，它的轉(zhuǎn)速恒小于同步轉(zhuǎn)速n1，這是因?yàn)檗D(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)與磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)是同方向的，轉(zhuǎn)子比磁場(chǎng)轉(zhuǎn)得慢，轉(zhuǎn)子繞組才可能切割磁力線，產(chǎn)生感生電流，轉(zhuǎn)子也才能受到磁力矩的作用。 2. 轉(zhuǎn)差率 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的同步轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速之差與同步轉(zhuǎn)速的比值，稱為異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率，即s =(n1-n)/n1 結(jié)論： 1） 對(duì)稱本相繞組中通入對(duì)稱三相交流電產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)； 2）轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的感 應(yīng)電流； 3） 轉(zhuǎn)子載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受電磁力的作用，形成電磁轉(zhuǎn)矩使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。 3. 三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與運(yùn)行狀態(tài) 根據(jù)轉(zhuǎn)差率的大小和符號(hào)可以判斷異步電動(dòng)機(jī)的

4、三種運(yùn)行狀態(tài)。如4.4所示 1）電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài) 2）發(fā)電運(yùn)行狀態(tài) 3）電磁制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)圖4.4 異步電動(dòng)機(jī)的3種運(yùn)行狀態(tài)例: 41 書97頁(yè) 三、三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu) 異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)也可分為定子、轉(zhuǎn)子兩大部分。定子就是電機(jī)中固定不動(dòng)的部分，轉(zhuǎn)子是電機(jī)的旋轉(zhuǎn)部分。見圖4.5所示。 圖4.5 封閉式三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)1端蓋 2軸承 3機(jī)座 4定子繞組 5轉(zhuǎn)子 6軸承 7端蓋 8風(fēng)扇 9風(fēng)罩 10接線盒 1. 定子部分 定子部分由機(jī)座、定子鐵心、定子繞組三部分組成。 (1) 機(jī)座。機(jī)座用來(lái)支承定子鐵心和固定端蓋。中、小型電動(dòng)機(jī)機(jī)座一般用鑄鐵澆成，大型電動(dòng)機(jī)多采用鋼板焊接而成，如圖4.6(a)所示。

5、(a) 機(jī)座 (b) 鐵心 圖4.6 定子鐵心 (2) 定子鐵心。定子鐵心是電動(dòng)機(jī)磁路的一部分。為了減小渦流和磁滯損耗，通常用0.5mm厚的硅鋼片疊壓成圓筒，硅鋼片表面的氧化層(大型電動(dòng)機(jī)要求涂絕緣漆)作為片間絕緣，在鐵心的內(nèi)圓上均勻分布有與軸平行的槽，用以嵌放定子繞組，如圖4.6(b)所示。 (3) 定子繞組。定子繞組是電動(dòng)機(jī)的電路部分，也是最重要的部分，一般是由絕緣銅(或鋁)導(dǎo)線繞制的繞組聯(lián)接而成。它的作用就是利用通入的三相交流電產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。通常，繞組是用高強(qiáng)度絕緣漆包線繞制成各種型式的繞組，按一定的排列方式嵌入定子槽內(nèi)。定子繞組可接成星形或三角形。如圖4.7 、4.8所示. 圖4.7

6、定子繞組的接法2. 轉(zhuǎn)子 轉(zhuǎn)子是電動(dòng)機(jī)中的旋轉(zhuǎn)部分，如圖4.5中的部件5。一般由轉(zhuǎn)軸、轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組、端蓋風(fēng)扇等組成。 端蓋：起防護(hù)作用的同時(shí)，用以支撐轉(zhuǎn)子軸。 風(fēng)扇：則用來(lái)通風(fēng)起散熱作用。 1）轉(zhuǎn)子鐵心：也是電動(dòng)機(jī)磁路的一部分。由0.5mm厚的硅鋼片(見圖4.9疊壓成圓柱體，并緊固在轉(zhuǎn)子軸上。轉(zhuǎn)子鐵心的外表面有均勻分布的線槽，用以嵌放轉(zhuǎn)子繞組。 圖4.9 轉(zhuǎn)子硅剛片圖4.8 定轉(zhuǎn)子繞組的接線 2）轉(zhuǎn)子繞組 三相交流異步電動(dòng)機(jī)按照轉(zhuǎn)子繞組形式的不同，一般可分為籠型異步電動(dòng)機(jī)和繞線型異步電動(dòng)機(jī)。 (1) 籠型轉(zhuǎn)子線槽一般都是斜槽(線槽與軸線不平行)，目的是改善起動(dòng)與調(diào)速性能。其外形如圖4.5

7、中的第5部分；籠型繞組(也稱為導(dǎo)條)是在轉(zhuǎn)子鐵心的槽里嵌放裸銅條或鋁條，然后用兩個(gè)金屬環(huán)(稱為端環(huán))分別在裸金屬導(dǎo)條兩端把它們?nèi)拷油?短接)，即構(gòu)成了轉(zhuǎn)子繞組；小型籠型電動(dòng)機(jī)一般用鑄鋁轉(zhuǎn)子，這種轉(zhuǎn)子是用熔化的鋁液澆在轉(zhuǎn)子鐵心上，導(dǎo)條、瑞環(huán)一次澆鑄出來(lái)。整體如4.10(c) 所示.如果去掉鐵心，整個(gè)繞組形似鼠籠，所以得名籠型繞組，如圖4.10所示。圖4.10(a)為籠型直條形式，圖4.10(b)為籠型斜條形式。 (a) 直條形式 (b) 斜條形式 (c) 鑄鋁的轉(zhuǎn)子 圖4.10 籠型異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組形式 (2) 繞線型轉(zhuǎn)子繞組：將三相繞組鑲嵌在轉(zhuǎn)子鐵心槽內(nèi)，繞組一般采用星形連接，三相繞組繞

8、組的尾端接在一起，首瑞分別接到轉(zhuǎn)軸上的3個(gè)銅滑環(huán)上，通過(guò)電刷把3根旋轉(zhuǎn)的線變成了固定線，與外部的變阻器連接，構(gòu)成轉(zhuǎn)子的閉合回路，以便于控制，如圖4.11所示。有的電動(dòng)機(jī)還裝有提刷短路裝置，當(dāng)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)后又不需要調(diào)速時(shí)，可提起電刷，同時(shí)使用3個(gè)滑環(huán)短路，以減少電刷摩損。 圖4.11 繞線式異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子 兩種轉(zhuǎn)子相比較，籠型轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，并且運(yùn)行可靠，因而應(yīng)用十分廣泛。 繞線型轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，造價(jià)也高，但是它的起動(dòng)性能較好，并能利用變阻器阻值的變化，使電動(dòng)機(jī)能在一定范圍內(nèi)調(diào)速；在起動(dòng)頻繁、需要較大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的生產(chǎn)機(jī)械(如起重機(jī))中常常被采用。 3. 氣隙 所謂氣隙就是定子與轉(zhuǎn)子之間的空

9、隙。中小型異步電動(dòng)機(jī)的氣隙一般為0.2mm2mm。氣隙的大小對(duì)電動(dòng)機(jī)性能影響較大，氣隙大。磁阻也大，產(chǎn)生同樣大小的磁通，所需的勵(lì)磁電流Im也越大，電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)也就越低。但氣隙過(guò)小，將給裝配造成困難，運(yùn)行時(shí)定、轉(zhuǎn)子容易發(fā)生摩擦，使電動(dòng)機(jī)運(yùn)行不可靠。 4、三相異步電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù) 銘牌上標(biāo)注著額定數(shù)據(jù)。主要的額定數(shù)據(jù)為： (1) 額定功率PN(kW)：指電動(dòng)機(jī)額定工作狀態(tài)時(shí)，電動(dòng)機(jī)軸上輸出的機(jī)械功率。 (2) 額定電壓UN(v)：指電動(dòng)機(jī)額定工作狀態(tài)時(shí)，電源加于定子繞組上的線電壓。 (3) 額定電流IN(A)：指電動(dòng)機(jī)額定工作狀態(tài)時(shí)，電源供給定子繞組上的線電流。 (4) 額定轉(zhuǎn)速門nN(r/m

10、in)：指電動(dòng)機(jī)額定工作狀態(tài)時(shí)，轉(zhuǎn)軸上的每分轉(zhuǎn)速。 (5) 額定頻率fN(Hz)：指電動(dòng)機(jī)所接交流電源的頻率。 (6) 額定工作制：指電動(dòng)機(jī)在額定狀態(tài)下工作，可以持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)間和順序，可分為額定連續(xù)工作的定額S1、短時(shí)工作的定額S2、斷續(xù)工作的定額S3等3種。 此外，銘牌上還標(biāo)明繞組的相數(shù)與接法(接成星形或三角形)、絕緣等級(jí)及溫升等。對(duì)繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)，還應(yīng)標(biāo)明轉(zhuǎn)子的額定電動(dòng)勢(shì)及額定電流。 第二節(jié) 三相交流電動(dòng)機(jī)的定子繞組 異步電動(dòng)機(jī)定子繞組的種類很多。 1）按相數(shù)分：有單相、二相和三相繞組； 2）按槽內(nèi)層數(shù)分：有單層、雙層和單雙層混合繞組； 3）按繞組端接部分的形狀分：?jiǎn)螌永@組又有同心式、

11、交叉式和鏈?zhǔn)街郑浑p層繞組又有疊繞組和波繞組之分； 4）按每極每相所占的槽數(shù)是整數(shù)還是分?jǐn)?shù)分：有整數(shù)槽和分?jǐn)?shù)槽繞組之分等等。 但構(gòu)成繞組的原則是一致的。盡管交流繞組種類很多，但由于三相雙層繞組能較好地滿足對(duì)交流繞組的基本要求 ，所以現(xiàn)代動(dòng)力用交流電機(jī)一般多采用三相雙層繞組。 一、定子繞組的幾個(gè)基本概念 1、繞組元件 用線模把導(dǎo)線繞成圈，然后按著一定規(guī)律把線圈嵌入定子鐵心槽內(nèi)，再連接成各相的繞組。這些線圈稱為繞組元件。線圈可以是單匝或多匝。 2、機(jī)械角度與電角度 電動(dòng)機(jī)定子鐵心內(nèi)圓周角在幾何上為 ，稱其為機(jī)械角度。從磁場(chǎng)的觀點(diǎn)看，一對(duì)磁極，磁場(chǎng)就變化一周，因此把一對(duì)磁極對(duì)應(yīng)的機(jī)械角度定義為 電角

12、度。 電角度=p機(jī)械角度 3、槽距角 相鄰兩個(gè)槽之間的電角度稱為槽距角a。 4、 極距 相鄰異性磁極軸線沿定子內(nèi)圓表面的距離稱為極距。 5、節(jié)距 一個(gè)繞組元件兩條有效邊之間所躊的槽數(shù)稱節(jié)距。空間長(zhǎng)度為節(jié)距整距繞組：節(jié)距等于極距的繞組。短距繞組：節(jié)距小于極距的繞組。長(zhǎng)距繞組：節(jié)距大于極距的繞組。6、每極每相槽數(shù)q每相繞組在每一個(gè)磁極下所占據(jù)的槽數(shù)。若相數(shù)為m，則 7、相帶 每相繞組在每個(gè)磁極下連續(xù)占有的寬度稱相帶（用電角度表示。將每相所占有的槽數(shù)均勻地分布在每個(gè)磁極下，因?yàn)槊總€(gè)磁極占1800，對(duì)于三相繞組，每個(gè)磁極下有三個(gè)相帶，每個(gè)相帶占有600的電角度，稱為600相帶。 8、極相組 每個(gè)磁極下

13、同一相的 個(gè)線圈，按一定規(guī)律連接起來(lái)，就構(gòu)成相組，將同一相的若干個(gè)極串聯(lián)或并聯(lián)，就構(gòu)成了一相繞組。 二、三相單層繞組（略講） 定義:定子或轉(zhuǎn)子每槽中只有一個(gè)線圈邊的三相交流繞組稱為三相單層繞組。 （一）、相關(guān)概念: 1、單層繞組： 三相交流繞組由于每槽中只包含一個(gè)線圈邊，所以其線圈數(shù)為槽數(shù)的一半。三相單層繞組比較適合于10KW以下的小型交流異步電機(jī)中，很少在大、中型電機(jī)中采用。 2、 分類：按照線圈的形狀和端部連接方法的不同，三相單層繞組主要可分為鏈?zhǔn)?、同心式和交叉式等型式。見?02106頁(yè)說(shuō)明。 三、三相雙層繞組（略講）： 指電機(jī)每一槽分為上下兩層，線圈（元件）的一個(gè)邊嵌在某槽的上層，另一

14、邊安放在相隔一定槽數(shù)的另一槽的下層的一種繞組結(jié)構(gòu)。雙層繞組的線圈結(jié)構(gòu)和單層繞組相似，但由于其一槽可安放兩個(gè)線圈邊，所以雙層繞組的線圈數(shù)和槽數(shù)正好相等。根據(jù)雙層繞組線圈形狀和連接規(guī)律，三相雙層繞組可分為疊繞組和波繞組兩大類。下面僅介紹疊繞組。見書106107頁(yè)。 第三節(jié) 異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行原理一、三相異步電動(dòng)機(jī)的空載運(yùn)行 異步電動(dòng)機(jī)定子繞組接在對(duì)稱三相交流電源上，轉(zhuǎn)子軸上不帶任何機(jī)械負(fù)載時(shí)的運(yùn)行，稱為空載運(yùn)行。 1、空載電流與空載磁動(dòng)勢(shì) 三相異步電動(dòng)機(jī)空載運(yùn)行時(shí)，定子三相繞組有空載電流流過(guò)，有Io表示，其大小約為額定電流的30%左右。空載電流由二部分構(gòu)成，其中絕大部分有來(lái)產(chǎn)生氣隙磁場(chǎng)，稱勵(lì)磁電流，

15、是空載電流的無(wú)功分量用I0a表示;別一部分用來(lái)供給鐵損耗，稱鐵耗電流，是空載電流的有功分量，用I0r表示。故穿戴電流Io= I0a+ I0r。異步電動(dòng)機(jī)的空載電流大，這是因?yàn)楫惒綑C(jī)磁路中有氣隙。則空載磁勢(shì)為： 2、空載運(yùn)行時(shí)的電磁關(guān)系 異步電動(dòng)機(jī)定子繞組接在對(duì)稱三相交流電源時(shí)，空載電流產(chǎn)生定子磁動(dòng)勢(shì)F0產(chǎn)生的主磁通 它的通路為：定子鐵心氣隙轉(zhuǎn)子鐵心-氣隙-定子鐵心。由于主磁通同時(shí)交鏈定、轉(zhuǎn)子繞組，因而同時(shí)在定、轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感 應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E1和E2。圖4.12 異步電動(dòng)機(jī)的主磁通與漏磁通圖4.13 空載運(yùn)行時(shí)電磁關(guān)系3、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)漏磁電動(dòng)勢(shì)4、電壓平衡方程勢(shì)及等級(jí)電路 根據(jù)基爾霍夫定律得轉(zhuǎn)子回路

16、電壓 根據(jù)電壓平衡方程式可以得出變壓器相似的空載等效電路如圖4.14所示。圖4.14 轉(zhuǎn)子繞組開路時(shí)異步電動(dòng)機(jī)的等效電路與相量圖 二、三相異步電動(dòng)機(jī)的負(fù)載運(yùn)行 電動(dòng)機(jī)軸上帶有機(jī)械負(fù)載， 以阻轉(zhuǎn)矩作用于電動(dòng)機(jī)軸上，使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降，轉(zhuǎn)差率將增大，它將引起電動(dòng)機(jī)內(nèi)部許多物理的變化。 1、轉(zhuǎn)子各量與轉(zhuǎn)差率的關(guān)系 1) 轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)的頻率與轉(zhuǎn)差率 當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)不再以同步轉(zhuǎn)速，而是以轉(zhuǎn)速差(n1-n)切割轉(zhuǎn)子繞組，故轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的頻率(稱為轉(zhuǎn)子頻率)為： 2) 轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì) 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)的電動(dòng)勢(shì)E2s為 式中 轉(zhuǎn)子靜止時(shí)的轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)。 當(dāng)n=0，即s=1時(shí)，E2s=E20，額定負(fù)載時(shí)，由于s

17、很小，所以轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)的轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)E2s比轉(zhuǎn)子靜止時(shí)的低很多。 3) 轉(zhuǎn)子繞組的漏電抗 因?yàn)殡娍古c頻率成正比，故旋轉(zhuǎn)時(shí)的轉(zhuǎn)子漏電抗X2s為 4）、轉(zhuǎn)子電流5）、轉(zhuǎn)子功率因數(shù)Cos2=由以上分析可知：轉(zhuǎn)子各量都是轉(zhuǎn)差率的函數(shù)。異步電動(dòng)機(jī)帶負(fù)載時(shí)定、轉(zhuǎn)子電路如圖4.15所示。圖4.15 異步電動(dòng)機(jī)的定、轉(zhuǎn)子電路2、磁動(dòng)勢(shì)平衡方程式定子磁勢(shì)、轉(zhuǎn)子磁勢(shì)和勵(lì)磁磁勢(shì)的基波幅值分別為： 3、異步電動(dòng)機(jī)的等效電路 把轉(zhuǎn)子側(cè)折算到定子側(cè)的折算原則：電動(dòng)機(jī)從電網(wǎng)吸取的功率和定、轉(zhuǎn)子中的損耗不變，定、轉(zhuǎn)子的電磁過(guò)程不變。 1）頻率的折算 頻率的折算就是把頻率不同的兩個(gè)電路折合為頻率相同的等效電路。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)的轉(zhuǎn)子電流

18、為： 如把上式的分子、分母都除以s，可化為此式變?yōu)檗D(zhuǎn) 子不動(dòng)時(shí)的電流，等效的靜止轉(zhuǎn)子電阻變?yōu)橐虼私?jīng)過(guò)頻率折算后，等效的靜止串入了大小等于 的附加電阻，如圖4.23所示。圖4.23 頻率折算后定、轉(zhuǎn)等效電路 2) 繞組折算 （1）轉(zhuǎn)子電流的折算：折算前后轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)保持不變。則有： （2）轉(zhuǎn)子電勢(shì)的折算：折算前后氣隙主磁通保持不變的原則可得： （3）阻抗的折算：折算前后轉(zhuǎn)子銅損不變的原則可得：綜上所述，折算后的異步電動(dòng)機(jī)的基本方程式為： 3) 等效電路 根據(jù)前面推導(dǎo)的方程，可以繪出異步電動(dòng)機(jī)的T形等效電路如圖4.24所示。圖4.24 異步電動(dòng)機(jī)T形等效電路第四節(jié) 三相異步電動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩 異步電

19、動(dòng)機(jī)是一種機(jī)電能量轉(zhuǎn)換元件，是通過(guò)電磁感應(yīng)作用把電能傳送到轉(zhuǎn)子再轉(zhuǎn)化為軸輸出機(jī)械能。本節(jié)從能量觀點(diǎn)出發(fā)闡述電動(dòng)機(jī)的能量轉(zhuǎn)換過(guò)程，分析其功率和轉(zhuǎn)矩的平衡關(guān)系。 一、功率關(guān)系 電動(dòng)機(jī)從電源吸收電功率大小為 消耗在定子繞組電阻上銅損耗為： 定子鐵心的磁滯和渦流損耗為： 余下的有功功率通過(guò)氣隙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的耦合傳遞給轉(zhuǎn)子，這部分稱為電磁功率為：轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生銅損耗為： 從電磁功率中減去轉(zhuǎn)子銅損耗后，就是轉(zhuǎn)子上所產(chǎn)生的全部機(jī)械功率，即電動(dòng)機(jī)功率關(guān)系可用下式表達(dá)式為：電動(dòng)機(jī)的總損耗為： 圖4.24 異步電動(dòng)機(jī)的功率流程圖功率流程圖為 二、轉(zhuǎn)矩平衡方程式由功率方程式可得：T=T2+T0電磁轉(zhuǎn)矩公式為：例 42

20、書117頁(yè)第五節(jié) 三相異步電動(dòng)機(jī)的工作特性和參數(shù)測(cè)定 一、三相異步電動(dòng)機(jī)工作特性 三相異步電動(dòng)機(jī)的工作特性是指電源電壓、頻率均為額定值的情況下，電動(dòng)機(jī)的定子電流、轉(zhuǎn)速(或轉(zhuǎn)差率)、功率因數(shù)、電磁轉(zhuǎn)矩、效率與輸出功率的關(guān)系。特性曲線如圖4.25所示.圖4.25 異步電動(dòng)機(jī)的工作特性 1. 轉(zhuǎn)速特性n=f(P2)由 可知，當(dāng)P2增加時(shí)，T2也增加，T2增加會(huì)使轉(zhuǎn)速n降低，但是異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化范圍較小，所以轉(zhuǎn)速特性是一條稍有下降的曲線。 2. 轉(zhuǎn)矩特性T=f(P2) 異步電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩應(yīng)與負(fù)載制動(dòng)轉(zhuǎn)矩TL相平衡，即T=TL=T2+T0，電動(dòng)機(jī)從空載到額定負(fù)載運(yùn)行，其轉(zhuǎn)速變化不大，可以認(rèn)

21、為是常數(shù)。所以，T2與P2成比例關(guān)系。而空載轉(zhuǎn)矩T0可以近似認(rèn)為不變，這樣，T和P2的關(guān)系曲線也近似為一直線，如圖4.25所示。 3. 定子電流特性 I1 = f (P2) 隨著負(fù)載的增大，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速略有降低，轉(zhuǎn)子電流增大，為了磁動(dòng)勢(shì)平衡，定子電流的負(fù)載分量也相應(yīng)的增大，I1隨著P2增大而增大。但并不完全正比,是一休不通過(guò)原點(diǎn)上翹的曲線如圖4.25所示。 4. 功率因數(shù)特性 異步電動(dòng)機(jī)空載運(yùn)行時(shí)，定子電流基本上是產(chǎn)生主磁通的勵(lì)磁電流，功率因數(shù) 很低，約為0.10.2。隨著負(fù)載的增大，電流中的有功分量逐漸增大，功率因數(shù)也逐漸提高。在額定負(fù)載附近，功率因數(shù) 達(dá)到最大值。如果負(fù)載繼續(xù)增加，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下

22、降較快，轉(zhuǎn)子漏抗和轉(zhuǎn)子電流中的無(wú)功分量迅速增加，反而使功率因數(shù)下降，這樣就形成了如圖4.25所示的功率因數(shù)特性曲線。 5. 效率特性二、三相異步電動(dòng)機(jī)的參數(shù)測(cè)定電機(jī)的參數(shù)也是通過(guò)空載試驗(yàn)和短路試驗(yàn)測(cè)定。1. 空載試驗(yàn) 空載試驗(yàn)的目的是確定電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁參數(shù)以及鐵損耗和機(jī)械損耗。測(cè)得空載特性曲線如圖4.2所示。圖4.26 異步電動(dòng)機(jī)的空載特性空載時(shí)，轉(zhuǎn)子銅損耗和附加損耗很小，可忽略不計(jì)。此時(shí)電動(dòng)機(jī)的三相輸入功率全部用以補(bǔ)償定子銅損耗、鐵損耗和轉(zhuǎn)子的機(jī)械損耗，即所以從空載功率減去定子銅損耗，就可得到鐵損耗和機(jī)械功率損耗兩項(xiàng)之和 由于鐵損耗 與磁通密度的平方成正比，因此可認(rèn)為它與 成正比，而機(jī)械損耗的

23、大小僅與轉(zhuǎn)速有關(guān)，與端電壓高低無(wú)關(guān)，可認(rèn)為 是個(gè)常數(shù)。因此，把不同電壓下的機(jī)械損耗和鐵損耗兩項(xiàng)之和與端電壓的平方值畫成曲線 ，并把這一曲線延長(zhǎng)到U1=0處，如圖4.26虛線所示，則虛線以下部分就表示與電源電壓大小無(wú)關(guān)的機(jī)械損耗，虛線以上部分就是鐵損耗。圖4.26 機(jī)械損耗與鐵耗的求法 勵(lì)磁參數(shù)按下面的方法確定： 定子加額定電壓時(shí)，根據(jù)空載試驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)I10和P0，可以算出 2. 短路試驗(yàn) 短路試驗(yàn)是在轉(zhuǎn)子堵住不轉(zhuǎn)時(shí)，對(duì)定子繞組施加不同數(shù)值的電壓，故又稱堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)。特性如圖4.27所示。圖4.27 異步電動(dòng)機(jī)的堵轉(zhuǎn)特性 定子輸入功率PK都消耗在定、轉(zhuǎn)子的電阻上，即 第六節(jié) 單相異步電動(dòng)機(jī) 圖9.

24、7 單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)異步電動(dòng)機(jī)示意圖 單相異步電動(dòng)機(jī)由單相交流電源供電，與同容量三相異步電動(dòng)機(jī)體積較大，運(yùn)行性能較差，所以只能做成小功率的。一、單相異步電動(dòng)機(jī)工作原理 在交流電機(jī)中，當(dāng)定子繞組通過(guò)交流電流時(shí)，建立了電樞磁動(dòng)勢(shì)，它對(duì)電機(jī)能量轉(zhuǎn)換和運(yùn)行性能都有很大影響。所以單相交流繞組通入單相交流產(chǎn)生脈振磁動(dòng)勢(shì)，該磁動(dòng)勢(shì)可分解為兩個(gè)幅值相等、轉(zhuǎn)速相反的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)和，從而在氣隙中建立正傳和反轉(zhuǎn)磁場(chǎng)和。這兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體，并分別在轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流 。該電流與磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生正、反電磁轉(zhuǎn)矩。正向電磁轉(zhuǎn)矩企圖使轉(zhuǎn)子正轉(zhuǎn)；反向電磁轉(zhuǎn)矩企圖使轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)。這兩個(gè)轉(zhuǎn)矩疊加起來(lái)就是推動(dòng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)

25、的合成轉(zhuǎn)矩。 單相異步電動(dòng)機(jī)的T-s曲線見左圖 由圖可知單相異步電動(dòng)機(jī)的主要特點(diǎn)有：（1）n=0,s=1,T=T+ T- =0，說(shuō)明單相異步電動(dòng)機(jī)無(wú)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，如不采取其他措施，電動(dòng)機(jī)不能啟動(dòng)。（2）當(dāng)s1時(shí)， T0，T無(wú)固定方向，它取決于s的正、負(fù)。（3）由于反向轉(zhuǎn)矩存在，使合成轉(zhuǎn)矩也隨之減小，故單相異步電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力較低。結(jié)論：?jiǎn)蜗喈惒诫妱?dòng)機(jī)起動(dòng)的必要條件：1、定子具有在空間互差900 兩個(gè)繞組；2、兩相繞組中通用不同相位的交流電流。二、單相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng) 單相異步電動(dòng)機(jī)的分類：分相起動(dòng)電動(dòng)機(jī)和罩極起動(dòng)電動(dòng)機(jī)。1、分相起動(dòng)電動(dòng)機(jī)1）電容分相起動(dòng)啟動(dòng)時(shí)開關(guān)K閉合，使兩繞組電流I1,I2相位差約為90，從而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，電機(jī)轉(zhuǎn)起來(lái)；轉(zhuǎn)動(dòng)正常以后離心開關(guān)被甩開，啟動(dòng)繞組被切斷。2）電容運(yùn)轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī) 圖中起動(dòng)電容器C1容量較大，C2為運(yùn)轉(zhuǎn)電容，電容量較小。起動(dòng)時(shí)C1和C2并聯(lián)，總電容器容量大，所以有較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，起動(dòng)后，C1切除，只有C2運(yùn)行，因此電動(dòng)機(jī)有較好運(yùn)行性能。對(duì)電容分相式異步電動(dòng)機(jī)，如果要改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向，只要使主繞組或副繞組的接線端對(duì)調(diào)即可，對(duì)調(diào)接線端后旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)方向改變，因而電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向也隨之改變。 2. 單相罩極式(磁通分相式)異步電動(dòng)機(jī) 單相罩極式異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)有凸極式和隱極式兩種，其中以凸極式結(jié)構(gòu)最為常見，如