《電工電子技術(shù)》課件-5三相異步電動機

《電工電子技術(shù)》三相異步電動機1工作原理電動機的種類

三相異步電動機直流電動機步進電動機伺服電動機測速發(fā)電機

三相交流異步電動機1、

基本構(gòu)造

三相異步電動機主要由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。(1)定子定子由定子鐵心和定子繞組組成。①定子鐵心定子鐵心由內(nèi)圓開槽的圓形硅鋼片疊壓而成。槽內(nèi)嵌入定子繞組。②定子繞組定子繞組是用外表絕緣的銅線繞制而成。定子繞組為三相對稱繞組。三相定子繞組的聯(lián)結(jié)方式：三相異步電動機定子繞組的聯(lián)結(jié)方式是指定子繞組首、末端的連接方式。有Y型和Δ型。是在電動機的接線盒內(nèi)完成的。(2)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵心和轉(zhuǎn)子繞組組成。鐵心的外圓開槽，用來安裝轉(zhuǎn)子繞組。三相異步電動機的轉(zhuǎn)子有兩種型式：籠型和繞線型。

①籠型轉(zhuǎn)子②繞線型轉(zhuǎn)子2、

工作原理磁鐵實驗結(jié)論介于磁場內(nèi)的銅質(zhì)籠型繞組跟隨磁場而旋轉(zhuǎn)。啟示三相異步電動機的轉(zhuǎn)動原理與上述實驗結(jié)論相似。關(guān)鍵點三相異步電動機的旋轉(zhuǎn)磁場是如何產(chǎn)生的？實驗舉例銅質(zhì)籠型繞組2.1旋轉(zhuǎn)磁場定子三相繞組通入三相交流電(星形聯(lián)接)1.旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生AXBYCZoo規(guī)定i:“+”首端流入，尾端流出。i:“–”尾端流入，首端流出。AYCBZX(?)電流出(

)電流入n0

三相電流合成磁

場的分布情況oAXYCBZAXYCBZ合成磁場旋轉(zhuǎn)60°合成磁場旋轉(zhuǎn)90°AXYCBZn0分析可知：三相電流產(chǎn)生的合成磁場是一旋轉(zhuǎn)的磁場。

即：一個電流周期，旋轉(zhuǎn)磁場在空間轉(zhuǎn)過360°2.旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向取決于三相電流的相序oAXBYCZAAXZBCYAAXZBCY任意調(diào)換兩根電源進線(電路如圖)結(jié)論：任意調(diào)換兩根電源進線，則旋轉(zhuǎn)磁場反轉(zhuǎn)。3.旋轉(zhuǎn)磁場的極對數(shù)P4.旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速

當三相定子繞組按圖示排列時，產(chǎn)生一對磁極的旋轉(zhuǎn)磁場，即：

旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速取決于磁場的極對數(shù)AXYCBZAXYCBZAXYCBZAXYCBZn0極對數(shù)（P）的改變C'Y'ABCXYZA'X'B'Z'

將每相繞組分成兩段，按右下圖放入定子槽內(nèi)。形成的磁場則是兩對磁極。AXBYCZ13極對數(shù)C'Y'ABCXYZA'X'B'Z'極對數(shù)和轉(zhuǎn)速的關(guān)系旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速n0與極對數(shù)p的關(guān)系極對數(shù)每個電流周期磁場轉(zhuǎn)過的空間角度同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速n0與頻率f1和極對數(shù)p有關(guān)?？梢?AYCBZFFX定子三相繞組通入三相交流電方向:順時針

切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體右手定則感應(yīng)電動勢E20旋轉(zhuǎn)磁場感應(yīng)電流I2旋轉(zhuǎn)磁場左手定則電磁力F電磁轉(zhuǎn)矩Tn2.2轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動原理n01.3轉(zhuǎn)差率

旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速和電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速之差與旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速之比稱為轉(zhuǎn)差率。

由前面分析可知，電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向與磁場旋轉(zhuǎn)的方向一致，但轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n不可能達到與旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速相等，即異步電動機如果:無轉(zhuǎn)子電動勢和轉(zhuǎn)子電流

轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場間沒有相對運動，磁通不切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)條無轉(zhuǎn)矩因此，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速間必須要有差別。異步電動機運行中:轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速亦可由轉(zhuǎn)差率求得轉(zhuǎn)差率s

例1：一臺三相異步電動機，其額定轉(zhuǎn)速n=975r/min，電源頻率f1=50Hz。試求電動機的極對數(shù)和額定負載下的轉(zhuǎn)差率。解：根據(jù)異步電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場同步轉(zhuǎn)速的關(guān)系可知：n0=1000r/min,即p=3額定轉(zhuǎn)差率為知識點：1、旋轉(zhuǎn)磁場：速度，方向與電流相序有關(guān)。2、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動原理：電動機定子繞組接通三相電源后，在空間產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場，靜止的轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場之間就有了相對運動，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體因切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流，此載流導(dǎo)體又處于旋轉(zhuǎn)磁場中，受電磁力的作用而對轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子就順著旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向轉(zhuǎn)動起來。3、轉(zhuǎn)差率：旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速和電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速之差與旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速之比稱為轉(zhuǎn)差率。是分析異步電動機運行特性的一個重要參數(shù)。剛接通電源時，轉(zhuǎn)子未轉(zhuǎn)動s=1；電動機空載時，s趨近于0；在額定負載下運行，s約等于0.02--0.06。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速：。電動機轉(zhuǎn)速=轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、電動機轉(zhuǎn)動方向與旋轉(zhuǎn)磁場方向一致。課后作業(yè)：1、知識鞏固：知識點2、資料收集：直流電機、單相異步電機轉(zhuǎn)動原理

《電工電子技術(shù)》三相異步電動機2機械特性復(fù)習(xí)：1、旋轉(zhuǎn)磁場：速度，方向與電流相序有關(guān)。2、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動原理：電動機定子繞組接通三相電源后，在空間產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場，靜止的轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場之間就有了相對運動，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體因切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流，此載流導(dǎo)體又處于旋轉(zhuǎn)磁場中，受電磁力的作用而對轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子就順著旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向轉(zhuǎn)動起來。3、轉(zhuǎn)差率：旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速和電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速之差與旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速之比稱為轉(zhuǎn)差率。是分析異步電動機運行特性的一個重要參數(shù)。剛接通電源時，轉(zhuǎn)子未轉(zhuǎn)動s=1；電動機空載時，s趨緊于0；在額定負載下運行，s約等于0.02--0.06。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速：。電動機轉(zhuǎn)速=轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、電動機轉(zhuǎn)動方向與旋轉(zhuǎn)磁場方向一致。

三相異步電動機的轉(zhuǎn)矩特性和機械特性

一、三相異步電動機的定子電路

三相異步電動機的電磁關(guān)系同變壓器類似，定子繞組相當于變壓器的原繞組，轉(zhuǎn)子繞組（一般是短接的）相當于副繞組。

定子繞組接上三相電源電壓（相電壓為u1）時，則有三相電流通過（相電流為i1），定子三相電流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，其磁力線通過定子和轉(zhuǎn)子鐵心而閉合，這磁場不僅在轉(zhuǎn)子每相繞組中要感應(yīng)出電動勢e2，而且在定子每相繞組中也要感應(yīng)出電動勢e1。

設(shè)定子和轉(zhuǎn)子每相繞組的匝數(shù)分別為N1和N2，如圖所示電路圖是三相異步電動機的一相電路圖。

旋轉(zhuǎn)磁場的磁感應(yīng)強度沿定子與轉(zhuǎn)子間空氣隙的分布是近于按正弦規(guī)律分布的，因此，當其旋轉(zhuǎn)時，通過定子每相繞相的磁通也是隨時間按正弦規(guī)律變化的，

定子每相繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為：

它也是正弦量，其有效值為：

式中，f1為e1的頻率。

因為旋轉(zhuǎn)磁場和定子間的相對轉(zhuǎn)速為n0，所以

它等于定子電流的頻率，即

定子每相繞組中還要產(chǎn)生漏磁電動勢

加在定子每相繞組上的電壓也分成三個分量，即

如用復(fù)數(shù)表示，則為

式中，和()為定子每相繞組的電阻和漏磁感抗。

由于R1和X1較小，其上電壓降與電動勢E1比較起來，?？珊雎裕谑嵌?、三相異步電動機的轉(zhuǎn)子電路

旋轉(zhuǎn)磁場在轉(zhuǎn)子每相繞組中感應(yīng)出的電動勢為

其有效值為

式中，f2為轉(zhuǎn)子電動勢e2或轉(zhuǎn)子電流i2相對于旋轉(zhuǎn)磁場的頻率.

因為旋轉(zhuǎn)磁場和轉(zhuǎn)子間的相對轉(zhuǎn)速為n0-n

在n=0，即S=1時，轉(zhuǎn)子電動勢為為轉(zhuǎn)子最大電動勢

可見轉(zhuǎn)子電動勢E2與轉(zhuǎn)差率S有關(guān)。

和定子電流一樣，轉(zhuǎn)子電流也要產(chǎn)生漏磁通，從而在轉(zhuǎn)子每相繞組中還要產(chǎn)生漏磁電動勢。

因此，對于轉(zhuǎn)子每相電路，有

如用復(fù)數(shù)表示，則為

式中，R2和X2——轉(zhuǎn)子每相繞組的電阻和漏磁感抗

在n=0，即S=1時，轉(zhuǎn)子感抗為為轉(zhuǎn)子最大感抗

可見轉(zhuǎn)子感抗E2與轉(zhuǎn)差率S有關(guān)。

轉(zhuǎn)子每相電路的電流為

可見轉(zhuǎn)子電流I2也與轉(zhuǎn)差率S有關(guān)。當S增大，即轉(zhuǎn)速n降低時，轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場間的相對轉(zhuǎn)速增加，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體被磁力線切割的速度提高，于是E2增加，I2也增加。三、轉(zhuǎn)矩特性

電磁轉(zhuǎn)矩（以下簡稱轉(zhuǎn)矩）是三相異步電動機最重要的物理量之一。機械特性是它的主要特性。所以因為……轉(zhuǎn)矩特性

式中，K——與電動機結(jié)構(gòu)參數(shù)、電源頻率有關(guān)的一個常數(shù)；

U1、U——定子繞組電壓，電源電壓；

R2——轉(zhuǎn)子每相繞組的電阻；

X20——電動機不動（S=1）時轉(zhuǎn)子每相繞組的感抗。四．機械特性

在異步電動機中，轉(zhuǎn)速n=(1-S)n0，為了符合習(xí)慣畫法，可將曲線換成轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系曲線，即稱為異步電動機的機械特性。1．固有機械特性

異步電動機在額定電壓和額定頻率下，用規(guī)定的接線方式，定子和轉(zhuǎn)子電路中不串聯(lián)任何電阻或電抗時的機械特性稱為固有（自然）機械特性。

根據(jù)

三相異步電動機的固有機械特性曲線如圖所示。

從特性曲線上可以看出，其上有四個特殊點可以決定特性曲線的基本形狀和異步電動機的運行性能，這四個特殊點是：

電動機處于理想空載工作點，此時電動機的轉(zhuǎn)速為理想空載轉(zhuǎn)速。

電動機額定工作點。此時額定轉(zhuǎn)矩和額定轉(zhuǎn)差率為

式中:

PN——電動機的額定功率；

nN——電動機的額定轉(zhuǎn)速，一般

SN——電動機的額定轉(zhuǎn)差率，一般

TN——電動機的額定轉(zhuǎn)矩。電動機的啟動工作點。

將S=1代入轉(zhuǎn)矩公式中，可得

可見，異步電動機的啟動轉(zhuǎn)矩Tst與U、R2及X20有關(guān)。

當施加在定子每相繞組上的電壓降低時，啟動轉(zhuǎn)矩會明顯減小；

當轉(zhuǎn)子電阻適當增大時，啟動轉(zhuǎn)矩會增大；

而若增大轉(zhuǎn)子電抗則會使啟動轉(zhuǎn)矩大為減小。

通常把在固有機械特性上啟動轉(zhuǎn)矩Tst與額定轉(zhuǎn)矩TN之比

st=Tst/TN

作為衡量異步電動機啟動能力的一個重要數(shù)據(jù)。一般

電動機的臨界工作點。欲求轉(zhuǎn)矩的最大值，可令得臨界轉(zhuǎn)差率

再將Sm代入轉(zhuǎn)矩公式中，即可得

通常把在固有機械特性上最大電磁轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩之比

稱為電動機的過載能力系數(shù)。它表征了電動機能夠承受沖擊負載的能力大小，是電動機的又一個重要運行參數(shù)。

鼠籠式異步電動機

線繞式異步電動機2．人為機械特性

由上述分析可知：異步電動機的機械特性與電動機的參數(shù)有關(guān)，也與外加電源電壓、電源頻率有關(guān)，將關(guān)系式中的參數(shù)人為地加以改變而獲得的特性稱為異步電動機的人為機械特性。

改變定子電壓U、定子電源頻率f、定子電路串入電阻或電抗、轉(zhuǎn)子電路串入電阻或電抗等，都可得到異步電動機的人為機械特性。

（1）降低電動機電源電壓時的人為特性

不變不變隨著電壓的減小而大大地減小隨著電壓的減小而大大地減小

改變電源電壓時的人為特性如圖所示：

如當定子繞組外加電壓為UN、0.8UN、0.5UN時，轉(zhuǎn)子輸出最大轉(zhuǎn)矩分別為Ta=Tmax、Ta=0.64Tmax和Ta=0.25Tmax

?？梢姡妷河?，人為特性曲線愈往左移。

由于異步電動機對電網(wǎng)電壓的波動非常敏感，運行時，如電壓降低太多，會大大降低它的過載能力與啟動轉(zhuǎn)矩，甚至使電動機發(fā)生帶不動負載或者根本不能啟動的現(xiàn)象。