,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,广州市番禺区农业中专学校,*,第四章 三相异步电动机,三相异步电动机的原理和结构,三相异步电动机的定子绕组,三相异步电动机的运行分析,三相异步电动机的工作特性,广州市番禺区农业中专学校,三相异步电动机的原理和结构,三相异步电动机的工作原理,三相异步电动机的结构,三相异步电动机的铭牌,返回,广州市番禺区农业中专学校,三相异步电动机的工作原理,旋转磁场的产生,三相异步电动机的工作原理,转差率,返回,广州市番禺区农业中专学校,旋转磁场的产生,旋转磁场就是一种极性和大小不变，且以一定转速旋转的磁场。从理论分析和实践证明，在对称三相绕组中流过对称三相交流电时会产生这种旋转磁场。,对称三相绕组,对称三相电流,旋转磁场的产生,旋转磁场的的性质,返回,广州市番禺区农业中专学校,对称三相绕组,所谓三相对称绕组就是三个外形、尺寸、匝数都完全相同、首端彼此互隔,120,、对称地放置到定子槽内的三个独立的绕组，如图所示。,A,Y,C,B,Z,()电流出,(,)电流入,X,A,X,B,Y,C,Z,返回,广州市番禺区农业中专学校,对称三相电流,由电网提供的三相电压是对称三相电压，由于对称三相绕组组成的三相负载是对称三相负载，每相负载的复阻抗都相等，所以，流过三相绕组的电流也必定是对称三相电流。,对称三相电流的函数式表示为：,对称三相电流的波形表示为：,返回,广州市番禺区农业中专学校,旋转磁场的产生,由于三相电流随时间的变化是连续的，且极为迅速，为了能考察它所产生的合成磁效应，说明旋转磁场的产生，我们可以选定,t=,6,0,、12,0,180,三个特定瞬间。磁力线如图所示。,并规定：电流为正值时，从每相线圈的首端入、末端出；电流为负值时，从末端入、首端出。用符号表示电流流出，用表示电流流入。由于磁力线是闭合曲线，对它的磁极的性质作如下假定：磁力线由定子进入转子时，该处的磁场呈现N极磁性；反之，则呈现S极磁性。,X,B,Z,A,Y,C,A,X,Y,C,B,Z,A,X,Y,C,B,Z,返回,广州市番禺区农业中专学校,旋转磁场的性质,当三相对称电流通入三相对称绕组，必然会产生一个大小不变，且在空间以一定的转速不断旋转的旋转磁场。,旋转磁场的旋转方向是由通入三相绕组中的电流的相序决定的。即当通入三相对称绕组的对称三相电流的相序发生改变时，即将三相电源中的任意两相绕组接线互换，旋转磁场就会改变方向。,旋转磁场的旋转速度为,返回,广州市番禺区农业中专学校,三相异步电动机的工作原理,当定子接通三相电源后，即在定、转子之间的气隙内建立了一同步速为,n,1,的旋转磁场。磁场旋转时将切割转子导体，根据电磁感应定律可知，在转子导体中将产生感应电势，其方向可由右手定则确定。磁场逆时针方向旋转，导体相对磁极为顺时针方向切断磁力线。转子上半边导体感应电势的方向为进去的，用,表示；下半边导体感应电势的方向为出来的，用表示。因转子绕组是闭合的，导体中有电流，电流方向与电势相同。载流导体在磁场中要受到电磁力，其方向由左手定则确定。这样，在转子导条上形成一个逆时针方向的电磁转矩。于是转子就跟着旋转磁场逆时针方向转动。,返回,广州市番禺区农业中专学校,转差率,同步转速(磁场旋转的转速),电动机的转速与旋转磁场转速的关系,电机转子转动方向与磁场旋转的方向一致，但 nn1 异步电动机,提示,：,如果nn1,转差率的定义,转差率为旋转磁场的同步转速,和电动机转速之差。即：,无转距,转子与旋转磁场间没有相对运动,无转子电动势（转子导体不切割磁力线）,无转子电流,返回,广州市番禺区农业中专学校,三相异步电动机的结构,异步电动机的定子,由机座、定子铁心和定子绕组三部分组成。,异步电动机的转子,由转子铁心、转子绕组及转轴等部件组成。,它的作用是带动其它机械设备旋转。,异步电动机的分类,鼠笼式,绕线式,Y,B,Z,X,A,C,转子,定子,定子绕组,（三相）,机 座,返回,广州市番禺区农业中专学校,三相异步电动机的铭牌,型号,额定值,额定功率,P,N,是指电动机在额定负载运行时，轴上所输出的机械功率，单位,W,和,kW,。,额定电压,U,N,是指电动机正常工作时，定子绕组所加的线电压，单位,V,。,额定电流,I,N,是指电动机输出功率时，定子绕组允许长期通过的线电流，单位,A,。,额定频率,f,N,我国的电网频率为,50Hz,。,额定转速,n,N,是指电动机在额定状态下，转子的转速，单位,r/min,。,绝缘等级是指电动机所用绝缘材料的等级。,工作方式,连续工作制,短时工作制,断续周期工作制,极数,机座长度代号,L-长；M-中；S-短,Y-100L-2,异步电动机,机座中心高,返回,广州市番禺区农业中专学校,三相异步电动机的定子绕组,定子绕组的基本知识,三相单层绕组,三相双层绕组,定子绕组的磁势和电势,返回,广州市番禺区农业中专学校,定子绕组的基本知识,线圈、线圈组和绕组,线圈是由一匝或多匝绝缘导线按一定形状绕制而成。多个线圈构成一组单元，称线圈组。由线圈组按一定的串、并联方式构成一相电路，称为绕组。,线圈节距,y,电角度,电角度,=,p,机械角度,每极每相槽数,（q）,相带,每极下每相绕组所占的宽度（用电角度表示）称相带。,返回,广州市番禺区农业中专学校,三相单层绕组,特点,由于每槽内只安置一层线圈边，故总线圈数等于总槽数的一半。线圈的组成应遵循相隔一个极距的两线圈边的电势相加的原则，即异极性下属于同一相的线圈边可以联成一个线圈。,种类,同芯式绕组,链式绕组,交叉式绕组,返回,广州市番禺区农业中专学校,三相双层绕组,特点,每个槽分上、下两层，分别嵌放两个线圈的各一条有效边，线圈数与总槽数相等；,所有线圈都有相同的形状，易于制造、利于散热，端部整齐美观，机械强度高；,可以选择最有利的线圈节距，改善磁势和电势波形，电气性能好。,槽内上下层有效边之间须加层间绝缘、槽内的空间利用率较低些，嵌线较麻烦。,分类,叠绕组,波绕组,返回,广州市番禺区农业中专学校,定子绕组的磁势和电势,定子绕组的磁势,单相绕组的脉振磁势,三相交流绕组的磁势,定子绕组的电势,感应电势的波形与磁势的波形有关。为获取正弦电势波形，电机绕组常采用分布短距的方法以削弱谐波旋转磁势的作用。在计算时先考虑到将电机每相绕组的若干个线圈组按一定方法联接后，再考虑到短距、分布的影响。每相电势为,E,=4.44fN,m,k,p,k,d,=4.44fN,m,k,w,N,每条支路串接线圈匝数；,K,p,短矩绕组系数,K,d,分布绕组系数,K,W,绕组系数,返回,广州市番禺区农业中专学校,单相绕组的脉振磁势,单相绕组的磁场和磁势的分布图,单相绕组的磁势的特点,从空间位置上看呈矩形波分布，从时间上看，矩形波的幅值随时间作正弦规律变化，其轴线在空间保持固定位置的磁势，称为脉振磁势。,脉振的频率由单相交流电流的频率决定。,返回,广州市番禺区农业中专学校,三相交流绕组的磁势,三相交流绕组的磁势是指：定子空间上对称分布的三相绕组，通入对称三相电流后产生的合成磁势。它是基波合成磁势和谐波合成磁势的迭加，其中基波合成磁势是主要分量。,表达式,特点,三相基波合成磁势在电机气隙空间呈正弦波形分布。,它是一个旋转磁势，转速为,n,1,=,60,f,1,/p,（,即同步转速）。,旋转磁势的转向，取决于定子绕组中三相电流的相序，由超前相向滞后相旋转。,返回,广州市番禺区农业中专学校,三相异步电动机的运行分析,三相异步电动机的工作情况,电动机中的平衡关系,异步电动机的等值电路,功率和转距平衡关系,异步电动机的参数测定,返回,广州市番禺区农业中专学校,三相异步电动机的工作情况,空载运行,电动机空载运行时，轴上不带机械设备，转子的转速非常接近旋转磁场的同步转速，旋转磁场与转子间的转差速度近似为零，转子中的感应电势和电流都非常小，分析时可以忽略不计。空载电流主要是用来建立磁场的，又称为励磁电流。,注意：,异步电动机的励磁电流较变压器的励磁电流大，这是因为异步电动机的磁路中有气隙存在的缘故。且功率因数较低，因而对电网的功率因数有很大的影响。,负载运行,电动机轴上带有机械设备，以阻转矩作用于电动机轴上，电动机的运行转速低于同步转速。因为旋转磁场和转子间有相对运动，转子绕组中产生感应电势和电流。转子电流和旋转磁场作用产生电磁转矩，拖动机械设备转动。负载越大，转子转速越低，转子电流越大，输出的功率越多。转子电流通过磁的耦合作用于定子侧，定子电流也要加大，使得电网输入电机的功率也越大。,返回,广州市番禺区农业中专学校,电动机中的平衡关系,电势平衡关系,定子电势平衡方程式,转子电势平衡方程式,磁势平衡方程式,返回,广州市番禺区农业中专学校,异步电动机的等值电路,频率折算,绕组折算,电流的折算,电势的折算,阻抗的折算,等值电路,返回,广州市番禺区农业中专学校,等值电路,基本方程组,等值电路,返回,广州市番禺区农业中专学校,功率和转距平衡关系,功率平衡关系,转矩平衡方程,返回,广州市番禺区农业中专学校,异步电动机的参数测定,空载试验,空载试验是指在额定电压和额定频率下，轴上不带任何负载时运行。其目的是测定异步电动机的空载电流I,0,和空载功率,p,0,，进而求得异步电动机的励磁阻抗,r,m,和,x,m,，并分离出铁耗,p,Fe,和机械损耗,p,mec,。,短路试验,短路试验是指在异步电动机,T,型等值电路中的附加电阻的状态。在这种情况下，,s=1,，,n=0,，即电动机在外施电压作用下处于静止状态。因此短路试验必须在电动机堵转情况下进行，故短路试验又称为堵转试验。短路试验的目的是测取异步电动机的短路阻抗，即定、转子绕组的漏阻抗及短路特性。,返回,广州市番禺区农业中专学校,三相异步电动机的工作特性,三相异步电动机的工作特性是指在额定功率、额定电压下，电动机的转速,n,、定子电流,I,1,、电磁转矩,T,、功率因数,cos,1,和效率,与输出功率,P,2,的关系曲线。,转速特性与转距特性,电流特性和功率因数特性,效率特性,工作特性曲线,返回,广州市番禺区农业中专学校,转速特性与转距特性,异步电动机空载运行时，转子转速,n,接近于同步转速,n,1,。随负载增大时，由于阻转矩暂时大于电磁转矩，而使转速降低，随后转子电势、电流增大，以产生较大的电磁转矩与增大的负载阻转矩相平衡。,转速特性是一条稍向下倾斜的曲线。,转矩特性，由负载转矩T,L,=P,2,/可知，考虑到P,2,增大时，稍有下降，所以T,L,=,f,(P,2,)曲线将略向上弯曲。,返回,广州市番禺区农业中专学校,电流特性和功率因数特性,异步电动机空载时,P,2,=0,、,s,0,、转子电流,I,2,0。这时，定子电流，几乎全部用以励磁。随着负载的增大，转子转速下降，,s,增大，使增大，为维持磁势平衡，,I,1,随之增大，故电流特性为一上升曲线，起点在,I,0,值。,若三相绕组外施电压一定时，其主磁通基本不变，则建立磁场所需的无功电流基本不变。由于电机空载时,P,2,=0,，有功电流分量很小，此时功率因数很低，一般小于,0.2,。随负载增大时，输出功率增大，即有功分量增大，,cos,1,随之增加。若负载继续增加，由于转速降低、转差增加，转子功率因数下降较多，使定子电流中与之平衡的无功分量也增大，功率因数有所下降。一般电动机在额定功率附近，将达到最大功率因数。,返回,广州市番禺区农业中专学校,效率特性,当负载很小时，可变损耗很小，这时效率迅速上升。随着负载继续增大时，可变损耗增大，直到不变损耗与可变损耗相等时，效率达到最高，一般中小型电机约在,3/4,的额定负载时效率最高。若继续增大负载，由于可变损耗增加较快，效率又开始下降。,返回,广州市番禺区农业中专学校,工作特性曲线,效率特性,机械特性,电流特性,转距特性,负载转距特性,转差率特性,返回,广州市番禺区农业中专学校,