三相交流異步電動機結構和原理

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、復勵他勵、異勵、串勵、復勵鼠籠式交流異步電動機授課內容：鼠籠式交流異步電動機授課內容： 基本結構、工作原理、基本結構、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轉子轉子定子定子定子繞組定子繞組（三相）（三相）機機 座座轉子：在旋轉磁場作用下，轉子：在旋轉磁場作用下， 產生感應電動勢或產生感應電動勢或 電流。電流。三相定子繞組：產生旋轉三相定子繞組：產生旋轉 磁場。磁場。繞線式繞線式鼠籠式鼠籠式鼠籠轉子鼠籠轉子 第一節(jié)第一節(jié) 三相異

2、步電動機的構造三相異步電動機的構造由機座、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，鐵心內開有均勻的槽，嵌放定子繞組成，鐵心內開有均勻的槽，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。由轉子鐵心和轉子繞組組成由轉子鐵心和轉子繞組組成：1、轉子鐵心：轉子鐵心：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，又能安放轉子繞組。路的一部分，又能安放轉子繞組。2、轉子繞組：轉子繞組：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：導體用銅條或鋁條，兩頭用導體用銅條或鋁條，兩頭用端環(huán)聯(lián)接。結構可靠簡單，但是轉子電阻固定端環(huán)聯(lián)接。結構可靠簡單，但是轉子電阻固定。 （2）繞線型轉子：繞線型轉子：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。第二節(jié)第二節(jié) 三相異步電動機的轉動原三相異步電動機的轉動原理理n0nei 三相異步電動機的轉動原理三相異步電動機的轉動原理NSf磁鐵磁鐵閉合

4、閉合線圈線圈磁極旋轉磁極旋轉導線切割磁力線產生導線切割磁力線產生感應電動勢感應電動勢vlBe導線長度導線長度磁感應強度磁感應強度切割速度切割速度（右手定則）（右手定則）閉合導線產生電流閉合導線產生電流 i（左手定則）（左手定則）通電導線在磁場中受力通電導線在磁場中受力ilBfn0neiNSf1. 線圈跟著磁鐵轉線圈跟著磁鐵轉兩者轉動方向一致兩者轉動方向一致 結論：結論：異步異步2. 線圈比磁場轉得慢線圈比磁場轉得慢0nnn0neiNSf1 1、旋轉磁場的產生、旋轉磁場的產生AYCBZ在異步機中在異步機中,旋轉磁場代替了旋轉磁極旋轉磁場代替了旋轉磁極AiBiCimIt0n()電流出電流出( )電

5、流入電流入X240sin120sinsintIitIitIimCmBmA0tAiBiCimItBiAXBYCZAiCi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

6、，從首端流出、末端流入。為負時，從首端流出、末端流入。1NS1 2 32NS3NS4 4NS5 5NS6NS6U1V1W1U2V2W2NSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNS旋轉方向旋轉方向：取決于三相電流的相序。：取決于三相電流的相序。0n0n改變電機的旋轉方向的方法：改變電機的旋轉方向的方法：改變相序改變相序（換接其中兩相）（換接其中兩相）AiBiCimItAiCiBimIt2 2、旋轉磁場的旋轉方向、旋轉磁場的旋轉方向 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。，就可實現(xiàn)反轉

7、。 三相異步電動機的正、反轉三相異步電動機的正、反轉正轉正轉反轉反轉A B CM3電電 源源ABCM3電電 源源3 3、極對數（、極對數（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，則極對數為，則極對數為1。即：即：AXYCBZNSCYABCXYZAXBZAiBiCi 將每相繞組分成兩段，按右下圖放入定子槽內。將每相繞組分成兩段，按右下圖放入定子槽內。形成的磁場則是形成的磁場則是兩對磁極兩對磁極。X AAXBYBYCZCZ極對數極對數2pAXX ANSSNZCZCBYBYCY

8、ABCXYZAXBZAiCiBiAiBiCimIt3 3、旋轉磁場的、旋轉磁場的轉速大小轉速大小分）轉 /( 600fn 一個電流周期，旋轉磁場在空間轉過一個電流周期，旋轉磁場在空間轉過360。則。則 同步轉速（旋轉磁場的速度）為：同步轉速（旋轉磁場的速度）為：AXYCBZNSAXYCBZNSAXYCBZSN0n60AiBiCimItXNSASNZBX AYCZBCY0t分）轉/( 600pfn 60t A0nAZXXCZCSNSN30極對數和轉速的關系：極對數和轉速的關系：AiBiCimIt三相異步電動機的同步（旋轉磁場）轉速：三相異步電動機的同步（旋轉磁場）轉速：分）轉/( 600pfn

9、2p180分）轉/( 50011p360分）轉/( 0003極對數極對數每個電流周期每個電流周期磁場轉過的空間角度磁場轉過的空間角度同步轉速同步轉速)50(Hzf 0n3p120分）轉/( 0001電動機轉速和旋轉磁場同步轉速的關系：電動機轉速和旋轉磁場同步轉速的關系：電動機轉速電動機轉速:n電機轉子轉動方向與磁場旋轉的方向一致，電機轉子轉動方向與磁場旋轉的方向一致， 但但 異步異步電動機電動機0nn無轉距無轉距轉子與旋轉磁場間沒有相對運動轉子與旋轉磁場間沒有相對運動無轉子電動勢（轉子導體不切割磁力線）無轉子電動勢（轉子導體不切割磁力線）無轉子電流無轉子電流提示提示：如果如果0nn 5 5、轉

10、差率、轉差率 的概念：的概念：)(s%10000nnns異步電機運行中異步電機運行中:%9%1s轉差率為旋轉磁場的同步轉速和電動機轉速之差。即：轉差率為旋轉磁場的同步轉速和電動機轉速之差。即：電動機起動瞬間電動機起動瞬間:1 , 0sn（轉差率最大）（轉差率最大）mmmmNfUUEfNNU11111111144. 422tNum1111cosR1R2i1u1e1e 1e2e 2mNfE22244. 4同理得轉子邊：同理得轉子邊：i2mNfE22244. 42f：轉子感應電動勢的頻率：轉子感應電動勢的頻率2N：轉子線圈匝數：轉子線圈匝數2f取決于轉子和旋轉磁場的相對速度取決于轉子和旋轉磁場的相對

11、速度1000026060SfPnnnnPnnf電磁轉矩電磁轉矩 T：轉子中各載流導體在旋轉磁場的作用下轉子中各載流導體在旋轉磁場的作用下,受到電磁力所形成的轉距之總和。受到電磁力所形成的轉距之總和。22cosIKTmT常數常數每極磁通每極磁通轉子電流轉子電流轉子電路的轉子電路的2cos1 轉矩公式轉矩公式第四節(jié)第四節(jié) 三相異步電動機的轉矩與機械特性三相異步電動機的轉矩與機械特性R1R2i1u1e1e 1e2e 22202220222222)(SXRSEXREI其中其中202122222SXLSfLfX202122244. 444. 4SENSfNfEmm轉子功率因數：轉子功率因數：220222

12、222222)(cosSXRRXRRi2COS2I2I2, COS21S0結論：結論：轉子電路的電動勢、電流、頻率、感抗轉子電路的電動勢、電流、頻率、感抗、功率因數等都與轉差率、功率因數等都與轉差率S有關，有關，與轉差率與轉差率 S 的關的關系如右圖所示。系如右圖所示。I2、COS222cosIKTmT22022202)(SXRSEI2202222)(cosSXRRmNfU11144.4將其中參數代入：將其中參數代入：21220222)(UsXRsRKT得到得到轉矩公式轉矩公式2 三相電動機的機械特性三相電動機的機械特性)()(TfnSfT21220222)(UsXRsRKT根據轉矩公式根據轉

13、矩公式Ts10n0Tn得特性曲線：得特性曲線：電動機的自適應負載能力：電動機的自適應負載能力： 電動機的電磁轉矩可以隨負載的變化而自動調整，電動機的電磁轉矩可以隨負載的變化而自動調整，這種能力稱為自適應負載能力。這種能力稱為自適應負載能力。常用特常用特性段性段n0nT 自適應負載能力是自適應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：柴油機當負載增加時，必須由操作者加大特點。（如：柴油機當負載增加時，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

14、自動電源提供的功率自動增加。增加。2 I1 I三個重要轉矩：三個重要轉矩：n0TnNT額定轉矩額定轉矩 ：電機在額定電壓下，以額電機在額定電壓下，以額定轉速定轉速 運行，輸出額運行，輸出額定功率定功率 時，電機轉軸時，電機轉軸上輸出的轉矩。上輸出的轉矩。NPNn( 1 )/()(9550602分轉千瓦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。因帶不動負載而停轉。maxTTL最大轉矩最大轉矩 ：( 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)(UsXRsRKT2021max21

15、XKUT過載系數：過載系數：NTTmax三相異步機三相異步機2 .28 .1 工作時，一定令負載轉矩工作時，一定令負載轉矩 ，否則，否則電機將停轉。致使電機將停轉。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起動轉矩起動轉矩 ：( 3 )電機起動時的轉矩。電機起動時的轉矩。n0TnstT21220222)(UsXRsRKT0n1)(s 其中其中則則

16、21220222)(UXRRKTstLstTT stT體現(xiàn)了電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的關系機械特性和電路參數的關系21 UT和電壓的關系和電壓的關系0Tn0) 0(nnsSTTTUmax1結論：結論： 和轉子電阻的關系和轉子電阻的關系22RR 2 RR2的的 改變改變 ： 鼠籠式電機轉子導條的金屬材料不同，線繞式電鼠籠式電機轉子導條的金屬材料不同，線繞式電機外接電阻不同。機外接電阻不同。 21220222)(UsXRsRKT0ST令：令：得：得：2

17、02XRSm0Tn2RmsmsstTstT mmssststTT結論：結論： 機械特性的軟硬機械特性的軟硬 硬特性：負載變化時，轉速變化不大，運行特性好。硬特性：負載變化時，轉速變化不大，運行特性好。軟特性：負載增加轉速下降較快，但起動轉矩大，起軟特性：負載增加轉速下降較快，但起動轉矩大，起 動特性好。動特性好。 硬特性硬特性 （R2?。┬。┸浱匦攒浱匦裕≧2大）大）0Tn 不同場合應選用不同的電機。如金屬切削，選硬特性不同場合應選用不同的電機。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

18、 ：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 ，轉子導條切割磁力線速度很大。，轉子導條切割磁力線速度很大。轉子感應電勢轉子感應電勢轉子電流轉子電流大電流使電網電壓降低大電流使電網電壓降低 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）轉子串電阻起動。）轉子串電阻起動。以下介紹以下介紹Y 起動和轉子串電阻起動。起動和轉子串電阻起動。AZBYXC正常正常運行運行UPABCXYZ起起動動UPStstYTT31PPUU31（2）Y 起動應注意的問題：起動應注意的問題：（1）僅）僅適用于正常接法為三角形接法適用于正常