1、三相笼型异步电动机,三相笼型异步电动机,电机和变压器一样，也是利用电磁感应原理工作的一种设备。它的主要作用是进行能量的转换，例如电动机是将电能转换成机械能，可以带动其他设备工作。发电机则是将其他能量转换成电能，不断提高我们的生活质量。,了解电机的基本结构是我们今后使用或维护电动机的第一步。,电机有两大部分：定子和转子,定子是指电机上所有固定不动的部分，主要部件是定子铁芯和定子绕组。,转子是指电机上旋转运动的部分，主要部件是转子铁芯和转子绕组。,一、三相笼型异步电动机的基本结构,1、定子铁芯和定子绕组,1）定子铁心：由导磁性能很好的硅钢片叠成导磁部分。,2）定子绕组：放在定子铁心内圆槽内导电部分
2、。,2、转子铁芯和转子绕组,1) 转子铁心：由硅钢片叠成，也是磁路的一部分。,2）鼠笼式转子：转子铁心的每个槽内插入一根裸导条，形成一个多相对称短路绕组。,二、三相电动机的铭牌,1、型号,2、额定值,1）额定功率 额定功率是电动机在额定运行情况下，其轴上输出的 机械功率。又称额定容量。 2）额定电压 额定电压是指电动机在额定运行时定子绕组的线电压，他同定子绕组的接法相对应。 3）额定电流 额定电流是电动机在额定运行时定子绕组的线电流。如果铭牌上有两个电流值，则表示定子绕组在两种不同接法时的线电流。,4）额定转速 在额定电压下，输出额定功率时的转速称为额定转速 5）绝缘等级绝缘等级是按电动机绕组
3、所用的绝缘材料在使用时允许的极限温度来划分的。6）工作方式工作方式是对电动机按铭牌上等额定功率持续运行时间的限制，分为“连续”、“短时”和“断续”等。 7）功率因数电动机在额定运行状态下，定子电路的功率因数。异步电动机空载运行时定子电路的功率因数很低，只有0.20.3，随着负载的增加，功率因数也增加，在额定负载时一般为0.70.9，因此要避免空载运行。,8)接法中、小容量的低压异步电动机，通常定子三相绕组的六个出线头都引出，可根据额定电压灵活地接成“Y”形或“D”形。,三相异步电动机是如何转动起来的？,固定不动的转子绕组和旋转的定子磁场相切割而感应电动势。,转子绕组是闭合的，因此感应电动势在绕
4、组中产生感应电流。感应电流的方向与感应电动势的方向相同。,载流的转子绕组处在磁场中，必定受到电磁力的作用。,两个电磁力的大小相等、方向相反，因此对电动机转轴形成了电磁转矩。于是转子就顺着定子磁场的方向转动起来。,模型电机的 定子磁极,模型电机的 转子绕组,e,e,i2,n0,用右手定则 判断,用左手定则 判断,三、 三相异步电动机的工作原理,三相异步电动机的三相定子绕组以互隔1200的方式嵌放在定子铁芯中。当三个绕组分别接入三相交流电后，便可以产生旋转磁场。,实际三相电动机的旋转磁场是如何产生的呢？,规定：电流为正值时，电流从绕组首端流入，从末端流出；电流为负值时，电流从绕组末端流入，从首端流
5、出。,t=0时电流和磁场情况,A、C两相电流t=0时为正，因此首端流入、末端流出。,B相电流t=0时为负，末端流入、首端流出。,N,S,相邻线圈电流流向一致，在气隙中生成合成磁场。,t =120,t =120时电流和磁场情况,N,S,n0,可见当电流随时间变化120，电动机的磁场在空间的位置也随之旋转了120。,观察电流波形图及电机示意图可看出，合成磁场的转向取决于三相电流的顺序，ABC正序时气隙磁场顺时针旋转。,t =240,t =240时电流和磁场情况,N,S,n0,观察电流波形图及电机示意图可看出，合成磁场的转向取决于三相电流的顺序。,t =360,N,S,n0,电流随时间变化一周，电动
6、机的气隙磁场在空间的位置也顺时针旋转了360。表明磁场的旋转速度与电流变化的频率有关。,t =360时电流和磁场情况,归纳：,只要三相异步机的对称三相定子绕组中通入对称三相交流电，就会在定子和转子之间的气隙中产生一个随时间变化的旋转磁场。,n0,三相异步电动机工作原理概括,在电动机对称三相定子绕组中通入对称三相交流电流,产生气隙旋转磁场,转子导体与磁场相切割，生成感应电动势、感应电流,载流导体受电磁力的作用形成力偶,力偶对电机转轴形成电磁转矩,从而使固定不动的转子顺着旋转磁场的方向转动起来。,F,F,若要改变电动机的旋转方向，只需任调通入定子绕组中两相电流的相序即可。,很明显，电动机上存在两个
7、转速，一个是旋转磁场转速n0，一个是转子的转速n。,电动机的转速n能等于旋转磁场的转速n0吗？,如果二者相等，则转子与旋转磁场之间,产生感应电流成为载流导体不是载流导体就无法在磁场中,就没有了相对切割转子不切割磁场就不能,受力不受力电动机就永远转运不起来。,nn0，异步！,三相电动机旋转磁场的转速与哪些因素有关？,1、电流频率,电流随时间变化一周，电动机的旋转磁场旋转了360。,即：磁场转速n0与电流频率f成正比。,2、磁极对数,磁场转速随定子磁极数的增加而发生变化。,四极电机,二极电机,四极旋转磁场转速的分析,t =0时,t =120时,电流变化120，旋转磁场在空间的位置仅转过了60；当电
8、流变化360时，四极电动机的旋转磁场才能旋转180。显然，四极旋转磁场的转速是二极电机1/2。,综合分析，可得电动机旋转磁场的转速与频率、极对数之间的关系为：,即：异步电动机旋转磁场的转速与电源频率成正比，与电机的极对数成反比。,由于电动机转速n与n0之间存在速度差，因此我们选用一个参数转差率s来表示n与n0的关系。,(1) 电动机起动瞬间，电动机转速n=0，转差率s =1；,(2) 电动机转速最高时，转速nn0，转差率s 0；,(3) 电动机运行过程中，转速0nn0，转差率0s1；,例,解,有一台三相异步电动机，其额定转速为975r/min。试求工频情况下电动机的磁极对数和电动机的额定转差率
9、。,由于电动机的额定转速接近于旋转磁场的转速，所以,可以估取同步转速n0=1000r/min。,四、电动机的运行特性,通过电动机工作原理的学习，我们可以发现电动机有许多地方和变压器是相类似的：,变压器一次绕组接入电流，产生交变磁场；,电动机定子绕组接入电流，产生旋转磁场；,交变磁场在铁芯中环绕，在变压器二次绕组上产生电磁感应，产生感应电势和电流；,旋转磁场交链转子绕组；在电动机转子上产生电磁感应，产生感应电势和电流；,变压器一次绕组和二次绕组只有磁耦合，没有电的直接联系。,电动机定子绕组和转子绕组只有磁耦合，没有电的直接联系。,电动机当然也有许多和变压器不一样的地方：,变压器是静止的，没有旋转
10、部分；,电动机转子在感应出电流后，是旋转运动的；,变压器主磁路只在铁芯中运行；,电动机旋转磁场交链转子铁芯时，需要经过气隙；,变压器绕组是集中绕在铁芯上的；,电动机绕组是按一定规律安放在铁芯上的若干个槽内；,所以根据变压器的一些结论，就可以得到电动机的一些运行特性：,变压器一次绕组感应电势E1=4.44fN1,电动机定子绕组感应电势E1=4.44f1N1K1 （K1是线圈系数）,变压器二次绕组感应电势E2=4.44fN2,电动机转子绕组感应电势E2=4.44f2N2K2 （K2是线圈系数）,E1、E2的频率为什么不一样？,电磁感应定律E=Blv中的v是磁场与导体之间的相对运动速度（n0n） 。
11、因此对于静止的定子绕组来说，这个相对速度就是磁场的旋转速度；而对于旋转的转子来说，这个相对速度是磁场与转子之间的速度差。,转子感应电势E2的频率对电机运行有什么影响呢？,在电机定子通入电流，产生旋转磁场的瞬间,转子处于静止状态。此时转差率s=1,转子感应电势f2=f1，E2此时最大，转子中的感应电流I2也最大。,随转子转速的提高。转差率s下降,E2和I2也随之下降。,另外，电动机功率因素和转子阻抗也与转差率有关。转子在处于静止的瞬间时，其阻抗最大、功率因素最低。随转速的提高，阻抗随之下降，功率因素开始上升。,总结,电动机在启动的瞬间，转子上有很大的电流，根据磁势平衡，则电动机定子上就会有很大的
12、电流，从而可能会烧坏电机定子绕组。,五、电动机的功率和损耗,电动机是一种将电能转换成机械能的装置。所以在能量转换的过程中不可避免的会产生各种损耗。,的两边同时除以机械角速度 得,或,电磁转矩,电磁转矩等于总机械功率除以转子机械角速度。,输出转矩,1. 异步电动机的电磁转矩的几种表达式,五、异步电动机的电磁转矩和机械转矩,电动机的结构常数,每极下工作主磁通,转子电流,转子电路功率因数,上式中各参数：,每极下工作主磁通 遵循主磁通原理。,转子电路的功率因数 和转子电流均随转差 率的变化而变化。,em,1）,将公式中各量的计算式代入电磁转矩公式，即可得到电磁转矩的另一种参数表达式：,电磁转矩T正比电
13、源电压U1的平方，反映了电动机的电磁转矩在负载不变情况下，其大小取决于电源电压的高低。但这并不意味电动机的工作电压越高，电动机实际输出转矩就越大。,上式说明，只要电机参数不发生变化，电磁转矩,电动机输出机械转矩的大小，实际上决定于来自于电动机轴上负载阻转矩的大小。当电磁转矩T等于负载阻转矩TL时，电动机就会在某一速度下稳定运行；若TTL，电动机就会加速运行；若TTL，电动机则要减速运行直至停转。,2）,异步电动机电磁转矩特性,电磁转矩有三个重要值，分别为：,n=0,n=n0,根据公式,可得异步机的电磁转矩特性曲线：,最大电磁转矩,对应最大电磁转矩的临界转差率。,(1)额定转矩TN,电动机额定电
14、压下以额定转速nN运,功率单位若为W时，9550改为9.55,行，输出额定机械功率 PN时，电机转轴上对应输出的机械转矩为额定电磁转矩TN。,最大转矩反映了电动机带最大负载的性能，我们把它与额定转矩的比值称为电动机的过载能力，即：,最大电磁转矩,起动电磁转矩,(2)最大转矩TM,起动转矩反映了异步机带负载起动时的性能。起动转矩与额定电磁转矩之比称作电动机的起动能力，即：,(3)起动转矩Tst,m通常在1.62.0之间。如果负载转矩超过了最大转矩，电动机将停转。,st通常在1.41.8之间。如果电机的起动转矩Tst小于电动机轴上的负载阻转矩TL时，电动机将无法起动。,异步电动机的机械特性,机械特
15、性曲线,额定工作点,N,Tst,额定转矩,电动机运行在AB段，其电磁转矩可以随负载的变化而自动调整，这种能力称为自适应负载能力。,A,B,C,机械特性曲线可分为稳定运行区AB段和非稳定运行区BC段两部分。,电机稳定运行时 TL=TN。当负载增加时，TLTN动力小于阻力 电机稳定运行状态被破坏转速 n下降转差率s上升转子电路感应电动势增加电流I2增大定子电流I1随之增大电磁转矩T增大至T当T =TL时电动机转速重新稳定在n上，此时nn。特性曲线的N点向右移。,显然，把转矩特性曲线旋转90后即可得到机械特性曲线。,额定转速,最大电磁转矩,起动电磁转矩,分析,电机稳定运行在 TL=TN。当负载减少时，TLn。沿特性曲线左移。,N,N,
