《机电传动技术》 第五章 交流电动机的工作原理及特性

电机容量 3kW Y联结
电机容量 4kW 联结
接线盒
U1
V1
W1
U1 W2 U2 V2 W1
W2 U2 V2
W2 U2 V2
W2 U1
W1
V1
Y 联结
U1 V1 W1
V2
U2 U V W 1 1 1 V1
联结
定子三相绕组的连接方式(Y形或形)的选择，要根 据电源的线电压而定。
转子静止时 的感应电势
转子感抗X 2
即E2= SE20 转子转动时 的感应电势
X 2 2f 2 Lσ 2 2 S f1Lσ 2
X20= 2 f1L2 即X2= SX20
转子绕组的感应电流 I2
I2
E2 R X SE20
2 2 2 2

R (SX 20 )
2 2
2
转子电路的功率因数
转子电流
T KT Φ I 2 cos2 SE20 I2 2 R2 (SX20 ) 2
由前面分析知： cos2
R2
R (SX20 )
2 2
2
U1 4.44 f1 N1Φm
由此得电磁转矩公式
SR2 T K 2 U12 2 R2 ( SX 20 )
电磁转矩公式
SR2 2 T K 2 U1 2 R2 ( SX 20 )
异步电动机运行时，定子绕组接到交流电源上， 转子绕组自身短路，由于电磁感应的关系，在 转子绕组中产生电动势、电流，从而产生电磁 转矩。所以，异步电机又叫感应电机。
异步电动机的分类
按定子相数分有 ① 单相异步电动机；② 两相 异步电动机； ③ 三相异步电动机。 按转子结构分有 ① 绕线式异步电动机；② 鼠笼 式异步电动机。后者又包括单鼠笼异步电动机、 双鼠笼异步电动机和深槽式异步电动机。 根据电机定子绕组上所加电压的大小，又有高压 异步电动机、低压异步电动机之分。 另外，还有高起动转矩异步电机、高转差率异步 电机、高转速异步电机等等。
定子感应电势频率 f 1 转子感应电势频率 f 2
n0 n n0 n n0 p f2 p s f1 60 n0 60
转子感应电动势E 2
E2= 4.44 f 2N2 = 4.44S f 1N2
当转速 n = 0(S=1)时， f 2最高，且 E2 最大，有
E20= 4.44 f 1N2
同步转速 每个电流周期 磁场转过的空间角度 ( f1 50Hz )
p 1
p2
p3
p4
360
180
3000(转/分）
1500(转/分）
120
1000(转/分）
750 (转/分 ）
90
可见: 旋转磁场转速n0与频率f1和极对数p有关。
四、定子绕组线端连接方式
W2 U2
V2
定子三相绕组的联接方法。通常
PN N 3U N I N cos N
PN TN 9.55 nN
5.3 三相异步电动机转矩 与机械特性
5.3.1 转矩公式
转子中各载流导体在旋转磁场的作用下,受到电 磁力所形成的转矩之总和。
F Bli
T Φ , I 2 , cos2
T Kt ΦI 2 cos2
常数，与电 机结构有关 旋转磁场 每极磁通 转子电路的 功率因数
cos 2
R2
2 2 R2 X 2
cos 2
S 0 I 2 0 (n n0 ) E 20 S 1 I 2 max 2 R 2 X
2 20
S较大时R2 SX20
R2
2 R2 ( SX 20 ) 2
1 cos 2 S
I 2、cos2 随S变化曲线
n0
N
f
转子和旋转磁场之间 的转速差是保证转子 旋转的主要因素。
n
i e
S
三、三相异步电动机的旋转磁场
1.旋转磁场的产生 定子三相绕组通入三 相交流电(星形联接)
iA
i A I m sint iB I m sint 120 iC I m sint 120
A Z X Y
电源的线电压等于电动机的额定相电压(即每相绕 组的额定电压)，绕组应该接成三角形； 电源的线电压是电动机额定相电压的 3倍，绕组 就应该接成Y形。 例如：380/220V、Y/ 是指线电压为 380V 时 采用 Y联结；线电压为 220V 时采用 联结。
5.2 三相异步电动机的定子电路 和转子电路
二、三相异步电动机的工作原理
工作原理:定子旋转磁场和转子电流的相互作用。
e B l v
磁场旋转
f B l i
磁极 e方向用 右手定则 确定
n0
N
f
n
S
f方向用 左手定则 确定
闭合 线圈
1. 线圈转动方向跟磁场转动方向一致 2. 线圈比磁场转得慢
n n0（同步转速）
异步
转差率
n0 n S n0
由公式可知
2 1. T 与定子每相绕组电压 U 1 成正比。U 1 T
2. 当电源电压 U1 一定时，T 是 S 的函数。 3. R2 的大小对 T 有影响。绕线式异步电动机可外 接电阻来改变转子电阻R2 ，从而改变转矩。
5.3.2 三相异步电动机的机械特性
SR2U 根据转矩公式 T K 2 2 R2 (SX 20 )
一、定子电路分析
i1 +
－
i2
R1 R2 X2 e2 f2
u1 e 1X 1
f1
异步电动机每相电路
定子每相绕组中感应电动势为：
有效值为：
{E1}v 4.44{ f1}Hz N1{}Wb
di1 dt
定子中的漏磁电动势为： eL1 LL1
定子每相绕组上的电压由三个分量组成：
di1 u1 i1 R1 (eL1 ) (e1 ) i1R1 LL1 (e1 ) dt
铁心：由外周有槽的硅 钢片叠成
(1) 鼠笼式转子
铁芯槽内放铜条，端部用短 路环形成一体。或铸铝形成 转子绕组。 转子: 在旋转磁场作 用下，产生感应电动 势或电流。
(2) 绕线式转子
同定子绕组一样，也分为 三相，并且接成星形。
鼠笼式电动机与绕线式电动机的的比较：
鼠笼式： 结构简单、价格低廉、工作可靠；不能通过转 子人为改变电动机的机械特性。 绕线式： 结构复杂、价格较贵、维护工作量大；转子 外加电阻可人为改变电动机的机械特性。
第五章 交流电动机的工作原理 及特性
电动机的分类：
同步电动机
交流电动机
异步电动机
三相电动机
单相电动机
电动机 直流电动机
他励、并励电动机 串励、复励电动机
控制电动机
异步电动机的用途及特点
异步电动机主要用作动力电动机，去拖动各种生产 机械。 异步电动机的优点:结构简单、容易制造、价格低廉、 运行可靠、坚固耐用、稳态和动态特性较好。 异步电动机的缺点:功率因数较差。异步电动机运行 时，必须从电网里吸收落后性的无功功率，它的 功率因数总是小于１。

N
Z
C
B
Y
A
Z

N
S

n0
B
X
X
B
S
Z

S
A

X
B
S
N
Y
C
Z
N
A Y
C
i
t 0
Im Im
0 o
600
iA
t 60
i B iC
60 f1 n0 1500 (转/分 ） 2 t
旋转磁场转速n0与极对数 p 的关系 60 f1 n0 (转/分) p 极对数
iA
A
iC
C
X A' Z' X' C' Y' Y B' Z
B
Cபைடு நூலகம்
X
Y A
Z
B X
A
B Z
iB
C Y
iA
A
iC
C
X A' Z' X' C' Y' Y B' Z
B
C
X
Y
A

N
Z

B
S
Z

S
A
B
X
iB
Im
N
Y
C
i iA
iB
iC
t
极对数 p 2 旋转磁场的磁极对数 与三相绕组的排列有关
iC
iB
C
B
ωt
iA
()电流入 A
Y C
B
A
n0
Z
iC
iB
规定
Z X Y
C
X
i : “+” i : “ –” 首端流入，尾端流出。 尾端流入，首端流出。
B
(•)电流出
三相电流合成磁 场的分布情况
ωt
n0
Y
60
A Y Z
600
A
Y Z
A
N
C
N Z
S
N
X B
C
S
X
S
X
C
B
B
t 0
t 60
N C
B
B
N
X
X
t 0
t 60
3.旋转磁场的极对数P
iA
i
A
Z X Y C
Im
iA
i B iC
t
A Y
o
B
N
Z C X