第四章 三相感应电动机

n1 n s n1
起动瞬间：n=0, S=1； 理想空载：n≈n1，s≈0； 正常运行：SN=0.01～0.06；
n=(1-S)n1
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注意：在正常情况下，感应电动机的转子转速总是略 低与旋转磁场的转速（同步转速）。转差率是一个表 征感应电动机运行状态的一个基本参数。感应电动机 的转速随负载的变化而变化。
第四章 三相感应电动机
4、1 三相感应电动机的基本工作原理与结构
4、2 交流电机的电枢绕组
4、3 4、4 交流绕组的感应电动势 交流绕组建立的磁动势
4、5 三相感应电动机转子静止时的运动分析 4、6 三相感应电动机转子旋转时的运行分析
4、7 三相感应电动机的功率和转矩 4、8 三相感应电动机的工作特性
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四、感应电动机的额定值 （1）额定功率 PN 率，单位是KW。 指电动机在额定运行时轴上输出的机械功
（2）额定电压 UN 电压，单位为V。
指额定运行状态下加在定子绕组上的线
（3）额定电流IN 指电动机在定子绕组上加额定电压、轴 上输出额定功率时，定子绕组中的线电流，单位为A。 （4）额定频率fN 指我国规定工业用电的频率是50Hz。
Z1 2p
(3) 线圈节距y1 线圈的第一节 距，常用槽数来进行表示。
y1
y1 =τ，则称线圈为整距线圈，y1<τ为短距，y1>τ为长距。
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(4）电角度：在电机理论中，我们把一对主磁极所占的空间 距离，称为360°的空间电角度。 机械角度：一个圆周真正的空间角度为机械角度360°。
很明显，电角度=极对数×机械角度。
X
Z
B
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二、三相单层绕组
定义:定子每槽中只有一个线圈边的三相交流绕组称 为三相单层绕组。
三相交流绕组由于每槽中只包含一个线圈边，所 以其线圈数为槽数的一半。 三相单层绕组比较适合于10KW以下的小型交流异 步电机中，很少在大、中型电机中采用。 例：一台三相交流电机的定子槽内导体沿内圆周的分 布情况，已知2p=4,槽数Z=24, 试绘出绕组展开图。
这就可以把外接电阻串联到转子绕组回路里去，以改善电 动机的启动性能或调节电动机的转速。
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与笼型转子相比较，绕线型转子结构稍复杂，价格稍贵， 因此只在要求起动电流小，起动转距大，或需平滑调速的 场合使用。
3、感应电动机的气隙 感应电动机的气隙比同容量直流电动机的气隙小得多， 在中、小型异步电动机中，气隙一般为0.2~1.5mm左右。
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叠绕式：任何两个相邻的线圈都是后一个“紧 叠”在另一个上面，故称为叠绕组。 双层叠绕组的主要优点在于： 1）可以灵活地选择线圈节距来改善电动势和磁 动 势波形； 2）各线圈节距、形状相同，便于制造； 3）可以得到较多的并联支路数； 4）可采用短距线圈以节约端部用铜。
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主要缺点在于： 1）嵌线较困难，特别是一台电机的最后几个线圈；
解：1、参数计算
Z1 36 9 2 p 2 2
p 360 0 2 360 0 0 20 Z 36
Z1 36 q 3 2 pm 2 23 1
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2、画槽电动势星形图
3、分相 4、画三相单层绕组 展开图
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交叉式
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三、三相双层绕组
双层绕组：指电机每一槽分为上下两层，线圈 （元件）的一个边嵌在某槽的上层，另一边安放 在相隔一定槽数的另一槽的下层的一种绕组结构。 双层绕组的线圈结构和单层绕组相似，但由于其 一槽可安放两个线圈边，所以双层绕组的线圈数 和槽数正好相等。根据双层绕组线圈形状和连接 规律，三相双层绕组可分为叠绕组和波绕组两大 类。下面仅介绍叠绕组。
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4、画三相单层绕组展开图
按照线圈的形状和端部连接方法的不同，三相 单层绕组主要可分为链式、同心式和交叉式等型 式。
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1）链式绕组
y1 5
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2）同心式绕组
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同心式
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3）交叉式绕组 主要用于q=奇数的小型四极、六极电机中，采用 不等距线圈。
例：三相四极36槽定子，绘制交叉式绕组展开图。
（5）槽距角：相邻两槽间的距离用电角度表示，叫做槽距角， 用α 表示 p 360 0 z1
（6）每极每相槽数：在交流电机中，每极每相占有的平均槽数 q是一个重要的参数，如电机槽数为Z1，极对数为p，相数为m1。 则得： Z
q
1
2 pm 1
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q =1的绕组称为集中绕组， q >1的绕组称为分布绕组。
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解：1、参数计算
Z1 24 6 2 p 2 2
p 360 0 2 360 0 30 0 Z 24
Z1 24 q 2 2 pm 2 23 1
2、 画槽电动势星形图
当把定子上各槽内导体按正弦规律变化的电动势分 别用相量表示时，这些相量构成一个辐射星形图， 槽电动势星形图是分析交流绕组的有效方法。
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4、2 交流电机的绕组 1、交流绕组的分类
1）按相数分：单相、两相、三相和多相绕组
链式 交叉式 同心式 叠绕组 双层绕组 波绕组
单层
2）按槽内层数分：
3）按每极每相槽数是否整数分：整数槽绕组和分数槽绕组 23
2、交流绕组的几个术语
(1) 线圈（元件） 是构成绕组的基本元件，它由N根线匝 串联而成，线圈中嵌放在槽内的部分称为有效线圈边，线 圈边之间的连接部分称为端部。如图： （2）极距：极距指电机一个 主磁极在电枢表面所占的长度。 其表示方法可用槽数：
（2）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。
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此外，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。从其它角度看，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。
感应电机也可作为感应发电机使用。单机使用时，常用 于电网尚未到达的地区，又找不到同步发电机的情况，或用 于风力发电等特殊场合上。在感应电动机的电力拖动中，感 应电机回馈制动时，即运行在感应发电机状态。
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感应电动机运行时，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。感应电机又叫异步电机。
二）感应电动机的种类很多，从不同角度看，有不同的分类 法：
（1）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。
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如果用的是铜料，就需要把事先做好的裸铜条插入转子铁 心上的槽里，再用铜端环套在伸出两端的铜条上，最后焊在 一起，如图(b)所示。 如果用的是铸铝，就连同端环、风扇一次铸成，如图(c) 所示 。 笼型转子结构简单、制造方便、是一种经济、耐用的电 机，所以应用极广。
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(2)绕线型转子：绕线型转子的槽内嵌放有用绝缘导线组成 的三相绕组，一般都联接成Y形。转子绕组的三条引线分别 接到三个滑环上，用一套电刷装置引出来，如图所示。
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一、三相感应电动机的工作原理
1、圆形旋转磁动势；
2、导条中有感应电动势e； 3、导条中有电流i； 4、导条在磁场中受力f； 5、产生的电磁转矩T； 6、转子旋转转速为n。
60 f1 n1 p
2
只要n＜n1（n1为旋转磁动势同步转速），转子导条与磁场仍有 相对运动，产生与转子不转时相同方向的电动势、电流及受力， 电磁转矩T 仍旧为逆时针方向，转子继续旋转，稳定运行在T=TL情 况下。 感应电动机转差率：
（5）额定转速nN 指电动机定子加额定频率的额定电压，且 轴端输出额定功率时电机的转速，单位为r/min 。 （6）额定功率因数 COS N 指电动机定子加额定负载时，定 21 子边的功率因数。
如何根据电机的铭牌进行定子的接线？
如果电动机定子绕组有六根引出线，并已知其首、末端， 分几种情况讨论。 （1）当电动机铭牌上标明“电压380/220V，接法Y/△”时， 这种情况下，究竟是接成Y或△，要看电源电压（线电压） 的大小。如果电源电压为380V，则接成Y接；电源电压为 220V时，则接成△接。 （2）当电动机铭牌上标明“电压380V，接法是△”时， 则只有这一种△接法。但是在电动机起动过程中，可以接成 Y接，接在380V电源上，起动完毕，恢复△接法。 对有些高压电动机，往往定子绕组有三根引出线，只要电 源电压符合电动机铭牌电压值，便可使用。
2）线圈组间连线较多，极数多时耗铜量较大。一般 10KW以上的中、小型同步电机和异步电机及大型同 步电机的定子绕组采用双层叠绕组。下面我们通过 具体例子来说明叠绕组的绕制方法。
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5 已知：Z=36，2P=4， y1 ，试绘制a=1的三相双层叠绕 6 组展开图。
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从槽电动势星形图上我们可以看出： 槽电动势星形图的一个圆周的距离使用电角度 3600，即一对磁极的距离。所以，1—12号相量和 13—24重合。 一般来说,当用相量表示各槽的导体的感应电 动势时,由于一对磁极下有Z/P个槽,因此一对磁极下 的Z/P个槽电动势相量均匀分布在3600的范围内,构 成一个电动势星形图。
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3）机座：主要是为了固定与支撑定子铁心。如果 是端盖轴承电机，还要支撑电机的转子部分。因 此，机座应有足够的机械强度和刚度。对中、小 型异步电动机，通常用铸铁机座。对大型电机， 一般采用钢板焊接的机座，整个机座都固定在同 一个底板上。
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3、感应电动机的转子： 感应电动机的转子是由转子铁心、转子绕组和转轴组成的 。 1）转子铁心：是电动机磁路的一部分，它用0.5mm厚的硅 钢片叠压而成。铁心固定在转轴或转子支架上，整个转子的 外表呈圆柱形。 2）转子绕组：分为笼型和绕线型两类。 （1）笼型转子：笼型绕组是一个自 己短路的绕组。在转子的每个槽里放 上一根导体，在铁心的两端用端环连 接起来，形成一个短路的绕组。如果 把转子铁心拿掉，则可看出，剩下来 的绕组形状像个松鼠笼子，如图（a) 所示，因此又叫鼠笼转子。导条的材 料有用铜的，也有用铝的。
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二、感应电动机的主要用途和分类 一）感应电机主要用作电动机，用于拖动各种生产机械。
感应电动机的优点: 结构简单、容易制造、价格低廉、运行可靠、坚固耐 用、运行效率较高和具有适用的工作特征。
感应电动机的缺点: 功率因数较低。感应电动机运行时，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。
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画槽电动势星形图
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3、划分相带 由于绕组为三 相绕组，因此还需 把各槽导体分为三 相，在槽电动势星 形图上划分各相所 属槽号。分相的原 则是使每相电动势 最大，并且三相的 电动势相互对称。 通常三相绕组使用 60°分相法，即把 槽电动势星形图6等 分，每一等分称为 一个相带，依次分 别为A、Z、B、X、C、 Y相带，如图所示：
Y
C
3、对交流绕组的基本要求
保证电能质量(幅值、频率、相位、波形） A 1）在一定导体数下，感应较大的基波电动 势和产生较大的基波磁动势，且电动势和磁 动势的波形尽量接近正弦波。 2）在三相电机中，三相绕组要对称。即三 相绕组有相同的阻抗，相同的线圈数和线圈 分布,三相绕组的轴线在空间互差120度电角 度. 3）在产生一定大小的电动势和磁动势，且 保证绝缘性能和机械强度可靠的条件下，尽 量减少用铜量。 4）制造工艺简单、检修方便。
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三、感应电动机的主要结构
异步电动机在结构上也是由定子、转子、气隙组成。
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鼠笼式转子
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绕线式异步电动机的构造
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三相异步电机 Y 系列
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单相交流电机
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1、感应电动机的定子： 感应电动机的定子是由机座、定子铁心和定 子绕组三个部分组成的。 1）定子铁心：是电动机磁路的一部分，装在 机座里。为了降低定子铁心里的铁损耗，定子 铁心用0.5mm厚的硅钢片叠压而成的，在硅钢片 的两面还应途上绝缘漆。
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下图所示为定子槽,其中(a)是开口槽，用于大、 中型容量的高压异步电动机中；(b)是半开口槽，用 于中型500V以下的异步电动机中；(c)是半闭口槽， 用于低压小型异步电动机中。
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2）定子绕组： 高压大、中型容量的异步电动机 定子绕组常采用Y接，只有三根引出线，如图(a) 所示。对中、小容量低压异步电动机，通常把定 子三相绕组的六根出线头都引出来，根据需要可 接成Y形或△形，如图(b)所示。定子绕组用绝缘 的铜（或铝）导线绕成，嵌在定子槽内。