第8章 三相交流电动机

T = CT ΦI 2 cos 2
常数
33 MHz
测量和计算
转子电流
转子回路的 功率因数
三相异步电动机的电磁关系与变压器类似。 定子相当于变压器一次，转子相当于变压器二次。
可画出等效电路（三相对称，化为一相计算）
定子电路： 定子绕组电阻 R1 , 漏感 Lσ1 ， 主磁通在定子感应电动势 e1 转子电路： 主磁通在转子感应电动势 e2 , 转子绕组电阻 R2 , 漏感 Lσ2
i1
R1
Lσ1
R2
Lσ2
u1
33 MHz
e1
e2
i2
转子 短路
1.旋转磁场磁通量与定子相电压的关系
电动机内旋转磁场的磁感应强度在沿定子与转子间气 隙应是接近于正弦规律变化分布。因此，通过每相定子绕 组的磁通也应是随时间作正弦规律变化的， 因此，每相定子绕组中由旋转磁场产生的感应电动势为
d e1 = - N1 也是正弦量，其有效值为 dt E1 = 4.44 f1 N1
下线槽 定子绕组
定子铁心
33 MHz
定子铁心硅钢片
定 子 绕 组
●
用带有绝缘层的导线（漆包线或纱包线）绕成
● 均匀分成三组，按一定规律嵌放在定子内表面的下线槽内 ● 每组绕组称为一相，每相有两个出线端 ● U1、V1、W1称为三相绕组的首端，U2、V2、W2为末端
三 相 定 子 绕 组
33 MHz
转子不能转动
转差率 S 的概念
转差率为旋转磁场的同步转速和电动机转速之差 与同步转速的比值。即：
n 1 - n 100% S= n1
以额定转速 nN 运行时:
2% sN 6%
33 MHz
一般地
n1 - nN sN = 100% n1
8. 3 旋转磁场
1.旋转磁场的产生
600
A
Z C A Y
动画
60
Y
A Z C
Y
N
N
Z
C
X
S
S
X B
S
X
N
B
B
t = 0 t = 60 t = 90 合成磁场方向向下 iA=0, iB<0, iC>0 iA>0, iB<0, iC=0 iA>0, iB<0, iC<0 合成磁场旋转 60°合成磁场旋转 90°
33 MHz
转子转动起来，且与旋转磁场同方向，转速为 n
33 MHz
电动机转速和旋转磁场同步转速的关系
旋转磁场转速: 电动机转速:
n n1
n和n1是否相等？
异步电机： n≠ n1，且 n < n1
提 示： 如果 n=
n1
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） 转子无电流
33 MHz
无转矩
sE20 I2 = = 2 2 2 2 R2 X 2 R2 ( sX 20 )
E2
(n s I 2 )
cos 2 =
R2 R ( sX 20 )
2 2 2
( n s cos 2 )
I2, cos 2
I2
cos2
33 MHz
O
1
s
结论：转子转动时，转 子电路中的各量均与转 差率 s有关，即与转速 n有关。
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。
例
异步电动机的额定转速nN=720r/min，电源频率为50Hz. 求：电机的极数？额定转差率是多少？ 解： 额定转速接近同步转速n1=750r/min
60 f n = p1 1
60 f p = n 1 = 6050 = 4 750 1
i1
R1
Lσ1
R2
Lσ2
u1
33 MHz
e1
e2
i2
di1 u1 = R1i - eσ1 - e1 = R1 i1 Lσ1 ( -e 1 ) dt
U 1 E1 = 4.44 f 1 N1
● 定子感应电动势的频率 f1 旋转磁场与定子导体间的相对速度为 n0 ， 每切割过一对磁极，电动势变化一周，
4. 转子电流 I2
=RI j2 f L I =RI jX I 由： E 2 2 2 2 σ2 2 2 2 2 2
I2 = E2 R X sE 20
2 2 2 2
s = 0 I 2 = 0 (n = n0 )
2
=
R ( sX 20 )
2 2
s = 1 I 2max =
U1
U2
V1
V2
W1
W2
三相笼型异步电动机出线端及接法
定子绕组六个端线引到接线盒内，可以接成Y形或△形接法。
Y形连接
33 MHz
Δ形连接
二、转子 (转动的部分)
由转子铁心、转子绕组和转轴构成 鼠笼式转子
33 MHz
转 子 铁 心
转子铁心是电动机磁路的一部分，一般由相 互绝缘的硅钢片叠压而成，表面有均匀分布的凹 槽，用来嵌放转子导体。
33 MHz
电磁转矩公式
sR2 2 T = KT 2 U1 2 R2 ( sX 20 )
T max Tq TN O
T
sm T = f ( s ) 曲线
i B iC
t
A
n0 = 3000 (转/分）
A Y C
33 MHz
N
Z Y B
A
S
C N
Z
Y B C
N
Z B
S
S
X
X
X
p=2时
C
X
Y
A
N

30
Z
C
B

Y
A
Z
B
S

S
A
X
S
N
S

B

n0

X
Z
N
B
X
C
Y
C
Z
N
A Y
Im
i i A iB iC
t = 0
t = 60
绕线式转子接线
33 MHz
8.2 三相异步电动机的转动原理
磁铁
磁场旋转
n1 F F方向用 n 左手定则
确定
33 MHz
N
e i
S
e方向用 右手定则 确定
闭合 线圈
异步电动机的转动原理
定子绕组通电
旋转磁场（转速为n1）
转子导体（闭合）切割磁力线 产生感应电动势及感应电流 带电的转子导体在磁场中受力（左手定则） 转子导体受到电磁转矩T的作用
iC C
iB
Y
N
A Z
产生一对磁极的旋转磁场
p =1
33 MHz
C
X
S
B
t = 0
若定子每相绕组由两个线圈串联 iA
A
X A' Z' X' C' Y' Y B' Z
绕组的分布如图： A Z Y
C
×
×
N
● ●
B X
iC
X
S
● ●
S
N
× ×
iB
C
B
B Z
C
动画
形成两对磁极的旋转磁场。 P=2
∴该电机是极对数是4
n - n 750 - 720 0 = = 0.04 = 4% 则： s = n 750 0
33 MHz
8.4 三相异步电动机的电磁转矩与机械特性
一、 电磁转矩 电磁转矩 T：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。 其物理表达式为： 每极主磁通
该式不方便
定子感应电动势频率 f 1 转子感应电动势频率 f 2
33 MHz
每分钟割过 p(n0-n) 对磁极, 所以:
只有n=0时，f1 = f2 ，与变压器情况相同
2. 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= f1最高，则 E2 最大，记为E20
o
()电流入 Y × C ×
X A Z B
t
规定 i >0: 首端流入，尾端流出。 i <0: 尾端流入，首端流出。
t=0时刻：
33 MHz
(•)电流出
iB为负，从Y端流入，从B端流出
iC为正，从C端流入，从Z端流出
三相电流产生旋转磁 场 结论：
i
900
iA iB
iC
分析可知，三相电流产生的合成磁场是一旋转的磁 0 2 t 场， 即：一个电流周期，旋转磁场在空间转过360°
转子硅钢片
33 MHz
转 子 绕 组
转子绕组按其结构分有鼠笼式和绕线式两种
(1)鼠笼式绕组 在转子铁心均匀分布的每个槽内各放 置一根导体，在铁心两端安放两个端环， 称为短路环，然后把所有导体伸出槽外 的部分与端环联接起来。若去掉铁心， 则绕组部分就像一个鼠笼，这也是鼠笼 式电动机名称的由来。这种鼠笼式绕组 既可以用铜条焊接而成，也可以用铝浇 铸。 这种转子是将融化了的铝液直接浇 注在转子槽内，并连同两端的短路环和 风扇浇注在一起。
第八章 电动机
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 三相异步电动机的基本构造 三相异步电动机的转动原理 三相旋转磁场 三相异步电动机的电磁转矩和机械特性 三相异步电动机的铭牌和技术数据
第六节 三相异步电动机的起动、反转、调速和 制动