交流电机结构及原理

转差率s很小，一般 s=0.015~0.06。
X
27
三、 三相异步电动机的铭牌数据
每台异步电动机的机座上都有一块铭牌，上面标有该电动 机的主要数据。为了能正确使用电动机，必然要了解铭牌。
28
1. 型号 Y 132M－4
三相异步电动机
磁极数(极对数 p=2)
机座中心高
同步转速1500转/分
机座长度
46
可见：转子电路中的各个物 理量均与S有关，即与转速 有关。
47
4.3三相异步电动机的转矩
一、电磁转矩是一个非常重要的物理量，它与磁通、
和 有关，还应考虑转子电路的功率因素。
常数
每极磁通
转子电流
转子电路的 功率因素
48
将其中参数代入：
得到转矩公式
49
二、机械特性 在电源电压U1和转子电阻R2 一定的情况
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0.2~0.3，随着负载的增加， 功率因数也增加，在额定负载时一般为0.7~0.9，因此要避 免空载运行。 9）效率 效率是指电动机在额定状态下运行时输出的功率对定子 输入功率的比值。
36
三相异步电动机的能流图 P1 3UN I NCOS
34
5）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 6）绝缘等级 绝缘等级是按电动机绕组所用的绝缘材料在使用时允许
的极限温度来划分的。 7）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。
35
8）功率因数 技术手册中会给出功率因数参数，是指电动机在额定运
5
定子绕组是电动机的电路部分，是对称的三相绕组，分别 用AX、BY、CZ表示。其中A、B、C是首端，X、Y、Z是 末端。 作用：产生旋转磁场。 机座：用来固定和支撑定子铁芯。
2.转子：在旋转磁场作用下，产生感应电动势或
电流。转子有鼠笼式和绕线式。由于鼠笼式异步 电动机具有一系列的优点，应用广泛。
6
iA
A
X A'
Z' X'
iC
C' Y' Y Z B'
C
B
iB
A
Y'
Z'
C'
B
X'
X
B'
C
Z A' Y
23
iA
A
X A'
Z' X'
iC
C'
Z C
Y' B'
Y
B
iB
I m iA iB iC t
Y' C'
A Z'
N•
B
•
X' S
•
B'
N
•
SX
C
Z
Y A'
极对数 p 2
24
极对数和转速的关系
A
Y'
Z
C'
N• B
•
X' S
•
B'
•N
S
X C
30
CS'
X' •
• ZN'
A
n0
NZ •
•X
SC
Z'
A' Y t 0
Im
n0

60 f p
(转/分）
A' t 60
iA iB iC t
25
3、工作原理
三相交流电源接通三相 定子绕组
B iB
A iA
C iC
定子绕组产生三相对称电流
三相对
由此可知，异步电动机是通过称载电流流的转Z子绕组在磁Y场
转子由铁芯、绕组和转轴组成。作用——产生转子电流， 即产生电磁转矩。
转子铁芯也是电动机磁路的一部分，由硅钢片叠压而成。 转子绕组有线绕式和鼠笼式两种。
7
(1)线绕式 转子绕组由线圈组成，三相绕组对称放入铁 芯槽内。（与定子结构类似）一般结成星形。
(可通过轴上的滑环和电刷在转子回路中接入外 加电阻，用以改善启动性能与调速。）
n0
AA
Y
Z
C
B
X
t 120
iA iB iC t
n0
A
Y
Z
C
B
X
t 180
17
18
结论： (1)当三相电流随时间的变化而不断变化时，合成磁场的方 向在空间也不断旋转，这样就产生了旋转磁场。
旋转磁场的 方向怎样？
(2)旋转磁场的方向与三相电流 的相序一致。
19
旋转方向：取决于三相电流的相序。
f2

Pn 60

n n0 n0
Pn0 60
sf1
转子频率与转差率S成正比。
42
2.转子绕组中的感应电势
转子每相绕组中感应出的电动势
e2

N2
d
dt
u1
其有效值为
R1
i1 e1
e 1
i2
e2
e 2 R2
E2 4.44 f2 N2Φ 4.44 Sf1N2Φ
当n=0，即S=1时，转子电动势 E20 4.44 f1N2Φm
1
电动机的分类
按构造和原理分类
电动机
交流电动机 直流电动机
异步机 同步机
鼠笼式 绕线式
他励、并励、串励、复励
控制电机：步进电机，伺服电机，自整角机
2
交流电动机感性认识
3
4
一、三相异步电动机的基本结构
包括定子和转子两部分。 1.定子 定子由铁芯、绕组及机座组成。 铁芯由0.5mm个硅钢片叠压而成。
E2 S E20
转子电动势E2与转差率S有关。
43
3.转子绕组的漏磁感抗 设转子回路每相绕组的电阻和漏磁感抗为R2和X2，且有：
X 2 2 f2Ll2 2 Sf1Ll2
当n=0，S=1时，转子感抗为
X 20 2 f1Ll2
X 2 S X 20
转子漏磁感抗X2与转差率S有关。
S↑——n↓——（n0-n）↑——E2 ↑——I2 ↑
45
5.功率因数cosψ2
由于转子有漏磁通，相应的感抗为X2，因此， I2比E2之后ψ2角，因而转子电路的功率因数为
cos2
R2
R22 SX 20 2
功率因数与S有关。
当S很小时，R2>>SX20 ,功率因数近似为1； 当S增大时，X2也增大，功率因数减小； 当S接近于1时，功率因数近似R2/X20 。
鼠笼电机
其中 P1 3UN I NCOS =72－93％
33
2）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。 3）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。 4）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。
iA iB iC
iA iC
Im
Im
t
iB t
A
Y
Z
C
B
n0
n0
X
改变电机的旋转方向：换接其中两相
20
2.旋转磁场的转速大小
一个电流周期，旋转磁场在空间转过360°。则
i 同步I转m 速（旋A 转磁iB场的i速C 度）为：
t
n0 60 f (转/分）
A YN Z
n0 60
A
Y
Z
N
A YN Z
CS
iA iB iC
Im
t
14
iA
iC C iB
A
ZX Y B
当 t 0
Y
C
iA iB iC
Im
t
A
NZ
B
S
X
合成磁场方向：
向下
15
iA iB iC
Im
t
n0 60
A
Y
Z
N
CS
B
X
t 60
当t=T/6时， 合成磁场从t=0瞬间位置顺时针方向旋转了π/3.
16
同理分析，可得 I m
其它电流角度下 的磁场方向：
A BC Z XY
ZA
C
X
Y
B
ABC Z XY
30
图1-37 定子绕组的星形（Y）连接和三角形（Δ）连接
31
定子绕组在指定接法下应加的线电压.
A
线
线
电
ZX
电
压
CY
B
压
ZA
C
X
Y
B
例：380/220 Y/是指：线电压为380V时采用Y接法； 当线电压为220V时采用接法。
说明：一般规定电动机的运行电压不能高于或低于额 定值的 5 ％。
44
4.转子电流I2
对于每相转子电路，可 得到电压平衡方程式为
e2 i2R2 (eL2 )
用复数表示，则为
R1
i1
u1
e1
e 1
i2
e2
e 2 R2
E2 I2R2 jI2 X 2
则转子每相回路电流为：
I2
E2

R22

X
2 2
转子电流I2与转差率S有关。
SE20
R22 SX 20 2
三中相受对力称而电使流在电电动机机内旋部转建的立旋，转而磁转旋磁场转场子绕组中的电流由电
旋磁转感磁应场产与生转，子绕并组非产外生部相输对入运动，故( 切感异应割步) 电动机又称感应
电流
X
转电子动绕机组。中产生感应电流
三相异步电动机原理简图
感应电流转子绕组(感应电流)在磁场中受到电磁力的作用
在电磁力作用下，转子逆时针方向开始旋转，转速为n 。 26
1.旋转磁场的产生
为了简便起见，假设每相绕组只有一个线匝，分别嵌在定子 内圆周的6个凹槽之中。
规定： 电流正方向： 首端——末端 且A相绕组电流iA 作为参考正弦量
13
n (•)电流出
A
0
Y
Z
C
B
X
()电流入
iA Im sin t
iB Im sint 120 iC Im sint 240
4、转差率
概念：旋转磁场的转速（同步转速）与转子（电动机）的转
速之差称为转差，转差与旋转磁场的转速之比称为转差率，用
s表示，即
s n0 n n0
s是一个没有单位的数，它的
大小也能反映电动机转子的转
电动机 转速
Ywenku.baidu.com
旋转磁 场转速
A n1 Z
n
速。正常运行的异步电动机，
C
B
转子转速n接近于同步转速n1，
把电动机的电磁关系同变压器类似。
设定子和转
子每相绕组匝数
为N1和N2，旋转 磁场的磁感应强
u1
度近于正弦分布。
R1
i1 e1
e 1
i2
e2
e 2 R2
定、转子电路
一、定子电路分析：
d
e1 N1 dt
39
感应电势为正弦量，其有效值为
E1 4.44 Kf1N1Φ
K为绕组系数，K≈1.
f1
（S—短机座；M—中机座；L—长机座）
n0

60 f p
( 转/分）
2. 转速: 电机轴上的转速（n)。如： n =1440 转/分
转差率 s 15001440 0.04 1500
29
3.定子绕组接线方式
接线盒 联接方式：Y/ 接法： ：
AB C ZX Y
Y 接法：
接法：
A
ZX
Y
C
B
41
二、转子电路分析：
异步电动机之所以能够转动，是因为转子绕组能 产生感应电动势，从而产生感应电流，而电流与 旋转磁场磁通的作用产生电磁转矩的缘故。在讨 论电磁转矩之前，必须先弄清楚转子电路的各个 物理量。
1.转子电势的频率f2
转子旋转时，旋转磁场以Δn的速度切割转子绕组，所以在 转子中感应电势的频率为
37
【例题】
某三相异步电动机，电源频率为50Hz，空载
转差率sk = 0.00267，额定转速nN = 730 r/min。试 求：电机的极数 、同步转速n0 、空载转速nk 、额 定转差率sN。
【解】旋转磁场的同步转速为
60 f 6050 3000
n

1
p
p
p
r/min
异步电动机满载时，s＜0.06故异步电动机的额定转速略小于磁场同
32
额定电流：定子绕组在指定接法下的线电流。
如： / 11.2A / 6.48A
表示三角接法下，电机的线电流为11.2A，相电流为 6.48A；星形接法时线、相电流均为6.48A。
额定功率：
额定功率指电机在额定运行时轴上输出的功率
（ P2），不等于从电源吸收的功率（P1）。两者的
关系为：
P2 P1
步转速，由此可知同步转速 n0 = 750 r/min , p = 4 ，2p = 8 。
额定转差率
sN
n0 nN n
0

750730 2.67% 750
空载转速 nk = ( 1－sk ) n0 = ( 1－0.267 % )×750 = 748 r/min
38
4.2 三相异步电动机的定子和转子电路
B
X
CS
B
X
CS
B
X
同步转速：旋转磁场相对定子的旋转速度称为同步转速，用n0
表示。
21
极对数（P）的概念
iA
iC C iB
A
ZX Y B
A
Y NZ
C
B
S
X
此种接法下，合成磁场只有一对磁极，则极对数为1。
即： p 1
22
极对数（P）的改变
将每相绕组分成两段，按下图放入定子槽 内。形成的磁场则是两对磁极。
8
(2)鼠笼式 转子绕组是在转子铁芯槽里插入铜条， 再将全部铜条两端焊在两个铜端环上。
9
三相异步机的结构
10
定子绕组 （三相）
A
Y
定子
Z
C
转子
B X
机座
11
二、 三相异步电动机的工作原理
异步电动机原理模型
人为 转动
n0
f
n
感应电 流受力 而旋转
N
i e
S
磁铁
闭合 线圈
感生 电流
12
异步电动机中,旋转磁场代替了旋转磁极

f

pn0 60
R1
i2
定子电流除产生旋转磁通 外，还产生漏磁通，由此 产生的电动势称为漏电动 势eL1
i1
u1
e1
e 1
e2
e 2 R2
定、转子电路
与变压器原绕组的情况一样，加在定子每相绕组上的电压也 分三个分量
40
用复数表示 由于定子绕组的电阻和感抗较小，其上压降与电动势 E1比较可忽略，则
第4章 交流电机的工作原理及特性
基本要求：
1、了解异步电动机的基本结构和旋转磁场的产生。 2、掌握异步电动机的工作原理，机械特性，以及启 动、调速和制动的各种方法、特点及应用。 3、学会用四个象限来分析异步电动机的运行状态。 4、掌握单相电动机的工作原理和启动方法。 5、了解同步电动机的结构特点、工作原理、运行特 性及启动方法。