第4章--三相电动机

W1
V2
N
当三相定子绕组按图示 排列时，产生一对磁极的旋 转磁场，即： p 1
W1
U2
S
V1
t 0
明德
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若定子每相绕组由两个线圈串联 ，绕组的始端之间 互差60°，将形成两对磁极的旋转磁场。 60° i
1
U1 U2 U'1
W1
U2
V2
U1
N

W2
W'2 U' 2 W'1 V'
s 0 I 2 0 (n n0 )
s 1 I 2 max
E 20 R 2 X 2
2 20
(5) 转子电路的功率因数 cos2
cos 2
R2
2 2 R2 X 2 R2 2
s很小 时R2 SX 20 cos 2 1 s较大时R2 sX 20
R ( sX 20 )
2 2
cos 2
1
s
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I 2、cos 2 随S变化曲线
转子绕组的感应电流
sE20 I2 R22 X 22 R22 ( sX 20 )2
E2
转子电路的功率因数 I2 ,
( n s I 2 )
R2
2 R2 ( sX 20 )2
E1 、E2 频率相同，都 等于电源频率。
+ e2 － + e 2 － f2
U1 4.44 f N 1
异步电动机每相电路
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2. 定子电路 （1）旋转磁场的磁通
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异步电动机：旋转磁场切割导体 e， U1 E1= 4.44 f 1N1 每极磁通
U1 4.44 f1 N 1
W2 N U 1

S
V2
U2
W1
i i1 i2 i3
t 60
60 f1 n0 1500 (转/分） t 2
0
明德
旋转磁场转速n0与极对数 p 的关系
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60 f1 n0 (转/分) p
极对数 每个电流周期 磁场转过的空间角度 同步转速 ( f1 50Hz)
p 1
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。绕线型异步电动机可外 接电阻来改变转子电阻R2 ，从而改变转距。
明德
2 . 机械特性曲线 根据转矩公式 T K 得特性曲线： T
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2 sR2U 1 2 R2 (sX 20 ) 2
Tmax
Tst
明德
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笼型电动机与绕线型电动机的的比较： 笼型： 结构简单、价格低廉、工作可靠；不能人为 改变电动机的机械特性。 绕线型： 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。
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4.1.2 三相异步电动机的转动原理
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明德 1. 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)
n0 n s 100% 1000 975 100% 2.5% 1000 n0
明德
(5) 三相异步电动机的转动原理 定子三相绕组通入三相交流电 旋转磁场
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U1 N W2 F V1
v
V2 W1
n0
60 f1 n0 (转/分） p
方向:顺时针
F
S
U2
切割转子导体 感应电流 I2 旋转磁场 电磁转矩T
i2 V 1
i3
W2 V1
A U1 S
V2 U2
W2 S V1 U2
A U1 V2
N
W1
t 60
结论： 任意调换两根电源 进线，则旋转磁场反转。
N W1
t 0
n0
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(3) 旋转磁场的极对数P
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i1
U1 W2 U2 V2 V1
Im
o
i i 1
i2
i3
t
U1 W2
i3
i2
F Bl i
T Φ , I 2 , cos 2
T K TΦI 2 cos 2
常数，与电 机结构有关 旋转磁场 每极磁通 转子电流 转子电路的 功率因数
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T KT Φ I 2 cos 2
I2
由前面分析知：
sE 20 2 R2 ( sX 20 ) 2
R2
2 R2 ( sX 20 ) 2
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电动机的分类： 同步电动机 交流电动机 电动机 直流电动机 异步电动机 三相电动机 单相电动机
他励、并励电动机
串励、复励电动机
笼型异步交流电动机授课内容： 基本结构、工作原理、 机械特性、控制方法
明德
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4.1 三相异步电动机的构造和工作原理
4.1.1 三相异步电动机的构造
1.定子 铁心：由内周有槽 的硅钢片叠成。 三相绕组
n0 n
T Tmax
转子轴上机械负载转矩T2 不能大于Tmax ，否则造成堵转(停车) 。
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Tmax
2 U1 K 2 X 20
(1) Tmax U 12 , U1 Tmax
当 U1 一定时，Tmax为定值 (2) sm与 R2 有关， R2 sm n 。绕线型电机改变转 子附加电阻R´2 可实现调速。 Tmax 过载系数(能力) TN
合成磁场旋转60° 合成磁场旋转90° 分析可知：三相电流产生的合成磁场是一旋转的磁场， 即：一个电流周期，旋转磁场在空间转过360°
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(2) 旋转磁场的方向 任意调换两根电源进线 (电路如图)
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取决于三相电流的相序
Im Im
0 o
i i 1
i2 i3
t
i1
U1
V2 U2 W2 W1
Φ U1
（2）定子感应电势的频率 f1 感应电势的频率与磁场和导体间的相对速度有关 旋转磁场与定子导体间的相对速度为 n0 ，所以
pn0 f1 60
f 1= 电源频率 f
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3. 转子电路 （1） 转子感应电势频率 f 2
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∵ 定子导体与旋转磁场间的相对速度固定，而转子导 体与旋转磁场间的相对速度随转子的转速不同而变化。 旋转磁场切割定子导体和转子导体的速度不同。 定子感应电势频率 f 1 转子感应电势频率 f 2 转子感应电势频率 f 2
n0 n n0 n n0 p f2 p s f1 60 n0 60
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(2) 转子感应电动势E2 E2= 4.44 f 2N2 = 4.44s f 1N2
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当转速 n = 0(s=1)时， f 2最高，且 E2 最大，有： E20= 4.44 f 1N2 转子静止时 的感应电势 (3)转子感抗X 2 即E2= s E20 转子转动时 的感应电势
p2
p3
p4
可见:
360
180
3000 (转/分）
1500 (转/分） 1000 (转/分）
750 (转/分）
120
90
旋转磁场转速n0与频率f1和极对数p有关。
明德
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笃行
转差率S 由前面分析可知，电动机转子转动方向与磁场旋转的 方向一致，但转子转速 n 不可能达到与旋转磁场的转速相 等，即 异步电动机 如果:
U1 --- U2 V1 --- V2 W1--- W2
机座：铸钢或铸铁
明德 笼型
2.转子 绕线型
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铁心：由外周有槽的硅钢片叠成。 (1)笼型转子
铜条
短路环
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。
(2) 绕线型转子 笼型转子
转轴
同定子绕组一样，也分为三相，并且接成星形。 转子: 在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电流。
2

V1
i3
W1
W2
V'1
V2 V1
V1
S

S
U 1
U2
i2
W2
N
W1
V2
极对数 p 2
明德
(4)旋转磁场的转速 p=1时
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旋转磁场的转速取决于磁场的极对数
n0 60 f1 (转/分）
工频： f1
Im
O
i i1 i2 i3
t
U1 N
W2
50 Hz
n0 3000 (转/分）
明德
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第4章
三相电动机
8.1 三相异步电动机的构造和工作原理 8.2 三相异步电动机的起动 8.3 三相异步电动机的制动与调速
明德
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本章要求：
1. 了解三相交流异步电动机的基本构造和转动 原理。 2. 掌握三相交流异步电动机的起动和反转的基 本方法, 了解调速和制动的方法。
明德
V2 W1 U1 N W2 U2 V2 W1 U1 S W2
N
V2 W1
S V 1
U2
V1
U2
S V 1
明德
p=2时
W1
U2
砺志
V2
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U1
笃行
V2
U1
N

30
W2

V1
W1 U S
V1

2
N
W2

V1
n0
V1
S

S
U 1

U2
t 0
Im
W2
N
W1
V2
TN
如某普通机床的主轴电机(Y132M-4型) 的额定功率为7.5kw, 额定转速为1440r/min, 则额定转矩为
PN 7.5 TN 9550 9550 49.7 N . m nN 1440
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3.最大转矩 Tmax
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电机带动最大负载的能力。 sR2 TK 2 U12 R2 ( sX 20 ) 2 dT 0 求得 令： dS R O s sm 2 X 20 将sm代入转矩公式，可得 临界转差率 2 U1 Tmax K 2 X 20
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转子转速亦可由转差率求得 异步电动机运行中:
n (1 s )n0 s (1 ~ 9)%
例：一台三相异步电动机，其额定转速 n=975 r/min，电 源频率 f1=50 Hz。试求电动机的极对数和额定负载下的 转差率。 解： 根据异步电动机转子转速与旋转磁场同步转速的 关系可知：n0=1000 r/min , 即 p=3 额定转差率为
X 2 2f 2 Lσ 2 2 s f1 Lσ 2
即X2= sX20
当转速 n = 0(s =1)时， f 2最高，且 X2 最大，有： X20= 2 f1L2
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(4) 转子电流 I2
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I2
E2
2 2 R2 X 2

sE 20 R (sX 20 )
2 2 2
TN
n n0
nN
O
S N Sm
1
O
S
TN Tst Tmax
n f (T ) 曲线
T
T f (s ) 曲线
明德
三个重要转矩 1.额定转矩TN 额定负载时的转矩
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nN
n0
n
额定转矩
P P T 9550 2 πn n 60
T
O PN (千瓦) TN 9550 nN (转 / 分) (N • m)
Blv
右手定则
感应电动势 E20 电磁力F
n
Bli
左手定则
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※4.1.3 三相异步电动机的电路分析
1. 三相异步电动机的电路模型 三相异步电动机的电磁 关系与变压器类似。 变压器： 变化 e U1 E1= 4.44 f N1 E2= 4.44 f N2 + u1 － i1 － e1 + － e 1 + f1 i2
cos 2
cos 2
I2
( n s cos 2 )
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。
s
cos2 O
1
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※ 4.1.4 三相异步电动机转矩与机械特性
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。
V1 U2
规定
i : “+” 首端流入，尾端流出。 (•)电流出
i : “–”
尾端流入，首端流出。
明德
三相电流合成磁场的分布情况
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n0
60
U1 V2
n0
U1
W2
U1 V2
N
W2
V2
NW
W1
2
W1
S
U2
S
U2 V1
W1
S
U2
N
V1
V1
t 0
合成磁场方向向下
t 60
t 90
cos 2
U 1 4.44 f1 N 1Φm
由此得电磁转矩公式
sR2 TK 2 U 12 2 R2 ( sX 20 )
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电磁转矩公式
sR2 2 TK 2 U1 2 R2 ( sX 20 )
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
n n0
n n0
转子与旋转磁场间没有相对运动，磁通不切割转子导条
无转子电动势和转子电流
无转矩 因此，转子转速与旋转磁场转速间必须要有差别。 旋转磁场的同步转速和电动机转子转速之差与旋转磁 场的同步转速之比称为转差率。
明德
转差率s
n0 n s n 100% 0
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i1 I m sint
i 2 I m sint 120
i1
U1
W2 U 2 V2 V1
i 3 I m sint 120
Im
o
i i 1
i2 i3
t
i3
i2
W1
明德
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U1
笃行
i i i i 3 2 1 Im
o
()电流入 V2
n0
W2
t
W1