交流电动机

电工技术
I2
E2 R X sE 20
2 2 2 2

s 0 I 2 0 (n n0 )
R X 5. 转子电路的功率因数 cos2 s很小时 2 SX 20 R R2
2 2
2 R2 (sX 20 ) 2
s 1 I 2max
E 20
2 20
cos 2
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：
C X
S
B
p 1
t 0
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电工技术
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。
iA
A
iC
C
X A' Z' X' C' Y' Y B' Z
B
C
X
Y A
Z
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7.2 三相异步电动机的转动原理
电工技术
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电工技术
7. 2. 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)
iA
i A I m sint iB I m sint 120 iC I m sint 120
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7. 2. 2 电动机的转动原理
1. 转动原理 定子三相绕组通入三相交流电
Y
v
C
A
n0
Z
N
F F
B
60 f1 n0 (转/分） p 旋转磁场
方向:顺时针 切割转子导体
S
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Blv
右手定则
感应电动势 E20
感应电流 I2 旋转磁场
电磁转矩T
Bli
左手定则
电磁力F
n 顺时针
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7. 4. 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。
电工技术
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 功率因数
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E20= 4.44 f 1N2
转子静止时 的感应电势 3. 转子感抗X 2
X 2 2f 2 Lσ 2 2 s f1 Lσ 2
X20= 2 f1L2 即X2= sX20
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当转速 n = 0(s =1)时， f 2最高，且 X2 最大，有
4. 转子电流 I2 转子绕组的感应电流
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T KT Φ I 2 cos 2
I2
sE 20 2 2 R2 ( sX 20 )
R2
2 R2 ( sX 20 ) 2
由前面分析知： cos 2
U1 4.44 f1 N1Φm
由此得电磁转矩公式
sR2 2 TK 2 U1 2 R2 ( sX 20 )
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0 s1
s (1 ~ 9)%
n (1 s )n0
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电工技术
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
第7章 交流电动机
7.1 三相异步电动机的构造 7.2 三相异步电动机的转动原理 7.3 三相异步电动机的电路分析 7.4 三相异步电动机转矩与机械特性 7.5 三相异步电动机的起动 7.6 三相异步电动机的调速 7.7 三相异步电动机的制动 7.8 三相异步电动机铭牌数据 7.9 三相异步电动机的选择 ﹡7.10 同步电动机 7.11 单相异步电动机 ﹡7.12 直线异步电动机
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7. 2. 3 转差率
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描述转子转速与旋转磁场转速相差的程度。 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。
n0 n s n 100% 0 运行中: 起动瞬间：s = 1
亦可由转差率求转子转速
Φ U1
2.定子感应电动势的频率 f1 感应电动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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7. 3. 2 转子电路
1. 转子感应电动势频率 f 2 ∵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
X
30
Y
A
电工技术
N

Z
C
B
Y
A
Z

X

S
N

n0
B

B
S
Z

S
A
X
B
S
X
N
Y
C
Z
N
A Y
C
t 0
t 60
Im
i iA
i B iC
t
60 f1 n0 1500 (转/分） 2
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o
旋转磁场转速n0与极对数 p 的关系 60 f1 n0 (转/分) p 极对数
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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
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电机：实现电能和机械能相互转换的电气设备。 有发电机和电动机两种运行形式。 电动机的分类： 交流电动机 电动机 直流电动机
同步电动机
异步电动机 三相电动机
鼠笼式
单相电动机
绕线式
他励、并励电动机
串励、复励电动机
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电工技术
7.1 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
A ----X B ----Y C---- Z
机座：铸钢或铸铁
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绕线式 铁心：由外周有槽的硅钢片叠成。 (1) 鼠笼式绕组
2.转子
鼠笼式
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鼠笼转子
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。 (2) 绕线式绕组 同定子绕组一样，也分为三相，并且接成星形。 转子电路的特点：自行闭合，不外接电力负载。
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4.旋转磁场的转速
旋转磁场的转速取决于磁场的极对数
Im n0 60 f1 (转/分）
工频： f1 50 Hz
p=1时
i iA
i B iC
t
A
o
n0 3000 (转/分）
A
N
Y C
Z Y B
A
S
C N
Z
Y B C
N
Z B
S
X
S
X
X
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p=2时
C
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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 ）
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90
可见: 旋转磁场转速n0与频率f1和极对数p有关。
Im
i iA
i B iC
电工技术
o
60
A
t
600
A Y
n0
A Y
90
Z
N
Z C
Y
N
Z C
S
X
N
B
C X
S
S
X B
B
t 90 t 60 t 0 合成磁场方向向下 合成磁场旋转60°合成磁场旋转90°
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电工技术 分析可知：三相电流产生的合成磁场是一旋转的磁场 且一个电流周期，旋转磁场在空间转过360° 2.旋转磁场的旋转方向 取决于三相电流的相序 i i A i B iC iA
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2. 转子转向 转子的转动方向与旋转磁场的方向一致。 故将三根电源进线任意对调两根，可使电动机反转。
n n0 3. 转子转速 如果: 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
且一定
n n0
异步电动机
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n0 n s 100% 1000 975 100% 2.5% 1000 n0
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7.3 三相异步电动机的电路分析
三相异步电动机的电磁关系与变压器类似。 定子绕组—一次绕组 转子绕组—二次绕组 旋转磁通—主磁通 转子电路自行闭合，且转子转动 i1 i2 变压器： 变化 e － + U1 E1= 4.44 f N1 + e1 e2 E2= 4.44 f N2 － + u1 － + E 、E 频率相同，都等
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4. 电动机正常运行情况 电磁转矩T 转矩
机械负载转矩T2
空载损耗转矩T0
阻转矩TC = T2+T0 ≈T2
电动机长期稳定运行时，T = T2，即匀速转动。 若T2↑ → T＜T2 → n↓ → (n0 – n) ↑
→ 切割加快 → E2 ↑ → I2 ↑ → F ↑ → T ↑
→ 至T’ = T2’ → 以较原转速低的n’ 重新匀速转动
2 2 R2 X 2 R2 2
cos 2 1
s较大时 2 sX 20 R
cos 2
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R ( sX 20 )
2 2
1
s
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转子绕组的感应电流
I 2、cos 2 随S变化曲线
E2
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sE20 I2 2 2 2 2 ( n s I 2 ) R2 X 2 R2 ( sX 20 )
转子电路的功率因数 I2, cos 2 I2
R ( sX 20 ) (n s cos 2 )
2 2 2
cos 2
R2
cos2
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。
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7.4 三相异步电动机转矩与机械特性
B X
B Z
A Y
C
iB
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iA
A
电工技术
iC
C
X A' Z' X' C' Y' Y B' Z
B
C
X
Y
A

N
Z

B
S

S
A
B
X
iB
Im
i iA
Z
N
Y
C
i B iC
t
极对数
p2
o
旋转磁场的磁极对数 与三相绕组的排列有关
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A
Im
iB C
iC
Z X Y B
o
A A
A A
t
Z Y B
S
Z
结论： 任意调换两根 电源进线，则旋转 磁场反转。
S
Y C
N
C
B
N
X
X
t 0
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t 60 下一页 上一页
3.旋转磁场的极对数P
iA
Im
A
Z X Y
i iA
i B iC
电工技术
o
t
iC C
iB
B
Y
A
N
Z
A Z X Y
i i A
o
B
i B iC
t
iC C
iB
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()电流入
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i i i i C A B Im
o
Y C
X
A Z
t
B
规定： i : “+” i : “–” 首端流入，尾端流出。 尾端流入，首端流出。
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(•)电流出
三相电流合成磁 场 的分布情况
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E 2
E2= 4.44 f 2N2 = 4.44s f 1N2
即E2= s E20
转子转动时 的感应电势
当转速 n = 0(s=1)时， f 2最高，且 E2 最大，有
1 2
于电源频率。
U1 4.44 f N 1
－
e 1
+ f1
e 2
－
f2
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异步电动机每相电路
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7. 3. 1 定子电路
1.旋转磁场的磁通 异步电动机：旋转磁场切割导体 e， U1 E1= 4.44 f 1N1 每极磁通 U
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1
4.44 f1 N 1
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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。
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第7章 交流电动机
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. 理解三相交流异步电动机的机械特性，掌握 起动和反转的基本方法, 了解调速和制动的 方法。 3. 理解三相交流异步电动机铭牌数据的意义。
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