三相笼型异步电动机

变压器一次绕组和二次绕组只有磁耦合，没有电的 直接联系。 电动机定子绕组和转子绕组只有磁耦合，没有电的 直接联系。
电动机当然也有许多和变压器不一样的地方： 变压器是静止的，没有旋转部分； 电动机转子在感应出电流后，是旋转运动的； 变压器主磁路只在铁芯中运行； 电动机旋转磁场交链转子铁芯时，需要经过气隙； 变压器绕组是集中绕在铁芯上的； 电动机绕组是按一定规律安放在铁芯上的若干个槽内；
n0
(1) 电动机起动瞬间，电动机转速n=0，转差率s =1；
(2) 电动机转速最高时，转速n≈n0，转差率s ≈0； (3) 电动机运行过程中，转速0<n<n0，转差率0<s<1；
有一台三相异步电动机，其额定转速为975r/min。 试求工频情况下电动机的磁极对数和电动机的额定 转差率。 由于电动机的额定转速接近于旋转磁场的转速，所以 可以估取同步转速n0=1000r/min。
上式说明，只要电机参数不发生变化，电磁转矩 T U 电磁转矩T正比电源电压U1的平方，反映了电动机的 电磁转矩在负载不变情况下，其大小取决于电源电压的高 低。但这并不意味电动机的工作电压越高，电动机实际输 出转矩就越大。 电动机输出机械转矩的大小，实际上决定于来自于电动 机轴上负载阻转矩的大小。当电磁转矩T等于负载阻转矩TL 时，电动机就会在某一速度下稳定运行；若T>TL，电动机就 会加速运行；若T<TL，电动机则要减速运行直至停转。
三相笼型异步电动机
三相笼型异步电动机
电机和变压器一样，也是利用电磁感应原理工作 的一种设备。它的主要作用是进行能量的转换，例如 电动机是将电能转换成机械能，可以带动其他设备工 作。发电机则是将其他能量转换成电能，不断提高我 们的生活质量。 了解电机的基本结构是我们今后使用或维护电动 机的第一步。
一、三相笼型异步电动机的基本结构
所以根据变压器的一些结论，就可以得到电动机的一 些运行特性：
变压器一次绕组感应电势E1=4.44fN1Φ
电动机定子绕组感应电势E1=4.44f1N1ΦK1 （K1是线圈系数） 变压器二次绕组感应电势E2=4.44fN2Φ 电动机转子绕组感应电势E2=4.44f2N2ΦK2 （K2是线圈系数）
E1、E2的频 率为什么不一 电磁感应定律E=Blv中的v是磁场与导体之间的相对运 样？ 动速度（ n －n） 。因此对于静止的定子绕组来说，这个
二极电机
四极电机
C
SX
Z
C'
A Z' × N Y' B ×
S
四极旋转磁场转速的分析
X
i
S
N
iA
iB
iC
ωt
X'
B' Z
× × A' Y
C
0 ωt =0°时 ωt =120°时
Y' S
A× Z' ×
60
N
B X
C'
X' N C S B'× Y Z ×A'
电流变化120°，旋转磁场在空 间的位臵仅转过了60°；当电流 变化360°时，四极电动机的旋转 磁场才能旋转180°。显然，四极 旋转磁场的转速是二极电机1/2。

输出转矩 T2 = Tem T0
或
电磁转矩Tem = T2 T0
电磁转矩等于总机械功率除以转子机械角速度。
五、异步电动机的电磁转矩和机械转矩
1. 异步电动机的电磁转矩的几种表达式 1）
em= K TΦI 2 cosj2 ( N m) T
电动机的结构常数
上式中各参数：
2 2 R ( SX ) 转子电路功率因数 2 20 每极下工作主磁通 R2 cos j 2 = 2 R2 ( SX 20 ) 2
五、电动机的功率和损耗
电动机是一种将电能转换成机械能的装臵。所 以在能量转换的过程中不可避免的会产生各种损 耗。 pFE p p p
FE CU1 CU2 1 2
电源
输入电功率P1
定子，旋转磁场
电磁功率Pe
转子，电磁感应
机械功率 Pmec
转子旋转 P1 = 3 UN IN cosj Pe = P1－( pCU1＋pFE1 ) p∆ pCU2 = SPe 称为转差功率 pm Pmec = Pe－PCU2 ( 转子铁耗 PFE2 很小，可忽略不计 ） = Pe (1－S) P2 = Pmec－ p0 p0 = p∆ + pm 称为空载损耗，固定不变。 = P1η
60 f 60 50 p = 3 n 975 n0 n 1000 975 s= = = 0.025 n0 1000
四、电动机的运行特性
通过电动机工作原理的学习，我们可以发现电动 机有许多地方和变压器是相类似的： 变压器一次绕组接入电流，产生交变磁场； 电动机定子绕组接入电流，产生旋转磁场； 交变磁场在铁芯中环绕，在变压器二次绕组上产生 电磁感应，产生感应电势和电流； 旋转磁场交链转子绕组；在电动机转子上产生电磁 感应，产生感应电势和电流；
n≠n0，异步！
三相电动机旋转 磁场的转速与哪 些因素有关？
1、电流频率 电流随时间变化一周，电动机的旋转磁场旋 转了360°。 即：磁场转速n0与电流频率f成正比。
2、磁极对数 磁场转速随定子磁极数的增加而发生变化。
AN Y Z B Y' C'S X' B' AN Z' B X S C N A' Y
S
磁场的方向转动起来。
模型电机的 定子磁极
实际三相电动机 的旋转磁场是如 何产生的呢？
三相异步电动机的三相定子绕组以互隔1200的方式嵌 放在定子铁芯中。当三个绕组分别接入三相交流电后，便 可以产生旋转磁场。
i
A
Z
B
Y
0
ωt
C来自百度文库X
规定：电流为正值时，电流从绕组首 端流入，从末端流出；电流为负值时，电 流从绕组末端流入，从首端流出。
综合分析，可得电动机旋转磁场的转速与频率、 极对数之间的关系为：
60 f 转 /分( r / min) n0 = p
即：异步电动机旋转磁场的转速与电源频率成正比， 与电机的极对数成反比。
由于电动机转速n与n0之间存在速度差，因此我们选用一 个参数—转差率s来表示n与n0的关系。 60f1 n0 n = n s= p (1－s)
转子电流 I2 =
SE 20
U1 Φ= 4.44 f 1 N 1
每极下工作主磁通 遵循主磁通原理。
转子电路的功率因数 和转子电流均随转差 率的变化而变化。
将公式中各量的计算式代入电磁转矩公式，即可得 到电磁转矩的另一种参数表达式： sR2 K 2 T = em U 2） 1 2 f1 R2 sX ( ) 2 20
i
电流入
A×
×
Z
Y
0 ωt
×
电流出
B
C
X
ωt=0时电流和磁场情况
A、C两相电流t=0时为正，因此首端流入、末端流出。 B相电流t=0时为负，末端流入、首端流出。 相邻线圈电流流向一致，在气隙中生成合成磁场。
i
ωt =120°
A× Z Y
×
0
ωt
C
×
B
ωt =120°时电流和磁场情况
X
可见当电流随时间变化120°，电动机的磁场在空间 的位臵也随之旋转了120°。 观察电流波形图及电机示意图可看出，合成磁场的转向取 决于三相电流的顺序，A→B→C正序时气隙磁场顺时针旋转。
2）鼠笼式转子：转子铁心的每个槽内插入一根裸导条， 形成一个多相对称短路绕组。
二、三相电动机的铭牌
1、型号
2、额定值 1）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。 2）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。 3）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。如 果铭牌上有两个电流值，则表示定子绕组在两种不同接法时 的线电流。
转子绕组是闭合的，因此感应电动势在绕组中产生感应 电流。感应电流的方向与感应电动势的方向相同。
N e F i2 F e
n0
载流的转子绕组处在磁场中， 必定受到电磁力的作用。
n
用左手定则 两个电磁力的大小相等、方向 判断 相反，因此对电动机转轴形成了 模型电机的 用右手定则 电磁转矩。于是转子就顺着定子 转子绕组 判断
电机有两大部分：定子和转子 定子是指电机上所有固定不动的部分，主要部件是定子 铁芯和定子绕组。 转子是指电机上旋转运动的部分，主要部件是转子铁芯 和转子绕组。
1、定子铁芯和定子绕组
1）定子铁心：由导磁性能很好的硅钢片叠成——导磁部分。 2）定子绕组：放在定子铁心内圆槽内——导电部分。
2、转子铁芯和转子绕组 1) 转子铁心：由硅钢片叠成，也是磁路的一部分。
N
A×F
Z
n0
产生气隙旋转磁场 转子导体与磁场相切割， 生成感应电动势、感应电流 载流导体受电磁力的作用形成力偶 力偶对电机转轴形成电磁转矩
B
很明显，电动机上存在两个转速，一个是旋 转磁场转速n0，一个是转子的转速n。
电动机的转速n能等于旋 转磁场的转速n0吗？
如果二者相等，则转子与旋转磁场之间 就没有了相对切割→转子不切割磁场就不能 产生感应电流成为载流导体→不是载流导体就无法在磁场中 受力→不受力电动机就永远转运不起来。
2 1
异步电动机电磁转矩特性
sR2 2 根据公式 T = K 2 U 1 R2 (sX 20 ) 2
T Tm
最大电磁转矩 对应最大电 磁转矩的临 界转差率。
可得异步机的电磁转矩特性曲线： 电磁转矩有三个重要值，分别为：
i
ωt =240°
A Z Y
0
ωt =240°时电流和磁场情况
观察电流波形图及电机示意图可看出，合成磁场的转向取 决于三相电流的顺序。
N
×
ωt
S
× ×X
B
C
i
0
ωt
Y
×
×
C S
ωt =360°时电流和磁场情况
X
电流随时间变化一周，电动机的气隙磁场在空间的位臵 也顺时针旋转了360°。表明磁场的旋转速度与电流变化的 频率有关。
输出机械功率P2
pCU2 = SPe 说明，从气隙传递到转子的电磁功率分为 两部分，一小部分变为转子铜损耗，绝大部分转变为 总机械功率。转差率越大，转子铜损耗就越多，电机 效率越低。 P2 = PMEC p0 的两边同时除以机械角速度 = 2n 得 60 PMEC p0 P2 =


4）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 5）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。 6）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。 7）功率因数 电动机在额定运行状态下，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。
8)接法 中、小容量的低压异步电动机，通常定子三相绕组的 六个出线头都引出，可根据额定电压灵活地接成“Y”形或 “D”形。
U1 W2
V1 U2
W1 V2
U1 W2
V1 U2
W1 V2
Y联结
D联结
三、 三相异步电动机的工作原理
固定不动的转子绕组和旋转的 定子磁场相切割而感应电动势。
三相异步 电动机是 如何转动 起来的？
相对速度就是磁场的旋转速度；而对于旋转的转子来说， 这个相对速度是磁场与转子之间的速度差。 pn0 ( n 0－0) p= 电动机定子绕组感应电势E1的频率 f1 = 60 60 (n0－n) p = f 电动机转子绕组感应电势E2的频率 2 60 pn0 (n0－n) = s f1 = n0 60
0
转子感应电势E2 的频率对电机运 行有什么影响呢 ？
AN
Z B
Y
在电机定子通入电流，产生旋转磁场的瞬间 转子处于静止状态。此时转差率s=1,
转子感应电势f2=f1，E2此时最大，转子中的 感应电流I2也最大。
C
SX
随转子转速的提高。转差率s下降,E2和I2也随之下降。 另外，电动机功率因素和转子阻抗也与转差率有关。转 子在处于静止的瞬间时，其阻抗最大、功率因素最低。随 转速的提高，阻抗随之下降，功率因素开始上升。 电动机在启动的瞬间，转子上有很大的电 流，根据磁势平衡，则电动机定子上就会有很 大的电流，从而可能会烧坏电机定子绕组。
N
ωt =360°
A×
Z
n0
B
归纳：只要三相异步机的对称三相定子绕组中通入对
称三相交流电，就会在定子和转子之间的气隙中产 生一个随时间变化的旋转磁场。
三相异步电动机工作原理概括
在电动机对称三相定子绕组 中通入对称三相交流电流
Y
×
×
F S C
X
从而使固定不动的转子顺着旋转磁场的方向转动起来。
若要改变电动机的旋转方向，只需任调通入 定子绕组中两相电流的相序即可。