三相异步电动机课件

n0 n s 100% 1000 975 100% 2.5% 1000 n0
3.3 三相异步电动机的电磁转矩
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 E1 、E2 频率相同，都等 于电源频率。
dM 令： 0 求得 dS
2 U1 M max K m ' 临界转差率 2 X 20 转子轴上机械负载转矩M2 不能大于Mmax ，否则 将造成堵转(停车)。
R2 s sm X 20
将sm代入转矩公式，可得
U M max K m ' 2 X 20 2 (1) M max U 1 , U 1 M max
F Bl i
M Φ , I 2 , cos 2
M K m ΦI 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
M K m Φ I 2 cos 2 sE 20 I2 2 2 R2 ( sX 20 )
由前面分析知： cos 2
Y
A
n0
Z
t
C
X B
规定
i : “+”
i : “–”
首端流入，尾端流出。
尾端流入，首端流出。
(•)电流出
三相电流合成磁 场 的分布情况
Im
i iA
i B iC
M
o
600
A
n0
Y
60
Y
N
A Z
A Z C
Y
N
Z
C X
S
C B
ຫໍສະໝຸດ Baidu
S
X B
S
X
N
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°
R2
2 R2 ( sX 20 ) 2
U1 4.44 f1 N1Φm
由此得电磁转矩公式
sR2 2 M K m' 2 U1 2 R2 ( sX 20 )
电磁转矩公式
sR2 2 M Km' 2 U1 2 R2 ( sX 20 )
由公式可知
2 1. M 与定子每相绕组电压 U 1 成正比。U 1 M
s较大时 R2 sX 20
cos 2 1
R ( sX 20 )
2 2
s
I 2、cos 2 随S变化曲线
转子绕组的感应电流
sE20 I2 2 2 2 2 ( n s I 2 ) R2 X 2 R2 ( sX 20 )
E2
I2, cos 2 I2
n (1 s )n0 异步电动机运行中: s (1 ~ 9)%
n0 n s 转差率s n 100% 0 转子转速亦可由转差率求得
例1：一台三相异步电动机，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

s 0 I 2 0 (n n0 )
R X 5. 转子电路的功率因数 cos2 s很小时 R2 SX 20 R2
2 2
2 R2 ( sX 20 ) 2
s 1 I 2max
E 20
2 20
cos 2
2 2 R2 X2 R2 2
cos 2 1
当 U1 一定时，Mmax为定值 (2) sm与 R2 有关， R2 sm n 。绕线式电 机改变转子附加电阻R´2 可实现调速。
2 1
一般三相异步电动机的过载系数为
M max 过载系数(能力) MN
工作时必须使M2 <Mmax ，否则电机将停转。 I 2 I1 电机严重过热而烧坏。
转子铁心的硅钢片
笼型异步电动机的转子
导条
风扇
端环
笼型异步电动机的转子
铸铝转子
绕线型异步电动机的转子
绕线型异步电动机的转子
集电环
三相绕线型异步电动机示意图
转子三相绕组接成 Y 形
短接或 外接对称电阻等
三相异步电动机的外形
笼型异步电动机
※ 部分额定值：
※ 部分额定值：
UN fN PN 2p
iA
A
iC
C
X A' Z' X' C' Y' Y B' Z
B
C
X
Y A
Z'
B X
B Z
A Y
C
iB
iA
A
iC
iB
Im
C
X A' Z' X' C' Y' Y B' Z
B
C
X
Y
A
N

Z

B
S
Z

S
A
B
X
N
Y
C
i i A i B iC
t
t 0
极对数
p2
0
旋转磁场的磁极对数 与三相绕组的排列有关
转子电路的功率因数
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。
3. 3. 3 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。
第3章 异步电动机
3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 三相异步电动机的构造 三相异步电动机的工作原理 三相异步电动机的电磁转矩 三相异步电动机的机械特性 三相异步电动机的起动 三相异步电动机的调速 三相异步电动机的制动 三相异步电动机铭牌数据
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
400 V ~ 690 V 50 / 60 Hz 200 kW ~ 2 300 kW 2~8
UN fN PN 2p
690 V，2 kV ~ 11 kV 50 / 60 Hz 200 kW ~ 3 000 kW 2 ~ 12
三相绕线型异步电动机的结构
3.2 三相异步电动机的转动原理
3. 2. 1 旋转磁场
2. 当电源电压 U1 一定时，M 是 s 的函数 。 3. R 的大小对 M 有影响。绕线式异步电动机可外
2
接电阻来改变转子电阻R2 ，从而改变转距。
3.4 三相异步电动机械特性转矩
2 sR2U 1 根据转矩公式 M K R 2 ( sX ) 2 2 20 得特性曲线：
3. 4. 1 机械特性曲线
4.旋转磁场的转速
旋转磁场的转速取决于磁场的极对数 p=1时
n0 60 f1 (转/分） 0 o 工频： f1 50 Hz
Im I m
i i A
i B iC
M
A
n0 3000 (转/分）
A Y C
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
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
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
I2
E2 R X sE 20
2 2 2 2
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° 2.旋转磁场的旋转方向 取决于三相电流的相序 i i 任意调换两根电源进线 i B iC A Im I m (电路如图) iA A 0 o
M
iB B
iC
Y X Z C
Z
A A
A A
S
Y
Z C
Y
S
结论： 任意调换两根 电源进线，则旋转 磁场反转。
他励、并励电动机
串励、复励电动机
鼠笼式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
3.1 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
定子铁心的硅钢片
机座：铸钢或铸铁
定子铁心
定子绕组 对称三相绕组。
定子接线盒
M max
M
n n0
nN
M st
MN
O
S N Sm
1 S
O
M f ( s ) 曲线
n f ( M ) 曲线
M N M st M max M
3. 4. 1 三个重要转矩 1.额定转矩MN
nN
n0
n
电动机在额定负载时的转矩。
P P M 9550 2 πn n O 额定转矩 60 TN PN (千瓦) (N • m) M N 9550 nN ( 转 / 分 )
i1
i2
+
u1
－
e1
+ －
－
－
e2
+
－
+
e 1
+ f1
e 2
f2
U1 4.44 f N 1
异步电动机每相电路
3. 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

1
4.44 f1 N 1
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
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
Im
A Z X Y
i i A
i B iC
t
iC C
iB
B
o
i i i i C A B Im
o
()电流入
p 1
p2
p3
p4
360
180
3000(转/分）
1500(转/分）
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。
3. 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
F
Z
N
60 f1 n0 (转/分） p 旋转磁场
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
M
PN 7.5 M N 9550 9550 49.7 N . m nN 1440
2.最大转矩 Mmax 电机带动最大负载的能力。
sR2 2 M Km ' 2 U 1 2 R2 ( sX 20 )
N
B
C
B
N
X
X
t 0
t 60
3.旋转磁场的极对数P
iA
A
Z X Y
Im I m
0 o
i i A
i B iC
M
A Z
iC C
iB
B
Y
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：
C X
S
B
p 1
t 0
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。
Z
C
B

Y
A
Z
B
S
Z

S
A
X

S
N
S

B

n0
X
N
B
X
Y
C
Z
N
A Y
C
Im
i i A i B iC
t 0
t 60
0
t
60 f1 n0 1500 (转/分） 2
旋转磁场转速n0与极对数 p 的关系 60 f1 n0 (转/分) p 极对数
同步转速 每个电流周期 磁场转过的空间角度 ( f1 50Hz )
pn0 f1 60
f 1= 电源频率 f
3. 3. 2 转子电路
1. 转子感应电势频率 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
3~
星 形 (Y) 联 结
U1 W2
V1 U2
W1 V2
U1 V1 W1
U1 W2 V1 U2 W1 V2 U1
3~
V1 U2 W1 V2 三 角 形 (△ ) 联 结
U2 V2 W2
W2
2. 转子 转子铁心、 转子绕组、 转轴、 风扇等。 转子绕组 绕线型：对称三相绕组。 笼 型：对称多相绕组。
n0 n n0 n n0 p f2 p s f1 60 n0 60
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
E20= 4.44 f 1N2
方向:顺时针 切割转子导体
F
B
S
X
Blv
右手定则
感应电动势 E20
感应电流 I2 旋转磁场
电磁转矩M
Bli
左手定则
电磁力F
n
3. 2. 3 转差率
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 n n0 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 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。