绕线型异步电动机串级调速

辽宁工程技术大学电机与拖动课程设计1 绕线型异步电动机的基本结构和工作原理1.1 绕线型异步电动机的基本结构三相异步电动机的种类很多，但各类三相异步电动机的基本结构是相同的，它们都由定子和转子这两大基本部分组成，在定子和转子之间具有一定的气隙。

此外，还有端盖、轴承、接线盒、吊环等其他附件。

图1-1 绕线型异步电动机的结构1.1.1 定子部分定子是用来产生旋转磁场的。

三相电动机的定子一般由外壳、定子铁心、定子绕组等部分组成。

a 外壳三相电动机外壳包括机座、端盖、轴承盖、接线盒及吊环等部件。

机座：铸铁或铸钢浇铸成型，它的作用是保护和固定三相电动机的定子绕组。

中、小型三相电动机的机座还有两个端盖支承着转子，它是三相电动机机械结构的重要组成部分。

通常，机座的外表要求散热性能好，所以一般都铸有散热片。

端盖：用铸铁或铸钢浇铸成型，它的作用是把转子固定在定子内腔中心，使转子能够在定子中均匀地旋转。

轴承盖：也是铸铁或铸钢浇铸成型的，它的作用是固定转子，使转子不能轴向移动，另外起存放润滑油和保护轴承的作用。

1王灿祥：绕线型异步电动机的串级调速接线盒：一般是用铸铁浇铸，其作用是保护和固定绕组的引出线端子。

吊环：一般是用铸钢制造，安装在机座的上端，用来起吊、搬抬三相电动机。

b 定子铁心异步电动机定子铁心是电动机磁路的一部分，由0.35mm～0.5mm厚表面涂有绝缘漆的薄硅钢片叠压而成，如图1-2所示。

由于硅钢片较薄而且片与片之间是绝缘的，所以减少了由于交变磁通通过而引起的铁心涡流损耗。

铁心内圆有均匀分布的槽口，用来嵌放定子绕圈。

定子冲片定子铁心1-2图定子绕组c定子绕组是三相电动机的电路部分，三相电动机有三相绕组，通入三相对称电流时，就会产生旋转磁场。

三相绕组由三个彼此独立的绕组组成，且每个绕组又由若干线圈连接°电角度。

线圈由绝缘铜导线或绝缘120而成。

每个绕组即为一相，每个绕组在空间相差铝导线绕制。

中、小型三相电动机多采用圆漆包线，大、中型三相电动机的定子线圈则用较大截面的绝缘扁铜线或扁铝线绕制后，再按一定规律嵌入定子铁心槽内。

定子三相绕组。

这六个, WU,V,W，末端分别标为,V的六个出线端都引至接线盒上，首端分别标为U212112 1-3出线端在接线盒里的排列如图所示，可以接成星形或三角形。

三角形联接内部连接星形联接 1-3图 2辽宁工程技术大学电机与拖动课程设计1.1.2 转子部分转子铁心是用0.5mm厚的硅钢片叠压而成，套在转轴上，作用和定子铁心相同，一方面作为电动机磁路的一部分，一方面用来安放转子绕组。

绕线形绕组与定子绕组一样也是一个三相绕组，一般接成星形，三相引出线分别接到转轴上的三个与转轴绝缘的集电环上，通过电刷装置与外电路相连，这就有可能在转子电。

1-4路中串接电阻或电动势以改善电动机的运行性能，见图1—集电环；2—电刷；3—变阻器图 1-4绕线形转子与外加变阻器的连接1.1.3 其他部分其他部分包括端盖、风扇等。

端盖除了起防护作用外，在端盖上还装有轴承，用以支撑转子轴。

风扇则用来通风冷却电动机。

三相异步电动机的定子与转子之间的空气隙，一般仅为0.2mm～1.5mm。

气隙太大，电动机运行时的功率因数降低；气隙太小，使装配困难，运行不可靠，高次谐波磁场增强，从而使附加损耗增加以及使启动性能变差。

3王灿祥：绕线型异步电动机的串级调速1.2 绕线型异步电动机的工作原理1.2.1 三相交流电机的旋转磁场三相异步电动机转子之所以会旋转、实现能量转换，是因为转子气隙内有一个旋转磁场。

下面来讨论旋转磁场的产生。

如图1-5所示，UU, VV, WW为三相定子绕组，在空间彼此相隔120°，接成Y 形。

212112三相绕组的首端U, V, W接在三相对称电源上，有三相对称电流通过三相绕组。

设电源111的相序为U, V, W, 的初相角为零，如图1-5波形图所示。

图 1-5三相交流电流波形图设：i=sin wt1i=sin(wt-120°) 2i=sin(wt+120°)3为了分析方便，假设电流为正值时，在绕组中从始端流向末端，电流为负值时，在绕组中从末端流向首端。

o 的瞬间，i=0,i为负值，iwt=0当为正值，根据”右手螺旋定则”，三相电流所产321 4辽宁工程技术大学电机与拖动课程设计生的磁场叠加的结果，便形成一个合成磁场，如图1-6所示，可见此时的合成磁场是一对磁极（即二极），右边是N极，左边是S极。

oo wt=0 wt=90 1-6 二极旋转磁场图空间120度对称分布的三相绕组通过三相对称的交流电流时，产生的合成磁场为极对数p=1的空间旋转磁场，每电源周期旋转一周，即两个极距；某相绕组中电流达到最大值时，磁极轴线恰好旋转到该相绕组轴线上。

o时，即经过1/4周期后，由零变成正的最大值， i仍为负值，当wt=90i已变成负32o时相比，已按逆时针方向转过了90°。

所示，这时合成磁场的方位与wt=0值，如图1-6oo，当时，合成磁场就转过了180应用同样的方法，可以得出如下结论：当wt=180oo时合成磁）所示；当wt=360（时合成磁场方向旋转了300°，如图3.6wt=300d场旋转了360°，即转1周。

由此可见，对称三相电流i、i、i分别通入对称三相绕组UU，VV，WW中所形成221112231的合成磁场，是一个随时间变化的旋转磁场。

以上分析的是电动机产生一对磁极时的情况，当定子绕组连接形成的是两对磁极时，运用相同的方法可以分析出此时电流变化一个周期，磁场只转动了半圈，即转速减慢了一半。

由此类推，当旋转磁场具有p对极时（即磁极数为2p），交流电每变化一个周期，其旋转磁场就在空间转动1/p转。

因此，三相电动机定子旋转磁场每分钟的转速n1、定子电流频率f及磁极对数p之间的关系是n=60f/p。

11.2.2 三相电动机的转动原理三相交流电通入定子绕组后，便形成了一个旋转磁场，其转速n=60f/p。

旋转磁场的1磁力线被转子导体切割，根据电磁感应原理，转子导体产生感应电动势。

转子绕组是闭合的，则转子导体有电流流过。

设旋转磁场按顺时针方向旋转，且某时刻为上为北极N下为 5王灿祥：绕线型异步电动机的串级调速南极S，如图1-7所示。

根据右手定则，在上半部转子导体的电动势和电流方向由里向外，用⊙表示；在下半部则由外向里，用⊕表示。

图 1-7 三相电动机的转动原理原理：定子旋转磁场以速度n切割转子导体感生电动势（发电机右手定则），在转子0导体中形成电流，使导体受电磁力作用形成电磁转矩，推动转子以转速n 顺n方向旋转（电0动机左手定则），并从轴上输出一定大小的机械功率。

(n不能等于n)特点：电动机内必须0有一个以n旋转的磁场。

－实现能量转换的前提；电动运行时n恒不等于n（异步）－必00要条件n<n；建立转矩的电流由感应产生。

0图 1-8 异步电动机的模型流过电流的转子导体在磁场中要受到电磁力作用，力F的方向可用左手定则确定，如图1-7所示。

电磁力作用于转子导体上，对转轴形成电磁转矩，使转子按照旋转磁场的方向旋转起来，转速为n。

三相电动机的转子转速n始终不会加速到旋转磁场的转速n。

因为只有这样，转绕组1与旋转磁场之间才会有相对运动而切割磁力线，转子绕组导体中才能产生感应电动势和电流，从而产生电磁转矩，使转子按照旋转磁场的方向继续旋转。

由此可见n不等于n，且1n<n，是异步电动机工作的必要条件，“异步”的名称也由此而来。

1nnns，即之差与同步转速之比称为异步电动机的转差率旋转磁场转速与转子转速11S=(n-n)/n；转差率是异步电动机的一个基本参数，对分析和计算异步电动机的运行状态11及其机械特性有着重要的意义。

当异步电动机处于电动状态运行时，电磁转矩 T 和转em n同向。

转子尚未转动时，n=0, s=1；当 n=n 时，s=0速，可知异步电动机处于电动状态1s＜1。

一般情况下，额定运行时=1%～＜之间，即和时，转差率的变化范围总在0105%。

6辽宁工程技术大学电机与拖动课程设计2 绕线型异步电动机的调速方法及过程2.1 绕线型异步电动机转子串联电阻调速绕线式异步电动机转子串入附加电阻，使电动机的转差率加大，电动机在较低的转速下运行。

串入的电阻越大，电动机的转速越低。

此方法设备简单，控制方便，但转差功率以发热的形式消耗在电阻上。

属有级调速，机械特性较软。

图 2-1 转子串电阻图 2-2 转子串电阻机械特性7王灿祥：绕线型异步电动机的串级调速这种调速方法的主要性能如下： a 调速的方向只能往下调。

R的调节方式。

b调速的平滑性取决于2δ越大。

调速的稳定性差，R越大，机械特性硬度越小，静差率c 2调速的经济性差，初期投资虽然不大，但损耗增加，运行效率低。

d 调速的范围不大，因受低速时的静差率的限制。

e不变。

不变，故Фmf 调速时的允许负载为恒转矩负载。

因为调速前后，U和f11绕线型异步电动机的串级调速2.2而相位相同或相反的附加电动势频率相等，串级调速就是在转子电路中串入一个与E2s上的电压降，即可以节能又可以将这部分功率回馈到电网中去。

E，以代替R rad EE?I2s2d?，当串级调速时，转子电流E和E频率相等，相位相同时，上2sad s22)(s2RX?22式中的E和E相加，引入E的瞬间，I增加，使得T增大，T>T，转速n上升，转差率L2sad2sad s减小，使得I又开始减小，T随之减小，直到重新T=T 为止，电动机便在此原来高的转L2s速下稳定运行。

串入的E越大，转速n越高。

ad当E与E频率相等，相位相反时，上式中的E和E相减，引入E瞬间，I减小，2sad2sad2sad使得T减小，T<T，转速n下降，转差率s增加，使得I又开始增加，T随之增加，直到2sL重新T=T为止，电动机便在比原来低的转速下稳定运行。

串入的E越大，转速n越低。

adL图 2-3 串级调速的机械特性由于I是由E和E产生的。

可以看成I由E和E两者分别产生的两部分电流组成，2s2sad2s2sad它们与旋转磁场相互作用分别产生电磁转矩。

当E和E相位相同时，两部分电流相位相ad2s同，它们所产生的电磁转矩方向相同，在同一转速下T增加；当E和E相位相反时，两2sad 8辽宁工程技术大学电机与拖动课程设计部分电流相位相反，它们所产生的电磁转矩方向相反，在同一转速下，T减小。

因此，串级调速的机械特性如图2-3所示。

E不同时，特性差不多是上下、左右平移。

ad附加电动势E的引入问题，可通过晶闸管电路来实现。

ad串级调速的主要性能如下：a 调速的方向既可以往上调，又可以往下调。

b 调速的平滑性好，可实现无级调速。

c 调速的稳定性好，机械特性的硬度不变，只要调速不是太低，静差率不会太大。