第三章交流异步电动机

转差率定义
n1 − n s= n1
• 当0<n<n1时,即0<s<1时,电机为电动运行状态 电能 电机为电动运行状态(电能 时即 时 电机为电动运行状态 →机械能 机械能) 机械能 • 电机为发电运行状态(机械 当 n>n1时,即 0>s时,电机为发电运行状态 机械 时即 时 电机为发电运行状态 电能) 能→电能 电能 当 n<0时,即 s >1 时,电机为电磁制动运行状态 时即 电机为电磁制动运行状态 (机械能和电能 热能 机械能和电能→热能 机械能和电能 热能)
第三章 交 流 异步电 动 机
交流电机:实现交流电能与机械能转换的装置。 交流电机:实现交流电能与机械能转换的装置。 交流电机种类：异步电机和同步电机百度文库 交流电机种类：异步电机和同步电机。 同步电机的转速与交流电源频率之间存在严格的 对应关系，异步电机则不然。 对应关系，异步电机则不然。 异步电动机定子接上交流电源后，形成旋转磁场， 异步电动机定子接上交流电源后，形成旋转磁场， 依靠电磁感应作用，使转子绕组感生电流， 依靠电磁感应作用，使转子绕组感生电流，产生 电磁转矩，实现机电能量转换。 电磁转矩，实现机电能量转换。
绕线型转子异步电动机的转子接线图
绕线型转子
3)气隙： 3)气隙： 气隙 磁路的一部分， δ↓→I 磁路的一部分， δ↓→I0↓，但易发生扫膛现 象。异步电动机的气隙比同容量直流电动机的气 隙小得多，在中、小型异步电动机中， 隙小得多，在中、小型异步电动机中，气隙一般 左右。 为0.2~1.5mm左右。 左右
对三相电动机，额定功率： 对三相电动机，额定功率：
PN = 3U N I Nη N cos φ N
【例3.1】 】 已知一台三相异步电动机的额定功率 已知一台三相异步电动机的额定功率 PN =10kW， 额定电压 UN =380V， cos φ N = 0.82 ，η N = 0.86 ， =1470r/min,求电动机额定运行时的额 额定转速nN =1470r/min,求电动机额定运行时的额 定电流IN 。 解： IN =
高压大、中型容量的异步电动机定子绕组常采 高压大、 用Y接，只有三根引出线。对中、小容量低压异步电 接 只有三根引出线。对中、 动机，通常把定子三相绕组的六根出线头都引出来， 动机，通常把定子三相绕组的六根出线头都引出来， 根据需要可接成Y形或 形或△ 如图所示。 根据需要可接成 形或△形，如图所示。
（6）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。 时允许的极限温度来划分的。 （7）接法 通常三相异步电动机自3kW以下者 联接成星形 以下者,联接成星形 通常三相异步电动机自 以下者 联接成星形; 以上者, 自4kW以上者 联接成三角形。 以上者 联接成三角形。 （8）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” 运行时间的限制，分为“连续”、“短时”和“断 续”等。
Y 100 异步电动机 机座中心高 （mm） ） L 2 极数 机座长度代号
二、异步电动机的额定值： 异步电动机的额定值： （1）额定功率 PN 指电动机在额定运行时轴上输出 的机械功率，单位是kw kw。 的机械功率，单位是kw。 （2）额定电压 UN 指额定运行状态下加在定子绕 组上的线电压，单位为V kV。 组上的线电压，单位为V或kV。 （3）额定电流IN 指电动机在定子绕组上加额定 电压、轴上输出额定功率时，定子绕组中的线电流， 电压、轴上输出额定功率时，定子绕组中的线电流， 单位为A 单位为A。 （4）额定频率fN 指我国规定工业用电的频率是 50Hz Hz。 50Hz。 （5）额定转速nN 指电动机定子加额定频率的额 定电压，且轴端输出额定功率时电机的转速， 定电压，且轴端输出额定功率时电机的转速，单位 为r/min 。
3.1.3 异步电动机的铭牌数据 异步电动机的铭牌上标明电机的型号、额定数据等。 异步电动机的铭牌上标明电机的型号、额定数据等。
异步电动机的型号： 一、异步电动机的型号： 电机产品的型号一般采用大写印刷体的汉语拼 音字母和阿拉伯数字组成。 音字母和阿拉伯数字组成。其中汉语拼音字母是根 据电机的全名称选择有代表意义的汉字， 据电机的全名称选择有代表意义的汉字，再用该汉 字的第一个拼音字母组成。 为绕线式异步电动 字的第一个拼音字母组成。 YR为绕线式异步电动 为防爆型异步电动机； 为高起动转距异 机；YB为防爆型异步电动机；YQ为高起动转距异 为防爆型异步电动机 步电动机。例如Y系列三相异步电动机表示如下 系列三相异步电动机表示如下： 步电动机。例如 系列三相异步电动机表示如下：
定子铁心
定子铁心和定子槽形 定子铁心和定子槽形 下图为已经叠压成的定子铁心和定子槽, 下图为已经叠压成的定子铁心和定子槽,其中 是开口槽，可嵌放成型线圈，绝缘放置可靠、 (a)是开口槽，可嵌放成型线圈，绝缘放置可靠、 绕组下线方便，用于大、 绕组下线方便，用于大、中型容量的高压异步电动 是半开口槽，可嵌放成型线圈， 机中； 机中；(b)是半开口槽，可嵌放成型线圈，用于中 500V以下的异步电动机中； 是半闭口槽， 型500V以下的异步电动机中；(c)是半闭口槽，效 率和功率因数较高，散嵌绕组，绕组嵌线工艺复杂， 率和功率因数较高，散嵌绕组，绕组嵌线工艺复杂， 用于低压小型异步电动机中。 用于低压小型异步电动机中。
1）笼型转子
鼠笼型转子结构简单，制造方便，造价低， 鼠笼型转子结构简单，制造方便，造价低，运 行可靠， 行可靠，中小型容量的异步电动机一般都采用这种 形式。 形式。
2）绕线型转子（ wound rotor ）： ）绕线型转子（ 绕线型转子的槽内嵌放有用绝缘导线组成的 三相绕组，一般都联接成 形 三相绕组，一般都联接成Y形。转子绕组的三条引 线分别接到三个滑环上，用一套电刷装置引出来。 线分别接到三个滑环上，用一套电刷装置引出来。 这就可以把外接电阻串联到转子绕组回路里去， 这就可以把外接电阻串联到转子绕组回路里去， 以改善电动机的启动性能或调节电动机的转速。 以改善电动机的启动性能或调节电动机的转速。 与笼型转子相比较，绕线型转子结构稍复杂， 与笼型转子相比较，绕线型转子结构稍复杂， 价格稍贵，因此只在要求起动电流小， 价格稍贵，因此只在要求起动电流小，起动转距 大，或需平滑调速的场合使用。 或需平滑调速的场合使用。
（8）功率因数 电动机是电感性负载,定子相电流比相电压滞后 电动机是电感性负载 定子相电流比相电压滞后 一个角。 一个角。技术手册中会给出功率因数参数 cos φ N， 是指电动机在额定运行状态下， 是指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 只有0.2～0.3，随着负载的增加， 0.2 增加，在额定负载时一般为0.7 0.9。因此， 0.7～ 增加，在额定负载时一般为0.7～0.9。因此，必须 正确选择电动机的容量，防止"大马拉小车 大马拉小车"， 正确选择电动机的容量，防止 大马拉小车 ，并力 求缩短空载的时间。 求缩短空载的时间。 （9）效率 η N 效率是指电动机在额定状态下运行时输出的功 率对定子输入功率的比值。 率对定子输入功率的比值。
2. 转子部分 转子由转子铁心、转子绕组和转轴组成。 转子由转子铁心、转子绕组和转轴组成。 （1）转子铁心 ） 转子铁心是异步电动机磁路的一部分。 转子铁心是异步电动机磁路的一部分。它用 0.5mm厚的硅钢片冲制、叠压而成的， 0.5mm厚的硅钢片冲制、叠压而成的，转子铁心与 mm厚的硅钢片冲制 定子铁心之间有一个很小的气隙。 定子铁心之间有一个很小的气隙。转子铁心的外 圆上冲有均匀分布的槽，用来放置转子绕组。 圆上冲有均匀分布的槽，用来放置转子绕组。铁 心固定在转轴或转子支架上， 心固定在转轴或转子支架上，整个转子的外表呈 圆柱形。 圆柱形。
转子铁心
转子槽 转子槽
槽形的选择主要决定于对运行性能和 槽形的选择主要决定于对运行性能和起动性能 运行性能 的要求。 的要求。
（2）转子绕组：分为笼型和绕线型两类。 转子绕组：分为笼型和绕线型两类。 ）：笼型绕 1）笼型转子（squirrel-cage rotor）：笼型绕 笼型转子（ ）： 组是一个自己短路的绕组。 组是一个自己短路的绕组。在转子的每个槽里放上 一根导体，在铁心的两端用端环连接起来， 一根导体，在铁心的两端用端环连接起来，形成一 个短路的绕组。用焊接，铸铝方法制成。 如果把转 个短路的绕组。 焊接，铸铝方法制成。 子铁心拿掉，则可看出， 子铁心拿掉，则可看出，剩下来的绕组形状像个松 鼠笼子，因此又叫鼠笼转子。导条的材料有用铜的， 鼠笼子，因此又叫鼠笼转子。导条的材料有用铜的， 也有用铝的。 也有用铝的。
3.1 三相异步电动机的工作原理与结构
3.1.1 三相异步电动机的工作原理
转动原理：
f n1 n
N
e,i e,i f
S
基本电磁过程： • 定子三相对称绕组通三相对称电流 旋转磁场， 定子三相对称绕组通三相对称电流→旋转磁场， 旋转磁场 n1→转子导体切割磁力线产生感应电势 产生转 转子导体切割磁力线产生感应电势→产生转 转子导体切割磁力线产生感应电势 子电流→转子导体受电磁力作用 形成转矩 子电流 转子导体受电磁力作用→形成转矩 转 转子导体受电磁力作用 形成转矩→转 子转动，n。 子转动， 。 • n < n1
(3) 基座
主要是为了固定与支撑定子铁心。如果是端盖 主要是为了固定与支撑定子铁心。 轴承电机，还要支撑电机的转子部分。因此， 轴承电机，还要支撑电机的转子部分。因此，机座 应有足够的机械强度和刚度。对中、 应有足够的机械强度和刚度。对中、小型异步电动 机，通常用铸铁机座。对大型电机，一般采用钢板 通常用铸铁机座。对大型电机， 焊接的机座， 焊接的机座，整个机座和座式轴承都固定在同一个 底板上。 底板上。
(2) 定子绕组
定子绕组是电动机的电路部分。 定子绕组是电动机的电路部分。定子绕组用 绝缘的铜（或铝）导线绕成，嵌在定子槽内， 绝缘的铜（或铝）导线绕成，嵌在定子槽内，按 规律联接而成的。 规律联接而成的。 定子绕组通常应用双层短距绕组， 定子绕组通常应用双层短距绕组，小型电机 可应用单层绕组。 可应用单层绕组。
10 × 103 = = 21.54 A 3U Nη N cos φ N 3 × 380 × 0.86 × 0.82 PN
3.2 三相异步电动机的定子绕组
3.2.1 定子绕组的基本知识 一、构成原则 1. 通入三相对称电流，能产生所需极数的旋转磁 通入三相对称电流， 场； 2. 所产生的磁场在定子圆周上合成磁动势的波形 要接近正弦形（基波、谐波），以保证定、 ），以保证定 要接近正弦形（基波、谐波），以保证定、转 子中产生的感应电动势波形为正弦波； 子中产生的感应电动势波形为正弦波； 3. 三相绕组对称（节距、匝数、线径相同、空间 三相绕组对称（节距、匝数、线径相同、 互差电角度120°），即保证各相电动势磁动 互差电角度 °），即保证各相电动势磁动 势对称，电阻电抗相同； 势对称，电阻电抗相同； 4. 铜耗减小，用铜量减少； 铜耗减小，用铜量减少； 5. 绝缘可靠、机械强度高、散热条件好、制造方 绝缘可靠、机械强度高、散热条件好、 便。
•
3.1.2 组成异步电动机的主要部件
主要部件是转子和定子， 主要部件是转子和定子，定、转子之间有空气 此外还有端盖、轴承、基座、风扇等部件。 隙。此外还有端盖、轴承、基座、风扇等部件。
1. 定子部分 定子由定子铁心、 定子由定子铁心、 定子绕组和机座三部分 组成。 组成。
（1）定子铁心 定子铁心是异步电动机磁路的一部分。 定子铁心是异步电动机磁路的一部分。他 是用厚的硅钢片冲制、叠压而成的， 是用厚的硅钢片冲制、叠压而成的，紧紧地装在 机座的内部。在硅钢片的两面还应途上绝缘漆。 机座的内部。在硅钢片的两面还应途上绝缘漆。 在定子铁心的内圆上开有均匀的槽， 在定子铁心的内圆上开有均匀的槽，用以放置定 子绕组。 子绕组。