《电机与电力拖动》课件 (1)

项目四 三相异步电动机
知识目标
熟悉三相异步电动机的结构，掌握其铭牌数据的含义 掌握三相异步电动机的工作原理 掌握转差率的概念，了解转差率对三相异步电动机的影响 了解三相异步电动机定子绕组的分类、要求及基本概念 掌握三相异步电动机空载运行时的电磁关系和基本方程式
技能目标
能够画出三相异步电动机的绕组展开图 能够测定三相异步电动机的主要参数 能够推导三相异步电动机的“T”形等效电路
了 1．型号
解
三
相 异 步
为了适应不同用途和不同工作环境的需要，将电动机制成不同的系列 （如Y系列、Y2系列、YB系列等）。每种系列用各种型号表示。
电
动
机
的
基
本
结
构
及
铭
牌
数
据
源自文库
任 务 一 2．额定值
了
解
三
相
异
步
额定电压
电
动
机
的
基
本
额定转速
结
构
及
铭
牌
数
据
01 02
03 04
05
额定电流 额定功率 额定频率
三
流 I0 。三相空载电流将在气隙内形
来供给空载损耗，包括空载时的
相 异
成按正弦规律分布，并以同步转速
步
n1 旋 转 的 定 子 空 载 磁 动 势 F0 。 由 于
分为单相、两相和三相绕组。
按槽中绕组的数量不同
分为单层、双层和单双层绕组。
按绕组端接部分形状的不同
单层绕组包括同心式绕组、交叉式绕组和链 式绕组，双层绕组包括叠绕组和波绕组。
按每极每相所占槽数是整数还是分数
分为整数槽和分数槽。
任 2．定子绕组的基本概念
务
三
线圈是构成绕组的基本部件，也称为绕组元件，它是用一匝或多匝相互绝
机
的
基
本
结
构
及
铭
牌
数
据
将转子的刀条和端环风 扇的叶片用铝液浇铸在一起 可形成铸铝转子，如图所示。 铸铝转子适用于中小型异步 电动机。
任 务 一 绕线形转子
了
解
绕线形转子的绕组同
三 相 异
定子绕组类似，也是按一 定规律分布的三相对称绕
步 组，一般用星形联结。绕
电 组的三相引出线分别接在
动 转轴的3个滑环上，通过
掌 握
践证明，旋转磁场的转速是由交流电频率f1和磁极对数p共同决定的，其
三
数学表达式为：
相
异
步 电 动
n1

60 f1 p
机
的
工
作
原
理
2．转动原理 任
务
二
将 定 子 三 相 绕 组 U1U2 ，
掌 握
V1V2，W1W2中通入三相交流 电后，将产生沿顺时针方向
三
旋转、转速为n1的磁场，如图
相
所示。三相异步电动机转子
步
相，在空间上相差
电 动 机
120°，其结构完全对 称，一般有6个出线
的
端 ， 即 U1 ， U2 ， V1 ，
基 本 结
V2 ， W1 ， W2 ， 出 线 端均接在引线盒内，
构
绕组的排列如图所示，
及 铭 牌
可以接成星形（Y） 或三角形（△）。
数
据
（a）星形联结 （b）三角形联结
任 务 一
了
解
三
相 组，一般用在大中型低压电动机中；半闭口型的槽口宽度小于槽宽的一半，
异 故其绕组嵌线和绝缘处理比较困难，但电动机的效率和功率因数都很高，
步 电
一般用在小型低压电动机中。
动
机
的
基
本
结
构
及
铭
（a）开口型
（b）半开口型 （c）半闭口型
牌
数
据
任 务 一
了
解
三相异步电动机
三 相 异
的3个绕组是相互独 立的，每个绕组为一
相
异
步 电 动
端盖由铸铁或铸钢浇铸而成， 主要起防护作用。
机
的
基
本
结
构
及
铭
牌
数
据
任 务 2．转子部分 一
了
解
三
转子铁芯一般由
相 异 步
0.35～0.5 mm厚的硅钢片 叠压而成，是电动机主磁
电 通磁路的一部分，其外圆
动 机
上也均匀分布着槽孔，用
的 来安放转子绕组。一般小
基 型异步电动机的转子铁芯
本 结
任 务 5．绝缘等级 一
了
解
绝缘等级是指电动机各绕组及其他绝缘部件所采用绝缘材料的耐
三
热能力，即三相异步电动机允许的极限温度。绝缘材料按耐热能力可
相
分为7个等级，见表。
异
步
电
动
绝缘等级与极限工作温度
机
的
基
本
结
构
及
铭
牌
数
据
任
务 一
6．防护等级
了
解
防护等级是指
三 相
电动机外壳的防护
异
等 级 ， IP 是 防 护 等
了 缘的导线绕制而成的。为了作图方便，常把线圈画成近似菱形，如图所示。线
解 圈的直线部分安装在铁芯槽内，称为有效边；其他部分伸出了铁芯槽，仅起连
三 相
接作用，称为端部。每个线圈有两个引出线，一个称为首端，另一个称为尾端。
异
步
电
动
机
定
子
绕
组
任 务 三
了 解 三 相 异 步 电 动 机 定 子 绕 组
相 异 步
称为转速差，用 n 表示，即 n n1 n ，转速差与旋转磁场的转速n1之
比称为转差率，用 s 表示，即：
电
动
机 的
s n1 n n
工
n1
n1
作
原
理
2．转差率对三相异步电动机状态的影响
任
务
三相异步电动机的三种运行状态
二
掌 握 三 相 异 步 电 动 机 的 工 作 原 理
步
电
动
机
的
基
本
结
构
及
铭
牌
（a）三相笼形异步电动机
（b）三相绕线形异步电动机
数
据
任
务
一
虽然三相异步电动机的种类很多，但基本结构相同，都是由定子和
了 解 三
转子两大部分组成，定子和转子之间有空气隙。此外，三相异步电动机 还有端盖、轴承、机座、风扇、风罩、接线盒、吊环等部件，如图所示。
相
异
步
电
动
机
的
基
本
动
机
定
子 绕
q Z0 2 pm
组
极距 电角度
每极每相槽数
节距
y ≈ Z0 2p
槽距角
p 360 Z0
任 务 三
了
相带和极相组
解
三
相
q个槽所占的区域称为一
异
个相带。把一个相带中的线
步
圈（即一个磁极下属于同一
电
组的q个线圈）按一定方式串
动
联起来形成的线圈组称为极
机 定 子
相组。同一个极相组中所有 线圈的电流方向相同。
机 的 基
电刷装置引出，与外部电 路的变阻器相连（变阻器
本 也采用星形联结），调节
结 变阻器的阻值可以改变电
构 动机的转速，从而改善电
及 铭 牌
动机的运行性能。绕线形 转子的结构如图所示。
数
据
任 务 3．其他部分 一
了
解
三
相
气隙
异
步
电
风扇和风罩
动
机
的
吊环
基
本
结
构
及
铭
牌
数
据
轴承 接线盒
任 务 二、三相异步电动机的铭牌 一
异 步
的转动过程如下。
电
动 机 的
01
工
转子导体中产生感应电流
作
原
理
02
转子导体转动
二、转差率
任 务 1．转差率的定义
二
由上述分析可以看出，旋转磁场的转速与转子转速之差对于三相异步
掌 握 三
电动机转子的转动起决定性作用。为此，引入转差率的概念来衡量转子转 速与旋转磁场转速之间的关系。将旋转磁场的同步转速n1与转子转速n之差
任 务 3．接法 一
了 解
接法是指电动机三
三
相定子绕组与交流电
相 异 步
源的连接方法，分为 星形联结和三角形联
电
结，符号分别为Y和△
动 机 的
（D）。若铭牌上标有 两 个 电 压 值 如 380/220
基
V ， 接 法 为 Y/ △ ， 则 表
本 结 构
明当电源线电压为380 V时应采用星形联结；
机
一般三相绕组的排列和连接的方法为：计算极距→计算每极
定 子 绕
每相槽数→划分相带→组成线圈组→按极性对电流方向的要求分 别构成相绕组。
组
一、空载运行
任 1．空载电流和空载磁动势
务
四
当电动机空载，定子三相绕组
掌 握
接到对称的三相电源时，在定子绕 组中流过的（相）电流称为空载电
空载电流 I0 的有功分量 I0P 用
结
构
及
铭
牌
数
据
任 务 一 1．定子部分
了 解 三 相 异 步 电 动 机 的 基 本 结 构 及 铭 牌 数 据
任 务 一
了
解
三
定子铁芯装在机座里，
相
是异步电动机主磁通的一部
异
分。它由0.35～0.5 mm厚的
步 电 动
硅钢片叠压而成，有良好的 导磁性能，且表面涂有绝缘
机
漆，能够减少交变磁通通过
任 务 一、三相异步电动机的基本结构 一
了
三相异步电动机的种类很多，按照其转子结构的不同，可分为笼形异
解 步电动机和绕线形异步电动机；按照其外壳防护方式的不同，可分为开启
三 相 异
型、防护型和封闭型三相异步电动机；按照尺寸的不同，可以分为大型、 中型、小型三相异步电动机。常见的三相异步电动机的外形如图所示。
任 务 三
了
磁极对数
解
三 相 异 步
电动机的每相绕组在交 流电的作用下会产生旋转磁 场，旋转磁场的磁极N，S在
电
某一时刻交替分布，磁场中
动
磁极的个数称为极数，记作
机
2p。由于磁极是成对出现的，
定
磁场中N，S极的对数称为磁
子
极对数，记作p。
绕
组
任 务 三
了 解
Z0 2p
三
相
异
步 电
电角度 p 360
组
互相交叉。
单层同心式绕组
单层同心式绕 组是由几个几何尺 寸和节距不等的线 圈连成同心形状的 线圈组构成。
任 2．三相双层绕组 务
三
双层绕组是铁芯的每个线槽中分上、下两层嵌放两条线圈边的绕组。
了 解 三
为了使各线圈分布对称，安排嵌线时一般某个线圈的一条边如在上层，另 一条边则一定在下层。
相
异
步
电
动
直接套压在转轴上，大中
构 型异步电动机的转子铁芯
及 先套压在转子支架上，然
铭 牌
后再套装在转轴上。
数
据
任 务 笼形转子
一
了
笼形转子通常有铜排转
解 子和铸铝转子两种结构形式。
三 在转子铁芯的每个槽中放置
相 异 步
没有绝缘的铜条，在铜条的 两端用端环把铜条连接起来，
电 形成一个笼子的形状，称为
动 铜排转子，如图所示。
步 电
绕组U1U2，V1V2，W1W2 之间在空间上的位置差为
动
120°，如图所示。
机
的
工
作
原
理
将定子绕组首端U1， V1和W1中对应通入三相 交流电iU，iV和iW，波形 如图所示，相序为U— V—W。
任
三相电流各自在绕组中产生相应的磁场，该磁场按一定规律分布在定
务 子铁芯、转子铁芯和气隙之间，并随着三相交流电流的变化绕着中心轴在
绕
组
任
定子绕组的结构通常用展开图来表示。展开图是指将定子铁芯沿轴向
务
切开，展开成平面，将这种定子铁芯及绕组画成平面的图形。如图所示为
三
三相36槽4极单层交叉式绕组展开图。
了 解 三 相 异 步 电 动 机 定 子 绕 组
分极、分相图与U相绕组
任 务 三
了 解 三 相 异 步 电 动 机 定 子 绕 组
三相绕组
二、三相单层绕组和三相双层绕组 任
务 三
1．三相单层绕组
了
解
三 相
单层链式绕组
单层交叉式绕组
异
步
单层链式绕组是
单层交叉式绕组
电 动 机 定 子 绕
由几个几何尺寸和节 距都相同的线圈连接 而成，就整个外形来 说，形如长链，故称 为链式绕组。
的特点是：线圈个数 和节距都不相等，但 同一组线圈的形状、 几何尺寸和节距都相 同，各线圈组的端部
及
当电源线电压为220 V
铭 牌
时应采用三角形联结。
数
据
任
务 一
4．工作制
了
解
三
相
异
步 电
连续工作制
动
电动机可以
机
在额定状态下
的
长期连续运行，
基
不受时间限制。
本
结
构
及
铭
牌
数
据
周期断续工作制
指电动机按铭牌值工 作时，每运行一段时间 就要停止一段时间，如 此按一定周期重复运行。
短时工作制
指电动机按 铭牌值工作时只 能在规定的时间 内短时运行。
步
级标志符号，它后
电 动
面的两位数字分别
机
表示电动机的防固
的 基 本
体和防水的能力。 数字越大，防护能
结
力 越 强 。 如 IP11 是
构 及 铭
开 启 型 ， IP22 ， IP23 是 防 护 型 ，
牌
IP44是封闭型。
数
据
一、基本工作原理
任 务 1．旋转磁场 二
掌
握
三
相
将三相异步电动机
异
的定子绕组接成星形联结，
一、三相异步电动机定子绕组概述 任
务 三
1．定子绕组的要求和分类
了
解
三
相
电磁方面
异
步
电
在绕组中通过三相对称电流时，气隙中有
动
旋转磁场。
机
气隙中有旋转磁场时，绕组中产生对称的
定 子 绕 组
三相感应电动势。 三相绕组通过电流所建立的磁场在空间
的分布应尽量为正弦分布，而且旋转磁场在三
相绕组中的感应电动势必须随时间按正弦规律
变化。
任 务 三
了 解
结构方面
三
相
异
步
电
要求三相交流绕组必须对称分布，各相绕组的导
动
体数、并联支路数、导体的规格必须相同。
机
每相绕组在空间位置上应均匀分布，三相绕组在
定
空间位置上分别相差120°电角度。
子
每相绕组在空间上的分布规律相同。
绕
组
任 务
01
三
了
解
三 相
02
异
步
电
动
机 定
03
子
绕
组
04
按相数的不同
的
铁芯时引起的涡流损耗。定
基
子铁芯的内圆上冲有均匀分
本 结 构
布的槽口，槽内嵌放定子绕 组，如图所示。
及
铭
牌
数
据
任
务
一
了 解
常用定子铁芯的槽型有3种：开口型、半开口型和半闭口型，如图所示。 开口型的槽口宽度与槽宽相等，用以嵌放成型绕组，主要用在高压电动机
三 中；半开口型的槽口宽度为槽宽的一半或者稍大一点，也可以嵌放成型绕
二 空间不停地旋转，旋转过程如图所示。
掌 握 三 相 异 步 电 动 机 的 工 作 原 理
任 务
旋转磁场旋转的速度称为转速，也叫同步转速，符号为n1，单位为 r/min。上述讨论中定子绕组产生的磁场为两极磁场，即磁极对数 ，三相
二
交流电变化一个周期时，磁场也转动一周。当定子绕组连接形成的是两对
磁极时，可以分析出当三相交流电变化一个周期时，磁场转动半圈。经实