第十章-三相异步电动机的机械特性

pCu 2

3 I 2 2
1 s
s
r2

(1
s)PT

P2

Pm

pm

pad
4、转矩表达式
T

Pm

(1 s)PT
(1 s)0

PT
0

PT 9.55 PT
2n1 / 60
n1
9.55 Pm n

T2

P2


P2
2n / 60
9.55
气隙
F2 I2 N2
1
1 e 1



m
2

2
e
2


E1 E2
U R2 I2R2
转子
2、异步电机的基本方程式及等效电路
U 1E1

E 1 Im
I1(r1 (rm jxm
jx1 ) ) Im
(2) 旋转磁场的转速
旋转磁场的转速称为同步转速，用n0表示。
n0

60 f1 p
(r
/
min)
由于我国电网频率 f1 固定为50Hz，极对数P只能为 整数，所以同步速只有固定的几种可能，常见的有：
P1 2 3 4 5 6 n0 3000 1500 1000 750 600 500
结论：改变电源频率或极对数可以改变气隙磁场 转速。
笼型绕组：用铝浇铸而成或用铜条焊接而成，所 有导条都通过端环自行形成闭合回路。
绕线型绕组： 铜线绕成的三相对称绕组， 星形 接法， 通过集电环引出，可自成回路也可通过外 电阻形成闭合回路。
绕线型转子的外形结构
绕线转子异步电动机转子绕组结构示意图
二、异步电动机的基本工作原理
1、旋转磁场 (1) 旋转磁场的产生
Z
E 1
m

I1
Z1

E 2'

E 1

I2'
(
r2' s
E
' 2

jx
' 2
)

I1

I2'

Im
注意：等效电路是某一相的等效电路，而不是整 台电机的等效电路。
异步电动机简化等效电路
从简化等效电路得：
I2
U1 (r2 / s r1 )2 ( x1 x2 )2
(3) 旋转磁场的方向 旋转磁场沿着U1→V1→W1方向旋转，与三相
绕组中的三相电流的相序L1→L2→L3是一致的。 结论：改变电源相序可以改变气隙磁场转向，从 而改变电机的转向。
2、三相异步电动机的转动原理 三相异步电动机的定子绕组接通三相交流电源
后，在电动机内部产生旋转磁场，转子在旋转磁场 的作用下就会转动起来。
3、功率平衡方程式：
P1 3U1I1 cos1

pCu1

3 I12 r1
pFe

3
I
2 m
rm
PT P1 pCu1 pFe

PT


3E2 I2 cos2

3 I 2 2
r2 s

pCu 2

3 I 2 2 r2

sPT

Pm

PT

随着转速的升高，转子回路频率逐步降低。
正常运行的异步电动机，其转子回路频率与定 子回路频率不一致，为了便于分析问题，通常把转 子回路参数折算成频率为工频的参数，并用上标 “ ’ ”加于区别。
三、异步电机的分析
1、异步电动机的电磁关系
定子
U1

I1 I2

U R1 I1R1 F1 I1N1
3、额定电流I1N：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的线电流，单位：A。
4、额定频率f1N：我国规定电网工频为50Hz。 5、额定转速nN：电动机在定子额定电压、额定频率 下，轴上输出额定功率时的转子转速，单位：r/min。
§10-1 机械特性的三种表达式
三相异步电动机的机械特性是指在电动机定 子电压、频率以及绕组参数一定的条件下，电动 机电磁转矩与转速或转差率的关系，即 n = f (T) 或 s = f (T)。
启动时，转子静止， 磁场旋转，转子导体切割 磁场感应出电流；载流导 体与磁场作用产生电磁力 矩拖动转子旋转。
思考：转子转速能否达 到同步速？
3、转差率
由于需要有相对运动才能产生驱动转子旋转的 力矩，所以转子与气隙磁场之间总有一定的转差， 转差与同步速的比值称为转差率：s = ( n0 – n )/n0。 在同步速一定的情况下，转差率与转子转速之间的 关系是固定的，在很多情况下用转差率表示电机的 转速更方便于分析问题。
§10-0 三相异步电动机的基础知识 一、三相异步电机的结构
三相异步电动机由定子(固定部分)和转 子(旋转部分)两个基本部分构成。
1、定子Leabharlann Baidu
定子铁芯：起导磁作用。0.35~0.5mm硅钢片冲制、 涂漆、叠压而成，内圆均匀开槽，用于嵌放定子三 相绕组。 定子绕组：起导电作用。漆包线绕制线圈，若干线 圈按一定规律连接成三相对称绕组，定子三相绕组 可以接成星形或三角形。 机座： 起支撑和固定作用。铸铁或钢板焊接而成。
P2 n

T0

pm pad


pm pad
2n / 60
9.55
pm
pad n
其中：
0

2n0
60
为同步机械角速度。
四、异步电动机的额定参数
1、额定功率PN：电动机在额定运行时，轴上输出的 机械功率，单位：W或kW。
2、额定电压U1N：电动机额定运行时，加在定子绕组 上的线电压，单位：V。
三相异步电动机定子绕组接法
联接方式对电机参数的影响
Il U
UΦ
IΦ
Ul
Il U
Ul
IΦ UΦ
V
W
星形接法：
U Il
l

3U I

V
W
三角形接法：
U Il
l

U 3I

2、转子
铁芯： 起导磁作用。 硅钢片冲制、涂漆、叠压 而成，外圆开槽，用于嵌放转子绕组。
绕组：起导电作用，分为鼠笼型和绕线型两种 。 相应的电机称为笼型转子异步电动机和绕线转子异 步电动机。
机械特性可用函数表示，也可用曲线表示， 用函数表示时，有三种表达式：物理表达式、参 数表达式和实用表达式。
一、物理表达式
T PT m1E2 I2 cos2
从转差率的定义可以看出，电机速度越低转差 率越大，通常情况下sN = 0.015~0.06，电动机起动 时 s = 1，空载运行时 s < 0.05。
4、转子回路的频率：
f2

p n
60

p(n0 n) 60
pn0 60
n0 n n0

s
f1
电机刚起动时，转子回路频率与电网频率相同，