三相异步电动机及控制电路(教案)

三相异步电动机的工作原理及控制电路

三相异步电动机和其他电动机想比较，具有结构简单，制造方便、运行可靠、价格低廉等一系列优点，因此应用广泛。

三相异步电动机的原理和结构

一、三相异步电动机的工作原理

（一）、三相交流电机的旋转磁场

1、旋转磁场的产生：三相交流电通给三相定子绕组（三个线圈彼此互隔1200分布在

定子铁心内圆的圆周上）

经过画图分析不同时间产生的磁场的位置，发现旋转磁场，并找出其特点

2、旋转磁场的特点：大小不变，以一个转速向某一个方向旋转，这个转速把它命名

为旋转磁场的同步转速n1

n1=60 f / p （f为电源频率；p为磁极对数）

3、思考：如何改变旋转磁场的方向？

方法：任意调换三相电源中的任意两根相线（交换两根相线即改变了三相电源的相序，从而可以改变旋转磁场的方向）

（二）、三相异步电动机的工作原理

1、分析工作原理：三相电通给定子绕组，产生旋转磁场，静止的转子相对于旋转磁场有一个相对的切割磁力线的运动，产生感应电动势，产生感应电流，转子绕组上有了电流，在磁场中会受到电磁力的作用，形成电磁转矩T，驱动转子旋转起来，实现了电能转换成机械能的目的。

2、体会“三相异步电动机”名称的由来：

“三相”：三相电通入三相定子绕组

“异步”：不同步，肉眼看不见的旋转磁场转速n 1 和看到的转子转速n 2大小不同（方向相同），且n 1 >n 2

“电动机”：最终实现了电能转换成机械能

3、简化模型：

在三相异步电动机的工作原理中：给定子绕组

通电，然后转子绕组通过电磁感应产生电，这

一点与变压器相似（一次侧通电，二次侧感应

出电），所以经常为了分析的方便将三相异步

电动机的结构比作变压器，如右图：

4、思考：如何改变转子旋转的方向？

方法：通过任意调换两相电流的相序，改变旋转磁场的方向，就改变了转子的旋转方向

5、转差率 S=（n 1-n ）/n 1

转子从静止开始运行，转差率S 是从1趋向于0（但不能等于0，0

二、 三相异步电动机的基本结构

1、 三相异步电动机的结构

基本结构：定子有定子铁心和定子绕组

转子有转子铁心和转子绕组

定子与转子之间的气隙

材料：铁心均由硅钢片叠压而成；

转子绕组：可分为笼型和绕线型（其中笼型因结构简单等得到广泛应用）

三、三相异步电动机的铭牌数据

1、额定容量（功率）P N （单位：KW）

含义：指转轴上输出的机械功率

表达式：机械功率=电动机的有功功率 电动机效率

2、额定电压U N （单位：V）：加在定子绕组上的线电压

3、额定电流I N （单位：A）：输入定子绕组的线电流

4、额定转速n N （单位：r/min）

5、额定频率f N（单位：HZ）：我国工频为50HZ

6、绝缘等级

7、接法：定子绕组有Y和△两种接法

三相异步电动机的起动

一、起动要求：

1.应有足够大的起动转矩T S ；

2.在保证T S 足够大前提下，起动电流I S越小越好

二、笼型异步电动机的起动

（一）、直接起动（全压起动）

1、分析过程：

在起动瞬间n=0，切割旋转磁场的速度最快，所以产生的感应电动势和感应电流

最大，相对应的定子绕组的起动电流过大，是额定电流（4-7）倍；

2、存在问题：

（1）起动电流过大，引起电网电压明显降低和电机发热

（2）起动转矩由于磁通和功率因素低，所以起动转矩T S 并不大，若低于负载转矩，则无法带动负载起动

故一般直接起动只适用于小型的笼型异步电动机（与电源容量相比），可按经验公式来确定是否能直接起动

（二）、笼型异步电动机的减压起动

为了能安全起动，对笼型异步电动机实行减压起动

1.定子串接电抗器或电阻的减压起动

方法：起动时，电抗器或电阻接入定子电路；起动后，切除电抗器或电阻，进行正常运行

特点：能耗较大，实际应用不多，不深入研究。

2.Y-△起动

方法：起动时将定子接成Y形，运行时定子绕组接成△形

研究起动情况：Is Y= 1/3 * Is△Ts Y= 1/3 * Ts△

适用场所：运行于△形的笼型异步电动机，轻载起动

3.自耦变压器起动

方法：起动时接入自耦变压器，运行时切除自耦变压器全压运行

研究起动情况：Is’= k2 * Is Ts’= k2 * Ts（k为变压比且k <1）

适用场所：轻载起动

总结：笼型异步电动机的降压起动可以降低起动电流的大小，但与此同时起动

转矩也减小了，所以它只适用于轻载起动

三、三相异步电动机的调速

由转差率公式S=（n1-n）/n1 得：n= n1 (1-S)=60f1(1-s)/p

所以调速方法有：1、改变定子绕组的磁极对数p-----变极调速

2、改变供电电网的频率f1-----------变频调速

3、改变定电动机的转差率S，方法有改变电压

调速、绕线式电机转子串电阻调速和串级调速。

（一）、变极调速

方法：通常用改变定子绕组的接法来改变磁极对数，转子均采用笼型转子

原理：将定子绕组串联，p大，电动机低速运行；将定子绕组并联，p小，电动机高速运行

接线方式：△（低速）/YY（高速）、Y（低速）/YY（高速）等

（二）、变频调速

方法：改变电源频率

注意点：电源频率降低调速时，若电源电压不变时，则磁通将增加，是铁心饱和，从而导致铁损增加，这是不允许的。因此在变频调速的同时，为了保证磁通不变，就必须降低电源电压。使U1/f1 为常数。

（三）、改变转差率S

1、改变定子电压调速