三相交流异步电动机的结构和原理

速的关系可知：n0=1000 r/min , 即 p=3
额定转差率为
sn 0n10 % 0109 07 0 150 02% .5%
n 0
1000
三、三相异步电动机的铭牌及主要系列 （一）三相异步电动机的铭牌
三相异步电动机
型号Y112M-2
编 号 ××××
4KW
8.2A
380V
接法
2890r/min 防护等级IP44
C
A
Z
N
X
B
B X
t 60
t 90
合成磁场旋转60°合成磁场旋转90°
分析可知：三相电流产生的合成磁场是一旋转的磁场
即：一个电流周期，旋转磁场在空间转过360°
2.旋转磁场的旋转方向 取决于三相电流的相序
任意调换两根电源进线 (电路如图)
IImm i iA iB iC
iA
A
0o
t
YX
iB B
Z C
任务1-3： 交流电动机结构、原 理和机械特性
要求：
1. 了解三相交流异步电动机的基本构造和转动 原理。
2. 理解三相交流异步电动机的机械特性 3. 理解三相交流异步电动机铭牌数据的意义。
电动机的分类： 交流电动机
电动机 直流电动机
同步电动机 三相电动机
异步电动机 单相电动机
他励、并励电动机
串励、复励电动机
鼠笼式异步交流电动机授课内容： 基本结构、工作原理、 机械特性
第一节 三相异步电动机的结构与工作原理
一、三相异步电动机的结构
（一）定子 （二）转子 （三）分类
与用途
1.定子
铁心：由内周有槽 的硅钢片叠成。
A ----X 三相绕组 B ----Y
C---- Z
机座：铸钢或铸铁
星形连接
三角形连接
鼠笼式
p4
90
750(转/分）
可见: 旋转磁场转速n0与频率f1和极对数p有关。
电动机的转动原理
1. 转动原理 定子三相绕组通入三相交流电
vA n0
Y NZ
F
旋转磁场
n0
60f1 p
(转/分 ）C
F
S
B
方向:顺时针
X
切割转子导体 Blv
右手定则
感应电动势 E20
感应电流 I2 旋转磁场
Bli
左手定则
电磁力F
当 U1 一定时，Tmax为定值
(2) sm与 R2 有关， R2 sm n 。绕线式电
机改变转子附加电阻R´2 可实现调速。
过载系数(能力) T max
TN
一般三相异步电动机的过载系数为
1.8~2.2
工作时必须使T2 <Tmax ，否则电机将停转。
I2 I1 电机严重过热而烧坏。
3. 起动转矩 Tst 电动机起动时的转矩。
LW 79dB（A）
50HZ
××Kg
ZBK2007-88
工作制
B级绝缘
××年××月
××电机厂
1．型号 2．额定值 额定功率PN 额定电压UN 额定电流IN 额定频率fN 额定转速nN
（二）三相异步电动机主要系列
常用的Y系列异步电动机有Y（IP44）封闭式、Y（IP23） 防护式小型三相异步电动机，YR（IP44）封闭式、YR（IP23） 防护式绕线型三相异步电动机，YD变极多速三相异步电动机， YX高效率三相异步电动机，YH高转差率三相异步电动机，YB 隔爆型三相异步电动机，YCT电磁调速三相异步电动机，YEJ 制动三相异步电动机，YTD电梯用三相异步电动机，YQ高起动 转矩三相异步电动机等几十种产品。
电磁转矩T
n
转差率
由前面分析可知，电动机转子转动方向与磁场
旋转的方向一致，但转子转速 n 不可能达到与旋转
磁场的转速相等，即
如果: n n0 n n0
异步电动机
转子与旋转磁场间没有相对运动，磁通不切
割转子导条 无转子电动势和转子电流
无转矩
因此，转子转速与旋转磁场转速间必须要有差别。
旋转磁场的同步转速和电动机转子转速之差与
变电动机的机械特性。
绕线式： 结构复杂、价格较贵、维护工作量大；转子
外加电阻可人为改变电动机的机械特性。
二、三相异步电动机的转动原理
旋转磁场
1.旋转磁场的产生
iA Im s int
定子三相绕组通入三 iB Im sint 120
相交流电(星形联接)
iA
iC Im sint 120
A ZX
Im i iA iB iC
AA
SY
iC
Z
结论： 任意调换两根 电源进线，则旋转 磁场反转。
C
BN
X
t 0
AA Y
S
Z
NC
B
X
t 60
3.旋转磁场的极对数P
iA
A
Im i iA
iB
iC
o
ZX
iC C
Y B
iB
当三相定子绕组按
t
A
YN
Z
图示排列时，产生一对 磁极的旋转磁场，即：
C
SB
X
p 1
t 0
若定子每相绕组由两个线圈串联 ，绕组的始端 之间互差60°，将形成两对磁极的旋转磁场。
定子感应电势频率 f 1 转子感应电势频率 f 2 转子感应电势频率 f 2
f2n 0 6 n 0pn 0 n 0nn 6 0p0 sf1
2. 转子感应电动势E 2
E2= 4.44 f 2N2 = 4.44s f 1N2
当转速 n = 0(s=1)时， f 2最高，且 E2 最大，有
E20= 4.44 f 1N2
第二节 三相异步电动机的电路分析
三相异步电动机的电 磁关系与变压器类似。
变压器： 变化 e U1 E1= 4.44 f N1
E2= 4.44 f N2
E1 、E2 频率相同，都等 于电源频率。
U1
4.44f N1
i1
i2
+ u1
－
－
e1
e－+1
+
+
－e2
e+ 2
－
f1 f2
异步电动机每相电路
定子电路
n0 n
T
K
R22
sR2U12 (sX20)2
起动时n= 0 时，s =1
Tst
K
R2U12 R22 X202
(1)T stU 1 2,U 1 T st
(2) Tst与 R2 有关， 适当使
R2 Tst 。对绕线式
电机改变转子附加电阻
R´2 , 可使Tst =Tmax 。
O
Tst
T
Tst体现了电动机带
n0 n
电机带动最大负载的能力
TK R22
sR2 (sX20)2
U12
令： d T dS
s sm
临界转差率
0 求得
O
T
R2 X20
Tmax
将sm代入转矩公式，可得
Tmax
K
U12 2X20
转子轴上机械负载转矩T2 不能大于Tmax ，否则将 造成堵转(停车)。
Tmax
K
U12 2X20
(1 )T ma x U 1 2,U 1T ma x
1.旋转磁场的磁通
异步电动机：旋转磁场切割导体 e，
每极磁通
U1 E1= 4.44 f 1N1
U1
4.44f1N1
ΦU1
2.定子感应电势的频率 f1
感应电势的频率与磁场和导体间的相对速度有关
旋转磁场与定子导体间的相对速度为 n0 ，所以
f1
pn0 60
f 1= 电源频率 f
转子电路
1. 转子感应电势频率 f 2 ∵定子导体与旋转磁场间的相对速度固定，而转子 导体与旋转磁场间的相对速度随转子的转速不同而 变化 旋转磁场切割定子导体和转子导体的速度不同
旋转磁场的转速取决于磁场的极对数
p=1时
n0 60f1
i
(转/分） IImm
iA
iB
iC
工频：f150 Hz
0o
t
n0 300(转 0/分 ）
A
NZ
Y B
CS
X
A
SZ
Y
B
C
N
X
A
NZ
Y B
CS
X
p=2时
C
Y A
N
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
•Z
•
X
B
S
S
B
X
•
Z • N C
A Y
Im i iA
t 0
iB iC
0
t
30 Y
C
S
U 14.44 f1N 1Φ m
由此得电磁转矩公式
TKR22
sR2 (sX20)2
U12
电磁转矩公式
TKR22s(sR 2X20)2 U12
由公式可知
1.
T
与定子每相绕组电压U
2 1
成正比。U
1
T
2. 当电源电压 U1 一定时，T 是 s 的函数。
3. R2 的大小对 T 有影响。绕线式异步电动机可外
2πn
n
额定转矩 60
O
TN 955n0PNN((转 千/分 瓦 ))
TN
(N • m)
T
如某普通机床的主轴电机(Y132M-4型) 的额定功
率为7.5kw, 额定转速为1440r/min, 则额定转矩为
T N95n P 5 N N 0951 7 5.5 40 440 .7 9N .m
2.最大转矩 Tmax
W2 U2 V2
W2 U2
V2
W1
Y 联V结1 U1 V1 W1
W2 U1
W2 U2 V2
W1 V2
V1 U2 U1 V1 W1
旋转磁场的同步转速之比称为转差率。
转差率s
s n0n0 n100%
转子转速亦可由转差率求得
n(1s)n0
异步电动机运行中: s(1~9)%
例1：一台三相异步电动机，其额定转速
n=975 r/min，电源频率 f1=50 Hz。试求电动机的 极对数和额定负载下的转差率。
解：根据异步电动机转子转速与旋转磁场同步转
A
N
Z •B
n0
X
•
•
B
•N
Z
X
S
C
A Y
t60
n0
60f1 2
1
50(转 0 /分
）
旋转磁场转速n0与极对数 p 的关系
n0
60f1 p
(转/分)
极对数
每个电流周期
同步转速
磁场转过的空间角度 (f150 H)z
p 1
360
3000(转/分）
p2
180
1500(转/分）
p 3
120
1000(转/分）
iC C
Y
o
B
t
iB
Im i iA iB iC
o
()电流入 Y
tC
A n0
Z
规定 i : “+” i : “–”
首端流入，尾端流出。 尾端流入，首端流出。
B X (•)电流出
三相电流合成磁
i
Im
iA
iB
iC
场的分布情况 动画
o
t
n0
A
YN
Z
C
SB
X
t 0
合成磁场方向向下
Y
CS
600
60
A
NZ
Y
S
2.转子 绕线式
铁心：由外周有槽的硅钢片叠成。 (1) 鼠笼式转子
鼠笼转子
铁芯槽内放铜条，端 部用短路环形成一体。 或铸铝形成转子绕组。 (2) 绕线式转子
同定子绕组一样，也分为三相，并且接成星形。
转子: 在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电 流。
鼠笼式电动机与绕线式电动机的的比较：
鼠笼式： 结构简单、价格低廉、工作可靠；不能人为改
iA
A
Y A
X A'
C
Z
Z' X'
X
B
iC
C' Y' Y
Z B'
C
B
iB
B
X
Z
C
A Y
iA
A
X A'
Z' X'
iC
C
C' Z
Y' B'
Y
B
iB
C
Y A
N
•Z
•
X
S
B
S
B
X
•
Z • N C
A Y
Im i iA iB iC
0
极对数 p 2 动画
旋转磁场的磁极对数
t 与三相绕组的排列有关
4.旋转磁场的转速
载起动的能力。
若 Tst > T2电机能起
动，否则不能起动。
起动能力K st
T st TN
4. 电动机的运行分析 T2 T2 >T n s T
n
n0
n
常用特 性段
达到新的平衡 T =T2
此过程中， n 、sE2 , I2 I1 O
T
电源提供的功率自动增加。
T2 T´2
电动机的电磁转矩可以随负载的变化而自动调
即E2= s E20
转子静止时 的感应电势
转子转动时 的感应电势
3. 转子感抗X 2
X 2 2f2 L σ 2 2sf1 L σ 2
当转速 n = 0(s =1)时， f 2最高，且 X2 最大，有
X20= 2 f1L2
即X2= sX20
4. 转子电流 I2 转子绕组的感应电流
I2
E2 R22 X22
sE20
R22 (sX20)2
5. 转子电路的功率因数
s0 I20(nn 0)
s1I2max
cos2
E20 R22X220
cos 2
R2
R
2 2
X
2 2
s很小 R 2时 S 2 X0
cos2 1
R2
R
2 2
( sX
20 ) 2
s较 大 R 2时 s X20
cos2
1
s
I2、cos2随S变化曲线
转子绕组的感应电流
I2
E2 R22X22
sE20 R22(sX2)02
(n s I2)
转子电路的功率因数
I2, cos2 I2
cos2
R2
R22 (sX20)2
(n sc o 2s )
结论：转子转动时，转
cos2
子电路中的各量均与转
O
1
s
差率 s有关，即与转速 n有关。
三相异步电动机转矩与机械特性
转矩公式
转子中各载流导体在旋转磁场的作用下,受到 电磁力所形成的转矩之总和。
FBli
TΦ,I2,co2s
TK T Φ I2co 2s
常数，与电 机结构有关
旋转磁场 每极磁通
转子电流
转子电路的 功率因数
TKTΦ I2co 2s
由前面分析知：
I2
cos2
sE20
R22
(sRX2 20)2
R22 (sX20)2
整，这种能力称为自适应负载能力。
自适应负载能力是电动机区别于其它动力机械 的重要特点（如：柴油机当负载增加时，必须由 操作者加大油门，才能带动新的负载） 。
接法
定子三相绕组的联接方法。通常
W2 U2 V2 电机 3 容 k W 量 Y 联结
U1 V1 W1 电机 4 容 kW 量 联结
接线盒
U1
接电阻来改变转子电阻R2 ，从而改变转距。
机械特性曲线
根据转矩公式 得特性曲线：
T
Tmax
T
K
R22
sR2U12 (sX20)2
nnN0 n
Tst
TN
O
SN Sm
1S
T f(s)曲线
O
T N Tst Tmax T
n f(T)曲线
三个重要转矩
1.额定转矩TN
n nnN0
电动机在额定负载时的转矩。
T P 9550P