1、第四章 三相異步電動機(jī)原理,4.1 三相異步電動機(jī)的基本工作原理與結(jié)構(gòu) 4.2交流電機(jī)繞組 4.3交流電機(jī)的感應(yīng)電動勢 4.4交流電機(jī)繞組的磁動勢 4.5三相異步電動機(jī)的空載運(yùn)行 4.6三相異步電動機(jī)的負(fù)載運(yùn)行 4.7三相異步電動機(jī)的等效電路和向量圖,4.1三相異步電動機(jī)的基本工作原理與結(jié)構(gòu) 一、三相異步電動機(jī)結(jié)構(gòu),鼠籠式異步電動機(jī)外形,繞線式異步電動機(jī)外形,異步電動機(jī)定子1,異步電動機(jī)定子,鼠籠式轉(zhuǎn)子,繞線式轉(zhuǎn)子,繞線式定子與轉(zhuǎn)子,異步電動機(jī)定子上有 三相對稱的交流繞組,鼠籠繞組,繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)剖面圖,三相對稱交流繞組通入三相對稱交流電流時，將在電機(jī)氣隙空間產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場 (swf),二、

2、三相異步電動機(jī)的工作原理,異步電動機(jī)定子上有三相對稱的交流繞組,轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割磁力線，并產(chǎn)生感應(yīng)電勢,轉(zhuǎn)子導(dǎo)體通過端環(huán)自成閉路，并通過感應(yīng)電流,感應(yīng)電流與旋轉(zhuǎn)磁場相互作用產(chǎn)生電磁力,電磁力作用在轉(zhuǎn)子上將產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，并驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn) (swf),三相異步電動機(jī)定子繞組加對稱電壓后，產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)氣隙磁場，轉(zhuǎn)子繞組導(dǎo)體切割該磁場產(chǎn)生感應(yīng)電勢。由于轉(zhuǎn)子繞組處于短路狀態(tài)會產(chǎn)生一個轉(zhuǎn)子電流。轉(zhuǎn)子電流與氣隙磁場相互作用就產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，從而驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。電動機(jī)的轉(zhuǎn)速一定低于磁場同步轉(zhuǎn)速，因?yàn)橹挥羞@樣轉(zhuǎn)子導(dǎo)體才可以感應(yīng)電勢從而產(chǎn)生轉(zhuǎn)子電流和電磁轉(zhuǎn)矩。所以該電機(jī)被稱為異步機(jī)，也叫感應(yīng)電機(jī)。,三、三相異步電動機(jī)的名牌

3、數(shù)據(jù),章目錄,五、異步電動機(jī)的工作原理 定子對稱三相繞組 有三相對稱電流,定子和轉(zhuǎn)子間有旋轉(zhuǎn)磁場（ n0） 切割轉(zhuǎn)子均勻分布的閉環(huán)導(dǎo)體 轉(zhuǎn)子導(dǎo)體產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,N,S,n0,轉(zhuǎn)子閉合導(dǎo)體有電流,如不考慮相位差，電勢方向同電流方向,由左手定則知轉(zhuǎn)子導(dǎo)體受力，其方向同磁場反向，這時轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，即電動機(jī)工作，轉(zhuǎn)速為n。,六、三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速與運(yùn)行狀態(tài) 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n能否超過同步轉(zhuǎn)速n0 ？答在無外力作用時，電動狀態(tài)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n不能超過同步轉(zhuǎn)速n0。即n n0 。,f,f,n,用右手定則知N極下轉(zhuǎn)子電動勢方向指里，S極下轉(zhuǎn)子電動勢方向指外,假設(shè)n =n0 ，旋轉(zhuǎn)磁場不切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體，則無感生電動勢，無電流，

4、也就無電磁力，轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)了。只由n n0 旋轉(zhuǎn)磁場和轉(zhuǎn)子導(dǎo)體有相對運(yùn)動，轉(zhuǎn)子才受到電磁轉(zhuǎn)矩。這就是異步電動機(jī)的由來。,定義（ n0- n ）為轉(zhuǎn)差，把轉(zhuǎn)差與同步轉(zhuǎn)速n0 之比的百分值叫做轉(zhuǎn)差率S。即： S= （ n0 -n ）/ n0 *100%,如果用一原動機(jī)或其它轉(zhuǎn)矩去拖動異步電動機(jī)，使它的轉(zhuǎn)速超過同步轉(zhuǎn)速， n n0 ,S0,旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體的,n0,n,T,N,章目錄,方向相反，導(dǎo)體中的電動勢與電流方向都反向。由左手定則知電磁力與旋轉(zhuǎn)磁場和轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向相反，這是制動轉(zhuǎn)矩。這時原動機(jī)對異步電動機(jī)輸入機(jī)械功率，而通過電磁感應(yīng)由定子向電網(wǎng)輸送電功率，電動機(jī)處在發(fā)電機(jī)狀態(tài)。,如果異步電動機(jī)

5、的外轉(zhuǎn)矩使轉(zhuǎn)子逆著旋轉(zhuǎn)磁場的方向旋轉(zhuǎn)，即n1,此時轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中的電動勢和電流反向仍和電動機(jī)一樣，電磁轉(zhuǎn)矩方向仍與旋轉(zhuǎn)磁場一致，,n0,n,但與外轉(zhuǎn)矩方向（n)相反。電磁轉(zhuǎn)矩是制動轉(zhuǎn)矩，此時電網(wǎng)對電動機(jī)輸送電功率，從轉(zhuǎn)子吸收機(jī)械功率。,T,N,章目錄,4.2 交流電機(jī)的繞組,繞組：按一定規(guī)律排列和連接的線圈的總稱,交流繞組的基本概念,元件(線圈),(a)單匝線圈 (b) 多匝線圈 (c) 多匝線圈簡易畫法,定子繞組stator winding電路部分感應(yīng)電勢。 定子鐵心core磁路部分，放置定子繞組。 一般采用導(dǎo)磁性能良好和比損耗小的電工硅鋼片疊成。 為了嵌放定子繞組，在定子鐵心內(nèi)圓沖出許多形狀相

6、同的槽定子槽slot。,鐵心,7-1 基本要求和繞組分類,電機(jī)繞組： 產(chǎn)生感應(yīng)電勢、產(chǎn)生磁勢 繞組要求： 1. 在一定導(dǎo)體數(shù)下，獲得比較大的基波電勢及磁勢 2. 在三相時產(chǎn)生的三相電勢、磁勢必須對稱 3. 電勢波形盡量接近于正弦 4. 用銅量少，散熱性好 5. 工藝簡單，維修方便,繞組分類： 相數(shù)：單相 ，三相，雙相 層數(shù)：單層， 雙層 每極每相槽數(shù)：整數(shù)槽及分?jǐn)?shù)槽,三相單層集中整距繞組,三相：A、B、C 單層：每槽中只放一個線圈邊 集中：每一相只有一個線圈 整距：線圈的節(jié)距等于一個極距,三相繞組結(jié)構(gòu)特點(diǎn),三相繞組展開圖,三相繞組的軸線,三相繞組的Y連接,單層分布繞組的展開圖,7-2 分析繞組

7、時常用的幾個量,極距,相鄰兩磁極對應(yīng)位置兩點(diǎn)之間的圓周距離 幾何尺寸每極所對應(yīng)的定子內(nèi)圓弧長,槽數(shù)表示極距：即用每磁極下所占槽數(shù)來表示，Z為總數(shù)，P極為對數(shù),節(jié)距 y (跨距),表示元件的寬度。元件放在槽內(nèi)，其寬度可用元件兩邊所跨越的槽數(shù)表示。,y,電角度,磁密在空間為正弦分布，一對磁極便對應(yīng)于一個完整正弦波，相當(dāng)于360。如果磁極極對數(shù)是p，整個圓周有p個完整正弦波，相當(dāng)于p 360。從幾何的觀點(diǎn)來看，整個圓周只有360。 圓周的空間幾何角度稱為機(jī)械角度，而圓周上對應(yīng)于磁場分布的角度稱為電角度。,電角度p機(jī)械角度,極 距： 定子內(nèi)表面用長度表示的每極所占空 間距離，可以用所跨槽數(shù)表示，也可

8、以用所占空間電角度表示。,空間電角度 ：把一對主磁極表面占的空間距離用空間 電角度表示，定義為360空間電角度。,線圈節(jié)距y1 ： 一個線圈的兩個線圈邊間沿定子內(nèi)表 面間的距離。,相帶,為了三相繞組對稱，在每個極面下每相繞組應(yīng)占有相等的范圍相帶。 每個極對應(yīng)于180電角度，如電機(jī)有m相，則每個相帶占有1800/m 電角度。三相電機(jī)m3，其相帶為60 /3，按60相帶排列的繞組稱為60相帶繞組。,60相帶繞組 把每對極所對應(yīng)的定子槽等分為六個等分。依次稱為a、c、b、a、c、b相帶，各相繞組放在各自的相帶范圍內(nèi),每一相繞組都有首端，又有末端，以A相為例，則三相繞組A-X、B-Y、C-Z、在空間上

9、分布為A-Z-B-X-C-Y共有六部分，即總的繞組應(yīng)分為六部分，分屬AZBXCY，每一部分在每極下占有的電角度稱為相帶，一般用600相帶,A,Z,B,B,X,X,C,C,Y,Y,A,Z,N,N,S,S,600,每極每相槽數(shù)q,每個極面下每相占有的槽數(shù)。已知總槽數(shù)Z、極對數(shù)p和相數(shù)m為，則,q1分布繞組 整數(shù)槽繞組q為整數(shù) 分?jǐn)?shù)槽繞組q為分?jǐn)?shù),槽距角,相鄰兩槽之間的電角度,已知總槽數(shù)Z、極對數(shù)p：=（P360）/Z,A,Z,B,B,X,X,C,C,Y,Y,A,Z,N,N,S,S,槽電動勢星形圖,各槽導(dǎo)體感應(yīng)電動勢大小相等，相鄰槽導(dǎo)體電勢相位差相同。將各槽導(dǎo)體電勢相量畫在一起，組成一個星形，稱為槽

10、電勢星形圖。,4.3 三相異步電動機(jī)繞組的感生電動勢,氣隙磁密分布,討論定子繞組內(nèi)感應(yīng)電動勢時，氣隙磁場切割定子繞組可以看成下圖中所示的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，在定子繞組中所感應(yīng)產(chǎn)生的電動勢。,瞬時值的表達(dá)式,有效值的表達(dá)式,1、整距線圈的電動勢,二、線圈組的感應(yīng)電動勢,一個線圈組電動勢的有效值為,三、相繞組的感應(yīng)電動勢相電勢,對單層繞組而言，每個相繞組有p個線圈組，并聯(lián)支路數(shù)為a，每個線圈的匝數(shù)為Ny，則每個相繞組串聯(lián)匝數(shù)為,所以單層繞組相電動勢基波的有效值為,對雙層繞組而言，每個相繞組有2p個線圈組，每個相繞組串聯(lián)匝數(shù)為,所以雙層繞組相電動勢基波的有效值為,定子銅損 Pcu1=m1I12r1 （圖5.4

11、.1） 轉(zhuǎn)子銅損 Pcu2=m1I22r2 定子鐵損 PFe=m1I02rm 傳給轉(zhuǎn)子的電磁功率PM=m1 r2/s=m1E2I2cos 2 軸上輸出功率 P2=m1I22 r2 (1-s)/s （5-29）,電磁轉(zhuǎn)矩 電磁轉(zhuǎn)矩指轉(zhuǎn)子電流I2與主磁通m相互作用產(chǎn)生的電磁力形成的總力矩。它等于電動機(jī)總機(jī)械功率P m除以轉(zhuǎn)子的角速度。（5-34）-（5-39）,4.8 異步電動機(jī)的功率傳遞和轉(zhuǎn)矩平衡 由T型等值電路可以得到全部能量關(guān)系,一、空載試驗(yàn) 空載試驗(yàn)的主要目的是測電機(jī)的勵磁參數(shù)。三相異步電動機(jī)的空載試驗(yàn)理論上應(yīng)是轉(zhuǎn)子在同步轉(zhuǎn)速下進(jìn)行，但需要原動機(jī)拖動轉(zhuǎn)子，這樣同步也有難度。實(shí)驗(yàn)時(異步電動

12、機(jī)）電動機(jī)軸上不加任何負(fù)載（對于繞線電動機(jī)轉(zhuǎn)子還要開路）。 步驟：電壓從1.2VN開始,逐漸降低電壓，直到電機(jī)的轉(zhuǎn)速明顯下降，定子的電流回升為止，測出7-9個點(diǎn)，每次測電壓、空載電流、功率和轉(zhuǎn)速， 可以繪出空載特性（I0和P0隨U0的變化）曲線。,I0,U0,輸入電機(jī)功率 P0= m1I02r1 +PFe+Pm（忽略轉(zhuǎn)子銅耗及附加損耗Pcu2+Ps）,P0,4.9異步電動機(jī)的參數(shù)測定 等值電路參數(shù)可以由制造廠家提供，也可以由實(shí)驗(yàn)方法測得，方法同變壓器。,空載時認(rèn)為定子銅耗和鐵耗與電壓大小有關(guān)，機(jī)械損耗僅于轉(zhuǎn)速有關(guān)。 P0- m1I02r1 =PFe+Pm （P0- m1I02r1）可以測出（r

13、1也可以由短路參數(shù)求得，也可以直接測得）。而鐵耗認(rèn)為與電壓的平方成正比。此時I2=0，S=0（n=n0)。可以繪出PFe+Pm=f曲線。 Pm隨n變化不大，認(rèn)為是常數(shù),U02,PFe+Pm,（P0- m1I02r1）,Pm,PFe,當(dāng)電壓等于0時，測得的僅是鐵耗 (n=0,Pm=0) 。這樣延長曲線，使其與縱軸相交，交點(diǎn)坐標(biāo)就是機(jī)械損耗Pm，過這一點(diǎn)作一與橫軸,的平行線，這個高度上面就是鐵耗PFe 。,可以測得P0和I0，算出每相的電壓、功率和電流。 Z0=UN/I0,UN,r1,x1,xm,rm,空載時異步電動機(jī)的等效電路,r1+rm=r0=(P0-Pm)/I02,I0,P0由功率表測出， Pm由上圖求得。,x0=,xm=x0-x1,rm= Pm/ I02,Zm=,二、短路試驗(yàn) 定子和繞線電機(jī)轉(zhuǎn)子的電阻可以加直流電壓測直流電流,求出，但這是直流電阻，等效電路中是交流電阻，集膚效應(yīng)會使交流電阻大于直流電阻，應(yīng)加以修正。籠型電機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)子無法用直流測。可以用短路實(shí)驗(yàn)方法求參數(shù)。