模块4 三相异步电动机,异步电机是一种交流旋转电机，它的转速除了与电网频率有关外，还随负载的大小而变化。 异步电机主要用作电动机，按供电电源的不同，可分为三相和单相两大类。,模块4 三相异步电动机,优点:结构简单，制造、使用和维护方便，运行可靠，成本低廉，效率较高。 缺点:一是在运行时要从电网吸取感性无功电流来建立磁场，降低了电网功率因数，增加线路损耗，限制电网的功率传送；二是启动和调速性能较差。 异步电机也可作发电机使用，但一般只用于风力发电等特殊场合。,模块4 三相异步电动机,模块内容 课题1 三相异步电动机的基本工作原理 课题2 三相异步电动机的基本结构和铭牌 课题3 三相异步电动机的定子绕组 课题4 三相异步电动机的感应电动势和磁动势 课题5 三相异步电动机的空载运行 课题6 三相异步电动机的负载运行 课题7 三相异步电动机的功率平衡和转矩平衡 课题8 三相异步电动机的工作特性 课题9 三相异步电动机的参数测定,知识点 1三相异步电动机的结构和工作原理 2三相异步电动机的电磁关系、基本方程式 3三相异步电动机的工作特性 学习要求 1具备三相异步电动机的结构特点和原理分析能力 2具备三相异步电动机的电磁关系和工作特性分析能力 3具备三相异步电动机基本方程式理解和应用能力 4具备异步电动机绕组展开图的绘制能力,三相异步电动机结构 三个完全相同的线圈空间彼此互隔1200，分布在定子铁芯内圆的圆周上，构成了三相对称定子绕组绕组。当三相对称绕组接上三相对称电源时，在绕组中将流过三相对称电流。 若各相电流的瞬时表达式为,机电工程学院,课题1 三相异步电动机的基本工作原理,4.1.1 三相定子绕组的旋转磁场,当三相对称电流通过三相对称绕组时，必然产生一个大小不变，转速一定的旋转磁场。,机电工程学院,课题1 三相异步电动机的基本工作原理,4.1.1 三相定子绕组的旋转磁场,流入三相定子绕组的电流是按ABC的相序达到最大值的，产生旋转磁场的旋转方向也是从A相绕组轴线转向B相绕组轴线，再转向C相绕组轴线的，即按ABC的顺序旋转，与三相交流电的变化顺序一致。 结论：在三相定子绕组空间排序不变的条件下，旋转磁场的转向取决于三相电流的相序，即从电流超前相转向电流滞后相。若要改变旋转磁场的方向，只需将三相电源进线中的任意两相对调即可。,机电工程学院,课题1 三相异步电动机的基本工作原理,4.1.1 三相定子绕组的旋转磁场,p=1时，电流变化一次，旋转磁场转过一周。 如果在定子铁芯上放置p套三相绕组，每套绕组占据的定子内圆1/p，将属于同相的线圈串联或并联，即成为2p极三相异步电动机。三相绕组流入三相对称电流时所建立的合成磁场，仍然是一个旋转磁场，不过当电流变化一次，旋转磁场仅转过1/p转。由此可知旋转磁场的转速为 (4-5）,机电工程学院,课题1 三相异步电动机的基本工作原理,4.1.1 三相定子绕组的旋转磁场,在电机的气隙中形成的空间旋转磁场转速只取决于电源的频率和电机的极对数，因此把这个转速称为交流电机的同步转速：,机电工程学院,课题1 三相异步电动机的基本工作原理,4.1.1 三相定子绕组的旋转磁场,由于我国交流电的频率为50Hz，因此不同极对数的异步电动机对应的同步转速也不同。 当p=1时，n1=3000r/min； 当p=2时，n1=1500r/min； 当p=3时，n1=1000r/min； 当p=4时，n1= 750r/min； 当p=5时，n1=600r/min。,课题1 三相异步电动机的基本工作原理,一台三相笼型异步机，转子槽内导条两端用短路环短接，形成笼型闭合绕组。 定子三相对称绕组通入三相交流电后，气隙中形成以转速n1顺时针方向旋转的同步转速磁场。 该旋转磁场将切割转子导体，在转子导体中产生电流，其电流方向可用右手定则判定。 有电流流过的转子导体在旋转磁场中受电磁力F的作用产生转矩Te，其方向由“左手电动机定则”确定。,4.1.2 三相异步电动机的基本工作原理,图4-5 三相异步电动机的工作原理,课题1 三相异步电动机的基本工作原理,当nn1时，n与Te方向相反，电磁转矩Te为制动转矩做功，发电机运行 当n=n1时，Te=0，空载运行，没有机电能量的交换,4.1.2 三相异步电动机的基本工作原理,图4-5 三相异步电动机的工作原理,课题1 三相异步电动机的基本工作原理,当nn1时，电动机运行，转子的旋转方向始终与旋转磁场的旋转方向一致。 旋转磁场的方向又取决于异步电动机的三相电流相序，要改变转向，只要改变电流的相序即可，即任意对调电动机的两根电源线，便可使电动机反转。 电动机运行，n=n1? 如果n=n1，Te=0，nn1是异步电动机工作的必要条件。nn1，故称为异步电动机,又因为转子电流是通过电磁感应作用产生的，所以又称为感应电动机。,4.1.2 三相异步电动机的基本工作原理,图4-5 三相异步电动机的工作原理,课题1 三相异步电动机的基本工作原理,2)转差率 转子转速n与旋转磁场转速n1之差称为转差n，转差n与同步转速n1的比值称为转差率，用字母s表示，即 (4-2) 转差率s是异步电机的一个基本物理量，它反映异步电机的各种运行情况。 s=1,堵转，电机启动瞬间，n=0 0s1,电动机运行；电动机空载，s0 s=0,空载同步运行 s0,发电机运行,4.1.2 三相异步电动机的基本工作原理,课题1 三相异步电动机的基本工作原理,2)转差率 异步电动机负载越大，转速就越慢，其转差率就越大； 反之，负载越小，转速就越快，其转差率就越小。 转差率直接反映了转子转速的快慢或电动机负载的大小。 异步电动机的转速为 (4-3) 对于普通异步电动机，为了使其在运行时效率较高，通常使它的额定转速略低于同步转速，故额定转差率sN很小，一般在0.010.06之间。,4.1.2 三相异步电动机的基本工作原理,课题1 三相异步电动机的基本工作原理,【例4-1】 某三相异步电动机的额定转速nN=720r/min，电源频率为50Hz。试求该电机的额定转差率及磁极对数。 【解】 极对数： 同步转速： 其额定转差率,4.1.2 三相异步电动机的基本工作原理,课题2 三相异步电动机的基本结构和铭牌,4.2.1 三相异步电动机的基本结构,三相异步电动机种类繁多，从不同角度有不同的分类方法。 按外壳防护方式：开启型、防护型、封闭型三大类； 按转子结构：笼型异步电动机和绕线转子异步电动机； 按工作电压：高压异步电动机和低压异步电动机； 按性能：高启动转矩异步电动机和高转差异步电动机； 按其外形尺寸及功率：大型、中型、小型异步电动机等。,图4-6 三相笼型异步电动机外形图,图4-7 绕线转子异步电动机外形图,课题2 三相异步电动机的基本结构和铭牌,4.2.1 三相异步电动机的基本结构,三相异步电动机基本结构均由定子和转子两大部分组成，转子装在定子腔内，定、转子之间有一缝隙，称为气隙。,图4-8 三相笼型异步电动机组成部件图,课题2 三相异步电动机的基本结构和铭牌,4.2.1 三相异步电动机的基本结构,1）定子部分 定子部分主要由定子铁芯、定子绕组、机座等部分组成。 (1)定子铁芯 定子铁芯是电动机磁路的一部分，为减少铁芯损耗，一般由0.5mm厚的导磁性能较好的硅钢片叠压而成，安放在机座内。,课题2 三相异步电动机的基本结构和铭牌,4.2.1 三相异步电动机的基本结构,定子铁芯的槽型有开口型、半开口型、半闭口型三种。 半闭口型槽的优点是电动机的效率和功率因数较高，缺点是绕组嵌线和绝缘都较困难，一般用于小型低压电机中。 半开口型槽可以嵌放成型绕组，故一般用于大型、中型低压电机中。 开口型槽用以嵌放成型绕组，主要用在大中型容量的高压电机中。,图4-9 定子铁芯及定子冲片示意图,(a)开口型 (b)半开口型 (c)半闭口型 图4-10 定子铁芯的槽型和绕组分布示意图,课题2 三相异步电动机的基本结构和铭牌,4.2.1 三相异步电动机的基本结构,1）定子部分 (2) 定子绕组 是电动机的电路部分。它由许多线圈按一定的规律连接而成，嵌放在定子铁芯的内圆槽内。 小型异步电动机定子绕组一般采用高强度漆包圆铜线绕成； 大中型异步电动机定子绕组一般采用漆包扁铜线或玻璃丝包扁铜线绕成。 定子绕组是一个三相对称绕组，它由三个完全相同的绕组所组成，一般有6个出线端U1、U2、V1、V2、W1、W2置于机座外部的接线盒内，根据需要接成星形(Y)或三角形(),课题2 三相异步电动机的基本结构和铭牌,4.2.1 三相异步电动机的基本结构,1）定子部分 (2) 定子绕组,(a)星形连接 (b)三角形连接 图4-11 定子绕组的连接,接线盒,课题2 三相异步电动机的基本结构和铭牌,4.2.1 三相异步电动机的基本结构,1）定子部分 (3)机座 是固定定子铁芯和定子绕组，并通过两侧的端盖和轴承来支承电动机转子。同时可保护整台电机的电磁部分和发散电机运行中产生的热量。 中小型异步电动机一般采用铸铁机座； 大型异步电动机一般用钢板焊接的机座； 有些微型电动机的机座则采用铸铝件以降低电机的重量； 封闭式电机的机座外面有散热筋以增加散热面积；防护式电机的机座两端端盖开有通风孔，使电动机内外的空气可以直接对流，以利于散热。,课题2 三相异步电动机的基本结构和铭牌,4.2.1 三相异步电动机的基本结构,1）定子部分 (3)机座,课题2 三相异步电动机的基本结构和铭牌,4.2.1 三相异步电动机的基本结构,1）定子部分 (4)端盖 借助置于端盖内的滚动轴承将电动机转子和机座连成一个整体。端盖一般均为铸钢件，微型电动机则用铸铝件。,课题2 三相异步电动机的基本结构和铭牌,4.2.1 三相异步电动机的基本结构,2）转子部分 转子铁芯、转子绕组和转轴三部分组成。整个转子靠端盖和轴承支撑着。 (1)转子铁芯 是电机磁路的一部分，一般也用0.5mm厚的硅钢片叠成，硅钢片外圆冲有均匀分布的孔，用来安置转子绕组。 一般小型异步电动机的转子铁芯直接压装在转轴上，而大、中型异步电动机(转子直径在300400mm以上)的转子铁芯则借助于转子支架压在转轴上。,课题2 三相异步电动机的基本结构和铭牌,4.2.1 三相异步电动机的基本结构,2）转子部分 (2)转子绕组 根据转子绕组的结构型式，异步电动机分为笼型转子和绕线转子两种。,笼型转子。在转子铁芯的每一个槽中，插入一根裸导条，在铁芯两端分别用两个短路环把导条连接成一个整体，形成一个自身闭合的多相对称短路绕组。 大型电动机则采用铜导条； 中、小型电动机的笼型转子一般都采用铸铝。,课题2 三相异步电动机的基本结构和铭牌,4.2.1 三相异步电动机的基本结构,2）转子部分 (2)转子绕组 绕线转子。绕线转子绕组与定子绕组相似，它是在绕线转子铁芯的槽内嵌有绝缘导线组成的三相绕组，一般作星形连接，三个端头分别接在与转轴绝缘的三个滑环上，再经一套电刷引出来与外电路相连。 一般绕线转子电动机在转子回路中串电阻，若仅用于启动，则为了减少电刷的摩擦损耗，还装有提刷装置。,课题2 三相异步电动机的基本结构和铭牌,4.2.1 三相异步电动机的基本结构,2）转子部分 (3)转轴 转轴是支撑转子铁芯和输出转矩的部件，一般用强度和刚度较高的低碳钢制成。,课题2 三相异步电动机的基本结构和铭牌,4.2.1 三相异步电动机的基本结构,3）气隙 异步电动机的气隙是均匀的。气隙大小对异步电动机的运行性能和参数影响较大，气隙越大，励磁电流也就越大，功率因数越低，因此异步电动机的气隙大小往往为机械条件所能允许达到的最小数值，中、小型电机一般为0.21.5mm左右。,课题2 三相异步电动机的基本结构和铭牌,4.2.2 异步电动