课题三课题三 交流电机的应用交流电机的应用异步电机异步电机同步电机同步电机异步发电机异步电动机三相异步电动机三相异步电动机具有结构简单、制造方便、价格低廉、运行可靠等一系列优点；还三相异步电动机具有结构简单、制造方便、价格低廉、运行可靠等一系列优点；还具有较高的运行效率和较好的工作特性，能满足各行各业大多数生产机械的传动要具有较高的运行效率和较好的工作特性，能满足各行各业大多数生产机械的传动要求。异步电动机还便于派生成各种专用、特殊要求的形式，以适应不同生产条件的求。异步电动机还便于派生成各种专用、特殊要求的形式，以适应不同生产条件的需要。需要。 任务1 认识三相异步电动机交流旋转电机转子转速与磁场转速相等转子转速与磁场转速不相等单相异步电动机用用于于家家用用电电器器和医疗仪器中和医疗仪器中用于风力发电机等特殊场合用于风力发电机等特殊场合在各种电动机中应用最广、需要量在各种电动机中应用最广、需要量最大。工业生产、农业机械化、交最大。工业生产、农业机械化、交通运输、国防工业等电力拖动装置通运输、国防工业等电力拖动装置中，有中，有90%采用三相异步电动机。采用三相异步电动机。一、三相异步电动机的特点和用途洗衣机电机洗衣机电机吸油烟机电机吸油烟机电机Z3050钻床钻床三相异三相异 步电动步电动 机机异步电动机的应用举例单相异单相异 步电动步电动 机机三相笼型异步电动机的部件图三相笼型异步电动机的部件图1. .定子定子定子铁心：由内周有槽定子铁心：由内周有槽定子铁心：由内周有槽定子铁心：由内周有槽的硅钢片叠成。的硅钢片叠成。的硅钢片叠成。的硅钢片叠成。U U1 1 -U -U2 2V V1 1 -V -V2 2WW1 1-W-W2 2定子绕组定子绕组定子绕组定子绕组机座：铸钢或铸铁机座：铸钢或铸铁首端首端1末端末端2三相异步电动机的结构的不同分为笼型和绕线型异步电动机两大类。三相异步电动机的结构的不同分为笼型和绕线型异步电动机两大类。二、三相异步电动机的结构二、三相异步电动机的结构绝缘铜线或绝缘铜线或铝线绕制；铝线绕制；嵌放在定子槽中嵌放在定子槽中三相定子绕组可连接成星形或三角形三相定子绕组可连接成星形或三角形若各相绕组的额定电压是若各相绕组的额定电压是220V定子绕组必须接成定子绕组必须接成星形星形各相绕组的额定电压是各相绕组的额定电压是380V定子绕组必须接成定子绕组必须接成三角形三角形一般电源电压一般电源电压380V 转子转子: 在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电流。流。2.转子转子鼠笼转子鼠笼转子转子铁心：转子铁心：转子铁心：转子铁心：由外周有槽的硅钢片叠成。由外周有槽的硅钢片叠成。由外周有槽的硅钢片叠成。由外周有槽的硅钢片叠成。 (1) 鼠笼式转子鼠笼式转子 铁芯槽内放铜条，端铁芯槽内放铜条，端 部用短路环形成一体。部用短路环形成一体。 或铸铝形成转子绕组。或铸铝形成转子绕组。 同定子绕组一样，也分为三相，并且接成星形。同定子绕组一样，也分为三相，并且接成星形。同定子绕组一样，也分为三相，并且接成星形。同定子绕组一样，也分为三相，并且接成星形。(2) 绕线式转子绕线式转子鼠笼式转子鼠笼式转子绕线型异步电动机的结构绕线型异步电动机的结构绕线式转子绕线式转子(a) 绕线式转子的结构绕线式转子的结构 绕线式转子的特点是可以通过滑环和电刷在转轴上的三个绕线式转子的特点是可以通过滑环和电刷在转轴上的三个铜环上，通过一组电刷把转子绕组从三个接线端引出来并铜环上，通过一组电刷把转子绕组从三个接线端引出来并与外电路相连接。与外电路相连接。鼠笼式电动机与绕线式电动机的的比较鼠笼式电动机与绕线式电动机的的比较鼠笼式电动机与绕线式电动机的的比较鼠笼式电动机与绕线式电动机的的比较：鼠笼式：鼠笼式：鼠笼式：鼠笼式： 结构简单、价格低廉、工作可靠；不能人为改结构简单、价格低廉、工作可靠；不能人为改变电动机的机械特性。变电动机的机械特性。绕线式：绕线式：绕线式：绕线式： 结构复杂、价格较贵、维护工作量大；转子结构复杂、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。外加电阻可人为改变电动机的机械特性。 三相异步电动机的定子铁心中放入三相定子绕三相异步电动机的定子铁心中放入三相定子绕 组。组。接入三相对称电源。接入三相对称电源。接入三相对称电源。接入三相对称电源。定子定子绕组绕组U1U2V1V2W1W2U1V1W1iuiviw定子绕组定子绕组定子绕组定子绕组Y Y接接接接 t02 iuiwivi( )电流入电流入()电流出电流出规定规定 i : “+” 首端流入，尾端流出。首端流入，尾端流出。 i : “” 尾端流入，首端流出。尾端流入，首端流出。 1 1. . . .旋转磁场的产生旋转磁场的产生旋转磁场的产生旋转磁场的产生五、三相异步电动机的工作原理五、三相异步电动机的工作原理U1V1V2W1W2U2+ + + t = 120 t = 60 t = 0U1V1V2W1W2U2+ + +U1V1V2W1W2U2+ +N N N NN N N NN N N NS SS S S SS S S S+ +U1V1W1iuiviwU1V1W1iuiviwU1V1W1iuiviw t =0iu u= 0= 0iv v为为负负值值iw w为为正正值值U1V1V2W1W2U2+ + +U1V1V2W1W2U2+ + + t=0360240120 t = 120 t = 240 t = 360U1V1V2W1W2U2+ + +U1V1V2W1W2U2+ + +N N N NS SN N N NN N N NN N N NS SS S S SS S S S t02 iuiwiviNSNSNSNS分析可知：三相电流产生的合成磁场是一旋转的磁场分析可知：三相电流产生的合成磁场是一旋转的磁场 即：即：一个电流周期，旋转磁场在空间转过一个电流周期，旋转磁场在空间转过一个电流周期，旋转磁场在空间转过一个电流周期，旋转磁场在空间转过360360 空间相差空间相差120120 角的三角的三相绕组，通入对称三相电流相绕组，通入对称三相电流时，产生的是一对磁极的旋时，产生的是一对磁极的旋转磁场，转磁场，磁场的旋转方向磁场的旋转方向磁场的旋转方向磁场的旋转方向与与与与绕组中电流的相序一致。绕组中电流的相序一致。绕组中电流的相序一致。绕组中电流的相序一致。 如果改变流入三相绕组的电流相序如果改变流入三相绕组的电流相序, ,就能改变旋转就能改变旋转磁场的旋转方向，三相异步电动机的旋转方向也就跟磁场的旋转方向，三相异步电动机的旋转方向也就跟着改变。着改变。U1V1V2W1W2U2+ + +N N N NS S如果电流的相序为如果电流的相序为如果电流的相序为如果电流的相序为U-V-W-U则旋转磁场为顺时针方向。则旋转磁场为顺时针方向。则旋转磁场为顺时针方向。则旋转磁场为顺时针方向。n0U1V1V2W1W2U2+ + +N N N NS S S SU1V1V2W1W2U2+ + +N N N NS S S SU1V1V2W1W2U2+ + +N N N NS S2. .旋转磁场的旋转方向旋转磁场的旋转方向旋转磁场的旋转方向旋转磁场的旋转方向 t0iuiwivi t=0360240120U1V1W1iuiwivU1V1V2W1W2U2+ + +N N N NS S S S t = 120U1V1V2W1W2U2+ + +N N N NS S S SU1V1V2W1W2U2+ + +N N N NS S t=0 t = 240绕组中电流的相序为绕组中电流的相序为绕组中电流的相序为绕组中电流的相序为U- W - V -UU- W - V -U，磁场逆时针旋转。磁场逆时针旋转。磁场逆时针旋转。磁场逆时针旋转。 把三相异步电动机的三把三相异步电动机的三根线任意调换两根与电源相根线任意调换两根与电源相接，电动机旋转方向反向。接，电动机旋转方向反向。 t = 360 方法：方法：将电源将电源任意两相互换任意两相互换相接相接 (改变相序改变相序)，就可实现反转。就可实现反转。 三相异步电动机的正、反转三相异步电动机的正、反转正转正转反转反转U V WM3电电 源源UVWM3电电 源源UUVVWWNSNSNSNSNSNSNSNSNS2.接法接法 电动机三相定子绕组的接线方法。电动机三相定子绕组的接线方法。接线盒接线盒接线盒接线盒 接接Y接接3 3. . . .旋转磁场的极对数旋转磁场的极对数旋转磁场的极对数旋转磁场的极对数P P 当三相定子绕组按当三相定子绕组按当三相定子绕组按当三相定子绕组按图示排列时，产生一对图示排列时，产生一对图示排列时，产生一对图示排列时，产生一对磁极的旋转磁场，磁极的旋转磁场，磁极的旋转磁场，磁极的旋转磁场，即：即：o tUUVVWWUUVWVW 若定子每相绕组由两个线圈串联若定子每相绕组由两个线圈串联若定子每相绕组由两个线圈串联若定子每相绕组由两个线圈串联 ，绕组的始端，绕组的始端，绕组的始端，绕组的始端之间互差之间互差之间互差之间互差6060 ，将形成，将形成，将形成，将形成两对磁极的旋转磁场。两对磁极的旋转磁场。两对磁极的旋转磁场。两对磁极的旋转磁场。U1U2V1V2W1W2W1V2U1V1W1U2V2W2U1U2V1W2极对数极对数旋转磁场的磁极对数旋转磁场的磁极对数与三相绕组的排列有关与三相绕组的排列有关04 4. . . .旋转磁场的转速旋转磁场的转速旋转磁场的转速旋转磁场的转速工频：工频： 旋转磁场的转速取决于磁场的极对数旋转磁场的转速取决于磁场的极对数旋转磁场的转速取决于磁场的极对数旋转磁场的转速取决于磁场的极对数p=1时时0 toUUVWVWUUVWVWUUVWVWp=2时时0U1U2V1V2W1W2U1U2V1V2W1W2旋转磁场转速旋转磁场转速旋转磁场转速旋转磁场转速n n0 0与极对数与极对数与极对数与极对数 p p 的关系的关系的关系的关系极对数极对数每个电流周期每个电流周期磁场转过的空间角度磁场转过的空间角度同步转速同步转速旋转磁场转速旋转磁场转速n0与频率与频率f1和极对数和极对数p有关。有关。可见可见可见可见: :电动机的转动原理电动机的转动原理1. 1. 转动原理转动原理转动原理转动原理UUVWVW定子三相绕组通入三相交流电定子三相绕组通入三相交流电定子三相绕组通入三相交流电定子三相绕组通入三相交流电方向方向方向方向: :顺时针顺时针顺时针顺时针 切割转子导体切割转子导体切割转子导体切割转子导体右手定则右手定则右手定则右手定则感应电动势感应电动势感应电动势感应电动势 E E2020旋转磁场旋转磁场旋转磁场旋转磁场感应电流感应电流感应电流感应电流 I I2 2旋转磁场旋转磁场旋转磁场旋转磁场左手定则左手定则左手定则左手定则电磁力电磁力电磁力电磁力F FF电磁转矩电磁转矩电磁转矩电磁转矩T TnFU1U2V1V2W1W2+ + +SN+ff转子转子转速转速n旋转的磁场可以带动旋转的磁场可以带动旋转的磁场可以带动旋转的磁场可以带动转子同方向旋转转子同方向旋转转子同方向旋转转子同方向旋转异步电动机原理图异步电动机原理图+转子转子定子定子磁场转速磁场转速n0n 三相异步电动机转子在旋三相异步电动机转子在旋转磁场的作用下转动起来，其转磁场的作用下转动起来，其转向与旋转磁场的转向相同。转向与旋转磁场的转向相同。磁场转磁场转速速n0转子转子感应电感应电动势动势(电流电流)5、三相异步电动机的工作原理、三相异步电动机的工作原理（1）“异步异步”转动原理异步电动机的定子和转子之间能量的传递是依靠电磁感应实现的，故有称感应电动机。（2）转子的转速和转差率转子的转速转子转速n2是否会与旋转磁场的转速n1相同呢?回答是不可能的。因为一旦转子转速和旋回答是不可能的。因为一旦转子转速和旋转磁场的转速相同，二者便无相对运动，转磁场的转速相同，二者便无相对运动，转子也就不可能产生感应电动势和电流，转子也就不可能产生感应电动势和电流，也就没有电磁转矩了。只有当两者转速有也就没有电磁转矩了。只有当两者转速有差异时，才能产生电磁转矩了。差异时，才能产生电磁转矩了。 转差率转差率 旋转磁场的同步转速和电动机转子转速之差与旋转磁场的同步转速和电动机转子转速之差与旋转磁场的同步转速和电动机转子转速之差与旋转磁场的同步转速和电动机转子转速之差与旋转磁场的同步转速之比称为旋转磁场的同步转速之比称为旋转磁场的同步转速之比称为旋转磁场的同步转速之比称为转差率。转差率。转差率。转差率。 由前面分析可知，电动机转子转动方向与磁场由前面分析可知，电动机转子转动方向与磁场由前面分析可知，电动机转子转动方向与磁场由前面分析可知，电动机转子转动方向与磁场旋转的方向一致，但转子转速旋转的方向一致，但转子转速旋转的方向一致，但转子转速旋转的方向一致，但转子转速 n n 不可能达到与旋转不可能达到与旋转不可能达到与旋转不可能达到与旋转磁场的转速相等，即磁场的转速相等，即磁场的转速相等，即磁场的转速相等，即异步电动机异步电动机异步电动机异步电动机如果如果:无转子电动势和转子电流无转子电动势和转子电流无转子电动势和转子电流无转子电动势和转子电流 转子与旋转磁场间没有相对运动，磁通不切转子与旋转磁场间没有相对运动，磁通不切转子与旋转磁场间没有相对运动，磁通不切转子与旋转磁场间没有相对运动，磁通不切 割转子导条割转子导条割转子导条割转子导条无转矩无转矩无转矩无转矩因此，转子转速与旋转磁场转速间必须要有差别。因此，转子转速与旋转磁场转速间必须要有差别。因此，转子转速与旋转磁场转速间必须要有差别。因此，转子转速与旋转磁场转速间必须要有差别。异步电动机运行中异步电动机运行中异步电动机运行中异步电动机运行中: :转差率转差率转差率转差率s 例例1 1：一台三相异步电动机，其额定转速一台三相异步电动机，其额定转速 n= =975 r/min，电源频率，电源频率 f1 1= =50 Hz。试求电动机的。试求电动机的极对数和额定负载下的转差率。极对数和额定负载下的转差率。解：解： 根据异步电动机转子转速与旋转磁场同步转根据异步电动机转子转速与旋转磁场同步转速的关系可知：速的关系可知：n1=1000 r/min , 即即即即p p=3=3额定转差率为额定转差率为额定转差率为额定转差率为n1旋转磁场转速，单位为旋转磁场转速，单位为rminn2转子转速，单位为转子转速，单位为rminn为同步转速与转子转速之差，单位为为同步转速与转子转速之差，单位为r/min例例2 一台额定转速为一台额定转速为1450r/min的三相异步电动机，的三相异步电动机，求：求：额定转差率。额定转差率。解：解：因为因为sN= 0.01 0.06，所以该电动机为，所以该电动机为4极电机，极电机，旋转磁场转速为旋转磁场转速为1500 r/min。转差率转差率s是分析异步电动机运行情况的一个重要是分析异步电动机运行情况的一个重要参数。在电动机起动时，转子转速在电动机起动时，转子转速n20，s=1，转差率，转差率最大。最大。 随着随着n2的逐步上升，的逐步上升，s将不断下降。将不断下降。在额定情况下，S0.020.06，n2=（0.940.98）n1，与同步转速n1十分接近。若n2=n1，s0为理想空载情况，所对应的转速称为理想空载转速。（但并不存在）