第五章三相異步電動(dòng)機(jī)基本工作原理和結(jié)構(gòu)

1、第五章 三相異步電動(dòng)機(jī)基本工作原理和結(jié)構(gòu)5-1 三相異步電動(dòng)機(jī)為什么會(huì)轉(zhuǎn)，怎樣改變它的極性？答：（1）電生磁：定子三相繞組通以三相正弦交流電流產(chǎn)生一個(gè)以同步速n1、轉(zhuǎn)向與相序一致（順時(shí)針方向）的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。假定此瞬間旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)極性由上到下（如圖所示）（2）（動(dòng)）磁生電：由電磁感應(yīng)理論：靜止的轉(zhuǎn)子繞組切割定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)而感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，其方向由”右手發(fā)電機(jī)”定則確定，如圖所示（轉(zhuǎn)子上面三個(gè)導(dǎo)體為 ,下面三個(gè)導(dǎo)體為 ）。由于轉(zhuǎn)子繞組自身閉合，便有電流通過，并假定電流與電動(dòng)勢(shì)同相（即為有功分量電流）。(3) 電磁力（矩）方向由”左手電動(dòng)機(jī)”定則確定左），這些力對(duì)轉(zhuǎn)軸形成電磁轉(zhuǎn)矩（順時(shí)針方向）Tem致）改變相序

2、即可改變?nèi)喈惒诫妱?dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向。5-2 為什么異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速一定小于同步轉(zhuǎn)速？若轉(zhuǎn)子電流和轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)之間有相位差，這里所有轉(zhuǎn)子導(dǎo)體上的電磁力的方向是否都和轉(zhuǎn)向相同，畫圖分析說明。 答： 由上題知，異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向n與定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向n1相同，只有n<n1（異步電動(dòng)機(jī)），即轉(zhuǎn)子繞組與定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)子繞組才能感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電流，從而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。若轉(zhuǎn)速上升到n=n1，則轉(zhuǎn)子繞組與定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)同速、同向旋轉(zhuǎn)，兩者相對(duì)靜止，轉(zhuǎn)子繞組就不感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電流，也就不產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，電動(dòng)機(jī)就不轉(zhuǎn)了。 若轉(zhuǎn)子電流和電動(dòng)勢(shì)有相位差，這時(shí)轉(zhuǎn)子各導(dǎo)體所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩方向不會(huì)全與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相同，分析如

3、下：假定轉(zhuǎn)子導(dǎo)體外的” 、×”表示電動(dòng)勢(shì)方向（由”右手發(fā)電機(jī)”定則確定），導(dǎo)體內(nèi)的 、 表示電流方向，如圖所示。圖（a）為轉(zhuǎn)子電流與電動(dòng)勢(shì)同相位，由”左手電動(dòng)機(jī)”定則確定各導(dǎo)體在磁場(chǎng)中所受電磁力的方向，由小箭頭表示，可見，電磁轉(zhuǎn)矩方向與轉(zhuǎn)向相同。圖（b）為轉(zhuǎn)子電流與電動(dòng)勢(shì)有相位差（如電流滯后電動(dòng)勢(shì)一相位角2，當(dāng)正對(duì)著磁極軸線的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體電動(dòng)勢(shì)達(dá)最大值時(shí)，則電流達(dá)最大值的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體還在逆磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)方向并距前述導(dǎo)體一空間電角度2的地方，同樣可判得轉(zhuǎn)子各導(dǎo)體在磁場(chǎng)中所受電磁力的方向，可見，轉(zhuǎn)子大部分導(dǎo)體所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩方向與轉(zhuǎn)向。 E2 1 。 。I2 2 I2相同，只有小部分導(dǎo)體電磁轉(zhuǎn)矩方向與

4、轉(zhuǎn)向相反，因此，當(dāng)轉(zhuǎn)子電流與電動(dòng)勢(shì)的相位差時(shí)，電動(dòng)機(jī)總電磁轉(zhuǎn)矩將減小。5-3 試述“同步”和“異步”的含義？答： “同步”和”異步”是個(gè)相對(duì)概念，是指交流旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n對(duì)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n1而言，若n= n1為同步電機(jī)，nn1為異步電機(jī)。5-4 何謂異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率？在什么情況下轉(zhuǎn)差率為正，什么情況為負(fù)，什么情況下轉(zhuǎn)差率小于1或大于1？如何根據(jù)轉(zhuǎn)差率的不同來區(qū)別各種不同運(yùn)行狀態(tài)？答：異步電機(jī)轉(zhuǎn)差率s 是指旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速n1與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 n之間的轉(zhuǎn)速差（n1-n）與旋轉(zhuǎn)磁s=場(chǎng)轉(zhuǎn)速n1的比率，即當(dāng)n< n1時(shí)，轉(zhuǎn)差率為正（s>0），n> n1時(shí)轉(zhuǎn)差率為負(fù)（s<0）；當(dāng)n1

5、>n>0時(shí)，轉(zhuǎn)差率s<1；當(dāng)0>n>時(shí)，轉(zhuǎn)差率s>1;當(dāng)+>s>1 時(shí)為電磁制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)1>s>0時(shí)為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)0>s>-時(shí)為發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。5-5 假如一臺(tái)接到電網(wǎng)的異步電動(dòng)機(jī)用其它原動(dòng)機(jī)帶著旋轉(zhuǎn)，使其轉(zhuǎn)速高于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速，如圖5-9所示，試畫出轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、電流和相序的方向。這時(shí)轉(zhuǎn)子有功電流和定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩方向如何？如把原動(dòng)機(jī)去掉，情況又會(huì)怎樣？答：當(dāng)轉(zhuǎn)子由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，且n>n1，此時(shí)轉(zhuǎn)子導(dǎo)體以逆時(shí)針方向切割旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)（相對(duì)切割速度為n-n1）,而感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e2方向如圖所示（由”右

6、手發(fā)電機(jī)”定則判定）,其相序由轉(zhuǎn)子導(dǎo)體的切割方向決定，由于轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在時(shí)間上有先后順序，如將先切割N極軸線的一相定義為U相，則后切割的那兩相（互差1200空間電角度）分別為V相和W相，可見，其相序與轉(zhuǎn)向相反，如圖所示。如果電流i2與電動(dòng)勢(shì)e2同相（即有功分量電流），則轉(zhuǎn)子有功電流和旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生電磁力，并形成轉(zhuǎn)矩Tem，由”左手電動(dòng)機(jī)”定則判得，其方向與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相反，為制動(dòng)n1-nn1。s=性質(zhì)轉(zhuǎn)矩。實(shí)際上，此時(shí)電動(dòng)機(jī)已處于發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)（掉，轉(zhuǎn)速將下降，不再大于n1了，這時(shí)因?yàn)橐烟幱诎l(fā)電機(jī)運(yùn)行的電機(jī)在旋轉(zhuǎn)過程中，繞組電阻有銅損耗，通風(fēng)、軸承、磨擦等有機(jī)械損耗，致使轉(zhuǎn)速逐漸下降，

7、直至n<n1，電磁轉(zhuǎn)矩方向反過來，這臺(tái)電機(jī)重新在電網(wǎng)電源的支持下進(jìn)入到電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。n1 5-6（功率、相電壓、線答：380/220V，Y/接線的三相異步電動(dòng)機(jī)，每相繞組所受的電壓均為220V，故當(dāng)電源線電壓為380V時(shí)定子繞組接成Y 接線，當(dāng)電源電壓為220V時(shí)，定子繞組接成形接線。采用這兩種接線時(shí)，相電壓U相同，均為220V；相電流I=U/Z相同；效率N、功率n1-n<0n1）。如果把原動(dòng)機(jī)去cosN、功率PN及轉(zhuǎn)速nN均相等，因在相同相電壓下，cosN、PN、nN均取決于負(fù)載PN=3UIcosN就相同。唯一不cosN、就相同，因而，大小，當(dāng)負(fù)載相同時(shí)，P、因數(shù)NNYl。 同

8、的是線電壓Ul和線電流Il不等，lY5-7在繞線式異步電動(dòng)機(jī)中，如果將定子三相繞組短接，并且通過滑環(huán)向轉(zhuǎn)子三相繞組通入三相電流（如5-10所示）轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)若為順時(shí)針方向，這時(shí)電動(dòng)機(jī)能轉(zhuǎn)嗎？轉(zhuǎn)向如何？答： 電動(dòng)機(jī)以逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，原理如圖所示：轉(zhuǎn)子三相繞組通入三相正弦交流電流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)速為n1、轉(zhuǎn)向?yàn)轫槙r(shí)針方向，并假定圖示瞬間，轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)極性N、S如圖所示（上面為N極，下面為S極，產(chǎn)生此極性的轉(zhuǎn)子電流，右面三個(gè)導(dǎo)體為 ，左面三個(gè)導(dǎo)體為 ）。轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)結(jié)果，在定子繞組中感應(yīng)三相電動(dòng)勢(shì), 方向如圖所示（用”右手發(fā)電機(jī)”定則），由于定子三相繞組短接，便有三相電流流過，該電流的有功 分量(與電動(dòng)

9、勢(shì)同相)與轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相互作用，定子導(dǎo)體便受到圖示方向力的 作用（由”左手電動(dòng)機(jī)”定則判斷）， 形成順時(shí)針方向的轉(zhuǎn)矩，它企圖使 定子沿順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。但由于定子 靜止不動(dòng)，它必對(duì)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生一個(gè)大小 相等的反作用力，對(duì)轉(zhuǎn)軸形成一個(gè)逆 時(shí)針方向的轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子沿逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。 5-8 假如一臺(tái)星形接法的異步電動(dòng)機(jī)，在運(yùn)行中突然切斷三相電流，并同時(shí)將任意兩相定子繞組立即接入直流電源，這時(shí)異步電動(dòng)機(jī)的工作狀況如何，試用圖分析之。答：A、B兩相定子繞組通入直流電流If方向如圖所示，它產(chǎn)生恒定方向的磁場(chǎng)（圖示表示，方向向左）。由于轉(zhuǎn)子慣性仍以原轉(zhuǎn)向 （假定為順時(shí)針方向）旋轉(zhuǎn)，則轉(zhuǎn)子導(dǎo)體便切割定子恒定磁場(chǎng)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)

10、和電流（方向由”右手發(fā)電機(jī)”定則判定），此電流的有功分量與定子恒定磁場(chǎng)相互作用，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體受到圖示方向力的作用，并形成逆時(shí)針方向的電磁轉(zhuǎn)矩Tem5-9 一臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)，P=4.5千瓦，Y/U=3U,I=INnN=1450轉(zhuǎn)/分，試求：1 1 接成Y形或形時(shí)的定子額定電流；2 2 同步轉(zhuǎn)速n1及定子磁極對(duì)數(shù)P；3 3 帶額定負(fù)載時(shí)轉(zhuǎn)差率sN；解： (1)Y接時(shí)： UN=380V60fnN=n1=p (2) (2)60f6050p=2.07n1450N磁極對(duì)數(shù) 取p=2同步轉(zhuǎn)速IN=PN=4.5103=18.45A n1=60f6050=1500r/minp2s=(3) (3) 額定轉(zhuǎn)差率 n1-nN1500-1450=0.0333n11500 5-1