第3章 交流電機

第三章交流電機電機拖動與電氣控制ChapterⅢ:Alternatingcurrentmachine主要內容01交流電機的結構02交流電動機的工作原理03交流電動機的繞組04三相異步電動機的機械特性primarycoverage05三相異步電動機的起動06三相異步電動機的調速與反轉07三相異步電動機的制動3.1三相異步電動機的結構和工作原理三相交流異步電動機屬于旋轉電機的范疇，因其結構簡單，制造、使用和維護方便，運行可靠，成本低廉，效率較高，在現(xiàn)實中被廣泛應用于現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)與日常生活中。在實際應用中，三相交流異步電動機根據(jù)轉子結構可分為兩種類型：三相鼠籠型異步電動機；三相繞線型異步電動機，其外形如下圖所示：鼠籠型異步電動機繞線型異步電動機3.1三相異步電動機的結構和工作原理一、三相異步電動機的基本結構右圖是一臺三相鼠籠型異步電動機的外形圖。主要部件的拆分圖3.1三相異步電動機的結構和工作原理一、三相異步電動機的基本結構右圖是一臺三相繞線型異步電動機的外形圖主要部件的拆分圖3.1三相異步電動機的結構和工作原理一、定子部分無論何種類型的電動機，其結構組成中總存在以下三個重要部分1.定子鐵心：由導磁性能很好的硅鋼片疊成——導磁部分。2.定子繞組：放在定子鐵心內圓槽內——導電部分。3.機座：固定定子鐵心及端蓋，具有較強的機械強度和剛度。二、轉子部分1、轉子鐵心：由硅鋼片疊成，也是磁路的一部分。2、轉子繞組：1）鼠籠式轉子：轉子鐵心的每個槽內插入一根裸導條，形成一個多相對稱短路繞組。2）繞線式轉子：轉子繞組為三相對稱繞組，嵌放在轉子鐵心槽內。三、氣隙

異步電動機的氣隙是均勻的。大小為機械條件所能允許達到的最小值。3.1三相異步電動機的結構和工作原理1.定子定子鐵心：電機主磁路的組成部分，并嵌放定子繞組。由厚度為0.5mm的硅鋼片疊裝而成。為了嵌放定子繞組，在定子沖片內圓周上均勻地沖制若干個形狀相同的槽。3.1三相異步電動機的結構和工作原理1.定子定子鐵心的槽形主要有三種：半閉口槽適用于小型異步電機，其繞組是用圓導線繞成的。半開口槽適用于低壓中型異步電機，其繞組是成型線圈。開口槽適用于高壓大中型異步電機，其繞組是用絕緣帶包扎并浸漆處理過的成型線圈。3.1三相異步電動機的結構和工作原理1.定子定子繞組：構成電路部分。其作用是感應電動勢、流過電流、實現(xiàn)機電能量轉換。3.1三相異步電動機的結構和工作原理2.轉子轉子鐵心轉子繞組轉軸電機主磁路的組成部分，并放置轉子繞組。由厚度為0.5mm的硅鋼片疊裝而成，在轉子外圓周上沖制均勻分布的形狀相同的槽。構成電路部分。有兩種結構型式：籠型繞組和繞線型繞組。支撐轉子鐵心和輸出、輸入機械轉矩。3.1三相異步電動機的結構和工作原理2.轉子籠型繞組：在轉子鐵心均勻分布的每個槽內各放置一根導體，在鐵心兩端放置兩個端環(huán)，分別把所有的導體伸出槽外部分與端環(huán)聯(lián)接起來。這種籠型繞組一般為鋁澆鑄的，對中大型電機為減小損耗、提高效率，往往采用銅條焊接而成。3.1三相異步電動機的結構和工作原理2.轉子繞線型繞組：與定子繞組相似、極數(shù)相同的三相對稱繞組。一般接成星形。將三相繞組的三個引出線分別接到轉軸上三個滑環(huán)上，再通過電刷與外電路接通。繞線型轉子的特點是可以通過滑環(huán)電刷在轉子回路中接入附加電阻，以改善電動機的起動性能、調節(jié)其轉速。23.1三相異步電動機的結構和工作原理3.氣隙定、轉子之間的間隙，也是電機主磁路的組成部分。氣隙大小對異步電機的性能影響很大。為了減小電機主磁路的磁阻，降低電機的勵磁電流，提高電機的功率因數(shù)，氣隙應盡可能小。異步電機氣隙長度應為定、轉子在運行中不發(fā)生機械摩擦所允許的最小值。中、小型異步電機中，氣隙長度一般為0.2～1.5mm。謝

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看第三章交流電機電機拖動與電氣控制ChapterⅢ:Alternatingcurrentmachine主要內容01交流電機的結構02交流電動機的工作原理03交流電動機的繞組04三相異步電動機的機械特性primarycoverage05三相異步電動機的起動06三相異步電動機的調速與反轉07三相異步電動機的制動3.2三相異步電動機的工作原理一、三相異步電動機的基本工作原理1.氣隙旋轉磁場的產(chǎn)生定子三相繞組通入三相交流電(星形聯(lián)接)3.2三相異步電動機的工作原理一、三相異步電動機的基本工作原理1.氣隙旋轉磁場的產(chǎn)生AXBYCZo3.2三相異步電動機的工作原理一、三相異步電動機的基本工作原理1.氣隙旋轉磁場的產(chǎn)生o

由定子繞組三相交流電流的激勵，三相異步電動機氣隙中形成一個旋轉的磁場，其轉速為n0（同步轉速）AYCBZX(?)電流出(

)電流入外接三相交流電源頻率（Hz）三相異步電動機磁極對數(shù)（對）3.2三相異步電動機的工作原理一、三相異步電動機的基本工作原理2.三相異步電動機的啟動

在電機轉子還未啟動時，轉子鐵芯表面的轉子繞組在空間靜止不動，因此，氣隙內的旋轉磁場與轉子繞組之間存在切割運動，轉子繞組產(chǎn)生感應電動勢。同時由于三相異步電動機轉子繞組回路閉合，最終轉子繞組隨之出現(xiàn)轉子電流。

由于轉子繞組存在有電流，在磁場的作用下，轉子繞組受到磁力的作用，產(chǎn)生旋轉磁力矩，若轉子所受磁力矩大于轉子的阻力矩，則三相異步電動機轉子開始啟動。3.2三相異步電動機的工作原理一、三相異步電動機的基本工作原理3.三相異步電動機的運行

隨著轉子轉速的加快，轉子繞組與氣隙磁場的切割運動也變弱。因此，轉子繞組電流變小，轉子所受磁力矩減小，當轉子轉速增大至n時，轉子所受磁力矩與轉子外部阻力矩相等，則電機轉子將勻速穩(wěn)定運行。

通常，三相異步電動機在正常工作時，其轉子的轉速n總略小于同步轉速n0（兩個轉速不一樣），所以這類電機成為“異步”電動機。3.2三相異步電動機的工作原理二、轉差率在三相異步電動機的應用中，為描述同步轉速n0與轉子轉速n的差值，通常用轉差率s來表示：3.2三相異步電動機的工作原理照片：異步電動機銘牌三、銘牌3.2三相異步電動機的工作原理三、銘牌1型號例:3.2三相異步電動機的工作原理異步電動機產(chǎn)品名稱代號產(chǎn)品名稱新代號漢字意義老代號異步電動機Y異J、Jo繞線式異步電動機YR異繞JR、JRO防爆型異步電動機YB異爆JB、JBO高起動轉矩異步電動機YQ異起JQ、JQo3.2三相異步電動機的工作原理2.接法W2U2V2V1W1U1定子三相繞組的聯(lián)接方法。通常

接線盒V1W2U1W1U2V2W1U1V1W2U2V2U2U1W2V1V2W1U1V1W1W2U2V2Y聯(lián)結

聯(lián)結3.2三相異步電動機的工作原理3.電壓電動機在額定運行時定子繞組上應加的線電壓值。三相異步電動機的額定電壓有380V，3000V,及6000V等多種。例如：380/220V、Y/

是指線電壓為380V時采用Y聯(lián)結；線電壓為220V時采用聯(lián)結。說明：一般規(guī)定，電動機的運行電壓不能高于或低于額定值的5%。因為在電動機滿載或接近滿載情況下運行時，電壓過高或過低都會使電動機的電流大于額定值,從而使電動機過熱。3.2三相異步電動機的工作原理4.電流例如：Y/

6.73/11.64A

表示星形聯(lián)結下電機的線電流為6.73A；三角形聯(lián)結下線電流為11.64A。兩種接法下相電流均為6.73A。電動機在額定運行時定子繞組的線電流值。5.功率與效率額定功率是指電機在額定運行時軸上輸出的機械功率P2，它不等于從電源吸取的電功率P1。

鼠籠電機

=72~93％3.2三相異步電動機的工作原理6.功率因數(shù)

三相異步電動機的功率因數(shù)較低，在額定負載時約為0.7~0.9?？蛰d時功率因數(shù)很低，只有0.2~0.3。額定負載時，功率因數(shù)最高。PNP2cos

O注意：實用中應選擇容量合適的電機，防止出現(xiàn)“大馬拉小車”的現(xiàn)象。7.額定轉速電機在額定電壓、額定負載下運行時的轉速。3.2三相異步電動機的工作原理

如：n

N=1440轉/分

sN=0.048.絕緣等級指電機絕緣材料能夠承受的極限溫度等級，分為A、E、B、F、H五級，A級最低(105oC)，H級最高(180oC)。謝

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看第三章交流電機電機拖動與電氣控制ChapterⅢ:Alternatingcurrentmachine主要內容01交流電機的結構02交流電動機的工作原理03交流電動機的繞組04三相異步電動機的機械特性primarycoverage05三相異步電動機的起動06三相異步電動機的調速與反轉07三相異步電動機的制動3.3交流電動機的繞組一、交流繞組的基本知識1.交流電機的定子繞組

線圈（元件）是構成繞組的基本單元。繞組就是線圈按照一定的規(guī)律排列和聯(lián)結。3.3交流電動機的繞組一、交流繞組的基本知識2、交流繞組的基本概念兩個相鄰磁極軸線之間沿定子鐵心內表面的距離。若定子的槽數(shù)為Z，磁極對數(shù)為p，則極距：

極距

線圈節(jié)距一個線圈的兩個有效邊之間所跨的距離（通常用相距的槽數(shù)）稱為線圈的節(jié)距。3.3交流電動機的繞組電角度槽距角

相鄰兩個槽之間的相差的電角度：

每極每相槽數(shù)

每一個極面下每相線圈所占的槽數(shù)為

3.3交流電動機的繞組二、三相交流繞組1.基本要求和分類1）三相繞組對稱；2）力求獲得最大的電動勢和磁動勢；3）繞組的電動勢和磁動勢的波形力求接近正弦；4）節(jié)省用銅量；5）繞組的絕緣和機械強度可靠，散熱條件好；6）工藝簡單、便于制造、安裝和檢修。3.3交流電動機的繞組二、三相交流繞組2、電勢星型圖例如：一臺三相4極24槽鼠籠型異步電動機，其電勢星型圖如下：3.3交流電動機的繞組二、三相交流繞組3、三相繞組槽分布根據(jù)三相交流電機槽電勢星型圖可得三相繞組的槽分布如下：AZBXCY第一對極下（1槽-12槽）1，23,45,67，88,911,12第二對極下（13槽-24槽）13,1415,1617,1819,2021,2223,24槽號分配表3.3交流電動機的繞組二、三相交流繞組3、三相繞組槽分布三相單層疊形繞組將定子沿軸向切開，平展開來U相繞組的連接順序為：A-1-7-2-8-13-19-14-20-X3.3交流電動機的繞組二、三相交流繞組3、三相繞組槽分布三相單層疊形繞組（整距線圈）將A相繞組平移120°電角度V相繞組的連接順序為：B-5-11-6-12-17-23-18-24-Y3.3交流電動機的繞組二、三相交流繞組3、三相繞組槽分布三相單層疊形繞組（整距線圈）將B相繞組平移120°電角度W相繞組的連接順序為：C-9-15-10-16-21-3-22-4-Z3.3交流電動機的繞組二、三相交流繞組4、三相繞組分布圖三相單層疊形繞組（整距線圈）三相繞組動態(tài)圖3.3交流電動機的繞組二、三相交流繞組4、三相繞組分布圖三相單層鏈形繞組（短距線圈）U相繞組的連接順序為：A-2-7-13-8-14-19-1-20-X單層鏈式繞組由節(jié)距相同的兩種短距線圈構成，同一組線圈的形狀、幾何尺寸和節(jié)距均相同，各線圈組的端部互相交叉。3.3交流電動機的繞組二、三相交流繞組4、三相繞組分布圖三相單層疊形繞組（整距線圈）U相繞組的連接順序為：B-6-11-17-12-18-23-5-24-Y3.3交流電動機的繞組二、三相交流繞組4、三相繞組分布圖三相單層疊形繞組（整距線圈）U相繞組的連接順序為：C-9-4-10-15-21-16-23-3-Z3.3交流電動機的繞組二、單層鏈式繞組

鏈式繞組由大小相同的線圈布置構成。線圈端部連線較短，有利于節(jié)省材料，并且省銅。廣泛用于q>1的且為偶數(shù)的小型三相異步電動機。短距鏈式繞組動態(tài)圖3.3交流電動機的繞組三相單層繞組的優(yōu)缺點優(yōu)點缺點元件少，結構簡單，嵌線方便，槽內無層間絕緣廣泛應用于10kW以下的異步電動機定子繞組單層繞組為整距繞組電動勢和磁動勢波形較差鐵損和噪聲較大起動性能較差不適宜于大中型電機謝

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看第三章交流電機電機拖動與電氣控制ChapterⅢ:Alternatingcurrentmachine主要內容01三相異步電動機的結構和工作原理02交流電動機的繞組03三相異步電動機的機械特性04三相異步電動機的起動Thestructureandworkingprincipleofthree-phaseasynchronousmotorStartingofthree-phaseasynchronousmotorMechanicalcharacteristicsofthreephaseasynchronousmotorThewindingsofanACmotorprimarycoverage05三相異步電動機的調速06三相異步電動機的制動07單相異步電動機Speedregulationofthree-phaseasynchronousmotorSingle-phaseasynchronousmotorBrakingofthree-phaseasynchronousmotor03三相異步電動機的機械特性Mechanicalcharacteristicsofthreephaseasynchronousmotor三相異步電動機的機械特性

三相異步電動機的機械特性是指電動機的轉速與電磁轉矩之間的關系，由于電機的轉速與轉差率之間存在一定的關系，所以異步電動機的機械特性通常用

表示。表明：三相異步電動機的電磁轉矩是由主磁通與轉子電流的有功分量相互作用產(chǎn)生的。

一、機械特性的定義和表達式（一）物理表達式三相異步電動機的機械特性（二）參數(shù)表達式一、機械特性的定義和表達式

三相異步電動機的機械特性曲線三相異步電動機的機械特性（三）實用表達式一、機械特性的定義和表達式三相異步電動機的機械特性固有機械特性是指電動機在額定電壓和額定頻率下，按規(guī)定的接線，定、轉子電路不外接阻抗時的機械特性。幾個特殊點1.起動點A:

二、固有機械特性啟動系數(shù)：三相異步電動機的機械特性幾個特殊點2.最大轉矩點B:3.額定運行點C

4.同步運行點D

二、固有機械特性Sm與R2成正比；Tm與R2無關。Tm與U12成正比；Sm與U1無關。過載能力：三相異步電動機的機械特性人為機械特性是指人為改變電源參數(shù)或電動機參數(shù)而得到的機械特性。1.降壓時的人為機械特性snsm10TLUN0TstTmTemn10.8UN0.64Tst0.64Tm

下降后,和均下降,但不變,和減少。三、人為機械特性三相異步電動機的機械特性2.轉子回路串對稱電阻時的人為機械特性

串電阻后，機械特性線性段斜率變大，特性變軟。10TstTmTems

n0n1smR2TstsmR2+Rs三、人為機械特性n1、Tm不變，Sm而則隨外電阻R2的增大而增大。謝

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看第三章交流電機電機拖動與電氣控制ChapterⅢ:Alternatingcurrentmachine主要內容01三相異步電動機的結構和工作原理02交流電動機的繞組03三相異步電動機的機械特性04三相異步電動機的起動Thestructureandworkingprincipleofthree-phaseasynchronousmotorStartingofthree-phaseasynchronousmotorMechanicalcharacteristicsofthreephaseasynchronousmotorThewindingsofanACmotorprimarycoverage05三相異步電動機的調速06三相異步電動機的制動07單相異步電動機Speedregulationofthree-phaseasynchronousmotorSingle-phaseasynchronousmotorBrakingofthree-phaseasynchronousmotor04三相異步電動機的起動Startingofthree-phaseasynchronousmotor三相異步電動機的起動1.起動電流大2.起動轉矩不大

起動時,,轉子感應電動勢大,使轉子電流大,根據(jù)磁動勢平衡關系,定子電流必然增大.三相異步電動機的起動（一）直接起動（二）減壓起動適用于正常運行時定子繞組為三角形接線的電動機。起動電流關系:起動轉矩關系:

一、三相籠型異步電動機的起動1.定子回路串接電抗器或電阻起動2.星／三角(Y／△)減壓起動三相異步電動機的起動直接起動時的起動電流：降壓后定子起動電流：變壓器一次側電流：電網(wǎng)提供的起動電流減小倍數(shù)：起動轉矩減小的倍數(shù)：

3.自耦變壓器減壓起動三相異步電動機的起動（一）轉子回路串電阻起動二、三相繞線型異步電動機的起動接線圖起動時的機械特性曲線三相異步電動機的起動（二）轉子回路串頻敏變阻器起動二、三相繞線型異步電動機的起動當電動機啟動時(s=1)，轉子電流頻率最高。啟動后頻敏變阻器謝

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看第三章交流電機電機拖動與電氣控制ChapterⅢ:Alternatingcurrentmachine主要內容01三相異步電動機的結構和工作原理02交流電動機的繞組03三相異步電動機的機械特性04三相異步電動機的起動Thestructureandworkingprincipleofthree-phaseasynchronousmotorStartingofthree-phaseasynchronousmotorMechanicalcharacteristicsofthreephaseasynchronousmotorThewindingsofanACmotorprimarycoverage05三相異步電動機的調速06三相異步電動機的制動07單相異步電動機Speedregulationofthree-phaseasynchronousmotorSingle-phaseasynchronousmotorBrakingofthree-phaseasynchronousmotor05三相異步電動機的調速Speedregulationofthree-phaseasynchronousmotor三相異步電動機的調速與反轉可得三相異步電動機調速方法：

改變電機極對數(shù)

改變電源頻率改變轉差率三相異步電動機的調速與反轉電源頻率恒定改變磁場極對數(shù)p同步轉速n1改變。轉子轉速n改變轉速按極對數(shù)的倍數(shù)而改變,只適用于籠型電動機，因為籠型轉子繞組的極對數(shù)是感應產(chǎn)生的，隨定子磁場極對數(shù)改變而自動改變，使兩磁場極對數(shù)保持一致。一、變極調速三相異步電動機的調速與反轉改變繞組連接

改變電流方向

改變極對數(shù)

2P=42P=2一、變極調速三相異步電動機的調速與反轉U1≈E1=4.44f1N1kw1Φ0

在調節(jié)f1的同時，改變定子電壓U1，以維持磁通不變，或者保持電動機的過載能力不變

。2.電機得不到充分利用1.鐵心嚴重飽和二、變頻調速三相異步電動機的調速與反轉保持U1/f1=恒值，即恒轉矩調速。電動機最大電磁轉矩Tm在基頻附近可視為恒值，在頻率更低時，隨著頻率f1下調，最大轉矩Tm將變小。（一）基頻以下頻調速二、變頻調速三相異步電動機的調速與反轉電動機端電壓不允許升高，因此f升高時，其U應保持不變。則f1增加，磁通降低，屬減弱磁場調速類型。運行段近似是平行的，此調速方式，可近似認為是恒功率調速類型。

（二）基頻以上變頻調速二、變頻調速三相異步電動機的調速與反轉（一）減壓調速Tem∝

三、變轉差率調速三相異步電動機的調速與反轉電阻越大，曲線越偏向下方。T2一定時，電阻越大，轉速越低。這種調速方法損耗較大，調整范圍有限，主要應用于小型電動機調速中。（二）繞線式異步電動機轉子回路串電阻調速三、變轉差率調速三相異步電動機的調速與反轉（三）電磁轉差離合器調速三、變轉差率調速謝

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