電機與電力拖動（第五版）課件：三相異步電動機的原理

1三相異步電動機的原理4.1交流電機的繞組4.3交流繞組的磁勢4.2交流繞組的感應(yīng)電勢三相異步電動機的應(yīng)用三相異步電動機具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、制造方便、價格低廉、效率高而又堅固耐用等一系列優(yōu)點，所以在現(xiàn)代社會中得到了及其廣泛的應(yīng)用。

但三相異步電動機運行時要從電網(wǎng)吸收無功電流來建立磁場，降低了電網(wǎng)的功率因數(shù)；又由于三相異步電動機的轉(zhuǎn)速是隨著負載的大小而變，因此三相異步電動機還不能完全取代直流電動機和同步電動機。4.1交流電機的繞組一、

交流繞組的主要作用1.在交流繞組中通入三相對稱交流電流，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場；2.旋轉(zhuǎn)磁場切割交流繞組，繞組中感應(yīng)三相對稱交流電勢；二極同步發(fā)電機原理圖4.1交流電機的繞組二、

交流繞組的基本要求1.三相繞組對稱，以保證三相電勢、磁勢對稱；2.力求獲得最大電勢和磁勢，且分布接近正玄波；3.繞組的絕緣和機械強度可靠，節(jié)省材料，散熱條件好；4.工藝簡單、便于制造、安裝和檢修。三、

交流繞組的分類四、交流繞組的基本概念1.極距2.線圈節(jié)距3.電角度4.1交流電機的繞組4.相帶

定義表示排列順序五、三相單層繞組

單層繞組的線圈總數(shù)等于定子槽數(shù)的一半。1.鏈式繞組

單層鏈式繞組由形狀、幾何尺寸和節(jié)距相同的線圈連接而成，整個外形如長鏈。

鏈式繞組的每個線圈節(jié)距相等并且制造方便；線圈端部連線較短并且省銅。主要用于q=2的4、6、8極小型三相異步電動機。4.1交流電機的繞組2.交叉式繞組

單層交叉式繞組由線圈數(shù)和節(jié)距不相同的兩種線圈組構(gòu)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。

交叉式繞組由兩大一小線圈交叉布置。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的且為奇數(shù)的小型三相異步電動機。4.1交流電機的繞組3.同心式繞組

同心式繞組由幾個幾何尺寸和節(jié)距不等的線圈連成同心形狀的線圈組構(gòu)成。

同心式繞組端部連線較長，適用于q=4、6、8等偶數(shù)的2極小型三相異步電動機。4.1交流電機的繞組優(yōu)點不適宜于大中型電機元件少，結(jié)構(gòu)簡單，嵌線方便，槽內(nèi)無層間絕緣廣泛應(yīng)用于10kW以下的異步電動機定子繞組單層繞組為整距繞組缺點電勢和磁勢波形較差鐵損和噪聲較大起動性能較差三相單層繞組的優(yōu)缺點4.1交流電機的繞組六、

三相雙層繞組1.疊繞組4.1交流電機的繞組2.波繞組

雙層繞組的特點：1）線圈數(shù)等于槽數(shù)；2）線圈數(shù)組數(shù)等于極數(shù)，也等于最大并聯(lián)支路數(shù)；3）每相繞組的電勢等于每條支路的電勢。優(yōu)點可以選擇最有利的節(jié)距，使電勢和磁勢波形更接近正弦波所有線圈的形狀和尺寸相同，便于實現(xiàn)機械化端部排列整齊機械強度高可組成較多的并聯(lián)支路缺點嵌線困難用銅量大4.1交流電機的繞組4.2交流電機繞組的感應(yīng)電勢一、

一相交流繞組的感應(yīng)電勢

——基波電勢的繞組系數(shù)，表示考慮了短距和分布后線圈組電勢所打的折扣

Ky1——基波電勢的短距系數(shù)，含義是線圈采用短距后感應(yīng)電勢減小而打的折扣

Kq1——基波電勢的分布系數(shù)，可理解為各線圈分布排列后，感應(yīng)電勢較集中排列時應(yīng)打的折扣。SN

y=

Ec'Ec"Ec'Ec"Ec

SNEc'Ec"

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y

180o

Ec1Ec2Ec3

Ec3Ec1Ec2

R4.2交流電機繞組的感應(yīng)電勢（１）采用短距繞組來削弱高次諧波（２）采用分布繞組來削弱高次諧波１．諧波電勢產(chǎn)生的原因3．削弱高次諧波電勢最有效的方法另外改善主磁極磁場的分布，采用Ｙ接線都可消弱高次諧波電勢2．諧波電勢的危害二、

諧波電勢的產(chǎn)生、危害及削弱4.2交流電機繞組的感應(yīng)電勢4.3交流繞組的磁勢一、

單相繞組的脈振磁勢

空間分布為矩形波,隨時間按正弦規(guī)律變化.變化頻率為電流頻率。

空間位置不變而幅值和方向隨時間變化的磁勢稱為脈動磁勢。二、

三相繞組的旋轉(zhuǎn)磁勢假定首進尾出的方向為電流的正方向4.3交流繞組的磁勢旋轉(zhuǎn)磁勢的特點1.轉(zhuǎn)向：由通入交流電流的相序決定2.轉(zhuǎn)速：同步轉(zhuǎn)速4.3交流繞組的磁勢18三相異步電動機的原理第四節(jié)

三相異步電動機的結(jié)構(gòu)與工作原理旋轉(zhuǎn)磁場的形成、特點2025/6/25假定：首進尾出的方向為電流的正方向1.旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向決定于通入定子繞組

中三相電流的相序；2.如何改變旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向？3.旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速稱為同步轉(zhuǎn)速，

一、三相異步電動機的結(jié)構(gòu)2025/6/25

三相鼠籠型異步電動機的外形圖。

一、三相異步電動機的結(jié)構(gòu)2025/6/25

一、三相異步電動機的結(jié)構(gòu)2025/6/25

定子：定子鐵心、定子繞組、機座、端蓋等部分1.異步電動機的構(gòu)成：

轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組、風(fēng)扇和轉(zhuǎn)軸等部分

定子鐵心：由導(dǎo)磁性能很好的硅鋼片疊成——導(dǎo)磁部分。定子繞組：放在定子鐵心內(nèi)圓槽內(nèi)——導(dǎo)電部分。

一、三相異步電動機的結(jié)構(gòu)2025/6/252.分類

籠型異步電動機（結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、成本低、

按轉(zhuǎn)子繞組的結(jié)構(gòu)分類

運行可靠）

繞線型異步電動機（轉(zhuǎn)子可通過外串電阻改善電機的性能）轉(zhuǎn)子鐵心的每個槽內(nèi)插入一根裸導(dǎo)條，形成一個多相對稱短路繞組。轉(zhuǎn)子繞組為三相對稱繞組，嵌放在轉(zhuǎn)子鐵心槽內(nèi)。

一、三相異步電動機的結(jié)構(gòu)2025/6/25

3.定子繞組的聯(lián)結(jié)------星形和三角形

Y聯(lián)結(jié)D聯(lián)結(jié)

二、三相異步電動機的銘牌

用Y或D表示在額定運行時，定子繞組應(yīng)采用的聯(lián)接方式額定運行狀態(tài)時加在定子繞組上的線電壓.額定條件下轉(zhuǎn)軸上輸出的機械功率。在額定運行狀態(tài)下流入定子繞組的線電流.額定運行時電動機的轉(zhuǎn)速.二、額定值

二、三相異步電動機的銘牌

二、三相異步電動機的銘牌

如何解釋：“一個千瓦兩個電流”這一說法？額定值關(guān)系有：

機械負載旋轉(zhuǎn)起來對稱三相繞組通入對稱三相電流

旋轉(zhuǎn)磁場（磁場能量）

磁感線切割轉(zhuǎn)子繞組

轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生e和

i

轉(zhuǎn)子繞組在磁場中受到電磁力的作用

轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)起來

電磁轉(zhuǎn)矩感應(yīng)

三相交流電能三、三相異步電動機的工作原理

四幾個問題問題一:三相異步電動機的旋轉(zhuǎn)方向決定于什么因素？如何改變其轉(zhuǎn)向？問題二：什么是轉(zhuǎn)差率？轉(zhuǎn)差率如何表示？問題三：如何根據(jù)轉(zhuǎn)差率的大小區(qū)分異步電機的三種運行狀態(tài)？實現(xiàn)外力使電機沿磁場

定子繞組接電源外力使電機快速旋轉(zhuǎn)

反方向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)差率電磁轉(zhuǎn)矩制動

驅(qū)動制動能量關(guān)系電能和機械能變成內(nèi)能

電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能機械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡?/p>

四幾個問題問題四：如何理解異步電機中“異步”的含義？如何理解異步電動機中“異步”的含義？問題五：如何理解異步電動機又稱感應(yīng)電動機？能力：根據(jù)三相異步電動機的額定轉(zhuǎn)速確定電機的極對數(shù)依據(jù)：三相異步電動機的額定轉(zhuǎn)差率一般在0.01—0.03之間，即電機轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速31第五節(jié)三相異步電動機的空載運行第六節(jié)三相異步電動機的負載運行一、空載電流和空載磁勢空載運行時定子電流稱為空載電流，空載電流產(chǎn)生的磁勢為空載磁勢1.空載電流的主要作用--------建立旋轉(zhuǎn)主磁場2.空載電流的大小--------約為額定電流的20%~50%3.空載磁勢----勵磁磁勢4.5三相異步電動機的空載運行二、電磁關(guān)系與變壓器一樣,主、漏磁通可以用參數(shù)等效代替可見，異步電動機空載時的電磁關(guān)系與變壓器非常相似。4.5三相異步電動機的空載運行

負載運行時的電磁關(guān)系4.6三相異步電動機的負載運行一

轉(zhuǎn)子繞組各電磁量與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)差率）之間的關(guān)系1.轉(zhuǎn)子側(cè)的頻率轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)時,理想空載時,2.轉(zhuǎn)子繞組的感應(yīng)電勢轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時的感應(yīng)電動勢:轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)時的感應(yīng)電動勢:二者關(guān)系為:4.6三相異步電動機的負載運行3.轉(zhuǎn)子繞組的漏抗轉(zhuǎn)子旋時轉(zhuǎn)子漏電抗:二者關(guān)系:4.轉(zhuǎn)子繞組的電流轉(zhuǎn)子繞組為閉合繞組,轉(zhuǎn)子電流為轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)時轉(zhuǎn)子漏電抗:當轉(zhuǎn)速降低時,轉(zhuǎn)差率增大,轉(zhuǎn)子電流也增大.4.6三相異步電動機的負載運行5.轉(zhuǎn)子繞組的功率因數(shù)

轉(zhuǎn)子功率因數(shù)與轉(zhuǎn)差率有關(guān),當轉(zhuǎn)差率增大時,轉(zhuǎn)子功率因數(shù)則減小。6.轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁勢轉(zhuǎn)子繞組流過三相或多相對稱電流時產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁勢.

可見,無論轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速怎樣變化,定、轉(zhuǎn)子磁勢總是以同速、同向在空間旋轉(zhuǎn)，兩者在空間上總是保持相對靜止。4.6三相異步電動機的負載運行二、

三相異步電動機的等效電路

頻率折算：就是用一個等效的轉(zhuǎn)子繞組代替實際旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子繞組,

而等效的轉(zhuǎn)子繞組應(yīng)與定子繞組有相同的頻率。1.頻率折算

等效折算的條件：一個是保持轉(zhuǎn)子磁動勢不變；

二是轉(zhuǎn)子回路的功率不變。4.6三相異步電動機的負載運行2.繞組折算4.6三相異步電動機的負載運行3.T型等效電路和簡化等效電路4.6三相異步電動機的負載運行從等效電路分析可知:3)三相異步電動機的功率因數(shù)永遠滯后；4)附加電阻不能用電感或電容來代替。5)在等效電路中負載的變化是用轉(zhuǎn)差率s來體現(xiàn)的42第七節(jié)三相異步電動機的參數(shù)測定

1.當變壓器從空載到負載穩(wěn)定運行時，鐵心中主磁通會增大。（）

2.三相異步電動機轉(zhuǎn)子繞組中的電流是通過電磁感應(yīng)產(chǎn)生的。()

3.三相異步電動機的空載電流比同容量變壓器大的原因是()

A．異步電動機是旋轉(zhuǎn)的B．異步電動機的損耗大C．異步電動機有氣隙課前練習(xí)1.一臺D聯(lián)結(jié)的異步電動機，其

=7.5kW，

=380V，

=1440r/min，

=87%，

=0.82，求該電動機的極對數(shù)、同步轉(zhuǎn)速和額定轉(zhuǎn)差率是多少？其額定電流和對應(yīng)的相電流是多少？2.三相異步電動機轉(zhuǎn)子繞組中的電能是通過電磁感應(yīng)產(chǎn)生的。()3.當三相異步電機轉(zhuǎn)差率為0.02時，異步電機工作在發(fā)電機運行狀態(tài)。()課前練習(xí)

1.一臺D聯(lián)結(jié)的異步電動機，其

=15kw，

=380V，

=1450r/min，

=88.2%，

=0.88，求該電動機的極對數(shù)、額定工作狀態(tài)時的轉(zhuǎn)差率和轉(zhuǎn)子側(cè)的頻率。

2.三相異步電動機從空載到負載，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速

，轉(zhuǎn)子繞組的感應(yīng)電勢

，轉(zhuǎn)子繞組的感應(yīng)電勢

，轉(zhuǎn)子繞組的漏抗

。（變大，變小，不變）

課前練習(xí)4--26試述當機械負載增加時，三相異步電動機的內(nèi)部經(jīng)過怎樣的變化，最終使電動機在較以前低的轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運行？課前練習(xí)

一、空載試驗的目的1.確定電機的勵磁參數(shù)2.確定電機的損耗空載試驗二、空載試驗的接線

試驗時，定子接至的

對稱三相電源上，且電動機軸上不帶任何負載，讓電機在額定電壓下空載運行一段時間（30min），使其機械損耗達到穩(wěn)定值。

然后調(diào)節(jié)電壓從（1.1～1.2）UN降到0.3UN左右，做7～9組，記錄繪制空載特性曲線I0三、空載試驗的方法四、結(jié)果分析1.確定鐵耗與機械損耗2.確定電機的勵磁參數(shù)空載試驗

一、短路試驗的目的

確定電機的短路參數(shù)短路試驗二、短路試驗的接線

在試驗時，一般是調(diào)節(jié)調(diào)壓器使短路電壓從零開始增加，當短路電流Id達到1.2IN時，開始記錄數(shù)據(jù)。

逐步降低短路電壓，短路電流隨之下降至0.3IN，做5～7組，記錄Ud、Id、Pd。繪制短路特性曲線Id,Pd