第9讲 三相异步电机原理

第3章 异步电动机的基本原理 了解三相异步电动机的基本结构； 掌握旋转磁场的产生原理； 掌握三相异步电动机的电路； 掌握三相异步电动机的磁动势。
按转子结构分： 鼠笼型异步电动机 绕线型异步电动机
1、三相异步电动机的结构
一、定子部分：定子是用来产生旋转磁场的。三相电动机的定子一般由
外壳、定子铁心、定子绕组等部分组成。
i 变化一周
i 每秒钟变化 50 周
→旋转磁场转一圈 →旋转磁场转 50 圈
i 每分钟变化 (50×60) 周→旋转磁场转 3000 圈
ns = 3000 = 60 f1 (r / min)
同步转速 ns 的大小怎样改变？
A
A1
Y Z
B1 C1
C2
Y2
A1
Z2
B1 X1 C1
X1 Y1 Z1 A2 B2 C2 C B Y2 Y2 Z2
C
S
X
B
C
X
B
t = 0 时
O
t = 120O 时
i1＞0，i2 = 0，i3＜ 0
i1 = 0，i2＜ 0， i3＞0
A Y
A
Z
Y
N
Z
C
B
C
S
X
B
X
t = 240O 时
i1＜ 0，i2＞0，i3 = 0
t = 360O 时
i1= 0，i2＜ 0，i3＞0
2. 旋转磁场的转速 同步转速ns
额定电 压 (线电压)
P1N =
3 UNIN cosN
PN =NP1N =
3 UNIN cosN N
三相异步电动机的铭牌
22 kW，UN = 380 V，三角形联结，IN = 42.2 A， N = 0.89， fN = 50 Hz，nN = 2 940 r/min。求额定运行时的：(1) 转差率； (2) 定子绕组的相电流； (3) 输入有功功率； (4) 效率。
2、三相异步电动机的基本工作原理 转动原理
1、电生磁：三相对称绕组通
以三相对称电流产生圆形旋转 磁场。（右手螺旋）
S

n1
Y
C
2、磁生电：旋转磁场切割
转转子导体产生感应电动势和 感应电流。（右手）





A
n
3、电磁力：转子载流体在磁
场作用下受电磁力作用，形成电 磁转矩，驱动电动机旋转，将电 能转化为机械能。（左手）

N

X
Z
B
2、三相异步电动机的基本工作原理 转子旋转原理：
教程96
当定子接三相电源后，电动机内便形成旋转磁场。若转 子不转，转子笼型导条与旋转磁场有相对运动，导条中有感 应电动势e，方向由右手定则确定。由于转子导条彼此在端部 短路，于是导条中有电流，不考虑电动势与电流的相位差时， 电流方向同电动势方向。转子导条中的电流受磁场力作用受 力（左手定则），产生转矩T，即为电磁转矩，方向与旋转磁 场同方向，转子便在该方向上旋转起来，转速为n。 由于转子电流是通过定子旋转磁场和转子绕组的相对切 割而产生的，因此转子转速永远也不可能达到同步转速。由 于转子转速与同步转速之间存在转速差异，异为感应电动机。
空载转速
异步电机的三种运行状态 根据转差率的大小和正负,异步电机有三种运行状态
工作原理概括：
对称三相绕组 通入对称三相电流
三相 交流 电能
转子绕组中 产生 e 和 i 转子绕组在磁场中 受到电磁力的作用
电磁 转矩
旋转磁场 （磁场能量）
感 应
转子旋转起来 磁感线切割 转子绕组 机械负载 旋转起来
定子接线盒
60 f1 60 50 3000 ns 同步转速 p p p 考虑本题的额定转速 ns 750r / min 极对数 p 4
ns ns (1 s0 ) 750(1 0.267%)r / min 748r / min 额定转差率 sN ns nN 100% 750 730 100% 2.67% nN 750
转速，单位 r/min
此外，铭牌上还标明绕组的相数与接法（星形还是三角形）、绝缘 等级及允许温升等。对绕线转子异步电动机，还标明转子的额定电 动势及额定电流。
额定值
2p = 6
轴上输出额定 机械功率PN 频 率 50Hz 联 结 Y 绝缘等级 B 额定电流 (线电流)
三相异步电动机
型 号 电 压 转 速 Y132S－6 380 V 960r/min 功 率 3 kW 电 流 7.2 A 功率因数 0.76
三相异步电动机的定子部分在结构上和同步电动机的定子部分完全相同。 对中、小容量的低压异步电动机，通常定子三相绕组的六个出线头都引出， 这样可根据需要灵活地接成“Y”形或“D”形。 3~
A Z
B X
C Y
星 形 (Y) 联 结 三 角 形 () 联 结
A B C
A Z B X C A Y Z
3~
B X
C Y
X Y Z
第二节 三相异步电动机的铭牌数据
额定功率—— 电动机在额定运行时输出的机械功率,单位 kW 额定电压—— 在额定运行状态下，电网加在定子绕组的线电压， 单位 V
额定电流—— 电动机在额定电压下使用，输出额定功率时，
定子绕组中的线电流，单位 A 额定频率—— 我国的电网标准频率为 50Hz 额定转速—— 电动机在额定电压、额定频率及额定功率下的
(3) 输入有功功率 P1N = 3 UNIN N = 1.732×380×42.2×0.89 W = 24719.2 W = 24.72 kW (4) 效率 PN N = ×100% P1N 22 = ×100% = 89 % 24.72
作业： 4.1
1.定子铁心：由导磁性能很好的硅钢片叠成——导磁部分。 2、定子绕组：放在定子铁心内圆槽内——导电部分。 3、机座：固定定子铁心及端盖，具有较强的机械强度和刚度。 二、转子部分 1、转子铁心：由硅钢片叠成，也是磁路的一部分。 2、转子绕组： 1）鼠笼式转子：转子铁心的每个槽内插入一 根裸导条，形成一个多相对称短路绕组。2）绕线式转子：转 子绕组为三相对称绕组，嵌放在转子铁心槽内。 三、气隙 异步电动机的气隙是均匀的。大小为机械条件所能允许达 到的最小值。
【例】 Y180M－2 型三相异步电动机， PN =
解：(1) 由型号知 2p = 2，即 p = 1， 因此 n0 = 3 000 r/min，故 n0－nN 3 000－2 940 = 0.02 sN = = n0 3 000 (2) 由于定子三相绕组为三角形联结，故相电流为 IN 42.2 = A = 24.4 A I1P = 3 3
右图是一台三相鼠笼型异步电 动机的外形图。 下面是它主要部件的拆分图。
鼠笼型转子 铁心和绕组 结构示意图
三相绕线型 转子结构图
三相异步电动机的工作原理
一、旋转磁场
1. 旋转磁场的产生
三相 (多相) 电流 → 三相 (多相) 绕组 → 旋转磁场。 A 三相绕组
Z C
X Y
B
A
Y Z
横截面
C
B
X2 B2 Z1 每相绕组由两个 线圈串联组成
X
每相绕组由 一个线圈组成
A2
Y1
Y2 C2 X2
A1
×
Z2 B1
×
N S N
×
S
X1 C1
B2 Z1
×
Y1
磁极对数 p p=2 电流变化一周 →旋转磁场转半圈 60 f1 ns = 1 500 = 2 当磁极对数 p = 3 时 60 f1 ns = 1 000 = 3 60 f1 ns = p
A2
t = 0O 时
i1 = 0，i2＜ 0， i3 ＞0
f = 50 Hz 时： p 1 2 3 4 n0/(r/min) 3 000 1 500 1 000 750
5 600
6 500
3. 旋转磁场的转向 A (i1) →B(i2) →C(i3) ※ 由超前相转向滞后相。 ※ 由通入绕组中的电流的相序决定的。 怎样改变 n0 的方向 ? B(i1) → A(i2) →C(i3)
转差率 同步转速与转子转速之差与同步转速的比值称为转差率，用 s表示，即：
p----磁极对数 f1----定子电流频率
转差率是异步电机的一个基本物理量，它反映电机的各种 运行情况。 n n 转子未转动时， 0 , s 1; 电机理想空载时， ns , s 0. 作为电动机，转速在 0 ~ ns范围内变化，转差率在0~1范围内变。 负载越大，转速越低，转差率越大；反之，转差率越小。 转差率的大小能够反映电机的转速大小或负载大小。电机的转 速为： 额定运行时，转差率一般在0.01～0.06之间，即电机转速 接近同步速。
转差ns-n的存在是异步电动机运行的必要条件。我们将
转差表示为同步转速的百分值，称为转差率，用s表示。 ns n s 100% ns ns ——同步转速 n ——转子异步转速 [例4-1] 有一台50Hz的三相异步电动机运行，空载转差率为 0.267%，额定转速为 nN 730r / min 求该电动机的极对数、同步转 速、空载转速以及额定负载时的转差率。 解
A
B
C
电流参考方向
X
流入 流出
X Y Z
A
Y
× ×
N
A ← i1 = Imsin t B ← i2 = Imsin( t－120O) Z i3 = Imsin( t＋120O) C←
i1
C
S
X
B
Im
i1
i2
i3
O
t
t = 0O 时
i1 = 0，i2＜ 0， i3 ＞0
A Y