第三讲 交流电动机

（ b） ωt
=6 0°
图5.9 四极旋转磁场（p=2）
60 f1 n0 (r/min) p 旋转磁场的转速n0取决于电流频率f1和磁极对数p。f1由异步 电动机的供电电源频率决定，而p决定于三相绕组的结构。对 某一异步电动机而言, f1和p通常是一定的，所以磁场转速n0 是个常数。
所以旋转磁场的转速为
在我国，工频f1=50 Hz，于是可得出对应于不同极对数p的同 步转速n0，见表5.1。
表5.1 不同极对数p的旋转磁场转速n0 p 1 2 3 4 5 6
n0 (r/min)
3000
1500
1000
750
600
500
4.2.2 工作原理 一、工作原理
图5.10中转子只示出两根导条。当三相定子绕组 接至三相电源后，三相绕组内将流过三相电流并 在电机内建立旋转磁场，用N、S表示两极旋转 磁场。当旋转磁场按顺时针方向旋转时，转子导 条相当于逆时针方向切割磁力线，在转子导条中 产生感应电动势。由右手定则可确定，N极下的 转子导条的感应电动势的方向是向外的，而S极 下的导条的感应电动势方向是向里的。
异步电动机的结构
三相笼式异步电动机的部件图
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二、转子
三相异步电动机的转子由转子铁心、转子绕组和转轴构成。 转子、气隙和定子铁心构成了一个电动机的完整磁路。 1、铁心：由彼此绝缘的硅钢片叠成圆筒形，套在转轴上。其 外表面有很多均匀分布的冲槽，用于安放转子绕组。 2、绕组：鼠笼式、绕线式 （1）鼠笼型转子绕组：做成笼状，即在转子铁心槽内放铜 条，铜条两端用端环联接；或在槽中浇铸铝液，将转子导条 与端环铸在一起，铸成一鼠笼。 目前中小型鼠笼式电动机的转子多是铸铝的。鼠笼式异步电 动机是工农业生产中应用最广泛的一种电动机。
t 0
t 60
t 90
在旋转磁场具有两对极的情况下，由下图，当电流也从ωt = 0°到ωt =60°经历了60°时，而磁场在空间仅旋转了30°。 就是说，当电流变化了一周时，磁场仅旋转了半周，比p=1情 况下的转速慢了一半，即n0=60f1 /2。
（a） ωt
= 0°
三、旋转磁场的极数 三相异步电动机的磁极对数就是旋转磁场的磁极 对数 。
旋转磁场的极数和三相绕组的安排有关。在图5.7所示情况 下，每相绕组只有一个线圈，绕组的始端之间相差120°空 间角，则产生的旋转磁场具有一对极（或称两极旋转磁场）， 即p=1（p是磁极对数）。
如将定子绕组安排成下左图示，即每相绕组由两个线圈串联， 绕组的始端之间相差60°空间角，则产生的旋转磁场具有两 对极（或称四极旋转磁场），即p=2。所产生的四极旋转磁 场如图5.9示。
例1有一台三相异步电动机，其额定转速n = 1440r/min。试求 电动机的极对数和额定负载时的转差率。电源频率f 1 = 50 Hz。 解：由于电动机的额定转速接近而略小于同步转速，而同步 转速对应于不同的极对数有一系列固定的数值（见表5-1）。 显然，与1440 r/min最相近的同步转速n0 =1500 r/min，所以 电动机的磁极对数为
p
60 f1 60 50 2 n0 1500
额定负载时的转差率为
n0 n 1500 1440 s 0.04 n0 1500
4.3 三相异步电动机的转矩 4.3.1三相异步电动机的电路分析
1．定子电路
异步电动机的定子绕组是静止的，所以旋转磁场产生的感应电动势的频率 等于电源频率f1。异步电动机气隙的旋转磁场切割定子绕组在其中产生感应 电动势e1 ，定子绕组中每相感应电动势的有效值为 ：
三相异步电动机的定子主要由机座、定子铁心和定子绕组组成。
三相对称分布绕组：①每一相绕组的匝数、结构和形状相同； ②在沿定子铁心内圆周放置时，空间相位互差120º 。 各相绕组之间及绕组与铁心之间都是绝缘的。 每相绕组引出一个首端和一个末端， 三相绕组共6个端子 都引到接线盒中，按需要可以联成Y形或Δ形。
第三讲
交流电动机
交流电动机
本章重点
三相异步电动机的基本构造、工作原理、机械特性 三相异步电动机的铭牌数据和选择 三相异步电动机的起动、制动和基本调速方法 常用的低压电器元件 ，三相异步电动机的基本控制 电路
任务一
三相异步电动机分类及简介 发电机
电机 电动机
直流电动机 同步电动机 交流电动机
2、在 t 0时 iA= 0； iB是负的，其方向与参考方向相反，即Y-B； iC是正的，其方向与参考方向相同，即C-Z。
根据右手螺旋定则,判断此时三相电流所产生的合成磁场轴 线的方向是自上而下。
t 0
t 60
t 90
t 0
3、当 t 60
t 60
t 90
iA是正的，其方向与参考方向相同，即A-X； iB是负的，其方向与参考方向相反，即Y-B； Ic = 0。 此时合成磁场的方向与t 0 时相比，已在空间转过了60°
4、在 t 90 时 iA是正的，其方向与参考方向相同，即A-X； iB是负的，其方向与参考方向相反，即Y-B； iC是负的，其方向与参考方向相反，即Z-C。
2、转子电路 （1）转子电流频率f2与s的关系 p(n0 n) p n0 n0 n f2 sf1 60 60 n0 即转子电流频率f2与转差率s成正比
转子静止时（起动瞬间或堵转状态），n = 0，s = 1， f 2 f1
（2）电动势E2与s的关系
E2 4.44 f 2 K 2 N 2Φ 4.44sf1 K 2 N 2Φ sE20
按转速是否受负 载影响分
异步电动机 单相电动机 三相电动机
交流电动机
按定子绕组相数分
电机：进行电能和机械能相互变化的机械装置。 发电机：把机械能转换为电能的装置。
电动机：把电能转换为机械能的装置。 电动机按供电电源不同，分为直流和交流电动机。
交流电动机分为单相（一般容量小）三相（相对容量大）、同步异步两 大类。 同步电动机转速恒定，不受负载控制。用于功率大，不需调、速、长期 工作的大型机械（如大型鼓风机、压缩机、通风机等）
E1 4.44 f1K1N1Φ
式中 f1——电源频率； K1——定子绕组系数，小于1的常数； N1——每相绕组的串联匝数； Φ ——旋转磁场每极磁通。 U1——定子绕组相电压的有效值。
忽略定子漏磁场对定子绕组的作用，
U1 E1 4.44 f1K1 N1Φ
旋转磁场每极磁通 Φ 的大小取决于定子电压U1
图5.10 工作原理图
由于转子绕组自身闭合，在感应电动势的作用下，转子导条中便有感应 电流通过，即产生转子电流。载流转子导条与旋转磁场相互作用，使转 子导条受到电磁力F的作用。电磁力的方向可用左手定则来确定。
每个载流导条在旋转磁场作用下受到的电磁力对转子转轴形成转矩，称 之为电磁转矩。在电磁转矩的作用下，转子就转动起来。转子转动的方 向和磁极旋转的方向相同。
I A
A
Z Y
X
I B
C
B
I C
（ a） （b）
产生四极旋转磁场的定子绕组
（a）
t 0
（ b）t
60
图5.9 四极旋转磁场（p=2）
四、旋转磁场的转速
三相异步电动机的转速与旋转磁场的转速有关，而旋转磁场的 转速决定于磁场的极对数。
在一对极的情况下，如下图，当电流从ωt = 0°到ωt =60°时， 磁场在空间也旋转了60°。当电流变化了一个周期时，磁场 恰好在空间旋转了一周（亦称一转）。设电流的频率为f1，则 旋转磁场的转速为n0=60f1。转速的单位为转/分（r/min）。
4.2.1 旋转磁场 一、旋转磁场的产生 1、定子绕组（三相对称分布）通入对称三相交流电流
I A
A
i
iA
X Y
90
iB
iC
Z
I B I
C
C
B
O
60
t
iA (t ) I msint
iB (t ) I msin(t 120 ) iC (t ) I msin(t 120 )
鼠 笼 型 绕 组
转子 外形
铸铝的鼠笼型转子
鼠笼型转子
绕线式转子结构
课堂小结与练习
1、三相异步电动机的主要部件有哪些？
2、三相异步电动机的连接方式？
三相异步电动机
W2 U1 U2 V1 V2 W1 W2 U1 U2 V1 V2 W1
L1
L2 星形连接
L3
L1
L2
L3
三角形连接
4.2 三相异步电动机的工作原理
I2
E2 | Z2 |
sE20
2 R2 (sX 20 )2
由上述分析可知，转子电路的各个物理量，如电动势、电流、 频率、感抗及功率因数等都与转差率有关，即与电动机转速 有关 。
4.3.2 电磁转矩
一、电磁转矩
T K TΦI2cos2
K T ——与电动机结构有关的常数； Φ ——旋转磁场每极的磁通量； I2 ——转子相电流的有效值； cos 2 ——转子回路的功率因数，其中 2是转子相电流I2滞后 于同相绕组中感应电动势 E 2的相位差角
其中 E20 4.44 f1K2 N2Φ
是转子静止时的感应电动势，也是转子绕组中感应电动势的最大有效值。
所以，转子感应电动势与转差率有关。
i2
（3）cos 2 、I2与s的关系
X 2 2f 2 L2 2sf1L2 sX 20
R2为转子电路的每相电阻，X2为转子电路每 相漏电抗，L2为转子每相漏磁电感；
R2 E2
X2
图5.11 转子等效电路
X 20 2f1L2 为转子静止时的每相感抗 ，也与转差率有关