交流电动机工作原理及特性

n=0 即转差率S=1时转子切割磁力线最剧烈 f 2=f 1， 即转差率S=1时转子切割磁力线最剧烈 n=n0 即S=0时转子不切割磁力线f 2=0， S=0时转子不切割磁力线 =0， 时转子不切割磁力线f 额定工况下S=1.5~6%， =50Hz时 额定工况下S=1.5~6%，f1=50Hz时，f2=0.75~3Hz
交流 电动机
三相异步电动机的结构和工作原理 §4.1 三相异步电动机的结构和工作原理 一. 结构 1.定子 三相绕组 A ----X ----X B ----Y ----Y C---- Z
鼠笼式：如铸铝形成转子绕组 鼠笼式： 2.转子 绕线式 鼠笼转子
二. 工作原理 1.旋转磁场的产生（1对磁极） 旋转磁场的产生（ 对磁极） 定子三相绕组通入 三相交流电
2.旋转磁场的旋转方向 . 任意调换两根电源进 线就使磁场反转。 线就使磁场反转。
Im Im
0 o
i i A
iB iC
ωt
A A
iA
A Z X Y C B
B A A
S
Z
Y Z C
Y
iB
iC
S
N
B X
C
N
X
ωt = 0
ω t = 60°
3.磁极对数P与磁场转速n0 3.磁极对数 与磁场转速n 磁极对数P 若定子每相绕组由两个线圈串联 ，绕组的始端之间互 差60°，将形成两对磁极（P=2，即4极）旋转磁场。 60° 将形成两对磁极（P=2， 两对磁极 旋转磁场。
R2与X2对电机影响均大
4. 转子电流 I2
R2 + (SX20 )2 2 E 20 s = 1(n = 0) → I2max = 2 2 R 2+ X 20 s = 0(n = n0 ) → I2 = 0 n ↓→S ↑→I2 ↑ ϕ 5. 转子电路的功率因数 cosϕ2 R2 R2 cosϕ2 = = 2 2 2 2 R2 + X2 R2 + (SX20 )
i C = I m sin (ω t − 240 ° )
n0
A Y
600
A Y Z
60°
Y
A Z C
N
C
NZ
S
X
N
B
C X
S
S
X B
B
ω t = 90° ω t = 60° ωt = 0 合成磁场方向向下 合成磁场旋转60°合成磁场旋转90° 合成磁场旋转60°合成磁场旋转90°
可见： 对磁极时三相电流产生的合成磁场为旋转磁场 交流电一 三相电流产生的合成磁场为旋转磁场， 可见：1对磁极时三相电流产生的合成磁场为旋转磁场，交流电一 周期（即电角度ωt=360° 磁场旋转 ° 旋转360 个周期（即电角度ωt=360°），磁场旋转360°
e1有效值为 E 1 = 4.44 Kf 1 N 1Φ ≈ 4.44f1 N 1Φ
di 1 = L L1 dt
i1 u1
i2
R1 R2
eL1
e1
eL2
e2
pn 0 60 f1 f 1为 e 1的频率 , 即交流电源频率 , 由磁场转速 n 0 = 可写出 f1 = p 60
E 1 = 4.44 Kf 1 N 1Φ ≈ 4.44f1 N 1Φ
第四章 交流电动机工作原理及特性
直流 电动机 优点：调速、启动、制动性能好，控制器（ 优点：调速、启动、制动性能好，控制器（如 降压调速）简单，短时过载能力强。 降压调速）简单，短时过载能力强。 缺点：结构较复杂，价格较高， 缺点：结构较复杂，价格较高，换向器与电刷处 有火花放电， 有火花放电，需定期维护 （无刷直流电 动机不必）。 动机不必）。 优点：结构简单，价格便宜，不需维护。 优点：结构简单，价格便宜，不需维护。 缺点：调速、启动、制动性能差，若要性能好则 缺点：调速、启动、制动性能差， 控制器（如变频调速、矢量调速）复杂。 控制器（如变频调速、矢量调速）复杂。 异步电动机 交流电动机 同步电动机 三相电动机 单相电动机
异步电动机： 旋转→ 异步电动机：Φ 旋转→ e
3）变压器：I2 增大→ I1增大，以保持Φ基本不变， ）变压器： 增大→ 增大，以保持Φ基本不变， 以达到传递能量的目的。 以达到传递能量的目的。 异步电动机：当负载增加时，转子电流I 增大→ 异步电动机：当负载增加时，转子电流 2 增大→ I1 增大，以保持Φ基本不变，以达到传递能量的目的。 增大，以保持Φ基本不变，以达到传递能量的目的。
n0 − n s= ×100% n0
异步电动机启动时n=0，S=1； 异步电动机启动时n=0，S=1；n=n0时，S=0； S=0； 额定工况下一般 S = 1.5 ~ 6%
例1：一台三相异步电动机，其额定转速 n=975 一台三相异步电动机， = r/min，电源频率 f1=50 Hz。试求电动机的极对 ， 。 数和额定负载下的转差率。 数和额定负载下的转差率。 解： 根据异步电动机转子转速与旋转磁场同步转 速的关系可知： 速的关系可知：n0=1000 r/min , 即 p=3 额定转差率为
/ 磁场转速 n0 = 60f1 (转 分）
频率 f 1 = 50 Hz 时
n0 = 3000 (转 分） /
p=2时 时
C′
X′
Y′
A
N
•
30°
Z
•
C′
Y′
A
Z
B
X′
•
S
N
•
n0
B
•
B′
S
Z′
• •
S
A′
X
B′
•
S
X′
N
Y
C
Z′
N
A′ Y
C
Im
i iA iB iC
ωt = 0
ω t = 60 °
iA
A X A' Z' X' C' Y' Y B' Z B
C′
X′
Y′
A
N
•
Z
•
iC
B′
S
• •
S
A′
B
X
C
iB
Im
Z′
N
Y
C
i iA iB iC
ωt
0
磁极对数p=1时，交流电一个周期（即电角 磁极对数 时 交流电一个周期（ ωt=360°），磁场旋转360° 磁场旋转 度ωt=360°），磁场旋转360°
2. 转子感应电动势e2 转子感应电动势e
dφ1 dφ 2 , 转子 e 2 = N 2 , 书 P 58 有错 定子 e 1 = N 1 dt dt
有效值E 有效值E2= 4.44 f 2N2Φ = 4.44S f 1N2Φ 4.44S
当转速 n = 0(S=1)时， f 2最高，E2 最大，记为 0(S=1)时 最高， 最大，
u 1 = i1R 1 + e L1 + e1 = i1R 1 + L L1
可用复数 ( 有效值 )表示为
• • • • •
di 1 + e1 dt
• •
U 1 = I1 R 1 + E L1 + E 1 = I1 R 1 + j I1 X 1 + E 1
漏磁感抗 X1 = 2πf1L L1
可近似认为U 因R1、X1小,可近似认为 1=E1 可近似认为
0
60 f1 n0 = / = 1500 (转 分） 2 ωt 60 f1 (转 分 / ) 所以 n0 = p
4. 三相异步电动机的工作原理 三相定子绕组通入三相交流电产生旋转磁场， 三相定子绕组通入三相交流电产生旋转磁场，转子 定子绕组通入三相交流电产生旋转磁场 导体切割磁力线产生感应电动势与感应电流， 导体切割磁力线产生感应电动势与感应电流，进而 产生电磁转矩使转子旋转，因磁场转速n 产生电磁转矩使转子旋转，因磁场转速n0需比转子 转速n快才能正常切割磁力线，故称为异步电动机 异步电动机， 转速n快才能正常切割磁力线，故称为异步电动机， 又称为感应电动机。 又称为感应电动机。 5. 转差率S（很重要） 转差率S 很重要） 磁场转速 转速n 又称同步转速 和转子转速n之差与n 同步转速） 磁场转速n0（又称同步转速）和转子转速n之差与n0 比值称为转差率S 的比值称为转差率S。
I2 =
E2
2 2 R2 + X2
=
SE20
s很小时 ( 高速 )R 2 >> SX 20 cosϕ2 ≈ 1
S
大时(低速) 大时(低速) R2 << S X 20
R2 cos ϕ2 ≈ , 相当小 X20
I2、 ϕ2 随 变化曲线 cos S
I2, cos ϕ2
1
I2
n0 − n s= ×100% n0
• • • • •
转子漏磁感抗 X 2 = 2 π f 2 L L 2 = 2 π Sf 1L L 2
当转速 n = 0(S =1)时， f 2最高，X2 最大，记为 0(S =1)时 最高， 最大，
X20= 2πf1LL2 π
转子静止时的漏磁感抗 转子静止时的漏磁感抗
故X2= SX20
转子转动时的漏磁感抗
cos ϕ2
O
n0
1 0Biblioteka s n6. 电磁转矩 T = KtΦI2 cos ϕ2
E 1 = 4 . 44 f 1 N 1 Φ ≈ U 1 ⇒ f 1 Φ = k 1 U 1
由前面 分析知
I2 =
=
SE 20
2 R2
+ ( SX 20 ) Sk 2 U1
2
=
S 4 . 44 f 1 N 2 Φ
2 R2
一.定子电路（取一相分析） 定子电路（取一相分析） 相分析