异步电机结构和基本工作原理

能量转换
电能→机械能
电能+机械能→
原动机机械能 →电能
内部损耗（短
路）
2020年4月7日
第十八章 异步电机的结构和基本工作原理
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下图是三相绕线型转子结构。绕组的三 个出线端子接到固定在转轴上的三铜环上， 通过电刷引出。
特点：可以在转子绕组中串入附加电阻，来
改善电机的起动性能或作转速调节用。
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二、异步电机的基本结构
思考：如果转矩单位为kg m. ，该如何计算？
提示：
1、 对于高压电动机，定子绕组只有三根出线，
只要电源电压符合电动机铭牌电压值便可使用。
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三、异步电动机的额定值
2、对于中低压电动机：
1）如铭牌上标有“380/220V、Y/D联结”时， 表示电源电压为380V时，电机绕组采用“Y” 联结；电源电压为220V时，采用“D”联结。
2）如铭牌上标有“380V、D联结”时，表示 电机正常运行时只能采用“D”联结，但是在 电动机起动过程中可接380V电源，绕组采用 “Y”联结，起动完毕，恢复“D”联结。
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5.2 异步电机的三种运行状态
一、异步电机的转差率
同步转速n1----定子绕组中流过频率为f1的三相 对称电流，在气隙中产生的基波旋转磁场相对
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二、异步电机的基本结构
2. 定子 定子绕组：构成电路部分。其作用是感应电动势、 流过电流、实现机电能量转换。
机座：固定和支 撑定子铁心。因 此要求有足够的 机械强度。
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二、异步电机的基本结构
2. 转子 转子铁心：电机主磁路的组成部分，并放置转子 绕组。由厚度为0.5mm的硅钢片叠装而成，在转 子外圆周上冲制均匀分布的形状相同的槽。 转子绕组：构成电路部分。有两种结构型式：笼 型绕组和绕线型绕组。 转轴：支撑转子铁心和输出、输入机械转矩。
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二、异步电机的基本结构
2. 转子 笼型绕组：在转子铁心均匀分布的每个槽内各放置一
根导体，在铁心两端放置两个端环，分别把所有的导体 伸出槽外部分与端环联接起来。这种笼型绕组一般为铝 浇铸的，对中大型电机为减小损耗、提高效率，往往采 用铜条焊接而成。
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二、异步电机的基本结构
定子铁心的槽形主要有三种：半闭口槽适用于小型异步
电机，其绕组是用圆导线绕成的。半开口槽适用于低压 中型异步电机，其绕组是成型线圈。开口槽适用于高压 大中型异步电机，其绕组是用绝缘带包扎并浸漆处理过 的成型线圈。
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二、异步电机的基本结构
2. 转子 绕线型绕组：与定子绕组相似、极数相同的三相对称绕组
。一般接成星形。将三相绕组的三个引出线分别接到转轴上 三个滑环上，再通过电刷与外电路接通。绕线型转子的特点 是可以通过滑环电刷在转子回路中接入附加电阻，以改善电 动机的起动性能、调节其转速。
1. 0<n<n1 1>s>0：电动机状态
转子侧：Tem与n同转向，Tem为驱动转矩， TemΩ>0，发出机械功率
定子侧：E1与I1的有功电流I1a反方向 ， E1·I1a<0，吸收电功率
此时，吸收电功率￫发出机械功率：电动机
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二、异步电机的三种运行状态
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二、异步电机的基本结构
异步电机外形图
异步电机结构图
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二、异步电机的基本结构
1. 定子 定子铁心：电机主磁路的组成部分，并嵌放定子绕 组。由厚度为0.5mm的硅钢片叠装而成。为了嵌放 定子绕组，在定子冲片内圆周上均匀地冲制若干个 形状相同的槽。
定子绕组中流过三相对称 电流，在气隙中产生基波旋转 磁场。
气隙旋转磁场在短路的转子 绕组中感应电动势并产生电流 ，该电流与气隙中的旋转磁场 相互作用产生电磁转矩，实现 异步电机的运行。
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一、异步电机的基本工作原理
➢ 异步电机主要作电动机使用。 ➢ 主要优点：结构简单、运行可靠、制造容易、价格
－转差率s不等于0的情况下，才可以产生，因此“感 应电机”又称作“异步电机”。
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状态
电动机
发电机
电磁制动
n与s 关系
E1的性质
n<n1 0<s<1
反电动势
n>n1,s<0
n与n1反向， n<0,s>1
电源电动势 反电动势
T的性质 电磁驱动力矩 电磁阻力矩 电磁阻力矩
低廉、坚固耐用，有较高的效率和相当好的工作特 性。
➢ 缺点：目前尚不能经济地在较大范围内平滑调速， 以及它必须从电网吸收滞后的无功功率。
➢ 分类：
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按转子结构分
鼠笼型异步电动机
绕线型异步电动机
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于定子绕组的转速为n1。该转速大小取决于电 流的频率f1和绕组的极对数p，转向为从超前电 流相----转子的机械转速。 转差率s----同步转速n1与转子转速n之差 对同步转速n1之比值
s n1 n n1
二、异步电机的三种运行状态
异步电机的转子可以是带负载机，也可以是由原动机 驱动，在不同的转子外部条件下，异步电机将运行于不同 的转速和不同的转差率，对应不同的运行状态。根据转差 率的正负、大小，异步电机分别对应于电动机、发电机、 电磁制动等三种不同运行状态。
电机学 Electric Machinery
第十八章 异步电机的结构和工作原理
第十八章 异步电机的结构和工作原理
➢ 概述
异步电机的基本工作原理 异步电机的基本结构 异步电动机的额定值
➢ 异步电机的三种运行状态
一、异步电机的基本工作原理
异步电机定子三相对称绕 组接在三相对称交流电网上， 转子绕组对称短路。
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三、异步电动机的额定值
1）额定功率 PN（kW）指额定运行时转轴上的 输出机械功率；
2）额定电压 UN （V）指加在绕组上的线电压； 3）额定电流 IN （A）指定子绕组中的线电流； 4）额定频率 f （Hz）我国工业用频率为50Hz；
5）额定功率因数
2. n>n1 s<0：发电机状态
➢ 转子侧：Tem与n反转向，Tem为制动转矩， TemΩ<0，吸收机械功率
➢ 定 子 侧 ： E1 与 I1 的 有 功 电 流 I1a 同 方 向 ， E1·I1a>0，发出电功率
➢ 此时，吸收机械功率￫发出电功率：发电 机
3. n<0 s>1：电磁制动状态
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二、异步电机的三种运行状态
电磁制动状态 s>1 n<0
电动机状态 1>s>0 0<n<n1
发电机状态 s<0 n>n1
由上分析可见，异步电机只有定子侧是外加电源
的，转子侧的电动势和电流，均是由气隙旋转磁场感
应产生的，因此称作为“感应电机”，而这一感应作
用，只有在转子与气隙旋转磁场不同步，即“异步”
cos N
指电动机在额定负载
时定子侧的功率因数；
PN 3UNINNcosN
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6）额定转速 nN（r/min）指电机额定运行时转
轴的转速；
7）电动机的额定输出转矩计算式为
T2N
9550 PN (kW ) nN (r / min)
（N
.
m）
3. 气隙
定、转子之间的间隙， 也是电机主磁路的组成部分。
气隙大小对异步电机的性 能影响很大。
为了减小电机主磁路的磁 阻，降低电机的励磁电流，提 高电机的功率因数，气隙应尽 可能小。异步电机气隙长度应 为定、转子在运行中不发生机 械摩擦所允许的最小值。
中、小型异步电机中，气 隙长度一般为0.2～1.5mm。
。
➢ 转子侧：Tem与n反转向，Tem为制动转矩，
。
TemΩ<0，吸收机械功率 ➢ 定 子 侧 ： E1 与 I1 的 有 功 电 流 I1a 反 方 向 ，
。
E1·I1a<0，吸收电功率
。
➢ 此时，吸收电功率＋吸收机械功率￫ 转子 电阻热损耗：电磁制动状态
。
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