三相异步电动机基本知识

同步转速
极对数
每个电流周期 磁场转过的空间角度
( f 50Hz)
n0
p =1
p=2 p=3
360 ° 180 120
3000(转/分） 1500(转/分） 1000(转/分）
电动机转速和旋转磁场同步转速的关系
电动机转速:
n
异步电动机
电机转子转动方向与磁场旋转的方向一致，
但
n n0
提示：如果
Z
n0
Y
A Z
n0
Y C
A Z B X
N
B
X
CS
C
B X
ωt = 60 °
ωt = 120 °
ωt = 180 °
旋转磁场的旋转方向
旋转方向：取决于三相电流的相序。
iA
iB
iC
t
iA
iC
iB
t
Im
Im
n0
n0
改变电机的旋转方向：换接其中两相。
旋转磁场的转速大小
一个电流周期，旋转磁场在空间转过360°。则
sm
s 'm
0
R2 得： S m X 20
T 令： 0 S
T
Tst
Tst
结论：
T st Tst
sm s ' m
R2的 改变 ： 鼠笼式电机转子导条的金属材料不同，线绕式电 机外接电阻不同。
机械特性的软硬
硬特性：负载变化时，转速变化不大，运行特性好。 软特性：负载增加转速下降较快，但起动转矩大，起 动特性好。 硬特性 （R2小）
n < n0
异步
n0 f
N
n
e i
S
三相异步机的结构
三相定子绕组：产生旋转 磁场。 转子：在旋转磁场作用下， 产生感应电动势或 电流。 线绕式 鼠笼式 转子
定子绕组 （三相）
A Y
定子
Z
C
B
X
鼠笼转子
机 座
旋转磁场的产生
异步机中,旋转磁场代替了旋转磁极 (•)电流出
A
n0
Z B
i A = I m sin ωt
（牛顿•米）
( 2 ) 最大转矩 T ： max 电机带动最大负载的能力。 如果 TL Tmax电机将会 因带不动负载而停转。
n
0
n
T
sR2 2 T K 2 U1 2 R2 (sX 20 )
求解
Tmax
T 0 S
Tmax
1 KU 2 X 20
2 1
过载系数：
Tmax TN
同步转速（旋转磁场的速度）为：
Im
i A i B iC
n0 = 60 f (转/分）
t
n0
Y
C
N
A
60 °
A
N
Z
B X
Y
CS
Z B
Y C
N
A
Z B X
S
S
X
极对数（P）的概念
iA
A Z X Y B
A
Y
N
Z
iC C
iB
C
B
S
X
此种接法下，合成磁场只有一对磁极，则极对数为1。 即：
p =1
极对数（P）的改变
常数
转子电流 每极磁通
转子电路的
cos2
T KTΦmI 2 cos2
将其中参数代入：
R (SX20 ) R2 cos2 2 2 R2 (SX20 )
2 2 2
I2
SE20
U1 4.44 f1 N1Φm
得到转矩公式
sR2 2 T K 2 U 1 2 R2 ( sX 20 )
( 3 ) 起动转矩
Tst ：
电机起动时的转矩。
n
0
n
sR2 2 T K 2 U1 2 R2 (sX 20 ) 其中 n 0 (s 1)
则
T
Tst
R2 2 Tst K 2 U1 2 R2 ( X 20 )
电机能
Tst体现了电动机带载起动的能力。若 Tst TL
起动，否则将起动不了。
E2 4.44 f 2 N2Φm 4.44 Sf1 N2Φm SE20
转子功率因数Biblioteka Baidu
cos 2
R2 R X
2 2 2 2

R2 R ( SX 20 )
2 2 2
转矩公式的推导
电磁转矩 T：转子中各载流导体在旋转磁场的作用下, 受到电磁力所形成的转距之总和。
T KTΦm I 2 cos2
机械特性和电路参数的关系
和电压的关系
sR2 2 T K 2 U 1 2 R2 (sX 20 )
T ~U
结论：
2 1
(s 0) n n0
0
n
U1
T
U1 Tmax TST
和转子电阻的关系
n
R2
R2 R'2
R '2
sR2 2 T K 2 U 1 2 R2 (sX 20 )
Im
i A i B iC
t
Z
极对数
p=2
极对数和转速的关系
A Y'
Z

A
C'
X'
N
B
30
C S'
NZ
n0

S

S
N
A'
Y
X'
X

X
B'
C
ZN '
C S
Z'
ωt = 0
A'
t 60
60 f n0 (转/分） p
Im
i A i B iC
t
三相异步电动机的同步转速
60 f n0 (转/分） p
n
软特性 （R2大）
0
T
不同场合应选用不同的电机。如金属切削，选硬特性 电机；重载起动则选软特性电机。
三相异步电动机的使用
三相异步机铭牌与技术数据
1. 型号 Y 132M－4
磁极数(极对数 p=2)
同步转速1500转/分 60 f n0 (转/分） p 2. 转速: 电机轴上的转速（n)。 如： n =1440 转/分
R1
u1 N1Φm1cos1t
u1
i1
e 1
e1
e2
e 2
R2
U1m N1Φm N1Φm 2π f1 U E1 U1 1
同理得转子边：
2
4.44 f1 N1Φm
E2 4.44 f 2 N2Φm
E2 4.44 f 2 N2Φm
f 2 ：转子感应电动势的频率 N 2 ：转子线圈匝数 f2
cos 1
P2
PN
注意：实用中应选择合适容量的电机，防止“大马” 拉“小车”的现象。
此外还有绝缘等级等参数，不一 一介绍。
C
C
Y
B
B
X
例：380/220 Y/是指：线电压为380V时采用Y接法； 当线电压为220V时采用接法。 说明：一般规定电动机的运行电压不能高于或低于额 定值的 5 ％。
电压波动对电动机的影响
U1 I1
U1
Φ
Φ
I1
I
U1 4.44 f1 N1Φ
U1 I1
U1
1.8 ~ 2.2
Tmax
1 KU 2 X 20
2 1
三相异步机
注意： （1）三相异步机的 Tmax 和电压的平方成正比，所 以对电压的波动很敏感，使用时要注意电压的变化。 （2）工作时，一定令负载转矩 电机将停转。致使
TL Tmax，否则
n 0 (s 1) I 2 I1 电机严重过热
异步电动机简介
三相异步电动机的结构与工作原理
磁铁
n0
N
f
n
e i
S
闭合 线圈
磁极旋转
导线切割磁力线产生感应电动势 （右手定则）
e=B l v
磁感应强度 导线长
切割速度
闭合导线产生电流 i
N
通电导线在磁场中受力
n0 f
f =B l i
（左手定则）
n
e i
S
1. 线圈跟着磁铁转→两者转动方向一致 结论： 2. 线圈比磁场转得慢
增加。
n
0
T
自适应负载能力是电动机区别于其它动力机械的重要 特点。（如：柴油机当负载增加时，必须由操作者加大 油门，才能带动新的负载。）
三个重要转矩
( 1 ) 额定转矩
TN
：
nN
n
0
n
电机在额定电压下，以额
定转速 定功率
nN PN
运行，输出额 时，电机转轴
T
上输出的转矩。
TN
PN PN (千瓦 ) TN 9550 2π nN nN (转 / 分) 60
n
U1大
n0 n s
n
U1小
n
E2 sE20
s
E2
I1
I2
T
5. 额定电流：定子绕组在指定接法下的线电流。
如： /
11.2A / 6.48A
表示三角接法下，电机的线电流为11.2A，相电流 为6.48A；星形接法时线、相电流均为6.48A。 6. 额定功率：
（转差率最大） n 0, s 1
三相异步电动机的机械特性
三相异步电动机的“电－磁”关系
e1 、 e2 ：主磁通产
生的感应电动势。 R1
i2 e2
e 1、 e 2 ：漏磁通
产生的感应电动 势。
u1
i1
e 1
e1
e 2
R2
转、定子电路
d u1 i1 R1 e1 e 1 e1 N1 定子边： dt u1 N1Φm1cos1t 设： Φmsin1t 则：
) iB = I m sin (ωt 120°
iC = I m sin (ωt
Y
) 240°
C
iA
iB
iC
t
Im
X
()电流入
iA
A
iA
iB
iC
t
iC
iB
Z X Y
C B
Im
A
Y
N
Z
合成磁场方向：
ωt = 0
C
B
向下
S
X
同理分析，可得 其它电流角度下 的磁场方向：
iA
iB
iC
t
Im
n0
A Y
60
n n0
转子与旋转磁场间没有相对运动 无转子电动势（转子导体不切割磁力线） 无转子电流 无转距
转差率
( s ) 的概念：
n0 n s 100 % n 0
转差率为旋转磁场的同步转速和电动机转速之差。即：
异步电机运行中: 电动机起动瞬间:
s 1 ~ 9%
三相电动机的机械特性
T f (S ) n f (T )
根据转矩公式 得特性曲线：
sR2 2 T K 2 U 1 2 R2 (sX 20 )
n
n
0
T
s
0
1
T
电动机的自适应负载能力
电动机的电磁转矩可以随负载的变化而自动调整， 这种能力称为自适应负载能力。 常用特 n 性段
TL n S I 2 T 直至新的平衡。此过程中，I 2 时， I1 电源提供的功率自动
将每相绕组分成两段，按右下图放入定子槽内。形 成的磁场则是两对磁极。
iA
C'
A X A' Z' X'
iC
iB
Y'
Z B'
Y B
Y' C' X' B'
Z
A
Z'
C
A'
Y
B X C
iA
A
A Y'
Z'
iC
iB
X A' Z' X' C' Y Y' Z B' B C
C'
X'
N

B
S

S
N
A'
Y
X
B'
C
额定功率指电机在额定运行时轴上输出的功率 （P ），不等于从电源吸收的功率（P ）。两者的 1 2
关系为：
P2 P 1
3U N I N cos
其中
P 1
鼠笼电机 =72－93％
7. 功率因数(cos1)： 额定负载时一般为0.7 ~ 0.9 ， 空载时功率因数很 低约为0.2 ~ 0.3。额定负载时，功率因数最大。
转差率
1500 1440 s 0.04 1500
3. 联接方式 ： Y/ 接法
A
B
C
接线盒：
Z
X
Y
Y 接法：
A A B C Z X Y B
接法：
A B C Z A C X Y B
C
Z X Y
Z X Y
4. 额定电压：定子绕组在指定接法下应加的线电压.
A 线 电 压 Z X Y 线 电 压 Z A
取决于转子和旋转磁场的相对速度
n0 n n0 n n0 f2 P P Sf1 60 n0 60
I2
其中
E2 R X
2 2 2 2 2 2
R1
u1
2
i1
SE20 R ( SX 20 )
e 1
e1
e2
e 2
R2
X 2 2 f 2 L2 2 Sf1L2 SX20