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三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理一、旋转磁场一、旋转磁场1.旋转磁场的产生旋转磁场的产生三相电流三相电流 三相三相 绕组绕组 旋转磁场。旋转磁场。三相绕组：三相绕组：W2 W1V2 V1U1 U2 U V WU1U2V1V2W2W1i1=Imsinti2=Imsin(t120O)i3=Imsin(t+120O)tOImi1 i2 i3t =0O 时时i1=0，i2 0，i3 0NSU1U2V1V2W2W1NSt=120o 时时i10，i2=0，i3 0U1U2V1V2W2W1U1U2V1V2W2W1NSNSt=240o 时时i1 0，i20，i3=0t=360o 时时i1=0，i2 0，i30i 每分钟变化每分钟变化(5060)周周n0=3000=60 f1 (r/min)2.旋转磁场的转速旋转磁场的转速 n0U1U2V1V2W2W1每相绕组由一个线圈组成，每相绕组由一个线圈组成，p=1U1U2U3U4V1V4V2V3W4W1W2W3NSNS 磁极对数磁极对数 p p=2 电流变化一周电流变化一周 旋转磁场转旋转磁场转半半圈圈 n0=1500 当磁极对数当磁极对数 p=3 时时 n0=100060 f13=60 f1pn0=每相绕组由两个每相绕组由两个线圈串联组成线圈串联组成*知识点：知识点：f=50 Hz 时：时：1 2 3 4 5 6 3000 1500 1000 750 600 500pn0/(r/min)3.旋转磁场的转向旋转磁场的转向(n0 的转向的转向)U(i1)V(i2)W(i3)怎样改变怎样改变 n0 的方向的方向?V(i1)U(i2)W(i3)知识点：知识点：旋转磁场转向取决于相序。旋转磁场转向取决于相序。二、二、工作原理工作原理对称三相绕组对称三相绕组通入对称三相电流通入对称三相电流旋转磁场旋转磁场(磁场能量磁场能量)磁场线切割磁场线切割转子绕组转子绕组转子绕组中转子绕组中产生产生 e e 和和 i i转子绕组在磁场中转子绕组在磁场中受到电磁力的作用受到电磁力的作用转子旋转起来转子旋转起来机械负载机械负载旋转起来旋转起来三相交流电能三相交流电能感应感应电磁电磁转矩转矩输出机械能量输出机械能量发电过程发电过程电动过程电动过程知识点知识点：重点明白如何：重点明白如何“发电发电”、如何、如何“电电动动”。NSn0定子：定子：n1.电磁转矩的产生电磁转矩的产生U1I1Fm1E2I2Fm2Tn转子：转子：M33M332.转子旋转的方向转子旋转的方向*转子与旋转磁场的转向相同。转子与旋转磁场的转向相同。正转正转反转反转知识点：知识点：怎样改怎样改变转子的转向变转子的转向?nn起动时：起动时：n=0,n=n0转差率转差率:起动时起动时:额定运行时额定运行时:3.转子转速转子转速 n 转子电磁感应最强转子电磁感应最强nn转子电磁感应消失转子电磁感应消失转子电磁感应减弱转子电磁感应减弱nn n0n n0n=0，s=1sN=0.01 0.09 知识点：知识点：p=1,2,3,n典型值典型值s=n0nn0100%理想空载时理想空载时:n=n0，s=0 正常运行时正常运行时:0nn0，1s0异步！异步！知识点知识点 起动时：起动时：n=0，n=n0，f2=f1。起动过程中起动过程中:n n f2 稳定运行时：稳定运行时：4.转子电路电量的变化转子电路电量的变化 f2=s f1（知识点：知识点：约几约几Hz，很低），很低）5.电磁转矩电磁转矩 T 的大小的大小T ，I2cos 26.三相异步电机的四象限运行三相异步电机的四象限运行T=CTm I2cos 2电动机状态：电动机状态：n 与与T 同方向同方向 0nn0 1s0nTO发电机状态：发电机状态：n 与与T 反方向反方向 nn0 s0制动状态：制动状态：n 与与T 反方向反方向 n0 s1反向电动机状态反向电动机状态4.2 三相异步电机的基本结构三相异步电机的基本结构一、主要部件一、主要部件1.定子定子(1)定子铁心定子铁心(2)定子绕组定子绕组(3)机座和端盖机座和端盖2.转子转子(1)转子铁心转子铁心(2)转子绕组转子绕组(3)转轴转轴(4)风扇风扇异步电动机内部结构图异步电动机内部结构图 定子铁心、转子铁心：定子铁心、转子铁心：由硅钢片叠成。由硅钢片叠成。定子铁心定子铁心转子铁心转子铁心 定子绕组定子绕组知识点：知识点：三相对称三相绕组。三相对称三相绕组。U1 V1 W1W2 U2 V 2 定子接线盒定子接线盒星形星形(Y)联结联结三角形三角形()联结联结U1 V1 W1W2 U2 V2U1 V1 W1W2 U2 V2U1 V1 W1U2 V2 W2知识点：知识点：两种绕组接法两种绕组接法鼠笼式：鼠笼式：对称多相绕组。对称多相绕组。转子绕组转子绕组知识点：为什么叫感应电动机？知识点：为什么叫感应电动机？鼠笼式异步电动机的转子鼠笼式异步电动机的转子 绕线式异步电动机的转子绕线式异步电动机的转子 三相异步电动机的名牌数据三相异步电动机的名牌数据 1、额定功率、额定功率pN：指额定运行时输出机械功率。2、额定电压、额定电压U1N：指额定运行状态下，定子绕组应加的线电压。3、额定电流、额定电流I1N：指额定运行状态下，输出额定功率时，定子绕组中的线电流。4、额定功率、额定功率fN：工频规定为50HZ5、额定转速、额定转速nN：指电机在额定运行时的转速。6、其他：、其他：有时还标明功率因数，效率，温升，定额接法绝缘等级等.定子铁心、转子铁心：定子铁心、转子铁心：主磁路的主主磁路的主要部分，为要部分，为了减少磁滞了减少磁滞损耗和涡流损耗和涡流损耗，铁芯损耗，铁芯由由0.5mm的的硅钢片成。硅钢片成。定子铁心定子铁心转子铁心转子铁心 定子绕组定子绕组对称三相绕组。对称三相绕组。绕线式：绕线式：对称三相绕组。对称三相绕组。鼠笼式：鼠笼式：对称多相绕组。对称多相绕组。转子绕组转子绕组1.名词和符号：名词和符号：(1)机械角度和电角度机械角度和电角度NSU1U2U1U3U2U4 转子转一圈，转子转一圈，U 相绕组相绕组中的感应电动势变化一周。中的感应电动势变化一周。转子转一圈，转子转一圈，U 相绕组相绕组中的感应电动势变化两周。中的感应电动势变化两周。NNSS 定子三相绕组定子三相绕组电角度电角度=机械角度机械角度极对数极对数知识点：知识点：三相电机三相电机:一般，一般，m=3(3)极对数极对数 p(4)槽数槽数 z(5)槽距角槽距角：(6)极极：=p 360 z相邻两个槽中心线之间的距离。相邻两个槽中心线之间的距离。相邻两磁极中心线间的距离。相邻两磁极中心线间的距离。用槽数用槽数表示：表示：z2 p=(2)相数相数 mNSU1U2V1V2W2W1（注意：为电角度）（注意：为电角度）(7)每极每相槽数每极每相槽数 qq=z2 p m2.交流绕组的种类交流绕组的种类(1)按相数分类按相数分类:单相绕组、三相绕组、两相绕组。单相绕组、三相绕组、两相绕组。NSU1U2V1V2W2W1整距绕组整距绕组:y=短距绕组短距绕组:y 长距绕组长距绕组:y NSU1U2V1V2W2W1(3)按每极每相槽数分类按每极每相槽数分类集中绕组：集中绕组：q=1分布绕组：分布绕组：q1(2)按线圈节距分类按线圈节距分类NSU1U2U3U4U5U6(4)按每个槽内线圈的层数按每个槽内线圈的层数分类分类单层绕组双层绕组单层绕组双层绕组NS双层绕组双层绕组:双层集中绕组双层集中绕组外层外层(上层上层):U1、U3内层内层(下层下层):U2、U4U1U2U4U3NSU2U1U4U3 双层分布绕组双层分布绕组外层外层(上层上层):U1、U3内层内层(下层下层):U2、U4 (5)按线圈之间的联结方式分类按线圈之间的联结方式分类:叠绕组、波绕组、同心绕组等。叠绕组、波绕组、同心绕组等。例：例：求作叠绕组展开图。求作叠绕组展开图。z=24，p=2，m=3，y=。解：解：绕组接线步骤如下。绕组接线步骤如下。(1)求出求出 q、y 每极每相槽数：每极每相槽数：q=z2 p m=24223=23.三相单层绕组三相单层绕组槽距角：槽距角：=p360z=2 36024=30线圈节距：线圈节距：zy=2 p=2422=6123456789101112131415161718192021222324(2)画出画出 U 相叠绕组。相叠绕组。U1U2U1(1-7)(2-8)线圈串联：线圈串联：(13-19)(14-20)U2 线圈并联：线圈并联：U1U2123456789101112131415161718192021222324NSNSN123456789101112131415161718192021222324NSNSNU1U2串联串联124567891011121314151617181920212223243U1U2W1W2V1V2(3)画出三相叠绕组。画出三相叠绕组。(用三色用三色)4.同心绕组同心绕组 123456789101112131415161718192021222324SNS例：例：z=24，p=1，q=4,=15。U1U2优点：下线方便、端部重叠层数少、散热好。缺点？优点：下线方便、端部重叠层数少、散热好。缺点？两极小型感应电机。两极小型感应电机。1.单相绕组的脉振磁通势单相绕组的脉振磁通势 脉振磁场：轴线不变，大小和方向随时间交变脉振磁场：轴线不变，大小和方向随时间交变 的磁场。的磁场。脉振磁通势：产生脉振磁场的磁通势。脉振磁通势：产生脉振磁场的磁通势。U1U2NS12Fx=00fU1U2U1x二、三相绕组的磁通势二、三相绕组的磁通势U1U3U4U214FSNNSU1U2 与与 U3U4串联串联:U3U1U2U4U1 脉振磁通势的幅值脉振磁通势的幅值:绕组磁通势的幅值绕组磁通势的幅值=kw N Im=2 kw N I气隙矩形波磁通势的幅值气隙矩形波磁通势的幅值2 kw N I=2p气隙基波磁通势的幅值气隙基波磁通势的幅值2 kw N I=2p4F=0.9 kw N Ip 分布绕组的磁通势分布绕组的磁通势知识点：单相合成磁势知识点：单相合成磁势txFfAcoscos11U V W2.三相绕组的旋转磁通势三相绕组的旋转磁通势(幅值幅值)i1=Imsinti2=Imsin(t120o)i3=Imsin(t+120o)U1 V1 W1U2 V2 W2)cos(23),(11xtFtxf知识点：三相合成磁势知识点：三相合成磁势SNSNSNSNSN旋转磁通势波旋转磁通势波SNSNSNSNSNSN三、基波与高次谐波磁通势和电动势三、基波与高次谐波磁通势和电动势 磁极的磁场磁极的磁场=基波磁场基波磁场+奇次谐波磁场奇次谐波磁场v 次谐波的极对数：次谐波的极对数：pv=v p1v 次谐波电动势频率：次谐波电动势频率：f v=v f 1v 次谐波电动势大小：次谐波电动势大小：E v=4.44 f v kwv Nm v 次谐波的绕组系数：次谐波的绕组系数：kwv=kpv ksv 基波极对数基波极对数 pv 次谐波的短距因数：次谐波的短距因数：v 次谐波的分布因数：次谐波的分布因数：kpv=sin v y90(取正值取正值)ksv=q22sin vq sin v (1)在同步电机中，谐波磁通势所产生的磁场在同步电机中，谐波磁通势所产生的磁场在转子表面产生涡流损耗，使电机发热，在转子表面产生涡流损耗，使电机发热，。(2)在感应电机中，谐波磁场产生寄生转矩，在感应电机中，谐波磁场产生寄生转矩，影响其起动性能；损耗影响其起动性能；损耗，cos，温升，温升，。y=(0.8 0.83)谐波电动势的影响：谐波电动势的影响：使发动机电动势波形变坏，供电质量使发动机电动势波形变坏，供电质量，杂散，杂散损耗损耗，温升，温升；输电线中的高次谐波电流所；输电线中的高次谐波电流所产生的电磁场干扰邻近通讯线路。产生的电磁场干扰邻近通讯线路。改善气隙磁场分布；采用短距绕组和分布绕组。改善气隙磁场分布；采用短距绕组和分布绕组。谐波磁通势的影响：谐波磁通势的影响：4.4 三相异步电动机的电动势和三相异步电动机的电动势和磁通势平衡方程磁通势平衡方程一、定子电路的电动势平衡方程一、定子电路的电动势平衡方程(每相每相)U1=E1+(R1+jX1)I1E1=j4.44 f 1kw1 N1m=E1+Z1 I1 定子绕组感应电动势的频率：定子绕组感应电动势的频率：f1=pn060 与交流电源同频率。与交流电源同频率。NSU1U2U1U3U2U4NNSSf2=p(n0n)60=s f1 转子电路的频率：转子电路的频率：E2s=4.44 s f1 kw2N2m 二、转子电路的电动势平衡方程二、转子电路的电动势平衡方程(每相每相)=p n060n0nn0=sE2 变压器：变压器：U2=E2Z2I2 异步机：异步机：0=E2sZ2sI2sE2s=j4.44 f2 kw2N2m 式中：式中：E2=4.44 f1 kw2N2m 转子静止时的电动势。转子静止时的电动势。X2s=2f2 L2式中：式中：X2=2f1 L2 转子静止时的漏电抗。转子静止时的漏电抗。转子每相电流：转子每相电流：I2s=E2sR2+jX2s=sE2R2+jsX2 =2s f1 L2 X2s=s X2 三、磁通势平衡方程三、磁通势平衡方程1.定子旋转磁通势定子旋转磁通势 幅值：幅值：F1=0.9 m1kw1N1 I12p转向：转向：与三相电流相序一致。与三相电流相序一致。转速：转速：n0=p60 f12.转子旋转磁通势转子旋转磁通势 幅值：幅值：F2=0.9 m2kw2N2 I2s2p转向：与转子电流的相序一致，即与转向：与转子电流的相序一致，即与 定子旋转磁通势的旋转方向一致。定子旋转磁通势的旋转方向一致。转速：转速：(1)转子旋转磁通势相对于转子的转速：转子旋转磁通势相对于转子的转速：n2=p60 f2=s n0(2)转子旋转磁通势相对于定子的转速：转子旋转磁通势相对于定子的转速：n2+n=s n0+(1s)n0=n0 结论：结论：(1)转子旋转磁通势与定子旋转磁通势在空间转子旋转磁通势与定子旋转磁通势在空间 是沿同一方向以同一速度旋转的；是沿同一方向以同一速度旋转的；(2)二者组成了统一的合成旋转磁通势，二者组成了统一的合成旋转磁通势，共同产生旋转磁场。共同产生旋转磁场。3.磁通势平衡方程磁通势平衡方程(1)理想空载时：理想空载时：I2s=0，I1=I0旋转磁通势的幅值为：旋转磁通势的幅值为：F0=0.9 m1kw1N1 I02p(2)负载时：负载时：F1+F2=F0 m1=m2?绕线型异步电动机一定相同。绕线型异步电动机一定相同。第五章第五章 异步电机的基本理论异步电机的基本理论二二 5.1 三相异步电动机的运行分析三相异步电动机的运行分析(等效电路及相量图）等效电路及相量图）5.2 三相异步电动机的功率和转矩三相异步电动机的功率和转矩 5.3 三相异步电动机的运行特性（工作特性、参数三相异步电动机的运行特性（工作特性、参数测定、转差率与转矩的关系等）测定、转差率与转矩的关系等）5.4 单相异步电动机单相异步电动机5.1 三相异步电动机的运行分析三相异步电动机的运行分析(等效等效电路及相量图电路及相量图)一、等效电路一、等效电路E1I1R1 jX1jX2s R2E2sI2sf1f2+U1m1、kw1N1 m2、kw2N21.频率折算频率折算I2s=sE2R2+jsX2=E2+jX2R2 s=I2 实际旋转的转子实际旋转的转子 等效静止的转子等效静止的转子 F F2的转速的转速 F F2的大小的大小F F2的空间位置的空间位置 频率归算的物理含义：频率归算的物理含义：用一个静止的、电阻为用一个静止的、电阻为 R2/s 的等效转子去代的等效转子去代替电阻为替电阻为 R2 的实际旋转的转子，等效转子与实的实际旋转的转子，等效转子与实际转子具有同样的转子磁通势际转子具有同样的转子磁通势 F F2。0.9 m2kw2N2 I2s2p0.9 m2kw2N2 I22p n0 n0 取决于电流的相位。取决于电流的相位。i2s 与与 i2 的相位相同。的相位相同。频率归算后，定子的所有物理量不变，频率归算后，定子的所有物理量不变，定子传送到转子的功率也不变。定子传送到转子的功率也不变。R2s=R2+1ssR2转子所产生的机械功率相对应的等效电阻转子所产生的机械功率相对应的等效电阻1ssm2R2 I22总机械功率：总机械功率：+U1E1I1R1 jX1f1E21ssR2I2jX2 R2f1m1、kw1N1 m2、kw2N22.绕组折算绕组折算 用一个相数和有效匝数与定子绕组相同的转用一个相数和有效匝数与定子绕组相同的转子绕组去等效代替实际的转子绕组。子绕组去等效代替实际的转子绕组。等效代替：保证电磁效应和所有物理量保持等效代替：保证电磁效应和所有物理量保持不变。不变。(1)电动势的折算：电动势的折算：折算前：折算前：E2=4.44 f1 kw2N2m 折算后：折算后：E2=E1=4.44 f1 kw1N1m 定、转子的电动势之比：定、转子的电动势之比：=kw1N1kw2N2E2E2ke=E1E2=(2)电流的折算：电流的折算：折算前：折算前：折算后：折算后：F2=0.9 m2kw2N2 I22pF2=0.9 m1kw1N1 I22p=F2E2=E1=ke E2 电流比：电流比：=m1kw1N1m2kw2N2I2I2ki=0.9 m2kw2N2 I22p=0.9 m1kw1N1 I22pI2kiI2=(3)阻抗的折算：阻抗的折算：折算前：折算前：Z2=+jX2R2s=E2I2折算后：折算后：Z2=+jX2R2 s=E2I2阻抗比：阻抗比：|Z2|Z2|kZ=E2 I2E2 I2=ke ki Z2=kZ Z2 R2=kZ R2X2=kZ X2 3.等效电路及其简化等效电路及其简化E1=E2I1R1 jX11ssR2I2jX2 R2I0RmXm+U1E1=E2I11ssR2I2I0RmXm+U1R1 jX1 R2 jX2一、功率平衡方程式一、功率平衡方程式 1.输入功率输入功率P1 P1=3 U1I1cos 15.2 三相异步电动机的功率和转矩三相异步电动机的功率和转矩=3 U1LI1Lcos 12.定子铜损耗定子铜损耗 PCu1 PCu1=m1R1I12=3R1I123.铁损耗铁损耗 PFe（转子铁损耗忽略不计）（转子铁损耗忽略不计）PFe=m1RmI02=3RmI024.电磁功率电磁功率PePe=P1PCu1PFePe=m2 E2 I2cos 2 =m1 E2 I2 cos 2R2 s=m1 I221ss=m1 R2I2 2+m1 R2I2 2 5.转子铜损耗转子铜损耗 PCu2 PCu2=m2 R2 I22 =m1 R2 I2 2 =s Pe8.输出功率输出功率 P2 P2=PmP0 =PePCu2P0 =P1PCu1PFePCu2P06.总机械功率总机械功率 PmPm=PePCu21ss Pm=m1 R2I22=(1s)Pe7.空载损耗空载损耗 P0 P0=Pme+PadP1PCu1+PFePePCu2P0P2Pm机械损耗机械损耗附加损耗附加损耗二、转矩平衡方程式二、转矩平衡方程式Pm=P2+P0T =T2+T01.电磁转矩电磁转矩 TT =PmPe0=T =9.55 PmnPen0=9.55 2.空载转矩空载转矩 T0T0=P0P0n=9.55 3.输出转矩输出转矩 T2T2=P2P2n=9.55 例例1：一台三相笼型异步电动机，其技术数据一台三相笼型异步电动机，其技术数据为：为：PN=3 kW，U1N=380 V，nN=957 r/min，定，定子子 Y 联结，联结，R1=2.08，X1=3.12，R2=1.525，X2=4.25，Rm=4.12，Xm=62，P0=60 W。求。求 nN 时：时：(1)I1、I2、cos 1；(2)P1、P2、;(3)Pe、T。解：解：nN=957 r/min n0=1000 r/minsN=n0nNn0=0.043=35.46+j4.25Z2=+jX2 R2sN=4.12+j62Zm=Rm+jXm=35.7 6.83=62.14 68.2(1)定子电流：定子电流：U1Z1+ZmZ2 I1=6.81 36.4A转子电流：转子电流：Zm I1Zm+Z2 I2=5.47 9.5A则则：I1=6.81 A，I2=5.47 A励磁电流：励磁电流：I0=I1+I2=6.81 36.4o 5.47 9.5o=3.18 88.56A设设：U1=220 0V功率因数：功率因数：cos 1=cos(36.4)=0.805(2)输入功率：输入功率：P1=3 U1 I1 cos 1=32206.81 0.805=3 610 W定、转子铜损耗：定、转子铜损耗：PCu1=3R1 I12=289 WPCu2=3R2 I22=137 W铁损耗：铁损耗：PFe=3Rm I02=125 W输出功率：输出功率：P2=P1(PCu1+PCu2+PFe+P0)=3 000 W效率：效率：=100%P2P1=83.1%(3)电磁功率：电磁功率：Pe=P1(PCu1+PFe)=3 196 W电磁转矩：电磁转矩：Pen0 T=9.55=30.52 NmPmn T=9.55 一、脉振磁场的分解一、脉振磁场的分解 定子：单相绕组；转子：鼠笼式。定子：单相绕组；转子：鼠笼式。5.4 单相异步电动机单相异步电动机 i1F F3 F Fi1i1ftOt1t2t3t4t5t6t7t8t=0FRmFFmt1FFmFRmF FFmt2FRmFm t3t4t5t6Fm t7t8 设：设：i1=Im cost则磁通势的基波分量为：则磁通势的基波分量为：=f+ff1=F1 cos cos t=F1 cos(t)12+F1 cos(+t)12正转磁通势正转磁通势 f+正转磁场正转磁场+正转电磁转矩正转电磁转矩T+反转磁通势反转磁通势 f 反转磁场反转磁场 反转电磁转矩反转电磁转矩T 二、工作原理二、工作原理知识点知识点 对正转磁场而言：对正转磁场而言：转差率转差率:s+=n0nn0 对反转磁场而言：对反转磁场而言：转差率转差率:s=n0(n)n0=2n0(n0n)n0=2s+T2 1 s+00 s 1 2当当 n=0，s=1 时：时：Tst=0当当 n0 时：时：T 0知识点知识点三、单相异步电动机的起动方法三、单相异步电动机的起动方法1.1.分相式电动机分相式电动机 定子绕组：定子绕组：主绕组主绕组辅助绕组辅助绕组（工作绕组）（工作绕组）（起动绕组）（起动绕组）原理：原理：旋转磁场旋转磁场起动转矩起动转矩两相电流两相电流(1)电阻电阻分相式电动机分相式电动机(2)电容电容分相式电动机分相式电动机U Q1CWSQ2 电容电容分相式电动机的原理图分相式电动机的原理图工作绕组工作绕组起动绕组起动绕组iwisIsIwUIi单相电容起动电动机单相电容起动电动机转子转子2.罩极起动罩极起动短路环短路环定子定子定子定子磁极磁极贝得牌三相异步电动机贝得牌三相异步电动机绕线型异步机绕线型异步机电机装配图电机装配图
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