三相异步电动机-郭晓东课件

模块六模块六 三相异步电动机三相异步电动机定子铁芯及定子绕组定子铁芯及定子绕组定子定子端盖及端盖及轴承轴承端盖及端盖及轴承轴承转子转子转子铁芯及转子绕组转子铁芯及转子绕组接线盒接线盒机壳及底座机壳及底座6.1 三相异步电动机的结构和原理三相异步电动机的结构和原理 一、三相异步电动机的结构一、三相异步电动机的结构1.定子定子定子由定子铁心、定子绕组和机座等组成。定子由定子铁心、定子绕组和机座等组成。定子绕组定子绕组机座机座定子铁心定子铁心U1U2三相定子绕组三相定子绕组三相定子绕组三相定子绕组（U U相）相）相）相）定子铁定子铁定子铁定子铁心冲片心冲片心冲片心冲片U2U1W1W2V2V1定子铁芯定子铁芯V1 V2U1 U2W1 W2三相异步电动机具有三相对称的定子绕组三相异步电动机具有三相对称的定子绕组三相异步电动机具有三相对称的定子绕组三相异步电动机具有三相对称的定子绕组 ：匝数：匝数：匝数：匝数相同，空间排列互差相同，空间排列互差相同，空间排列互差相同，空间排列互差120120定子绕组定子绕组U1U2V1V2W1W2首端首端末端末端根据转子绕组根据转子绕组根据转子绕组根据转子绕组结构的不同分结构的不同分结构的不同分结构的不同分为：为：为：为：转子铁心转子铁心转子铁心转子铁心冲片冲片冲片冲片转子转子铁心铁心转子绕组转子绕组转轴转轴笼型转子笼型转子笼型转子笼型转子去掉铁心后的转子导条去掉铁心后的转子导条去掉铁心后的转子导条去掉铁心后的转子导条（转子铁心槽内嵌有铸铝导条）（转子铁心槽内嵌有铸铝导条）笼型转子笼型转子笼型转子笼型转子绕线型转子绕线型转子绕线型转子绕线型转子（转子铁心槽内嵌有三相绕组）（转子铁心槽内嵌有三相绕组）2.转子转子 转子由转子铁心、转子绕组和转轴组成。转子由转子铁心、转子绕组和转轴组成。转子由转子铁心、转子绕组和转轴组成。转子由转子铁心、转子绕组和转轴组成。3.附件附件电机的附件有风叶罩、风叶、端盖、轴承、外壳、接线盒等。电机的附件有风叶罩、风叶、端盖、轴承、外壳、接线盒等。电机的附件有风叶罩、风叶、端盖、轴承、外壳、接线盒等。电机的附件有风叶罩、风叶、端盖、轴承、外壳、接线盒等。风叶罩风叶罩风叶罩风叶罩风叶风叶风叶风叶端盖端盖端盖端盖外壳外壳外壳外壳轴承轴承轴承轴承接线盒接线盒接线盒接线盒二、三相异步电动机的连接方式二、三相异步电动机的连接方式电动机定子绕组的接线方式应与铭牌标示一致。若为星形连接，电动机定子绕组的接线方式应与铭牌标示一致。若为星形连接，应将尾端连接在一起，即应将尾端连接在一起，即U2、V2、W2连接在一起。连接在一起。若为三角形连接，应采取首尾相连，即若为三角形连接，应采取首尾相连，即U1与与W2接，接，U2与与V1接，接，V2与与W1接；接；绕组作星形连接的正确接法绕组作星形连接的正确接法绕组作三角形连接的正确接法绕组作三角形连接的正确接法若将三相定子绕组接成星形，并在首若将三相定子绕组接成星形，并在首若将三相定子绕组接成星形，并在首若将三相定子绕组接成星形，并在首端端端端U1U1、V1V1、W1W1通入三相交流电源，通入三相交流电源，通入三相交流电源，通入三相交流电源，就有三相对称电流通过三相绕组。设就有三相对称电流通过三相绕组。设就有三相对称电流通过三相绕组。设就有三相对称电流通过三相绕组。设流入流入流入流入U U相绕组的电流相绕组的电流相绕组的电流相绕组的电流iAiA，初相位为零，初相位为零，初相位为零，初相位为零，则各相电流的瞬时函数表达式为则各相电流的瞬时函数表达式为则各相电流的瞬时函数表达式为则各相电流的瞬时函数表达式为U1U2V1V2W1W21 1.旋转磁场的产生旋转磁场的产生旋转磁场的产生旋转磁场的产生o三、三相异步电动机的工作原理三、三相异步电动机的工作原理 i 0:首端流入，尾端流出。首端流入，尾端流出。U1V2W1V1W2U2规定规定 i 0,iB0,iC0,iB0,iC=0iA=0,iB0U1U2V2W1V1W2U1U2V2W1V1W2U1U2V2W1V1W2 三相电流产生三相电流产生三相电流产生三相电流产生旋转磁场旋转磁场旋转磁场旋转磁场合成磁场方向向下合成磁场方向向下合成磁场方向向下合成磁场方向向下合成磁场旋转合成磁场旋转合成磁场旋转合成磁场旋转6060合成磁场旋转合成磁场旋转合成磁场旋转合成磁场旋转90906000iAiBiC2 900结论：结论：分析可知，三相电流产生的合成磁场是一旋转的磁分析可知，三相电流产生的合成磁场是一旋转的磁场，场，即：即：一个电流周期，旋转磁场在空间转过一个电流周期，旋转磁场在空间转过一个电流周期，旋转磁场在空间转过一个电流周期，旋转磁场在空间转过360360U1U2V2W1V1W2U1U2V2W1V1W2U1U2V2W1V1W22.2.旋转磁场的旋转方向旋转磁场的旋转方向旋转磁场的旋转方向旋转磁场的旋转方向 从上图可以看出，从通入从上图可以看出，从通入iA的绕组转向通入的绕组转向通入iB的绕的绕组再转向通入组再转向通入iC的绕组的绕组任意调换两根电源进线，则旋转磁场反转。任意调换两根电源进线，则旋转磁场反转。任意调换两根电源进线，则旋转磁场反转。任意调换两根电源进线，则旋转磁场反转。3.3.旋转磁场的转速旋转磁场的转速旋转磁场的转速旋转磁场的转速p=1时时:电流每变化一个周期，旋转磁场在空间旋转一圈电流每变化一个周期，旋转磁场在空间旋转一圈电流每秒变化电流每秒变化 f1周期周期,工频：工频：f1=50HZ同步转速：同步转速：p=2时时:电流每变化一个周期，旋转磁场在空间旋转半圈电流每变化一个周期，旋转磁场在空间旋转半圈同步转速：同步转速：p=n时时:电流每变化一个周期，旋转磁场在空间旋转电流每变化一个周期，旋转磁场在空间旋转1/n圈圈同步转速：同步转速：旋转磁场的转速称为旋转磁场的转速称为旋转磁场的转速称为旋转磁场的转速称为同步转速同步转速同步转速同步转速，记为，记为，记为，记为 n0极对数极对数每个电流周期每个电流周期磁场转过的空间角度磁场转过的空间角度同步转速同步转速旋转磁场转速旋转磁场转速n0与频率与频率f1和极对数和极对数p有关。有关。可见可见可见可见:旋转磁场转速旋转磁场转速旋转磁场转速旋转磁场转速n n0 0与极对数与极对数与极对数与极对数 p p 的关系的关系的关系的关系4.4.三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理AXYCBZ定子三相绕组通入三相交流电定子三相绕组通入三相交流电定子三相绕组通入三相交流电定子三相绕组通入三相交流电方向方向方向方向:顺时针顺时针顺时针顺时针磁场切割转子导体磁场切割转子导体磁场切割转子导体磁场切割转子导体右手定则右手定则右手定则右手定则感应电动势感应电动势感应电动势感应电动势 E E2020旋转磁场旋转磁场旋转磁场旋转磁场感应电流感应电流感应电流感应电流 I I2 2旋转磁场旋转磁场左手定则左手定则左手定则左手定则电磁力电磁力电磁力电磁力F FF电磁转矩电磁转矩电磁转矩电磁转矩T T转子转动，转速为转子转动，转速为转子转动，转速为转子转动，转速为 n nF结论：结论：结论：结论：转子的转动方向与磁场旋转的方向一致转子的转动方向与磁场旋转的方向一致转子的转动方向与磁场旋转的方向一致转子的转动方向与磁场旋转的方向一致 转子转速转子转速转子转速转子转速 n n n n 不可能达到与旋转磁场的转速不可能达到与旋转磁场的转速不可能达到与旋转磁场的转速不可能达到与旋转磁场的转速 n nn nn nn n0 0 0 0 (故称为异步电动机）故称为异步电动机）故称为异步电动机）故称为异步电动机）（若（若（若（若n=nn=nn=nn=n0 0 0 0则：则：则：则：转子导体不切割旋转磁场、无电流、无转距转子导体不切割旋转磁场、无电流、无转距转子导体不切割旋转磁场、无电流、无转距转子导体不切割旋转磁场、无电流、无转距 nn)改变旋转磁场的转向就可改变电动机的转向改变旋转磁场的转向就可改变电动机的转向改变旋转磁场的转向就可改变电动机的转向改变旋转磁场的转向就可改变电动机的转向三相异步电动机的工作原理可总结为：电生磁三相异步电动机的工作原理可总结为：电生磁三相异步电动机的工作原理可总结为：电生磁三相异步电动机的工作原理可总结为：电生磁磁生磁生磁生磁生电电电电磁电生力电机转。即当电机的定子绕组通人三相磁电生力电机转。即当电机的定子绕组通人三相磁电生力电机转。即当电机的定子绕组通人三相磁电生力电机转。即当电机的定子绕组通人三相交流电时，在定子绕组周围产生旋转磁场。旋转磁场与交流电时，在定子绕组周围产生旋转磁场。旋转磁场与交流电时，在定子绕组周围产生旋转磁场。旋转磁场与交流电时，在定子绕组周围产生旋转磁场。旋转磁场与转子绕组作相对运动，也就是转子绕组切割磁力线，在转子绕组作相对运动，也就是转子绕组切割磁力线，在转子绕组作相对运动，也就是转子绕组切割磁力线，在转子绕组作相对运动，也就是转子绕组切割磁力线，在转子绕组上产生感生电流。载有感生电流的导体继续切转子绕组上产生感生电流。载有感生电流的导体继续切转子绕组上产生感生电流。载有感生电流的导体继续切转子绕组上产生感生电流。载有感生电流的导体继续切割磁力线，所以，具有感生电流的有效导体就受到了电割磁力线，所以，具有感生电流的有效导体就受到了电割磁力线，所以，具有感生电流的有效导体就受到了电割磁力线，所以，具有感生电流的有效导体就受到了电磁力的作用。这些力绕转子轴转动，所以，电机就转了磁力的作用。这些力绕转子轴转动，所以，电机就转了磁力的作用。这些力绕转子轴转动，所以，电机就转了磁力的作用。这些力绕转子轴转动，所以，电机就转了起来。起来。起来。起来。6.2 电动机的嵌线电动机的嵌线 一、三相异步电动机的定子绕组一、三相异步电动机的定子绕组 (一一一一)概述概述概述概述 1 1 1 1绕组的展开图绕组的展开图绕组的展开图绕组的展开图 设想把定子铁心沿轴向切开并把它展开拉设想把定子铁心沿轴向切开并把它展开拉设想把定子铁心沿轴向切开并把它展开拉设想把定子铁心沿轴向切开并把它展开拉平，这样就把圆筒形的定子画成平面图，可把绕组的分布和连平，这样就把圆筒形的定子画成平面图，可把绕组的分布和连平，这样就把圆筒形的定子画成平面图，可把绕组的分布和连平，这样就把圆筒形的定子画成平面图，可把绕组的分布和连接方法画在平面图上，这就成为电机绕组的展开图。接方法画在平面图上，这就成为电机绕组的展开图。接方法画在平面图上，这就成为电机绕组的展开图。接方法画在平面图上，这就成为电机绕组的展开图。定子铁心切开定子铁心切开 定子铁心展开图定子铁心展开图 定子绕组展开图定子绕组展开图 2 2绕组的分类绕组的分类绕组的分类绕组的分类(1)按相数分按相数分 有单相、两相和三相绕组。有单相、两相和三相绕组。(2)按绕组节距长短分按绕组节距长短分 有整距、短距和长距绕组。有整距、短距和长距绕组。(3)按槽内层数分按槽内层数分 有单层、有单层、双层和单双层绕组。双层和单双层绕组。(4)按绕组形状分按绕组形状分 有同心式，链式、交叉式，叠绕和波绕等形有同心式，链式、交叉式，叠绕和波绕等形式。式。3 3绕组的基本概念绕组的基本概念绕组的基本概念绕组的基本概念 （1）线圈）线圈 线圈是由单匝或线圈是由单匝或多匝串联而成，多匝串联而成，是组成交流绕组是组成交流绕组的基本单元。每的基本单元。每个线圈放在铁心个线圈放在铁心槽内的直线部分槽内的直线部分称为有效边，槽称为有效边，槽外部分称为端部外部分称为端部(2)电角度与机械角度 电机圆周在几何上分成360，这个角度称为机械角度。电角度=p机械角度(3)极距 极距是指沿定子铁心内圆每个磁极所占有的定子槽数，即 (4)节距y 节距是指每个线圈的两个有效边所间隔的槽数。当y=时为整距绕组；y 时为长距绕组。式中 Z定子铁心的总槽数 P磁极对数（5)槽距角a 槽与槽之间所间隔的电角度。（6)每极每相槽数q 每相绕组在每个磁极下占有的槽数，叫做每极每相槽数，用字母q表示。式中m为定子绕组相数二、定子绕组展开图的绘制二、定子绕组展开图的绘制 现以现以现以现以z=24z=24z=24z=24、m=3m=3m=3m=3、2P=42P=42P=42P=4。短距单层绕组的三相笼式异步电动机。短距单层绕组的三相笼式异步电动机。短距单层绕组的三相笼式异步电动机。短距单层绕组的三相笼式异步电动机为例来说明定子绕组展开图的绘制过程。为例来说明定子绕组展开图的绘制过程。为例来说明定子绕组展开图的绘制过程。为例来说明定子绕组展开图的绘制过程。1、定子绕组展开图的绘制步骤（1）画槽标号。在纸上等距离地把电动机的定子槽画成平行线。因电动机定子为24槽，故画24根平行线代表槽数，并标明每个槽的序号，如图所示。画槽标号画槽标号（2）定极距 确定每个磁极下所占的槽数。即确定每个磁极下所占的槽数。即确定每个磁极下所占的槽数。即确定每个磁极下所占的槽数。即定极距定极距=244=6槽 N从第一槽的前半槽起，至最末一槽的后半槽画长线，线的长度代表电动机的总电角度。再按电动机的磁极数来等分，每一等份代表一个极距，相当于180电角度，然后依次标出极性。极性的排列为N、S、N、S。SNS（3）标电流方向标电流方向标电流方向标电流方向 按照同一极性下导线的电流方向相同，不同极性下导线的电流方向相反的原则画出电流方向。在下图中设N极下各线圈边的电流方向都向上，则S极下各线圈边的电流方向都向下。标电流方向标电流方向NSNS（4）分相带分相带分相带分相带。每个磁极下的槽数按相数均分成三个相带，每个相带占60电角度，即每极每相槽数q=Z2pm=2443=2槽。分相带分相带NSNSUWVUWVUWVUWV（5）确定绕组节距确定绕组节距确定绕组节距确定绕组节距y y 采用短距绕组，故其节距y=5,即一个线圈的一个有效边若嵌在第2槽，则另一有效边便嵌在第7槽。（6）确定各相绕组的引出线确定各相绕组的引出线确定各相绕组的引出线确定各相绕组的引出线 各相绕组在空间位置上彼此互差120电角度，每相邻两个槽间的电角度为P36 0/Z=2360/24=30,120电角度的两相绕组所隔开的槽数为120 30=4槽，即U相绕组的首端U1选定在第2槽，则V相的首端V1应在第6槽，W相的首端W1应在第10槽;又因每极每相槽数为2，则三相绕组应占有的槽号为：U相：1、2；7、8：13、14；19、20；V相：5、6；11、12；17、18；23、24；W相：9、10；15、16；21、22；3、4：（7）顺着电流方向把同相线圈连接起来。顺着电流方向把同相线圈连接起来。顺着电流方向把同相线圈连接起来。顺着电流方向把同相线圈连接起来。U相线圈的连接顺序可表示如下：（27）（813）（1419）（201）U1U2V相线圈的连接顺序可表示如下：（611）（1217）（1823）（245）V1V2W相线圈的连接顺序可表示如下：（1015）（1621）（223）（49）W1W2NSNSUWVUWVUWVUWV119U1U2523V1V2W1W2120o120o三、定子绕组三、定子绕组嵌线方法嵌线方法嵌线的方法为：嵌一空一吊二即：嵌一(如嵌第7槽)、空一(如空第8槽)、嵌一(如嵌第9槽)、空一（如空第10槽），依次进行，到全部线圈边嵌完为止；为了使绕组排列整齐美观在嵌入第一、第二个线圈边7、9后，必须把它们另一边2、4先行吊起，待线圈边3、5嵌入后，再行嵌入，这种嵌线方法可归纳为“嵌一空一吊二”。嵌一空一嵌一空一归纳为“嵌一空一吊二”（如嵌7、9槽吊2、4槽）首U首U首U首U尾U尾U尾U尾U首V首V首V尾V尾V尾V尾V首V首W首W首W首W尾W尾W尾W尾W把同相线圈按“尾-尾”相接，“首-首”相接串联成组。同相线圈的尾和首是紧挨的U1U2首V首V首V尾V尾V尾V尾V首VU1U2120OV1V2同相线圈的尾和首是紧挨的把同相线圈按“尾-尾”相接，“首-首”相接串联成组。首W首W首W首W尾W尾W尾W尾WU2120OV1V2同相线圈的尾和首是紧挨的U1120OW1W2把同相线圈按“尾-尾”相接，“首-首”相接串联成组。