1.1.1三相异步电动机的工作原理及特性

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第一章 机电传动断续控制,学习任务,了解三相异步电动机的基本结构及工作原理；,掌握三相异步电动机的转矩特性和机械特性；,掌握三相异步电动机的连接方法和额定参数；,掌握三相异步电动机启动、调速和制动等各种特性；,掌握实现三相异步电动机启动、调速和制动的各种方法及,它们的使用场所。,1.1 三相异步电机,1,1.1.1 三相异步电动机的基本结构和工作原理,一、三相异步电动机的基本结构,三相异步电动机主要由,定子,和,转子,两个部分组成，定子是不动的部分，转子是旋转部分，在定子和转子之间有一定的,气隙,。如图所示。,2,1,.,定子,定子由,定子铁心,、,绕组,以及,机座,组成。,定子铁心是磁路的一部分，它由0.5mm的,硅钢片,叠压而成，片与片之间是绝缘的，以减少,涡流损耗,。定子铁心的硅钢片的内圆冲有,定子槽,，槽中安放,线圈（绕组）,，如图所示。硅钢片铁心在叠压后成为一个整体，固定于机座上。,3,定子绕组是电动机的电路部分。三相电动机的定子绕组分为三个部分对称(,互成120度,)地分布在定子铁心上，称为,三相绕组,，分别用AX、BY、CZ表示，其中，A、B、C称为,首端,，而X、Y、Z称为,末端,。,机座,主要用于固定与支撑定子铁心。中小型异步电动机一般采用铸铁机座。根据不同的冷却方式采用不同的机座型式。,三相绕组接入,三相交流电源,，三相绕组中的电流在定子铁心中产生,旋转磁场,。,4,2,.,转子,转子铁心,也是电动机磁路的一部分，由,硅钢片叠压,而成。转子铁心装在,转轴,上。硅钢片冲片如图所示。,转子由,铁心,与,绕组,组成。,线绕式,和,鼠笼式,两种电动机的转子构造虽然不同，但工作原理是一致的。转子的作用是,产生转子电流，即产生电磁转矩,。,5,鼠笼式,异步电动机转子绕组是在转子铁心槽里插入,铜条,，再将全部铜条两端焊在两个铜端环上而组成，如图所示。,线绕式,异步电动机转子绕组是由,线圈绕组,放入转子铁心槽内，并分为,三相对称绕组,，与定子产生的磁极数相同。线绕式转子通过轴上的,滑环,和,电刷,在转子回路中接入外加电阻，用以改善启动性能与调节转速，,鼠笼式,绕线式,6,二、三相异步电动机的工作原理,1定子旋转磁场,假设每相绕组只有一个线匝，分别嵌放在定子内圆周的6个凹槽之中。现将三相绕组的,末端,X、Y、Z相连，,首端,A、B、C接三相交流电源。且三相绕组分别叫做A、B、C相绕组。如图所示。,7,假定,定子绕组,中电流的正方向规定为从首端流向末端，且A相绕组的电流作为参考正弦量，即,i,A,的初相位为零，则三相绕组A、B、C的电流（相序为,ABC）的瞬时值为：,如图所示是这些电流随时间变化的曲线。,8,i,B,为负，电流实际方向与正方向相反，即电流从Y端流到B端；,i,C,为正，电流实际方向与正方向一致，即电流从C端流到Z端。,按,右手螺旋法则,确定三相电流产生的合成磁场，如图（a）箭头所示。,i,A,=0,9,i,B,为负，电流实际方向与正方向相反，即电流从Y端流到B端；,i,A,为正，电流实际方向与正方向一致，即电流从A端流到X端。,此时的合成磁场如图（b）所示，合成磁场已从,t,=0 瞬间所在位置顺时针方向旋转了,/3。,i,C,=0,10,i,C,为负，电流实际方向与正方向相反，即电流从Z端流到C端；,i,A,为正，电流实际方向与正方向一致，即电流从A端流到X端。,此时的合成磁场如图（c）所示，合成磁场已从,t,=0 瞬间所在位置顺时针方向旋转了2,/3。,i,B,=0,11,i,C,为负，电流实际方向与正方向相反，即电流从Z端流到C端；,i,B,为正，电流实际方向与正方向一致，即电流从B端流到Y端。,此时的合成磁场如图（d）所示，合成磁场已从,t,=0 瞬间所在位置,顺时针方向旋转了,。,12,按以上分析可以证明：当三相电流随时间不断变化时，合成磁场也在不断旋转，故称,旋转磁场。,2旋转磁场的旋转方向,A相绕组内的电流超前B相绕组内的电流2,/3，而B相绕组内的电流又超前C相绕组内的电流2,/3,，,当三相交流电的ABC ，旋转磁场的旋转方向为从ABC，即向,顺时针方向旋转,。,13,如果将定子绕组接至电源的三根导线中的,任意两根线对调,，例如，将B，C两根线对调，使B相与C相绕组中电流的相位对调，如图所示。,14,此时A相绕组内的电流超前C相绕组内的电流2,/3，而C相绕组内的电流又超前B相绕组内的电流2,/3，用上述同样的分析方法可知，此时旋转磁场的旋转方向将变为,ACB，,即向,逆时针方向,旋转，如图所示，即与未对调前的旋转方向相反。,由此可见，要改变旋转磁场的旋转方向，只要把定子绕组接到电源的三根导线中的,任意两根对调即可,。,15,3,.,旋转磁场的极数与旋转速度,在交流电动机中，,旋转磁场,相对,定子,的旋转速度被称为,同步速度，,用,n,0,表示。,以上讨论的旋转磁场，具有一对磁极（磁极对数用,p,表示）即,p=,1。,从上述分析可以看出，电流变化经过一个周期（变化360电角度），旋转磁场在空间也旋转了一转（转了360机械角度），若电流的频率为,f,，旋转磁场每分钟将旋转60,f,转，即：,16,如果把定子铁心的槽数增加1倍（12个槽），制成如图所示的三相绕组。,其中，每相绕组由,两个部分串联组成,，再将这三相绕组接到对称三相电源使通过对称三相电流，便产生具有两对磁极(p=2)的旋转磁场。如图所示。,17,从图可以看出，对应于不同时刻，旋转磁场在空间转到不同位置，此情况下电流变化半个周期，旋转磁场在空间只转过了,/2，,即1/4转，电流变化一个周期，旋转磁场在空间只转了1/2转。,由此可知，当旋转磁场具有两对磁极（,p,=2）时，其旋转速度仅为一对磁极时的一半。依次类推，当有,p,对磁极时，其转速为：,所以，,旋转磁场的旋转速度与电流的频率成正比而与磁级对数成反比。,18,4工作原理,三相异步电动机的工作原理是基于,定子旋转磁场,和,转子电流,的相互作用。,假设定子只有一对磁极，转子只有一匝绕组。,在旋转磁场的作用下，,转子导体切割磁力线,（其方向与旋转磁场的旋转方向相反），因而在导体内产生,感应电动势,e,从而,产生感应电流,i,。根据,安培电磁力,定律，转子电流与旋转磁场相互作用产生电磁力,F,（其方向用,左手定则决定,），这力在转子的轴上形成电磁转矩，且,转矩作用方向与旋转磁场的旋转方向相同,，转子受此转矩的作用，按旋转磁场的旋转方向旋转起来。,转子的旋转速度称为电动机的转速，用,n,表示。,19,5,.转,差率,S,由工作原理可知：,转子的转速,n,（电动机的转速）恒比旋转磁场的,旋转速度,n,0,（同步速度）要小。因为如果两种速度相等时，转子和旋转磁场没有,相对运动,，转子导体,不切割磁力线,，因此，不能产生电磁转矩，转子将不能继续旋转。因此，,转子与旋转磁场之间的转速差是保证转子转速的主要因素，也是异步电动机的由来。,定义：转速差(,n,0,-,n,)与同步转速,n,0,的比值称为,异步电动机的转差率,，用表示,S,，即,转差率,S,是分析异步电动机运行特性的主要参数。,20,