三相异步电动机 精.ppt

三相异步电动机 第1页，本讲稿共20页51 三相异步电动机的基本结构和工作原理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一、三相异步电动机的基本结构 三三相相异异步步电电动动机机主主要要由由定定子子和和转转子子两两个个部部分分组组成成，定定子子是是不不动动的的部部分分，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。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。第2页，本讲稿共20页1.定子定子 定子由定子铁心、绕组以及机座组成。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，它定子铁心是磁路的一部分，它由由0.5mm的硅钢片叠压而成，片与的硅钢片叠压而成，片与片之间是绝缘的，以减少涡流损耗。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定子铁心的硅钢片的内圆冲有定子槽，槽中安放线圈，如图所示。硅槽，槽中安放线圈，如图所示。硅钢片铁心在叠压后成为一个整体，钢片铁心在叠压后成为一个整体，固定于机座上。固定于机座上。第3页，本讲稿共20页 定子绕组是电动机的电路定子绕组是电动机的电路部分。三相电动机的定子绕组部分。三相电动机的定子绕组分为三个部分对称地分布在定分为三个部分对称地分布在定子铁心上，称为三相绕组，分子铁心上，称为三相绕组，分别用别用AX、BY、CZ表示，其表示，其中，中，A、B、C称为称为首端首端，而，而X、Y、Z称为称为末端末端。机机座座主主要要用用于于固固定定与与支支撑撑定定子子铁铁心心。中中小小型型异异步步电电动动机机一一般般采采用用铸铁机座。根据不同的冷却方式采用不同的机座型式。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，三相绕组中的电流定子铁心中产生三相绕组接入三相交流电源，三相绕组中的电流定子铁心中产生旋转磁场旋转磁场。第4页，本讲稿共20页2.转子转子 转子铁心也是电动机磁路的一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。硅钢片冲片如图所心装在转轴上。硅钢片冲片如图所示。示。转子由铁心与绕组组成。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。转子的作用是致的。转子的作用是产生转子电流，即产生电磁转矩产生转子电流，即产生电磁转矩。第5页，本讲稿共20页 鼠笼式异步电动机转子绕组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将全部铜条两端焊在两个铜端环上而组成，如图所示。上而组成，如图所示。线绕式异步电动机转子线绕式异步电动机转子绕组是由线圈绕组放入转子铁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，心槽内，并分为三相对称绕组，与定子产生的磁极数相同。线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，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，用以改善启动性能与调节转速，第6页，本讲稿共20页二、三相异步电动机的工作原理二、三相异步电动机的工作原理 1定子旋转磁场定子旋转磁场 假假设设每每相相绕绕组组只只有有一一个个线线匝匝，分分别别嵌嵌放放在在定定子子内内圆圆周周的的6个个凹凹槽槽之之中中。现现将将三三相相绕绕组组的的末末端端X、Y、Z相相连连，首首端端A、B、C接接三三相相交交流流电电源源。且且三三相相绕绕组组分分别叫做别叫做A、B、C相绕组。如图所示。相绕组。如图所示。第7页，本讲稿共20页 假定定子绕组中电流的正方向规定为从首端流向末端，且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相绕组的电相绕组的电流作为参考正弦量，即流作为参考正弦量，即 iA的初相位为零，则三相绕组的初相位为零，则三相绕组A、B、C的电流（相序为的电流（相序为ABC）的瞬时值为：）的瞬时值为：如图所示是这些电流随时间变化的曲线。如图所示是这些电流随时间变化的曲线。第8页，本讲稿共20页 iB为负，电流实际方向与正方向相反，即电流从为负，电流实际方向与正方向相反，即电流从Y端流到端流到B端；端；iC为正，电流实际方向与正方向一致，即电流从为正，电流实际方向与正方向一致，即电流从C端流到端流到Z端。端。按按右右手手螺螺旋旋法法则则确确定定三三相相电电流流产产生生的的合合成成磁磁场场，如如图图（a）箭头所示。箭头所示。iA=0第9页，本讲稿共20页 iB为负，电流实际方向与正方向相反，即电流从为负，电流实际方向与正方向相反，即电流从Y端流到端流到B端；端；iA为正，电流实际方向与正方向一致，即电流从为正，电流实际方向与正方向一致，即电流从A端流到端流到X端。端。此此时时的的合合成成磁磁场场如如图图（b）所所示示，合合成成磁磁场场已已从从t=0 瞬瞬间间所所在在位位置顺时针方向旋转了置顺时针方向旋转了 /3。iC=0第10页，本讲稿共20页 iC为负，电流实际方向与正方向相反，即电流从为负，电流实际方向与正方向相反，即电流从Z端流到端流到C端；端；iA为正，电流实际方向与正方向一致，即电流从为正，电流实际方向与正方向一致，即电流从A端流到端流到X端。端。此此 时时 的的 合合 成成 磁磁 场场 如如 图图（c）所所示示，合合成成磁磁场场已已从从t=0 瞬瞬间间所所在在位位置置顺顺时时针针方方向向旋旋转转了了2 /3。iB=0第11页，本讲稿共20页 iC为负，电流实际方向与正方向相反，即电流从为负，电流实际方向与正方向相反，即电流从Z端流到端流到C端；端；iB为正，电流实际方向与正方向一致，即电流从为正，电流实际方向与正方向一致，即电流从B端流到端流到Y端。端。此此时时的的合合成成磁磁场场如如图图（d）所所示示，合合成成磁磁场场已已从从 t=0 瞬瞬间间所所在位置顺时针方向旋转了在位置顺时针方向旋转了 。第12页，本讲稿共20页 按按以以上上分分析析可可以以证证明明：当当三三相相电电流流随随时时间间不不断断变变化化时时，合合成成磁磁场场也在不断旋转，故称也在不断旋转，故称旋转磁场。旋转磁场。2旋转磁场的旋转方向旋转磁场的旋转方向 A相绕组内的电流超前相绕组内的电流超前B相绕组内的电流相绕组内的电流2 /3，而，而B相绕组内的电流相绕组内的电流又超前又超前C相绕组内的电流相绕组内的电流2 /3，当三相交流电的当三相交流电的ABC，旋转磁场的，旋转磁场的旋转方向为从旋转方向为从ABC，即向顺时针方向旋转。，即向顺时针方向旋转。第13页，本讲稿共20页 如如果果将将定定子子绕绕组组接接至至电电源源的的三三根根导导线线中中的的任任意意两两根根线线对对调调，例例如如，将将B，C两根线对调，使两根线对调，使B相与相与C相绕组中电流的相位对调，如图所示。相绕组中电流的相位对调，如图所示。第14页，本讲稿共20页 此时此时A相绕组内的电流超前相绕组内的电流超前C相绕组内的电流相绕组内的电流2 /3，而，而C相绕组内的电流又相绕组内的电流又超前超前B相绕组内的电流相绕组内的电流2 /3，用上述同样的分析方法可知，此时旋转磁场的，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，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。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。源的三根导线中的任意两根对调即可。第15页，本讲稿共20页3.旋转磁场的极数与旋转速度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，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，用用n0表示。表示。以上讨论的旋转磁场，具有一对磁极（磁极对数用以上讨论的旋转磁场，具有一对磁极（磁极对数用p表示）即表示）即p=1。从从上上述述分分析析可可以以看看出出，电电流流变变化化经经过过一一个个周周期期（变变化化360电电角角度度），旋旋转转磁磁场场在在空空间间也也旋旋转转了了一一转转（转转了了360机机械械角角度度），若若电电流流的的频频率率为为f，旋转磁场每分钟将旋转旋转磁场每分钟将旋转60f 转，即：转，即：第16页，本讲稿共20页 如果把定子铁心的槽数增加如果把定子铁心的槽数增加1倍（倍（12个槽），制成如图所示的三相个槽），制成如图所示的三相绕组。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的旋转磁场。如图所示。电源使通过对称三相电流，便产生具有两对磁极的旋转磁场。如图所示。第17页，本讲稿共20页 从从图图可可以以看看出出，对对应应于于不不同同时时刻刻，旋旋转转磁磁场场在在空空间间转转到到不不同同位位置置，此此情情况况下下电电流流变变化化半半个个周周期期，旋旋转转磁磁场场在在空空间间只只转转过过了了 /2，即即1/4转转，电流变化一个周期，旋转磁场在空间只转了电流变化一个周期，旋转磁场在空间只转了1/2转。转。由由此此可可知知，当当旋旋转转磁磁场场具具有有两两对对磁磁极极（p=2）时时，其其旋旋转转速速度度仅仅为为一一对对磁极时的一半。依次类推，当有磁极时的一半。依次类推，当有p对磁极时，其转速为：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。反比。第18页，本讲稿共20页4工作原理工作原理 三相异步电动机的工作原理是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基于定子旋转磁场和转子电流的相互作用。互作用。假假设设定定子子只只有有一一对对磁磁极极，转转子子只有一匝绕组。只有一匝绕组。在在旋旋转转磁磁场场的的作作用用下下，转转子子导导体体切切割割磁磁力力线线（其其方方向向与与旋旋转转磁磁场场的的旋旋转转方方向向相相反反），因因而而在在导导体体内内产产生生感感应应电电动动势势e从从而而产产生生感感应应电电流流i。根根据据安安培培电电磁磁力力定定律律，转转子子电电流流与与旋旋转转磁磁场场相相互互作作用用产产生生电电磁磁力力F（其其方方向向用用左左手手定定则则决决定定），这这力力在在转转子子的的轴轴上上形形成成电电磁磁转转矩矩，且且转转矩矩作作用用方方向向与与旋旋转转磁磁场场的的旋旋转转方方向向相相同同，转转子子受受此此转转矩矩的的作作用用，按按旋旋转转磁磁场场的的旋旋转转方方向向旋旋转转起起来。来。转子的旋转速度称为电动机的转速，用转子的旋转速度称为电动机的转速，用n表示。表示。第19页，本讲稿共20页5.转转差率差率 S 由由工工作作原原理理可可知知：转转子子的的转转速速n（电电动动机机的的转转速速）恒恒比比旋旋转转磁磁场场的的旋旋转转速速度度n0（同同步步速速度度）要要小小。因因为为如如果果两两种种速速度度相相等等时时，转转子子和和旋旋转转磁磁场场没没有有相相对对运运动动，转转子子导导体体不不切切割割磁磁力力线线，因因此此，不不能能产产生生电电磁磁转转矩矩，转转子子将将不不能能继继续续旋旋转转。因因此此，转转子子与与旋旋转转磁磁场场之之间间的的转转速速差差是是保保证证转转子子转转速速的的主主要要因因素素，也是也是异步电动机异步电动机的由来。的由来。定定义义：转转速速差差(n0-n)与与同同步步转转速速n0的的比比值值称称为为异异步步电电动动机机的的转转差差率率，用用表示表示S，即，即 转差率转差率S是分析异步电动机运行特性的主要参数。是分析异步电动机运行特性的主要参数。第20页，本讲稿共20页