第4章_三相异步电动机-1A

1、电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 1第第5 5章章 3 3相异步电机相异步电机第四章第四章 三相异步电动机三相异步电动机异步电动机的用途异步电动机的用途异步电动机广泛应用于工农业及民用电器的各个部门。异步电动机广泛应用于工农业及民用电器的各个部门。异步电动机的容量从几十瓦到数千千瓦，占各种电动机异步电动机的容量从几十瓦到数千千瓦，占各种电动机总数的总数的90%左右。左右。优点：优点：结构简单、制造方便、价格低廉、运行可靠、结构简单、制造方便、价格低廉、运行可靠、 坚固耐用、维修方便、运行效率较高等。坚固耐用、维修方便、运行效率较高等。缺点：缺点：功率因数较低、调速性能不够好。功率因

2、数较低、调速性能不够好。电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 2第第5 5章章 3 3相异步电机相异步电机三相异步电动机的基本结构、额定数据和主要系列三相异步电动机的基本结构、额定数据和主要系列一、三相异步电动机的基本结一、三相异步电动机的基本结构构 定子定子由机座、定子铁心、定子绕组组成：由机座、定子铁心、定子绕组组成：1、机座：起固定和支撑定子铁心的作用，一般用铸、机座：起固定和支撑定子铁心的作用，一般用铸铁制造。铁制造。2、定子铁心：由厚、定子铁心：由厚0.5mm的硅钢片冲叠而成，铁心的硅钢片冲叠而成，铁心内开有均布的槽，嵌放定子绕组。内开有均布的槽，嵌放定子绕组。3、定子绕组：

3、由完全相同的三个绕组组成，空间互、定子绕组：由完全相同的三个绕组组成，空间互差差120度，可接成度，可接成Y、Yn或或。电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 3第第5 5章章 3 3相异步电机相异步电机三相绕线式异步电动机结构图三相绕线式异步电动机结构图电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 4第第5 5章章 3 3相异步电机相异步电机三相三相鼠笼式鼠笼式异步电动机结构图异步电动机结构图电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 5第第5 5章章 3 3相异步电机相异步电机2. 转子转子由转轴、转子铁心、转子绕组组成：由转轴、转子铁心、转子绕组组成：1、转轴：、转轴：2、转子转

4、子铁心：由厚铁心：由厚0.5mm的硅钢片冲叠而成，铁心的硅钢片冲叠而成，铁心内开有均布的槽，嵌放转子绕组、或浇铸铝。内开有均布的槽，嵌放转子绕组、或浇铸铝。3、转子绕组：分绕线式绕组、鼠笼式绕组、转子绕组：分绕线式绕组、鼠笼式绕组电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 6第第5 5章章 3 3相异步电机相异步电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 7第第5 5章章 3 3相异步电机相异步电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 8第第5 5章章 3 3相异步电机相异步电机3. 感应电机的气隙感应电机的气隙定子与转子之间的间隙；定子与转子之间的间隙；0.22.5mm气隙越

5、大，功率因数越低。气隙越大，功率因数越低。电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 9第第5 5章章 3 3相异步电机相异步电机二、额定数据二、额定数据铭牌上标有额定数据铭牌上标有额定数据1 额定功率额定功率PN电动机在额定情况下，轴上输出的电动机在额定情况下，轴上输出的 机械功率。单位：机械功率。单位：KW。2 额定电压额定电压UN3 额定电流额定电流IN电动机额定运行时加在定子绕组上的电动机额定运行时加在定子绕组上的 线电压。单位：线电压。单位：V或或KV。电动机在额定电压下，轴上有额定功电动机在额定电压下，轴上有额定功 率输出时，定子绕组中的线电流。率输出时，定子绕组中的线电流。 单

6、位：单位：A。电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 10第第5 5章章 3 3相异步电机相异步电机4 额定频率额定频率f1=fN=50Hz5 额定转速额定转速nN6 额定功率因数额定功率因数电动机在额定状态时转子的转速。电动机在额定状态时转子的转速。 单位：单位：r/min。NcosNNNNNIUPcos3记住这个公式：对于记住这个公式：对于3相（异步）电机相（异步）电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 11第第5 5章章 3 3相异步电机相异步电机CZBXYA定子绕组在接线盒中布置定子绕组在接线盒中布置定子绕组的定子绕组的Y型连接型连接定子绕组的定子绕组的型连接型连接CZ

7、BXYACBAZXY电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 12第第5 5章章 3 3相异步电机相异步电机三相异步电机的定子可接成三相异步电机的定子可接成Y或或D 有时铭牌上标有时铭牌上标“电压电压380/220，Y/” 表示：表示：电压电压=380V时，应接成时，应接成Y电压电压=220V时，应接成时，应接成电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 13第第5 5章章 3 3相异步电机相异步电机nNSTfn1fn总是总是1)和集中饶组和集中饶组 (q=1)电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 16第第5 5章章 3 3相异步电机相异步电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础

8、page 17第第5 5章章 3 3相异步电机相异步电机电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 18第第5 5章章 3 3相异步电机相异步电机2、交流绕组的几个术语、交流绕组的几个术语离是相邻两磁极之间的距极距单元是组成交流饶组的基本成是由单匝或多匝串联而线圈，转子的槽数是定、ZZ21有的槽数是每个极面下每相所占每极每相槽数 q是相邻两槽之间的距离槽距角1360Zpmpzq21电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 19第第5 5章章 3 3相异步电机相异步电机交流电机绕组交流电机绕组三相绕组三相绕组 1、每相交流绕组的阻抗要求相等，即每相绕、每相交流绕组的阻抗要求相等，即每相绕组

9、的匝数、形状都是相同的。即必须对称。组的匝数、形状都是相同的。即必须对称。 2、电动势和磁动势的波形尽量接近正弦波。、电动势和磁动势的波形尽量接近正弦波。 3、机械强度、绝缘强度足够，散热好。、机械强度、绝缘强度足够，散热好。 5、用铜少、绝缘性能可靠、制造维修方便。、用铜少、绝缘性能可靠、制造维修方便。3.3.三相绕组的要求三相绕组的要求电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 20第第5 5章章 3 3相异步电机相异步电机定子槽数定子槽数Z=24，极，极数数2p=4的交流绕组的交流绕组ABCXYXABCZYZ电角度：电角度：1对对N、S对应对应360电角度电角度3相要对称：每个极下相要

10、对称：每个极下3等等分，分，ABC各占各占1份。份。ABC互差互差120 电角度。电角度。 若电流从若电流从A进，则从进，则从X出；方向相反，故出；方向相反，故AX互差互差180电角度。电角度。二、三相单层饶组二、三相单层饶组电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 21第第5 5章章 3 3相异步电机相异步电机ABCXYXABCZYZ每极每相槽数每极每相槽数qpmZq2q=1：集中绕组：集中绕组q=26：分布绕组：分布绕组一对极下，顺序为一对极下，顺序为AZBXCY电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 22第第5 5章章 3 3相异步电机相异步电机ABCXYXABCZYZ6424

11、2pZ极距单层绕组单层绕组(整距整距)电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 23第第5 5章章 3 3相异步电机相异步电机A相绕组展开图相绕组展开图1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 A Z B X C Y A Z B X C Y AAXXAXp=2，有，有2个线圈组，头尾串联，则并联支路数个线圈组，头尾串联，则并联支路数a=1；若若2个线圈组头头并，尾尾并，则个线圈组头头并，尾尾并，则a=2电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 24第第5 5章章 3 3相异步电机相异步电机其它的绕组形式其它的绕组形式 3相单层同心式绕组相单层同心式绕组 3相单层链式

12、绕组相单层链式绕组 3相单层交叉式绕组相单层交叉式绕组 3相双层叠绕组、波绕组相双层叠绕组、波绕组单双层的区别单双层的区别:分布集中的区别分布集中的区别支路的概念支路的概念电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 25第第5 5章章 3 3相异步电机相异步电机 一、单相绕组的一、单相绕组的 1、单个整距线圈的、单个整距线圈的yiNil dH是每个线圈的匝数yN即支路电流是线圈中电流，i电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 26第第5 5章章 3 3相异步电机相异步电机 tINiycos2当单个整距线圈流过随时间按余弦变化的交流电流时,它所产生的气隙磁动势在空间上仍沿圆周方向作矩形分

13、布,但其矩形波的幅值及正负随时间按余弦规律变化且矩形波的空间位置并不随时间移动-脉振磁动势如果线圈中电流如果线圈中电流 AiNAiNfyyy时当时当232212221极安匝极安匝/232cos22/22cos22tINtIN，tfyyy电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 27第第5 5章章 3 3相异步电机相异步电机一般可分解成基波和高次谐波一般可分解成基波和高次谐波yyyyyININFtFtf9 . 0224coscos,111vviNfyycos17cos715cos513cos31cos214重点是基波重点是基波: 也是也是脉振磁动势电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page

14、 28第第5 5章章 3 3相异步电机相异步电机2、单层整距线圈组的、单层整距线圈组的 分布系数（基波分布系数）分布系数（基波分布系数） yyyyNIFFF9 . 03121112sin2sin1111qqkkFqFqqyq分布系数分布系数电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 29第第5 5章章 3 3相异步电机相异步电机3、双层短距线圈组的、双层短距线圈组的 短距系数短距系数电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 30第第5 5章章 3 3相异步电机相异步电机短距线圈的短距角1y12槽极电机槽极电机1111qyqqqkqFFFF下上276812上qF下qF111111290si

15、n22cos2yqqqkFyFFF为短距系数其中90sin2cos11yky电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 31第第5 5章章 3 3相异步电机相异步电机4、单相绕组的、单相绕组的每相串联匝数引入一个新物理量1N11222kqINFypqNaNNapqNyy2211则单相绕组的单相绕组的是每对极下线圈产生是每对极下线圈产生对双层绕组：每对磁极由两个线圈组产生，其幅值为对双层绕组：每对磁极由两个线圈组产生，其幅值为aII电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 32第第5 5章章 3 3相异步电机相异步电机为基波饶组系数111qykkk为相电流的有效值IaI数为双层饶组每相串联

16、匝yqNapN21IpkNIpkNaIqkpqaNFFP1111111119 .0222222电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 33第第5 5章章 3 3相异步电机相异步电机11221kqINFypqNaNNapqNyy11则aII对单层绕组：每对磁极由一个线圈组产生，其幅值为对单层绕组：每对磁极由一个线圈组产生，其幅值为IpkNIpkNaIqkpqaNFFP1111111119 . 022221电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 34第第5 5章章 3 3相异步电机相异步电机coscos11tFf一般表达式单相绕组产生的磁动势具有以下性质单相绕组产生的磁动势具有以下性质

17、:）单相绕组的磁动势沿气隙圆周方向的分布是一个）单相绕组的磁动势沿气隙圆周方向的分布是一个非正弦的阶梯波形非正弦的阶梯波形）当绕组中电流是）当绕组中电流是随时间按余弦变化的交流电时，单相绕组的磁动势是一个在空间上的位置固单相绕组的磁动势是一个在空间上的位置固定不动而其大小及定不动而其大小及正负随时间交变的脉振磁动势）单相绕组基波）单相绕组基波磁动势幅值的位置与该相饶组的轴线相重合，电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 35第第5 5章章 3 3相异步电机相异步电机5 ) 单相绕组产生的磁势是一个单相绕组产生的磁势是一个脉振磁动势,可以分解成两个方向相反幅值相同的圆形旋转磁势磁势）单相）

18、单相脉振磁动势最大幅值为：IpkNF11122电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 36第第5 5章章 3 3相异步电机相异步电机二、三相绕组的二、三相绕组的 三相绕组的合成基波三相绕组的合成基波tIiAcos2120cos2tIiB240cos2tIiCcoscos,11tFtfA)120cos()120cos(,11tFtfB)240cos()240cos(,11tFtfC电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 37第第5 5章章 3 3相异步电机相异步电机tFffftfCBAcos23,11111结论：三相合成磁结论：三相合成磁磁磁）三相合成基波磁）三相合成基波磁磁磁）三相

19、合成基波磁）三相合成基波磁极安匝/9 . 023231111IpkNFF）三相合成基波磁）三相合成基波磁基波磁基波磁电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 38第第5 5章章 3 3相异步电机相异步电机5 ) 如果不是对称绕组如果不是对称绕组,如果不是对称电压如果不是对称电压,则产生的磁则产生的磁磁磁磁磁可以分解成两个方向相反幅值大小不同的圆形旋转磁势磁势）三相合成基波磁）三相合成基波磁pfn1160电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 39第第5 5章章 3 3相异步电机相异步电机三、定子三相绕组建立的磁场三、定子三相绕组建立的磁场tBtftBmccos,111tFtfcos,

20、11基波磁动势建立的磁场基波磁动势建立的磁场如果气隙均匀，则有基波磁动势在气隙中建立如果气隙均匀，则有基波磁动势在气隙中建立的基波磁场也是一个以同步转速旋转的圆形旋的基波磁场也是一个以同步转速旋转的圆形旋转磁场转磁场1n电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 40第第5 5章章 3 3相异步电机相异步电机 旋转磁场与三相对称绕组相切割，绕旋转磁场与三相对称绕组相切割，绕组产生的组产生的3相电动势也是对称的。相电动势也是对称的。 由于旋转磁场含有高次谐波，三相电由于旋转磁场含有高次谐波，三相电动势也含有高次谐波。动势也含有高次谐波。电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 41第第5

21、5章章 3 3相异步电机相异步电机一相基波电动势一相基波电动势111144. 41KNfE与变压器电动势公式相似与变压器电动势公式相似绕组系数绕组系数=分布系数分布系数短距系数短距系数每相串联匝数每相串联匝数vKvNvfvE144. 4一相一相v次谐波电动势次谐波电动势电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 42第第5 5章章 3 3相异步电机相异步电机本段重点本段重点 几个基本概念：几个基本概念：、交流电机的结构、分类、额定值、交流电机的结构、分类、额定值、电角度、极距、每极每相槽数、电角度、极距、每极每相槽数 熟记熟记、三相对称绕组通三相对称电流，其合成磁场为、三相对称绕组通三相对称

22、电流，其合成磁场为一圆形旋转的磁场，转速为同步转速一圆形旋转的磁场，转速为同步转速n1、一相绕组电动势的公式一相绕组电动势的公式、线圈、线圈组、一相绕组、三相绕组产生的磁、线圈、线圈组、一相绕组、三相绕组产生的磁势的幅值，绕组系数、短距系数、分布系数的概势的幅值，绕组系数、短距系数、分布系数的概念和计算公式念和计算公式电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 43第第5 5章章 3 3相异步电机相异步电机转子静止时的运行分析转子静止时的运行分析 转子静止的转子静止的2种情况：种情况：(1)转子绕组开路：转子绕组开路：有感应电势，不能形成转子电流有感应电势，不能形成转子电流无电磁力无电磁力(

23、2)转子绕组不开路转子绕组不开路有感应电势、形成转子电流、受有感应电势、形成转子电流、受电磁力；电磁力；但转子被堵死不能转但转子被堵死不能转(堵转堵转)电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 44第第5 5章章 3 3相异步电机相异步电机转子静止时与转子静止时与变压器变压器类似类似 定子绕组定子绕组变压器原边变压器原边 (同样取一相分析同样取一相分析) 转子绕组转子绕组变压器副边变压器副边）转子开路时，由定子绕组电流建立主磁通，并转子开路时，由定子绕组电流建立主磁通，并在转子绕组中感应出电势。在转子绕组中感应出电势。）转子堵转时，转子中有电流）转子堵转时，转子中有电流(如同变压器副边有如同变压器副边有负载电流负载电流)，定子绕组电流除了用来建立主磁通外，定子绕组电流除了用来建立主磁通外，还有大部分电流用来抵消转子电流引起的磁通变还有大部分电流用来抵消转子电流引起的磁通变化。化。）正方向的规定和变压器相同）正方向的规定和变压器相同电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 45第第5 5章章 3 3相异步电机相异步电机一、转子被堵住时的转子基波磁动势一、转子被堵住时的转子基波磁动势111119 . 02IpkNmF222229 . 02IpkNmFpfn116011226060n