电动机交流工作原理

电动机交流工作原理定子三相绕组通入三相交流电AXBYCZ1.旋转磁场的产生（1对磁极）二.工作原理AYCBZXAXYCBZAXYCBZAXYCBZ合成磁场方向向下合成磁场旋转60°合成磁场旋转90°t600oAAXZBCYAAXZBCY可见：1对磁极时三相电流产生的合成磁场为旋转磁场，交流电一个周期（即电角度ωt=360°），磁场旋转360°2.旋转磁场的旋转方向任意调换两根电源进线就使磁场反转。0toAXBYCZC'Y'ABCXYZA'X'B'Z'0若定子每相绕组由两个线圈串联

，绕组的始端之间互差60°，将形成两对磁极（P=2，即4极）旋转磁场。3.磁极对数P与磁场转速n0磁极对数p=1时，交流电一个周期（即电角度ωt=360°），磁场旋转360°磁场转速p=2时0所以4.三相异步电动机的工作原理三相定子绕组通入三相交流电产生旋转磁场，转子导体切割磁力线产生感应电动势与感应电流，进而产生电磁转矩使转子旋转，因磁场转速n0需比转子转速n快才能正常切割磁力线，故称为异步电动机，又称为感应电动机。5.转差率S（很重要）磁场转速n0（又称同步转速）和转子转速n之差与n0的比值称为转差率S。异步电动机启动时n=0，S=1；n=n0时，S=0；额定工况下一般例1：一台三相异步电动机，其额定转速

n=975r/min，电源频率f1=50Hz。试求电动机的极对数和额定负载下的转差率。解：根据异步电动机转子转速与旋转磁场同步转速的关系可知：n0=1000r/min,即p=3额定转差率为三.定子绕组线端连接方式定子三相绕组的六个出线头可根据需要灵活地接成星形（Y形）或三角形（Δ形）。Δ联结Y联结§4.2

三相异步电动机的定子电路和转子电路三相异步电动机的电磁关系与变压器类似。1)异步电动机中定子和转子绕组相当于变压器的原、副绕组。2）变压器：变化eU1E1=4.44fN1

异步电动机：旋转eU1E1=4.44fN1

3）变压器：I2

增大I1增大，以保持基本不变，以达到传递能量的目的。

异步电动机：当负载增加时，转子电流I2

增大I1增大，以保持基本不变，以达到传递能量的目的。三相异步电动机与变压器的不同之处。1）变压器的副绕组是静止的、不能短路；而异步电动机的副绕组是旋转的且短路。3）变压器的磁路是无气隙的。而异步电动机中的定子和转子之间是有不大的气隙。2）变压器中原、副绕组的感应电动势是同频率的。而异步电动机中转子感应电动势的频率是随转子转速改变的。一.定子电路（取一相分析）漏磁电动势i1u1e1eL1i2R1e2eL2R2定子电路转子电路感应电动势R1为定子绕组内阻i1e1eL1i2R1e2eL2R2u1因R1、X1小,可近似认为U1=E1二.转子电路1.转子感应电动势e2频率f2因转子在旋转,故转子感应电势频率f2定子感应电势频率f1i1e1eL1i2R1e2eL2R2n=0即转差率S=1时转子切割磁力线最剧烈f2=f1，n=n0

即S=0时转子不切割磁力线f2=0，额定工况下S=1.5~6%，f1=50Hz时，f2=0.75~3Hz2.转子感应电动势e2有效值E2=4.44f2N2=4.44Sf1N2

当转速n=0(S=1)时，f2最高，E2最大，记为E20=4.44

f1N2转子静止时的感应电势故E2=

SE20

转子转动时的感应电势当转速n=0(S=1)时，f2最高，X2最大，记为X20=2f1LL2故X2=SX20

3.漏磁电动势转子静止时的漏磁感抗转子转动时的漏磁感抗R2与X2对电机影响均大

4.转子电流I25.转子电路的功率因数202XRS<<S大时(低速)I2s1I2,O1n00n6.电磁转矩

由前面分析知K为与电机结构有关且正比于1/f1的常数，U为供电电压，R2为转子内阻，X20为转子不转时的漏磁感抗7.机械特性曲线交流异步电动机直流电动机OTS1n0nNTNn0Tn8.固有机械特性曲线与4个特殊工作点OTS11）理想空载工作点T=0,n=n0,S=02）额定工作点（重要）TN,nN,SN(一般1.5~6%)3）启动工作点(重要)Tst,n=0,S=1

一般Tst=0.8~1.5TN(P66页)，而启动电流Ist=5~7IN，

适当增大R2(线绕式电机)能明显增大Tst且Ist减小一般Tmax=2~2.2TN，增大R2（线绕式电机）使Sm增大，而Tmax不变，机械特性曲线变为绿色令：可得再代入转矩公式，可得4）临界工作点（重要）最大转矩Tmax,nm,Sm

OTS1Sm§4.3

三相异步电动机的人为机械特性与调速特性一.变磁极对数调速改变磁极对数P能改变磁场转速特点：简单，机械特性硬,效率高，有级调速，启动时先接低速再接高速可明显提高启动性能。

SOT1二.改变转差率调速1.降压调速由机械特性公式可知减小U会使T大大下降特点：机械特性变软，拖动能力（Tst,Tmax）大大下降，无级调速，低速时效率低，发热大。

TstTOS1降压调速时的能量损失：旋转磁场传到转子上的电磁功率Pe为：可见交流异步电动机低速时效率低，发热大。转子上产生的机械功率Pm为：功率差(又称转差功率)Ps为：单位：P--kw，T--N.m，n--r/min2.定子电路串电阻或电抗器调速串电阻或电抗器使定子绕组电压下降，故特性与降压调速类似。特点：简单，机械特性软，有级调速，低速时效率低，启动性能明显提高。3.转子电路串电阻调速（线绕式电机）OTS1R2R2特点：能量可回馈电网，效率较高，调速范围不大，复杂。4.串级调速（线绕式电机）OTS1转子电路串与转子感应电动势频率相同、相位相反的附加电动势，减小转子电流实现降速。书P80图5.43c不合理转子电流特点：结构简单，无级调速，机械特性软，效率不高。5.电磁转差离合器调速OT电动机通过电磁转差离合器产生的电磁转矩带动负载转动，离合器无励磁电流时不能产生电磁转矩，相当于负载被“离开”，电磁转差离合器工作原理与异步电动机类似。电磁转差离合器机械特性经验公式(If为离合器励磁电流)：吊扇调速（通过定子绕组串电容来降压调速）吊扇等风机、水泵类负载机械特性如绿线所示：TstTOM~220V通过改变电容值即可调速恒转矩负载：指负载转矩随转速变化不大，如起重机、机床的一次切削过程等。恒功率负载：如机床粗加工时切削深度大、切削力大、开低速；精加工时切削深度小、切削力小、开高速。需用变速箱来与电动机匹配。风机类负载：如泵电动机多工作在恒转矩方式（额定转矩）。1.在额定频率以下变频为保持磁通额定,需使不变，即交流电压随频率成比例下降。特点：机械特性硬，效率高，属恒转矩调速，启动性能大大提高，适合准确自动调速。机械特性曲线如下(教材P65图5.26，而P83图5.48不大好)：OTf1N>f11>f12f11f12f1减小，Tmax基本不变，Tst增大三.变频调速2.在额定频率以上变频交流电频率增大时，转速将增大，但因电压不能超过额定电压，故只能保持U不变，将变小，所以转矩T也变小，属恒功率调速。特点：机械特性硬，效率高，拖动能力下降，属恒功率调速。OTfNf§4.4

三相异步电动机的启动特性异步电动机启动性能差：一般启动转矩Tst=0.8~1.5TN，而启动电流Ist=5~7IN常用于10kw以下的电动机，也可按教材P67处理一.直接启动（全压启动）二.定子电路串电阻或电抗器降压启动定子绕组接成星形（Y）时的电压是接成三角形（Δ）时的，电磁转矩为。三.Y-Δ降压启动六.利用控制电路限制启动电流并保持恒值启动（软启动）四.自耦变压器降压启动五.利用变频调速装置低频启动七.线绕式异步电动机的启动（转子串电阻）1.逐级切除启动电阻OTS1R2R22.转子串频敏变阻器启动频敏变阻器实质上是铁芯损耗很大的电抗器，转子感应电流频率低时阻抗小，适合正常转速；感应电流频率高时阻抗大，适合启动；2.深槽式电动机八.特殊鼠笼式电动机1.双鼠笼式电动机3.高转差率鼠笼式电动机外笼电阻大，启动性能好，称为启动笼。利用电流集肤效应，等效使转子启动时电阻增大，减小启动电流，提高启动转矩。增大转子电阻，提高启动性能，但机械特性变软。§4.5

三相异步电动机的制动特性一.

反馈制动

当异步电动机n>n0时，自动进入反馈制动状态，常见于电车下坡，变频降速等。OT将制动能量转为电能回馈电网，节能。特点：制动转矩大,效率高,能量回馈电网。二.

反接制动1.电源反接制动将三相电源线中的任意两相对调，旋转磁场反向旋转，从而制动，因电流很大，对于线绕式电机需转子电路串电阻，机械特性如下图所示；对于鼠笼式电机则在定子电路串电阻，但制动转矩大大下降。OT特点：制动转矩较大,能量损耗大。2.倒拉制动(线绕式电机转子电路串电阻)OT串大电阻使机械特性很软，进入倒拉制动状态。特点：串入不同的电阻可灵活调整反转速度，能量损耗较大三.

能耗制动

断开三相电源，向定子绕组通入直流电，形成固定磁场，转子电磁感应产生制动转距，与直流电动机能耗制动原理相同。OT教材P87图5.53b不正确特点：较简单，制动效果较好，不节能。§4.6

单相异步电动机单相异步电动机结构更简单，广泛用于电风扇、洗衣机、电冰箱