电机与拖动 课件 第4章 异步电机

4.1三相异步电动机的基本工作原理和结构4.2交流电机的绕组4.3交流电机绕组的感应电动势4.4交流电机绕组的磁动势4.5三相异步电动机的空载运行4.6三相异步电动机的负载运行4.7三相异步电动机的等效电路和相量图.4.8三相异步电动机的功率平衡、转矩平衡

三相异步电机主要用作电动机，拖动各种生产机械。结构简单、制造、使用和维护方便，运行可靠，成本低，效率高，得以广泛应用。但是，功率因数低、起动和调速性能差。4.1三相异步电动机的基本工作原理与结构4.1.1三相异步电动机的基本结构一、定子部分1、定子铁心：由导磁性能很好的硅钢片叠成——导磁部分。2、定子绕组：放在定子铁心内圆槽内——导电部分。3、机座：固定定子铁心及端盖，具有较强的机械强度和刚度。二、转子部分1、转子铁心：由硅钢片叠成，也是磁路的一部分。2、转子绕组：1）鼠笼式转子：转子铁心的每个槽内插入一根裸导条，形成一个多相对称短路绕组。2）绕线式转子：转子绕组为三相对称绕组，嵌放在转子铁心槽内。

异步电动机的气隙是均匀的。大小为机械条件所能允许达到的最小值。三、气隙1、定子铁芯——磁路部分，放置定子绕组 一般采用导磁性能良好和磁损耗小的电工硅钢片叠成 内圆周均匀开槽的圆筒型2．定子绕组——电路部分，产生感应电势和电磁转矩1、转子铁芯——磁路部分 一般由硅钢片叠成。在转子铁芯上开有槽，以供放置或浇注转子绕组。按转子结构分：绕线型异步电动机鼠笼型异步电动机继续继续下面是它主要部件的拆分图。

右图是一台三相鼠笼型异步电动机的外形图。鼠笼型转子铁心和绕组结构示意图三相绕线型转子结构图返回绕线转子实物图4.1.2三相异步电动机的基本工作原理U2U1W2V1W1V2n一、转动原理1、电生磁：三相对称绕组通往三相对称电流产生圆形旋转磁场。2、磁生电：转子导体切割旋转磁场产生感应电动势和电流。3、电磁力：转子载流（有功分量电流）体在磁场作用下受电磁力作用，形成电磁转矩，驱动电动机旋转，将电能转化为机械能。二、转差率

转差率是异步电机的一个基本物理量，它反映电机的各种运行情况。转子未转动时，电机理想空载时，作为电动机，转速在范围内变化，转差率在0~1范围内变。负载越大，转速越低，转差率越大；反之，转差率越小。转差率的大小能够反映电机的转速大小或负载大小。电机的转速为：额定运行时，转差率一般在0.01~0.06之间，即电机转速接近同步速。

同步转速与转子转速之差与同步转速的比值称为转差率，用s表示，即：三、异步电机的三种运行状态根据转差率的大小和正负,异步电机有三种运行状态机械能转变为电能电能和机械能变成内能电能转变为机械能能量关系制动制动驱动电磁转矩转差率转速外力使电机快速旋转外力使电机沿磁场反方向旋转定子绕组接对称电源实现发电机电磁制动电动机状态异步电机的基本结构？异步电机的运行方式及判别依据？（重点）异步电机转差率的定义？转差率与运行方式的关系？（重点）异步电机定子绕组定子铁芯转子机座(风罩、风扇等）鼠笼型转子铁芯转轴（含轴承）转子绕组绕线型定子气隙异步电机的三种运行方式①电动机运行②发电机运行③电磁制动运行方式判断依据

根据转差率的大小与正负异步电机转子的转速0≤n≤n1，即1≥s≥0电动机运行方式发电机运行方式制动运行方式异步电机转子的转速n>n1，即s<0异步电机转子的转速n<0，即s>14.1.3型号和额定值一、型号例:额定值关系有：额定运行状态时加在定子绕组上的线电压.额定条件下转轴上输出的机械功率。在额定运行状态下流入定子绕组的线电流.额定运行时电动机的转速.二、额定值4.2交流电机的绕组4.2.1交流绕组的基本知识一、基本要求和分类1）三相绕组对称；2）力求获得最大的电动势和磁动势；3）绕组的电动势和磁动势的波形力求接近正弦；4）节省用铜量；5）绕组的绝缘和机械强度可靠，散热条件好；6）工艺简单、便于制造、安装和检修。二、交流绕组的基本概念1、极距

两个相邻磁极轴线之间沿定子铁心内表面的距离。若定子的槽数为Z，磁极对数为p，则极距：2、线圈节距一个线圈的两个有效边之间所跨的槽数称为线圈的节距。3、电角度4、槽距角相邻两个槽之间的电角度：

6、相带：一个极下每相绕组所占的范围(如下三相）

60o相带——将一个磁极分成三相，每相所占电角度

120o相带——将一对磁极分成三相，每相所占电角度

5、每极每相槽数q

：每个极内每相所占的槽数如电机槽数为Z，极对数为p，相数为m，则：

交流绕组单层绕组双层绕组同心式绕组链式绕组交叉链式绕组等元件式整距叠绕组双层叠绕组双层波绕组交流绕组的形式

单层绕组:一个槽中只放一个元件边

双层绕组:一个槽中放两个元件边单层绕组和双层绕组双层绕组单层绕组三相单层绕组的构成例：Z＝24（槽）、m＝3（相）、2p＝4（极）的单层叠绕组1.计算:分极：τ=Z/(2P)（N、S极相邻分布）标记假设的感应电动势方向（相邻极下方向相反）分相：q=Z/(2Pm)，2.画绕组展开图的步骤：(等元件整距绕组)

123456789101112131415161718192021222324NSNS(4)连接线圈：在一对极内根据y=τ连线圈

123456789101112131415161718192021222324NSNSA1X1A2X2(5)连接线圈组：在一对极内属于同一相的q个线圈连成一个线圈组（共p个）以上连接应符合电势相加原则

123456789101112131415161718192021222324NSNSA1X1A2X2(6)连相绕组:根据电动势相加原则,将同一相的线圈组按串联支路数a连成相绕组，并标记首尾端。最大并联支路数a=P。串联:a＝1并联:a＝2(7)连三相绕组:将三个单相绕组连成完整的三相绕组（

接法或Y接法）,三相在空间错开1200电角度

123456789101112131415161718192021222324NSNSAXBYCZ

123456789101112131415161718192021222324NSNS3、三相单层链式绕组展开图（以A相为例）XA实例：Z=24，2p=4，m=3，a=2，整距的双层叠绕双层叠绕组的构成1.计算：2.画绕组展开图的步骤：

123456789101112131415161718192021222324NSNS分极：τ=Z/(2P)（N、S极相邻分布）标记假设的感应电动势方向（相邻极下方向相反）分相：q=Z/(2Pm)，

123456789101112131415161718192021222324NSNSA1X1X2A2A3X3X4A4(4)连接线圈：在一对极内根据y=τ连线圈(5)连接线圈组：在每极内属于同一相的q个线圈连成一个线圈组（共2p个）以上连接应符合电势相加原则

123456789101112131415161718192021222324NSNSA1X1X2A2A3X3X4A4以a=1为例(6)连相绕组:根据电动势相加原则,将同一相的2P个线圈组按并联支路数a连成相绕组，并标记首尾端。最大并联支路数a=2P。AX课时小结1、旋转电机的基本结构？旋转磁场的产生？2、交流绕组的相关术语？3、画交流绕组展开图步骤？4.5.1空载运行时的电磁关系4.5三相异步电动机的空载运行一、主、漏磁通的分布

为了便于分析，根据磁通路径和性质不同，异步电动机的磁通分为主磁通和漏磁通。

主磁通同时交链定、转子绕组，其路径为：定子铁心→气隙→转子铁心→气隙→定子铁心。主磁通起传递能量的作用。

除了主磁通以外的磁通称为漏磁通。漏磁通只起漏抗压降作用。二、空载电流异步电动机空载运行时的定子电流称为空载电流。三、电磁关系4.5.2

空载运行时的电压平衡方程一、感应电动势与变压器一样,主、漏磁通在定子绕组上感应的电动势可见，异步电动机空载时的电磁关系与变压器非常相似。二、电压平衡方程与等效电路与变压器一样，根据基尔霍夫电压定律，可列出空载时定子每相电压方程式：同样也有：根据上两式，可以作出空载时等效电路。

尽管异步电动机的电磁关系与变压器相似，但它们之间还是有差别的：1）主磁场性质不同：异步电动机为旋转磁场，变压器为脉动磁场.4.6.1负载运行时的电磁关系4.6三相异步电动机的负载运行4.6.2转子绕组各电磁量一、转子电动势的频率感应电动势的频率正比于导体与磁场的相对切割速度,故转子电动势的频率为:转子不转时,理想空载时,二、转子绕组的感应电动势转子旋转时的感应电动势:转子不转时的感应电动势:二者关系为:三、转子绕组的漏阻抗电抗与频率正比于,转子旋转时转子漏电抗:二者关系:转子绕组的漏阻抗:四、转子绕组的电流转子绕组为闭合绕组,转子电流为转子不转时转子漏电抗:当转速降低时,转差率增大,转子电流也增大.4.6.4电动势平衡方程根据基尔霍夫电压定律可写出定、转子侧电动势平衡方程：4.7.1

折算4.7三相异步电动机的等效电路和相量图

频率折算就是用一个等效的转子电路代替实际旋转的转子系统,而等效的转子回路应与定子电路有相同的频率。一、频率折算

在折算的过程中，电机的电磁效应不变，因而有两个条件：一个是保持转子磁动势不变；二是转子回路的功率不变。转子旋转时的异步电机特点：相当于变压器二次侧短路，可用类比法进行分析研究经频率折算以后的转子模型：从等效电路角度，可以把看成是异步电动机的”电阻负载”，其上的压降可以看成是转子回路的端电压:二、绕组折算基本方程4.8.1功率平衡和转矩平衡4.8三相异步电动机的功率平衡、转矩平衡异步电动机的功率和损耗有：一、功率平衡输入功率定子铁损电磁功率总机械功率输出功率定子铜损转子铜损在等效电路上表示功率和损耗：异步电动机的功率流程图功率平衡式：两个重要关系式

可见，从气隙传递到转子的电磁功率分为两部分，一小部分变为转子铜损耗，绝大部分转变为总机械