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1、第四章 三相异步电动机原理,4.1 三相异步电动机的基本工作原理与结构 4.2交流电机绕组 4.3交流电机的感应电动势 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向量图,4.1三相异步电动机的基本工作原理与结构 一、三相异步电动机结构,鼠笼式异步电动机外形,绕线式异步电动机外形,异步电动机定子1,异步电动机定子,鼠笼式转子,绕线式转子,绕线式定子与转子,异步电动机定子上有 三相对称的交流绕组,鼠笼绕组,绕线转子异步电动机剖面图,三相对称交流绕组通入三相对称交流电流时，将在电机气隙空间产生旋转磁场 (swf),二、
2、三相异步电动机的工作原理,异步电动机定子上有三相对称的交流绕组,转子导体切割磁力线，并产生感应电势,转子导体通过端环自成闭路，并通过感应电流,感应电流与旋转磁场相互作用产生电磁力,电磁力作用在转子上将产生电磁转矩，并驱动转子旋转 (swf),三相异步电动机定子绕组加对称电压后，产生一个旋转气隙磁场，转子绕组导体切割该磁场产生感应电势。由于转子绕组处于短路状态会产生一个转子电流。转子电流与气隙磁场相互作用就产生电磁转矩，从而驱动转子旋转。电动机的转速一定低于磁场同步转速，因为只有这样转子导体才可以感应电势从而产生转子电流和电磁转矩。所以该电机被称为异步机，也叫感应电机。,三、三相异步电动机的名牌
3、数据,章目录,五、异步电动机的工作原理 定子对称三相绕组 有三相对称电流,定子和转子间有旋转磁场（ n0） 切割转子均匀分布的闭环导体 转子导体产生感应电动势,N,S,n0,转子闭合导体有电流,如不考虑相位差，电势方向同电流方向,由左手定则知转子导体受力，其方向同磁场反向，这时转子转动，即电动机工作，转速为n。,六、三相异步电动机的转速与运行状态 转子转速n能否超过同步转速n0 ？答在无外力作用时，电动状态转子转速n不能超过同步转速n0。即n n0 。,f,f,n,用右手定则知N极下转子电动势方向指里，S极下转子电动势方向指外,假设n =n0 ，旋转磁场不切割转子导体，则无感生电动势，无电流，
4、也就无电磁力，转子不转了。只由n n0 旋转磁场和转子导体有相对运动，转子才受到电磁转矩。这就是异步电动机的由来。,定义（ n0- n ）为转差，把转差与同步转速n0 之比的百分值叫做转差率S。即： S= （ n0 -n ）/ n0 *100%,如果用一原动机或其它转矩去拖动异步电动机，使它的转速超过同步转速， n n0 ,S0,旋转磁场切割转子导体的,n0,n,T,N,章目录,方向相反，导体中的电动势与电流方向都反向。由左手定则知电磁力与旋转磁场和转子的旋转方向相反，这是制动转矩。这时原动机对异步电动机输入机械功率，而通过电磁感应由定子向电网输送电功率，电动机处在发电机状态。,如果异步电动机
5、的外转矩使转子逆着旋转磁场的方向旋转，即n1,此时转子导体中的电动势和电流反向仍和电动机一样，电磁转矩方向仍与旋转磁场一致，,n0,n,但与外转矩方向（n)相反。电磁转矩是制动转矩，此时电网对电动机输送电功率，从转子吸收机械功率。,T,N,章目录,4.2 交流电机的绕组,绕组：按一定规律排列和连接的线圈的总称,交流绕组的基本概念,元件(线圈),(a)单匝线圈 (b) 多匝线圈 (c) 多匝线圈简易画法,定子绕组stator winding电路部分感应电势。 定子铁心core磁路部分，放置定子绕组。 一般采用导磁性能良好和比损耗小的电工硅钢片叠成。 为了嵌放定子绕组，在定子铁心内圆冲出许多形状相
6、同的槽定子槽slot。,铁心,7-1 基本要求和绕组分类,电机绕组： 产生感应电势、产生磁势 绕组要求： 1. 在一定导体数下，获得比较大的基波电势及磁势 2. 在三相时产生的三相电势、磁势必须对称 3. 电势波形尽量接近于正弦 4. 用铜量少，散热性好 5. 工艺简单，维修方便,绕组分类： 相数：单相 ，三相，双相 层数：单层， 双层 每极每相槽数：整数槽及分数槽,三相单层集中整距绕组,三相：A、B、C 单层：每槽中只放一个线圈边 集中：每一相只有一个线圈 整距：线圈的节距等于一个极距,三相绕组结构特点,三相绕组展开图,三相绕组的轴线,三相绕组的Y连接,单层分布绕组的展开图,7-2 分析绕组
7、时常用的几个量,极距,相邻两磁极对应位置两点之间的圆周距离 几何尺寸每极所对应的定子内圆弧长,槽数表示极距：即用每磁极下所占槽数来表示，Z为总数，P极为对数,节距 y (跨距),表示元件的宽度。元件放在槽内，其宽度可用元件两边所跨越的槽数表示。,y,电角度,磁密在空间为正弦分布，一对磁极便对应于一个完整正弦波，相当于360。如果磁极极对数是p，整个圆周有p个完整正弦波，相当于p 360。从几何的观点来看，整个圆周只有360。 圆周的空间几何角度称为机械角度，而圆周上对应于磁场分布的角度称为电角度。,电角度p机械角度,极 距： 定子内表面用长度表示的每极所占空 间距离，可以用所跨槽数表示，也可
8、以用所占空间电角度表示。,空间电角度 ：把一对主磁极表面占的空间距离用空间 电角度表示，定义为360空间电角度。,线圈节距y1 ： 一个线圈的两个线圈边间沿定子内表 面间的距离。,相带,为了三相绕组对称，在每个极面下每相绕组应占有相等的范围相带。 每个极对应于180电角度，如电机有m相，则每个相带占有1800/m 电角度。三相电机m3，其相带为60 /3，按60相带排列的绕组称为60相带绕组。,60相带绕组 把每对极所对应的定子槽等分为六个等分。依次称为a、c、b、a、c、b相带，各相绕组放在各自的相带范围内,每一相绕组都有首端，又有末端，以A相为例，则三相绕组A-X、B-Y、C-Z、在空间上
9、分布为A-Z-B-X-C-Y共有六部分，即总的绕组应分为六部分，分属AZBXCY，每一部分在每极下占有的电角度称为相带，一般用600相带,A,Z,B,B,X,X,C,C,Y,Y,A,Z,N,N,S,S,600,每极每相槽数q,每个极面下每相占有的槽数。已知总槽数Z、极对数p和相数m为，则,q1分布绕组 整数槽绕组q为整数 分数槽绕组q为分数,槽距角,相邻两槽之间的电角度,已知总槽数Z、极对数p：=（P360）/Z,A,Z,B,B,X,X,C,C,Y,Y,A,Z,N,N,S,S,槽电动势星形图,各槽导体感应电动势大小相等，相邻槽导体电势相位差相同。将各槽导体电势相量画在一起，组成一个星形，称为槽
10、电势星形图。,4.3 三相异步电动机绕组的感生电动势,气隙磁密分布,讨论定子绕组内感应电动势时，气隙磁场切割定子绕组可以看成下图中所示的转子旋转，在定子绕组中所感应产生的电动势。,瞬时值的表达式,有效值的表达式,1、整距线圈的电动势,二、线圈组的感应电动势,一个线圈组电动势的有效值为,三、相绕组的感应电动势相电势,对单层绕组而言，每个相绕组有p个线圈组，并联支路数为a，每个线圈的匝数为Ny，则每个相绕组串联匝数为,所以单层绕组相电动势基波的有效值为,对双层绕组而言，每个相绕组有2p个线圈组，每个相绕组串联匝数为,所以双层绕组相电动势基波的有效值为,定子铜损 Pcu1=m1I12r1 （图5.4
11、.1） 转子铜损 Pcu2=m1I22r2 定子铁损 PFe=m1I02rm 传给转子的电磁功率PM=m1 r2/s=m1E2I2cos 2 轴上输出功率 P2=m1I22 r2 (1-s)/s （5-29）,电磁转矩 电磁转矩指转子电流I2与主磁通m相互作用产生的电磁力形成的总力矩。它等于电动机总机械功率P m除以转子的角速度。（5-34）-（5-39）,4.8 异步电动机的功率传递和转矩平衡 由T型等值电路可以得到全部能量关系,一、空载试验 空载试验的主要目的是测电机的励磁参数。三相异步电动机的空载试验理论上应是转子在同步转速下进行，但需要原动机拖动转子，这样同步也有难度。实验时(异步电动
12、机）电动机轴上不加任何负载（对于绕线电动机转子还要开路）。 步骤：电压从1.2VN开始,逐渐降低电压，直到电机的转速明显下降，定子的电流回升为止，测出7-9个点，每次测电压、空载电流、功率和转速， 可以绘出空载特性（I0和P0随U0的变化）曲线。,I0,U0,输入电机功率 P0= m1I02r1 +PFe+Pm（忽略转子铜耗及附加损耗Pcu2+Ps）,P0,4.9异步电动机的参数测定 等值电路参数可以由制造厂家提供，也可以由实验方法测得，方法同变压器。,空载时认为定子铜耗和铁耗与电压大小有关，机械损耗仅于转速有关。 P0- m1I02r1 =PFe+Pm （P0- m1I02r1）可以测出（r
13、1也可以由短路参数求得，也可以直接测得）。而铁耗认为与电压的平方成正比。此时I2=0，S=0（n=n0)。可以绘出PFe+Pm=f曲线。 Pm随n变化不大，认为是常数,U02,PFe+Pm,（P0- m1I02r1）,Pm,PFe,当电压等于0时，测得的仅是铁耗 (n=0,Pm=0) 。这样延长曲线，使其与纵轴相交，交点坐标就是机械损耗Pm，过这一点作一与横轴,的平行线，这个高度上面就是铁耗PFe 。,可以测得P0和I0，算出每相的电压、功率和电流。 Z0=UN/I0,UN,r1,x1,xm,rm,空载时异步电动机的等效电路,r1+rm=r0=(P0-Pm)/I02,I0,P0由功率表测出，
14、Pm由上图求得。,x0=,xm=x0-x1,rm= Pm/ I02,Zm=,二、短路试验 定子和绕线电机转子的电阻可以加直流电压测直流电流,求出，但这是直流电阻，等效电路中是交流电阻，集肤效应会使交流电阻大于直流电阻，应加以修正。笼型电机电机转子无法用直流测。可以用短路实验方法求参数。 异步电动机堵转，所加电压使电动机的短路电流略大于额定电流，约是额定电压的30%-40%，然后调节电压逐渐下降，测电压UK、电流IK和功率PK。绘出短路特性曲线IK =f(UK)和PK = f(UK)。铁损大致正比磁通密度的平方，因此大致正比电压的平方，降压时铁损小，励磁电流小，等效电路可认为励磁回路开路。图5.6.4，5.6.5 电机不转，机械损耗为0，铁损和附加损耗小可以略去。P116,UK,r1,x1,r2,X2,