1、第第11章章 交流异步电动机交流异步电动机中国民航大学电子信息与自动化学院中国民航大学电子信息与自动化学院钟伦珑钟伦珑2第第十一十一章章 交流异步电动机交流异步电动机11.1 11.1 三相异步电动机的基本结构三相异步电动机的基本结构11.2 11.2 三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理 11.3 11.3 三相异步电动机的铭牌数据三相异步电动机的铭牌数据11.4 11.4 单相异步电动机单相异步电动机3 三相异步电动机的基本结构三相异步电动机定子转子 三相异步电动机具有结构简单、制造成本低廉、使用和维修方便、运行可靠且效率高等优点，被广泛应用于工农业生产中的各种机床、水泵、通风
2、机、锻压和铸造机械、传送带、起重机及家用电器、实验设备中。 11.111.1三相异步电动机的基本结构三相异步电动机的基本结构4 异步电动机的定子指其固定不动部分，主要包括有：机座机座是电动机的支架，通常用铸铁或铸钢制成。定子铁芯铁芯硅钢片 异步电动机的定子铁芯是由0.5mm厚的硅钢片叠压制成的。定子铁芯内圆冲有分布的槽。定子铁芯构成异步电动机磁路的一部分。定子绕组定子绕组是由漆包线绕制而成，嵌入到定子铁芯槽中。构成电机电路的一部分。11.111.1三相异步电动机的基本结构三相异步电动机的基本结构5一般用45号钢制成，用来传递电磁转矩。 异步电动机的转子指其旋转部分，主要部件包括：转子铁芯也是由
3、0.5mm厚的硅钢片叠压制成。在其内圆冲有均匀分布的槽，用来嵌放转子绕组。转子铁芯构成电动机磁路的又一部分。转子铁芯铁芯硅钢片转子绕组转子绕组大部分是浇铸铝笼型，大功率也有铜条制成的笼型转子导体。转子绕组构成电动机电路的另一部分。转轴11.111.1三相异步电动机的基本结构三相异步电动机的基本结构6 绕线式异步电动机的转子结构中，转子铁芯与鼠笼式相类似，但转子绕组与定子绕组相同，也是采用漆包线绕制成对称三相绕组，嵌放到转子铁芯中。绕线式转子三相绕组必须连接成星形，三个向外的引出端子与固定在转轴上的三个相互绝缘的铜环相接，如下图所示： 由于绕线式异步电动机的能采用转子绕组串电阻起动起动和调速调速
4、，因此起动性能和调速性能均比鼠笼式异步机优越。转轴转子铁芯固定在转轴上的三个铜滑环。Y接三相转子绕组分别与三个铜滑环相联。变阻器电刷电刷与滑环紧压，并通过输电线与变阻器相联。显然，三相绕线式异步机的转子绕组是闭合的。11.111.1三相异步电动机的基本结构三相异步电动机的基本结构7三相异步三相异步电动机是电动机是如何转动如何转动起来的？起来的？ 设三相异步电动机模型的定子磁极是顺时针转动的。固定不动的转子绕组和旋转的定子磁场相切割而感应电动势。 转子绕组是闭合的，因此感应电动势在绕组中产生感应电流。感应电流的方向与感应电动势的方向相同。 载流的转子绕组处在磁场中，必定受到电磁力的作用。 两个电
5、磁力的大小相等、方向相反，因此对电动机转轴形成了电磁转矩于是转子就顺着定子磁场的方向转动起来。模型电机的定子磁极模型电机的转子绕组eei2FFn0电机转动的关键是：旋转的定子磁场！用右手定则判断用左手定则判断11.211.2三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理电子信息与自动化学院航空传感器与控制元件8实际三相电动机实际三相电动机的旋转磁场是如的旋转磁场是如何产生的呢？何产生的呢？ 在电动机的对称三相定子绕组中通入对称三相交流电；150sin90sin)30sin(tIitIitIimCmBmAt0it =0时电流和磁场情况A、C两相电流t=0时为正，因此首端流入、尾端流出。B相电流
6、t=0时为负，尾端流入、首端流出。 电流入电流入 电流出电流出n0相邻线圈电流流向一致，在气隙中生成合成磁场，方向为：11.211.2三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理ABC电子信息与自动化学院航空传感器与控制元件9t0it =120t =120时电流和磁场情况n0 显然，电流随时间变化120电角，电动机的气隙磁场在空间的位置也随之旋转了120。 观察电流波形图及电机示意图可看出，合成磁场的转向取决于三相电流的顺序，ABC正序时气隙磁场顺时针旋转。11.211.2三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理ABC电子信息与自动化学院航空传感器与控制元件10t0it =240t
7、 =240时电流和磁场情况n0 电流随时间继续变化，经历了120电角的同时，电动机的气隙磁场在空间的位置也顺时针旋转了120。11.211.2三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理ABC电子信息与自动化学院航空传感器与控制元件11t0it =360t =360时电流和磁场情况n0 电流随时间变化一周，电动机的气隙磁场在空间的位置也顺时针旋转了360。 可见，工程实际中，三相异步电动机定子和转子之间的气隙旋转磁场代替了模型电机定子的转动磁极。只要三相异步机的对称三相定子绕组中通入对称三相交流电，就会在定子和转子之间的气隙中产生一个随时间空间位置不断变化的。11.211.2三相异步电动机
8、的工作原理三相异步电动机的工作原理ABC电子信息与自动化学院航空传感器与控制元件12n0 在电动机对称三相定子绕组中通入对称三相交流电流产生气隙旋转磁场转子导体与磁场相切割感应电动势，由于闭合生成感应电流载流导体受电磁力的作用形成力偶力偶对电机转轴形成电磁转矩从而使固定不动的转子顺着旋转磁场的方向转动起来。FF 若要改变电动机的旋转方向，只需任调通入定子绕组中两相电流的相序即可。11.211.2三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理电子信息与自动化学院航空传感器与控制元件13三相电动机旋转三相电动机旋转磁场的转速与哪磁场的转速与哪些因素有关？些因素有关？ 设电动机各相定子绕组只有一个
9、线圈，各相首尾相接顺串后分别构成三相定子绕组时，其磁极对数： min/ r 30001506060 , 10pfnp11.211.2三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理电子信息与自动化学院航空传感器与控制元件1411.2三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理若每相定子绕组由两个线圈串联组成，首接首、尾接尾连接后分别构成三相定子绕组时，其磁极对数： 显然，频率不变时，电动机旋转磁场的转速取决于电动机的极对数p。min/ r 15002506060 , 20pfnpNSSN电子信息与自动化学院航空传感器与控制元件15四极旋转磁场转速的分析NSSN 相邻线圈电流的流向一致，其合
10、成磁场的分布情况为：t0it =0时t =120时NSSN60 电流变化120，旋转磁场在空间的位置仅转过了60；当电流变化360时，四极电动机的旋转磁场才能旋转180。显然，四极旋转磁场的转速是二极电机的1/2。BiCiAi11.211.2三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理ABC电子信息与自动化学院航空传感器与控制元件16 依此类推，可得电动机旋转磁场的转速与极对数之间的关系为：min)/r (/ 601分转pfn 电动机通常工作在50Hz的工频情况下，因此： r/min0001 3r/min0015 2r/min3000 1111；时，；时，；时，npnpnp 即：异步电动机
11、旋转磁场的转速与电源频率成正比，与电机的极对数(出厂时就已经确定)成反比。显然，改变电机的极对数，可以得到不同的转速。11.211.2三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理电子信息与自动化学院航空传感器与控制元件17有关转差率的讨论 电动机的转差速度与磁场转速之比称为转差率，用s表示： 00nnns 显然，电动机的转差率随着电动机转速的升高而减小。 (1) 电动机起动瞬间，电动机转速n=0，转差率s =1； (2) 电动机转速最高时，转速nn0，转差率s 0； (3) 电动机运行过程中，转速0nn0，转差率0s1； 电动机的转速n能等于旋转磁场的转速n1吗？如果二者相等，则转子与旋转
12、磁场之间产生感应电流成为载流导体不是载流导体就无法在磁场中就没有了相对切割转子不切割磁场就不能受力不受力电动机就永远转运不起来。11.211.2三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理电子信息与自动化学院航空传感器与控制元件18有一台三相异步电动机，其额定转速为975r/min。试求工频情况下电动机的磁极对数和电动机的额定转差率。由于电动机的额定转速接近于旋转磁场的转速，所以3975506060nfp即该电动机的极对数p=3，同步转速n0=1000r/min。额定转差率为：0.0251000975100000nnns11.211.2三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理电子信
13、息与自动化学院航空传感器与控制元件19三相异步电动机三相异步电动机型号 Y132M-4 功率 7.5KW 频率 50Hz电压 380V 电流 15.4A 接法 转速 1440r/min 绝缘等级 B 工作方式 连续标准编号 工作制 S1 B级绝缘 年 月 编号 电机厂 Y表示异步机，132(mm)表示机座中心高；M代表中机座(L长机座、S短机座)，-4代表4极电机。额定功率指的是电动机输出的机械功率。额定电压、电流均指电动机额定运行情况下的定子线电压、线电流的数值。额定转速指的是电动机转子的转速n 。 三相异步电动机的定子绕组有两种接法：Y形和形 。 三相定子绕组由机壳外面的接线盒引出，如图示
14、：Y形接线形接线11.311.3三相异步电动机的铭牌数据三相异步电动机的铭牌数据电子信息与自动化学院航空传感器与控制元件20 实验室、家庭及办公场所通常是单相供电，因此实验室的很多仪器、各种电动小型工具、家用洗衣机、电冰箱、电风扇等，都采用单相异步电动机。单相异步机采用鼠笼式转子结构，一般容量多在0.75KW以下。电容运转单相机洗衣机电动机电风扇电动机制冷压缩机单相异步电动机产品图 三相异步电动机只所以能够转动，是因为它的定子绕组通入对称三相交流电后产生的旋转磁场。那么，单相异步电动机通入单相交流电后，产生的是一个什么样的磁场呢？11.411.4单相异步电动机单相异步电动机电子信息与自动化学院
15、航空传感器与控制元件21单相异步电动机的定子磁场单相机定子单相机转子t0i在定子绕组中通入单相交流电电流正半周，线圈导体中通过的电流始终为正值，如图示： 相邻导体中电流方向相同，电流的合成磁场方向一致。 合成磁场随时间大小不断变化，但磁场轴线的位置始终不变。电流的负半周，线圈导体中通过的电流方向始终为负，如图： 相邻导体中电流方向相同，电流的合成磁场方向一致。 合成磁场随时间大小不断变化，但磁场轴线的位置始终不变。11.411.4单相异步电动机单相异步电动机电子信息与自动化学院航空传感器与控制元件22如何使单相异如何使单相异步电动机旋转步电动机旋转起来呢？起来呢？电容分相法可让单相异步机转动 电容分相式异步电动机的定子有两个绕组：一个是工作绕组；另一个是起动绕组，两个绕组在空间对称嵌放。起动绕阻与电容C串联，使起动绕组电流i2和工作绕组电流i1产生90的相位差，即： M 1 C i2 i1 t i i1 i2 0 (a) 电电路路图图 (b) 波波形形图图 4590 360 加入起动绕组后，和工作绕组并联连接于单相交流电源上。这时两绕组中的电流磁场为： 可见，单相电动机定子两绕组的合成磁场也是一个随时间空间位置不断变化的旋转磁场。单相电动机也因之可以自行起动了。AXBYAXBYAXBY 0t 90t180t11.411.4单相异步电动机单相异步电动机
