异步电动机结构及原理2006.9.13

异步电动机的工作原理异步电动机是一种常见的交流电动机，它在工业生产和日常生活中都有着广泛的应用。

它的工作原理是基于电磁感应和旋转磁场的相互作用，通过这种相互作用来实现电能转换为机械能。

本文将介绍异步电动机的工作原理，包括其结构、工作过程和特点。

1. 结构异步电动机的主要部件包括定子和转子。

定子是由绕组和铁芯组成的，绕组通常是由绝缘线圈绕成的，而铁芯则用于集中磁场。

转子通常是由铁芯和绕组组成的，绕组通常是由铜或铝导线绕成的，而铁芯则用于传递磁场。

异步电动机的外壳通常由铸铁或钢制成，用于支撑和保护电机的内部部件。

2. 工作过程当异步电动机接通电源时，电流通过定子绕组产生磁场，这个磁场会在空气隙中形成一个旋转磁场。

这个旋转磁场会感应转子中的感应电流，从而在转子上产生一个额外的磁场。

由于转子中的感应电流是由旋转磁场感应产生的，所以它的磁场也是旋转的。

这个旋转的磁场会与定子的旋转磁场相互作用，从而产生一个力矩，这个力矩会驱动转子旋转。

当转子旋转时，它会带动负载进行工作，从而实现电能转换为机械能。

3. 特点异步电动机有着许多特点，包括结构简单、制造成本低、维护方便、运行可靠等。

由于其结构简单，所以它的制造成本通常比较低，这使得它在工业生产中有着广泛的应用。

另外，由于它没有需要维护的机械刷子和换向器，所以它的维护成本也比较低。

此外，由于它的结构简单，所以它的运行也比较可靠，通常可以连续长时间工作而不需要停机维护。

总结来说，异步电动机是一种常见的交流电动机，它的工作原理是基于电磁感应和旋转磁场的相互作用。

通过这种相互作用，它可以实现电能转换为机械能。

它的结构简单、制造成本低、维护方便、运行可靠等特点使得它在工业生产和日常生活中有着广泛的应用。

希望通过本文的介绍，读者对异步电动机的工作原理有了更深入的了解。

简述异步电动机的工作原理
异步电动机的工作原理是利用电磁感应的原理将电能转化为机械能。

它由定子和转子组成。

定子上设置若干个绕组，称为主磁极，这些绕组通电后产生旋转磁场。

转子上设置绕组，称为副磁极，且不与定子的绕组直接相连。

当定子的绕组通电时，产生一个旋转磁场，这个磁场沿着定子绕组的方向旋转。

由于转子上的副磁极不与定子的绕组相连，转子内部会感受到一个旋转磁场的作用。

由于副磁极内部的电导体在磁场的作用下产生电流，所以副磁极上的电流也会随磁场的旋转而改变。

根据电动机的左手定则，当副磁极上的电流与旋转磁场方向相反时，会受到一个力的作用，使副磁极试图与磁场同步旋转。

由于副磁极上的电流改变了方向，所以会受到相反方向的力作用，反向的力会使它产生一个转矩，促使转子开始旋转。

然而，由于转子本身的惯性，转子旋转速度不可能与旋转磁场完全同步。

因此，在转子启动时，会有一个滑差存在。

滑差的存在可以通过电动机的转子导条来调整，从而使电动机达到最佳工作效率。

总之，异步电动机的工作原理是通过定子产生旋转磁场，副磁极感受到磁场并产生电流，电流与磁场互相作用产生转矩，推动转子旋转。

异步电动机的工作原理异步电动机是一种常见的电动机类型，广泛应用于工业生产和家庭用电中。

它的工作原理基于电磁感应和电磁力的相互作用。

在本文中，我们将详细介绍异步电动机的工作原理。

1. 异步电动机的基本结构异步电动机由定子和转子两部份组成。

定子是固定不动的部份，通常由一组绕组和铁芯构成。

转子是可以旋转的部份，通常由铁芯和导体条（又称为鼠笼）构成。

2. 电磁感应原理当异步电动机接通电源后，定子绕组中的电流会产生一个旋转磁场。

这个旋转磁场会穿过转子的导体条，导致导体条中的电流产生感应磁场。

根据洛伦兹力定律，感应磁场与旋转磁场之间会产生一个力，使得转子开始旋转。

3. 工作过程当异步电动机启动时，首先需要将定子绕组接通电源，产生旋转磁场。

然后，通过转子上的导体条，感应磁场会产生一个力，使得转子开始旋转。

由于转子的旋转速度不同于旋转磁场的速度，所以称为异步电动机。

4. 同步速度和滑差异步电动机的转子旋转速度取决于旋转磁场的频率和定子绕组的极数。

这个旋转速度称为同步速度。

然而，由于负载的存在，转子的实际旋转速度会略低于同步速度。

这个差距称为滑差，滑差越大，转子的负载能力越强。

5. 启动方式异步电动机有多种启动方式，常见的有直接启动、星角启动和自耦启动。

直接启动是最简单的方式，即将电源直接连接到定子绕组。

星角启动是通过启动器将电压降低，减少启动时的启动电流。

自耦启动是通过自耦变压器降低启动时的电流。

6. 调速方式异步电动机的转速可以通过改变电源频率或者改变转子电阻来调节。

改变电源频率可以实现较大范围的调速，但需要特殊的变频器。

改变转子电阻可以实现较小范围的调速，但效果相对较差。

7. 应用领域异步电动机广泛应用于各个领域，包括工业生产、交通运输、家庭用电等。

在工业生产中，异步电动机常用于水泵、风机、压缩机等设备。

在交通运输中，异步电动机常用于电动汽车、电动火车等。

在家庭用电中，异步电动机常用于洗衣机、空调等家电产品。

异步电机结构及工作原理朋友们！今天咱们来唠唠异步电机这个在工业和日常生活中都超级常见的东西。

先说说异步电机的结构吧。

异步电机主要有两个大的部分，一个是定子，另一个是转子。

这就像是一个电机的身体和心脏一样，各有各的重要性。

定子呢，就像是电机的外壳部分的重要组成。

它主要由定子铁芯、定子绕组和机座组成。

定子铁芯是由一片片很薄的硅钢片叠压而成的，你可别小瞧这些硅钢片，它们的作用可大了。

硅钢片有很好的导磁性能，可以让磁场在里面顺利地通过。

定子绕组就缠绕在这个定子铁芯上，就像给铁芯穿上了一件有特殊功能的衣服。

定子绕组是用绝缘导线绕制而成的，这些绕组按照一定的规律排列，一般是三相绕组，它们是产生旋转磁场的关键所在。

机座呢，就是用来固定定子铁芯和定子绕组的，它就像一个坚实的框架，让整个定子部分稳稳当当的。

再看看转子。

转子有两种常见的类型，一种是鼠笼式转子，另一种是绕线式转子。

鼠笼式转子看起来就像是一个小笼子一样。

它是由转子铁芯和嵌在铁芯槽里的导条组成的，这些导条的两端用端环连接起来，整体看起来就特别像一个小老鼠笼子，所以才叫鼠笼式转子呢。

绕线式转子呢，它的结构稍微复杂一点。

它也是有转子铁芯，但是上面绕着三相绕组，而且这些绕组的三个端点是通过滑环和电刷连接到外部电路的。

那异步电机是怎么工作的呢？这就很有趣了。

当异步电机接通电源后，定子绕组中就会通入三相交流电。

这三相交流电会在定子铁芯内部产生一个旋转磁场。

这个旋转磁场就像一个无形的大手，以一定的速度在旋转。

这个速度被称为同步转速，它和电源的频率以及电机的磁极对数有关。

对于转子来说，当这个旋转磁场开始旋转的时候，转子绕组或者导条就会切割这个旋转磁场的磁感线。

根据电磁感应定律，只要导体切割磁感线就会产生感应电动势。

由于转子绕组或者导条是闭合的电路，所以就会产生感应电流。

这个感应电流又会在转子上产生一个磁场。

这个转子的磁场和定子产生的旋转磁场就会相互作用。

就好像是两个磁铁之间的相互吸引和排斥一样。

三相交流异步电动机的结构和原理一、结构1.定子：定子是由三个相互间隔120°的线圈组成，每个线圈都与一个相位的交流电源相连。

在定子线圈中通电会产生旋转磁场。

2.转子：转子是由导电材料制成的，常用的材料有铜和铝。

转子上有导体条，这些导体条会被定子产生的旋转磁场感应，从而导致转子转动。

二、工作原理1.磁场产生通过定子线圈通电，三个线圈会产生120°相位差的旋转磁场。

这是因为三相电源的电压相差120°，从而在定子线圈中形成了相位差。

2.磁场感应转子上的导体条由于切割了定子旋转磁场的磁力线而感应电动势。

根据法拉第电磁感应定律，导体所感应的电动势将引起电流的流动。

这个感应电动势的方向是根据洛伦兹力定律来决定的，即导体内的电流会产生一个力，使导体受到一个力矩，从而引起转子旋转。

3.异步运转由于转子旋转的速度与旋转磁场的速度不同步，所以称为异步运转。

为了减小差距，转子会持续地旋转。

转子旋转的速度可以用一个参数来表示，即滑差。

滑差定义为转子旋转速度与旋转磁场速度之间的差值。

一般来说，滑差越小，电机的效率越高。

4.非负荷启动由于异步电动机的滑差，当电动机没有负荷时，滑差会很大，转子旋转速度会远快于旋转磁场速度。

这时，对转子施加一个起动扭矩是很难的。

因此，通常在非负荷启动时会采用一些特殊的起动装置，例如启动电容器或由外部提供的其他启动扭矩。

三、应用1.工业领域：三相交流异步电动机是工业生产中最常见的电动机类型之一、它被广泛应用于泵、风机、压缩机、输送带、发电机组等机械设备中。

2.民用领域：三相交流异步电动机也被应用于一些家用电器和空调等设备中。

它们通常采用较小功率的电动机，并配备保护措施，如过载保护和欠压保护。

总结起来，三相交流异步电动机的结构和原理相对简单，但其在工业和民用领域中的应用非常广泛。

三相异步电动机的结构与工作原理一、三相异步电动机的结构三相异步电动机的两个基本组成部分为定子（固定部分）和转子（旋转部分）。

此外还有端盖、风扇等附属部分，如图1-6-1所示。

图1-6-1 三相电动机的结构示意图1.定子三相异步电动机的定子由三部分组成（见表1-6-1）。

表1-6-1 三相异步电动机制定子组成2.转子三相异步电动机的转子由三部分组成（见表1-6-2）。

表1-6-2 三相异步电动机的转子组成鼠笼式电动机由于构造简单、价格低廉、工作可靠、使用方便，成为生产上应用得最广泛的一种电动机。

为了保证转子能够自由旋转，在定子与转子之间必须留有一定的空气隙，中小型电动机的空气隙为0.2～1.0 mm。

二、三相异步电动机的转动原理1.基本原理为了说明三相异步电动机的工作原理，我们做如图1-6-2所示演示实验。

图1-6-2 三相异步电动机工作原理1）演示过程在装有手柄的蹄形磁铁的两极间放置一个闭合导体，当转动手柄带动蹄形磁铁旋转时，将发现导体也跟着旋转；若改变磁铁的转向，则导体的转向也跟着改变。

2）现象解释当磁铁旋转时，磁铁与闭合的导体发生相对运动，鼠笼式导体切割磁力线而在其内部产生感应电动势和感应电流。

感应电流又使导体受到一个电磁力的作用，于是导体就沿磁铁的旋转方向转动起来，这就是异步电动机的基本原理。

转子转动的方向和磁极旋转的方向相同。

3）结论欲使异步电动机旋转，必须有旋转的磁场和闭合的转子绕组。

2.旋转磁场1）产生图1-6-3所示为最简单的三相定子绕组AX、BY、CZ，它们在空间按互差120°的规律对称排列。

并接成星形与三相电源U、V、W相连。

则三相定子绕组通过三相对称电流。

随着电流在定子绕组中通过，在三相定子绕组中会产生旋转磁场（见图1-6-4）。

当ωt＝0°时，iA ＝0，AX绕组中无电流；iB为负，BY绕组中的电流从Y流入B流出；iC为正，CZ绕组中的电流从C流入Z流出。

异步电动机工作原理
异步电动机工作原理是基于电磁感应的原理。

该电动机由一个定子和一个转子组成。

定子是由三个相互分离的绕组组成，每个绕组都连接到不同的电源相位上。

这样，在三相交流电源的作用下，定子上会产生旋转磁场。

转子是一个导体鼠笼，通常由铝或铜制成。

当定子上的旋转磁场作用于转子上时，根据电磁感应的原理，转子中会产生感应电动势。

根据洛伦兹力的作用，感应电动势会使转子开始旋转。

然而，由于转子中的感应电流在开始时是零，所以转子不能立即跟随旋转磁场的变化而转动。

由于转子的转速低于旋转磁场的速度，所以定子的磁场不断在转子中变化，从而产生感应电动势。

这个感应电动势可以看作是一个反作用磁场，阻碍转子继续加速。

当转子的转速与旋转磁场的速度接近时，感应电动势减小，转子转速减缓。

当转子的转速与旋转磁场的速度完全一致时，感应电动势为零，转子达到了稳定工作状态。

总之，异步电动机工作的原理是通过在定子上产生旋转磁场，从而感应转子中的电动势，最终带动转子实现旋转。

在工作过程中，转子的转速会逐渐接近旋转磁场的速度并达到稳定状态。

异步电动机的工作原理异步电动机是一种常见的电动机类型，广泛应用于各种工业和家用设备中。

它的工作原理基于电磁感应和旋转磁场的相互作用。

在本文中，我们将详细介绍异步电动机的工作原理，包括其结构、工作原理和应用。

一、异步电动机的结构异步电动机主要由定子和转子两部份组成。

1. 定子：定子是电动机的固定部份，通常由一组绕组和铁芯构成。

定子绕组通常采用三相对称的绕组，分别称为A相、B相和C相。

绕组中的每一相都由若干个线圈组成，这些线圈被连接在一起，形成一个环形的结构。

定子的铁芯用于集中磁通，提供磁场。

2. 转子：转子是电动机的旋转部份，它位于定子的内部。

通常情况下，转子由导体材料制成，如铜或者铝。

转子上的导体通常是通过绕组连接在一起，形成一个环形的结构。

转子的结构可以是鼠笼式或者绕线式。

二、异步电动机的工作原理基于电磁感应和旋转磁场的相互作用。

当三相交流电通过定子绕组时，会在定子中产生一个旋转磁场。

这个旋转磁场由三相电流的相互作用产生，每一个相位电流在不同的时间点达到峰值。

这个旋转磁场的速度称为同步速度，它与电源频率和极数有关。

当异步电动机启动时，定子绕组中的旋转磁场将产生一个感应电动势，这个电动势将在转子上产生电流。

由于转子上的导体是闭合的，这些电流将形成一个旋转磁场。

转子的旋转磁场与定子的旋转磁场相互作用，产生一个力矩，使得转子开始旋转。

由于转子的旋转速度略低于同步速度，所以称为异步电动机。

转子的旋转速度取决于负载和机电的设计。

当负载增加时，转子的速度会下降，但它仍然保持在同步速度的附近。

三、异步电动机的应用异步电动机广泛应用于各种工业和家用设备中，包括：1. 工业应用：异步电动机在工业领域中被广泛应用于泵、风扇、压缩机、机床和输送带等设备中。

由于其结构简单、可靠性高和成本低，它成为许多工业应用中的首选电动机类型。

2. 家用应用：异步电动机也用于家用设备，如家用电器、空调、洗衣机和冰箱等。

由于其高效率和可靠性，异步电动机被广泛用于家庭环境中，为人们提供舒适和便利。

第五章异步电动机前言：①定义：异步电机也叫感应电机是一种交流旋转电机,它的转速除与电网频率有关外,还随负载而变;②应用：主要作电动机使用,如：机床；水泵；家用电器；③它的功率因数永远是滞后的;异步电动机的结构和工作原理一、异步电动机的主要用途和分类1、异步电机主要用作电动机,去拖动各种生产机械;异步电动机的优点:结构简单、容易制造、价格低廉、运行可靠、坚固耐用、运行效率较高和具有适用的工作特征;异步电动机的缺点:功率因数较差;异步电动机运行时,必须从电网里吸收落后性的无功功率,它的功率因数总是小于１;2、异步电动机的种类很多,从不同角度看,有不同的分类法：1按定子相数分有①单相异步电动机；②两相异步电动机；③三相异步电动机;2按转子结构分有①绕线式异步电动机；②鼠笼式异步电动机;又包括单鼠笼异步电动机、双鼠笼异步电动机和深槽式异步电动机;此外,根据电机定子绕组上所加电压的大小,又有高压异步电动机、低压异步电动机之分;从其它角度看,还有高起动转矩异步电机、高转差率异步电机、高转速异步电机等等;二、异步电动机的结构1. 定子：定子铁心：0.5mm厚硅钢片叠压而成,磁路的一部分定子绕组：电磁线制而成,电路一部分机座：铸铁或钢板焊接而成1定子铁心是电动机磁路的一部分,装在机座里;为了降低定子铁心里的铁损耗,定子铁心用用0.5mm厚的硅钢片叠压而成的,在硅钢片的两面还应途上绝缘漆;下图所示为定子槽,其中a是开口槽,用于大、中型容量的高压异步电动机中；b是半开口槽,用于中型500V以下的异步电动机中；c是半闭口槽,用于低压小型异步电动机中;2定子绕组：高压大、中型容量的异步电动机定子绕组常采用Y接,只有三根引出线,如图a所示;对中、小容量低压异步电动机,通常把定子三相绕组的六根出线头都引出来,根据需要可接成Y形或△形,如图b所示;定子绕组用绝缘的铜或铝导线绕成,嵌在定子槽内;3机座：主要是为了固定与支撑定子铁心;如果是端盖轴承电机,还要支撑电机的转子部分;因此,机座应有足够的机械强度和刚度;对中、小型异步电动机,通常用铸铁机座;对大型电机,一般采用钢板焊接的机座,整个机座和座式轴承都固定在同一个底板上;2. 转子：转轴:支撑转子转子铁心：0.5mm硅钢片叠压而成,磁路一部分转子绕组：笼型绕组铸铝铜条绕线式绕组: 电线绕制而成,Y接,滑环引出,外接电阻1转子铁心：是电动机磁路的一部分,它用0.5mm厚的硅钢片叠压而成;铁心固定在转轴或转子支架上,整个转子的外表呈圆柱形;2转子绕组：分为笼型和绕线型两类;1笼型转子：笼型绕组是一个自己短路的绕组;在转子的每个槽里放上一根导体,在铁心的两端用端环连接起来,形成一个短路的绕组;如果把转子铁心拿掉,则可看出,剩下来的绕组形状像个松鼠笼子,如图 a所示,因此又叫鼠笼转子;导条的材料有用铜的,也有用铝的;2绕线型转子：绕线型转子的槽内嵌放有用绝缘导线组成的三相绕组,一般都联接成Y形;转子绕组的三条引线分别接到三个滑环上,用一套电刷装置引出来,如图所示;这就可以把外接电阻串联到转子绕组回路里去,以改善电动机的启动性能或调节电动机的转速;与笼型转子相比较,绕线型转子结构稍复杂,价格稍贵,因此只在要求起动电流小,起动转距大,或需平滑调速的场合使用;3. 气隙：磁路的一部分, 异步电动机的气隙比同容量直流电动机的气隙小得多,在中、小型异步电动机中,气隙一般为~1.5mm左右;δ↓→Im ↓→Nϕcos↑但易发生扫膛现象δ↑→Im ↑→Nϕcos↓三、异步电动机的铭牌数据三相异步电动机的铭牌上标明电机的型号、额定数据等;1、三相异步电动机的型号电机产品的型号一般采用大写印刷体的汉语拼音字母和阿拉伯数字组成;其中汉语拼音字母是根据电机的全名称选择有代表意义的汉字,再用该汉字的第一个拼音字母组成;例如：Y 112S-6极数6极短机座规格代号：中心高112mm我国生产的异步电动机种类很多,下面列出一些常见的产品系列;•Y系列为小型鼠笼全封闭自冷式三相异步电动机;用于金属切削机床、通用机械、矿山机械、农业机械等;也可用于拖动静止负载或惯性负载较大的机械,如压缩机、传送带、磨床、锤击机、粉碎机、小型起重机、运输机械等;•JQ2 和JQO2系列是高起动转矩异步电动机,用在起动静止负载或惯性负载较大的机械上;JQ2 是防护式和JQO2是封闭式的;•JS系列是中型防护式三相鼠笼异步电动机;•JR系列是防护式三相绕线式异步电动机;用在电源容量小、不能用同容量鼠笼式电动机起动的生产机械上;•JSL2 和JRL2系列是中型立式水泵用的三相异步电动机,其中JSL2 是鼠笼式,JRL2是绕线式;JZ2 和JZL2系列是起重和冶金用的三相异步电动机,JZ2是鼠笼式,JZL2是绕线式;•JD2 和JDO2系列是防护式和封闭式多速异步电动机;•BJO2 系列是防爆式鼠笼异步电动机;•JPZ系列是旁磁式制动异步电动机;•JZZ系列是锥形转子制动异步电动机;•JZT系列是电磁调速异步电动机;其他类型的异步电动机可参阅产品目录;• 2、异步电动机的额定值：异步电动机的额定值包含下列内容：1额定功率 PN 电动机在额定运行时轴上输出的机械功率,单位是kw;2额定电压 UN 额定运行状态下加在定子绕组上的线电压,单位为V;3额定电流IN 指电动机在定子绕组上加额定电压、轴上输出额定功率时,定子绕组中的线电流,单位为A;4额定频率f 指我国规定工业用电的频率是50Hz;5额定转速n 指电动机定子加额定频率的额定电压,且轴端输出额定功率时电机的转速,单位为r/min ;6额定功率因数指电动机定子加额定负载时,定子边的功率因数;四、异步电动机的工作原理三相异步电动机定子接三相电源后,电机内便形成圆形旋转磁动势,圆形旋转磁密,设其方向为逆时针转,如图所示;若转子不转,转子鼠笼导条与旋转磁密有相对运动,导条中有感应电动势e,方向由右手定则确定;由于转子导条彼此在端部短路,于是导条中有电流,不考虑电动势与电流的相位差时,电流方向同电动势方向;这样,导条就在磁场中受力f,用左手定则确定受力方向,如图所示;转子受力,产生转矩T,为电磁转矩,方向与旋转磁动势同方向,转子便在该方向上旋转起来;转子旋转后,转速为n,只要n ＜n1n1为旋转磁动势同步转速,转子导条与磁场仍有相对运动,产生与转子不转时相同方向的电动势、电流及受力,电磁转矩T 仍旧为逆时针方向,转子继续旋转,稳定运行在T=TL 情况下;、异步电动机的运行分析一、 三相异步电动机运行时的电磁关系正常情况下,电机转子总是旋转的,但是为了分析问题的方便,在这里我们首先从转子静止出发进行分析;1. 转差率定义：11n nn s -= 式中n 1—旋转磁场的转速同步转速 n —转子的转速当0<n<n 1时,即0<s<1时,电机为电动运行状态电能→机械能当 n>n 1时,即 0>s 时,电机为发电运行状态机械能→电能当 n<0时,即 s >1 时,电机为电磁制动运行状态机械能和电能→热能2. 分析:i 1a 的方向必与i 2a 的方向相反 (1)电机运行状态:n<n 1 ,e 1与e 2同方向 ,i 2a 与e 2同方向 ,i 2a →Te 与n 同方向驱动性质,i 1a 与i 2a 反向→i 1a 与e 1反方向,因i 1a 由u 1产生,即i 1a 与u 1同方向,所以从电网吸收电能.(2)发电运行状态若原动机使n>n 1 →s 为负→e 2和i 2a 反向与电机比 →T e 反向T e 与n 反方向制动性质,又因i 2a 反向→i 1a 反向→i 1a 与e 1同方向注e 1未变 →i 1a e 1为正→输出电能(3)电磁制动运行状态若T 1驱动转子以反方向旋转,则切割方向同电动运行状态→e 1,e 2,i 1a ,i 2a ,T e 同电机运行状态,因T e 与n 1同方向,但与n 反方向制动性质,所以T1必须输入机械功率.又因e 1与i 1a 反向→i 1a e 1为负→从电网吸收电功率. 3、 空载运行时的磁动势和磁场1主磁通Φ0： ①作用：传递能量的媒介作用；②路径：定子—气隙—转子—气隙—定子;2漏磁通Φσ： ①不起传递能量的媒介作用,只起电抗压降的作用； ②包括：槽部漏磁通、端部漏磁通和高次谐波; 二、负载运行时的磁动势和磁场 1.转子电动势的频率：12sf f =；2.转子绕组的感应电动势：2222244.4sE k N f E w S =Φ=；3.转子绕组的电阻和漏抗：忽略集肤效应,认为2r 不变； 22122222sx L sf L f x S ===ππ；4.转子绕组的电流：正常运行时,转子端电压U 2=0,2222222jsx r E s jx r E I S S +=+=⋅⋅⋅；有效值：222222)(sx r sE I +=；结论：转子电流I 2随S 的增加而增加; 5.转子绕组的功率因数：222222)(cos sx r r +=ψ结论：转子功率因数随S 的增加而减小; 6.转子磁动势的转速：2F 相对转子速度：11226060sn psf p f n =⋅==2F 相对定子速度：112n n sn n n =+=+1F 与2F 相对静止;三、磁动势平衡方程1.磁动势形式：021F F F =+2.电流形式：L I I I 101⋅⋅⋅+=四、三相感应电动机的电压方程和等效电路 1、电动势平衡方程方程：)(11111jx r I E U ++-=⋅⋅⋅ )(02222S S jx r I E +-=⋅⋅ m m m Z I jx r I E 001)(⋅⋅⋅-=+-=m Z 的物理意义与变压器的相同,但由于气隙的存在,比变压器的小;例：已知：一台三相异步电动机,在额定转速下运行,m in /1470r n N =,电源频率Hz f 501=,试求：1转子电流频率2f ；2定子电流产生的旋转磁动势以什么速度切割定子又以什么速度切割转子3由转子电流产生的转子磁动势以什么速度切割定子又以什么速度切割转子2、等效电路 1折算折算原则：①保持F2不变,只要使等效前后转子电流的大小和相位相等即可；②等效前后转子电路的功率和损耗相等;折算方法：222222222222221r s s jx r E jx sr E jsx r E s jx r E I S S -++=+=+=+=⋅⋅⋅⋅⋅①附加电阻21r ss-的物理意义：模拟转轴上总的机械功率； ②转子方程为：)(22222jx r I E U +-=⋅⋅⋅2221r ssI U -=⋅⋅ 2转子绕组折算说明：原则和方法与变压器相同;电流折算： iw w k I I k N m k N m I 22111222'2==电动势折算：222211'2E k E k N kw N E e w ==电阻和电抗折算： 2'2r k k r i e =2'2x k k x i e = 3T 型等效电路折算后的基本方程组：)(11111jx r I E U ++-=⋅⋅⋅)('2'2'2'2'2jx r I E U +-=⋅⋅⋅ '2221s U I r s⋅⋅-''= 120I I I ⋅⋅⋅'+=12E E ⋅⋅'=)(01m m jx r I E +-=⋅⋅T 形等效电路••'21r ss - •U分析：①堵转：01,1,0'2=-==r ss s n ,相当于短路； ②空载：∞=-=≈'211,0,r ss s n n ,相当于开路;4近似等效电路与变压器的近似等效电路相同,但须引入一修正系数C 1 mx x C 111+≈,对于40kW 以上,可取C 1=1; 注意：异步电动机的等效电路与变压器的区别; 五、 感应电动机的功率方程和转矩方程 1、功率平衡和转矩平衡 1功率平衡关系：能量转换：电能→机械能P 1 Pem Pmec Pp Cu1 p Fe p Cu2 p mec +p ad 电源输入功率：11111cos ϕI U m P = 定子铜损： 12111r I m p Cu =定子铁损： m Fe r I m p 201= 电磁功率： sr I m p p P P Fe Cu em ''=--=222111 转子铜损： em Cu sP r I m p =''=22212总机械功率： em Cu em mec P s r ss I m p P P )1(122212-='-'=-=输出功率： ad mec mec p p P P --=2可见： ∑++++-=-=)(21112ad mec Cu Fe Cu p p p p p P p P P 2转矩平衡关系：Ω+-Ω=Ω)(2ad mec mec p p P P ,即02T T T em -= 602nπ=Ω------机械角速度rad/s ； 式中：Tem —电磁转矩驱动；T 2—负载转矩制动；T 0—空载转矩制动；1Ω=Ω=em mec em P P T 60211n π=Ω三相异步电动机的机械特性一、电磁转矩的表达式1.物理表达式：602cos ''122211n I E m P T em em πψ=Ω==2201111221111cos '244.42cos '44.4ψππψI k pN m pf I k N f m w w Φ=Φ2'2'2cos ψI C I C T a T Φ=Φ=C T 为转矩常数说明：上式描述了电磁转矩与主磁通、转子有功电流的关系;2.参数表达式：由简化等效电路得 ：2'212'211'2)()(x x sr r U I +++=可得：⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡++⎪⎭⎫ ⎝⎛+==Ω=2'21211'22111'22'211)(22'2x x s r r f s r pUm pf s r Im P T em emππ 结论：em T 与电源参数、电机参数和运行参数的关系; 二、转矩-转差率特性1.转矩特性：其他参数一定,)(s f T em =分析：异步电动机转差率s 在0～1之间,但实际上s 在0～s m 临界转差率时,0〉ds dT em 稳定；s 在1～s m 之间,0〈ds dT em 不稳定；0=dsdTem ,s=sm,处于临界状态;∞2.三个特征转矩①额定转矩T N ：额定负载时 )(1055.93m N n PP T NN N N N ⋅⨯⋅=Ω= 注：N P 的单位为kW;②最大电磁转矩Tmax ： )(4])([42112112212111211max '+±≈'+++±±=x x f pU m x x r r f pU m T ππ'+'±≈'++'±=212221212)(x x r x x r r s m特点：⑴T max 与21U 成正比；而S m 与21U 无关；⑵T max 与转子电阻无关；而S m 与转子电阻有关；⑶f 1一定时,'+21x x 越大, T max 越小; ⑷过载能力最大转矩倍数NM T T k m ax= 一般为～,越大,过载 能力越强; ③起动转矩T stn=0, S=1,得])()[(222122112211'++'+'=x x r r f r pU m T st π当转子回路电阻为：'+='+'212x x r r st 时,起动转矩达到最大电磁转矩;起动转矩倍数：Nstst T T k =,st k ↑,st T ↑,起动能力强;JO 2：～；Y ：～；特殊电机：以上; 3、归一化转矩-转差率表达式 mm em s s s s T T +=max2此表达式主要用于求机械特性曲线;感应电动机的工作特性一、定义：指在额定电压和频率下,电动机的转速ns 、输出转矩T 2 、定子电流I 1、功率因数cos φ1、效率η与输出功率P 2之间的关系;二、转速特性)(2P f n = 或 )(2P f s =由P cu2= s P em 得 s=2'2'212'2'212cos ψI E m I r m P P em Cu = )(2P f n =是一条稍向下倾斜的曲线;三、输出转矩特性)(22P f T =异步电动机的输出转矩：602222nPP T π=Ω=)(22P f T =是一条过原点稍向上翘的曲线;四、定子电流特性 )(21P f I =由102()I I I ⋅⋅⋅'=+-知,空载时：2100,I I I ⋅⋅⋅'≈≈,很小； 负载时,P 2增加,'2I 也增加,I 1也增加; 五、定子功率因数特性)(cos 21P f =ϕ空载：1cos ϕ很小；负载时,随2P ↑,1cos ϕ↑; 六、效率特性 )(2P f =η根据η=PP P P P ∑+∑-=2121 空载时,P 2=0,η=0；负载时,随着P2的增加,η也增加,当负载增大到可变损耗与不变损耗相等时,η最大；负载继续增大,铜损增加很快,η反而下降;说明：电机在额定负载附近的cosϕ和η较高,希望在P N附近运行;1s I1T2cosϕ1ηP2异步电动机工作特性图三相异步电动机参数的测定一、短路堵转实验短路试验又叫堵转试验,即把绕线式异步电机的转子绕组短路,并把转子卡住,不使其旋转,鼠笼式电机转子本身已短路;实验过程:从开始,逐渐降低电压;记录定子绕组加的端电压、定子电流和定子输入功率;试验时,还应量测定子绕组每相电阻的大小;根据试验的数据,画出异步电动机的短路特性;根据测得的数据,可以算出短路阻抗、短路电阻和短路电抗;二、空载实验实验目的：测励磁阻抗、机械损耗 pm 、铁心损耗 pFe ;试验过程：转轴上不加任何负载,即电动机处于空载运行,把定子绕组接到额定频率的三相对称电源上,当电源电压为额定值时,让电动机运行一段时间,使其机械损耗达到稳定值;用调压器改变加在电动机定子绕组上的电压,使其从～U 1开始,逐渐降低电压 ,直到电动机的转速发生明显的变化为止;记录电动机的端电压、空载电流、空载功率P;和转速 n ,并画成曲线;三相异步电动机的起动,制动和调速一、 三相异步电动机的起动 一基本概念1.起动定义：电动机接到电源上,从静止状态到稳定运行状态的过程；2.起动电流：n=0,S=1时的电流;kst Z U x x r r U I 12212211)()(='++'+=起动电流倍数：7~5==Nsti I I k 3.起动转矩：n=0,s=1时的电磁转矩;221()212111stem st st st r m I P m s T I r ''===ΩΩΩ4.起动电流大的原因：此时处于短路;5.起动转矩不大的原因：1m Φ减少； 使Tst 不大; 22cos ϕ减小；6.起动要求：①起动电流尽量小,以减小对电网的冲击；②起动转矩尽量大,以缩短起动时间；③起动设备简单,可靠;二鼠笼式异步电动机的起动1.直接起动①优点：设备简单,操作方便；②缺点：起动电流大,须足够大的电源；③适用条件：小容量电动机带轻载的情况起动;如何判断是否能起动：①起动电流；②起动转矩；二者必须同时满足;一般地说,容量在以下的小容量鼠笼式异步电动机都可直接起动;2.降压起动如果电源容量不够大,可采用降压起动;即起动时,降低加在电动机定子绕组电压,起动时电压小于额定电压,待电动机转速上升到一定数值后,再使电动机承受额定电压,可限制起动电流;适用：容量大于20kW并带轻载的情况;①定子回路串电抗器起动st st I k I 1='； st st T kT 21='式中：k 为电动机端电压之比,且k>1; ② 用Y-Δ起动适用条件：正常工作时定子绕组三角形接法且三相绕组首尾六个端子全部引出来的电动机才能采用; ∆=st stY I I 31； ∆=st stY T T 31③ 自耦补偿器自耦变压器起动st st I k I 21=' ； st st T kT 21='优点：一般有三个抽头,有不同的选者; 缺点：设备费用较高;比较三种起动方法的优缺点; 三、绕线式异步电动机的起动转子：一般均接成Y 形,正常三相绕组通过滑环短接,若转子绕组直接短接情况下起动,与鼠笼一样, Ist 大,Tst 不大;1.在转子回路串起动变阻器起动在转子回路中串入多级对称电阻,起动时,随着转速的升高,逐级切除起动电阻;一般取最大加速转矩T 1=～T m ,切换转矩T 2=～T N ;① 优点：只要在转子回路串入适当的电阻,既可减少起动电流,又可增加起动转矩;②适用条件：电动机在重载情况下的起动场合; 2.在转子回路串接频敏变阻器起动频敏变阻器是一铁损耗很大的三相电抗器,在起动过程中,能自动、无级的减小电阻保持转矩近似不变,使起动过程平稳、迅速;结构简单,运行可靠,维护方便,应用广泛;四深槽和双笼感应电动机说明：主要利用集肤效应趋肤效应原理工作,即起动过程自动改变转子电阻;1、深槽式异步电动机结构：定子：与普通鼠笼电动机一样；h转子：槽深而窄,12=~10b工作原理：同双鼠笼式异步电动机;双笼型异步电动机的起动性能比深槽式好,但深槽式结构简单,制造成本低;二者共同的缺点是功率因数和过载能力低;2、双鼠笼式异步电动机结构定子：与普通鼠笼电动机一样；转子：有两套鼠笼上层笼：ρ大,黄铜或青铜,截面小,∴r2上大→起动笼下层笼：ρ小,紫铜,截面大,∴r2下小→工作笼漏磁通分布情况：由于缝隙的存在,Φσ下>Φσ上,即x2下>x2上;运行原理①起动时,s=1,f2最大,转子漏抗x2大,电流分布取决于x2,∵x2下>x2上,∴转cosψ↑→Tst 子电流集中于上笼趋肤效应----起动笼起主要作用,又∵r2上大→2↑；②正常运行：s N=～,很小→f2S很小→x2很小→电流取决于r2,∵r2下小→电流分布在下笼,此时漏抗x2小,cos ↑→Tem↑2优缺点①优点：较大的Tst和较小Ist；②缺点：漏抗较大,其功率因数、最大转矩和过载能力较普通的笼型电动机小;二、三相异步电动机的制动当电磁转矩和转速的方向相反时,电动机处于制动状态,根据转矩和转速的不同情况,又可分为：回馈制动、反接制动、到拉反转及能耗制动等;1、能耗制动：三相异步电动机处于电动运行状态的转速为n ,如果突然切断三相交流电源,同时把直流电通入它的定子绕组,结果,电源切换后的瞬间,三相异步电动机内形成了一个不旋转的空间固定磁动势,它相对于旋转的转子来说变成了一个旋转磁动势,旋转方向为顺时针,转速大小为n ;转子绕组则感应电动势,产生电流；进而转子受到电磁转矩T ;显然T与n反方向,电动机处于制动运行状态,T为制动性的阻转矩;转速n＝0时,磁通势与转子相对静止,T＝0,减速过程才完全终止;系统原来贮存的动能主要被电动机转换为电能消耗在转子回路中,故称之为能耗制动;2、反接制动：处于正向电动运行的三相绕线式异步电动机,当改变三相电源的相序时,电动机便进入了反接制动过程;反接制动过程中,电动机电源相序为负序,b图为拖动反抗性恒转矩负载,反接制动的同时转子回路串入较大电阻时的反接制动机械特性;电动机的运行点从 A—B—C ,到C点后,可以准确停车;如果电动机拖动负载转矩较小的反抗性恒转矩或拖动位能性恒转矩负载运行,如果进行反接制动停车,则必须在降速到n ＝0时切断电源并停车,否则电动机将会反向起动;三相异步电动机反接制动停车比能耗制动停车速度快,但能量损失较大;一些频繁正、反转的生产机械,为了迅速改变转向,提高生产率,经常采用反接制动停车接着反向起动的方法;3、倒拉反转运行:拖动位能性恒转矩负载运行的三相绕线式异步电动机,若在转子回路内串入一定值的电阻,电动机转速可以降低;如果所串的电阻超过某一数值则会使电动机反转,称之为倒拉反转制动运行状态;倒拉反转制动运行是转差率s＞1的一种稳态,其功率关系与反接制动过程一样,电磁功率＞0,机械功率＜0;但是倒拉反转运行时负载向电动机送入的机械功率是靠着负载贮存的位能的减少,是位能性负载倒过来拉着电动机反转;4、回馈制动运行：回馈制动运行分为正向回馈制动运行和反向回馈制动运行;1正向回馈制动运行：通过将一部分机械能转换为电能并回馈回电源的现象;电动机运行在第II象限B-C段机械特性上时,n＞0,T＜0;转子边送过来的电磁功率,除了定子绕组上铜耗外,其余的回馈给电源了;这时的三相异步电动机实际上是一台发电机;2反向回馈制动运行：当三相异步电动机拖动位能性恒转矩负载,电源为负相序A、 C、 B时,电动机运行于第IV象限,如图中的B点,电磁转矩T＞0,转速 n＜0,称为反向回馈制动运行;起重机高速下放重物时,经常采用反向回馈制动运行方式;若负载大小不变,转子回路串入电阻后,转速绝对值加大,如图中的C 点；串入电阻越大,转速绝对值越高;反向回馈制动运行时,电动机是一台发电机,它把从负载位能减少而输入的机械功率转变为电功率,然后回送给电网;从节能的观点看问题,反向回馈制动下放重物比能耗制动下放重物要好; 三、三相异步电动机的调速1.异步电动机特点：结构简单,价格便宜,运行可靠,维护方便;2.转速公式：)1(60)1(11S pf n S n -=-=3.调速方法：①变极调速；②变频调速；③改变转差率 S 调速;4.调速性能：①调速范围；②调速的稳定性；③调速的平滑性；④调速的经济性;一变极调速基本思路：可以采用两套绕组,但为了提高材料的利用率,一般采用单绕组变极,即通过改变一套绕组的连接方式而得到不同极对数的磁动势,以实现变极调速; 1. 变极原理A X 2p=4a1 x1 a2 x2 A X 2p=22.变极绕组的连接方法： ① →YY2p →p ； ②顺串Y →反串Y2p →p ； ③Δ→YY2p →p;说明：变极前后,三相绕组的相序发生改变,为保证电动机的转向不变,须对调定子两相绕组的出线端; 3.变极前后转矩和功率的变化设⑴定子绕组相电压为X U ,相电流为1I ,则输出功率为ϕηcos 312I U p X = ⑵变极前后两种极对数下,η、ϕcos 不变,并近似认为12P P P em ≈≈,则得： p I U n I U P T X X em em 1111∝∝Ω∝①Y →YY2p →p ；Y 接时绕组相电流为：I ；YY 接时绕组相电流为：2I ；则变极前后电磁转矩之比为：1)2()2(==pI U p I U T T X X YY Y 结论：此种变极连接方法适用于恒转矩负载变极调速; ②Δ→YY2p →p ； 同步角速度之比：212==ΩΩ∆p p YY Δ接相电压为：X U 3,相电流为：I ；YY 接相电压为：X U ,相电流为：2I,则两种极对数下输出功率之比为：866.0232122322==⨯=ΩΩ=∆∆∆Ip U p I U T T P P X X YY YY YY 结论：此种变极连接方法适用于恒功率负载变极调速;说明：变极调速方法简单、运行可靠、机械特性较硬,但只能实现有极调速;单绕组三速电机绕组接法已经相当复杂,故变极调速不适宜超过三种速度; 二变频调速 1.概述异步电动机的转速：)1(601S pf n -=；当转差率S 变化不大时,n 近似正比于频率1f ,可见改变电源频率就可改变异步电动机的转速;①单调频,1U 不变,1f ↑→m Φ↓→)(max T T em ↓→m k →电机得不到充分利用；1f ↓→m Φ↑→磁路过饱和,励磁电流↑↑→1cos ϕ↓,p Fe ↑②保持m Φ不变,调1f 同时,调1U ,m k 不变;))(()(112'''='mmXX emN emN kk f f U U T T 2.恒转矩调速电机变频调速前后额定电磁转矩相等,即恒转矩调速时,有'=emN emN T T ,则1))(()(112='''='M M X X emN emN k k f f U U T T ,若令电压随频率作正比变化：''=11f U f U XX ,则主磁通不变,电机饱和程度不变,电机过载能力也不变;电机在恒转矩变频调速前后性能都保持不变;3.恒功率调速电机变频调速前后它的电磁功率相等,即'Ω'=Ω=11emN emN em T T P ,则'='ΩΩ='1111f f T T emN emN 1若主磁通不变：2若过载能力不变：11f f U U XX'=',主磁通发生变化； 优点：调速范围广,平滑性好; 缺点：价格比较贵;三转子回路串电阻调速---属于改变转差率调速 Sm 改变。