三相异步电动机结构与工作原理.docx

三相异步电动机的结构与工作原理5.1 三相异步电动机实现电能与机械能相互转换的电工设备总称为电机电机是利用电磁感应原理实现电能与机械能的相互转换把机械能转换成电能的设备称为发电机，而把电能转换成机械能的设备叫做电动机在生产上主要用的是交流电动机，特别三相异步电动机，因为它具有结构简单、坚固耐用、运行可靠、价格低廉、维护方便等优点它被广泛地用来驱动各种金属切削机床、起重机、锻压机、传送带、铸造机械、功率不大的通风机及水泵等对于各种电动机我们应该了解下列几个方面的问题：（ 1）基本构造；（ 2）工作原理；（ 3）表示转速与转矩之间关系的机械特性；（ 4）起动、调速及制动的基本原理和基本方法；（ 5）应用场合和如何正确使用 三相异步电动机的结构与工作原理1．三相异步电动机的构造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 5-1 所示图 5-1 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：定子定子铁心由厚度为 0.5mm 的，相互绝缘的硅钢片叠成，硅钢片内圆上有均匀分布的槽，其作用是嵌放定子三相绕组AX 、 BY 、CZ。

三组用漆包线绕制好的，对称地嵌入定子铁心槽内的定子绕组相同的线圈这三相绕组可接成星形或三角形机座 机座用铸铁或铸钢制成，其作用是固定铁心和绕组2）．转子三相异步电动机的转子由三部分组成：由厚度为 0.5mm 的，相互绝缘的硅钢片叠成，硅钢片转子铁心 外圆上有均匀分布的槽，其作用是嵌放转子三相绕组转子绕组有两种形式：转子转子绕组 鼠笼式 -- 鼠笼式异步电动机绕线式 -- 绕线式异步电动机转轴 转轴上加机械负载鼠笼式电动机由于构造简单，价格低廉，工作可靠，使用方便，成为了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约在 0.2~1.0mm 之间2．三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，我们做如下演示实验，如图 5-2 所示图 5-2 三相异步电动机工作原理(1)．演示实验：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；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 5-3 表示最简单的三相定子绕组 AX 、BY 、CZ，它们在空间按互差 1200 的规律对称排列并接成星形与三相电源 U 、 V 、W 相联则三相定子绕组便通过三相对称电流：随着电流在定子绕组中通过，在三相定子绕组中就会产生旋转磁场 (图 5-4)iUI m sintiAAiVI m sin(t1200 )ZXiWI m sin(t1200)iB CYBiC图 5-3 三相异步电动机定子接线当 t=00 时， i A 0 ， AX 绕组中无电流； iB 为负， BY 绕组中的电流从 Y 流入 B1 流出；iC 为正， CZ 绕组中的电流从 C 流入 Z 流出；由右手螺旋定则可得合成磁场的方向如图5-4（ a）所示当 t=1200 时， iB 0 ，BY 绕组中无电流； iA 为正， AX 绕组中的电流从 A 流入 X流出； iC 为负， CZ 绕组中的电流从 Z 流入 C 流出；由右手螺旋定则可得合成磁场的方向如图 5-4（b）所示。

当 t=2400 时， iC 0 ，CZ 绕组中无电流； iA 为负， AX 绕组中的电流从 X 流入 A 流出； i B 为正， BY 绕组中的电流从 B 流入 Y 流出；由右手螺旋定则可得合成磁场的方向如图 5-4（c）所示可见，当定子绕组中的电流变化一个周期时，合成磁场也按电流的相序方向在空间旋转一周随着定子绕组中的三相电流不断地作周期性变化，产生的合成磁场也不断地旋，因此称为旋转磁场i i A i B i Cω tO120 °240 °360 °AAA×·Y ×·Z Y×Z Y·ZC×·BC·B C×B·×XXX(a) ω t = 0°(b) ω t = 120°(c)ω t = 240 °图 5-4 旋转磁场的形成（2）．旋转磁场的方向旋转磁场的方向是由三相绕组中电流相序决定的，若想改变旋转磁场的方向，只要改变通入定子绕组的电流相序，即将三根电源线中的任意两根对调即可这时，转子的旋转方向也跟着改变3）．三相异步电动机的极数与转速（1）．极数（磁极对数 p）三相异步电动机的极数就是旋转磁场的极数旋转磁场的极数和三相绕组的安排有关当每相绕组只有一个线圈，绕组的始端之间相差1200空间角时，产生的旋转磁场具有一对极，即 p=1；当每相绕组为两个线圈串联，绕组的始端之间相差600空间角时，产生的旋转磁场具有两对极，即 p=2；同理，如果要产生三对极，即p=3 的旋转磁场，则每相绕组必须有均匀安排在空间的串联的三个线圈，绕组的始端之间相差400（=1200/ ）空间角。

极数p与绕组的始p1200p端之间的空间角 的关系为：（ 2）．转速 n三相异步电动机旋转磁场的转速 n0 与电动机磁极对数 p 有关，它们的关系是：60 f1（5-1）n 0p由（ 5-1）可知，旋转磁场的转速n0 决定于电流频率 f1 和磁场的极数 p对某一异步电动机而言， f1 和 p 通常是一定的，所以磁场转速n0 是个常数在我国，工频 f1，因此对应于不同极对数p的旋转磁场转速0，见表 5-1=50Hzn表 5-1p123456n0300015001000750600500（3）．转差率s电动机转子转动方向与磁场旋转的方向相同，但转子的转速 n 不可能达到与旋转磁场的转速 n0 相等，否则转子与旋转磁场之间就没有相对运动，因而磁力线就不切割转子导体，转子电动势、转子电流以及转矩也就都不存在也就是说旋转磁场与转子之间存在转速差，因此我们把这种电动机称为异步电动机，又因为这种电动机的转动原理是建立在电磁感应基础上的，故又称为感应电动机旋转磁场的转速 n0 常称为同步转速转差率 s—— 用来表示转子转速 n 与磁场转速 n0 相差的程度的物理量即：n0 nns(5-2)n0n0转差率是异步电动机的一个重要的物理量。

当旋转磁场以同步转速 n0 开始旋转时，转子则因机械惯性尚未转动，转子的瞬间转速 n=0，这时转差率 S=1转子转动起来之后， n>0，（ n0-n）差值减小，电动机的转差率 S<1如果转轴上的阻转矩加大，则转子转速 n 降低，即异步程度加大，才能产生足够大的感受电动势和电流，产生足够大的电磁转矩，这时的转差率 S 增大反之， S 减小异步电动机运行时，转速与同步转速一般很接近，转差率很小在额定工作状态下约为 0.015~0.06之间根据式 (4-2),可以得到电动机的转速常用公式n 1 s n0 (5-3)例有一台三相异步电动机，其额定转速 n=975r/min，电源频率 f=50Hz，求电动机的极数和额定负载时的转差率 S解：由于电动机的额定转速接近而略小于同步转速，而同步转速对应于不同的极对数有一系列固定的数值显然，与 975r/min 最相近的同步转速 n0=1000r/min ，与此相应的磁极对数 p=3因此，额定负载时的转差率为：sn0n 100%1000 975 100% 2.5%n01000（4）．三相异步电动机的定子电路与转子电路三相异步电动机中的电磁关系同变压器类似，定子绕组相当于变压器的原绕组，转子绕组（一般是短接的）相当于副绕组。

给定子绕组接上三相电源电压，则定子中就有三相电流通过，此三相电流产生旋转磁场，其磁力线通过定子和转子铁心而闭合，这个磁场在转子和定子的每相绕组中都要感应出电动势总结：1、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）2、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，并且旋转的磁场和闭合的转子绕组的转速不同，这也是“异步”二字的含义；3、三相电源流过在空间互差一定角度按一定规律排列的三相绕组时，便会产生旋转磁场；4、旋转磁场的方向是由三相绕组中电源相序决定的；5、三相异步电动机旋转磁场的转速n0与电动机磁极对数p 有关，它们的关系是：60 f1n 0p6、转差率 s—— 用来表示转子转速 n 与磁场转速 n0 相差的程度的物理量即：s n0 n nn0 n0转差率是异步电动机的一个重要的物理量，异步电动机运行时，转速与同步转速一般很接近，转差率很小在额定工作状态下约为 0.015~0.06之间7、三相异步电动机中的电磁。