1、三相鼠笼型异步电动机三相鼠笼型异步电动机 授课大纲授课大纲 三相鼠笼型异步电动机的基本构造 1 三相鼠笼型异步电动机的工作原理 2 三相鼠笼型异步电动机的功率和转矩 3 三相鼠笼型异步电动机的机械特性 4 三相鼠笼型异步电动机的起动 5 6 三相鼠笼型异步电动机的使用维护 概概 述述 一、三相鼠笼型异步电动机的基本构造一、三相鼠笼型异步电动机的基本构造 原理：电磁感应原理电磁感应原理 用途：主要用作电动机，拖动各种生产机械主要用作电动机，拖动各种生产机械 优点：结构简单、运行可靠、制造容易、结构简单、运行可靠、制造容易、成本低、使用维护简单成本低、使用维护简单 缺点：功率因数低，调速比直流电机
2、复杂功率因数低，调速比直流电机复杂 1.1 三相鼠笼式异步电动机的主要结构 下图是一台三相鼠笼式异步电动机的结构图。它主要由定子和转子两大部分组成，定转子中间是空气隙。此外，还有端盖、轴承、机座、风扇、风罩等部件。具体结构可见拆分图 1.1.1 鼠笼型异步电动机主要部件拆分图(一)、定子部分（定子铁心、定子绕组、机座）1 1、定子铁心、定子铁心 导磁部分。导磁部分。定子铁心是电机磁路的一部分，并起固定定子绕组的作用。为了增强导磁能力和减小铁耗，定子铁心常选用0.5mm或0.35mm厚的硅钢片冲制叠压而成，片间涂上绝缘漆。定子铁心内圆均匀冲出许多形状相同的槽，用以嵌放定子绕组。2 2、定子绕组：
3、放在定子铁心内圆槽内、定子绕组：放在定子铁心内圆槽内 导电部分。导电部分。定子绕组是异步电动机的电路部分，其材料主要采用紫铜。小型异步电动机常采用三相单层绕组，大中型异步电动机常采用三相双层短矩叠绕组形式，三相绕组的六个出线端子均接在机座侧面的接线板上，可根据需要将三相绕组接成Y形或形。3 3、机座、机座 支撑部分。支撑部分。机座是电动机的外壳，支撑电机各部件，并通过机座的底脚将电机安装固定。全封闭式电机的定子铁心紧贴机座内壁，故机座外壳上的散热筋是电机的主要散热面。中小型电机采用铸铁机座。大型电机一般采用钢板焊接机座。（二）、转子部分（包括转子铁心、转子绕组）1 1、转子铁心、转子铁心 转子
4、铁心也是电机磁路的组成部分，并用来固定转子绕组。铁心材料也用0.5mm或0.35mm厚的硅钢片冲制叠压而成，故通常用冲制定子铁芯冲片剩余下来的内圆部分制作。转子铁芯固定在转轴上，其外圆上开有槽，用来嵌放转子绕组。2 2、转子绕组、转子绕组 根据转子绕组的结构型式可分为: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 二、三相异步电动机的基本工作原理二、三相异步电动机的基本工作原理 2.1 工作原理 对称三相绕组对称三相绕组 通入对称
5、三相电流通入对称三相电流 旋转磁场旋转磁场(磁场能量磁场能量)磁场切割磁场切割 转子绕组转子绕组 转子绕组中转子绕组中 产生产生 e 和和 i 转子绕组在磁场中转子绕组在磁场中 受到电磁力的作用受到电磁力的作用 转子旋转起来转子旋转起来 机械负载机械负载 旋转起来旋转起来 三相交流电能三相交流电能 输出机械能量输出机械能量 2.2 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：旋转磁场切割转子导体感应电动势和电流。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。U2 U1 W2 V1 W1
6、V2 1nn 0n规定：规定：i:“+”首端流入，尾端流出。首端流入，尾端流出。i:“”尾端流入，首端流出。尾端流入，首端流出。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。CiA X C Z B Y AiBiAiBiCimItA Y C B Z X()电流出电流出()电流入电流入 合成磁场旋转90 CiBiAii t 600 mIo 三相电流合成 磁场的分布情况 60=t合成磁场旋转60 90=t合成磁场方向向下 分析可知：三相电流产生的合成磁场是一旋转的磁场。即：一个电流周期，旋转磁场在空间转过360。0=tA X Y C B Z A X Y C B Z A X Y
7、 C B Z NS0n60SNSN2.2 三相异步电动机的极数与转速 2.2.1 三相异步电动机的极数 三相异步电动机定子产生旋转磁场的磁极个数，称为极数。对于每相只有一个线圈的电动机，绕组始端之间相差120的空间角，则产生的旋转磁场只有一对磁极。磁极对数用p表示，则p=1。若每相定子绕组由两个线圈串联组成(如图所示)，则绕组始端之间相差60空间角，因而旋转磁场具有两对磁极，p=2.A B C X A X B Y Y Z Z C 磁场位置(t=0)AXXANSSNZCZCBYBYC Y A B C X Y Z A X B Z AiCiBi二、三相异步电动机的转速 电动机的转速是与旋转磁场有关的
8、。而磁场极数不同则磁场的转速就不同，在一对磁极的情况下，交流电经历一个周期磁场恰好在空间转过一圈，若定子电流的频率为f1，旋转磁场在每分钟将转过60f1 周。磁极对数为 p时，磁场的转速为：）（min/60=11rpfn 而转子的实际转速将小于磁场的转速，即n n1。若二者相等，转子就没有切割磁力线作用，转矩也就消失了，因此转子不可能以n1的转速正常运行。2=p180分）转/(50011=p360分）转/(0003极对数 每个电流周期 磁场转过的空间角度 同步转速)Hz50=(1f3=p120分）转/(00014=p分）分）转转/(75090 在我国(f1=50Hz)，磁极对数为 p的磁场转速
9、n1为：可见：旋转磁场转速n1 与频率f1和极对数p有关。2.2.1 转差率 2.2 异步电机的运行状态 由前面分析可知，电动机转子转动方向与磁场旋转的方向一致，但转子转速 n 不可能达到与旋转磁场的转速相等，即 1nn异步电动机 如果:1nn无转子电动势和转子电流 转子与旋转磁场间没有相对运动，磁通不切割转子导条 无转矩 因此，转子转速与旋转磁场转速间必须要有差异。11nnsn 负载越大，转速越低，转差率越大；反之，转差率越负载越大，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。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：电机的转速
10、为：11n=(-s)n 额定运行时，转差率一般在额定运行时，转差率一般在0.010.010.060.06之间，即电机之间，即电机转速接近同步转速。转速接近同步转速。同步转速与转子转速之差与同步转速的比值称为转差率，同步转速与转子转速之差与同步转速的比值称为转差率，用用s s表示，表示，即：即：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，各种运行情况。转子未转动时，n=0，s=1；电机理想空电机理想空载时，载时，作为电动机，转速在作为电动机，转速在 范围内变范围内变化，转差率在化，转差率在01范围内变化。范围内变化。.0
11、,1snn10n练习练习 2.2.2 三相异步电动机的运行状态 按照转差率的正负和大小，感应电机有电动机，发电机和电磁制动三种运行状态。如下图所示（见图）机械能转变为电机械能转变为电能能 电能和机械能变电能和机械能变成内能成内能 电能转变为机电能转变为机械能械能 能量关系 制动制动 制动制动 驱动驱动 电磁转矩 转差率 转速 外力使电机快速外力使电机快速旋转旋转 外力使电机沿磁外力使电机沿磁场反方向旋转场反方向旋转 定子绕组接对定子绕组接对称电源称电源 实现 发电机发电机 电磁制动电磁制动 电动机电动机 状态状态 10 n n0n n1s0s2.2.3 异步电动机的铭牌数据 2.2.3.1 异
12、步电动机的型号及意义 2.2.3.2 异步电动机的额定值 此外：铭牌上还标明了绝缘等级与温升、工作制、接线方式等。NNNNNIPcos3=U以上额定值之间的关系可用如下公式表示：练习练习 异步电机的额定值包括以下内容：Ncos额定功率因数 定子加额定负载时，定子边的功率因数。额定功率 额定运行时，轴端输出的机械功率，单位kW；NP额定电压 额定运行时，定子绕组上的线电压，单位V；NU额定电流 电压、功率为额定值时，定子绕组的线电流，单位A；NI额定频率 定子电源频率，我国工业用电的频率是50Hz，单位Hz；Nf额定转速 额定运行时，转子的转速，单位r/min。Nn定子三相绕组的联接方法，通常：
13、Z X Y B C A Y 联结联结 B Z A C X Y C A B Z X Y X A Z B Y C A B C Z X Y 联结联结 2.2.3.3 异步电动机的接线方法 联结 电机容量 Y 3kW 联结 电机容量 4kW 接线盒 三、三相异步电动机的功率和转矩三、三相异步电动机的功率和转矩 三相异步电动机的机电能量转换过程为：*由定子绕组输入电功率，扣除定子铜耗和铁心损耗以后，为电磁功率，然后经由气隙送给转子，*扣除转子铜耗损耗以后，通过转子轴上输出总机械功率。3.1 功率转换过程 规定：*U1-定子相电压；*I1-定子相电流；*-定子功率因数角；*-转子功率因数角。121）从定子
14、绕组输入电动机的功率:12111rImPcummFerImP2122212rImPcu11111cosIUmP 异步电动机的功率有如下关系式：FecuePPPP11srrmIEmPe22212221cos4）从定子通过气隙传送到转子的电磁功率：5）转子电阻上发生了转子铜耗：注：由于正常运行时电机转差率很小，转子中磁通的变化频率仅为13HZ，所以转子的铁耗可以略去不计。2）消耗在定子电阻上的定子铜耗：3）消耗在定子铁心中的铁耗：6）余下的是使转子旋转的总机械功率（即转换功率），即:2cuePPP 用电磁功率表示时：ePsP1ecusPP2 在异步电动机中，转换功率和电磁功率是不同的；传递到转子的
15、电磁功率 中，s部分变成为转子铜耗，（1-s）部分转换为机械功率。由于转子铜耗等于 ，所以它又称为转差功率。ePesP 除了上述各部分损耗外，还要产生一些附加损耗（又称杂散损耗）。在小型笼型铸铝转子异步电动机中，满载时杂散损耗 可达输出功率的1%3%；而防爆异步电动机在设计标准中规定，可取为输出功率的0.5%。PPP 从 中再扣除转子的机械损耗 和杂散损耗 ，才是转子轴上真正输出的机械功率 。即：pP2PP PpPP 2两个重要关系式：sPPeCu=21ePsP 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功率。转差率越大，转子铜损耗就越多，电机效率
16、越低。因此正常运行时电机的转差率均很小。我们可得如下功率方程：其中：1r1x2r2x1U1I0I2Imrmx1cupFep2cup()2+=PPpPeP1P21rss异步电机的功率和能量转换关系 功率关系 能量转换关系 功率平衡方程：2211PPpPPPPcuFecu 3.2 转矩方程和电磁转矩 602=n0+=Ppp 式中，为电磁转矩；为与机械损耗和杂散损耗所对应的阻力转矩，若忽略杂散损耗，它就是空载转矩；为电动机的输出转矩。eT0T2T 把转子的输出功率方程 除以机械角速度 ，可得转子的转矩方程，如下:02-=pPP其中：由此，可得出通用的转矩公式：由于机械功率 ，转子的机械角速度 ，所以电磁转矩 亦可以写成：ss 1ePsP 1eTseNePPT 上式表明：电磁转矩 既可通过机械功率 、亦可通过电磁功率 算出。用机械功率去求电磁转矩时，应除以转子的机械角速度 ；而用电磁功率去求电磁转矩时，则应除以同步角速度 ，因为电磁功率是通过气隙旋转磁场传送到转子的功率，而旋转磁场的转速是同步转速。seTPeP9550260PPTnn 三相异步电动机的机械特性是指在定子电压、频率和参数固定的条
