电机拖动

电机及拖动基础

第9章 交流异步电机9.1 异步电机的结构和运行方式 9.2 异步电动机的电磁关系 9.3 异步电动机的功率与转矩 9.4 异步电动机的工作特性 9.5 单相异步电动机*-1-

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第9章 交流异步电机 引 言本章在介绍异步电动机基本结构与工作原理的基础上， 本章在介绍异步电动机基本结构与工作原理的基础上 ， 从 基本电磁关系出发， 基本电磁关系出发， 对三相异步电动机的功率关系及转矩关系 进行分析。采用与分析变压器相类似的方法， 进行分析 。 采用与分析变压器相类似的方法 ， 先通过电磁关系 建立异步电动机的基本方程，并导出等效电路和相量图， 然后 建立异步电动机的基本方程 ， 并导出等效电路和相量图， 分析异步电动机的功率、转矩和工作特性。 分析异步电动机的功率 、 转矩和工作特性 。 最后简要介绍单相 异步电动机的基本原理与应用。 异步电动机的基本原理与应用。

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第9章 交流异步电机 9.1 异步电机的结构和运行方式9.1.1 异步电动机的用途与分类 1. 异步电动机的用途 与直流电机一样，异步电机也满足电机的可逆原理。 与直流电机一样，异步电机也满足电机的可逆原理。即在某一 种条件下异步电机作为发电机运行， 种条件下异步电机作为发电机运行，而在另一种条件下却作为电动 机运行。但是由于异步发电机的运行性能较差，因而异步电机主要 机运行。但是由于异步发电机的运行性能较差，因而异步电机主要 用于作电动机去拖动各种生产机械。 用于作电动机去拖动各种生产机械。 异步电动机的优点是结构简单、容易制造、价格低廉、 异步电动机的优点是结构简单、容易制造、价格低廉、运行可 优点是结构简单 坚固耐用、运行效率较高和具有适用的工作特性。缺点是功率 靠、坚固耐用、运行效率较高和具有适用的工作特性。缺点是功率 因数较差，异步电动机运行时， 因数较差，异步电动机运行时，必须从电网里吸收滞后性的无功功 它的功率因数总是小于1。 率， 它的功率因数总是小于 。 由于电网的功率因数可以用其它方 法进行补偿，所以这并不妨碍异步电动机的广泛使用。 法进行补偿，所以这并不妨碍异步电动机的广泛使用。-3-

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第9章 交流异步电机2. 异步电动机的分类 异步电动机的种类很多，从不同的角度考虑， 异步电动机的种类很多，从不同的角度考虑，有不同的分 类方法。 按定子相数分有：单相异步电动机； 类方法。 按定子相数分有：单相异步电动机；三相异步电动 按转子结构分有：绕线转子异步电动机； 机。 按转子结构分有：绕线转子异步电动机；笼型转子异步 电

动机，其中又包括单笼型转子异步电动机、 电动机，其中又包括单笼型转子异步电动机、双笼型转子异步 电动机、深槽式异步电动机。按有无换向器分有： 电动机、深槽式异步电动机。按有无换向器分有：无换向器异 步电动机；换向器异步电动机。此外， 步电动机；换向器异步电动机。此外，根据电机定子绕组上所 加电压大小，电动机又可分为高压异步电动机、 加电压大小，电动机又可分为高压异步电动机、低压异步电动 从其它角度看，还有高起动转矩异步电动机， 机。从其它角度看，还有高起动转矩异步电动机，高转差率异 步电动机，高转速异步电动机等。 步电动机，高转速异步电动机等。

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第9章 交流异步电机9.1.2 三相异步电动机的结构

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第9章 交流异步电机1. 定子 (1) 定子铁心：定子铁心是异步电动机主磁通磁路的一部分， 定子铁心：定子铁心是异步电动机主磁通磁路的一部分， 装在机座里。由于电机内部的磁场是交变的磁场。 装在机座里 。 由于电机内部的磁场是交变的磁场 。 为了降低定 子铁心里的铁损耗， 定子铁心采用0.35~ 0.5mm厚的硅钢片 子铁心里的铁损耗 ， 定子铁心采用 ~ 厚的硅钢片 叠压而成，在硅钢片的两面还应涂上绝缘漆。 叠压而成，在硅钢片的两面还应涂上绝缘漆。

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第9章 交流异步电机(2) 定子绕组： 高压大、中型容量的异步电动机三相定子绕 定子绕组： 高压大、 组通常采用Y接法 只有三根引出线，如图9-4a所示。对中、小 接法， 所示。 组通常采用 接法，只有三根引出线，如图 所示 对中、 容量的低压异步电动机， 容量的低压异步电动机， 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 形或 形 如图9-4b所示。 所示。 引出来，根据需要可接成 形或 形，如图 所示 (3) 机座：机座的作用主要是为了固定与支撑定子铁心。 机座：机座的作用主要是为了固定与支撑定子铁心。

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第9章 交流异步电机2. 转子 异步电动机的转子主要是由转子铁心、 异步电动机的转子主要是由转子铁心、转子绕组和转轴三 部分组成的。 部分组成的。 (1) 转子铁心： 转子铁心也是电动机主磁通磁路的一部分， 转子铁心： 转子铁心也是电动机主磁通磁路的一部分， 它用0.35~0.5mm厚的硅钢片叠压而成。图9-5是转子槽形图。 厚的硅钢片叠压而成。 是转子槽形图。 它用 ~ 厚的硅钢片叠压而成 是转子槽形图

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第9章 交流异步电机(2) 转子绕组：如果是绕线转子异步电动机，则转子绕组也 转子绕组：如果是绕线转子异步电动机， 是按一定规律分布的三相对称绕组，它可以联接成Y形或

形或 形 是按一定规律分布的三相对称绕组，它可以联接成 形或 形。 一般小容量电动机联接成 形 中容量电动机联接成Y形 一般小容量电动机联接成 形，大、中容量电动机联接成 形。 转子绕组的三条引线分别接到三个滑环上， 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9-6所示 所示。 出来，如图 所示。

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第9章 交流异步电机如果是笼型转子异步电动机， 如果是笼型转子异步电动机，则转子绕组与定子绕组大不相 它是一个自己短路的绕组。在转子的每个槽里放上一根导体， 同，它是一个自己短路的绕组。在转子的每个槽里放上一根导体， 每根导体都比铁心长， 每根导体都比铁心长，在铁心的两端用两个端环把所有的导条都 短路起来，形成一个自己短路的绕组。如果把转子铁心拿掉， 短路起来，形成一个自己短路的绕组。如果把转子铁心拿掉，则 可看出，剩下来的绕组形状象一个笼子，如图9-7所示 所示。 可看出，剩下来的绕组形状象一个笼子，如图 所示。

a)

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第9章 交流异步电机3. 气隙 异步电动机定、转子之间的空气间隙简称为气隙， 异步电动机定、转子之间的空气间隙简称为气隙，它比同容 量直流电动机的气隙要小得多。 在中、小型异步电动机中， 量直流电动机的气隙要小得多。 在中、小型异步电动机中，气 隙一般为0.2~ mm左右。 mm左右 隙一般为 ~1.5mm左右。 异步电动机的励磁电流是由定子电源供给的。气隙较大时， 异步电动机的励磁电流是由定子电源供给的。气隙较大时， 磁路的磁阻较大。若要使气隙中的磁通达到一定的要求， 磁路的磁阻较大。若要使气隙中的磁通达到一定的要求，则相 应的励磁电流也就大了，从而影响电动机的功率因数。 应的励磁电流也就大了，从而影响电动机的功率因数。为了提 高功率因数，尽量让气隙小些。但也不应太小，否则， 高功率因数，尽量让气隙小些。但也不应太小，否则，定、转 子有可能发生摩擦与碰撞。 子有可能发生摩擦与碰撞。如果从减少附加损耗以及减少高次 谐波磁动势所产生磁通的角度来看，又希望气隙大一点， 谐波磁动势所产生磁通的角度来看，又希望气隙大一点，所以 设计电机时应全盘考虑。 设计电机时应全盘考虑。-11-

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第9章 交流异步电机9.1.3 异步电机的运行方式 为了便于分析， 为了便于分析，下面先以异步电动机为例说明异步电机的工 作原理，并建立异步运行与转差的概念， 作原理，并建立异步运行与转差的概念，然后再讨论异步电机的 运行方式。 运行方式。 1. 异步电动机的工作原理 如

前所述，三相异步电动机定子接三相电源后，电机内便形 如前所述，三相异步电动机定子接三相电源后， 成圆形旋转磁动势及圆形旋转磁密，由此产生感应电动势e和电磁 成圆形旋转磁动势及圆形旋转磁密，由此产生感应电动势 和电磁 转矩T 电磁转矩的方向与旋转磁动势同方向， 转矩 e 。电磁转矩的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, 上旋转起来。 转子旋转后， 转速为 ， 只要转速小于旋转磁动势 同步转速( ),转子与磁场仍有相对运动 电磁转矩T 转子与磁场仍有相对运动， 同步转速(n < n1),转子与磁场仍有相对运动，电磁转矩 e使转 子继续旋转， 情况下。 子继续旋转，稳定运行在 Te = TL 情况下。异步电动机由电磁感应 产生电磁转矩，所以又称为感应电动机。 产生电磁转矩，所以又称为感应电动机。-12-

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第9章 交流异步电机2. 转差率 三相异步电动机只有在 n ≠ n1 时， 转子绕组与气隙旋转磁密 之间才有相对运动，才能在转子绕组中感应电动势、电流， 之间才有相对运动，才能在转子绕组中感应电动势、电流， 产生 电磁转矩。 可见， 电磁转矩。 可见，异步电动机运行时转子的转速 n 总是与同步转 速n1不相等。异步的名称就是由此而来的。 不相等。异步的名称就是由此而来的。 通常把同步转速n 和电动机转子转速n二者之差与同步转速 二者之差与同步转速n 通常把同步转速 1和电动机转子转速 二者之差与同步转速 1 的比值称为转差率 也叫转差或者滑差),用 表示， 转差率( 转差或者滑差), 的比值称为转差率(也叫转差或者滑差),用s 表示，即

n1 n s= n1

(9-1) )

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第9章 交流异步电机虽然s是一个没有单位的量， 虽然 是一个没有单位的量，但它的大小能反映电机转子的转 是一个没有单位的量 速。例如： 例如： n = 0 时，s =1; ; n = n1 时，s = 0; ; n > n1 时，s < 0 。 正常运行的异步电动机， 转子转速n 接近同步转速n 正常运行的异步电动机， 转子转速 接近同步转速 1 , 转 差率s很小，一般 差率 很小，一般s = 0.01~0.05。 很小 ~ 。

例9-1

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第9章 交流异步电机3. 异步电机的运行方式

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第9章 交流异步电机 9.2 异步电动机的电磁关系先对绕线转子异步电动机进行讨论， 先对绕线转子异步电动机进行讨论， 然后再将结果推广到 绕线转子异步电动机进行讨论 笼型转子异步电动机。 笼型转子异步电动机。a

A

& Us

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B

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