电机与拖动技术 1、三相异步电机基本原理

2）力求获得最大的电动势和磁动势；
3）绕组的电动势和磁动势的波形力求接近正弦； 4）节省用铜量； 5）绕组的绝缘和机械强度可靠，散热条件好； 6）工艺简单、便于制造、安装和检修。
二、交流绕组的基本概念
1、极距 两个相邻磁极轴线之间沿定子铁心内表面的距离。若定子的 槽数为Z，磁极对数为p，则极距： Z = 2p 2、线圈节距 y 一个线圈的两个有效边之间所跨的距离称为线圈的节距。
n > n1
s0
制动 机械能转变为电 能
1.3
名牌和额定值
一、名牌 例:
二、额定值： 额定功率 --额定运行时输出的机械功率。 额定电压--额定运行状态时加在定子绕组上的线电压。 额定电流--在额定运行状态下流入定子绕组的线电流。 额定频率--50HZ 额定转速--额定运行时电动机的转速。
三、接线
三相绕线型 转子结构图
1.2 三相异步电动机的工作原理
1 旋转磁场的产生
旋转磁场由三相电流通过三相对称绕组产生。
符号的规定
电流为正，流入；电流为负，流出
(•)电流出
U1
n0
W2 V1
iU1 I m sin t iV1 I m sin t 120 iW1 I m sin t 240
同心式绕组端 部连线较长，适用 于q=4、6、8等偶 数的2极小型三相 异步电动机。
3
三相双层绕组
双层绕组每个槽内放上、下两层线圈的有效边，线圈的每 一个有效边放在某一槽的上层，另一个有效边则放置在相隔为 y 的另一槽的下层。
双层绕组分双层叠绕组（如图2a=1）和双层波绕组（略）。
双层绕组的特点： 1）线圈数等于槽数； 2）线圈数组数等于极数，也等于最大并联支路数； 3）每相绕组的电动势等于每条支路的电动势。
Eq1( q1 ) 4.44 fqNc k y1kq1 1 4.44 fqNc kw1 1
Eq 1(q>1) Eq 1(q=1) qa sin 2 = a qsin 2
kq 1 =
称为基波分布系数: 线圈组电动势等于集 中线圈组电动势打的 一个折扣.
kw1 = k y 1kq1
称为基波绕组
V2
W1
iU
Im
iV
iW
t
U2
()电流入
三相对称绕组通入三相对称电流就形成旋转磁场
iU
iV
iW
Im
n0
U1
t
n0
V2 W1 A W2
60
W2
n0
V2 W1
U1 W2 V1 U2
V2
N
V1 U2
W1
S
V1 U2
t 60
t 120
t 180
2 旋转磁场的转速
旋转磁场转速 n0 — 同步转速
4 y 时 , k y 5 0 , E p 5 0 5
让kq 尽可能小

pg104
３．采用Ｙ接线消除线电动势中的三及其倍数的奇次谐波
4.4交流电机绕组的磁动势
4.4.1 单相绕组的磁动势 一、整距集中绕组的磁动势 一台两极气隙均匀的交流电机,一个整距 绕组通入交流电流,线圈磁动势在某瞬间的分 布如图,由全电流定律得:
V2
W1
U1
V1
i1→U1， i2→V1， i3→W1 旋转磁场是沿着：
U1 V1
W2
W1
W1 U2
V1
L1
i1 i2
U1
U1
V2 W2
W2 U2 V2
W1 V1
L2 L3
W1 U2
V1
i3
U1 W1
i1→U1， i2→W1， i3→V1
旋转磁场是沿着：
V1
任意对调两根电源进线，磁场反转。
4. 转动原理：
二、单层交叉式绕组
单层交叉式绕组由线圈数和节距不相同的两种线圈组构成， 同一组线圈的形状、几何尺寸和节距均相同，各线圈组的端部互 相交叉。
交叉式绕组由 两大一小线圈交叉 布置。线圈端部连 线较短，有利于节 省材料，并且省铜。 广泛用于q>1的且为 奇数的小型三相异 步电动机。
三、单层同心式绕组
同心式绕组由几个几何尺寸和节距不等的线圈连成同心 形状的线圈组构成。
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、机座
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。
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。
三、气隙 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。
转
子
转子铁心
按转子结构分： 鼠笼型异步电动机 绕线型异步电动机
鼠笼型转子 铁心和绕组 结构示意图
▲ 极对数（p）的概念：
i1 i3
U1 W2 U 2 V2 W1 V1
i2 以 Y 型接法为例，当每相 绕组只有一个线圈时，按右图 放入定子槽内，合成的旋转磁 场只有一对磁极，则极对数为 1。 即 p=1
U1 V2 W2
W1 U2
V1
以 Y 型接法为例，将 每相绕组都改用两个线圈 串联组成。 i1
项目2 三相异步电动机的运行与维护
单元1 三相异步电动机的基本知识
异步和同步的区别
三相异步电机主要用作电动机，拖动各 种生产机械。结构简单、制造、使用和维护 方便，运行可靠，成本低，效率高，得以广 泛应用。但是，功率因数低、起动和调速性 能差。
1 三相异步电动机的基本工作原理与结构
1.1 三相异步电动机的基本结构
2
2
矩形波磁动势可能分解为基波和一系列高次谐波: 3 f c ( x , t ) Fc1 sin t cos x Fc 3 sin t cos x ... Fc sin t cos x ...
系数。
4.3.3
一相绕组的基波感应电动势
一、一相绕组的基波电动势 一绕组有2a条支路，一条支路由若干个线圈组路串联组成。 一相绕组的基波电动势为一条支路的基波电动势
E p1 = 4.44 fNkw1 1
对单层绕组： 对双层绕组：
pqN c N= 2a
2 pqN c N= 2a
二、短距绕组、分布绕组对电动势波形的影响
2
三相单层绕组
单层绕组的每个槽内只放一个线圈边，电机的线圈总数等于 定子槽数的一半。单层绕组分为链式、交叉式和同心式绕组。 一、单层链式绕组 单层链式绕组由形状、几何尺寸和节距相同的线圈连接而 成，整个外形如长链。 链式绕组的每个线 圈节距相等并且制造方 便；线圈端部连线较短 并且省铜。主要用于 q=2的4、6、8极小型三 相异步电动机。
. y 的绕组为整距绕组 . y 的绕组为短距绕组
3、电角度
电角度 p 机械角度
4、槽距角 a 相邻两个槽之间的电角度：
p 3600 = Z
5、每极每相槽数 q 每一个极面下每相所占的槽数为 Z q= 2 pm 6、相带 每个极面下的导体平均分给各相，则每一相绕组在每个极 面下所占的范围，用电角度表示称为相带。
三相异步电动机的定子部分在结构上和同步电动机 的定子部分完全相同。 对中、小容量的低压异步电动机，通常定子三相绕 组的六个出线头都引出，这样可根据需要灵活 地接成“Y”形或“D”形。
U1 W2
V1 U2
W1 V2
U1 W2
V1 U2
W1 V2
Y联结
D联结
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1.4 交流电机的绕组
1 交流绕组的基本知识 一、基本要求和分类 1）三相绕组对称；
f = 50 Hz 时，不同极对数时的同步转速如下: 同步转速
p 1 2 1500 3 1000 4 750 5 600 6 500 n0/(r/min) 3000
3 旋转磁场的转向
Im
O
旋转方向：取决于三相电流的相序。 L1 i 1 i2 i 3 i
1
U1 W2 U 2 V2
t
L2 L3
i3 i2
定子绕组
机
座
二、转子部分
1、转子铁心
转子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、转子绕组——根据转子绕组的结构型式可分为
6、异步电机的三种运行状态
根据转差率的大小和正负,异步电机有三种运行状态 状态 电动机
定子绕组接对 称电源
电磁制动
外力使电机沿磁 场反方向旋转
发电机
外力使电机快速 旋转
实现 转速 转差率 电磁转矩 能量关系
0 < n < n1
0 s 1
驱动 电能转变为机 械能
n<0 s 1
制动 电能和机械能变 成内能
4.3交流电机绕组的感应电动势
4.3.1 线圈的感应电动势及短距系数 一、一根导体的电动势 电动势波形: e Blv
pn 电动势频率: f 60
电动势大小: Ec1 2.22 fΦ1 二、整距绕组的电动势 每个整距绕组由Nc个相同和线匝组成，每个整距线圈的 电动势:
E y1(y ) Nc Et1 4.44 fNc 1
让k y 0尽可能小 . 1 采 用y 时 , k y 0 , E p 0
y 0 k y sin( 90 ) q
kq E p sin q sin
２．改善交流绕组的构成，削弱谐波电动势

2
2 4.44 fNk y kq
（２）采用分布绕组来削弱高次谐波
三、短距线圈的电动势 每个短距线圈的电动势:
Ey1( y ) 4.44 fNcΦ1k y1
称为短距系数： 线圈短距时电动 势比整距时打的 一个折扣．
k y1
E y 1(y τ) E y 1(y τ)
y 0 sin( 90 ) τ
4.3.2
线圈组的感应电动势及分布系数
一组线圈由q个线圈组成,若q个线圈为集中绕组时,各线圈 电动势大小相等、相位相同，线圈组电动势为: Eq1(q=1 ) = 4.44 fqNc k y1 1 若q个线圈为分布绕组,放在q个槽内,各线圈电动势大小相 同,相位相差α电角度,电动势为:
U3
U4 W2 W4 W3 U1 U2 V4 V3 V2 V1
按下图放入定子 槽内。 形成的磁场则是 两对磁极。 即 p=2
V4 W
3
U1
W4 V1 U2 W1
i3 i2
W1
U4 V3 W2 U3 V2
三相绕组
四极旋转磁场
p 为任意值时： 三相异步电动机的同步转速
n0 p
60 f
( r / min）
视频观看
一、定子部分
1、定子铁心——导磁部分。
Pg117,槽 的形状
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、定子绕组：放在定子铁心内圆槽内——导电部分。
Hdl i N
c
i
忽略铁心磁阻,磁动势完全降落在两 个气隙上.每个气隙的磁动势为: 1 1 f c N c i N c I c sin t Fcm sin t
空间分布为矩形波,随时间按正弦规律变 化.变化频率为电流频率。 空间位置不变而幅值和方向随时间变化的磁动势称为脉动磁 动势。
n n1 , s 0. n 0 , s 1; 电机理想空载时， 转子未转动时，
作为电动机，转速在 0 ~ n1范围内变化，转差率在0~1范围内变。 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。电机的转 速为： n = ( 1 - s)n1 额定运行时，转差率一般在0.01~0.06之间，即电机转速接 近同步速。
电磁转矩的产生
▲ 用右手定则判断转 子绕组中感应电流的 方向 ▲ 用左手定则判断转 子绕组受到的电磁力 的方向 电磁力→电磁转矩 T
N
S
工作原理示意图
T 与 n0 同方向。
5、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 s表示，即： n1 n s n1 转差率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。
1 对V次谐波： pν νp τ ν τ ν nν n αν να pν nν fν νf 60
y 0 k y sin( 90 ) q
kq E p sin q sin

2
2 4.44 fNk y kq
改善电动势波形的方法:
１．改善主磁极磁场的分布 （１）采用短距绕组来削弱高次谐波