5-4 三相异步电动机的工作原理 《电机与变压器》劳动第五版

电机与变压器01PART5-4三相异步电动机的工作原理第五章三相异步电动机的基础知识学习目标掌握异步电动机的工作原理掌握转差率概念及计算方法熟悉三项异步电动机主要参数及相互关系观察与思考了解了电动机的拆装流程，那么我们今天就来学习电动机的工作原理是怎样的？工作原理01目录CONTENTS转差率02机械特性03课堂小结04工作原理01PART电磁感应现象电磁感应现象的产生条件有两点（缺一不可）。A.闭合电路。B.穿过闭合电路的磁通量发生变化。让磁通量发生变化的方法有两种一种方法是让闭合电路中的导体在磁场中做切割磁感线的运动；另一种方法是让磁场在导体内运动。基本概念理解工作原理右手定则右手定则简单展示了载流导线如何产生一个磁场。大拇指指向导体运动的方向，那么其余四个手指所指的方向就是感应电流的方向。左手定则与右手定则左手定则左手定则则反映了带电粒子（载流导线）在磁场中的受力情况。四指指向带电粒子运动（电流所指）方向，则大拇指的方向就是导体受力的方向。工作原理电动机工作原理概述对称三相绕组通入对称三相电流旋转磁场(磁场能量)磁场绕组切割转子绕组转子绕组中产生感应电动势和感应电流转子绕组在磁场中受到电磁力的作用转子旋转起来机械负载旋转起来三相交流电能输出机械能量工作原理三相定子绕组必须对称三相定子绕组必须对称，即每相定子绕组在定子铁心空间上互差120°电角度。旋转磁场产生条件三相交流电流必须对称通入三相对称绕组的三相交流电流也必须对称，即iU、iV、iW三相电流大小和频率相同、相位互差120°UiViWimIt(•)电流流出()电流流入1n工作原理U1V2W1V1W2U2U1为绕组首端U2为绕组尾端三相定子绕组必须对称三相定子绕组必须对称,即每相定子绕组在定子铁心空间上互差120°电角度。旋转磁场产生条件三相交流电流必须对称通入三相对称绕组的三相交流电流也必须对称,即iU、iV、iW三相电流大小和频率相同、相位互差120°工作原理三相定子绕组必须对称三相定子绕组必须对称,即每相定子绕组在定子铁心空间上互差120°电角度。旋转磁场产生条件三相交流电流必须对称通入三相对称绕组的三相交流电流也必须对称,即iU、iV、iW三相电流大小和频率相同、相位互差120°工作原理旋转磁场产生各相电流假设三相异步电动机定子绕组接成星形连接，定子绕组的首端接三相对称电源，每相定子绕组分别通入对称三相交流电流iU、iV、iW，其参考方向由首端流到尾端。120sin120sinsintIitIitIimWmVmUViU1U2V1V2W1W2UiWi工作原理旋转磁场产生一个周期内几个瞬间120sin120sinsintIitIitIimWmVmU工作原理wt=0°判断电流方向wt=90°120sin120sinsintIitIitIimWmVmU120sin120sin0sinmWmVmUIiIiIi210sin30sin90sinmWmVmUIiIiIi0工作原理=00000三相异步电动机旋转磁场的转速为同步转速同步转速在旋转磁场的磁极对数（磁极数均为双数）磁极对数概念理解1np工作原理同步转速的大小取决于旋转磁场的磁极对数和交流电流的频率同步转速求解常见的同步转速同步转速pfn1160n1——同步转速f1——三相交流电源频率，在我国(f1=50Hz)p——磁极对数，磁极数为2p工作原理p）（min/1rn123456300015001000750600500磁极对数同步转速在一个周期内，三相交流电流达到最大值的顺序叫相序。旋转磁场的方向相序工作原理UiViWiUiWiVimIt旋转方向：取决于三相定子绕组中流入的三相交流电流的相序。改变电机的旋转方向：换接其中两相。tmImI正反转方法：和电源相接的任意两相互换，就可实现反转。旋转磁场的方向工作原理正反转方法：和电源相接的任意两相互换，就可实现反转。旋转磁场的方向正转反转ABCM3~电源ABCM3~电源反转即旋转磁场方向与交流电源方向不一致正转即旋转磁场方向与交流电源方向一致工作原理转差率02PART转差率概述转子转速n与同步转速关系n1转子转速与同步转速方向一致，但转子转速n不可能达到与旋转磁场的转速相等。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别。1nn即，所以感应电机又被称为异步电机转差率转差率定义与计算01转差率旋转磁场转速n1与转子转速n之差与同步转速n1之比s)1(111snnnnnsn1——旋转磁场的同步转速n——电动机的转速s——转差率转差率转差率定义与计算03)1(111snnnnns三相异步电动机在额定状态下运行，电动机转速为额定转速nN，对应的转差率为额定转差率sN。sN一般为0.01~0.07，通常为0.05左右。)1(111NNNNsnnnnns转差率s是三相异步电动机的一个重要参数，在正常运行状态下，0s≤1。转差率额定状态下公式可写为：计算例题04例5-1当电源频率为50Hz时，三相异步电动机电动机的额定转速为1450r/min，求电动机的同步转速、磁极对数和额定转差率。转差率解答：1）因为电源频率f1=50Hz，所以同步转速只能是3000r/min、1500r/min或1000r/min。根据三相异步电动机转速要接近并且小于同步转速，由三相异步电动机的额定转速为1450r/min，可以得到同步转速只会是n1=1500r/min计算例题05例5-1当电源频率为50Hz时，三相异步电动机电动机的额定转速为1450r/min，求电动机的同步转速、磁极对数和额定转差率。转差率2）由公式得旋转磁场的磁极对数等于4极pfn11602150050606011nfp3）额定转差率033.015001450150011nnnsNN计算练习06练习1一台三相异步电动机fN=50Hz，nN=960r/min,该电动机的额定转差率是多少？转差率由已知可知min/r960NnNnn1并且04.01000960100011nnnsNN由公式可求得min/r10001n所以可得到计算练习07练习2有一台四极三相异步电动机，转差率sN=0.03,那么额定转速是多少？转差率由题可知2pmin/r1500250606011pfnmin/r1455451500)03.01(1500)1(1NNsnn机械特性03PART生活中的转矩机械特性扭矩，意思是使物体保持旋转的力。比如，当一个转动的轮胎在没有持续施加外力的情况下，会因为地球重力的影响而慢慢停止旋转。所以，我们需要一个用来维持这个轮子旋转的力，这个力，就是扭矩。电磁转矩是旋转磁场与转子电流相互作用产生的电磁转矩电磁转矩概念与公式22cosΦICTTTC——电动机转矩常数，与电动机结构有关Φ——旋转磁场主磁通2I——转子绕组中电流有效值2cos——转子绕组上功率因数机械特性机械特性曲线（转速与转矩的曲线）机械特性曲线电动机的转速与电磁转矩的关系机械特性机械特性1n同步转速Nn额定转速mn临界转速stT启动转矩mT最大转矩NT额定转矩机械特性曲线上a点是三相异步电动机理想的空载运行状态。机械特性曲线上的a点机械特性曲线上的b点出现在稳定运行区，是三相异步电动机稳定工作点。机械特性曲线上的b点机械特性曲线NNNnPT9550NT——三相异步电动机额定电磁转矩，N·mNP——三相异步电动机额定功率，kWNn——三相异步电动机额定转速，r/min机械特性机械特性曲线上的c点为三相异步电动机稳定运行区和不稳定运行区的临界点，也是出现最大电磁转矩Tm的点,该点转速对应的转差率Sm称为临界转差率。机械特性曲线上的c点机械特性曲线NTTm——过载系数mT——三相异步电动机最大电磁转矩NT——三相异步电动机额定电磁转矩机械特性机械特性曲线上d点是(Tst，0)点，该点出现在三相异步电动机接通电源启动瞬间，由于机械惯性，电动机转子的转速为零，产生的电磁转矩为启动转矩Tst。机械特性曲线上的d点机械特性曲线NTTKstmmK——启动转矩系数stT——三相异步电动机启动转矩NT——三相异步电动机额定电磁转矩机械特性计算例题某台三相异步电动机额定功率PN=11kW，额定转速nN=2930r/min，启动转矩倍数Km=2.0，求额定转矩TN，最大转矩Tm，启动转矩Tst。2.2机械特性由公式可知NNNnPT9550NTTmNTTKstm计算例题求电动机的额定转矩TN和最大转矩Tm。笼式三相异步电动机额定功率PN=30KW，额定转速nN=950r/min，过载系数2.2机械特性mN58.3019503095509550NNNnPTmN57.66358.3012.2mNTT由公式可知NNNnPT9550NTTm课堂小结04PART1掌握异步电动机的工作原理，熟悉旋转磁场的产生原理2掌握转差率的概念、计算公式以及方法3熟悉三相异步电动机的机械特性4掌握转矩的计算、过载系数与启动转矩系数的计算小结课堂小结THANKS