三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理及特性市公開課一等獎(jiǎng)省賽課獲獎(jiǎng)?wù)n件

第一章機(jī)電傳動(dòng)斷續(xù)控制

學(xué)習(xí)任務(wù)?了解三相異步電動(dòng)機(jī)基本結(jié)構(gòu)及工作原理；?掌握三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩特征和機(jī)械特征；?掌握三相異步電動(dòng)機(jī)連接方法和額定參數(shù)；?掌握三相異步電動(dòng)機(jī)開啟、調(diào)速和制動(dòng)等各種特征；?掌握實(shí)現(xiàn)三相異步電動(dòng)機(jī)開啟、調(diào)速和制動(dòng)各種方法及它們使用場所。

1.1三相異步電機(jī)三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理及特性第1頁1.1.1三相異步電動(dòng)機(jī)基本結(jié)構(gòu)和工作原理一、三相異步電動(dòng)機(jī)基本結(jié)構(gòu)

三相異步電動(dòng)機(jī)主要由定子和轉(zhuǎn)子兩個(gè)部分組成，定子是不動(dòng)部分，轉(zhuǎn)子是旋轉(zhuǎn)部分，在定子和轉(zhuǎn)子之間有一定氣隙。如圖所表示。三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理及特性第2頁1.定子

定子由定子鐵心、繞組以及機(jī)座組成。定子鐵心是磁路一部分，它由0.5mm硅鋼片疊壓而成，片與片之間是絕緣，以降低渦流損耗。定子鐵心硅鋼片內(nèi)圓沖有定子槽，槽中安放線圈（繞組），如圖所表示。硅鋼片鐵心在疊壓后成為一個(gè)整體，固定于機(jī)座上。三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理及特性第3頁定子繞組是電動(dòng)機(jī)電路部分。三相電動(dòng)機(jī)定子繞組分為三個(gè)部分對稱(互成120度)地分布在定子鐵心上，稱為三相繞組，分別用AX、BY、CZ表示，其中，A、B、C稱為首端，而X、Y、Z稱為末端。

機(jī)座主要用于固定與支撐定子鐵心。中小型異步電動(dòng)機(jī)普通采取鑄鐵機(jī)座。依據(jù)不一樣冷卻方式采取不一樣機(jī)座型式。三相繞組接入三相交流電源，三相繞組中電流在定子鐵心中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理及特性第4頁2.轉(zhuǎn)子

轉(zhuǎn)子鐵心也是電動(dòng)機(jī)磁路一部分，由硅鋼片疊壓而成。轉(zhuǎn)子鐵心裝在轉(zhuǎn)軸上。硅鋼片沖片如圖所表示。轉(zhuǎn)子由鐵心與繞組組成。

線繞式和鼠籠式兩種電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)即使不一樣，但工作原理是一致。轉(zhuǎn)子作用是產(chǎn)生轉(zhuǎn)子電流，即產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理及特性第5頁

鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組是在轉(zhuǎn)子鐵心槽里插入銅條，再將全部銅條兩端焊在兩個(gè)銅端環(huán)上而組成，如圖所表示。

線繞式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組是由線圈繞組放入轉(zhuǎn)子鐵心槽內(nèi)，并分為三相對稱繞組，與定子產(chǎn)生磁極數(shù)相同。線繞式轉(zhuǎn)子經(jīng)過軸上滑環(huán)和電刷在轉(zhuǎn)子回路中接入外加電阻，用以改進(jìn)開啟性能與調(diào)整轉(zhuǎn)速，鼠籠式繞線式三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理及特性第6頁二、三相異步電動(dòng)機(jī)工作原理1．定子旋轉(zhuǎn)磁場假設(shè)每相繞組只有一個(gè)線匝，分別嵌放在定子內(nèi)圓周6個(gè)凹槽之中?，F(xiàn)將三相繞組末端X、Y、Z相連，首端A、B、C接三相交流電源。且三相繞組分別叫做A、B、C相繞組。如圖所表示。三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理及特性第7頁假定定子繞組中電流正方向要求為從首端流向末端，且A相繞組電流作為參考正弦量，即iA初相位為零，則三相繞組A、B、C電流（相序?yàn)锳—B—C）瞬時(shí)值為：如圖所表示是這些電流隨時(shí)間改變曲線。三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理及特性第8頁iB為負(fù)，電流實(shí)際方向與正方向相反，即電流從Y端流到B端；iC為正，電流實(shí)際方向與正方向一致，即電流從C端流到Z端。

按右手螺旋法則確定三相電流產(chǎn)生合成磁場，如圖（a）箭頭所表示。iA=0三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理及特性第9頁iB為負(fù)，電流實(shí)際方向與正方向相反，即電流從Y端流到B端；iA為正，電流實(shí)際方向與正方向一致，即電流從A端流到X端。此時(shí)合成磁場如圖（b）所表示，合成磁場已從t=0瞬間所在位置順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)了/3。iC=0三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理及特性第10頁iC為負(fù)，電流實(shí)際方向與正方向相反，即電流從Z端流到C端；iA為正，電流實(shí)際方向與正方向一致，即電流從A端流到X端。此時(shí)合成磁場如圖（c）所表示，合成磁場已從t=0瞬間所在位置順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)了2/3。iB=0三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理及特性第11頁iC為負(fù)，電流實(shí)際方向與正方向相反，即電流從Z端流到C端；iB為正，電流實(shí)際方向與正方向一致，即電流從B端流到Y(jié)端。此時(shí)合成磁場如圖（d）所表示，合成磁場已從t=0瞬間所在位置順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)了。三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理及特性第12頁按以上分析能夠證實(shí)：當(dāng)三相電流隨時(shí)間不停改變時(shí)，合成磁場也在不停旋轉(zhuǎn)，故稱旋轉(zhuǎn)磁場。2．旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)方向

A相繞組內(nèi)電流超前B相繞組內(nèi)電流2/3，而B相繞組內(nèi)電流又超前C相繞組內(nèi)電流2/3，當(dāng)三相交流電A→B→C，旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)方向?yàn)閺腁→B→C，即向順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理及特性第13頁假如將定子繞組接至電源三根導(dǎo)線中任意兩根線對調(diào)，比如，將B，C兩根線對調(diào)，使B相與C相繞組中電流相位對調(diào)，如圖所表示。三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理及特性第14頁此時(shí)A相繞組內(nèi)電流超前C相繞組內(nèi)電流2/3，而C相繞組內(nèi)電流又超前B相繞組內(nèi)電流2/3，用上述一樣分析方法可知，此時(shí)旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)方向?qū)⒆優(yōu)锳→C→B，即向逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，如圖所表示，即與未對調(diào)前旋轉(zhuǎn)方向相反。由此可見，要改變旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)方向，只要把定子繞組接到電源三根導(dǎo)線中任意兩根對調(diào)即可。三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理及特性第15頁3.旋轉(zhuǎn)磁場極數(shù)與旋轉(zhuǎn)速度在交流電動(dòng)機(jī)中，旋轉(zhuǎn)磁場相對定子旋轉(zhuǎn)速度被稱為同時(shí)速度，用n0表示。

以上討論旋轉(zhuǎn)磁場，含有一對磁極（磁極對數(shù)用p表示）即p=1。從上述分析能夠看出，電流改變經(jīng)過一個(gè)周期（改變360電角度），旋轉(zhuǎn)磁場在空間也旋轉(zhuǎn)了一轉(zhuǎn)（轉(zhuǎn)了360機(jī)械角度），若電流頻率為f，旋轉(zhuǎn)磁場每分鐘將旋轉(zhuǎn)60f轉(zhuǎn)，即：三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理及特性第16頁假如把定子鐵心槽數(shù)增加1倍（12個(gè)槽），制成如圖所表示三相繞組。其中，每相繞組由兩個(gè)部分串聯(lián)組成，再將這三相繞組接到對稱三相電源使經(jīng)過對稱三相電流，便產(chǎn)生含有兩對磁極(p=2)旋轉(zhuǎn)磁場。如圖所表示。三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理及特性第17頁從圖能夠看出，對應(yīng)于不一樣時(shí)刻，旋轉(zhuǎn)磁場在空間轉(zhuǎn)到不一樣位置，此情況下電流改變半個(gè)周期，旋轉(zhuǎn)磁場在空間只轉(zhuǎn)過了/2，即1/4轉(zhuǎn)，電流改變一個(gè)周期，旋轉(zhuǎn)磁場在空間只轉(zhuǎn)了1/2轉(zhuǎn)。由此可知，當(dāng)旋轉(zhuǎn)磁場含有兩對磁極（p=2）時(shí)，其旋轉(zhuǎn)速度僅為一對磁極時(shí)二分之一。依次類推，當(dāng)有p對磁極時(shí)，其轉(zhuǎn)速為：所以，旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)速度與電流頻率成正比而與磁級對數(shù)成反比。三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理及特性第18頁4．工作原理

三相異步電動(dòng)機(jī)工作原理是基于定子旋轉(zhuǎn)磁場和轉(zhuǎn)子電流相互作用。

假設(shè)定子只有一對磁極，轉(zhuǎn)子只有一匝繞組。在旋轉(zhuǎn)磁場作用下，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割磁力線（其方向與旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)方向相反），因而在導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢e從而產(chǎn)生感應(yīng)電流i。依據(jù)安培電磁力定律，轉(zhuǎn)子電流與旋轉(zhuǎn)磁場相互作用產(chǎn)生電磁力F（其方向用左手定則決定），這力在轉(zhuǎn)子軸上形成電磁轉(zhuǎn)矩，且轉(zhuǎn)矩作用方向與旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)方向相同，轉(zhuǎn)子受此轉(zhuǎn)矩作用，按旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)起來。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度稱為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，用n表示。三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理及特性第19頁5.轉(zhuǎn)差率

S由工作原理可知：轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n（電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速）恒比旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)速度n0（同時(shí)速度）要小。因?yàn)榧偃鐑煞N速度相等時(shí)，轉(zhuǎn)子和旋轉(zhuǎn)磁場沒有相對運(yùn)動(dòng)