第四章交流电动机的工作原理及特性 4.1三相异步电动机的基本结构和工作原理 三相异步电动机的基本结构 三相异步电动机主要由定子和转子两个部分组成,定子是不动的部分,转子是旋转部分, 在定子和转子之间有一定的气隙。如图41所示 ( 1一轴承盘2一扇盖 3一接线盒4一散热筋 5一定子铁心6一定子绕组 7-转轴8一转子 9一风10—罩壳 11—轴承12一机座 图41三相异步电动机的结构 1.定子 定子由定子铁心、绕组以及机座组成 定子铁心是磁路的一部分,它由0.5mm的硅钢片叠压而成,片与片之间是绝缘的,以 减少涡流损耗。定子铁心的硅钢片的内圆冲有定子槽,槽中安放线圈,如图42所示。硅钢 片铁心在叠压后成为一个整体,固定于机座上。 定子绕组是电动机的电路部分。三相电动机的定子绕组分为三个部分对称地分布在定子 铁心上,称为三相绕组,分别用AX、BY、CZ表示,其中,A、B、C称为首端,而X、Y、 Z称为末端。三相绕组接入三相交流电源,三相绕组中的电流是定子铁心中产生旋转磁场 机座主要用于固定与支撑定子铁心。中小型异步电动机一般采用铸铁机座。根据不同的 冷却方式采用不同的机座型式。 2.转子:转子由铁心与绕组组成。 转子铁心也是电动机磁路的一部分,由硅钢片叠压而成。转子铁心装在转轴上。硅钢片 冲片如图42所示。 异步电动机转子绕组多采用鼠笼式和线绕式两种形式。因此异步电动机按绕组形式的不 同分为鼠笼式异步电动机和线绕式异步电动机两种。线绕式和鼠笼式两种电动机的转子构造 虽然不同,但工作原理是一致的。转子的作用是产生转子电流,即产生电磁转矩
第四章 交流电动机的工作原理及特性 4．1 三相异步电动机的基本结构和工作原理 一、 三相异步电动机的基本结构 三相异步电动机主要由定子和转子两个部分组成，定子是不动的部分，转子是旋转部分， 在定子和转子之间有一定的气隙。如图 4.1 所示。 图 4.1 三相异步电动机的结构 1． 定子 定子由定子铁心、绕组以及机座组成。 定子铁心是磁路的一部分，它由 0.5mm 的硅钢片叠压而成，片与片之间是绝缘的，以 减少涡流损耗。定子铁心的硅钢片的内圆冲有定子槽，槽中安放线圈，如图 4.2 所示。硅钢 片铁心在叠压后成为一个整体，固定于机座上。 定子绕组是电动机的电路部分。三相电动机的定子绕组分为三个部分对称地分布在定子 铁心上，称为三相绕组，分别用 AX、BY、CZ 表示，其中，A、B、C 称为首端，而 X、Y、 Z 称为末端。三相绕组接入三相交流电源，三相绕组中的电流是定子铁心中产生旋转磁场。 机座主要用于固定与支撑定子铁心。中小型异步电动机一般采用铸铁机座。根据不同的 冷却方式采用不同的机座型式。 2． 转子：转子由铁心与绕组组成。 转子铁心也是电动机磁路的一部分，由硅钢片叠压而成。转子铁心装在转轴上。硅钢片 冲片如图 4.2 所示。 异步电动机转子绕组多采用鼠笼式和线绕式两种形式。因此异步电动机按绕组形式的不 同分为鼠笼式异步电动机和线绕式异步电动机两种。线绕式和鼠笼式两种电动机的转子构造 虽然不同，但工作原理是一致的。转子的作用是产生转子电流，即产生电磁转矩
1一定了铁心 2-定了绕组 3-转了铁心 4-转了绕组 图42定子和转子的钢片 1一定子铁心2一定子绕组 2一转子铁心4一转子绕组 鼠笼式异步电动机转子绕组是在转子铁心槽里插入铜条,再将全部铜条两端焊在两个铜 端环上而组成,如图4.3(a)所示,小型鼠笼式转子绕组多用铝离心浇铸而成,如图44 所示。这不仅是以铝代铜,而且制造也快。 0) (a)鼠笼式绕组(b)转子外形 图43鼠笼式转子 铝条 转了铁心 1一转子铁心2一风扇3-铸铝条 图44铝铸的鼠笼式转子 线绕式异步电动机转子绕组是由线圈组成绕组放入转子铁心槽内,并分为三相对称绕 组,与定子产生的磁极数相同。线绕式转子通过轴上的滑环和电刷在转子回路中接入外加电 阻,用以改善启动性能与调节转速,如图45所示
图 4.2 定子和转子的钢片 １－定子铁心 ２－定子绕组 ２－转子铁心 ４－转子绕组 鼠笼式异步电动机转子绕组是在转子铁心槽里插入铜条，再将全部铜条两端焊在两个铜 端环上而组成，如图 4.3（ａ）所示，小型鼠笼式转子绕组多用铝离心浇铸而成，如图 4.4 所示。这不仅是以铝代铜，而且制造也快。 （ａ）鼠笼式绕组 （ｂ）转子外形 图 4.3 鼠笼式转子 １－转子铁心 ２－风扇 ３－铸铝条 图 4.4 铝铸的鼠笼式转子 线绕式异步电动机转子绕组是由线圈组成绕组放入转子铁心槽内，并分为三相对称绕 组，与定子产生的磁极数相同。线绕式转子通过轴上的滑环和电刷在转子回路中接入外加电 阻，用以改善启动性能与调节转速，如图 4.5 所示
转了绕组 变阻器 < 1一转子绕组2一滑环3一轴4一电刷5一变阻器 图45线绕式转子绕组与外加变阻器的连接 、三相异步电动机的工作原理 1.定子旋转磁场 为了简便起见,假设每相绕组只有一个线匝,分别嵌放在定子内圆周的6个凹槽之中 现将三相绕组的末端Ⅹ、Y、Z相连,首端A、B、C接三相交流电源。且三相绕组分别叫 做A、B、C相绕组。如图46所示。 A B B C (a)嵌放情况 (b)连接接线图 图46定子三相绕组 假定定子绕组中电流的正方向规定为从首端流向末端,且A相绕组的电流i作为参考 正弦量,即i的初相位为零,则三相绕组A、B、C的电流(相序为A-B-C)的瞬时值为 iA =Im sin of
１－转子绕组 ２－滑环 ３－轴 ４－电刷 ５－变阻器 图 4.5 线绕式转子绕组与外加变阻器的连接 二、三相异步电动机的工作原理 1．定子旋转磁场 为了简便起见，假设每相绕组只有一个线匝，分别嵌放在定子内圆周的 6 个凹槽之中。 现将三相绕组的末端 X、Y、Z 相连，首端 A、B、C 接三相交流电源。且三相绕组分别叫 做 A、B、C 相绕组。如图 4.6 所示。 （a）嵌放情况 （b）连接接线图 图 4.6 定子三相绕组 假定定子绕组中电流的正方向规定为从首端流向末端，且 A 相绕组的电流iA 作为参考 正弦量，即iA 的初相位为零，则三相绕组 A、B、C 的电流（相序为 A—B—C）的瞬时值为： iA = I m sinωt
iB=/m sin(ot ic =lm sin(of--) 图47所示是这些电流随时间变化的曲线。 7/2 T/6 T/6 图47三相电流的波形图 下面分析不同时间的合成磁场。 ).【=0时: i为负,电流实际方向与正方向相反,即电流从Y端流到B端: 为正,电流实际方向与正方向一致,即电流从C端流到Z端。 按右手螺旋法则确定三相电流产生的合成磁场,如图48(a)箭头所示。 (a)t=0 (b)t=T/6 c)t=T75 (d)t=T7/2 图48两极旋转磁场 2)t=时 iA为正,电流从A端流到ⅹ端; l为负,电流从Y端流到B端; 此时的合成磁场如图48(b)所示,合成磁场已从t=0瞬间所在位置顺时针方向旋转
) 3 2 m sin( B π i = I ωt − ) 3 4 m sin( C π i = I ωt − 图 4.7 所示是这些电流随时间变化的曲线。 图 4.7 三相电流的波形图 下面分析不同时间的合成磁场。 1). t = 0时： iA = 0 ； Bi 为负，电流实际方向与正方向相反，即电流从 Y 端流到 B 端； Ci 为正，电流实际方向与正方向一致，即电流从 C 端流到 Z 端。 按右手螺旋法则确定三相电流产生的合成磁场，如图 4.8（a）箭头所示。 图 4.8 两极旋转磁场 2). 6 T t = 时： iA 为正，电流从 A 端流到 X 端； Bi 为负，电流从 Y 端流到 B 端； iC = 0 。 此时的合成磁场如图 4.8（b）所示，合成磁场已从t = 0瞬间所在位置顺时针方向旋转
了丌/3。 3)t=时 iA为正,电流从A端流到X端; ic为负,电流从Z端流到A端。 此时的合成磁场如图48(c)所示,合成磁场已从t=0瞬间所在位置顺时针方向旋转了 为正,电流从B端流到Y端; ic为负,电流从Z端流到A端。 此时的合成磁场如图48(d)所示。合成磁场从t=0瞬间所在位置顺时针方向旋转了x。 按以上分析可以证明:当三相电流随时间不断变化时,合成磁场也在不断旋转,故称旋 转磁场 2.旋转磁场的旋转方向 从图46和图4.7可见,A相绕组内的电流超前B相绕组内的电流2x/3,而B相绕组 内的电流又超前C相绕组内的电流2π/3,同时图48中所示旋转磁场的旋转方向为从A→B C,即向顺时针方向旋转。 如果将定子绕组接至电源的三根导线中的任意两根线对调,例如,将B,C两根线对调, 使B相与C相绕组中电流的相位对调,如图49所示,此时A相绕组内的电流超前C相绕 组内的电流2丌/3,而C相绕组内的电流又超前B相绕组内的电流2x/3,用上述同样的分 析方法可知,此时旋转磁场的旋转方向将变为A→C→B,即向逆时针方向旋转,如图4.10 所示,即与未对调前的旋转方向相
了π / 3 。 3). 3 T t = 时： iA 为正，电流从 A 端流到 X 端； iB = 0 ； Ci 为负，电流从 Z 端流到 A 端。 此时的合成磁场如图 4.8(c)所示，合成磁场已从t = 0 瞬间所在位置顺时针方向旋转了 2π / 3 。 4). 2 T t = ： iA = 0 ； Bi 为正，电流从 B 端流到 Y 端； Ci 为负，电流从 Z 端流到 A 端。 此时的合成磁场如图 4.8(d)所示。合成磁场从t = 0 瞬间所在位置顺时针方向旋转了π 。 按以上分析可以证明：当三相电流随时间不断变化时，合成磁场也在不断旋转，故称旋 转磁场。 2．旋转磁场的旋转方向 从图 4.6 和图 4.7 可见，A 相绕组内的电流超前 B 相绕组内的电流 2π / 3 ，而 B 相绕组 内的电流又超前 C 相绕组内的电流 2π / 3 ，同时图 4.8 中所示旋转磁场的旋转方向为从 A→B →C，即向顺时针方向旋转。 如果将定子绕组接至电源的三根导线中的任意两根线对调，例如，将 B，C 两根线对调， 使 B 相与 C 相绕组中电流的相位对调，如图 4.9 所示，此时 A 相绕组内的电流超前 C 相绕 组内的电流 2π / 3 ，而 C 相绕组内的电流又超前 B 相绕组内的电流 2π / 3 ，用上述同样的分 析方法可知，此时旋转磁场的旋转方向将变为 A→C→B，即向逆时针方向旋转，如图 4.10 所示，即与未对调前的旋转方向相反