2022-2023学年高二物理竞赛课件：三相异步电动机的基本原理

三相异步电动机的基本原理 三相异步电动机的基本原理 交流电机有两大类：异步电机和同步电机。同步电机的转速与交流电源频率之间存在严格的对应关系。异步电机则不然。异步电动机定子接上交流电源后，形成旋转磁场，依靠电磁感应作用，使转子绕组感生电流，产生电磁转矩，实现机电能量转换。 异步电动机的特点： 优点：结构简单、制造方便、运行可靠、价格低廉、重量轻。 缺点：不能经济地实现范围较广的平滑调速、从电网吸取励磁电流，破坏电网功率因数。 三相异步电动机的工作原理及结构 一、三相异步电动机的工作原理与运行状态 1、旋转磁场的产生 旋转磁场—— 一种极性和大小不变，并且以一定转速旋转的磁场。 A-X、B-Y、C-Z三个线圈在空间上彼此互隔120°分布在定子铁心内圆的圆周上，构成了对称三相绕组。 B相从A相后移120°、C相从B相后移120°、A相从C相后移120° 当三相对称绕组接上三相对称电源，就产生旋转磁场。 规定：电流从末端流入首端流出为正，否则为负。 随着时间的推移，定子三相绕组所产生的的合成磁场是大小不变、转速恒定的磁场。当某相电流达到最大，则合成磁场位于该绕组的轴线上。 对于两极电机而言，每相电流最大值随时间变化一次，即经过一个周期，合成磁场即旋转一周。每相电流每秒变化f1次，合成磁场一秒内转过f1周，即磁场转速为 编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 式中，ns为同步转速 p为极对数； f1为交流电源的频率。 对于p对极电机而言，每相电流最大值随时间变化一次，即经过一个周期，合成磁场仍移动两个极距，即旋转1/p周。每相电流每秒变化f1次，合成磁场一秒内转过f1/p周，即磁场转速为 2、三相异步电动机的工作原理 三相异步电动机圆柱形的转子铁心上，嵌有均匀分布的导条，导条两端分别用铜环将它们连接成一个整体。 三相异步电动机的定子铁心上嵌有三相对称绕组，接通三相对称电源后，在定子、转子之间的气隙内产生了以同步转速旋转的旋转磁场。 转子导条被这种旋转磁场切割，在导条内产生感应电动势，导条与两端的铜环连接成一个整体，故在导条中产生同向的感生电流，磁场对导条产生电磁力，形成电磁转矩，于是转子就跟着旋转磁场旋转。 转差ns-n的存在是异步电动机运行的必要条件。我们将转差表示为同步转速的百分值，称为转差率，用s表示。 ——同步转速 ——转子异步转速 3、三相异步电动机的转速与运行状态 异步电动机的工作原理决定了它的转速一般低于同步转速。如果异步电动机的转子转速达到同步转速，则旋转磁场与转子导条之间不再有相对运动，因而不可能在导条内感应产生电动势，也不会产生电磁转矩来拖动机械负载。 [例4-1] 有一台50Hz的三相异步电动机运行，空载转差率为0.267%，额定转速为 求该电动机的极对数、同步转速、空载转速以及额定负载时的转差率。 解 额定转差率 同步转速 考虑本题的额定转速 极对数 空载转速 根据转差率的大小和正负，异步电机可分为三种运行状态： （1）电动机运行状态 在这种状态下，转速： ，相应的转差率： 。根据右手定则和左手定则分别获得转子绕组所感应的电势（或电流）以及电磁转矩的方向，如图b 所示。此时，电磁转矩为驱动性的。 （2）发电机运行状态 在这种状态下，由原动机拖动异步电机运行，转速为： ，相应的转差率为： 。根据右手定则和左手定则分别获得转子绕组所感应的电势（或电流）以及电磁转矩的方向如图c所示。此时，电磁转矩为制动性的。 （3）电磁制动状态 在这种状态下，如果在外力拖动下，若转子转速 ，相应的转差率 。根据右手定则和左手定则分别获得转子绕组所感应的电势（或电流）以及电磁转矩的方向如图a所示。此时，电磁转矩为制动性的。 $