第二章-第一节：三相异步电动机的工作原理 （课件）-《电机与电气控制技术》同步教学（ 高等教育出版社）

第一节：三相异步电动机的工作原理 第二章 三相异步电动机 目 录 仪用互感器 旋转磁场 01 三相异步电动机旋转原理 02 三相异步电动机三种运行状态 03 目录 Content 电机简介 电机是一种用来将电能与机械能相互转换的电磁装置。其运行原理基于电磁感应定律。电机的种类与规格很多，按其电流类型分类，可分为直流电机和交流电机两大类。按其功能的不同，交流电机可分为交流发电机和交流电动机两大类。交流电动机则是指由交流电源供电将交流电能转变为机械能的装置。根据电动机转速的变化情况，可分为同步电动机和异步电动机两类。同步电动机是指电动机的转速始终保持与交流电源的频率同步，不随所拖动的负载变化而变化的电动机，它主要用于功率较大转速不要求调节的生产机械，如大型水泵、空气压缩机、矿井通风机等。 而交流异步电动机是指由交流电源供电、电动机的转速随负载变化而稍有变化的旋转电机，这是目前使用最多的一类电动机。按供电电源的不同，异步电动机又可分为三相异步电动机和单相异步电动机两大类。三相异步电动机由三相交流电源供电，由于其结构简单、价格低廉、坚固耐用、使用维护方便，因此在工农业及其他领域中都获得了广泛的应用。据我国及世界上一些发达国家的统计表明，在整个电能消耗中，电动机的耗能占总用电量的60%～70%。 而在整个电动机的耗能中，三相异步电动机又居首位。单相异步电动机取用单相交流电源，电动机功率一般都比较小，主要用于家庭、办公场所等只有单相交流电源的场所，用于电风扇、空调、电冰箱、洗衣机等电器设备中。 随着科学技术的飞速发展，特别是自动控制系统和计算装置的不断进步，在普通旋转电机的基础上又产生了多种具有特殊性能的电机，它们主要作为信号元件来使用，也可作为功率元件来使用，如测速发电机、自整角机、旋转变压器、伺服电动机、步进电动机、直线电动机、无刷直流电动机、微型同步电动机等。 电机简介 测速发电机 自整角机 旋转变压器 伺服电动机 一、旋转磁场 1.旋转磁场的产生 图2-1所示为异步电动机原理示意图，在一个可旋转的马蹄形磁铁中间，放置一只可以自由转动的笼型短路线圈。 当转动马蹄形磁铁时，笼型短路线圈就会跟着一起旋转。这是因为当磁场旋转时，其磁感线(磁通)将切割笼型转子的导体，在导体中就会有感应电动势产生，由于导体是连通的，因此该电动势就产生电流在导体中流通，方向如图2-2中小圆圈内所示，该电流在磁场中将受电磁力的作用，产生转矩，驱动笼型转子随磁场的旋转方向而转动，这就是异步电动机的旋转原理。 一、旋转磁场 1.旋转磁场的产生 实际使用的异步电动机其旋转磁场不可能靠转动永久磁铁来产生，因为电动机的职能是将电能转换成机械能。下面先分析旋转磁场产生的条件，再分析三相异步电动机的旋转原理。 图2-3所示为三相异步电动机定子结构图。在电动机机座内压装有定子铁心，定子铁心由冲有均匀分布铁心槽的硅钢片叠成。在定子空间各相差120°电角度的铁心槽中布置有三相绕组U1U2、V1V2、W1W2,三相绕组接成星形联结。 1．旋转磁场的产生 一、旋转磁场 现向定子三相绕组中分别通入三相交流电iu、iv、iw,如图2-4所示。各相电流将在定子绕组中分别产生相应的磁场，如图2-5所示。 (1)在wt=0的瞬间 iu=0,故U1U2绕组中无电流；iv为负，假定电流从绕组末端V2流入，从首端V1流出；iw为正，则电流从绕组首端W1流人，从末端W2流出。绕组中电流产生的合成磁场如图2-5(1)所示。 (2)在wt=瞬间 iu为正，电流从首端U1流入、末端U2流出；iv为负，电流仍从末端V2流入，首端V1流出；iw为负，电流从末端W2流入、首端W1流出。绕组中电流产生的合成磁场如图2-5(2)所示，可见合成磁场顺时针转过了90°。 1．旋转磁场的产生 一、旋转磁场 (3)在wt=π、π、2π的不同瞬间 三相交流电在三相定子绕组中产生的合成磁场，可得到如图2-5(3)、(4)、(5)所示的变化，观察这些图中合成磁场的分布规律可见；合成磁场的方向按顺时针方向旋转，并旋转了一周。 由此可以得出如下结论：在三相异步电动机定子铁心中布置结构完全相同、在空间各相类120°电角度的三相定子绕组，分别向三相定子绕组通入三相交流电，则在定子、转子与空气隙中产生一个沿定子内圆旋转的磁场，该磁场称为旋转磁场。 1．旋转磁场的产生 结论：在三相异步电动机定子上布置结构完全相同在空间各相差120度电角度（电角度θe=Pθm（P为极对数，θm为物理角度））的三相定子绕组，当分别向三相定子绕组通入三相交流电时，则在定子、转子与空气隙中产一个沿定子内圆旋转的磁场，该磁场称为旋转磁场。 一、旋转磁场 一、旋转磁场 当通入三相绕组中电流的相序为iU→iv→iw，旋转磁场在空