专题二十一 三相异步电动机的工作原理（教案）-河北省对口升学《电机与变压器》（第5版）(高教社）专题复习讲练测

专题二十一 三相异步电动机的工作原理（教案）-河北省对口升学《电机与变压器》（第5版）(高教社）专题复习讲练测

一、考纲解读

1.要求学生理解旋转磁场的产生机制，明确其与三相绕组、三相对称电流的关系，这是理解电机工作的基础。

2.需熟记同步转速计算公式，能根据磁极对数（如2极、4极）和工频（50Hz）准确计算转速，解决实际选型中的基础参数问题。

3.要明确异步电动机“异步”的含义（转子转速低于同步转速），掌握转差率的概念及作用，理解电磁感应、电磁力与电机旋转的内在逻辑。

4.能根据具体设备或场景，判断其中三相异步电动机的工作原理，并简要分析选择的原因。

二、知识点梳理

一、异步电动机的基本工作原理

为了说明异步电动机的基本工作原理,先做一个简单的实验。如图 4-6所示,一个装有手柄的马蹄形磁铁,在它的两极间放着一个可以自由转动的,由许多铜条组成的导体。

铜条两端分别用金属环短接,与笼型相似,称为笼型转子,磁铁和转子之间没有机械联系,当用手摇手柄使马蹄形磁铁旋转时,笼型转子就会跟着它一起旋转。

根据法拉第电磁感应定律,当导体和磁场之间有相对运动时,即导体在磁场中做切割磁感线运动时,导体中就会产生感应电动势。

在图4-6中,当马蹄形磁铁沿顺时针方向旋转时(从右向左看),转子导体与磁场就有相对运动,相当于磁铁不动,转子逆时针方向转动,于是导体内产生感应电动势。由于导体(铜条)两端被金属短路环短接而形成闭合回路,因此在导体中就有感应电流通过。感应电动势和感应电流的方向可按右手螺旋定则判断,如图4-7所示。

当导体在S极范围内时,感应电动势和感应电流的方向由外向里进人纸内,用“⨂"表示。N 极范围内的导体,感应电动势和感应电流的方向由纸面向外指向读者,用“⨀”表示。运动方向瞬时间与磁感应线平行的两根导体无感应电动势和感应电流。

通电导体在磁场中会受到磁场对它的作用力称为电磁力,受力方向用左手定则判定。因此在图 4-6中S极范围内导体受力方向是向左的,而N极范围内导体的受力方向是向右的。这一对力形成顺时针方向的力矩,于是转子在这个力矩的作用下沿顺时针方向(即磁场旋转方向)旋转起来。

如果磁铁的旋转方向改变了,按着上述的方法同样可以确定转子的旋转方向也会随之发生改变。可见,转子的转向与磁铁旋转方向相同。

从上面的实验中知道,磁铁的旋转,实质是磁场在旋转,即旋转的磁场使转子导体中产生了感应电流,而载流导体又在磁场中受到电磁力的作用,使转子旋转。这就是异步电动机旋转的基本原理。因为转子导体中的电流是靠电磁感应产生的,所以这种电动机又称感应电动机。

二、三相异步电动机旋转磁场的产生

1.三相定子绕组的最简接线

图 4-8(a)所示为定子三相绕组分布示意图。三相绕组 在空间互差120°,成星形联结,即将三个绕组的尾端接在一起。图 4-8(b)所示为三相绕组星形联结。

通过绕组的三相交流电波形如图4-8(c)所示。相序为,且初相位为 0,即有

2.电流通过三相绕组产生旋转磁场的分析

电流通过三相绕组,绕组周围就产生磁场,这个磁场按一定规律分布在定子、转子铁心和气隙中,并绕着中心轴在空间不停地旋转,但定子绕组是静止不动的。定子绕组通过对称的三相电流,电流的大小、方向随时间做周期性的变化,为方便研究问题,提供一种分析问题的思维方法:就是对变化量的研究变成对在某一瞬间不变量的研究。

当的瞬间，表示绕组 U1-U2 中电流为零,此时无电流通过,则

为负值表示电流从 V2流人,从 V1流出,则

为正值表示电流从 W1流人,从 W2流出。将绕组的分布示意图画成剖面图,如图 4-9 所示用“⨀"表示电流流人纸面,用“⨂”表示电流流出纸面,再用右手螺旋定则判断电流产生的磁场,一并画于图中,可见磁场的方向指向。

三、三相异步电动机旋转磁场的转速