第六章三相异步电机的建模与特性分析引言旋转电机直流电机交流电机同步电机异步电机Ea=CenΦTem=CTΦIa6.1三相异步电机的基本运行原理本节从整体上定性的给出三相异步电机的基本运行原理，后边的章节将展开讨论6.1.1旋转磁场⎧三相对称绕组三相异步电机旋转磁场产生的条件⎨⎩通入三相对称电流结论：随着时间的推移，定子三相绕组所产生的合成磁场是大小不变、转速恒定的旋转磁场。当某相电流达最大，则定子合成磁场位于该相绕组的轴线上。对于两极电机，定子每相电流的最大值随时间变化一次，则相应的合成磁场就旋转一周。考虑到每相电流一秒内变化f1次，于是得两极电机旋转磁场的转速为：n1=60f1（转/分）;对于p对极电机，定子每相电流的最大值随时间变化一次，则相应的合成磁场将仍移动两个极距或1/p周（4极电机所产生的合成磁场情况如书上图6.3）。考虑到每相电流一秒内变化f1次，则相应的合成磁场一秒内将旋f1/p60f1转周，由此求得合成磁场的转速n1为=(r/min)定义：p合成旋转磁场的转速又称为同步速。对于工频为50Hz的供电电源两极电机的同步速为：n1=3000r/min四极电机的同步速为：n1=1500r/min六极电机的同步速为：n1=1000r/min······结论：三相对称绕组通以三相对称电流将产生旋转磁场，旋转磁场的转速为同步速。6.1.2三相异步电动机的基本运行原理⎧旋转磁场（外因）⎨⎩转子是闭合的导体绕组（内因）右手定则左手定则感应电势产生电磁力可参考课件动画及视频djv4_1_1旋转磁场切割闭合导体产生电流（右手定则）带电导体切割磁力线产生力，即转矩（左手定则）转子转速永远也不可能达到同步速由于转子转速与同步速之间存在转速差异，异步电动机由此取名。又因为转子电流是靠定子侧旋转磁场感应产生的，异步电机又称为感应电动机。6.1.3三相异步电动机的转差率与三种运行状态转差率是反映异步电机运行状态的一个重要物理量定义：异步电机的同步速n1与转子转速n之间存在差异，这一差异即代表旋转磁场与转子的相对速度，又称为转差速度。通常将转差速度与同步速的比值定义为转差率，即：n−ns=1n1理想空载的转差率接近于零，随着机械负载的增加，转子转速下降，异步电动机的转差率增大。（后续课程将讲到）一般情况下异步电动机的转差率变化不大，空载转差率在0.5%以下，满载转差率在5%以下。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：0≤n<n1，相应的转差率：0<s≤1。此时，电磁转矩为驱动性的。定子输入电能⇒转子轴上输出机械能根据转差率的大小和正负，异步电机可分为三种运行状态：（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：n>n1，相应的转差率为：s<0。此时，电磁转矩为制动性的。原动机输入的机械能⇒电能输出根据转差率的大小和正负，异步电机可分为三种运行状态：（3）电磁制动状态在这种状态下，如果在外力拖动下，转子转速n<0，相应的转差率s>1。此时，电磁转矩为制动性的。定子输入电能+转子轴上输入机械能⇒电机内部损耗6.2三相异步电机的结构与铭牌数据6.2.1三相异步电动机的结构可参考课件视频djv5_1_11定子Š定子铁心：0.5mm厚且涂有绝缘漆硅钢片（P18）Š定子绕组：单层、双层（6.3节展开讲）Š机座：封闭式、防护式2转子Š转子铁心：0.5mm厚且涂有绝缘漆硅钢片（P18）Š转子绕组：鼠笼式、绕线式3气隙与直流电机相比，异步电机的气隙较小。中小型异步电机的气隙一般为0.2‾2mm。气隙的大小直接影响电动机的激磁电流和功率因数。气隙小→磁阻小→产生同样旋转磁场的励磁电流小→功率因素高lF=Ni=Φ=ΦR(1−17)P13μSm可参考课件视频djv5_1_16.2.2三相异步电动机的额定数据•额定功率PN：额定运行状态下机械轴上的输出功率；U•额定电压N：额定运行状态下定子绕组的线电压；•额定电流IN：额定运行状态下定子绕组的线电流；•额定转速nN：额定运行状态下的转速；•额定效率ηN：•额定功率因数cosϕN：f•额定频率N：我国规定工频为50Hz。对绕线式异步电动机，铭牌上还注明转子的额定电压U2N与转子额定电流I2N的数据。对于三相异步电动机，额定数据之间存在如下关系：PN=3UNφINφcosϕNηN=3UNINcosϕNηN电动机中