【三相异步电机】

三相异步电机相关知识

电机构造

基本组成部分
定子+转子+辅助构造
定子绕组连接方式

基本分类（根据转子绕线方式鼠笼式+绕组式）
转子铁心是圆柱状，用硅钢片叠加而成，表面冲槽
三相异步电机分类
笼式电机：结构简单，制造方便，经济耐用
绕线式：转子结构复杂，价格贵，但转子回路可引入外加电阻来改善起动和调速性能

转动原理

1.旋转磁场的产生
对电机的定子绕组通一对称的三相交流电，设定电机定子绕组为星形连接
三相交流电波形
i1=sin ωt
i2=sin( ωt -120°)
i3=sin( ωt +120°)
取定子绕组始端到末端为电流的参考方向
在ωt=0°时，i1=0，无电流；i2电流方向为负（从V2流向V1）；i3电流方向为正（从W1流向W2）,据右手定则，合成磁场沿中轴线向下
在ωt=60°时，i3=0，无电流；i2电流方向为负（从V2流向V1）；i1电流方向为正（从U1流向U2），据右手定则，合成磁场沿顺时针旋转60°
在ωt=90°时，i1电流方向为正（从U1流向U2）；i2电流方向为负（从V2流向V1）；i3电流方向为负（从W2流向W1），据右手定则，合成磁场沿顺时针增加旋转30°
旋转磁场的产生
即随着三相交流电每相的相位的变化，在定子处产生旋转磁场从而对于转子形成相对位移，切割磁感线，形成感应电动势E=BLV*sinΘ，进而形成电流，由左手定则转子随旋转磁场的相同方向进行转动。
2.注意：如果对调任意三相电中的两相，可实现电动机的反方向旋转，原理如下。
对调相位
3.旋转磁场的极数
三相异步电机的极数就是旋转磁场的极数。旋转磁场的极数与定子绕组有关。如定子绕组按照下图排布，各相绕组之间相差60°的空间角，因此产生的旋转磁场具有两对极。
两对极图片
根据上述分析，电流每变化一个周期，相应的旋转磁场旋转一周，因此可得旋转磁场n0的转速公式即:
n0=60f/P(f为交流电频率，P为极对数，同时n0又称为同步转速）
转差率：s=n0-n/n0

转矩与机械特性

1.电磁转矩
异步电机的转矩T是由旋转磁场的每极磁通ф与转子电流I2相互作用而成（F=BIL*sinθ）。由于转子电路是感性的，因此感应电流I2滞后感应电动势φ2角。
T=Pφ/Ω0=60Pφ/2Πn0
电磁转矩和和电磁功率Pφ成正比
T=KфI2cosφ2
机械特性曲线如下：

额定转矩（TN）：在等速转动时，电动机的转矩T必须与阻转矩T相平衡，即T=TC。
阻转矩主要是机械负载转矩T2，T2=60P2/2Πn,其中P2是电动机轴上输出的机械功率，从而T=9500P2/n
最大转矩（Tmax）：当负载转矩超过最大转矩时，电动机即发生堵转，电动机电流马上升至六七倍，导致电机严重过热，以至于烧坏。另一方面，电动机的最大过载可以接近最大转矩。若过载时间过短是可以容许的，因此电机的最大转矩也表示短时最大容许过载能力。电动机的额定转矩TN比Tmax小，两者之比称为过载系数λ，λ=TN / Tmax

电机的起动

在电机的启动初始瞬间，n=0,s=1.从起动时的电机的电流和转矩两方面分析。
起动瞬间，起动电流Ist。在起动瞬间由于旋转磁场相对于静止的转子相对速度很大，磁通切割转子导条速度很快，此时，转子绕组中感应出的电动势和产生的转子电流都很大，一般中小型笼型电动机的定子起动电流与额定电流之比大约为5-7。
电机不是频繁起动时，起动电流对电机影响不大。当起动频繁时，由于热量的积累会导致电机过热。在实际操作中，应使避免电机的频繁起动。
注意：电动机过大的起动电流在短时间内会在线路上造成较大的电压降，致使负载端电压降低，影响邻近负载工作。
起动转矩Tst。在刚起动时，虽然转子电流较大，但是转子的功率因数cosΨ很低，起动转矩不大，与额定转矩比值约为1.0-2.3。
起动方式
直接起动：利用闸刀开关或接触器将电动机直接接到额定电压电源上，弊端上述。
降压起动：Star-Delta降压起动
降压起动电路图

电机的调速

电机转速公式：n=(1-s)n0=(1-s)*60f/P
实现电机调速：改变频率f；改变磁极对数P;转差率S。前两者多用于笼式电机，后者多用与绕线式
变频调速
变频器简单
分为恒转矩调速和恒功率调速
变极调速
由公式n0=60f/P。根据公式若减小磁极对数，可将转速提高一倍。此种方式属于有级调速。

变转差率调速
只要在绕线式电动机转子电路中接入一个调速电阻，改变电阻大小。可以得到平滑调速。

电机的制动

为缩短辅助工时，提高机械生产率，并为安全起见，需要要求电动机迅速停车和反转，需要对电机进行制动。
1.能耗制动
在切断三相电源的同时，接入直流电源，此时形成固定不动的磁场。转子由于惯性仍在原来的运转方向运行，形成与旋转方向相反的力，从而达到制动效果。
优点：制动能量消耗小，制动平稳
缺点：需要直流电源

2.反接制动
在电动机停车时，可将接到电源中的三根导线中的任意两相对调位置，使旋转磁场反转。而转子由于惯性仍在原方向转动，此时的转动方向和转矩方向相反，从而达到制动效果。
由于反接制动时旋转磁场与转子的相对转速很大，因而产生的电流也很大。为限制电流，对功率较大的电动机制动时，必须在定子电路或转子电路中接入电阻。
优点：制动简单，效果好
缺点：能量消耗大
中型车床和铣床主轴的制动
反接制动
3.发电反馈制动
当转子转速n大于旋转磁场转速n时，此时转子转矩也是制动的。
当起重机快速放下重物时，此时n>n0,重物受到制动从而等速下降。此时电动机发电状态运行，将重物的势能转为电能反馈到电网，称为发电反馈制动。
当多速电动机从高速调到低俗的过程中，也发生这种制动。因为刚将磁极对数P加倍时，磁场转速立即减半，由于惯性转子转速只能逐渐下降，从而出现n>n0。

电机铭牌上的功率是指在额定运行时轴上输出的机械功率值。输入功率=输出功率
输入功率-输出功率=发电机本身损耗功率
效率（ŋ）=输出功率/输入功率
功率因数（λ）=有功功率/视在功率

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