交流電機(jī)的共同問題+異步電機(jī)(最終版)

1、第四章：交流電機(jī)的共同問題第四章：交流電機(jī)的共同問題 第第1節(jié)節(jié)：交流繞組的基本概念交流繞組的基本概念 第第2節(jié)：節(jié)：三相雙層繞組三相雙層繞組 第第3節(jié)：節(jié)：三相單層繞組三相單層繞組 第第4節(jié)：節(jié)：正弦磁場(chǎng)下交流繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)正弦磁場(chǎng)下交流繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 第第5節(jié)：節(jié)：感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)中的高次諧波及其削弱方法感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)中的高次諧波及其削弱方法 第第6節(jié)：節(jié)：正弦電流下單相繞組的磁動(dòng)勢(shì)正弦電流下單相繞組的磁動(dòng)勢(shì) 第第7節(jié)節(jié)：正弦電流下對(duì)稱三相繞組的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)正弦電流下對(duì)稱三相繞組的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì) 第八節(jié)第八節(jié)：非正弦電流下交流繞組的磁動(dòng)勢(shì)非正弦電流下交流繞組的磁動(dòng)勢(shì) 4-1交流繞組的基本要求交流繞組的

2、基本要求 交流繞組的基本要求：交流繞組的基本要求： （1）繞組產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)（磁動(dòng)勢(shì)）接近正弦波；）繞組產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)（磁動(dòng)勢(shì)）接近正弦波； （2）三相繞組的基波電動(dòng)勢(shì)（磁動(dòng)勢(shì)）必須對(duì)稱；）三相繞組的基波電動(dòng)勢(shì)（磁動(dòng)勢(shì)）必須對(duì)稱； （3）在導(dǎo)體數(shù)一定時(shí)能獲得較大的基波電動(dòng)勢(shì)（磁動(dòng)勢(shì)）；）在導(dǎo)體數(shù)一定時(shí)能獲得較大的基波電動(dòng)勢(shì)（磁動(dòng)勢(shì)）； 一、正弦分布的磁場(chǎng)在導(dǎo)體中感應(yīng)正弦波電動(dòng)勢(shì)一、正弦分布的磁場(chǎng)在導(dǎo)體中感應(yīng)正弦波電動(dòng)勢(shì) 在設(shè)計(jì)電機(jī)時(shí)保證勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)在氣隙中產(chǎn)生的磁場(chǎng)在空間按正 弦規(guī)律分布，則它在交流繞組中感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)就隨時(shí)間按正弦規(guī)律 變化。 tlvBe mc cos 二、用槽電動(dòng)勢(shì)星形圖分相以保證

3、三相感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)二、用槽電動(dòng)勢(shì)星形圖分相以保證三相感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 對(duì)稱對(duì)稱 當(dāng)正弦分布的磁場(chǎng)以轉(zhuǎn)速n1旋轉(zhuǎn)時(shí)，在定子圓周上每槽 導(dǎo)體中感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)都是正弦波，幅值相等，但在時(shí)間上相 位不同。 1、電角度與機(jī)械角度、電角度與機(jī)械角度 電機(jī)圓周在幾何上分為3600，這個(gè)角度稱為機(jī)械 角度。若磁場(chǎng)在空間按正弦波分布，則經(jīng)過N、S一對(duì) 磁極即為3600。 若電機(jī)有P對(duì)極 電角度=P360 =P機(jī)械角度 0 4-1 交流繞組的基本要求交流繞組的基本要求 4-1 交流繞組的基本要求交流繞組的基本要求 2、槽距角槽距角 定子槽數(shù): 3600 Z Z 3、槽距電角槽距電角 定子槽數(shù): 3600 1 Z Z p 相鄰

4、槽之間的電角度 5、相帶相帶 為了使繞組對(duì)稱，通常令每個(gè)極面下每相繞組所占的范圍 相等，這個(gè)范圍稱為相帶。即：每極下每相所占有的區(qū)域每極下每相所占有的區(qū)域 稱為相帶稱為相帶。 有600相帶 和1200相帶兩種，一般采用600相帶 4-1交流繞組的基本要求交流繞組的基本要求 4、槽電動(dòng)勢(shì)、槽電動(dòng)勢(shì) 星形圖星形圖 各槽導(dǎo)體感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小相等，在時(shí)間相位上彼此相 差20度電角度 。槽1導(dǎo)體電動(dòng)勢(shì)相量用相量1表示，槽2導(dǎo) 體電動(dòng)勢(shì)相量2比相量1滯后20度電角度 ，依此類推，可以 給出36個(gè)槽導(dǎo)體的電動(dòng)勢(shì)相量，組成一個(gè)星形。 4-1 交流繞組的基本要求交流繞組的基本要求 三、采用三、采用60度相帶可獲得

5、較大的基波電動(dòng)勢(shì)度相帶可獲得較大的基波電動(dòng)勢(shì) 4-2 交流電機(jī)繞組交流電機(jī)繞組 交流繞組有多種分類方法： （1）按相數(shù)可分為單相、兩相、三相和多相繞組； （2）按槽內(nèi)層數(shù)可分單層、雙層繞組、單雙層繞組和混合 繞組；其中，雙層繞組又分為迭繞組和波繞組，單層繞組又 分為同心式和交疊式等； （3）按每極每相槽數(shù)可分為整數(shù)槽和分?jǐn)?shù)槽繞組。 4-2 三相單層繞組三相單層繞組 單層繞組每槽只嵌放一個(gè)線圈邊，因此線圈數(shù)等于 槽數(shù)1/2。在槽電動(dòng)勢(shì)星形圖中A相帶和X相帶導(dǎo)體感應(yīng) 電動(dòng)勢(shì)的反向串聯(lián)可以通過構(gòu)造線圈來實(shí)現(xiàn)。 1、極距極距 一個(gè)極在電機(jī)定子圓周上所跨的距離，一般以槽數(shù) 計(jì)，表示為 p Z 2 4-2

6、 三相單層繞組三相單層繞組 2、節(jié)距節(jié)距 線圈兩邊所跨定子圓周上的距離，用y1表示，y1應(yīng) 接近極距 極距 Z： 定子槽數(shù) ：極對(duì)數(shù) 長(zhǎng)距 短距 整距 y 1 P Z 2 p 3、每極每相槽數(shù)每極每相槽數(shù) Pm Z q 2 m:相數(shù) P:極對(duì)數(shù) 即整個(gè)電機(jī)定子中每相在每個(gè)極下所點(diǎn)有的槽數(shù)，亦稱為極相組。 二、交二、交疊式繞組疊式繞組 交疊式繞組的線圈具有相同的節(jié)距。就整個(gè)繞組外形 來看，一環(huán)交疊一環(huán)。 例：三相四極36槽繪制交疊式繞組展開圖 3 322 36 2 Pm Z q 相帶 A Z B X C Y 第一對(duì)極1，2，34，5，67，8，910，11， 12 13，14， 15 16，17

7、， 18 第二對(duì)極19，20， 21 22，23， 24 25，26， 27 28，29， 30 31，32， 33 34，35， 36 4-2 三相單層繞組三相單層繞組 4-2 三相單層繞組三相單層繞組 單層繞組每槽只有一個(gè)線圈邊線圈數(shù)等于槽數(shù)的一半。分 同心式、鏈?zhǔn)胶徒徊媸?同心式同心式 同心式繞組由不同節(jié)距的同心線圈組成 以兩極三相 24槽電機(jī)為例說明。 4 32 24 2 12 2 24 2 3241 Pm Z q P Z mZP 相 帶 A Z B X C Y 一 對(duì) 極 23，24，1， 2 3，4，5， 6 7，8，9， 10 11，12，13， 14 15，16，17， 18

8、19，20，21， 22 4-2 三相單層繞組三相單層繞組 同心式優(yōu)點(diǎn)：同心式優(yōu)點(diǎn)： 下線方便， 端部的重疊 層數(shù)較少， 便于布置， 散熱好。同 心式繞組主 要用于p=1 的小型感應(yīng) 電機(jī)中。 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：線圈的大小不等、繞制不便，端部 亦較長(zhǎng)。 4-2 三相單層繞組三相單層繞組 同心式繞組展開圖 4-2 三相單層繞組三相單層繞組 并聯(lián)支路數(shù) 一相繞組可能有多條支路，這些支路能夠并聯(lián)的條件 是每條支路電動(dòng)勢(shì)相量必須相等，否則會(huì)產(chǎn)生環(huán)流。根 據(jù)槽電動(dòng)勢(shì)星形圖和單層繞組展開圖，A相第1、2兩個(gè) 極相組電動(dòng)勢(shì)相量相等。這兩個(gè)極相組可以作為兩條支 路并聯(lián)（a=2），也可以串聯(lián)成為一條支路（a=1），

9、一般而言，對(duì)于單層繞組，每相最大并聯(lián)支路數(shù)等于極 對(duì)數(shù)，即 amax=p 雙層繞組的線圈數(shù)等于槽數(shù)。每個(gè)槽有上下兩層，線圈 的一個(gè)邊放在一個(gè)槽的上層，另一個(gè)邊則放在相隔節(jié)距為 y1槽的下層。雙層繞組有疊繞和波繞兩種。 對(duì)于10kw以上的三相交流電機(jī)，其定子繞組一般均采 用雙層繞組。 4-2 三相雙層繞組三相雙層繞組 一、雙層繞組的特點(diǎn)一、雙層繞組的特點(diǎn) 雙層繞組 繪制繞組展開圖的步驟是： a、選擇線圈節(jié)距 b、繪制槽電勢(shì)星形圖 c、劃分相帶 d、確定并聯(lián)支路，繪制繞組展開圖。 四、繪四、繪制繞組展開圖制繞組展開圖 根據(jù)線圈的形狀和連 接規(guī)律，雙層繞組可分 為疊繞組和波繞組兩種 4-2 三相雙層

10、繞組三相雙層繞組 疊繞組線圈波繞組線圈 1 1、疊繞組、疊繞組 兩個(gè)相鄰的線圈后一個(gè)疊在前一個(gè)上面稱為疊繞組。 例：繪制四極三相36槽的雙層疊繞組展開圖。 3 322 36 9 22 36 3362 qmZP 繪制槽電勢(shì)星形圖和相帶劃分同上，按y1=8繪制 相帶A Z B X C Y 第一 對(duì)極 1，2，34，5，67，8，910，11， 12 13，14， 15 16，17， 18 第二 對(duì)極 19，20， 21 22，23， 24 25，26， 27 28，29， 30 31，32， 33 34，35， 36 各個(gè)相帶槽號(hào)分布 4-2 三相雙層繞組三相雙層繞組 4-2 三相單層繞組三相單層

11、繞組 在雙層繞組中，上層線圈邊的電動(dòng)勢(shì)星形圖與下層 邊的電動(dòng)勢(shì)星形圖是相似的，其差別在于下層邊的電動(dòng) 勢(shì)相量相對(duì)于其對(duì)應(yīng)上層邊的電動(dòng)勢(shì)相量位移了y1a1電 角度。將各線圈上層邊的電動(dòng)勢(shì)相量減去其對(duì)應(yīng)的下層 邊的電動(dòng)勢(shì)相量就構(gòu)成了所有線圈的電動(dòng)勢(shì)星形圖。在 該電動(dòng)勢(shì)星形圖中，相鄰兩線圈的電動(dòng)勢(shì)相量的相角差 仍然是a1。以上層邊邊編號(hào)，并與槽號(hào)一致，則槽電動(dòng) 勢(shì)星形圖與線圈電動(dòng)勢(shì)星形圖一致。 4-2 三相雙層繞組三相雙層繞組 疊繞組展開圖 將各極相組連接起來，構(gòu)成相繞組，圖中實(shí)線為 上層邊，虛線為下層邊。 由于由于N N極下的極相組極下的極相組A A與與S S極極 下的極下的極相組相組X的電動(dòng)勢(shì)方

12、向相反，電流方向也相反，應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)方向相反，電流方向也相反，應(yīng) 將極相組將極相組A A和極相組和極相組X X反相串聯(lián)。反相串聯(lián)。 對(duì)于雙層繞組，每相繞組最大并聯(lián)支路數(shù)amax=2p 上例中有4個(gè)磁極，所以最多并聯(lián)支路數(shù) a=4 實(shí)際支路數(shù)通常小于2p，且2p必須是a的整數(shù)倍。 4-2 三相雙層繞組三相雙層繞組 4-2 三相雙層繞組三相雙層繞組 疊繞組的優(yōu)點(diǎn)是疊繞組的優(yōu)點(diǎn)是:短距時(shí)能節(jié)省端部用銅及得到較多的并聯(lián)支 路，缺點(diǎn)是線圈組間連接線較長(zhǎng)，在線圈組較多時(shí)浪費(fèi)銅材， 主要用于10千瓦以上的交流電機(jī)定子繞組。 4-2 三相雙層繞組三相雙層繞組 在交流電機(jī)中有一以n1轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，本 節(jié)討論

13、旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在空間正弦分布時(shí)，交流繞組中感應(yīng) 電動(dòng)勢(shì)的公式。 首先求出一根導(dǎo)體中的感應(yīng)電勢(shì)，然后導(dǎo)出一個(gè) 線圈的感應(yīng)電勢(shì)，再討論一個(gè)線圈組（極相組）的 感應(yīng)電勢(shì)，最后推出一相繞組感應(yīng)電勢(shì)的計(jì)算公式。 4-3 4-3 正弦磁場(chǎng)下交流繞組的感應(yīng)電勢(shì)正弦磁場(chǎng)下交流繞組的感應(yīng)電勢(shì) 一、一、導(dǎo)體的感應(yīng)電勢(shì)導(dǎo)體的感應(yīng)電勢(shì) 4-3 4-3 正弦磁場(chǎng)下交流繞組的感應(yīng)電勢(shì)正弦磁場(chǎng)下交流繞組的感應(yīng)電勢(shì) 設(shè)主極磁場(chǎng)在氣隙內(nèi)按正弦規(guī)律分布， 則： cos m Bb Bm：磁場(chǎng)幅值 ：離開原點(diǎn)的電角度 設(shè) 00時(shí)t 因定子旋轉(zhuǎn)的角頻率為，當(dāng)時(shí)間為t時(shí)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn) 過，且=t 則導(dǎo)體感應(yīng)電勢(shì)為 tEtlvBblve cmc co

14、s2cos 11 4-3 4-3 正弦磁場(chǎng)下交流繞組的感應(yīng)電勢(shì)正弦磁場(chǎng)下交流繞組的感應(yīng)電勢(shì) 1 1、正弦電勢(shì)的頻率、正弦電勢(shì)的頻率f f 若p=1 ，電角度=機(jī)械角度 ，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一周感應(yīng)電勢(shì)交變 一次，設(shè)轉(zhuǎn)子每分鐘轉(zhuǎn)n1轉(zhuǎn)（即每秒轉(zhuǎn)n1/60轉(zhuǎn)）， 導(dǎo)體中電勢(shì)交變的頻率應(yīng)為： )( 60 1 Z H n f 若電機(jī)為P對(duì)極，則轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)一周，導(dǎo)體中感應(yīng) 電勢(shì)將交變P次，此時(shí)電勢(shì)頻率為： )( 60 1 Z H Pn f 在我國工業(yè)用標(biāo)準(zhǔn)頻率為50HZ 4-3 4-3 正弦磁場(chǎng)下交流繞組的感應(yīng)電勢(shì)正弦磁場(chǎng)下交流繞組的感應(yīng)電勢(shì) 2 2、導(dǎo)體電勢(shì)有效值、導(dǎo)體電勢(shì)有效值 f n pD n R n Rv

15、2 60 2 6060 2 111 111 22. 2 22 ) 2 ( 2 2 2 f f lB f lB f fB l E avmmc ：一個(gè)磁極下磁通量 1 11 22. 2fEc ：平均磁密 avmav BBB 2 Bm：磁密幅值 2 1 lvB E m c tEtlvBe cmc cos2cos 11 4-3 4-3 正弦磁場(chǎng)下交流繞組的感應(yīng)電勢(shì)正弦磁場(chǎng)下交流繞組的感應(yīng)電勢(shì) 二、二、整距線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)整距線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 1 y ，則線圈的一根導(dǎo)體位于N極下最大磁密處時(shí)， 另一根導(dǎo)體恰好處于S極下的最大磁密處。所以兩導(dǎo)體感應(yīng) 電勢(shì)瞬時(shí)值總是大小相等，方向相反，設(shè)線圈匝數(shù)NC=1，則

16、 整距線圈的電勢(shì)為 4-3 4-3 正弦磁場(chǎng)下交流繞組的感應(yīng)電勢(shì)正弦磁場(chǎng)下交流繞組的感應(yīng)電勢(shì) 11111 44.42fEEEE ccct 若線圈有NC匝，則 11 44.4 Ct fNE 三、短距線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)三、短距線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 1 y 11 1 11111 444 2 sin2 2 sin2 y cccct Kf. y E EEEE 4-3 4-3 正弦磁場(chǎng)下交流繞組的感應(yīng)電勢(shì)正弦磁場(chǎng)下交流繞組的感應(yīng)電勢(shì) 1 y 若為NC匝 111 44. 4 yCy KNfE 表示線圈采用短距后感應(yīng)電勢(shì)較整距時(shí)應(yīng)打的折扣 1y K 可見采用短距線圈后對(duì)基波電動(dòng)勢(shì)的大小稍有影響， 但當(dāng)主磁場(chǎng)中含有諧

17、波時(shí)，它能有效地抑制諧波電動(dòng)勢(shì) （后述），所以一般交流繞組大多采用短距繞組。 4-3 4-3 正弦磁場(chǎng)下交流繞組的感應(yīng)電勢(shì)正弦磁場(chǎng)下交流繞組的感應(yīng)電勢(shì) 1 2 sin 1 1 y K y 短距系數(shù)（基波） 勢(shì)）（對(duì)應(yīng)的整距線匝電動(dòng) 的線匝電動(dòng)勢(shì)節(jié)距為 1 11 1 2 )( c t y E yE K 四、四、線圈組的電動(dòng)勢(shì)、分布因數(shù)和繞組因數(shù)線圈組的電動(dòng)勢(shì)、分布因數(shù)和繞組因數(shù) 每極下每相有一個(gè)線圈組，線圈組由q個(gè)線圈組成，且 每個(gè)線圈互差電角度 如q=3 Ey1 Ey2 Ey3 4-3 4-3 正弦磁場(chǎng)下交流繞組的感應(yīng)電勢(shì)正弦磁場(chǎng)下交流繞組的感應(yīng)電勢(shì) 線圈組合成電勢(shì) 4-3 4-3 正弦磁場(chǎng)下

18、交流繞組的感應(yīng)電勢(shì)正弦磁場(chǎng)下交流繞組的感應(yīng)電勢(shì) 111111 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 1 )1(2 11 )44. 4( 2 sin 2 sin 2 sin 2 sin 2 sin 2 sin 1 1 1 1 1 111 qyCqyq y q q qyyy j jq y qjjj yq kkNfqkqEE qE E q q k kqE q Eq q E e e EeeeEE 繞組分布系數(shù)： 2 sin 2 sin 1 q q Kq 11111111 )(44. 4)44. 4( NCqCyqyq kfqNKNkfqkqEE C qN為q個(gè)線圈的總匝數(shù) 繞組系數(shù) 111yqN

19、kkk 即考慮了短距和分布后整個(gè)繞組合成電勢(shì)所打的折扣。 五、五、相電動(dòng)勢(shì)和線電動(dòng)勢(shì)相電動(dòng)勢(shì)和線電動(dòng)勢(shì) 電機(jī)每相繞組有a條并聯(lián)支路，每條支路有c個(gè)極相組串 聯(lián)而成。由于每個(gè)極相組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)相量相等，故相電 動(dòng)勢(shì)的有效值為： 111 44.4 Ncq fkcqNcEE 4-3 4-3 正弦磁場(chǎng)下交流繞組的感應(yīng)電勢(shì)正弦磁場(chǎng)下交流繞組的感應(yīng)電勢(shì) 4-3 4-3 正弦磁場(chǎng)下交流繞組的感應(yīng)電勢(shì)正弦磁場(chǎng)下交流繞組的感應(yīng)電勢(shì) 1、對(duì)單層繞組對(duì)單層繞組 每對(duì)極具有一個(gè)線圈組，每個(gè)線圈組有q個(gè)線圈，p對(duì)極時(shí) 每相有q個(gè)線圈，即pq個(gè)線圈，若并聯(lián)支路數(shù)為a，每個(gè)線圈 為NC匝，則每條支路串聯(lián)匝數(shù)為 11111

20、44. 444. 4 NN Cc c fNkfk a PqN E a pqN cqNN 2 2、對(duì)雙層繞組、對(duì)雙層繞組 p對(duì)極有2p個(gè)線圈組，即2pq個(gè)線圈 11111 44. 444. 4 22 NN CC fNkfk a pqN E a pqN N 求出相電勢(shì)后，根據(jù)“星形”或“三角”的接法，可求出 線電勢(shì) 4-3 4-3 正弦磁場(chǎng)下交流繞組的感應(yīng)電勢(shì)正弦磁場(chǎng)下交流繞組的感應(yīng)電勢(shì) 對(duì)星形連接：線電勢(shì)= 1 3 E 對(duì)三角形連接：線電勢(shì)= 1 E 本節(jié)討論磁場(chǎng)非正弦分布時(shí)所引起的諧波電動(dòng)勢(shì)及其削弱方法本節(jié)討論磁場(chǎng)非正弦分布時(shí)所引起的諧波電動(dòng)勢(shì)及其削弱方法 4-5感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)中的高次諧波及其削弱

21、方法感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)中的高次諧波及其削弱方法 一、主極磁場(chǎng)非正弦分布引起的高次諧波電動(dòng)勢(shì)一、主極磁場(chǎng)非正弦分布引起的高次諧波電動(dòng)勢(shì) 交流電機(jī)中氣隙磁場(chǎng)分布一 般呈平頂波如右圖所示，應(yīng)用富 氏級(jí)數(shù)可將其分解為基波和一系 列諧波的合成。 諧波磁場(chǎng)的性質(zhì)為： lBnnPP 21 1 fn Pnp f 1 6060 即諧波頻率為基波頻率的v倍 除基波磁場(chǎng)在繞組中感應(yīng)電勢(shì)外，各次諧波也將 在繞組中感應(yīng)電勢(shì)。諧波電勢(shì)的計(jì)算方法與基波電勢(shì) 計(jì)算方法類似， 4-5感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)中的高次諧波及其削弱方法感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)中的高次諧波及其削弱方法 根據(jù)基波感應(yīng)電勢(shì)公式 類似的推導(dǎo)得： 111 44. 4 N fNkE N NkfE

22、44. 4 2 sin 2 sin 2 sin 1 1 1 q q K y KKKK qyqyN 二、二、齒諧波電動(dòng)勢(shì)齒諧波電動(dòng)勢(shì) 在高次諧波中，有一種次數(shù)為 的諧波， 稱為齒諧波，由該次諧波感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)稱為齒諧波電動(dòng)勢(shì)。 121mq p Z 式中： 4-5感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)中的高次諧波及其削弱方法感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)中的高次諧波及其削弱方法 齒諧波電動(dòng)勢(shì)比較強(qiáng)的主要原因是定子開槽引起的氣隙 磁導(dǎo)不均勻。如不開槽時(shí)的氣隙中主極磁場(chǎng)為近于正弦分 布的曲線，如圖曲線1所示，開槽后在正弦曲線上疊加一個(gè) 與定子齒數(shù)相應(yīng)的附加周期性磁導(dǎo)分量，致使電動(dòng)勢(shì)波形 出現(xiàn)明顯的諧波波紋，如圖下圖所示。 4-5感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)中的高次諧波

23、及其削弱方法感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)中的高次諧波及其削弱方法 考慮諧波電勢(shì)時(shí)， 相電勢(shì)的有效值應(yīng)為 ： 2 1 5 2 1 3 1 2 5 2 3 2 1 )()(1 E E E E EEEEE 正常情況下高次諧波電動(dòng)勢(shì)對(duì)相電動(dòng)勢(shì)大小的影響很小， 主要影響電動(dòng)勢(shì)的波形。對(duì)星接因在對(duì)稱三相系統(tǒng)中，各相 的三次諧波在時(shí)間上同相位，大小相等。線電動(dòng)勢(shì)中的3次 諧波互相抵消。 三、三、相電勢(shì)和線電勢(shì)的有效值相電勢(shì)和線電勢(shì)的有效值 4-5感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)中的高次諧波及其削弱方法感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)中的高次諧波及其削弱方法 333 3 3 3 3 3 ZIE Z E I 由于E 3 完全消耗于環(huán)流的 電壓降 , 所以線端不會(huì)出 現(xiàn)三次

24、諧波電勢(shì)。但是三次 諧波環(huán)流所產(chǎn)生的雜散損耗， 會(huì)使電機(jī)效率下降，溫升增 高，所以一般采用星形連接。 33 ZI 對(duì)于線電勢(shì)無論是角接還是星接，均無對(duì)于線電勢(shì)無論是角接還是星接，均無3及及3的倍數(shù)次的倍數(shù)次 諧波。諧波。 注：注： 4-5感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)中的高次諧波及其削弱方法感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)中的高次諧波及其削弱方法 四、削弱諧波電動(dòng)勢(shì)的方法四、削弱諧波電動(dòng)勢(shì)的方法 由于諧波電勢(shì)對(duì)電機(jī)的危害，所以，在設(shè)計(jì)電機(jī)時(shí)，應(yīng) 盡可能削弱電勢(shì)中高次諧波分量，國標(biāo)規(guī)定（GB755-81電 機(jī)基本技術(shù)要求）對(duì)300KVA以上的同步發(fā)電機(jī)，線電壓波 形的正弦波畸變率不應(yīng)超過5%。 正弦波畸變率 %100 1 2 7 2 5

25、 2 3 E EEE 下面分別介紹減少諧波電勢(shì)和齒諧波電勢(shì)的方法。 4-5感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)中的高次諧波及其削弱方法感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)中的高次諧波及其削弱方法 N NkfE44. 4 1、削弱諧波電動(dòng)勢(shì)的方法削弱諧波電動(dòng)勢(shì)的方法 適當(dāng)?shù)剡x擇線圈的節(jié)距，使某次諧波的短距系數(shù) 接近或等于零，以達(dá)到削弱或消除某次諧波的目的。 1）選用短距繞組）選用短距繞組 可通過減少KNV和 的方法削弱 E 4-5感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)中的高次諧波及其削弱方法感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)中的高次諧波及其削弱方法 如要消除V次諧波，只要使 0 2 sin 1 y K P 即 k y 2 1 12 2 1 k k y 盡可能接近整距的短距 則 ）（ 1 -1 1

26、y 上式表明，要消除V次諧波，只要選用比整距短 的線圈即可。 4-5感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)中的高次諧波及其削弱方法感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)中的高次諧波及其削弱方法 2）采用線圈組）采用線圈組 當(dāng)q增加時(shí)，基波的分布系數(shù)減小不多，但諧波的分布系 數(shù)顯著減小 但q增多，必增加電機(jī)槽 數(shù)，使電機(jī)成本提高?？紤]到 q6時(shí)，分布系數(shù)的下降已不 明顯，所以一般選6q2， 4-5感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)中的高次諧波及其削弱方法感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)中的高次諧波及其削弱方法 3）改善主極極靴外形）改善主極極靴外形 改善磁極極靴外形（凸極同步電機(jī)）或勵(lì)磁繞組的分布（隱極同步電機(jī)） 使磁極磁場(chǎng)沿電樞表面分布接近于正弦波。 75. 070. 00 . 25 . 1

27、min max p b 凸極電機(jī)： 隱極電機(jī)安放勵(lì)磁繞組部分與極距之比為0.700.80 4-5感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)中的高次諧波及其削弱方法感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)中的高次諧波及其削弱方法 4-6正弦電流下單相繞組的磁動(dòng)勢(shì)正弦電流下單相繞組的磁動(dòng)勢(shì) 一、一、整距線圈的磁動(dòng)勢(shì)整距線圈的磁動(dòng)勢(shì) 對(duì)于正規(guī)60度相帶的雙層繞組，當(dāng)p=1，q=1，整個(gè)電機(jī)只 有6個(gè)線圈，其線圈分布如圖所示，短矩線圈節(jié)距為y1，槽距 電角為a1。 4-6正弦電流下單相繞組的磁動(dòng)勢(shì)正弦電流下單相繞組的磁動(dòng)勢(shì) 若線圈中的電流為恒定電流，則矩形波的高度恒定不變。 而在交流繞組中通入的是交變電流即 ，則該 正負(fù)矩形波高度也隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化，變化的速

28、度取決于 電流的頻率?？臻g位置固定不動(dòng)，波幅的大小和正負(fù)隨時(shí)間變 化的磁動(dòng)勢(shì)稱為脈振磁動(dòng)勢(shì)。 tIi cc cos2 cos 2 sin 4 5cos3coscos)( .5 , 3 , 1 11 531 yiN FFFf C cccc CyCCCCyCC IkNFFIkNF 1111 2411 , 24 tIkNtf CyCc coscos 24 ),( 11 為了得到該磁動(dòng)勢(shì)波形的基波和諧波，以線圈AA的軸線為中心， 將上述的矩形分布的脈振磁動(dòng)勢(shì)用富氏級(jí)數(shù)進(jìn)行分解，得： tIi c cos2 4-6正弦電流下單相繞組的磁動(dòng)勢(shì)正弦電流下單相繞組的磁動(dòng)勢(shì) tFtIkNf ccyccv cosc

29、oscoscos 241 1 二、二、線圈組的磁勢(shì)線圈組的磁勢(shì) 1、整距線圈的線圈組磁勢(shì)整距線圈的線圈組磁勢(shì) 3q如線圈組的線圈數(shù)為： 則整距線圈組產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)由右圖。 4-6正弦電流下單相繞組的磁動(dòng)勢(shì)正弦電流下單相繞組的磁動(dòng)勢(shì) tFtkqkINkqff qqyccdcq coscoscoscos 24 )( 111111 1 1 1 2 sin 2 sin q y q K q q qF F tkqkNIf sqyCCq coscos 24 111 4-6正弦電流下單相繞組的磁動(dòng)勢(shì)正弦電流下單相繞組的磁動(dòng)勢(shì) 三、一三、一相繞組的磁勢(shì)相繞組的磁勢(shì) 設(shè)電機(jī)每相繞組有a條并聯(lián)支路，每條支路有c個(gè)極相

30、組 串聯(lián)而成，由于每個(gè)極相組的磁動(dòng)勢(shì)相量相等，故相繞組磁 動(dòng)勢(shì)的幅值為： I p Nk kIpqN p kkIcqNF N NccqyccA 1 1111 9 . 0)2( 22 )( 24 利用相繞組的一條支路總串聯(lián)匝數(shù)N、相電流I來描述相 繞組磁動(dòng)勢(shì)，將相繞組的總安匝數(shù)進(jìn)行如下變換，為： a pqN N C a qN P N C a PqN N C 2 a qN P N C 2 單相繞組基波磁勢(shì)的幅值: （雙層）（單層） 4-6正弦電流下單相繞組的磁動(dòng)勢(shì)正弦電流下單相繞組的磁動(dòng)勢(shì) tI p Nk f N A coscos9 . 0 1 1 tI p Nk f N A coscos 1 9

31、. 0 單相繞組基波磁動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值為 單相繞組 次諧波磁動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值為 說明磁動(dòng)勢(shì)既是空間角度 的函數(shù)，又是時(shí)間 的函數(shù)。t 4-6正弦電流下單相繞組的磁動(dòng)勢(shì)正弦電流下單相繞組的磁動(dòng)勢(shì) 1、一相繞組的磁勢(shì)是一種空間位置固定，幅值隨時(shí)間變 化的脈振磁勢(shì)，其脈振頻率取決于電流的頻率。 注：磁勢(shì)即是空間位置的函數(shù)，也是時(shí)間的函數(shù)?？臻g分 布用以電角度的空間位置角來表達(dá)，隨時(shí)間變化規(guī)律用 時(shí)間t來表達(dá)。 2、基波磁動(dòng)勢(shì)的幅值為 次諧波磁動(dòng)勢(shì)的幅值為 3、定子繞組多采用短距和分布繞組，因而合成磁勢(shì)中諧 波含量大大消弱。一般情況下只考慮基波磁勢(shì)的作用。 I P NK F N A 1 1 9 . 0 I P

32、 NK F N A 1 9 . 0 綜合以上分析對(duì)單相繞組磁勢(shì)的性質(zhì)歸納如下：綜合以上分析對(duì)單相繞組磁勢(shì)的性質(zhì)歸納如下： 4-7 正弦電流下對(duì)稱三相繞組的磁動(dòng)勢(shì)正弦電流下對(duì)稱三相繞組的磁動(dòng)勢(shì) 一、對(duì)稱三相繞組的基波合成磁動(dòng)勢(shì)一、對(duì)稱三相繞組的基波合成磁動(dòng)勢(shì) 用解析法和圖解法對(duì)三相繞組的基波合成磁動(dòng)勢(shì)進(jìn)行分析。 1、解析法、解析法 )240cos()240cos( )120cos()120cos( coscos 00 11 00 11 11 tFf tFf tFf sC sB sA )cos()cos( 2 1 coscos 定子繞組是對(duì)稱設(shè)置的，其軸線在空間相關(guān)120電角度， 三相電流也是對(duì)稱

33、的，在時(shí)間上互差120度電角度。 根據(jù)三角函數(shù)積化和差的公式： 4-7 正弦電流下對(duì)稱三相繞組的磁動(dòng)勢(shì)正弦電流下對(duì)稱三相繞組的磁動(dòng)勢(shì) I P NK FF tFtFffff tFtFf tFtFf tFtFf W sscbc ssC ssB ssA 1 11 111111 0 111 0 111 111 9 . 0 2 3 2 3 )cos()cos( 2 3 )120cos( 2 1 )cos( 2 1 )240cos( 2 1 )cos( 2 1 )cos( 2 1 )cos( 2 1 三相合成磁勢(shì)是一個(gè)波幅恒定的旋轉(zhuǎn)波。三相合成磁勢(shì)是一個(gè)波幅恒定的旋轉(zhuǎn)波。 4-7 正弦電流下對(duì)稱三相繞組的

34、磁動(dòng)勢(shì)正弦電流下對(duì)稱三相繞組的磁動(dòng)勢(shì) 2、圖解法、圖解法 下面用圖解法分析三相基波合成磁勢(shì)，左邊為不同瞬時(shí)的 三相電流向量圖，中間為A,B,C三相的各基波脈振磁勢(shì)及三相 合成磁動(dòng)勢(shì)，右邊為磁動(dòng)勢(shì)矢量圖。 三相對(duì)稱繞組通入三相對(duì)稱電流后，所形成的合 成磁動(dòng)勢(shì)為幅值不變的旋轉(zhuǎn)波 4-7 正弦電流下對(duì)稱三相繞組的磁動(dòng)勢(shì)正弦電流下對(duì)稱三相繞組的磁動(dòng)勢(shì) 4-7 正弦電流下對(duì)稱三相繞組的磁動(dòng)勢(shì)正弦電流下對(duì)稱三相繞組的磁動(dòng)勢(shì) 綜合上述分析，得出三相基波合成磁勢(shì)具有以下特性綜合上述分析，得出三相基波合成磁勢(shì)具有以下特性 1、三相合成磁勢(shì)為正弦分布旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)，轉(zhuǎn)向由超前電流相轉(zhuǎn) 到滯后電流相。要改變磁場(chǎng)轉(zhuǎn)向，只須

35、改變?nèi)嚯娏鞯南嘈颉?2、幅值F1不變，為各相脈振磁勢(shì)幅值的3/2倍，且旋轉(zhuǎn)幅值的 軌跡是圓，所以稱為圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。 3、當(dāng)某相電流達(dá)最大值時(shí)，合成旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)的幅值恰在這一相 繞組軸線上。 4-7 正弦電流下對(duì)稱三相繞組的磁動(dòng)勢(shì)正弦電流下對(duì)稱三相繞組的磁動(dòng)勢(shì) 二、三相合成磁動(dòng)勢(shì)中的高次諧波二、三相合成磁動(dòng)勢(shì)中的高次諧波 tFtI p Nk f ss N coscoscoscos 1 9 . 0 )240cos()240(cos 1 9 . 0 )120cos()120(cos 1 9 . 0 coscos 1 9 . 0 tI p Nk f tI p Nk f tI p Nk f s N C s

36、 N B s N A )240cos()240(cos )120cos()120(coscoscos tF tFtFffff s ssCBA 4-7 正弦電流下對(duì)稱三相繞組的磁動(dòng)勢(shì)正弦電流下對(duì)稱三相繞組的磁動(dòng)勢(shì) 1、當(dāng) 即=3，9，15 時(shí) 計(jì)算結(jié)果表明： )5 , 3 , 1(3kk 0 f 2、當(dāng) 即=7，13，19 時(shí) ), 3 , 2 , 1( 16kk 3、當(dāng) 即=5,11,17時(shí) 合成磁勢(shì)為一反向旋轉(zhuǎn)、 轉(zhuǎn)速為n1/ 、幅值為 的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)。 F 2 3 合成磁勢(shì)為一正向旋轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)速為 n1/ 、幅值為 的旋轉(zhuǎn) 磁動(dòng)勢(shì)，轉(zhuǎn)向與基波相同。 F 2 3 ), 3 , 2 , 1( 16k

37、k )cos( 2 3 s tFf 第5章 異步電機(jī) 異步電機(jī)是一種交流電機(jī)。由于它的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和定子所接 交流電源產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)的轉(zhuǎn)速不同，故稱異步電機(jī) （asynchronous machine）。 電機(jī)的定、轉(zhuǎn)子之間沒有電的直接聯(lián)系，是靠定、轉(zhuǎn)子之 間的電磁感應(yīng)作用實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換，故也稱為感應(yīng)電機(jī) （induction machine）。 異步電機(jī)包括感應(yīng)電機(jī)、雙饋異步電機(jī)和交流換向器電機(jī)。 感應(yīng)電機(jī)應(yīng)用最廣，在不致引起誤解或混淆的情況下，一般 可稱感應(yīng)電機(jī)為異步電機(jī)。 什么是異步電機(jī)？什么是異步電機(jī)？ 異步電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：異步電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)： 具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量較輕； 制造、使用和維護(hù)方便；

38、 運(yùn)行可靠以及成本較低； 異步電機(jī)有較高的運(yùn)行效率和較好的工作特性， 從空載到滿載范圍內(nèi)接近恒速運(yùn)行。 不能經(jīng)濟(jì)地在較寬廣的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，因 而在要求任意調(diào)速的工作場(chǎng)合，往往選用容易調(diào) 節(jié)轉(zhuǎn)速的直流電動(dòng)機(jī)； 異步電機(jī)工作時(shí)，需要從電網(wǎng)吸取滯后電流從 而使電網(wǎng)功率因數(shù)變差，因此，在需要大功率、 恒轉(zhuǎn)速拖動(dòng)的場(chǎng)合，往往改用可以調(diào)節(jié)電網(wǎng)功率 因數(shù)的同步電機(jī)。 異步電機(jī)的缺點(diǎn)：異步電機(jī)的缺點(diǎn)： 5.1 5.1 異步電機(jī)的基本類型和基本結(jié)構(gòu)異步電機(jī)的基本類型和基本結(jié)構(gòu) 5.1.1 異步電機(jī)的類型 （1）按定子相數(shù)）按定子相數(shù) 單相異步電機(jī)單相異步電機(jī) 兩相異步電機(jī)兩相異步電機(jī) 三相異步電機(jī)三相異步

39、電機(jī) （2）按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)分）按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)分 繞線式異步電機(jī)繞線式異步電機(jī) 鼠籠式異步電機(jī)鼠籠式異步電機(jī) 高壓異步電機(jī)高壓異步電機(jī) 低壓異步電機(jī)低壓異步電機(jī) （3）按電壓的高低）按電壓的高低 單鼠籠異步電機(jī)單鼠籠異步電機(jī) 雙鼠籠異步電機(jī)雙鼠籠異步電機(jī) 深槽式異步電機(jī)深槽式異步電機(jī) 5.1.2 異步電動(dòng)機(jī)的主要結(jié)構(gòu) 異步電動(dòng)機(jī)在結(jié)構(gòu)上也是由定子、轉(zhuǎn)子、氣隙組成。異步電動(dòng)機(jī)在結(jié)構(gòu)上也是由定子、轉(zhuǎn)子、氣隙組成。 一、異步電動(dòng)機(jī)的定子：一、異步電動(dòng)機(jī)的定子： 異步電動(dòng)機(jī)的定子是由機(jī)座、定子鐵心和定子繞組 三個(gè)部分組成。 機(jī)座 定子鐵心 定子繞組 1、定子鐵心： 定子鐵心是電動(dòng)機(jī)磁路的一部分，裝在機(jī)座里。為

40、了降低定子鐵心里的鐵損耗，定子鐵心用用0.5mm厚的硅 鋼片疊壓而成的，在硅鋼片的兩面還應(yīng)途上絕緣漆。 定子槽口大，嵌線工藝簡(jiǎn)單，電磁性能好 開口槽，用于 大、中型容量 的高壓異步電 動(dòng)機(jī)中； 半開口槽，用 于中型500V以 下的異步電動(dòng) 機(jī) 半閉口槽，用 于低壓小型異 步電動(dòng)機(jī)中 2. 2. 定子繞組定子繞組 高壓大、中型容量的異步電動(dòng)機(jī)定子繞組常采用高壓大、中型容量的異步電動(dòng)機(jī)定子繞組常采用Y 接，只有三根引出線。對(duì)中、小容量低壓異步電動(dòng)機(jī)，接，只有三根引出線。對(duì)中、小容量低壓異步電動(dòng)機(jī)， 通常把定子三相繞組的六根出線頭都引出來，根據(jù)需要通常把定子三相繞組的六根出線頭都引出來，根據(jù)需要 可

41、接成可接成Y形或形或形，定子繞組用絕緣的銅（或鋁）導(dǎo)線形，定子繞組用絕緣的銅（或鋁）導(dǎo)線 繞成，嵌在定子槽內(nèi)。繞成，嵌在定子槽內(nèi)。 3. 3. 機(jī)座機(jī)座 主要是為了固定與支撐定子鐵心。如果是端蓋軸承電機(jī)， 還要支撐電機(jī)的轉(zhuǎn)子部分。因此，機(jī)座應(yīng)有足夠的機(jī)械強(qiáng) 度和剛度。 對(duì)中、小型異步電動(dòng)機(jī)， 通常用鑄鐵機(jī)座。對(duì)大型 電機(jī)，一般采用鋼板焊接 的機(jī)座，整個(gè)機(jī)座和軸承 都固定在同一個(gè)底板上。 二、氣隙 在中、小型異在中、小型異 步電動(dòng)機(jī)中，氣隙一步電動(dòng)機(jī)中，氣隙一 般為般為0.21.5mm左右。左右。 轉(zhuǎn)子鐵心是電動(dòng)機(jī)磁路的一部分，它用0.5mm厚的硅鋼 片疊壓而成。鐵心固定在轉(zhuǎn)軸或轉(zhuǎn)子支架上，整個(gè)

42、轉(zhuǎn)子的外 表呈圓柱形。 三、異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子 1. 轉(zhuǎn)子鐵心轉(zhuǎn)子鐵心 異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子是由轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)軸組成的異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子是由轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)軸組成的 。 轉(zhuǎn)子繞組：分為籠型和繞線型兩類。轉(zhuǎn)子繞組：分為籠型和繞線型兩類。 1）籠型轉(zhuǎn)子：籠型繞組是一個(gè)自己短路的繞組。在轉(zhuǎn)子）籠型轉(zhuǎn)子：籠型繞組是一個(gè)自己短路的繞組。在轉(zhuǎn)子 的每個(gè)槽里放上一根導(dǎo)體，在鐵心的兩端用端環(huán)連接起來，的每個(gè)槽里放上一根導(dǎo)體，在鐵心的兩端用端環(huán)連接起來， 形成一個(gè)短路形成一個(gè)短路 的繞組。如果把轉(zhuǎn)子鐵心的繞組。如果把轉(zhuǎn)子鐵心 拿掉，則可看出，剩下來拿掉，則可看出，剩下來 的繞組形狀像個(gè)松鼠籠子的繞組形狀像

43、個(gè)松鼠籠子 ，因此又叫鼠籠轉(zhuǎn)子。材，因此又叫鼠籠轉(zhuǎn)子。材 料有銅的，也有鋁的。料有銅的，也有鋁的。 2.轉(zhuǎn)子繞組 如果用的是銅料，就需要把如果用的是銅料，就需要把 事先做好的裸銅條插入轉(zhuǎn)子鐵心事先做好的裸銅條插入轉(zhuǎn)子鐵心 上的槽里，再用銅端環(huán)套在伸了上的槽里，再用銅端環(huán)套在伸了 兩端的銅條上，最后焊在一起。兩端的銅條上，最后焊在一起。 籠型轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方籠型轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方 便、是一種經(jīng)濟(jì)、耐用的電便、是一種經(jīng)濟(jì)、耐用的電 機(jī)，所以應(yīng)用極廣。機(jī)，所以應(yīng)用極廣。 如果用的是鑄鋁，就連同如果用的是鑄鋁，就連同 端環(huán)、風(fēng)扇一次鑄成。端環(huán)、風(fēng)扇一次鑄成。 2）繞線型轉(zhuǎn)子：）繞線型轉(zhuǎn)子：繞線型

44、轉(zhuǎn)子的槽內(nèi)嵌放有用絕緣導(dǎo)線組成 的三相繞組，一般都聯(lián)接成Y形。轉(zhuǎn)子繞組的三條引線分別 接到三個(gè)滑環(huán)上，用一套電刷裝置引出來，如圖所示。這就 可以把外接電阻串聯(lián)到轉(zhuǎn)子繞組回路里去，以改善電動(dòng)機(jī)的 啟動(dòng)性能或調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。 與籠型轉(zhuǎn)子相比較，與籠型轉(zhuǎn)子相比較， 繞線型轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)稍復(fù)雜，繞線型轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)稍復(fù)雜， 價(jià)格稍貴，因此只在要價(jià)格稍貴，因此只在要 求起動(dòng)電流小，起動(dòng)轉(zhuǎn)求起動(dòng)電流小，起動(dòng)轉(zhuǎn) 距大，或需平滑調(diào)速的距大，或需平滑調(diào)速的 場(chǎng)合使用。場(chǎng)合使用。 異步電動(dòng)機(jī)的額定值：異步電動(dòng)機(jī)的額定值： 額定功率額定功率 PN 指電動(dòng)機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)軸上輸出的機(jī)械功率，指電動(dòng)機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)軸上輸出的機(jī)械功率

45、， 單位是單位是kW。 額定電壓額定電壓 UN 指額定運(yùn)行狀態(tài)下加在定子繞組上的線電壓，指額定運(yùn)行狀態(tài)下加在定子繞組上的線電壓， 單位為單位為V。 額定電流額定電流 IN 指電動(dòng)機(jī)在定子繞組上加額定電壓、軸上輸出指電動(dòng)機(jī)在定子繞組上加額定電壓、軸上輸出 額定功率時(shí)，定子繞組中的線電流，單位為額定功率時(shí)，定子繞組中的線電流，單位為A。 額定頻率額定頻率f N: 指我國規(guī)定工業(yè)用電的頻率是指我國規(guī)定工業(yè)用電的頻率是50Hz。 額定轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)速nN: 指電動(dòng)機(jī)定子加額定頻率的額定電壓，且軸指電動(dòng)機(jī)定子加額定頻率的額定電壓，且軸 端輸出額定功率時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，單位為端輸出額定功率時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，單位為r/

46、min 。 5.2 異步電動(dòng)機(jī)的工作原理 一、三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理 定子接三相電源后，形成圓形 旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)(逆時(shí)針轉(zhuǎn)) 若轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條與磁密 有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)條中有感應(yīng)電 動(dòng)勢(shì)e，方向由右手定則確定。 不考慮電動(dòng)勢(shì)與電流的相位差 時(shí)，電流方向同電動(dòng)勢(shì)方向 導(dǎo)條就在磁場(chǎng)中受力f，用左 手定則確定受力方向 轉(zhuǎn)子受力，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩T，為電磁轉(zhuǎn)矩，方向與旋 轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)同方向，轉(zhuǎn)子便在該方向上旋轉(zhuǎn)起來。轉(zhuǎn) 子旋轉(zhuǎn)后，轉(zhuǎn)速為n，只要nn1（n1為旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)同 步轉(zhuǎn)速)，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條與磁場(chǎng)仍有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生與轉(zhuǎn) 子不轉(zhuǎn)時(shí)相同方向的電動(dòng)勢(shì)、電流及受力，電磁轉(zhuǎn) 矩T 仍舊為逆時(shí)針方向，轉(zhuǎn)子繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，穩(wěn)定運(yùn)行 在T

47、=TL情況下。 二、轉(zhuǎn)差率（slip） 1 1 1 n nn n n s n與n1之間總是存在著差異。n1與n的差值稱為轉(zhuǎn)差， 用n表示，即nn1n。將轉(zhuǎn)差n與同步轉(zhuǎn)速n1的比值 稱為轉(zhuǎn)差率或滑差，用s表示，即 轉(zhuǎn)速n是一代數(shù)量，一般取氣隙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向?yàn)檗D(zhuǎn) 速的正方向。根據(jù)上式可以看出當(dāng)n=n1時(shí)，s0；當(dāng)n 0時(shí)，s1;當(dāng)nn1時(shí)，s是負(fù)值；當(dāng)電機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)，n是負(fù) 值，s1。 注意：注意：在正常情況下，異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速總是略低在正常情況下，異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速總是略低 與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速（同步轉(zhuǎn)速）。轉(zhuǎn)差率是一個(gè)表征異步電與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速（同步轉(zhuǎn)速）。轉(zhuǎn)差率是一個(gè)表征異步電 動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的

48、一個(gè)基本參數(shù)。動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的一個(gè)基本參數(shù)。 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速隨負(fù)載的變化而變化，使轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速隨負(fù)載的變化而變化，使轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中 的電動(dòng)勢(shì)和電流改變，以產(chǎn)生新的電磁轉(zhuǎn)矩來適應(yīng)負(fù)載的需的電動(dòng)勢(shì)和電流改變，以產(chǎn)生新的電磁轉(zhuǎn)矩來適應(yīng)負(fù)載的需 要。通常異步電動(dòng)機(jī)空載時(shí)的轉(zhuǎn)差率在要。通常異步電動(dòng)機(jī)空載時(shí)的轉(zhuǎn)差率在0.005以下，滿載時(shí)的以下，滿載時(shí)的 轉(zhuǎn)差率在轉(zhuǎn)差率在0.05以下。以下。 三、異步電機(jī)三種不同的運(yùn)行狀態(tài) 異步電機(jī)的有三種運(yùn)行狀態(tài)：a) 電動(dòng)機(jī)狀態(tài)；電動(dòng)機(jī)狀態(tài)；(b) 發(fā)電機(jī)狀態(tài)；發(fā)電機(jī)狀態(tài)；(c) 電磁制動(dòng)狀態(tài)。電磁制動(dòng)狀態(tài)。異步電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài) 和轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速范圍有密切的關(guān)系。

49、 電磁制動(dòng)狀態(tài)電磁制動(dòng)狀態(tài) 電動(dòng)機(jī)狀態(tài)電動(dòng)機(jī)狀態(tài) 發(fā)電機(jī)狀態(tài)發(fā)電機(jī)狀態(tài) 1.電動(dòng)機(jī)狀態(tài) 轉(zhuǎn)子正轉(zhuǎn)并且轉(zhuǎn)速低于同步轉(zhuǎn)速的情況， 即0nn1，或1s0 右手定則判斷定轉(zhuǎn)子導(dǎo)體 的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 轉(zhuǎn)子導(dǎo)體電流方向和電動(dòng) 勢(shì)同 相鄰的定、轉(zhuǎn)子導(dǎo)體電流 方向相反 左手定則判斷定轉(zhuǎn)子導(dǎo)體 的電磁力方向 定子側(cè)，e1i1a0, 輸出機(jī)械能 電機(jī)從電源吸收電 能，轉(zhuǎn)換為機(jī)械能 2.發(fā)電機(jī)狀態(tài) 轉(zhuǎn)子正轉(zhuǎn)并且轉(zhuǎn)速高于同步轉(zhuǎn)速的情況， 即nn1，或 s0, 輸出電能 轉(zhuǎn)子側(cè)，Temn0, 吸收機(jī)械能 電機(jī)從外界吸收機(jī) 械能，轉(zhuǎn)換為電能 3.電磁制動(dòng)狀態(tài) 轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)，即n0，或s1 右手定則判斷定轉(zhuǎn)子導(dǎo)體 的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 轉(zhuǎn)

50、子導(dǎo)體電流方向和電動(dòng) 勢(shì)同 相鄰的定、轉(zhuǎn)子導(dǎo)體電流 方向相反 左手定則判斷定轉(zhuǎn)子導(dǎo)體 的電磁力方向 定子側(cè)，e1i1a0, 吸收電能 轉(zhuǎn)子側(cè)，Temn0, 吸收機(jī)械能 電機(jī)既吸收電能， 又吸收機(jī)械能， 轉(zhuǎn)換為熱能 電磁制動(dòng)狀態(tài)電磁制動(dòng)狀態(tài) 電動(dòng)機(jī)狀態(tài)電動(dòng)機(jī)狀態(tài) 發(fā)電機(jī)狀態(tài)發(fā)電機(jī)狀態(tài) n S 0 n1 01 0nS0 nn1 S0 n1 5.4 轉(zhuǎn)子靜止時(shí)的異步電動(dòng)機(jī) 5.4.1 轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)子繞組開路時(shí)的電磁關(guān)系轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)子繞組開路時(shí)的電磁關(guān)系 正常情況下，電機(jī)轉(zhuǎn)子總是旋轉(zhuǎn)的，但是為了 分析問題的方便，在這里我們首先從轉(zhuǎn)子靜止出發(fā) 進(jìn)行分析。 （1）勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)：我們給異步電動(dòng)機(jī)通入

51、對(duì)稱的三相交 流電時(shí)，根據(jù)我們前面所學(xué)的可知將會(huì)在氣隙中會(huì)產(chǎn)生一個(gè)旋 轉(zhuǎn)的氣隙磁場(chǎng)，這個(gè)旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)會(huì)同時(shí)切割定、轉(zhuǎn)子繞組，這 樣，在兩個(gè)繞組內(nèi)會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，但是由于轉(zhuǎn)子繞 組是開路的所以，沒有電流，即沒有磁動(dòng)勢(shì)，由此可見，在這 種情況下，整個(gè)氣隙磁場(chǎng)全部是由定子繞組內(nèi)的三相對(duì)稱電流 產(chǎn)生，為此，定子磁動(dòng)勢(shì)又叫做勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)，定子電流亦叫做 勵(lì)磁電流。 一、磁動(dòng)勢(shì)與磁通 0 11 0 2 24 2 3 I p kN F N 1 1 2 2 60 pn f （4）瞬間位置：正如前面所分析的，當(dāng)A相電流 達(dá)到正最大 時(shí)，他所對(duì)應(yīng)的磁動(dòng)勢(shì)也達(dá)到正最大。 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁動(dòng)勢(shì)的特點(diǎn)： （1）幅值：

52、（2）轉(zhuǎn)向：逆時(shí)針轉(zhuǎn)向。ABC （3）轉(zhuǎn)速：相對(duì)于定子繞組以角頻率 2）主磁通和漏磁通：）主磁通和漏磁通： 主磁通主磁通：同時(shí)交鏈定子、轉(zhuǎn)子、氣隙構(gòu)成閉和回路 的磁通，氣隙里每極主磁通量用1 表示。 磁路包括：定子鐵心氣隙轉(zhuǎn)子鐵心氣隙定 子鐵心 漏磁通漏磁通：只交鏈 定子繞組就形成 閉和回路，叫定 子漏磁通，用1 表示。 11111 44. 4 N kNfE 12212 44. 4 N kNfE 22 11 2 1 N N e kN kN E E k 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)同時(shí)切割定轉(zhuǎn)子繞組，在定轉(zhuǎn)子繞 組內(nèi)將會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E1、E2 : 三 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 定子、轉(zhuǎn)子每相電動(dòng)勢(shì)之比叫電壓變化，用ke表示，

53、即: 1 E 2 E 和 的相位關(guān)系： 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)總是滯后于產(chǎn)生它的磁通90。 定子繞組A相軸線和轉(zhuǎn)子a相軸線重合時(shí)，和 同相位 若轉(zhuǎn)子a相軸線滯后定子繞組A相軸線，滯后 12角 度。 1 E 2 E 1 E 2 E 四、勵(lì)磁電流：四、勵(lì)磁電流： ra III 0 和前面分析變壓器的情況是一樣的，勵(lì)磁電流也 是由Ia 和Ir兩分量組成。 有功分量Ia很小，因此 領(lǐng)先 一個(gè)不大的角度。 在時(shí)間空間向量圖上， 與 相位相同，與 相位 一樣， 和 領(lǐng)先 一個(gè)不大的角度。 0 I r I 0 I 0 F r I 0 I 0 F 1 1 五、電動(dòng)勢(shì)平衡關(guān)系 1 E 101 EjI X 定子繞組的漏磁通在

54、定子繞組內(nèi)也會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電動(dòng) 勢(shì)，稱之為定子漏電動(dòng)勢(shì)，用 表示， 電壓方程式為： 11011 ERIEU 10101 EI RjI X 1011 ()EIRjX 101 ZIE 定子繞組的漏阻抗定子繞組的漏阻抗 六、等效電路六、等效電路 100mmm EIRjXI Z 11011 jxRIEU 0011mm IRjXIRjX 10 ZZI m 與變壓器空載時(shí)一樣，異步電動(dòng)機(jī)也能找出并聯(lián)或 串聯(lián)的等值電路。知： 電壓平衡等式為 1 U 1 R 1 X m R m X 0 I 轉(zhuǎn)子回路電壓方程式: 22 EU 5.4.2 轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)時(shí)的電磁關(guān)系 一、定、轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)的相對(duì)靜止一、定、轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)的相對(duì)靜止

55、 轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)：轉(zhuǎn)子被短路，當(dāng)在定子繞組內(nèi)通入三 相對(duì)稱電流后，產(chǎn)生的沿逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)， 不僅在定子繞組內(nèi)產(chǎn)生磁動(dòng)勢(shì)，在轉(zhuǎn)子繞組內(nèi)也會(huì) 產(chǎn)生磁動(dòng)勢(shì)。轉(zhuǎn)子側(cè)磁動(dòng)勢(shì)的特點(diǎn)： 1）幅值 2 22 2 2 24 2 3 I P kN F N 2）轉(zhuǎn)向：設(shè)氣隙旋轉(zhuǎn)磁密是逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)， 在轉(zhuǎn)子繞組內(nèi)感應(yīng)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)及電流的相序就 應(yīng)為abc 1 12 2 6060 n p f p f n3）轉(zhuǎn)速：相對(duì)于轉(zhuǎn)子繞組為 注意：現(xiàn)在定轉(zhuǎn)子被同一個(gè)磁通所交鏈，所以，產(chǎn)生 的電流的頻率是相等的。 4）瞬間位置： 當(dāng)A相電流達(dá)到正的最大值時(shí)，與他相對(duì)應(yīng)的 磁動(dòng)勢(shì)也達(dá)到正的幅值。 12m FFF m F

56、既然它們是同步旋轉(zhuǎn)，又作用在同一個(gè)磁路上，把 它們按向量的關(guān)系加起來，得到合成的磁動(dòng)勢(shì)用 表示。 即: 轉(zhuǎn)于繞組短路的三相異步電機(jī)，作用在磁路上的磁 動(dòng)勢(shì)有兩個(gè)：一為定子旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì) ；一為轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁 動(dòng)勢(shì)。由于它們的旋轉(zhuǎn)方向相同，轉(zhuǎn)速又相等，是相對(duì) 靜止的，稱它們?yōu)橥叫D(zhuǎn)。 這個(gè)合成旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)才是產(chǎn)生氣隙每極主磁通的磁動(dòng)勢(shì)。 二、磁動(dòng)勢(shì)平衡方程二、磁動(dòng)勢(shì)平衡方程 1 F 2 F m F m F m B m F 空間矢量 、 和 都以同步轉(zhuǎn)速n1、逆時(shí)針方 向旋轉(zhuǎn)，在空間均按正弦波分布。由于電機(jī)磁路中總有 磁滯和渦流損耗，所以由 產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁通密 度波 在空間上滯后 波一個(gè)鐵耗角Fe 1

57、 111 1 9 . 0 2 I p kNm F N 2 222 2 9 . 0 2 I p kNm F N m N m I p kNm F 111 9 . 0 2 12m FFF 222 111 w w i kNm kNm k mi IkII / 21 電流變比 三、電動(dòng)勢(shì)平衡方程式 與變壓器類似，主磁通 在定、轉(zhuǎn)子繞組中分別感 應(yīng)出電動(dòng)勢(shì) 、 ，轉(zhuǎn)子靜止時(shí)，兩者的頻率均為f1， 相位上滯后主磁通 90。兩者的有效值為： m . 1 E . 2 E m mN kNfE 1111 44. 4 mN kNfE 2212 44. 4 21 EkE e 22 11 221 111 2 1 44. 4

58、 44. 4 N N N N e kN kN kNf kNf E E k 由上式可得: 式中電動(dòng)勢(shì)變比： 與變壓器副邊短路時(shí)有相似的物理過程，仿 照變壓器中各物理量正方向的規(guī)定，根據(jù)電路定 律可得定、轉(zhuǎn)子的電動(dòng)勢(shì)方程式： )( 11 111 jXRIEU )(0 22 22 jXRIE 111 jXRZ 222 jXRZ 式中：定子每相漏阻抗為： 轉(zhuǎn)子每相漏阻抗為： 式中：m為勵(lì)磁阻抗；大小與鐵心的飽和程度有關(guān)； Rm為勵(lì)磁電阻，反映異步電機(jī)鐵耗的等效電阻； Xm為勵(lì)磁電抗，定子每相繞組與主磁通對(duì)應(yīng)的電抗。 定子電動(dòng)勢(shì) 可用阻抗壓降表示為： 1 E mmmmm ZIjXRIE )( 1 四、轉(zhuǎn)

59、子繞組的折算 從前面的分析我們可以看出，分別對(duì)定轉(zhuǎn)子進(jìn)行分析太 過麻煩，異步電動(dòng)機(jī)定、轉(zhuǎn)子之間沒有電路上的聯(lián)結(jié)，只有 磁路的聯(lián)系，這點(diǎn)和變壓器的情況相類似 ，所以在這里我 們?nèi)圆捎谜鬯愕姆椒?，把轉(zhuǎn)子折算到定子側(cè)，用一個(gè)新轉(zhuǎn)子， 它的相數(shù)、每相串聯(lián)匝數(shù)以及繞組系數(shù)都分別和定子的一樣。 定子的相數(shù)m1，每 相串聯(lián)匝數(shù)N1繞組 系數(shù)kN1 轉(zhuǎn)子的相數(shù)m2，每 相串聯(lián)匝數(shù)N2繞組 系數(shù)kN2 新轉(zhuǎn)子新轉(zhuǎn)子的相數(shù)m1，每 相串聯(lián)匝數(shù)N1繞組系 數(shù)kN1 折算的原則折算的原則：保證轉(zhuǎn)子側(cè)在折算前后對(duì)整個(gè)磁場(chǎng)的影響不能 發(fā)生改變，即折算前后轉(zhuǎn)子的總視在功率、有功功率、轉(zhuǎn)子 的銅耗和漏磁場(chǎng)儲(chǔ)能均保持不變。 1

60、）電流的折算 2 222 2 9 . 0 2 I p kNm F N 折算前 2 111 2 9 . 0 2 I p kNm F N 折算后 222 111 N N i kNm kNm k 電流變比22 FF i kII/ 22 mN kNfE 1112 44. 4 22 11 221 111 2 1 44. 4 44. 4 N N N N e kN kN kNf kNf E E k 2）電動(dòng)勢(shì)的折算 mN kNfE 2212 44. 4折算前 折算后 電動(dòng)勢(shì)變比 22 EE 22 EkE e 3）轉(zhuǎn)子電阻的折算 2 2 222 RImpcu 折算前 22cucu pp 2 2 2 2 1 2