第四章三相異步電動機(jī)8.26

第四章三相異步電動機(jī)電氣工程系異步電機(jī)同步電機(jī)異步發(fā)電機(jī)異步電動機(jī)三相異步電動機(jī)三相異步電動機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、價格低廉、運(yùn)行可靠等一系列優(yōu)點；還具有較高的運(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，能滿足各行各業(yè)大多數(shù)生產(chǎn)機(jī)械的傳動要求。異步電動機(jī)還便于派生成各種專用、特殊要求的形式，以適應(yīng)不同生產(chǎn)條件的需要。第四章三相異步電動機(jī)交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與磁場轉(zhuǎn)速相等轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與磁場轉(zhuǎn)速不相等與直流電機(jī)的靜止磁場不同，都是旋轉(zhuǎn)的磁場。單相異步電動機(jī)用于家用電器和醫(yī)療儀器中用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)等特殊場合在各種電動機(jī)中應(yīng)用最廣、需要量最大。工業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)機(jī)械化、交通運(yùn)輸、國防工業(yè)等電力拖動裝置中，有90%采用三相異步電動機(jī)。初識交流電動機(jī)Y、Y2系列三相異步電動機(jī)洗衣機(jī)電機(jī)吸油煙機(jī)電機(jī)Z3050鉆床三相異步電動機(jī)異步電動機(jī)的應(yīng)用舉例單相異步電動機(jī)第四章三相異步電動機(jī)

本章先敘述三相異步電動機(jī)的基本工作原理和基本結(jié)構(gòu)；再根據(jù)三相異步電動機(jī)與變壓器的基本電磁關(guān)系有許多相似之處，在沿用變壓器的分析方法敘述異步電動機(jī)(在本章及以后章節(jié)中，由于習(xí)慣用法，異步電動機(jī)就是指三相異步電動機(jī))的運(yùn)行時又注意異步電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)、機(jī)械功率和電磁轉(zhuǎn)矩等特殊性。對于單相異步電動機(jī)及同步電機(jī)，將在第六章中加以闡述。

異步電動機(jī)運(yùn)行時，必須從電網(wǎng)吸取感性無功功率以建立旋轉(zhuǎn)磁場，使電網(wǎng)的功率因數(shù)變壞，而且運(yùn)行時受電網(wǎng)電壓波動影響較大；另外，異步電動機(jī)的與調(diào)速性能都要遜色于直流電動機(jī)，不過隨著電力電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)及交流調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展，起動性能、調(diào)速性能等已可與直流電動機(jī)媲美。

第一節(jié)三相異步電動機(jī)的

基本工作原理和結(jié)構(gòu)一、交流電機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場

三相交流電機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場是在三相對稱繞組中通以三相對稱電流而產(chǎn)生的。為了簡化分析，可以用軸線互差120°電角度的三個線圈來代表，線圈的首端分別為U1、V1、W1，尾端分別為U2、V2、W2規(guī)定電流為正時，電流從線圈的首端流入（“×”表示），從線圈的尾端流出（“”表示）；電流為負(fù)值時則方向相反，即尾入首出。一、交流電機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場兩極旋轉(zhuǎn)場示意圖一、交流電機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場

結(jié)論：三相基波合成磁場具有如下特點：性質(zhì)：三相基波合成磁場其軸線在空間是旋轉(zhuǎn)的，故稱旋轉(zhuǎn)磁場。轉(zhuǎn)向：當(dāng)某相電流達(dá)到最大值時，合成磁場的矢量就轉(zhuǎn)到該相軸方向，磁場轉(zhuǎn)向由電流相序決定。若要改變旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向，將三相電源進(jìn)線中的任意兩相對調(diào)即可。轉(zhuǎn)速：

又稱：同步轉(zhuǎn)速因從前圖可知電流在時間上變化了ωt＝360°電角度時，即一周期，在兩極(p=1)的情況下，旋轉(zhuǎn)磁場在空間也轉(zhuǎn)過360°電角度，轉(zhuǎn)過的機(jī)械角也是360°，即在空間正好轉(zhuǎn)過一圈。電流每秒變化f周期，則旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n1=f(r/s)=60f(r/min)。當(dāng)(p=2）時，n1=60f/2(r/min)——見下頁；p對極時，n1=60f/p(r/min)四極旋轉(zhuǎn)磁場示意圖電流在時間上變化一周期，磁場在空間轉(zhuǎn)過半圈。n1=60f/2設(shè)起動時旋轉(zhuǎn)磁場方向如圖為順時針，磁場轉(zhuǎn)速n1轉(zhuǎn)子導(dǎo)體靜止，與旋轉(zhuǎn)磁場之間存在著相對運(yùn)動，根據(jù)右手定則,轉(zhuǎn)子繞組內(nèi)電動勢和電流方向如圖：上出下進(jìn)根據(jù)左手定則，載流轉(zhuǎn)子導(dǎo)體受力，形成轉(zhuǎn)矩，方向如圖，驅(qū)動轉(zhuǎn)子順時針旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)動原理轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n總是小于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n1。所以稱為異步電動機(jī)

二、三相異步電動機(jī)的基本工作原理二、三相異步電動機(jī)的基本工作原理轉(zhuǎn)差率

對普通的三相異步電動機(jī)，為了使額定運(yùn)行時的效率較高，通常設(shè)計成使它的額定轉(zhuǎn)速略低于但很接近于對應(yīng)的同步速，所以額定轉(zhuǎn)差率sN一般為1.5%～5%。n=n1(1－s)

轉(zhuǎn)差率s是異步電機(jī)運(yùn)行的重要參數(shù)。電動狀態(tài)的轉(zhuǎn)差率s的范圍是：0～1。其中s=0，是理想空載狀態(tài)；s=1，是起動瞬間。例4-1某臺三相異步電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)速nN=720r/min,試求該機(jī)的極對數(shù)和額定轉(zhuǎn)差率；另一臺4極三相異步電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)差率sN=0.05，試求該機(jī)的額定轉(zhuǎn)速。

因異步電動機(jī)額定轉(zhuǎn)速nN略低于但很接近于對應(yīng)的同步速，因此選擇750r/min的同步速對nN=720r/min的電動機(jī)其極對數(shù)為對4極sN=0.05的電動機(jī)：額定轉(zhuǎn)差率額定轉(zhuǎn)速

nN=n1(1－s)=1500×(1－0.05)r/min=1425r/min

解例4-2如何使三相異步電動機(jī)反轉(zhuǎn)？解因為異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向與磁場的旋轉(zhuǎn)方向一致，而旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向在三相繞組排列一定的條件下由電流的相序決定。因此只需要調(diào)換任意兩根電源進(jìn)線，旋轉(zhuǎn)磁場反向，電動機(jī)也跟著反轉(zhuǎn)。三、三相異步電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)三相異步電動機(jī)有不同的分類方法

按轉(zhuǎn)子繞組結(jié)構(gòu)分類：有籠型異步電動機(jī)和繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)兩類?；\型結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、成本低、運(yùn)行可靠；繞線轉(zhuǎn)子可通過外串電阻來改善起動性能并進(jìn)行調(diào)速。

按機(jī)殼的防護(hù)形式分類：有防護(hù)式、封閉式和開啟式。其它分類：還可按電動機(jī)容量的大小、冷卻方式等分類。不論三相異步電動機(jī)的分類方法如何，各類三相異步電動機(jī)的的基本結(jié)構(gòu)是相同的。它們都由定子和轉(zhuǎn)子這兩個基本部分組成，在定子和轉(zhuǎn)子之間有一定的氣隙。右圖是一臺封閉式籠型轉(zhuǎn)子的三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)圖。封閉式籠型異步電動機(jī)結(jié)構(gòu)圖1－軸承2－前端蓋3－轉(zhuǎn)軸4－接線盒5－吊攀6－定子鐵心7－轉(zhuǎn)子8－定子繞組9－機(jī)座10－后端蓋

11－風(fēng)罩12－風(fēng)扇三、三相異步電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)風(fēng)罩前端蓋機(jī)座接線盒蓋轉(zhuǎn)子導(dǎo)條風(fēng)扇定子繞組封閉式籠型異步電動機(jī)零部件圖風(fēng)罩三、三相異步電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)1、定子定子鐵心定子鐵心是電動機(jī)主磁路的一部分，并要放置定子繞組。為了導(dǎo)磁性能良好和減少交變磁場在鐵心中的鐵心損耗，故采用片間絕緣的0.5mm厚的硅鋼片迭壓而成。為了放置定子繞組，在鐵心內(nèi)圓開有槽。定子鐵心槽型和繞組分布示意圖鐵心內(nèi)圓開槽的形狀有：半閉口槽、半開口槽和開口槽等，分別如圖a、b、c所示。它們分別對應(yīng)放置小型、中型和大、中型的三相異步電動機(jī)的定子繞組。三相異步電動機(jī)的定子主要由定子鐵心、定子繞組、機(jī)座等構(gòu)成三、三相異步電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)1、定子定子繞組三相定子繞組的聯(lián)結(jié)定子繞組是電動機(jī)的定子電路部分，它將通過電流建立磁場，并感應(yīng)電動勢以實現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換。三相定子繞組的每相由許多線圈按一定的規(guī)律的嵌放在鐵心槽內(nèi)。定子繞組的線圈示意圖三相繞組的六個出線端（U1、V1、W1，U2、V2、W2）都引至接線盒上。為了接線方便，這六個出線端在接線板上的排列如圖所示，根據(jù)需要可聯(lián)接成星形或三角形聯(lián)結(jié)。三、三相異步電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)1、定子機(jī)座

在中小型電動機(jī)中，端蓋兼有軸承座的作用，則機(jī)座還要支撐電動機(jī)的轉(zhuǎn)子部分，故機(jī)座要有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和剛度。中小型電動機(jī)一般采用鑄鐵機(jī)座。對于封閉式中小型異步電動機(jī)其機(jī)座表面有散熱筋片以增加散熱面積，使緊貼在機(jī)座內(nèi)壁上的定子鐵心中的定子鐵耗和銅耗產(chǎn)生的熱量，通過機(jī)座表面加快散發(fā)到周圍空氣中不使電動機(jī)過熱。機(jī)座是電動機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)的組成部分，主要作用是固定和支撐定子鐵心還要固定端蓋。散熱筋片三、三相異步電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)2、轉(zhuǎn)子

三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)軸、轉(zhuǎn)子鐵心和轉(zhuǎn)子繞組等所構(gòu)成。

三相異步電動機(jī)按轉(zhuǎn)子繞組結(jié)構(gòu)分類：有籠型異步電動機(jī)和繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)兩類。下面以這兩種轉(zhuǎn)子分別介紹轉(zhuǎn)子的構(gòu)成?；\型轉(zhuǎn)子三、三相異步電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)2、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子鐵心沖片轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)子鐵心也是電動機(jī)主磁路的一部分并要放置轉(zhuǎn)子繞組。它也用0.5mm厚的沖有轉(zhuǎn)子槽形的硅鋼片迭壓而成。中小型異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子鐵心一般都直接固定在轉(zhuǎn)軸上?；\型轉(zhuǎn)子三、三相異步電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)2、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子鐵心沖片轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸是支撐轉(zhuǎn)子鐵心和輸出轉(zhuǎn)矩的部件，它必須具有足夠的剛度和強(qiáng)度。轉(zhuǎn)軸一般用中碳鋼車削加工而成，軸伸端銑有鍵槽，用來固定皮帶輪或聯(lián)軸器?；\型轉(zhuǎn)子三、三相異步電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)2、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子鐵心沖片轉(zhuǎn)軸籠型轉(zhuǎn)子繞組是在轉(zhuǎn)子鐵心的每個槽內(nèi)放入一根導(dǎo)體，在伸出鐵心的兩端分別用兩個導(dǎo)電端環(huán)把所有的導(dǎo)條聯(lián)結(jié)起來，形成一個自行閉合的短路繞組。如果去掉鐵心，剩下來的繞組形狀就像一個松鼠籠子

故稱籠型繞組故稱籠型繞組籠型轉(zhuǎn)子三、三相異步電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)2、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子鐵心沖片轉(zhuǎn)軸中小型三相異步電動機(jī)，籠型轉(zhuǎn)子一般采用鑄鋁，將導(dǎo)條、端環(huán)和風(fēng)葉一次鑄出；也有用銅條焊接在兩個銅端環(huán)上的銅條籠型繞組。在生產(chǎn)實際中籠型導(dǎo)條是斜的，以改善籠型電動機(jī)的起動性能三、三相異步電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)2、轉(zhuǎn)子繞線轉(zhuǎn)子繞線轉(zhuǎn)子繞組與定子繞組一樣，也是一個對稱三相繞組。它聯(lián)結(jié)成Y形后，其三根引出線分別接到軸上的三個集電環(huán)，再經(jīng)電刷引出而與外部電路接通。三、三相異步電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)2、轉(zhuǎn)子繞線轉(zhuǎn)子可以通過集電環(huán)與電刷而在轉(zhuǎn)子回路中串入外接的附加電阻或其它控制裝置，以便改善三相異步電動機(jī)的起動性能及調(diào)速性能。三、三相異步電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)2、轉(zhuǎn)子繞線轉(zhuǎn)子繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)還裝有提刷短路裝置。當(dāng)電動機(jī)起動完畢而又不需調(diào)速時，可操作手柄將電刷提起切除全部電阻同時使三只集電環(huán)短路起來，其目的是減少電動機(jī)在運(yùn)行中電刷磨損和摩擦損耗。三、三相異步電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)3、氣隙

三相異步電動機(jī)氣隙，比同容量直流電動機(jī)的氣隙要小得多，中小型異步電動機(jī)一般僅為0.2～1.5mm。氣隙的大小對三相異步電動機(jī)的性能影響極大。氣隙大，則磁阻大，由電網(wǎng)提供的勵磁電流(滯后的無功電流)大，使電動機(jī)運(yùn)行時的功率因數(shù)降低。但是氣隙過小時，將使裝配困難；運(yùn)行不可靠，易發(fā)生”掃膛”。四、三相異步電動機(jī)的銘牌三相異步電動機(jī)型號Y2-112M-2編號××××4kW8.23A380V2890r/minLW79dB(A)接法防護(hù)等級IP5450Hz××kgZBK2007-88工作制S1F級絕緣××年××月××電機(jī)廠

每一臺三相異步電動機(jī)，在其機(jī)座上都有一塊銘牌，銘牌上標(biāo)注有型號、額定值等Y2112M-2

產(chǎn)品代號異步電動機(jī)第二次改型設(shè)計

中心高112mm

中機(jī)座

1、電機(jī)型號2極

英文字母漢語拼音

異步電動機(jī)型號的表示方法，與其它電動機(jī)一樣：一般采用漢語拼音的大寫字母和阿拉伯?dāng)?shù)字組成，可以表示電動機(jī)的種類、規(guī)格和用途等中心高越大，電動機(jī)容量越大，因此異步電動機(jī)按容量大小分類與中心高有關(guān)：中心高63～315mm為小型，315～630mm為中型，630mm以上為大型；在同樣的中心高下，機(jī)座長，則容量大。S、M、L分別表示短、中、長機(jī)座YR160S2-4WF

中心高160mm

短機(jī)座2號(長)鐵心

1、電機(jī)型號4極

戶外、化工防腐

異步電動機(jī)、繞線轉(zhuǎn)子

2、額定值(1)額定功率PN

(2)額定電壓UN額定運(yùn)行時，軸上輸出的機(jī)械功率（kW）額定運(yùn)行狀態(tài)時，定子繞組應(yīng)加的線電壓（V）(3)額定電流IN

電動機(jī)在額定電壓下運(yùn)行,軸上輸出額定功率，流入定子繞組的線電流（A）。

額定值規(guī)定了電動機(jī)正常運(yùn)行狀態(tài)和條件，它是選用、安裝和維修電動機(jī)時的依據(jù)。異步電動機(jī)的銘牌上標(biāo)注的主要額定值有:2、額定值(4)額定頻率fN

(5)

額定轉(zhuǎn)速nN電動機(jī)所接的交流電源的頻率。我國電力網(wǎng)的頻率(工頻)規(guī)定為50Hz。電動機(jī)在額定電壓、額定頻率和軸上輸出額定功率時的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速(r/min)。

銘牌除了型號和額定值外，還標(biāo)明繞組的聯(lián)結(jié)法、絕緣等級及工作制等。對于繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)，還標(biāo)明轉(zhuǎn)子繞組的額定電壓(指定子加額定頻率的額定電壓而轉(zhuǎn)子繞組開路時集電環(huán)間的電壓)和轉(zhuǎn)子的額定電流，以作為配用起動變阻器等的依據(jù)。例4-3一臺Y160M2-2三相異步電動機(jī)的額定數(shù)據(jù)如下：PN=15kW，UN=380V，cosN=0.88，N=88.2%，定子繞組聯(lián)結(jié)。試求：該機(jī)的額定電流和對應(yīng)的相電流。

解該機(jī)的額定電流為從此題看，在數(shù)值上有IN

≈2PN，這也是額定電壓為380V的電動機(jī)的一般規(guī)律。今后在實際中，可以對額定電流進(jìn)行粗略估算，即每千瓦按2安電流估算。相電流為例4-4已知三相異步電動機(jī)的銘牌，如何接用電動機(jī)？

解接用的原則是：在電動機(jī)容量與機(jī)械負(fù)載功率相配合下，銘牌上的額定電壓與電網(wǎng)的電壓相等，每相繞組的額定電壓不變。例如銘牌上標(biāo)明“電壓380/220V，Y/聯(lián)結(jié)”的電動機(jī)，如果電源電壓為380V，則聯(lián)結(jié)成Y形，這時每相電壓為220V；如電源電壓為220V，應(yīng)聯(lián)結(jié)成形，則每相電壓仍為220V。如果接錯了，會引起電流過大而損壞電動機(jī)。五、三相異步電動機(jī)主要系列簡介

我國統(tǒng)一設(shè)計和生產(chǎn)的三相異步電動機(jī)系列中，產(chǎn)量最大、使用最廣的是一般用途的Y、Y2系列的基本系列。Y系列電動機(jī)（B級絕緣、IP23或IP44防護(hù)等級）是20世紀(jì)80年代開始替代J2、JO2系列電動機(jī)(E級絕緣)的更新?lián)Q代產(chǎn)品。而Y2系列是在Y系列的基礎(chǔ)上更新設(shè)計的一般用途的異步電動機(jī)，產(chǎn)品達(dá)到20世紀(jì)90年代的國際先進(jìn)水平，Y2電動機(jī)較Y系列節(jié)能、效率高、起動轉(zhuǎn)達(dá)矩大、絕緣等級高（F級絕緣，B級考核)，噪聲低，振動小，防護(hù)等級提高為IP54，IP是國際防護(hù)的英文縮寫，指外殼結(jié)構(gòu)防護(hù)形式，IP后面的第一個數(shù)字代表防塵等級、第二個數(shù)學(xué)代表達(dá)式防水等級，數(shù)字越大，防護(hù)能力越強(qiáng)。Y、Y2系列其性能指標(biāo)、規(guī)格參數(shù)和安裝尺寸等完全符合國際電工委員會（IEC）標(biāo)準(zhǔn)，便于進(jìn)出口產(chǎn)品的配套。第二節(jié)三相異步電動機(jī)的定子繞組和

感應(yīng)電動勢一、交流繞組的基本知識1.交流繞組的基本術(shù)語線圈線圈是由單匝或多匝串聯(lián)而成，是組成交流繞組的基本單元。每個線圈放在鐵心槽內(nèi)的直線部分稱為有效邊，槽外部分稱為端部。

1.交流繞組的基本術(shù)語

極距每個磁極沿定子鐵心內(nèi)圓所占的范圍磁極所占范圍的長度表示定子槽數(shù)表示電角度表示

節(jié)距y線圈的兩個有效邊所跨定子內(nèi)圓上的距離y當(dāng)y==Z1

/(2p)時，稱為整距繞組；

當(dāng)y<

時，稱為短距繞組

當(dāng)y>

時，稱為長距繞組。長距繞組端部較長，費(fèi)銅料，故較少采用1.交流繞組的基本術(shù)語

槽距角

相鄰兩槽之間的電角度稱為槽距角每個極距內(nèi)屬于同相的槽所占有的區(qū)域每極每相槽數(shù)q

每一個極下每相所占有的槽數(shù)稱為每極每相槽數(shù)

相帶一個極距占有180空間電角度，由于三相繞組均分，每等分為60空間電角度，稱為60相帶

2.對交流繞組的基本要求l)交流繞組通過電流之后，必須形成規(guī)定的磁場極對數(shù)。

2)三相繞組在空間布置上必須對稱，以保證三相磁通勢及電動勢對稱。

3)交流繞組通過電流所建立的磁場在空間的分布應(yīng)盡量為正弦分布；且旋轉(zhuǎn)磁場在交流繞組中的感應(yīng)電動勢必須隨時間按正弦規(guī)律變化。

4)在一定的導(dǎo)體數(shù)之下，建立的磁場最強(qiáng)而且感應(yīng)電動勢最大。

5)用銅量少；嵌線方便；絕緣性能好，機(jī)械強(qiáng)度高，散熱條件好。二、三相單層繞組

單層繞組在每一個槽內(nèi)只安放一個線圈邊，所以三相繞組的總線圈數(shù)等于槽數(shù)的一半?，F(xiàn)以z1=24，要求繞成2p=4，m1=3的單層繞組為例，說明三相單層繞組的繞制規(guī)律。

1．計算繞組數(shù)據(jù)2．劃分相帶二、三相單層繞組先畫24根鉛垂直線表示定子Z1=24個槽和槽中的線圈邊，并且按1、2……順序編號；

U1W2V1U2W1V2第一對極1、23、45、67、89、1011、12第二對極13、1415、1617、1819、2021、2223、24據(jù)q=2即相鄰2個槽組成一個相帶，二對極共有12個相帶

屬于U相繞組的槽號、相帶如下

二、三相單層繞組3．畫繞組展開圖以U相為例，根據(jù)y=(=6)和q=2及a=1,線圈→線圈組→U相繞組。稱單層整距疊繞組。

4．單層繞組的改進(jìn)(l)鏈?zhǔn)嚼@組連接線圈（y=-1)→連U相繞組（各線圈的“尾聯(lián)尾，頭聯(lián)頭”）。稱鏈?zhǔn)?。每個線圈跨距小，端部短，省銅；q=2的兩線圈各朝兩邊翻，散熱好。因保持U相繞組的各線圈邊槽號及其電流方向不變，電磁性能未變，鏈?zhǔn)浇M與單層整距疊繞組是等效的。二、三相單層繞組

對于三相繞組，仿上可以畫出分別與U相相差120

的V相(5號槽開始)、相差240的W相(9號槽開始)的繞組展開圖，從而得到三相對稱繞組U1U2、V1V2

、W1W2，如圖所示。再根據(jù)銘牌要求，將引線至接線盒上聯(lián)結(jié)成Y或形。注意在實際嵌線中，三相繞組并不是一相相分開嵌線，而是三相連續(xù)的輪換嵌線而構(gòu)成三相繞組。三相單層鏈?zhǔn)嚼@組展開圖

二、三相單層繞組4．單層繞組的改進(jìn)(2)交叉式繞組設(shè)q=3(如Z1=36,2p=4,m1=3)，圖a所示的單層整距疊繞組形式轉(zhuǎn)化成圖b所示的形式。圖b的聯(lián)結(jié)規(guī)律一相繞組按“兩大(y=－1)一小(y=－2)”順序交錯排列，稱交叉式繞組。從電磁觀點看，交叉式繞組與單層整距疊繞組是等效的，但前者比后者省端部聯(lián)線，散熱好，因此，p2，q=3的單層繞組常采用交叉式繞組。二、三相單層繞組4．單層繞組的改進(jìn)(3)同心式繞組設(shè)q=4(如Z1=24，2p=2、m1=3)，同樣可以從圖a所示的單層整距疊繞組形式轉(zhuǎn)化成如圖b所示的形式。圖b所示的線圈軸線重合，故稱之為同心式繞組。在p=1時，同心式繞組嵌線較方便。因此，p=1的單層繞組常采用同心式繞組。三、三相雙層繞組

雙層繞組在每個槽內(nèi)要安放兩個不同線圈的線圈邊。某線圈的一個有效邊放在某槽的上層，其另一個有效邊則放在相距y的另一個槽的下層。所以三相繞組的總線圈數(shù)正好等于槽數(shù)。采用雙層繞組的目的，就是為了選擇合適的短距，從而改善電磁性能。

現(xiàn)以Z1=24槽，2p=4，m1=3，y=5/6為例，討論三相雙層疊繞組的繞制規(guī)律。1．計算繞組數(shù)據(jù)

=24/4=6槽,q=24/(3×4)=2槽,y=5/6=5槽,即為短距繞組。2．劃分相帶畫24對虛實線—以q=2個槽來劃分,兩對極共得到12個相帶3．畫繞組展開圖三、三相雙層繞組先畫U相，線圈(y=5,上層邊聯(lián)下層邊)→線圈組(q=2)→U相(a=1)。仿上可畫出V、W相繞組展開圖，然后再聯(lián)結(jié)成Y或而得到三相對稱的雙層疊繞組。

雙層疊繞組每相共有2p個線圈組每相最大并聯(lián)支路數(shù)：amax＝2p=4雙層短距疊繞組U相繞組展開圖

四、異步電動機(jī)的感應(yīng)電動勢

異步電動機(jī)氣隙中的磁場旋轉(zhuǎn)時，定子繞組切割該磁場，在定子繞組中將感應(yīng)電動勢。經(jīng)推導(dǎo)，定子繞組每相的基波感應(yīng)電動勢公式如下：基波繞組因數(shù)，它反映了繞組采用分布、短距后，基波電動勢應(yīng)打的折扣,一般：0.9<kN1<1。這樣基波電動勢大小略有損失，但波形接近正弦波。

與定子每相繞組的基波感應(yīng)電動勢E1相似，轉(zhuǎn)子不動時的每相繞組的基波感應(yīng)電動勢E2為第三節(jié)三相異步電動機(jī)的空載運(yùn)行

本節(jié)起將對三相異步電動機(jī)運(yùn)行進(jìn)行電磁分析，分析的方法是與變壓器相似。這是變壓器的一、二次電路，異步機(jī)的定、轉(zhuǎn)子電路都是通過交、交勵磁的磁耦合而聯(lián)系的，它們的基本電磁關(guān)系是相似的。不過，異步電動機(jī)有它自己的特點。如異步電動機(jī)的主磁路有空氣隙存在，磁場是旋轉(zhuǎn)的；定子繞組為分布、短距繞組；異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子是轉(zhuǎn)動的，輸出機(jī)械功率，而變壓器的二次側(cè)是靜止的，輸出電功率。所以異步電動機(jī)在沿用變壓器的分析方法時，要注意與變壓器的不同之處。同時定、轉(zhuǎn)子各物理量的下標(biāo)分別用“l(fā)”和“2”表示，并規(guī)定各物理量的正方向按變壓器慣例。異步電動機(jī)在正常工作時總是要帶機(jī)械負(fù)載運(yùn)行的，但一些電磁關(guān)系在空載是就存在。對空載運(yùn)行的分析將有助于理解負(fù)載時的電磁關(guān)系。第三節(jié)三相異步電動機(jī)的空載運(yùn)行

一、空載運(yùn)行時的電磁關(guān)系

當(dāng)異步電動機(jī)的定子繞組接入三相電源，電動機(jī)軸上不帶機(jī)械負(fù)載，為空載運(yùn)行。氣隙中以n1旋轉(zhuǎn)磁通勢F0產(chǎn)生主磁通和漏磁通兩部分具體電磁關(guān)系如下第三節(jié)三相異步電動機(jī)的空載運(yùn)行

二、空載運(yùn)行時的基本方程式

三相異步電動機(jī)空載時，電磁轉(zhuǎn)矩只需克服很小的空載損耗，對應(yīng)的轉(zhuǎn)子電流很小，I2≈0，因與變壓器空載運(yùn)行十分相似，空載時的定子側(cè)的基本方程與變壓器一次側(cè)的基本方程是一樣的。如：

與變壓器一樣，異步電動機(jī)的主磁通的大小由外加電壓大小決定。即頻率不變，外加電壓U1一定時，主磁通基本上是常量。

由于有空氣隙存在，異步電動機(jī)的I0比同容量的變壓器要大。如小容量電動機(jī)中，I0占35％～50％，甚至占60%。而Xm比變壓器的要小，即磁化能力弱于變壓器。第三節(jié)三相異步電動機(jī)的空載運(yùn)行

二、空載運(yùn)行時的基本方程式

由于異步電動機(jī)空載運(yùn)行時，輸出的機(jī)械功率P2=0,只需從電網(wǎng)吸取很小的有功功率來平衡電動機(jī)的鐵心損耗、定子繞組空載銅耗及機(jī)械損耗，因此空載電流I0主要成份是建立旋轉(zhuǎn)磁場的感性無功電流，即與變壓器一樣，空載時功率因數(shù)很低，一般cos0<0.2第四節(jié)三相異步電動機(jī)的負(fù)載運(yùn)行

當(dāng)異步電動機(jī)從空載到負(fù)載瞬時，由于軸上機(jī)械負(fù)載轉(zhuǎn)矩的突然增加，原空載時的電磁轉(zhuǎn)矩?zé)o法平衡負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電動機(jī)開始降速，旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子之間的相對運(yùn)動加大，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢增加，轉(zhuǎn)子電流和電磁轉(zhuǎn)矩增加，當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩增加到與負(fù)載轉(zhuǎn)矩和空載制動轉(zhuǎn)矩相平衡時，電動機(jī)就以低于空載時的轉(zhuǎn)速而穩(wěn)定運(yùn)行。

可見，當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩改變時，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n或轉(zhuǎn)差率s隨之變化，而s的變化引起了電動機(jī)內(nèi)部許多物理量的變化。第四節(jié)三相異步電動機(jī)的負(fù)載運(yùn)行

一、轉(zhuǎn)子各物理量與s的關(guān)系1．轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電動勢及電流的頻率f2

可見：轉(zhuǎn)子電動勢及電流的頻率f2與轉(zhuǎn)差率s成正比。當(dāng)n=0，s=1，f2=f1=f2max；n↑→s↓→f2↓當(dāng)n=nN，由于sN=0.015～0.05，所以f2N=f1sNlHz～3Hz。2．轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時轉(zhuǎn)子繞組的電動勢E2s

E2s=4.44f2kN2N21=4.44sflkN2N21=sE2

當(dāng)n=0,s=1，靜止時的E2s=E2為最大，n↑→s↓→E2s↓

一、轉(zhuǎn)子各物理量與s的關(guān)系3.轉(zhuǎn)子電抗X2s

X2s=2f2L2=2f1sL2=sX2

4.轉(zhuǎn)子電流I2s當(dāng)電動機(jī)起動瞬間，s=1，I2s為最大；n↑→s↓→I2s↓5.轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)磁通勢F2相對定子的轉(zhuǎn)速

注意:轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，在上面的分析中f2、E2s

、X2s、I2s均是轉(zhuǎn)差率s的函數(shù)，而轉(zhuǎn)子繞組的磁通勢F2的轉(zhuǎn)速n1卻是一個與s無關(guān)的量。

F2與F1的轉(zhuǎn)速都是同步速,之間沒有相對運(yùn)動,它們在空間相對靜止。

當(dāng)n=0,s=1，靜止時的X2s=X2為最大，n↑→s↓→X2s↓F2相對轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子相對定子的轉(zhuǎn)速

二、負(fù)載運(yùn)行時的基本方程式1.磁通勢平衡方程式

從前面的分析可知，當(dāng)外加電壓和頻率不變時，主磁通近似為一常量。因此，空載時產(chǎn)生主磁通的磁通勢F0與負(fù)載時產(chǎn)生主磁通的合成磁通勢（F1+F2）應(yīng)相等。F1+F2=F0F1=F0

+(-F2)

或

所以異步電動機(jī)就是通過磁通勢平衡關(guān)系，使電路上無直接聯(lián)系的定、轉(zhuǎn)子電流有了關(guān)聯(lián)，當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩增加時，轉(zhuǎn)速降低，轉(zhuǎn)子電流增大，電磁轉(zhuǎn)矩增大到與負(fù)載轉(zhuǎn)矩平衡，同時定子電流增大，經(jīng)過這一系列的自動調(diào)整后，進(jìn)入新的平衡狀態(tài)。

負(fù)載分量，用于抵消F2的去磁作用，保證主磁通基本不變。勵磁分量

二、負(fù)載運(yùn)行時的基本方程式2.電動勢平衡方程式

異步電動機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)子電路與變壓器二次電路不同的是：轉(zhuǎn)子電路的頻率為f2，且轉(zhuǎn)子電路自成閉路，對外輸出電壓為零。根據(jù)左側(cè)的異步電動機(jī)定、轉(zhuǎn)子電路圖，寫出下列電動勢平衡方程式用基本方程式可分析或計算異步電動機(jī)的運(yùn)行問題。實際電路定子側(cè)：轉(zhuǎn)子側(cè)：

三、負(fù)載運(yùn)行時的等效電路

為了更方便的分析異步電動機(jī)的運(yùn)行特性。希望得到一個象變壓器那樣的等效電路，則必須進(jìn)行兩次折算：一是頻率折算；二是繞組折算。從磁通勢平衡關(guān)系可知，轉(zhuǎn)子對定子的影響是通過轉(zhuǎn)子磁勢通來實現(xiàn)的。所以這兩種折算的原則和變壓器一樣，即折算前后F2不變以保證磁通勢平衡關(guān)系不變及各種功率不變。現(xiàn)分別討論如下：1.頻率折算

頻率折算：將頻率為f2的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子電路折算為與定子頻率f1相同的等效靜止轉(zhuǎn)子電路。因轉(zhuǎn)子靜止不動時，s=1，f2=f1。因此，只要利用一個靜止的等效轉(zhuǎn)子電路來代替實際上旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子電路，為此，將實際運(yùn)行的轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)換成等效靜止的轉(zhuǎn)子電流。1.頻率折算分子、分母同除以s以上兩式中的前者頻率為f2

，后者為f1，但電流的數(shù)值仍是相等的，因此頻率折算前后保證F2不變。轉(zhuǎn)子實際電阻模擬電阻，等效負(fù)載電阻相應(yīng)的電功率實為軸上的總機(jī)械功率頻率折算后的異步電動機(jī)電路

2.繞組折算繞組折算：用與定子繞組一樣的m1、N1和KN1新轉(zhuǎn)子繞組等效代替實際參數(shù)m2、N2及KN2的轉(zhuǎn)子繞組。但保證F2不變，功率關(guān)系不變。為了區(qū)別起見，將折算過的各量均用原符號加“’”來表示。電流折算電動勢折算阻抗折算電流比電動勢比,電壓比,有效匝比轉(zhuǎn)子繞組折算到定子繞組的規(guī)律是：單位為[A]的折算量等于折算前的量除以電流比ki；單位為[V]的折算量等于折算前的量乘以電壓比ke；單位為[Ω]的折算量等于折算前的量乘以電壓keki3.T型等效電路

頻率折算

繞組折算T型等效電路基本方程式4.等效電路的簡化T型等效電路是一個串并聯(lián)電路，它準(zhǔn)確地反映了異步電動機(jī)定、轉(zhuǎn)子電路的內(nèi)在聯(lián)系。但應(yīng)用它進(jìn)行有關(guān)相量計算還是比較繁瑣的，實際應(yīng)用時可進(jìn)行簡化。不過因異步電動機(jī)的空載電流較大，它不能象變壓器那樣去掉勵磁支路，只能把勵磁支路修改后移到輸入端，稱為簡化等效電路簡化等效電路

例4-5有一臺UN=380V，fN=50Hz，nN=1440r/min，Y聯(lián)結(jié)的三相繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)，其參數(shù)為Xm=40

，r1=r’2=0.4，X1=X’2=1，忽略rm。已知定轉(zhuǎn)子有效匝比為4，試求額定負(fù)載時的：

1)額定轉(zhuǎn)差率sN；

2)根據(jù)簡化等效電路求出I1、I2、I0和cos1；

3)轉(zhuǎn)子相電動勢E2s的大??；

4)轉(zhuǎn)子電動勢的頻率f2N；

5)總機(jī)械功率Pm

解

1)轉(zhuǎn)差率sN

根據(jù)nN=1440r/min，估算出同步速n1=1500r/min2)根據(jù)簡化等效電路求出I2

、I0、I1和cos1

由異步電動機(jī)簡化等效電路可見轉(zhuǎn)子回路阻抗Z’2

與Z1串聯(lián)阻抗設(shè)相電壓為參考相量，則轉(zhuǎn)子電流勵磁電流定子電流于是各電流的有效值為

繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)的定、轉(zhuǎn)子相數(shù)相等，所以該電動機(jī)的功率因數(shù)3)轉(zhuǎn)子相電動勢E2s的大小轉(zhuǎn)子電動勢轉(zhuǎn)子實際電動勢4)轉(zhuǎn)子電動勢的頻率f2N

5)總機(jī)械功率Pm

四、相量圖

根據(jù)T型等效電路對應(yīng)的基本方程式，可以作出異步電動機(jī)負(fù)載時的相量圖。

三相異步電動機(jī)對電網(wǎng)來說永遠(yuǎn)是感性負(fù)載。它所對應(yīng)的功率中，其無功分量主要是異步電動機(jī)為建立旋轉(zhuǎn)磁場，從電源吸收的感性無功功率，其有功分量主要是轉(zhuǎn)子電路中的模擬機(jī)械負(fù)載的r2(1－s)/s上的有功分量。結(jié)論：定子相電流滯后

外加相電壓一個1角。三相異步電動機(jī)的相量圖第五節(jié)三相異步電動機(jī)的功率及轉(zhuǎn)矩平衡方程式一、功率轉(zhuǎn)換及功率平衡方程式

從P1到P2是一個不斷扣除損耗的過程P1=m1U1I1cos1PCu1=m1I12r1

PFe=m1I20rm

Pem=P1?PCu1?PFe

由等效電路的轉(zhuǎn)子側(cè)可知，Pem

還可寫成三相異步電動機(jī)功率流程圖定子銅耗定子鐵耗電磁功率輸入電功率從T型等效電路可知一、功率轉(zhuǎn)換及功率平衡方程式P2=P1－pcu1－pFe－pcu2－pm－ps=P1

－(pcu1＋pFe＋pcu2＋pm＋ps)=P1－p

=P2/P1綜上可見轉(zhuǎn)子銅耗總機(jī)械功率輸出機(jī)械功率摩擦和風(fēng)阻產(chǎn)生的機(jī)械損耗附加損耗總損耗效率二、轉(zhuǎn)矩平衡方程式由輸出轉(zhuǎn)矩或因:機(jī)械角速度常用:還可推導(dǎo)出輸出轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)距TL相等TL和T0為制動轉(zhuǎn)矩，與驅(qū)動性質(zhì)的電磁轉(zhuǎn)矩T方向相反。只有滿足轉(zhuǎn)矩平衡關(guān)系時，電動機(jī)才能以一定的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)?？蛰d轉(zhuǎn)矩

例4-6一臺Y聯(lián)結(jié)的6極三相異步電動機(jī)，PN=145kW，UN=380V，fN=50Hz。額定運(yùn)行pcu2=3000W,cos1=0.8,pm+ps=2000W，pcu1+pFe=5000W，試求：

1)額定運(yùn)行時的電磁功率Pem、額定轉(zhuǎn)差率sN、額定效率N和額定電流IN。

2)額定運(yùn)行時的電磁轉(zhuǎn)矩T、額定轉(zhuǎn)矩TN和空載制動轉(zhuǎn)矩T0。解1)求Pem、sN、N和

INPem=PN+pm+ps+pcu2=(145+2+3)kW=150kW

P1=Pem+pcu1＋pFe=(150+5)kW=155kW電磁功率額定轉(zhuǎn)差率輸入功率2)求T、TN和T0

nN=n1(1－s)=1000×(1－0.02)r/min=980r/min

額定效率額定電流額定轉(zhuǎn)速電磁轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩空載轉(zhuǎn)矩第六節(jié)三相異步電動機(jī)的參數(shù)測定與工作特性

我們要利用異步電動機(jī)的等效電路定量計算和分析時，必須知道等效電路中的參數(shù)。與變壓器一樣，可分別通過空載試驗和短路(堵轉(zhuǎn))試驗來測定。

一、空載試驗

試驗?zāi)康模捍_定電動機(jī)的鐵耗pFe及機(jī)械損耗pm，勵磁參數(shù)rm

和Xm

試驗方法：軸上不帶負(fù)載，電動機(jī)起動后，先在UN下運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)分鐘，然后用調(diào)壓器將電動機(jī)的U0調(diào)到1.2UN時，開始記錄數(shù)據(jù)U0、I0、p0

，當(dāng)U0

↓→0.4UN。此間記錄79組數(shù)據(jù)。作空載特性曲線I0=f(U0)、p0=f(U0)三相異步電動機(jī)空載試驗接線圖

一、空載試驗1．鐵耗和機(jī)械損耗的分離

要求出勵磁電阻rm，需知鐵耗。變壓器有p0≈

pFe，但異步電動機(jī)的鐵耗pFe求取要復(fù)雜得多。p0m1I02r1+pFe+pm

pFe+pm=p0-m1I02