電機(jī)與拖動(dòng)技術(shù) 項(xiàng)目2 異步電機(jī)4

項(xiàng)目2三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行與維護(hù)單元1三相異步電動(dòng)機(jī)的基本知識(shí)概述異步電動(dòng)機(jī)的用途和分類異步電動(dòng)機(jī)是一種交流電機(jī)，也叫感應(yīng)電機(jī)。三相異步電機(jī)主要用作電動(dòng)機(jī)，拖動(dòng)各種生產(chǎn)機(jī)械，例如：風(fēng)機(jī)、泵、壓縮機(jī)、機(jī)床、輕工及礦山機(jī)械、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的脫粒機(jī)和粉碎機(jī)、農(nóng)副產(chǎn)品中的加工機(jī)械等等。

在民用生活中，電扇、洗衣機(jī)、電冰箱和空調(diào)器等一般由單相異步電動(dòng)機(jī)來拖動(dòng)。異步電動(dòng)機(jī)

優(yōu)點(diǎn)：直流電動(dòng)機(jī)具有良好的調(diào)速性能、較大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和過載能力。

缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、運(yùn)行維護(hù)較困難

優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、制造容易、價(jià)格低廉、堅(jiān)固耐用，有較高的效率和相當(dāng)好的工作特性。故能在生產(chǎn)和生活領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用。缺點(diǎn)：調(diào)速平滑性差；效率較低。

直流電動(dòng)機(jī)

異步電動(dòng)機(jī)的種類很多，從不同的角度看，有不同的分類法，常見的有：按定子相數(shù)分：單相異步電動(dòng)機(jī)三相異步電動(dòng)機(jī)按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)分：繞線型異步電動(dòng)機(jī)鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)2.1三相異步電動(dòng)機(jī)的基本工作原理與結(jié)構(gòu)2.1.1三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)下面是它主要部件的拆分圖。一、定子部分1、定子鐵心——導(dǎo)磁部分。定子鐵心是電機(jī)磁路的一部分，并起固定定子繞組的作用。為了增強(qiáng)導(dǎo)磁能力和減小鐵耗，定子鐵心常選用0.5mm或0.35mm厚的硅鋼片沖制疊壓而成，片間涂上絕緣漆。定子鐵心內(nèi)圓均勻沖出許多形狀相同的槽，用以嵌放定子繞組。

2、定子繞組：放在定子鐵心內(nèi)圓槽內(nèi)——導(dǎo)電部分。定子繞組是異步電動(dòng)機(jī)的電路部分，其材料主要采用紫銅。小型異步電動(dòng)機(jī)常采用三相單層繞組，大中型異步電動(dòng)機(jī)常采用三相雙層短矩疊繞組形式，三相繞組的六個(gè)出線端子均接在機(jī)座側(cè)面的接線板上，可根據(jù)需要將三相繞組接成Y形或△形。

3、機(jī)座機(jī)座是電動(dòng)機(jī)的外殼，支撐電機(jī)各部件，并通過機(jī)座的底腳將電機(jī)安裝固定。全封閉式電機(jī)的定子鐵心緊貼機(jī)座內(nèi)壁，故機(jī)座外殼上的散熱筋是電機(jī)的主要散熱面。中小型電機(jī)采用鑄鐵機(jī)座。大型電機(jī)一般采用鋼板焊接機(jī)座。

定子繞組機(jī)座二、轉(zhuǎn)子部分1、轉(zhuǎn)子鐵心轉(zhuǎn)子鐵心也是電機(jī)磁路的組成部分，并用來固定轉(zhuǎn)子繞組。鐵心材料也用0.5mm或0.35mm厚的硅鋼片沖制疊壓而成，故通常用沖制定子鐵芯沖片剩余下來的內(nèi)圓部分制作。轉(zhuǎn)子鐵芯固定在轉(zhuǎn)軸上，其外圓上開有槽，用來嵌放轉(zhuǎn)子繞組。

2、轉(zhuǎn)子繞組——根據(jù)轉(zhuǎn)子繞組的結(jié)構(gòu)型式可分為1）鼠籠式轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)子鐵心的每個(gè)槽內(nèi)插入一根裸導(dǎo)條，形成一個(gè)多相對(duì)稱短路繞組。2）繞線式轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)子繞組為三相對(duì)稱繞組，嵌放在轉(zhuǎn)子鐵心槽內(nèi)。

異步電動(dòng)機(jī)的氣隙是均勻的。大小為機(jī)械條件所能允許達(dá)到的最小值。三、氣隙轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子鐵心按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)分：繞線型異步電動(dòng)機(jī)鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)鼠籠型轉(zhuǎn)子鐵心和繞組結(jié)構(gòu)示意圖三相繞線型轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)圖一、三相交流電的旋轉(zhuǎn)磁場

三相線圈的首端標(biāo)識(shí)為：U1、V1、W1

尾端標(biāo)識(shí)為：U2、V2、W22.1.2三相異步電動(dòng)機(jī)的基本工作原理（1）繞組正向規(guī)定

繞組正向的確定符合右手螺旋定則，即四指從每相的首端進(jìn)，尾端出，則大拇指所指的方向代表繞組軸線的正方向。（2）三相繞組電流的解析表達(dá)式（3）繞組電流正向的規(guī)定電流從線圈的首端（U1、V1、W1）流入，從線圈的尾端（U2、V2、W2）流出時(shí)為正，相反為負(fù)。（4）三相合成磁場的方向1）當(dāng)時(shí):2）當(dāng)時(shí):

3）當(dāng)時(shí):4）當(dāng)時(shí):通過以上分析可知：對(duì)稱三相電流通過對(duì)稱三相繞組時(shí)，必然會(huì)產(chǎn)生一轉(zhuǎn)速一定的磁場，該磁場為旋轉(zhuǎn)磁場。

當(dāng)電流的相序?yàn)閁-V-W時(shí)，磁場便沿著U相繞組軸線、V相繞組軸線、W相繞組軸線的正方向旋轉(zhuǎn)，若將三相繞組中的電流相序就將改變?yōu)閁-W-V，旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向又如何呢？

結(jié)論：

當(dāng)電流的相序?yàn)閁-V-W時(shí)，合成磁動(dòng)勢(shì)旋轉(zhuǎn)方向便沿著U相繞組軸線、V相繞組軸線、W相繞組軸線的正方向旋轉(zhuǎn)。若要改變電機(jī)定子旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)的轉(zhuǎn)向，只要改變?nèi)嘟涣麟娏鞯南嘈?，即把三相電源接到電機(jī)三相繞組的任意兩根導(dǎo)線對(duì)調(diào)，三相繞組中的電流相序就將改變?yōu)閁-W-V，旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)隨之變?yōu)榉捶较蛐D(zhuǎn)。

（5）三相合成磁通勢(shì)F單相交流電通入單相繞組時(shí)即產(chǎn)生磁通勢(shì)，其大小與電流成正比，磁通勢(shì)的方向由右手定則來判斷。磁通勢(shì)的計(jì)算公式為：式中：N為線圈的匝數(shù)；i為通入線圈的電流；

因此當(dāng)三相繞組線圈中通入電流時(shí)，在線圈中產(chǎn)生的磁通勢(shì)為：

由上可知：磁通勢(shì)的大小和方向取決于線圈中電流的大小和方向。

1）三相基波合成磁場在空間為正弦分布，其軸線在空間是旋轉(zhuǎn)的，故稱旋轉(zhuǎn)磁場，其幅值等于，且恒定不變，因此稱為圓形旋轉(zhuǎn)磁場；

2）當(dāng)某相電流達(dá)到最大值時(shí)，合成磁場的矢量也正好轉(zhuǎn)到該相的相軸上，且與該相軸方向一致；（6）三相合成磁場的特點(diǎn)3）圓形旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向與三相繞組電流的相序有關(guān)，即從超前電流的相繞組軸線轉(zhuǎn)向滯后電流的相繞組軸線旋轉(zhuǎn)。4）合成磁通勢(shì)的轉(zhuǎn)速?zèng)Q定于電流的頻率和磁極對(duì)數(shù)，即同步轉(zhuǎn)速：

1對(duì)極（P＝1）時(shí)：

p對(duì)極時(shí)：

p123456n0/(r/min)300015001000750600500

f=50Hz

時(shí)，不同極對(duì)數(shù)時(shí)的同步轉(zhuǎn)速如下:二、三相異步電動(dòng)機(jī)的基本工作原理U2U1W2V1W1V2n1、電生磁：三相對(duì)稱繞組通往三相對(duì)稱電流產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場。2、磁生電：旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電流。3、電磁力：轉(zhuǎn)子載流（有功分量電流）體在磁場作用下受電磁力作用，形成電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)，將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n與旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速n1相等時(shí)，在電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子上會(huì)產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩T嗎？NS電磁轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生▲

用右手定則判斷轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電流的方向▲

用左手定則判斷轉(zhuǎn)子繞組受到的電磁力的方向電磁力→電磁轉(zhuǎn)矩TT與n0同方向。異步電動(dòng)機(jī)的“異步”二字的含義就是指轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速之間存在著轉(zhuǎn)速差，此轉(zhuǎn)速差正是旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體的速度，它的大小決定著轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)及其頻率的大小，直接影響到異步電機(jī)的工作狀態(tài)。轉(zhuǎn)速差可用轉(zhuǎn)差率s這一重要物理量來表示。三、轉(zhuǎn)差率

轉(zhuǎn)差率是異步電機(jī)的一個(gè)基本物理量，它反映電機(jī)的各種運(yùn)行情況。轉(zhuǎn)子未轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)理想空載時(shí)，作為電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)速在范圍內(nèi)變化，轉(zhuǎn)差率在0~1范圍內(nèi)變。負(fù)載越大，轉(zhuǎn)速越低，轉(zhuǎn)差率越大；反之，轉(zhuǎn)差率越小。轉(zhuǎn)差率的大小能夠反映電機(jī)的轉(zhuǎn)速大小或負(fù)載大小。電機(jī)的轉(zhuǎn)速為：額定運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)差率一般在0.01~0.06之間，即電機(jī)轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速。

同步轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速之差與同步轉(zhuǎn)速的比值稱為轉(zhuǎn)差率，用s表示，即：四、異步電機(jī)的三種運(yùn)行狀態(tài)根據(jù)轉(zhuǎn)差率的大小和正負(fù),異步電機(jī)有三種運(yùn)行狀態(tài)機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔茈娔芎蜋C(jī)械能變成內(nèi)能電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能能量關(guān)系制動(dòng)制動(dòng)驅(qū)動(dòng)電磁轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)速外力使電機(jī)快速旋轉(zhuǎn)外力使電機(jī)沿磁場反方向旋轉(zhuǎn)定子繞組接對(duì)稱電源實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)電磁制動(dòng)電動(dòng)機(jī)狀態(tài)2.1.3銘牌和額定值一、銘牌型號(hào)額定值關(guān)系有：額定運(yùn)行狀態(tài)時(shí)加在定子繞組上的線電壓.額定條件下轉(zhuǎn)軸上輸出的機(jī)械功率。在額定運(yùn)行狀態(tài)下流入定子繞組的線電流.額定運(yùn)行時(shí)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速.二、額定值

三相異步電動(dòng)機(jī)的定子部分在結(jié)構(gòu)上和同步電動(dòng)機(jī)的定子部分完全相同。對(duì)中、小容量的低壓異步電動(dòng)機(jī)，通常定子三相繞組的六個(gè)出線頭都引出，這樣可根據(jù)需要靈活地接成“Y”形或“D”形。U1V1W1U1V1W1W2U2V2W2U2V2D聯(lián)結(jié)Y聯(lián)結(jié)三、接線工作制

是對(duì)電機(jī)各種負(fù)載，包括空載、停機(jī)和斷電及其持續(xù)時(shí)間和先后次序情況的說明。分類：連續(xù)工作制（S1）短時(shí)工作制（S2）斷續(xù)周期工作制（S3）額定條件下，能長時(shí)間連續(xù)運(yùn)行。適用于風(fēng)機(jī)、水泵、紡織機(jī)等。額定條件下，在限定時(shí)間內(nèi)短時(shí)運(yùn)行，如15min、30min、60min、90min。適用于水閘閘門啟閉機(jī)等。額定條件下，只能斷續(xù)周期性的運(yùn)行。由于頻繁啟動(dòng)，電機(jī)的過載能力強(qiáng)、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、機(jī)械強(qiáng)度高。適用于電梯、起重機(jī)械、自動(dòng)機(jī)床等。防護(hù)等級(jí)電機(jī)外殼防護(hù)型式有兩種：第一種：防止固體異物進(jìn)入電機(jī)內(nèi)部及防止人體觸及電機(jī)內(nèi)的帶電或運(yùn)動(dòng)部分的防護(hù)。第二種：防止水進(jìn)入電機(jī)內(nèi)部程度的防護(hù)表示方法：IP+兩個(gè)數(shù)字?jǐn)?shù)字越大，防護(hù)能力越強(qiáng)常見的幾種防護(hù)型式：IP11（開啟式）、IP23（防護(hù)式）、IP44（封閉式）2.2交流電機(jī)的繞組2.2.1交流繞組的基本知識(shí)一、基本要求和分類1）三相繞組對(duì)稱；2）力求獲得最大的電動(dòng)勢(shì)和磁動(dòng)勢(shì)；3）繞組的電動(dòng)勢(shì)和磁動(dòng)勢(shì)的波形力求接近正弦；4）節(jié)省用銅量；5）繞組的絕緣和機(jī)械強(qiáng)度可靠，散熱條件好；6）工藝簡單、便于制造、安裝和檢修。交流繞組的分類相數(shù)單相繞組多相繞組槽內(nèi)層數(shù)單層繞組多層繞組每極每相槽數(shù)整數(shù)槽繞組分?jǐn)?shù)槽繞組同心式繞組、鏈?zhǔn)嚼@組和交叉式繞組二、交流繞組的基本概念2、極距

兩個(gè)相鄰磁極軸線之間沿定子鐵心內(nèi)表面的距離。若定子的槽數(shù)為Z，磁極對(duì)數(shù)為p，則極距：3、線圈節(jié)距一個(gè)線圈的兩個(gè)有效邊之間所跨的距離稱為線圈的節(jié)距。1、電角度注：一個(gè)極距τ占有180°空間電角度。在電機(jī)里，我們把一對(duì)主磁極表面所占的空間距離用空間電角度表示時(shí)，定為360°。電機(jī)只有一對(duì)主磁極，則空間電角度與機(jī)械角度相等；如果電機(jī)有P對(duì)主磁極，則對(duì)應(yīng)的空間電角度為y>τ—長距線圈（一般不用）

4、槽距角相鄰兩個(gè)槽之間的電角度：6、相帶

每個(gè)極面下的導(dǎo)體平均分給各相，則每一相繞組在每個(gè)極面下所占的范圍，用電角度表示稱為相帶。對(duì)于三相交流電機(jī)，即為60°相帶。

每一個(gè)極面下每相所占的槽數(shù)為5、每極每相槽數(shù)m---相數(shù)P---極對(duì)數(shù)

動(dòng)畫60。相帶三繞組2極4極劃分相帶每相繞組在每個(gè)磁極下所連續(xù)占有的電角度qα稱為繞組的相帶。因?yàn)槊總€(gè)磁極占有的電角度為180°，所以對(duì)于三相繞組而言，每相繞組在每個(gè)磁極下所占有60°電角度。顯然，每對(duì)磁極360°電角度可分為6個(gè)相帶，若一臺(tái)電機(jī)有p對(duì)磁極，就可劃分為6p個(gè)相帶。三相對(duì)稱繞組在一對(duì)磁極中相帶應(yīng)按A-Z-B-X-C-Y的分布規(guī)律排列。A、X，B、Y，C、Z，分別為一對(duì)磁極中各自一相的兩個(gè)相帶，相距180°電角度，且A、B、C三相互差120°電角度。p對(duì)極的電機(jī)，相帶的排列為一對(duì)極情況的p次重復(fù)。2.2.2三相單層繞組

單層繞組的每個(gè)槽內(nèi)只放一個(gè)線圈邊，電機(jī)的線圈總數(shù)等于定子槽數(shù)的一半。單層繞組分為同心式、鏈?zhǔn)胶徒徊媸嚼@組。繞組展開圖

由于電動(dòng)機(jī)是圓周形的，在分析討論繞組時(shí)很不方便，所以，一般都采用繞組展開圖的形式，分析繞組的連線規(guī)律。所謂的繞組展開圖就是設(shè)想把定子(或轉(zhuǎn)子)沿軸向切開、沿橫向拉平，再略去鐵心，把繞組連接規(guī)律用平面圖形展示出來。一、單層同心式繞組

同心式繞組由幾個(gè)幾何尺寸和節(jié)距不等的線圈連成同心形狀的線圈組構(gòu)成。

同心式繞組端部連線較長，適用于q=4、6、8等偶數(shù)的2極小型三相異步電動(dòng)機(jī)。二、單層鏈?zhǔn)嚼@組

單層鏈?zhǔn)嚼@組由形狀、幾何尺寸和節(jié)距相同的線圈連接而成，整個(gè)外形如長鏈。

鏈?zhǔn)嚼@組的每個(gè)線圈節(jié)距相等并且制造方便；線圈端部連線較短并且省銅。主要用于q=2的4、6、8極小型三相異步電動(dòng)機(jī)。

繞組采用單層60°相帶，則每個(gè)相帶包含兩個(gè)槽（即等于q），分相列表如下。

設(shè)有一臺(tái)4極電動(dòng)機(jī)，定子槽數(shù)Z=24，則極距、每極每相槽數(shù)和槽距角為別為：

相帶

槽號(hào)AZBXCY第一對(duì)極1，23，45，67，89，1011，12第二對(duì)極13，1415，1617，1819，2021，2223，24單層鏈U相繞組展開圖

為了維持導(dǎo)體中的電流方向不變，導(dǎo)體電動(dòng)勢(shì)相加，則圈間的聯(lián)接應(yīng)為“尾-尾”相聯(lián)、“頭-頭”相聯(lián)。這種聯(lián)接方式的繞組稱為鏈?zhǔn)嚼@組。每個(gè)線圈的節(jié)距為短距y=5<τ。

鏈?zhǔn)嚼@組的線圈雖然是短距的，但在電氣性能方面和整距繞組一樣。

從電氣性能來看，鏈?zhǔn)嚼@組仍然是一種整距繞組。

用同樣的方法，可以得到另外兩相繞組的聯(lián)接規(guī)律。一般當(dāng)q=2時(shí)，三相單層繞組都采用鏈?zhǔn)嚼@組。下圖為三相單層鏈?zhǔn)嚼@組的展開圖。三、單層交叉式繞組

單層交叉式繞組由線圈數(shù)和節(jié)距不相同的兩種線圈組構(gòu)成，同一組線圈的形狀、幾何尺寸和節(jié)距均相同，各線圈組的端部互相交叉。

交叉式繞組由兩大一小線圈交叉布置。線圈端部連線較短，有利于節(jié)省材料，并且省銅。廣泛用于q>1的且為奇數(shù)的小型三相異步電動(dòng)機(jī)。

繞組采用單層60°相帶，則每個(gè)相帶包含3個(gè)槽（即等于q），分相列表如下。

設(shè)有一臺(tái)4極電動(dòng)機(jī)，定子槽數(shù)Z=36，則極距、每極每相槽數(shù)和槽距角為別為：

相帶

槽號(hào)AZBXCY第一對(duì)極1，2，34，5，67，8，910，11，1213，14，1516，17，18第二對(duì)極19，20，2122，23，2425，26，2728，29，3031，32，3334，35，36A相繞組連接如下：將2-10，3-11構(gòu)成兩個(gè)節(jié)距y1=8的大線圈（雙包線圈）；1-30構(gòu)成一個(gè)y1=7的小線圈（單包線圈）。同理，20-28，21-29構(gòu)成兩個(gè)大線圈，19-12構(gòu)成一個(gè)小線圈，形成兩對(duì)極下依次出現(xiàn)兩大一小的交叉布置，如圖所示。

為了保持導(dǎo)體的電流方向不變，根據(jù)電動(dòng)勢(shì)相加的原則，線圈之間的聯(lián)接規(guī)律如下：兩個(gè)相鄰的大線圈之間應(yīng)按“頭-尾”相聯(lián)，大線圈和小線圈之間應(yīng)按“尾-尾”相聯(lián)，小線圈與大線圈之間應(yīng)按“頭-頭”相聯(lián)。這種聯(lián)接方式的繞組為交叉式繞組。交叉式繞組不是等元件繞組，線圈的平均節(jié)距小于極距。從電氣性能來看，交叉式繞組仍然屬于整距繞組。2.2.3三相雙層繞組

雙層繞組每個(gè)槽內(nèi)放上、下兩層線圈的有效邊，線圈的每一個(gè)有效邊放在某一槽的上層，另一個(gè)有效邊則放置在相隔為y的另一槽的下層。雙層繞組分雙層疊繞組（如圖2a=1）和雙層波繞組。線圈組（極相組）一條并聯(lián)支路疊繞組中，每個(gè)線圈組中的線圈是依次串聯(lián)的，不同磁極下的各線圈組視具體情況可串聯(lián)也可并聯(lián)。串聯(lián)時(shí)各線圈組尾尾相連，首首相連。兩條并聯(lián)支路疊繞組線圈數(shù)等于槽數(shù)，其優(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)是由于極相組間連接線較長，在極相組較多時(shí)浪費(fèi)銅材。主要用在10千瓦以上的中小型同步電機(jī)和異步電機(jī)的定子繞組中。2.3交流電機(jī)繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)2.3.1定子線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)及短距系數(shù)一、整距線圈的電動(dòng)勢(shì)

每個(gè)整距繞組由Nc個(gè)相同匝數(shù)的線圈組成。(a)二極異步電機(jī)(b)主極磁場在空間的分布(c)導(dǎo)體中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的波形圖2.3.1氣隙磁場正弦分布時(shí)導(dǎo)體內(nèi)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)

a.導(dǎo)體的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)設(shè)主極磁場在氣隙內(nèi)按正弦規(guī)律分布，則：Bm：磁場幅值α：離開原點(diǎn)的電角度設(shè)----有效值b.導(dǎo)體感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的頻率若p=1，電角度=機(jī)械角度，磁場轉(zhuǎn)一周感應(yīng)電勢(shì)交變一次，設(shè)磁場每分鐘轉(zhuǎn)n1轉(zhuǎn)（即每秒轉(zhuǎn)n1/60轉(zhuǎn)），于是導(dǎo)體中電勢(shì)交變的頻率應(yīng)為：若電機(jī)為P對(duì)極，則磁場每旋轉(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：在我國，工業(yè)用電的標(biāo)準(zhǔn)頻率為50Hz，所以c.導(dǎo)體感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)有效值：一極下磁通量

：平均磁密，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，則整距線圈的電勢(shì)為d.整距線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)

（a）整距與短距線圈（b）整距線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)（c）短距線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)圖2.3.2整距和短距線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)若線圈有NC匝，則二、短距線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)基波電動(dòng)勢(shì)短距系數(shù)，線圈短距時(shí)電動(dòng)勢(shì)比整距時(shí)減小的倍數(shù)．y1<τ,線圈兩導(dǎo)體的電動(dòng)勢(shì)相位差小于180°，電角度為由向量圖可得，線圈采用短距時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：2.3.2線圈組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)及分布系數(shù)一組線圈由q個(gè)線圈組成,若q個(gè)線圈為集中繞組時(shí),各線圈電動(dòng)勢(shì)大小相等、相位相同，線圈組電動(dòng)勢(shì)為:若q個(gè)線圈為分布繞組,放在q個(gè)槽內(nèi),各線圈電動(dòng)勢(shì)大小相同,相位相差α電角度,電動(dòng)勢(shì)為:稱為基波電動(dòng)勢(shì)分布系數(shù):指分布線圈組電動(dòng)勢(shì)比集中線圈組電動(dòng)勢(shì)減小的倍數(shù).稱為基波電動(dòng)勢(shì)繞組系數(shù)。2.3.3單相繞組的基波感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)一繞組有2a條支路，一條支路由若干個(gè)線圈組路串聯(lián)組成。一相繞組的基波電動(dòng)勢(shì)為一條支路的基波電動(dòng)勢(shì)，一、一相繞組的基波電動(dòng)勢(shì)對(duì)單層繞組：對(duì)雙層繞組：為單層繞組每相串聯(lián)的總匝數(shù)為雙層繞組每相串聯(lián)的總匝數(shù)

二、短距繞組、分布繞組對(duì)電動(dòng)勢(shì)波形的影響

繞組中除了感應(yīng)有基波電動(dòng)勢(shì)外，同時(shí)也感應(yīng)有高次諧波電動(dòng)勢(shì)。高次諧波電動(dòng)勢(shì)對(duì)電動(dòng)勢(shì)的大小的影響一般不是很大，主要是影響電動(dòng)勢(shì)的波形，而采用短距繞組可以消除一部分高次諧波電動(dòng)勢(shì)。右圖表示采用短距繞組消除5次諧波磁場在線圈兩個(gè)有效邊中感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)大小相等、方向相反，沿線圈回路，兩個(gè)電動(dòng)勢(shì)正好相加。采用短距繞組消除5次諧波電動(dòng)勢(shì)

對(duì)三相繞組，不論采用星形聯(lián)接還是采用三角形聯(lián)接，線電壓中都不存在3次或3的倍數(shù)次諧波。因此在選擇線圈節(jié)距時(shí)，主要考慮削弱5次和7次諧波電動(dòng)勢(shì)，通常采用

左右，這時(shí)5次和7次諧波電動(dòng)勢(shì)約只有整距時(shí)的1/4左右，至于更高次諧波電動(dòng)勢(shì)，由于幅值很小，影響已不大。采用分布繞組，同樣可以起到削弱高次諧波的作用。通過計(jì)算（P104）可知，q增加時(shí)，基波的分布因數(shù)減小不多，而諧波的分布因數(shù)卻顯著減小。但是隨著q的增大，電動(dòng)機(jī)的槽數(shù)也增多，使電動(dòng)機(jī)的成本提高。事實(shí)上，當(dāng)?shù)貢r(shí)間q＞6時(shí)，高次諧波分布因數(shù)的下降已不太顯著，因些一般交流電動(dòng)機(jī)的每極每相槽數(shù)q均在2-6之間，小型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的q一般為2-4。改善電動(dòng)勢(shì)波形的方法:（１）采用短距繞組來削弱高次諧波（２）采用分布繞組來削弱高次諧波１．改善主磁極磁場的分布２．改善交流繞組的構(gòu)成，削弱諧波電動(dòng)勢(shì)2.4交流電機(jī)繞組的磁動(dòng)勢(shì)2.4.1單相繞組的磁動(dòng)勢(shì)一、整距線圈的磁動(dòng)勢(shì)一臺(tái)兩極氣隙均勻的交流電機(jī),一個(gè)整距線圈通入交流電流,線圈磁動(dòng)勢(shì)在某瞬間的分布如圖,由全電流定律得:忽略鐵心磁阻,磁動(dòng)勢(shì)完全降落在兩個(gè)氣隙上.每個(gè)氣隙的磁動(dòng)勢(shì)為:

因組成一相繞組的基本單元是線圈，所以在分析單相繞組產(chǎn)生的磁勢(shì)時(shí)，我們先從分析一個(gè)線圈的磁勢(shì)入手，進(jìn)而分析一個(gè)線圈組的磁勢(shì)，最后推出一相繞組產(chǎn)生的磁勢(shì)。

空間分布為矩形波,隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化.變化頻率為電流頻率?？臻g位置不變而幅值和方向隨時(shí)間變化的磁動(dòng)勢(shì)稱為脈動(dòng)磁動(dòng)勢(shì)，對(duì)應(yīng)的磁場稱為脈振磁場。矩形波磁動(dòng)勢(shì)可能分解為基波和一系列高次諧波:基波磁動(dòng)勢(shì)為:基波磁動(dòng)勢(shì)最大值為:整距繞組基波磁動(dòng)勢(shì)在空間按余弦分布，幅值位于繞組軸線，空間每一點(diǎn)的磁動(dòng)勢(shì)大小按正弦規(guī)律變化——仍然為脈動(dòng)磁動(dòng)勢(shì)。二、單相脈動(dòng)磁動(dòng)勢(shì)1、整距分布繞組的磁動(dòng)勢(shì)每個(gè)繞組由q個(gè)線圈串聯(lián)構(gòu)成，依次在定子圓周空間錯(cuò)開槽距角α,繞組的基波磁動(dòng)勢(shì)為q個(gè)線圈基波磁動(dòng)勢(shì)的空間矢量和：2、一組雙層短距分布繞組的基波磁動(dòng)勢(shì)雙層短距分布繞組的基波磁動(dòng)勢(shì)為兩個(gè)等效繞組基波磁動(dòng)勢(shì)的相量和，用短距系數(shù)計(jì)入繞組短距的影響：kq1----基波磁動(dòng)勢(shì)的分布系數(shù)，表示采用分布繞組使基波磁通勢(shì)減小的倍數(shù)kw1----基波磁動(dòng)勢(shì)的繞組系數(shù)ky1------短距系數(shù)3、單相繞組的磁動(dòng)勢(shì)

每個(gè)極下的磁動(dòng)勢(shì)和磁阻構(gòu)成一條分支磁路。若電機(jī)有p對(duì)磁極，就有p條并聯(lián)的對(duì)稱分支磁路，所以一相繞組的基波磁動(dòng)勢(shì)就是該繞組在一對(duì)磁極下線圈所產(chǎn)生的基波磁動(dòng)勢(shì)，若每相電流為Ip:

單相繞組的基波磁動(dòng)勢(shì)是在空間按余弦規(guī)律分布，幅值大小隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化的脈動(dòng)磁動(dòng)勢(shì)。三、單相脈動(dòng)磁動(dòng)勢(shì)的分解(1)單相繞組的基波磁動(dòng)勢(shì)為脈動(dòng)磁動(dòng)勢(shì),它可以分解為大小相等、轉(zhuǎn)速相同而轉(zhuǎn)向相反的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場。(2)反之,滿足上述性質(zhì)的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)的合成即為脈動(dòng)磁動(dòng)勢(shì)。(3)由于正方向或反方向的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)在旋轉(zhuǎn)過程中，大小不變，兩矢量頂點(diǎn)的軌跡為一圓形，所以這兩個(gè)磁動(dòng)勢(shì)為圓形旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)。2.4.2三相繞組基波合成磁動(dòng)勢(shì)——旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)三相的合成磁動(dòng)勢(shì)：取U相繞組軸線位置作為空間坐標(biāo)原點(diǎn)、以相序的方向作為x的參考方向、U相電流為零時(shí)作為時(shí)間起點(diǎn)，則三相基波磁動(dòng)勢(shì)為：可見：三相合成磁動(dòng)勢(shì)也是一個(gè)圓形旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)。

交流電機(jī)三相對(duì)稱繞組,通入三相對(duì)稱電流，磁動(dòng)勢(shì)是三相的合成磁動(dòng)勢(shì)。

產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)的條件：一是三相或多相對(duì)稱繞組；二是三相或多相對(duì)稱電流。兩個(gè)條件有一個(gè)不滿足，即產(chǎn)生橢圓形旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)。三相對(duì)稱繞組通入三相對(duì)稱電流，產(chǎn)生的基波合成磁動(dòng)勢(shì)是一個(gè)幅值恒定不變的圓形旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)，它有以下主要性質(zhì)(1)幅值是單相脈動(dòng)磁動(dòng)勢(shì)最大幅值的3/2倍。(2)轉(zhuǎn)速?zèng)Q定于電流的頻率和電機(jī)的磁極對(duì)數(shù)(4)旋轉(zhuǎn)磁場的位置：當(dāng)某相電流達(dá)到最大值時(shí)，旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)的幅值恰好轉(zhuǎn)到該相繞組的軸線上。(3)旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)的轉(zhuǎn)向與電流相序一致，由載有超前電流相轉(zhuǎn)向載有滯后電流相；2.5.1空載運(yùn)行時(shí)的電磁關(guān)系2.5三相異步電動(dòng)機(jī)的空載運(yùn)行一、主、漏磁通的分布

為了便于分析，根據(jù)磁通路徑和性質(zhì)不同，異步電動(dòng)機(jī)的磁通分為主磁通和漏磁通。

主磁通同時(shí)交鏈定、轉(zhuǎn)子繞組，其路徑為：定子鐵心→氣隙→轉(zhuǎn)子鐵心→氣隙→定子鐵心。主磁通起傳遞能量的作用。

除了主磁通以外的磁通稱為漏磁通，它包括槽漏磁通、端漏磁通和高次諧波磁通。四極感應(yīng)電機(jī)主磁通分布圖槽漏磁通和端部漏磁通注：由于鐵磁材料存在飽和現(xiàn)象，主磁通與建立它的電流之間呈非線性的關(guān)系；漏磁通的磁路一般無飽和現(xiàn)象，與電流保持線性關(guān)系。主磁通起傳遞能量的媒介作用，參與機(jī)電能量轉(zhuǎn)換；漏磁通只在電路中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，起漏抗壓降的作用，不參與機(jī)電能量轉(zhuǎn)換。二、空載電流和空載磁動(dòng)勢(shì)異步電動(dòng)機(jī)空載運(yùn)行時(shí)的定子電流稱為空載電流。三、電磁關(guān)系4.5.2空載運(yùn)行時(shí)的電壓平衡方程一、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與變壓器一樣,主、漏磁通在定子繞組上感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)引入漏電抗來表征漏磁通對(duì)電路的電磁效應(yīng)。X1為定子漏電抗，X1=2πf1L1，L1為定子漏電感。二、電壓平衡方程與等效電路與變壓器一樣，根據(jù)基爾霍夫電壓定律，可列出空載時(shí)定子每相電壓方程式：同樣也有：根據(jù)上兩式，可以作出空載時(shí)等效電路。Z1-----定子繞組的漏阻抗，Z1=R1+jX1。勵(lì)磁阻抗

盡管異步電動(dòng)機(jī)的電磁關(guān)系與變壓器相似，但它們之間還是有差別的：1）主磁場性質(zhì)不同：異步電動(dòng)機(jī)為旋轉(zhuǎn)磁場，變壓器為脈動(dòng)磁場.3）由于存在氣隙,異步電動(dòng)機(jī)漏抗較變壓器的大.4)異步電動(dòng)機(jī)通常采用短距和分布繞組,計(jì)算時(shí)需考慮繞組系數(shù),變壓器則為整距集中繞組,可認(rèn)為繞組系數(shù)為1.2）異步電動(dòng)機(jī)空載時(shí)，變壓器。2.6.1負(fù)載運(yùn)行時(shí)的電磁關(guān)系2.6三相異步電動(dòng)機(jī)的負(fù)載運(yùn)行2.6.2轉(zhuǎn)子繞組各電磁量一、轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)的頻率感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的頻率正比于導(dǎo)體與磁場的相對(duì)切割速度,故轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)的頻率為:轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)時(shí),理想空載時(shí),二、轉(zhuǎn)子繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì):轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì):二者關(guān)系為:三、轉(zhuǎn)子繞組的漏阻抗電抗與頻率成正比,轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)子漏電抗:二者關(guān)系:轉(zhuǎn)子繞組的漏阻抗:四、轉(zhuǎn)子繞組的電流轉(zhuǎn)子繞組為閉合繞組,轉(zhuǎn)子電流為轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)子漏電抗:當(dāng)轉(zhuǎn)速降低時(shí),轉(zhuǎn)差率增大,轉(zhuǎn)子電流也增大.五、轉(zhuǎn)子繞組的功率因數(shù)轉(zhuǎn)子功率因數(shù)與轉(zhuǎn)差率有關(guān),當(dāng)轉(zhuǎn)差率增大時(shí),轉(zhuǎn)子功率因數(shù)則減小。六、轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)子繞組流過三相或多相對(duì)稱電流時(shí)產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì).1)幅值2)轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)子電流相序與定子旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)方向相同,轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)的方向與轉(zhuǎn)子電流相序一致.3)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)相對(duì)定子的速度為同步轉(zhuǎn)速n1

可見,無論轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速怎樣變化,定、轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)總是以同速、同向在空間旋轉(zhuǎn)，兩者在空間上總是保持相對(duì)靜止。2.6.3磁動(dòng)勢(shì)平衡方程磁動(dòng)勢(shì)的平衡方程為：可以改寫為：寫成磁動(dòng)勢(shì)幅值公式：2.6.4電動(dòng)勢(shì)平衡方程根據(jù)基爾霍夫電壓定律可寫出定、轉(zhuǎn)子側(cè)電動(dòng)勢(shì)平衡方程：2.7.1折算2.7三相異步電動(dòng)機(jī)的等效電路

頻率折算就是用一個(gè)等效的轉(zhuǎn)子電路代替實(shí)際旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子系統(tǒng),而等效的轉(zhuǎn)子回路應(yīng)與定子電路有相同的頻率（轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)頻率與定子的一致）。一、頻率折算

在折算的過程中，電機(jī)的電磁效應(yīng)不變，因而有兩個(gè)條件：一個(gè)是保持轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)不變；二是轉(zhuǎn)子回路的功率不變。轉(zhuǎn)子回路電流實(shí)際的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子軸上有機(jī)械損耗和機(jī)械功率輸出。頻率折算后，轉(zhuǎn)子靜止，沒有機(jī)械損耗和機(jī)械功率輸出，但電路中多了一個(gè)附加電阻。根據(jù)能量守恒關(guān)系，該電阻消耗的功率等效機(jī)械損耗和機(jī)械功率之和——總的機(jī)械功率。從等效電路角度，可以把