電機及電力拖動課件 模塊4 三相異步電動機

模塊4三相異步電動機異步電機是一種交流旋轉(zhuǎn)電機，它的轉(zhuǎn)速除了與電網(wǎng)頻率有關(guān)外，還隨負載的大小而變化。異步電機主要用作電動機，按供電電源的不同，可分為三相和單相兩大類。模塊4三相異步電動機優(yōu)點:結(jié)構(gòu)簡單，制造、使用和維護方便，運行可靠，成本低廉，效率較高。缺點:一是在運行時要從電網(wǎng)吸取感性無功電流來建立磁場，降低了電網(wǎng)功率因數(shù)，增加線路損耗，限制電網(wǎng)的功率傳送；二是啟動和調(diào)速性能較差。異步電機也可作發(fā)電機使用，但一般只用于風力發(fā)電等特殊場合。模塊4三相異步電動機模塊內(nèi)容課題1三相異步電動機的基本工作原理課題2三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)和銘牌課題3三相異步電動機的定子繞組課題4三相異步電動機的感應(yīng)電動勢和磁動勢課題5三相異步電動機的空載運行課題6三相異步電動機的負載運行課題7三相異步電動機的功率平衡和轉(zhuǎn)矩平衡課題8三相異步電動機的工作特性課題9三相異步電動機的參數(shù)測定※知識點1．三相異步電動機的結(jié)構(gòu)和工作原理2．三相異步電動機的電磁關(guān)系、基本方程式3．三相異步電動機的工作特性※學習要求1．具備三相異步電動機的結(jié)構(gòu)特點和原理分析能力2．具備三相異步電動機的電磁關(guān)系和工作特性分析能力3．具備三相異步電動機基本方程式理解和應(yīng)用能力4．具備異步電動機繞組展開圖的繪制能力三相異步電動機結(jié)構(gòu)三個完全相同的線圈空間彼此互隔1200，分布在定子鐵芯內(nèi)圓的圓周上，構(gòu)成了三相對稱定子繞組繞組。當三相對稱繞組接上三相對稱電源時，在繞組中將流過三相對稱電流。若各相電流的瞬時表達式為

機電工程學院課題1三相異步電動機的基本工作原理

4.1.1三相定子繞組的旋轉(zhuǎn)磁場

當三相對稱電流通過三相對稱繞組時，必然產(chǎn)生一個大小不變，轉(zhuǎn)速一定的旋轉(zhuǎn)磁場。

機電工程學院課題1三相異步電動機的基本工作原理

4.1.1三相定子繞組的旋轉(zhuǎn)磁場

流入三相定子繞組的電流是按A→B→C的相序達到最大值的，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向也是從A相繞組軸線轉(zhuǎn)向B相繞組軸線，再轉(zhuǎn)向C相繞組軸線的，即按A→B→C的順序旋轉(zhuǎn)，與三相交流電的變化順序一致。結(jié)論：在三相定子繞組空間排序不變的條件下，旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向取決于三相電流的相序，即從電流超前相轉(zhuǎn)向電流滯后相。若要改變旋轉(zhuǎn)磁場的方向，只需將三相電源進線中的任意兩相對調(diào)即可。機電工程學院課題1三相異步電動機的基本工作原理

4.1.1三相定子繞組的旋轉(zhuǎn)磁場

p=1時，電流變化一次，旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)過一周。如果在定子鐵芯上放置p套三相繞組，每套繞組占據(jù)的定子內(nèi)圓1/p，將屬于同相的線圈串聯(lián)或并聯(lián)，即成為2p極三相異步電動機。三相繞組流入三相對稱電流時所建立的合成磁場，仍然是一個旋轉(zhuǎn)磁場，不過當電流變化一次，旋轉(zhuǎn)磁場僅轉(zhuǎn)過1/p轉(zhuǎn)。由此可知旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速為(4-5）機電工程學院課題1三相異步電動機的基本工作原理

4.1.1三相定子繞組的旋轉(zhuǎn)磁場

在電機的氣隙中形成的空間旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速只取決于電源的頻率和電機的極對數(shù)，因此把這個轉(zhuǎn)速稱為交流電機的同步轉(zhuǎn)速：機電工程學院課題1三相異步電動機的基本工作原理

4.1.1三相定子繞組的旋轉(zhuǎn)磁場

由于我國交流電的頻率為50Hz，因此不同極對數(shù)的異步電動機對應(yīng)的同步轉(zhuǎn)速也不同。當p=1時，n1=3000r/min；當p=2時，n1=1500r/min；當p=3時，n1=1000r/min；當p=4時，n1=750r/min；當p=5時，n1=600r/min。課題1三相異步電動機的基本工作原理

一臺三相籠型異步機，轉(zhuǎn)子槽內(nèi)導(dǎo)條兩端用短路環(huán)短接，形成籠型閉合繞組。定子三相對稱繞組通入三相交流電后，氣隙中形成以轉(zhuǎn)速n1順時針方向旋轉(zhuǎn)的同步轉(zhuǎn)速磁場。該旋轉(zhuǎn)磁場將切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體，在轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中產(chǎn)生電流，其電流方向可用右手定則判定。有電流流過的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體在旋轉(zhuǎn)磁場中受電磁力F的作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩Te，其方向由“左手電動機定則”確定。4.1.2三相異步電動機的基本工作原理

圖4-5三相異步電動機的工作原理課題1三相異步電動機的基本工作原理

當n<n1時，n與Te方向相同，電磁轉(zhuǎn)矩Te為驅(qū)動轉(zhuǎn)矩做功，電動機運行當n>n1時，n與Te方向相反，電磁轉(zhuǎn)矩Te為制動轉(zhuǎn)矩做功，發(fā)電機運行當n=n1時，Te=0，空載運行，沒有機電能量的交換4.1.2三相異步電動機的基本工作原理

圖4-5三相異步電動機的工作原理課題1三相異步電動機的基本工作原理

當n<n1時，電動機運行，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向始終與旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向一致。旋轉(zhuǎn)磁場的方向又取決于異步電動機的三相電流相序，要改變轉(zhuǎn)向，只要改變電流的相序即可，即任意對調(diào)電動機的兩根電源線，便可使電動機反轉(zhuǎn)。電動機運行，n=n1?如果n=n1，Te=0，n＜n1是異步電動機工作的必要條件。n≠n1，故稱為異步電動機,又因為轉(zhuǎn)子電流是通過電磁感應(yīng)作用產(chǎn)生的，所以又稱為感應(yīng)電動機。

4.1.2三相異步電動機的基本工作原理

圖4-5三相異步電動機的工作原理課題1三相異步電動機的基本工作原理

2)轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n與旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速n1之差稱為轉(zhuǎn)差△n，轉(zhuǎn)差△n與同步轉(zhuǎn)速n1的比值稱為轉(zhuǎn)差率，用字母s表示，即(4-2)轉(zhuǎn)差率s是異步電機的一個基本物理量，它反映異步電機的各種運行情況。s=1,堵轉(zhuǎn)，電機啟動瞬間，n=00<s<1,電動機運行；電動機空載，s≈0s=0,空載同步運行s<0,發(fā)電機運行4.1.2三相異步電動機的基本工作原理

課題1三相異步電動機的基本工作原理

2)轉(zhuǎn)差率異步電動機負載越大，轉(zhuǎn)速就越慢，其轉(zhuǎn)差率就越大；反之，負載越小，轉(zhuǎn)速就越快，其轉(zhuǎn)差率就越小。轉(zhuǎn)差率直接反映了轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的快慢或電動機負載的大小。異步電動機的轉(zhuǎn)速為(4-3)對于普通異步電動機，為了使其在運行時效率較高，通常使它的額定轉(zhuǎn)速略低于同步轉(zhuǎn)速，故額定轉(zhuǎn)差率sN很小，一般在0.01～0.06之間。4.1.2三相異步電動機的基本工作原理

課題1三相異步電動機的基本工作原理

【例4-1】某三相異步電動機的額定轉(zhuǎn)速nN=720r/min，電源頻率為50Hz。試求該電機的額定轉(zhuǎn)差率及磁極對數(shù)?！窘狻繕O對數(shù)：同步轉(zhuǎn)速：其額定轉(zhuǎn)差率4.1.2三相異步電動機的基本工作原理

課題2三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)和銘牌

4.2.1三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)

三相異步電動機種類繁多，從不同角度有不同的分類方法。按外殼防護方式：開啟型、防護型、封閉型三大類；按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)：籠型異步電動機和繞線轉(zhuǎn)子異步電動機；按工作電壓：高壓異步電動機和低壓異步電動機；按性能：高啟動轉(zhuǎn)矩異步電動機和高轉(zhuǎn)差異步電動機；按其外形尺寸及功率：大型、中型、小型異步電動機等。

圖4-6三相籠型異步電動機外形圖圖4-7繞線轉(zhuǎn)子異步電動機外形圖課題2三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)和銘牌

4.2.1三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)

三相異步電動機基本結(jié)構(gòu)均由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成，轉(zhuǎn)子裝在定子腔內(nèi)，定、轉(zhuǎn)子之間有一縫隙，稱為氣隙。圖4-8三相籠型異步電動機組成部件圖課題2三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)和銘牌

4.2.1三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)

1）定子部分定子部分主要由定子鐵芯、定子繞組、機座等部分組成。(1)定子鐵芯定子鐵芯是電動機磁路的一部分，為減少鐵芯損耗，一般由0.5mm厚的導(dǎo)磁性能較好的硅鋼片疊壓而成，安放在機座內(nèi)。課題2三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)和銘牌

4.2.1三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)

定子鐵芯的槽型有開口型、半開口型、半閉口型三種。半閉口型槽的優(yōu)點是電動機的效率和功率因數(shù)較高，缺點是繞組嵌線和絕緣都較困難，一般用于小型低壓電機中。半開口型槽可以嵌放成型繞組，故一般用于大型、中型低壓電機中。開口型槽用以嵌放成型繞組，主要用在大中型容量的高壓電機中。。

圖4-9定子鐵芯及定子沖片示意圖(a)開口型(b)半開口型(c)半閉口型圖4-10定子鐵芯的槽型和繞組分布示意圖課題2三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)和銘牌

4.2.1三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)

1）定子部分(2)定子繞組是電動機的電路部分。它由許多線圈按一定的規(guī)律連接而成，嵌放在定子鐵芯的內(nèi)圓槽內(nèi)。小型異步電動機定子繞組一般采用高強度漆包圓銅線繞成；大中型異步電動機定子繞組一般采用漆包扁銅線或玻璃絲包扁銅線繞成。定子繞組是一個三相對稱繞組，它由三個完全相同的繞組所組成，一般有6個出線端U1、U2、V1、V2、W1、W2置于機座外部的接線盒內(nèi)，根據(jù)需要接成星形(Y)或三角形(△)

課題2三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)和銘牌

4.2.1三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)

1）定子部分(2)定子繞組

(a)星形連接(b)三角形連接圖4-11定子繞組的連接接線盒課題2三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)和銘牌

4.2.1三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)

1）定子部分(3)機座是固定定子鐵芯和定子繞組，并通過兩側(cè)的端蓋和軸承來支承電動機轉(zhuǎn)子。同時可保護整臺電機的電磁部分和發(fā)散電機運行中產(chǎn)生的熱量。中小型異步電動機一般采用鑄鐵機座；大型異步電動機一般用鋼板焊接的機座；有些微型電動機的機座則采用鑄鋁件以降低電機的重量；封閉式電機的機座外面有散熱筋以增加散熱面積；防護式電機的機座兩端端蓋開有通風孔，使電動機內(nèi)外的空氣可以直接對流，以利于散熱。

課題2三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)和銘牌

4.2.1三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)

1）定子部分(3)機座

課題2三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)和銘牌

4.2.1三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)

1）定子部分(4)端蓋借助置于端蓋內(nèi)的滾動軸承將電動機轉(zhuǎn)子和機座連成一個整體。端蓋一般均為鑄鋼件，微型電動機則用鑄鋁件。

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4.2.1三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)

2）轉(zhuǎn)子部分轉(zhuǎn)子鐵芯、轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)軸三部分組成。整個轉(zhuǎn)子靠端蓋和軸承支撐著。(1)轉(zhuǎn)子鐵芯是電機磁路的一部分，一般也用0.5mm厚的硅鋼片疊成，硅鋼片外圓沖有均勻分布的孔，用來安置轉(zhuǎn)子繞組。一般小型異步電動機的轉(zhuǎn)子鐵芯直接壓裝在轉(zhuǎn)軸上，而大、中型異步電動機(轉(zhuǎn)子直徑在300～400mm以上)的轉(zhuǎn)子鐵芯則借助于轉(zhuǎn)子支架壓在轉(zhuǎn)軸上。

課題2三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)和銘牌

4.2.1三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)

2）轉(zhuǎn)子部分(2)轉(zhuǎn)子繞組根據(jù)轉(zhuǎn)子繞組的結(jié)構(gòu)型式，異步電動機分為籠型轉(zhuǎn)子和繞線轉(zhuǎn)子兩種。

①籠型轉(zhuǎn)子。在轉(zhuǎn)子鐵芯的每一個槽中，插入一根裸導(dǎo)條，在鐵芯兩端分別用兩個短路環(huán)把導(dǎo)條連接成一個整體，形成一個自身閉合的多相對稱短路繞組。大型電動機則采用銅導(dǎo)條；中、小型電動機的籠型轉(zhuǎn)子一般都采用鑄鋁。課題2三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)和銘牌

4.2.1三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)

2）轉(zhuǎn)子部分(2)轉(zhuǎn)子繞組②繞線轉(zhuǎn)子。繞線轉(zhuǎn)子繞組與定子繞組相似，它是在繞線轉(zhuǎn)子鐵芯的槽內(nèi)嵌有絕緣導(dǎo)線組成的三相繞組，一般作星形連接，三個端頭分別接在與轉(zhuǎn)軸絕緣的三個滑環(huán)上，再經(jīng)一套電刷引出來與外電路相連。一般繞線轉(zhuǎn)子電動機在轉(zhuǎn)子回路中串電阻，若僅用于啟動，則為了減少電刷的摩擦損耗，還裝有提刷裝置。

課題2三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)和銘牌

4.2.1三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)

2）轉(zhuǎn)子部分(3)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸是支撐轉(zhuǎn)子鐵芯和輸出轉(zhuǎn)矩的部件，一般用強度和剛度較高的低碳鋼制成。

課題2三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)和銘牌

4.2.1三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)

3）氣隙異步電動機的氣隙是均勻的。氣隙大小對異步電動機的運行性能和參數(shù)影響較大，氣隙越大，勵磁電流也就越大，功率因數(shù)越低，因此異步電動機的氣隙大小往往為機械條件所能允許達到的最小數(shù)值，中、小型電機一般為0.2～1.5mm左右。

課題2三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)和銘牌

4.2.2異步電動機的銘牌

在三相異步電動機的機座上均裝有一塊銘牌。銘牌上都標注了電機的型號、額定值和額定運行情況下的有關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)。按銘牌上所規(guī)定的額定值和工作條件下運行，稱為額定運行。

課題2三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)和銘牌

4.2.2異步電動機的銘牌

1）型號異步電動機的型號主要包括產(chǎn)品代號、設(shè)計序號、規(guī)格代號和特殊環(huán)境代號等。產(chǎn)品代號表示電機的類型，用大寫印刷體的漢語拼音字母表示。Y表示異步電動機，YR表示繞線轉(zhuǎn)子異步電動機等。設(shè)計序號系指電動機產(chǎn)品設(shè)計的順序，用阿拉伯數(shù)字表示。規(guī)格代號是用中心高、鐵芯外徑、機座號、機座長度、鐵芯長度、功率、轉(zhuǎn)速或極數(shù)表示。例如，Y112M-2的“Y”為產(chǎn)品代號，代表異步電動機；“112”代表機座中心高為112mm；“M”為機座長度代號(S、M、L分別表示短、中、長機座)；“2”代表磁極數(shù)為2，即兩個磁極。

課題2三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)和銘牌

4.2.2異步電動機的銘牌

2）額定值額定值是制造廠對電機在額定工作條件下所規(guī)定的量值，是選用、安裝和維護電動機的依據(jù)。(1)額定電壓UN額定電壓是指在額定運行狀態(tài)下運行時，加在電動機定子繞組上的線電壓值，單位為V或kV。(2)額定電流IN額定電流是指在額定運行狀態(tài)下運行時，流入電動機定子繞組中的線電流值，單位為A或kA。課題2三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)和銘牌

4.2.2異步電動機的銘牌

2）額定值(3)額定功率PN額定功率是指在額定狀態(tài)下運行時，轉(zhuǎn)子軸上輸出的機械功率，單位為W或kW。對于三相異步電動機，其額定功率為(4-4)式中，ηN——電動機的額定效率；cosφN——電動機的額定功率因數(shù)。課題2三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)和銘牌

4.2.2異步電動機的銘牌

2）額定值(4)額定頻率fN在額定狀態(tài)下運行時，電機定子側(cè)電壓的頻率稱為額定頻率，單位為Hz。我國電網(wǎng)fN

=50Hz。(5)額定轉(zhuǎn)速nN額定轉(zhuǎn)速指額定運行時電動機的轉(zhuǎn)速，單位為r/min。課題2三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)和銘牌

4.2.2異步電動機的銘牌

3）接線接線是指在額定電壓下運行時，電動機定子三相繞組有星形連接和三角形連接兩種。4）防護等級電動機外殼防護等級的標志，是以字母“IP”和后面的兩位數(shù)字表示的。“IP”為國際防護的縮寫。IP后面第一位數(shù)字代表第一種防護型式(防塵)的等級，共分0～6七個等級。第二個數(shù)字代表第二種防護型式(防水)的等級，共分0～8九個等級，數(shù)字越大，表示防護的能力越強。

課題2三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)和銘牌

4.2.3三相異步電動機的主要系列簡介

我國統(tǒng)一設(shè)計和生產(chǎn)的異步電動機經(jīng)歷了三次換代。第一次是1953年設(shè)計的J系列和JO系列；第二次是1958年設(shè)計的J2系列和JO2系列；第三次是20世紀70年代設(shè)計的Y系列，從20世紀80年代開始，Y(IP23)系列替代J2系列，Y(IP44)系列替代JO2系列。課題2三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)和銘牌

4.2.3三相異步電動機的主要系列簡介

Y系列是一般用途的小型籠型電動機系列，額定電壓為380V，額定頻率為50Hz，功率范圍為(0.55～90)kW，同步轉(zhuǎn)速為(750～3000)r/min，外殼防護型式為1P44和TP23兩種，B級絕緣。該系列產(chǎn)品具有效率高、節(jié)能、啟動轉(zhuǎn)矩大、噪聲低、振動小等優(yōu)點，其性能指標、規(guī)格參數(shù)和安裝尺寸等完全符合國際電工委員會(IEC)標準，便于進出口產(chǎn)品的配套。課題2三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)和銘牌

4.2.3三相異步電動機的主要系列簡介

JDO2系列是小型三相多速感應(yīng)電動機系列。它主要用于各式機床以及起重傳動設(shè)備等需要多種速度的傳動裝置。JR系列是中型防護式三相繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機系列．容量為(45～410)kW。YR系列是一種大型三相繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機系列，容量為(250～2500)kW，主要用于冶金工業(yè)和礦山中。課題2三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)和銘牌

4.2.3三相異步電動機的主要系列簡介

YZR、YZ系列起重冶金用交流異步電機課題2三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)和銘牌

4.2.3三相異步電動機的主要系列簡介

Y、YR系列普通用途電機標準防護等級IP23，IP44派生的YD、YEJ課題2三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)和銘牌

4.2.3三相異步電動機的主要系列簡介

YP系列變頻調(diào)速電機功率從0.37~315kW變頻范圍3~100Hz課題2三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)和銘牌

4.2.3三相異步電動機的主要系列簡介

YP系列變頻調(diào)速電機功率從0.37~315kW變頻范圍3~100Hz課題2三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)和銘牌

4.2.3三相異步電動機的主要系列簡介

YG系列輥道用電機機座號從112~315功率從0.32~50kW課題2三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)和銘牌

4.2.3三相異步電動機的主要系列簡介

塔吊電機塔機起升用的YRTE180多速的YZTD系列課題2三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)和銘牌

4.2.3三相異步電動機的主要系列簡介

SBA系列錐形轉(zhuǎn)子電機課題2三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)和銘牌

4.2.3三相異步電動機的主要系列簡介

JR2系列三相異步電動機課題2三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)和銘牌

4.2.3三相異步電動機的主要系列簡介

陽羅電站1800kW（H）710風機電機課題3三相異步電動機的定子繞組

三相異步電動機定子繞組的種類很多，按槽內(nèi)層數(shù)分，有單層、雙層和單雙層混合繞組；按繞組端部分的形狀分，單層繞組又分為鏈式、交叉式和同心式；雙層繞組又分為疊繞組和波繞組。單層繞組和雙層繞組相比，電氣性能稍差，但槽利用率高，制造工時少，因此小容量電動機(PN<0.5kW)，一般都采用單層繞組。課題3三相異步電動機的定子繞組

4.3.1交流繞組的基本知識

1）線圈線圈也稱繞組元件，是構(gòu)成繞組的最基本的元件，它可由一匝或多匝串聯(lián)而成；多個線圈連接成一組就稱為線圈組；由多個線圈或線圈組按照一定的規(guī)律連接在一起就形成一相繞組。線圈嵌入鐵芯槽內(nèi)的直線部分稱為有效邊，是進行電磁能量轉(zhuǎn)換的部分；伸出槽外的部分稱為端部，僅起連接作用。單匝線圈多匝線圈多匝線圈簡化圖圖4-15線圈示意圖課題3三相異步電動機的定子繞組

4.3.1交流繞組的基本知識

2）極距τ兩個相鄰磁極軸線之間沿定子鐵芯內(nèi)表面的距離稱為極距τ，極距一般用每個極面下所占的槽數(shù)來表示。定子槽數(shù)為Z1，磁極對數(shù)為p，則交流電機的極距(4-5)圖4-16交流電機的極距課題3三相異步電動機的定子繞組

4.3.1交流繞組的基本知識

3）線圈節(jié)距y一個線圈的兩個有效邊之間所跨過的距離稱為線圈的節(jié)距y。節(jié)距一般用線圈跨過的槽數(shù)來表示。為使每個線圈獲得盡可能大的電動勢或磁動勢，節(jié)距y應(yīng)等于或接近于極距。y=τ的繞組稱為整距繞組；y＜τ的繞組稱為短距繞組；y＞τ的繞組稱為長距繞組。實際應(yīng)用中，常采用短距和整距繞組，長距繞組一般不采用，因其端部較長，用銅量較多。課題3三相異步電動機的定子繞組

4.3.1交流繞組的基本知識

4）機械角度和電角度電動機圓周在幾何上分成360°，這稱為機械角度。從電磁觀點來看，若電動機的極對數(shù)為p，則經(jīng)過一對磁極，磁場變化一周，相當于360°電角度。因此，電動機圓周按電角度計算就有p×360°，即電角度=p×機械角度(4-6)課題3三相異步電動機的定子繞組

4.3.1交流繞組的基本知識

5）槽距角α相鄰兩個槽之間的電角度稱為槽距角α。定子槽在定子內(nèi)圓上均勻分布，定子槽數(shù)為Z1，電機極對數(shù)為p，則（4-7）課題3三相異步電動機的定子繞組

4.3.1交流繞組的基本知識

6）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)q，若繞組相數(shù)為m1，則（4-8）若q為整數(shù)稱為整數(shù)槽繞組。若q為分數(shù)稱為分數(shù)槽繞組。分數(shù)槽繞組一般用在大型、低速的同步電機中。對于三相電動機，上式中的m1取3；對于單相電動機，上式中的m1取2。（實際是單相電源的兩相電機）

課題3三相異步電動機的定子繞組

4.3.1交流繞組的基本知識

7）相帶每相繞組在一個極下所連續(xù)占有的寬度(用電角度表示)稱為相帶。在感應(yīng)電動機中，一般將每相所占有的槽數(shù)均勻地分布在每個磁極下，因為每個磁極占有的電角度是180°，對三相繞組而言，每相占有60°的電角度，稱為60°相帶。由于三相繞組在空間彼此要相距120°電角度，所以相帶的劃分沿定子內(nèi)圓應(yīng)依次為U1、W2、V1、U2、Wl、V2。圖4-1760°相帶三相繞組課題3三相異步電動機的定子繞組

4.3.2單層繞組

(a)(b)圖4-182p=2，q=1的單層繞組圖4-19三相四極電動機的繞組展開圖單層繞組分為：鏈式繞組同心式繞組交叉式繞組課題3三相異步電動機的定子繞組

4.3.3雙層疊繞組

槽內(nèi)導(dǎo)體分作上、下兩層。每一個線圈的一個邊在一個槽的上層，另一個線圈邊則在另一個槽的下層，因此總的線圈數(shù)等于槽數(shù)。交流繞組的線圈節(jié)距:整距繞組短距繞組長距繞組雙層繞組線圈數(shù)等于槽數(shù)單層繞組每極每相槽數(shù)課題3三相異步電動機的定子繞組

4.3.3雙層疊繞組

【例4-4】設(shè)一臺4極電動機，定子槽數(shù)Z1=24，試繪制其雙層繞組展開圖?！窘狻肯犬嫴?，槽編號①分極：②分相：③畫電流方向④端線及引線連接以U相繞組為例：若取整距繞組，即y1=6，1號元件的一個首邊放在1號槽的上層，尾邊尾邊放在第1+6=7號槽的下層。2號元件的首邊在2號槽的上層，尾邊放在2+6=8號槽的下層。圖4-2824槽4極電機U相等距雙層繞組展開圖課題3三相異步電動機的定子繞組

4.3.3雙層疊繞組

在每個極下U相應(yīng)有q個槽，整個定子中U相應(yīng)有2pq個槽。為使合成電動勢最大，在第一個N極下選取相鄰的q個槽作為U相帶，q個槽中上層邊所在的相鄰線圈串聯(lián)，構(gòu)成每極每相線圈組（簡稱極相組），合成電動勢最大。順電流方向把各“極相組”依次串聯(lián)起來即可得到U相繞組展開圖。其他兩相繞組亦可按同樣方法構(gòu)成。圖4-2824槽4極電機U相等距雙層繞組展開圖課題3三相異步電動機的定子繞組

4.3.3雙層疊繞組

在三相電機中，為改善磁動勢的波形，減少諧波含量，常采用雙層短距繞組，三相雙層短距以U相繞組為例：若取短距繞組，即y1=5，1號元件的一個首邊放在1號槽的上層，尾邊放在第1+5=6號槽的下層。2號元件的首邊在2號槽的上層，尾邊放在2+5=7號槽的下層。

圖4-2924槽4極電機U相短距雙層繞組展開圖課題3三相異步電動機的定子繞組

4.3.3雙層疊繞組

各“極相組”都是依次串聯(lián)的，這時電機的并聯(lián)支路數(shù)a=1，如果把各“極相組”進行不同方式的串并連，還可以得到不同的并聯(lián)支路數(shù)串聯(lián)時，N極下和S極下的極相組應(yīng)反串聯(lián)（尾串尾）；并聯(lián)時，N極下和S極下的極相組應(yīng)反并聯(lián)（首并尾）；圖4-3024槽4極電機U相a=2短距雙層繞組展開圖課題3三相異步電動機的定子繞組

4.3.3雙層疊繞組

為提高槽的利用率和嵌線方便，簡化絕緣結(jié)構(gòu)，還可將1號和7號槽、13號和19號槽的上下兩層合并，構(gòu)成單、雙層繞組

圖4-3124槽4極電機U相a=4短距雙層繞組展開圖圖4-3224槽4極電機U相單、雙層繞組展開圖課題3三相異步電動機的定子繞組

4.3.4繞組圓形接線圖

繞組展開圖，可以很清楚地表示出繞組的節(jié)距、線圈組數(shù)、每組線圈數(shù)、各相的頭尾連接方法等。但由于線圈邊的重疊，畫起來比較復(fù)雜，因此在實際接線時，為了能清楚地看出各線圈組之間的連接方式，常采用一種簡化了的圓形接線參考圖。圖4-3324槽4極電機繞組圓形接線圖畫接線圖時，不管一個極相組內(nèi)有幾個線圈，每一個極相組都用一根帶箭頭的短圓弧線來表示，箭頭所指的方向表示電流的正方向。

課題3三相異步電動機的定子繞組

4.3.4繞組圓形接線圖

現(xiàn)以例3-4所給電機為例，說明接線圖的畫法。1）將定子圓周按極相組平均分成2pm段，每段表示一個極相組。本例，2pm=2×2×3=12個極相組圖4-3324槽4極電機繞組圓形接線圖2）極相組的排列次序應(yīng)與展開圖一致。順次給每個極相組編號，如U1、W2、V1、U2、W1、V2，以后重復(fù)U1、W2、V1、U2、W1、V2。3）三相繞組的首端應(yīng)相隔120°電角度，因而可確定：U相的首端U1是極相組U1的頭，V相的首端V1是極相組V1的頭，W相的首端W1是極相組W1的頭（逆時針排序）。課題3三相異步電動機的定子繞組

4.3.4繞組圓形接線圖

圖4-3324槽4極電機a=1繞組圓形接線圖4）根據(jù)各極相組間的連接規(guī)則連接各相的極相組。根據(jù)各相鄰極相組要產(chǎn)生異極性的原則，繞組一般采用“首-首、尾-尾”的反串聯(lián)接法。課題3三相異步電動機的定子繞組

4.3.4繞組圓形接線圖

4）如果繞組是幾路并聯(lián)的，可以將每個支路各自串聯(lián)后再并聯(lián)起來，連接的方向應(yīng)符合上述要求。圖4-3424槽4極電機a=2和a=4時的繞組圓形接線圖課題3三相異步電動機的定子繞組

4.3.4繞組圓形接線圖

并聯(lián)支路串聯(lián)的極相組數(shù)應(yīng)相等，雙層疊繞組的并聯(lián)支路數(shù)a與極數(shù)2p應(yīng)滿足=整數(shù)，因此疊繞組的并聯(lián)支路數(shù)最多等于極數(shù)2p，2p是a的倍數(shù)。從展開圖中可以看出，三相雙層疊繞組優(yōu)點：1、所有線圈具有同樣的尺寸，便于制造。2、端部形狀排列整齊，有利于散熱和增強機械強度。3、可以選擇最有利的節(jié)距，同時采用分布繞組，改善電動勢和磁動勢波形。因此PN＞10kW的電動機都采用雙層繞組。采用短距將使線圈的感應(yīng)電動勢降低，但采用適當?shù)亩叹嗫梢允估@組電動勢和磁動勢的波形接近于正弦波，課題3三相異步電動機的定子繞組

4.3.4繞組圓形接線圖

課題4三相異步電動機的感應(yīng)電動勢和磁動勢

4.4.1三相異步電動機的感應(yīng)電動勢

電動機定子三相繞組通對稱三相電流，氣隙中產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場，旋轉(zhuǎn)磁場切割子繞組并感應(yīng)電動勢

1）線圈的感應(yīng)電動勢(1)導(dǎo)體電動勢假定磁場在空間作正弦分布，幅值不變，并以恒定的轉(zhuǎn)速n1旋轉(zhuǎn)，坐標取在轉(zhuǎn)子上，原點位于極間，α為距離原點的電角度。轉(zhuǎn)子磁極表面距原點α處：設(shè)t=0時導(dǎo)體在極間，磁場旋轉(zhuǎn)角頻率為ω。時間t時，α=ωt，感應(yīng)電動勢：課題4三相異步電動機的感應(yīng)電動勢和磁動勢

4.4.1三相異步電動機的感應(yīng)電動勢

1）線圈的感應(yīng)電動勢(1)導(dǎo)體電動勢導(dǎo)體感應(yīng)電動勢有效值：而導(dǎo)體的線速度從而有一極下平均磁密課題4三相異步電動機的感應(yīng)電動勢和磁動勢

4.4.1三相異步電動機的感應(yīng)電動勢

1）線圈的感應(yīng)電動勢(1)導(dǎo)體電動勢每極磁通導(dǎo)體感應(yīng)電動勢有效值若取磁通Φ1的單位為Wb，頻率的單位為Hz時，電動勢Ec1的單位為V。課題4三相異步電動機的感應(yīng)電動勢和磁動勢

4.4.1三相異步電動機的感應(yīng)電動勢

(1)整距線圈的電動勢每個線匝（一匝線圈）的電動勢為（4-13）線匝電動勢有效值：（4-14）設(shè)線圈匝數(shù)為Nc：（4-16）圖4-35整距線圈的電動勢課題4三相異步電動機的感應(yīng)電動勢和磁動勢

4.4.1三相異步電動機的感應(yīng)電動勢

(2)短距線圈的電動勢線圈節(jié)距y1<τ，線圈導(dǎo)體電動勢相位差為γ角度，γ是線圈節(jié)距y1所對應(yīng)的電角度。（4-17）因此單匝線圈電動勢為（4-18）圖4-36短距線圈的電動勢課題4三相異步電動機的感應(yīng)電動勢和磁動勢

4.4.1三相異步電動機的感應(yīng)電動勢

(2)短距線圈的電動勢單匝短距線圈有效值（4-19）式中，Kyl——短距因數(shù)，。線圈匝數(shù)為Nc時短距線圈的電動勢（4-20）課題4三相異步電動機的感應(yīng)電動勢和磁動勢

4.4.1三相異步電動機的感應(yīng)電動勢

2)線圈組電動勢每個線圈組由q個線圈串聯(lián)而成，每一個線圈的電動勢有效值是相等的，但相位則依次相差一個槽距角α。所以線圈組的電動勢應(yīng)為q個線圈電動勢的相量和，即q個線圈電動勢相量大小相等，又依次位移α角，所以它們依次相加便構(gòu)成了一個正多邊形的一部分(圖中以q=3為例)。課題4三相異步電動機的感應(yīng)電動勢和磁動勢

4.4.1三相異步電動機的感應(yīng)電動勢

2)線圈組電動勢圖中O為正多邊形外接圓的圓心，外接圓的半徑為R，線圈組的電動勢為Eq1：

課題4三相異步電動機的感應(yīng)電動勢和磁動勢

4.4.1三相異步電動機的感應(yīng)電動勢

2)線圈組電動勢即(4-22）式中，Kw1——繞組因數(shù)，Kw1=Ky1Kq1；Kq1——分布因數(shù)，課題4三相異步電動機的感應(yīng)電動勢和磁動勢

4.4.1三相異步電動機的感應(yīng)電動勢

3)相電動勢相電動勢等于支路電動勢，就是串聯(lián)線圈組的電動勢和。對于雙層繞組，每條支路由個線圈組串聯(lián)而成。對于單層繞組，每條支路由個線圈組串聯(lián)而成。雙層繞組（4-23）單層繞組（4-24）式中

和

，分別表示雙層繞組和單層繞組每條支路的串聯(lián)匝數(shù)N，繞組相電動勢的一般公式

（4-25）式中，N——每相繞組的（支路）串聯(lián)匝數(shù)。課題4三相異步電動機的感應(yīng)電動勢和磁動勢

4.4.2三相異步電動機的磁動勢

根據(jù)安培環(huán)路定律，交流繞組中通過電流時，將產(chǎn)生磁動勢和磁場。交流繞組連接時，應(yīng)使繞組電流形成的定、轉(zhuǎn)子磁場磁極數(shù)相等，以使平均轉(zhuǎn)矩不為零。先分析整距線圈磁動勢，然后分析分布繞組磁動勢，最后分析單相繞組磁動勢。為簡化分析，假設(shè)：1）定轉(zhuǎn)子鐵心的磁導(dǎo)率，鐵心磁位降忽略不計。2）定轉(zhuǎn)子間氣隙為均勻。3）槽內(nèi)電流集中于槽中心處，槽開口影響忽略不計。課題4三相異步電動機的感應(yīng)電動勢和磁動勢

4.4.2三相異步電動機的磁動勢

1)單相繞組的磁動勢——脈振磁動勢(1)整距線圈的磁動勢一個NC匝的整距線圈:線圈電流:線圈產(chǎn)生一個兩極磁場，氣隙各處磁動勢為。(a)整距線圈所建立的磁場分布(b)整距線圈磁動勢分布曲線圖4-38整距線圈的磁動勢q=1，y1=τ課題4三相異步電動機的感應(yīng)電動勢和磁動勢

4.4.2三相異步電動機的磁動勢

1)單相繞組的磁動勢——脈振磁動勢(1)整距線圈的磁動勢為進一步分析繞組磁動勢，取Ul-U2線圈的軸線位置作為坐標原點。若略去鐵心磁阻，整距線圈所產(chǎn)生的磁動勢在空間的分布曲線為一矩形波，幅值為

，周期為2τ。

課題4三相異步電動機的感應(yīng)電動勢和磁動勢

4.4.2三相異步電動機的磁動勢

1)單相繞組的磁動勢——脈振磁動勢(1)整距線圈的磁動勢為進一步分析繞組磁動勢，取Ul-U2線圈的軸線位置作為坐標原點。若略去鐵心磁阻，整距線圈所產(chǎn)生的磁動勢在空間的分布曲線為一矩形波，幅值為

，周期為2τ。S極：N極：

課題4三相異步電動機的感應(yīng)電動勢和磁動勢

4.4.2三相異步電動機的磁動勢

1)單相繞組的磁動勢——脈振磁動勢(1)整距線圈的磁動勢是一個位置在空間固定，而幅值隨著時間在正、負最大值之間變化的脈振磁動勢。最大幅值為，脈振的頻率也就是線圈電流的頻率。定子線圈軸線處作為坐標原點，把周期性幅值為矩形波用傅氏級數(shù)分解為基波和一系列齊次空間諧波：

課題4三相異步電動機的感應(yīng)電動勢和磁動勢

4.4.2三相異步電動機的磁動勢

1)單相繞組的磁動勢——脈振磁動勢(1)整距線圈的磁動勢式中，v——l，3，5，…表示諧波次數(shù)；——表示該項前的符號。其中基波磁動勢的幅值為矩形波幅值的，即課題4三相異步電動機的感應(yīng)電動勢和磁動勢

4.4.2三相異步電動機的磁動勢

1)單相繞組的磁動勢——脈振磁動勢(1)整距線圈的磁動勢一個整距線圈的磁動勢課題4三相異步電動機的感應(yīng)電動勢和磁動勢

4.4.2三相異步電動機的磁動勢

1)單相繞組的磁動勢——脈振磁動勢(2)整距線圈組的磁動勢每個線圈組由q個相同的線圈串聯(lián)組成，線圈之間依次相距一個槽距角α。線圈組q個線圈產(chǎn)生q個矩形磁動勢波，在空間依次相隔α電角度。疊加原理，線圈組為q個線圈磁動勢在空間疊加值。

圖4-39整距線圈的線圈組磁動勢(a)各線圈的磁動勢波(b)合成磁動勢的基波課題4三相異步電動機的感應(yīng)電動勢和磁動勢

4.4.2三相異步電動機的磁動勢

1)單相繞組的磁動勢——脈振磁動勢(2)整距線圈組的磁動勢極相組q個線圈空間分布，q個空間分布線圈基波合成磁動勢為q個線圈磁動勢矢量和。用空間矢量求合成磁動勢，引入分布因數(shù)kq1單層繞組式中，Kq1——基波的分布因數(shù)，

圖4-39整距線圈的線圈組磁動勢(c)基波磁動勢矢量相加課題4三相異步電動機的感應(yīng)電動勢和磁動勢

4.4.2三相異步電動機的磁動勢

1)單相繞組的磁動勢——脈振磁動勢(2)整距線圈組的磁動勢單層繞組雙層繞組和改善電動勢波形一樣，采用分布繞組可以削弱磁動勢的高次諧波，改善磁動勢波形，使之接近于正弦波。

課題4三相異步電動機的感應(yīng)電動勢和磁動勢

4.4.2三相異步電動機的磁動勢

1)單相繞組的磁動勢——脈振磁動勢(3)短距線圈組的磁動勢雙層短距疊繞組可以用兩個單層繞組的線圈組來等效，即上層邊的線圈邊組成一個單層整距分布曲線圈組，下層邊的線圈邊也組成一個單層整距分布的線圈組。圖4-40q=3，y1=8的雙層短距繞組中的一相的線圈組課題4三相異步電動機的感應(yīng)電動勢和磁動勢

4.4.2三相異步電動機的磁動勢

1)單相繞組的磁動勢——脈振磁動勢(3)短距線圈組的磁動勢上層邊線圈組磁動勢與下層邊線圈組磁動勢空間相差。圖4-41雙層短距線圈組的基波磁動勢(a)等效的單層整距線圈組(b)上下層基波磁動勢的合成(c)用矢量求基波合成磁動勢課題4三相異步電動機的感應(yīng)電動勢和磁動勢

4.4.2三相異步電動機的磁動勢

1)單相繞組的磁動勢——脈振磁動勢(3)短距線圈組的磁動勢上層邊線圈組磁動勢與下層邊線圈組磁動勢在空間的位置差用電角度β表示，則（4-32）空間矢量相加兩個線圈組的合成基波磁動勢Fφ1：課題4三相異步電動機的感應(yīng)電動勢和磁動勢

4.4.2三相異步電動機的磁動勢

1)單相繞組的磁動勢——脈振磁動勢(3)短距線圈組的磁動勢（4-33）

式中，稱為基渡磁動勢的短距因數(shù)。采用分布短距繞組會使基波磁動勢有所減小，但諧波磁動勢卻大大削弱，使總的磁動勢波形更接近于正弦形，這也是在容量稍大的電動機中一般都采用雙層分布短距繞組的原因。式中，，繞組因數(shù)。課題4三相異步電動機的感應(yīng)電動勢和磁動勢

4.4.2三相異步電動機的磁動勢

1)單相繞組的磁動勢——脈振磁動勢(3)相繞組的磁動勢每相有幾個極相組，就有幾個空間分布磁極，所以單相繞組的基波磁動勢就是極相組磁動勢。一般用相電流I和每相串聯(lián)匝數(shù)N1來代替線圈電流Ic和線圈匝數(shù)Nc。若每相繞組的并聯(lián)支路數(shù)為a，則。對于單層繞組

對于雙層繞組課題4三相異步電動機的感應(yīng)電動勢和磁動勢

4.4.2三相異步電動機的磁動勢

1)單相繞組的磁動勢——脈振磁動勢(3)相繞組的磁動勢對于單層繞組對于雙層繞組都用每相支路串聯(lián)匝數(shù)N1表示，則相基波磁動勢幅值（4-34）

課題4三相異步電動機的感應(yīng)電動勢和磁動勢

4.4.2三相異步電動機的磁動勢

1)單相繞組的磁動勢——脈振磁動勢(3)相繞組的磁動勢整個脈振磁動勢的方程式為（4-35）其中，基波脈振磁動勢為（4-36）在分析中，由于空間的坐標原點取在該相繞組的軸線位置上，這也就是說基波磁動勢幅值所在的位置即為該相繞組的軸線位置。課題4三相異步電動機的感應(yīng)電動勢和磁動勢

4.4.2三相異步電動機的磁動勢

2)三相繞組的磁動勢——旋轉(zhuǎn)磁動勢三相繞組對稱，在空間互差120°電角度。把三個單相繞組所產(chǎn)生的磁動勢波逐點相加，就得到了合成磁動勢。各相電流：氣隙中一點距A相繞組軸線距離為x，三相繞組在空間對稱分布，每相繞組電流在x產(chǎn)生的磁動勢為(4-37)課題4三相異步電動機的感應(yīng)電動勢和磁動勢

4.4.2三相異步電動機的磁動勢

2)三相繞組的磁動勢——旋轉(zhuǎn)磁動勢“積化和差”公式將式(4-36)改寫為(4-38)三相基波合成磁動勢為(4-39)課題4三相異步電動機的感應(yīng)電動勢和磁動勢

4.4.2三相異步電動機的磁動勢

2)三相繞組的磁動勢——旋轉(zhuǎn)磁動勢式中，F(xiàn)1——三相合成基渡磁動勢的幅值。m1=3課題4三相異步電動機的感應(yīng)電動勢和磁動勢

4.4.2三相異步電動機的磁動勢

（1）合成磁動勢的性質(zhì)當ωt=0時，

;當ωt=θ0時，

。

是一個幅值恒定，沿空間作正弦分布的行波。定子內(nèi)腔為圓柱形，則

沿氣隙圓周的旋轉(zhuǎn)磁動勢。圖4-42ωt=0和θ0兩個瞬間磁動勢f1（x，t）的分布課題4三相異步電動機的感應(yīng)電動勢和磁動勢

4.4.2三相異步電動機的磁動勢

（2）旋轉(zhuǎn)磁動勢波的旋轉(zhuǎn)速度

用波幅點的推移速度來確定。在波幅點或

（4-40）波幅點的移動速度（4-41）而所以（4-42）n1稱為同步轉(zhuǎn)速，它僅與電流頻率f和電動機的極對數(shù)p有關(guān)，其單位為轉(zhuǎn)/分(r/min)。(3)旋轉(zhuǎn)磁場的幅值與各相電流的關(guān)系當ωt=0時，U相電流達最大值，此時，在處，幅值在U相繞組軸線上x=0。當ωt=120°時，V相電流達最大值，此時

，幅值位于V相繞組的軸線上。當ωt=240°時，W相電流達最大值，這時,幅值位于W相繞組的軸線上。課題4三相異步電動機的感應(yīng)電動勢和磁動勢

4.4.2三相異步電動機的磁動勢

結(jié)論：三相基波合成磁動勢的振幅始終與電流達到最大值時的一相繞組的軸線重合。(4)旋轉(zhuǎn)磁場的特點4)根據(jù)上述結(jié)論，說明合成旋轉(zhuǎn)磁動勢的旋轉(zhuǎn)方向決定于繞組中電流的相序，總是從電流超前相轉(zhuǎn)向電流滯后相，如果改變繞組中電流的相序，就可以改變旋轉(zhuǎn)磁動勢的轉(zhuǎn)向。三相繞組中通入三相對稱電流時,旋轉(zhuǎn)磁動勢波的幅值恒定不變，波幅的軌跡為一個圓，稱之為圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢。相應(yīng)的磁場就稱為圓形旋轉(zhuǎn)磁場。

課題4三相異步電動機的感應(yīng)電動勢和磁動勢

4.4.2三相異步電動機的磁動勢

旋轉(zhuǎn)磁動勢波三相異步電動機的定子和轉(zhuǎn)子之間只有磁的耦合，沒有電的直接聯(lián)系，它是靠電磁感應(yīng)作用，將能量從定子傳遞到轉(zhuǎn)子的。這一點和變壓器完全相似。三相異步電動機的定子繞組相當于變壓器的一次繞組，轉(zhuǎn)子繞組則相當于變壓器的二次繞組。作為二端口網(wǎng)絡(luò)，變壓器二次繞組端口向負載輸出電功率,異步電動機二次繞組端口向負載輸出機械功率。因此對三相異步電動機的運行分析，可以參照變壓器的分析方法進行

課題5三相異步電動機的空載運行

空載運行是指電動機的定子繞組接三相交流電源，軸上不帶機械負載時的運行狀態(tài)。1）主磁通和漏磁通當三相異步電動機定子繞組通三相對稱交流電時，將產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁動勢，產(chǎn)生的磁通絕大部分穿過氣隙，并同時交鏈于定、轉(zhuǎn)子繞組，稱為主磁通，用Φ0表示。其路徑為：定子鐵芯→氣隙→轉(zhuǎn)子鐵芯→氣隙→定子鐵芯，構(gòu)成閉合磁路。主磁通同時交鏈定、轉(zhuǎn)子繞組，使定、轉(zhuǎn)子間通過磁耦合實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換。因此，主磁通是能量轉(zhuǎn)換的媒介。除主磁通外的磁通稱作漏磁通，用Φσ表示。漏磁通僅與定子繞組相交鏈，主要通過空氣閉合，受磁路飽和的影響較小，漏磁路可以看成線性磁路。課題5三相異步電動機的空載運行

4.5.1空載運行時的電磁關(guān)系

2）空載電流和空載磁動勢當電動機空載，在定子繞組中流過的電流稱為空載電流I0，I0≈20％～50％IN。三相空載電流將產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁動勢，稱為空載磁動勢，用F0表示?？蛰d運行，n≈n1，s很小,△n≈0，E2≈0，I2≈0，F(xiàn)2≈0，F(xiàn)m≈F0?？蛰d時的定子磁動勢即為勵磁磁動勢，空載時的定子電流即為勵磁電流，I0≈Im

。與分析變壓器時一樣:(4-43)由于，故為一無功性質(zhì)的電流。課題5三相異步電動機的空載運行

4.5.1空載運行時的電磁關(guān)系

設(shè)定子繞組每相端電壓為U1，相電流為I0，主磁通Φm感應(yīng)產(chǎn)生的每相電動勢為E1，定子漏磁通感應(yīng)產(chǎn)生的每相電動勢為Eσ1，每相電阻為r1，空載時每相的定子電壓方程(4-44)與變壓器的分析方法相似，可寫出(4-45)(4-46)式中，——勵磁(激磁)阻抗；rm——勵磁電阻，是反映鐵耗的等效電阻；Xm——勵磁電抗，與主磁通Φm相對應(yīng)；Xσ1——定子漏磁電抗，與漏磁通Φσ1相對應(yīng)；課題5三相異步電動機的空載運行

4.5.2空載時的定子電壓平衡關(guān)系

電壓方程式可改寫為(4-47)式中，Zσ1——定子漏阻抗，與變壓器一樣，勵磁電阻rm隨電源頻率和鐵芯飽和程度的增大而增大，Xm隨鐵芯飽和程度的增加急劇減小，因此勵磁阻抗Zm也不是一個常量。但是，電動機在實際運行時，電源電壓波動不大，所以鐵芯主磁通的變化也不大，Zm可基本認為是常量。根據(jù)電壓方程，可畫出異步電動機空載時的等效電路。課題5三相異步電動機的空載運行

4.5.2空載時的定子電壓平衡關(guān)系

課題5三相異步電動機的空載運行

4.5.2空載時的定子電壓平衡關(guān)系

圖4-43異步電動機空載時的等效電路負載運行是指異步電動機的定子外施對稱三相電壓，轉(zhuǎn)子帶上機械負載時的運行狀態(tài)。帶上機械負載，n下降，△n=n1－n增大，和增大。轉(zhuǎn)子對稱的多相電流合成產(chǎn)生基波旋轉(zhuǎn)磁動勢F2。F2在空間的轉(zhuǎn)速？定子旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子繞組的相對速度：轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢和電流頻率：F2相對于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速：F2在空間的轉(zhuǎn)速：課題6三相異步電動機的負載運行

4.6.1負載運行時的物理情況

轉(zhuǎn)子磁動勢F2與定子磁動勢F1共同作用于氣隙中，兩者同速、同向旋轉(zhuǎn)，相對靜止，形成合成磁動勢F，其磁動勢平衡方程式為(4-48)從電動機的能量轉(zhuǎn)換過程看，它包括電能轉(zhuǎn)換為磁場能→磁場能轉(zhuǎn)換為電能→電能轉(zhuǎn)換為機械能的三個過程，其中，在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢和轉(zhuǎn)子電流是能量轉(zhuǎn)換的中間結(jié)果，由轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩是能量轉(zhuǎn)換的目的。課題6三相異步電動機的負載運行

4.6.1負載運行時的物理情況

1)轉(zhuǎn)子電動勢的頻率轉(zhuǎn)子電動勢的頻率為(4-49)式中，f1為電網(wǎng)頻率，為一定值，故f2與s成正比。當轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)(如啟動瞬間)時，n=0，s=1，則，f2=f1；當轉(zhuǎn)子接近同步轉(zhuǎn)速(如空載運行)時，n≈n1，s≈0，則f2≈0。異步電動機在額定情況運行時，s≈0.01～0.06之間，若f1=50Hz，則f2≈0.5～3Hz之間，所以異步電動機在正常運行時，轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電動勢的頻率很低。課題6三相異步電動機的負載運行

4.6.2轉(zhuǎn)子繞組各電磁量

2)轉(zhuǎn)子繞組的感應(yīng)電動勢轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時的轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電動勢E2s為(4-50)若轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)(s=1)，感應(yīng)電動勢E2為(4-51)由以上二式可得(4-52)當U1一定時，Φ0就一定，故E2為常數(shù)，則E2s∝s，即轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電動勢也與轉(zhuǎn)差率成正比。當轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)子電動勢最大。當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速增加時，轉(zhuǎn)差率將隨之減小。正常運行時轉(zhuǎn)差率很小，轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電動勢也就很小。課題6三相異步電動機的負載運行

4.6.2轉(zhuǎn)子繞組各電磁量

3)轉(zhuǎn)子繞組的漏阻抗轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時的轉(zhuǎn)子繞組漏電抗Xσ2s為(4-53)式中，Xσ2——轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)時的漏電抗，；L2——轉(zhuǎn)子繞組的漏電感。Xσ2是個常數(shù)，Xσ2s正比于轉(zhuǎn)差率s。當轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)(如啟動瞬間)時，s=1，轉(zhuǎn)子繞組漏電抗最大。當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，Xσ2s隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的升高而減小。轉(zhuǎn)子繞組每相漏阻抗為(4-54)式中，r2——轉(zhuǎn)子繞組電阻。課題6三相異步電動機的負載運行

4.6.2轉(zhuǎn)子繞組各電磁量

4)轉(zhuǎn)子繞組的電流異步電動機的轉(zhuǎn)子繞組正常運行時處于短接狀態(tài)，其端電壓U2=0，所以，轉(zhuǎn)子繞組電動勢平衡方程為或(4-55)轉(zhuǎn)子每相電流為(4-56)其有效值為(4-57)上式說明，I2與s有關(guān)。當s=0時，I2=0；當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速降低時，轉(zhuǎn)差率s增大，轉(zhuǎn)子電流也隨之增大。課題6三相異步電動機的負載運行

4.6.2轉(zhuǎn)子繞組各電磁量

5)轉(zhuǎn)子繞組功率因數(shù)(4-58)轉(zhuǎn)子回路功率因數(shù)也與轉(zhuǎn)差率s有關(guān)。當s=0（理想空載）時，cosφ2=1；當s增加（負載）時，cosφ2則減小。課題6三相異步電動機的負載運行

4.6.2轉(zhuǎn)子繞組各電磁量

6)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁動勢轉(zhuǎn)子多相繞組通過多相電流，也將產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁動勢：1)幅值，。2)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向與轉(zhuǎn)子電流相序一致。轉(zhuǎn)子電流相序與定子旋轉(zhuǎn)磁動勢方向一致，因此，轉(zhuǎn)子、定子磁動勢轉(zhuǎn)向一致。。3)轉(zhuǎn)子磁動勢相對于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為(4-59)轉(zhuǎn)子磁動勢相對于定子的轉(zhuǎn)速為(4-60)定、轉(zhuǎn)子磁動勢總是以同速、同向在空間旋轉(zhuǎn)，兩者在空間始終保持相對靜止。。課題6三相異步電動機的負載運行

4.6.2轉(zhuǎn)子繞組各電磁量

轉(zhuǎn)子各電磁量隨轉(zhuǎn)差率變化的情況課題6三相異步電動機的負載運行

4.6.2轉(zhuǎn)子繞組各電磁量

圖4-45轉(zhuǎn)子各電磁量隨轉(zhuǎn)差率的關(guān)系1）磁動勢平衡方程式磁動勢平衡方程式在式中，(4-61)(4-62)(4-63)式中，m1——定子繞組的相數(shù)（三相電動機：m1=3，單相電動機：m1=2）；m2——轉(zhuǎn)子繞組的相數(shù)（籠型電動機：m2=鼠籠條數(shù)，繞線電動機：m2=m1）；N1、N2——繞組的匝數(shù)（籠型電動機：N2=1/2）。課題6三相異步電動機的負載運行

4.6.3負載運行時的基本方程式

1）磁動勢平衡方程式磁動勢平衡方程式經(jīng)整理得電流平衡方程式(4-64)式中，ki——異步電動機的電流變比，。式變換為(4-65)上式說明，三相異步電動機負載運行時，定子電流可看成兩部分組成，一部分是勵磁電流，用以產(chǎn)生主磁通；另一部分是負載電流，用以抵消轉(zhuǎn)子電流所產(chǎn)生的磁效應(yīng)。課題6三相異步電動機的負載運行

4.6.3負載運行時的基本方程式

2）電動勢平衡方程式仿照變壓器，三相異步電動機負載運行時電壓方程為(4-66)(4-67)式中，，；在轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)時，將E1、E2兩者之比用ke來表示，稱為電動勢變比，即(4-68)電動機分析過程中，涉及到了兩個變比概念，即電流變比ki和電動勢變比ke

，在此應(yīng)特別注意。課題6三相異步電動機的負載運行

4.6.3負載運行時的基本方程式

對籠型三相異步電動機，外串電阻RP=0，根據(jù)電動勢平衡方程式，可分別作出電動機的等效定、轉(zhuǎn)子電路。電動機電路因定、轉(zhuǎn)子電路的頻率不同，要得到像變壓器那樣的T形等效電路，首先必須進行頻率折算，然后再和變壓器一樣進行繞組折算。課題6三相異步電動機的負載運行

4.6.4三相異步電動機負載運行時的等效電路

圖4-46三相異步電動機的定子、轉(zhuǎn)子電路1）頻率折算三相異步電動機的頻率折算實質(zhì)上就是用一個具有定子頻率的等效轉(zhuǎn)子電路去代換實際的轉(zhuǎn)子電路。折算的原則是：保持轉(zhuǎn)子電路對定子電路的電磁效應(yīng)不變，等效轉(zhuǎn)子電路的各種功率和損耗和實際轉(zhuǎn)子電路一樣。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時的轉(zhuǎn)子電流為（頻率為f2）(4-69)分子、分母同除以s，得（頻率為f1）(4-70)可見，頻率折算只要把原轉(zhuǎn)子電路中的r2變換為r2/s，原旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子靜止即可。課題6三相異步電動機的負載運行

4.6.4三相異步電動機負載運行時的等效電路

1）頻率折算頻率折算后，轉(zhuǎn)子等效電路中出現(xiàn)了附加電阻。轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)了，附加電阻所消耗的功率就應(yīng)等于轉(zhuǎn)軸上的機械功率和轉(zhuǎn)子的機械損耗之和，稱為總機械功率，附加電阻稱為模擬機械功率的等效電阻。課題6三相異步電動機的負載運行

4.6.4三相異步電動機負載運行時的等效電路

圖4-47頻率折算后異步電動機的定、轉(zhuǎn)子電路1）頻率折算頻率折算的意義：用一個靜止的電阻為的等效轉(zhuǎn)子去代替電阻為的實際旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子，等效轉(zhuǎn)子將與實際轉(zhuǎn)子具有同樣的轉(zhuǎn)子磁動勢F2（同空間轉(zhuǎn)速、同幅值、同空間相位）。歸算后能量關(guān)系是定子從電網(wǎng)吸收電能，通過氣隙旋轉(zhuǎn)磁場耦合，轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)子繞組電功率，提供給轉(zhuǎn)子回路等效負載電阻(即將機械負載等效為電負載）。課題6三相異步電動機的負載運行

4.6.4三相異步電動機負載運行時的等效電路

1）頻率折算頻率折算后的異步電動機轉(zhuǎn)子電路和一個二次側(cè)接有可變負載電阻的變壓器二次電路相似，附加電阻就是二次“負載電阻”，負載電壓電壓就是轉(zhuǎn)子回路的端電壓，轉(zhuǎn)子回路電壓方程寫為(4-71)課題6三相異步電動機的負載運行

4.6.4三相異步電動機負載運行時的等效電路

2）轉(zhuǎn)子繞組折算

仿照分析變壓器的方法，對轉(zhuǎn)子繞組進行折算，即用一個和定子繞組具有相同相數(shù)m1、匝數(shù)N1及繞組系數(shù)kw1的等效轉(zhuǎn)子繞組來取代相數(shù)為m2、匝數(shù)為N2及繞組系數(shù)kw2的實際轉(zhuǎn)子繞組。折算后的各轉(zhuǎn)子物理量均加“‘”表示。課題6三相異步電動機的負載運行

4.6.4三相異步電動機負載運行時的等效電路

2）轉(zhuǎn)子繞組折算

(1)電流的折算折算前、后轉(zhuǎn)子磁動勢不變，可得折算后的轉(zhuǎn)子電流為(4-72)式中，，電流變比。課題6三相異步電動機的負載運行

4.6.4三相異步電動機負載運行時的等效電路

2）轉(zhuǎn)子繞組折算

(2)電動勢的折算折算前、后傳遞到轉(zhuǎn)子側(cè)的視在功率不變，可得折算后的轉(zhuǎn)子電動勢為(4-73)式中，，電動勢變比?？傻?4-74)課題6三相異步電動機的負載運行

4.6.4三相異步電動機負載運行時的等效電路

2）轉(zhuǎn)子繞組折算

(3)阻抗的折算折算前、后轉(zhuǎn)子銅損耗不變，可得折算后的轉(zhuǎn)子電阻為(4-75)同理，折算前、后磁場儲能不變，折算后的轉(zhuǎn)子電抗為(4-76)所以注意：折算只改變轉(zhuǎn)子各物理量的大小，并不改變其相位。課題6三相異步電動機的負載運行

4.6.4三相異步電動機負載運行時的等效電路

3）T形等效電路經(jīng)過頻率歸算和繞組折算后，三相異步電動機的基本方程組變?yōu)?4-77)課題6三相異步電動機的負載運行

4.6.4三相異步電動機負載