第二部分交流電機(jī)1-改教材

第二部分：交流電機(jī)交流電機(jī)分類

交流電機(jī)1、異步電機(jī)2、同步電機(jī)3、變壓器交流電機(jī)用途

視頻：異步電動(dòng)機(jī)用途及特點(diǎn)

一、三相異步電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)部件感應(yīng)電機(jī)定子繞組定子鐵心轉(zhuǎn)子機(jī)座

籠型

轉(zhuǎn)子鐵心轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)子繞組繞線型

定子異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)定子stator：固定部分氣隙airgap：很小，0.2-1mm;對(duì)電機(jī)性能影響很大轉(zhuǎn)子rotor：旋轉(zhuǎn)部分異步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)圖定子結(jié)構(gòu)定子stator定子鐵心core

：電機(jī)主磁路的組成部分，并嵌放定子繞組。由厚度為0.5mm的硅鋼片疊裝而成。為了嵌放定子繞組，在定子沖片內(nèi)圓周上均勻地沖制若干個(gè)形狀相同的槽。單片定子鐵芯實(shí)物圖效率和功率因數(shù)較高繞組嵌線工藝復(fù)雜小容量及中型低壓電機(jī)可嵌放成型線圈大型低壓電動(dòng)機(jī)絕緣放置可靠、繞組下線方便高壓電動(dòng)機(jī)機(jī)座：固定和支撐定子鐵心。因此要求有足夠的機(jī)械強(qiáng)度。繞組：按一定規(guī)律排列和連接的線圈的總稱定子繞組定子繞組安裝圖三相單層對(duì)稱繞組示意圖三相單層對(duì)稱繞組展開示意圖（串聯(lián)）三相單層對(duì)稱繞組展開示意圖（并聯(lián)）三相單層同心式繞組展開示意圖三相單層鏈?zhǔn)嚼@組展開示意圖三相雙層疊繞組三相雙層波繞組按轉(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)轉(zhuǎn)子rotor異步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)

1、定子結(jié)構(gòu)：三相對(duì)稱繞組繞線式

2、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)鼠籠式：銅條式鑄鋁式深槽式雙鼠籠式繞線式電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)鼠籠型繞組squirrel-cagerotor

：在轉(zhuǎn)子鐵心均勻分布的每個(gè)槽內(nèi)各放置一根導(dǎo)體，在鐵心兩端放置兩個(gè)端環(huán)，分別把所有的導(dǎo)體伸出槽外部分與端環(huán)聯(lián)接起來(lái)。這種籠型繞組一般為鋁澆鑄的，對(duì)中大型電機(jī)為減小損耗、提高效率，往往采用銅條焊接而成。

鼠籠型轉(zhuǎn)子繞組由插入每個(gè)轉(zhuǎn)子槽中的導(dǎo)條和兩側(cè)的短路端環(huán)構(gòu)成，如果去掉轉(zhuǎn)子鐵心，剩余的轉(zhuǎn)子繞組就像一個(gè)松鼠籠子。鼠籠型轉(zhuǎn)子鐵心和繞組結(jié)構(gòu)示意圖繞線型繞組woundrotor

：與定子繞組相似、極數(shù)相同的三相對(duì)稱繞組。一般接成星形。將三相繞組的三個(gè)引出線分別接到轉(zhuǎn)軸上三個(gè)滑環(huán)上，再通過(guò)電刷與外電路接通。繞線型轉(zhuǎn)子的特點(diǎn)是可以通過(guò)滑環(huán)電刷在轉(zhuǎn)子回路中接入附加電阻，以改善電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)性能、調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)速。這種電機(jī)的特點(diǎn)是：可以在轉(zhuǎn)子繞組中串入附加電阻，來(lái)改善電機(jī)的起動(dòng)性能或作轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)用。下圖是三相繞線型轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。繞組的三個(gè)出線端子接到固定在轉(zhuǎn)軸上的三銅環(huán)上，通過(guò)電刷引出。鼠籠式電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)（銅條）鼠籠式電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)（鑄鋁）鼠籠式電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)鼠籠轉(zhuǎn)子示意圖a鼠籠轉(zhuǎn)子示意圖b鼠籠轉(zhuǎn)子示意圖c鼠籠轉(zhuǎn)子示意圖d深槽式鼠籠電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)雙鼠籠式電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)軸shaft氣隙airgap

定、轉(zhuǎn)子之間的間隙，也是電機(jī)主磁路的組成部分。特點(diǎn)——?dú)庀逗苄?，在中、小型電機(jī)中，氣隙一般為0.2-1.5mm。氣隙大小對(duì)電機(jī)性能有很大的影響氣隙大：磁阻大，勵(lì)磁電流（空載電流）大，功率因數(shù)低；氣隙磁場(chǎng)諧波含量（漏磁引起附加損耗）減少，改善啟動(dòng)性能。氣隙小：按加工可能及機(jī)械安全所限制。繞線式電機(jī)接線示意圖其他繞線式電機(jī)外部接線示意圖端部外形圖異步電機(jī)接線板（星形聯(lián)接）異步電機(jī)接線板（三角形聯(lián)接）視頻：三相異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)二、交流電機(jī)基本理論1單相繞組的磁勢(shì)—脈振磁勢(shì)相繞組磁勢(shì)線圈組磁勢(shì)線圈磁勢(shì)整距線圈磁勢(shì)磁力線穿過(guò)轉(zhuǎn)子鐵心、定子鐵心和兩個(gè)氣隙。每根磁力線所構(gòu)成的磁通閉合回路的磁勢(shì)均為icWc。略去定、轉(zhuǎn)子鐵心中的磁阻，該磁勢(shì)消耗在兩個(gè)氣隙中，每個(gè)氣隙中消耗的磁勢(shì)為icWc/2。1個(gè)整距線圈通交流電流ic后，將產(chǎn)生一個(gè)2極磁場(chǎng)。icic將氣隙圓周展開，得到磁勢(shì)沿圓周的空間分布波形如圖所示。氣隙圓周某點(diǎn)的磁勢(shì)表示由該定子磁勢(shì)所產(chǎn)生的氣隙磁通通過(guò)該點(diǎn)氣隙的磁壓降。xFcFc矩形波的高度和正負(fù)隨時(shí)間變化，變化的快慢取決于電流的頻率，縱坐標(biāo)的正負(fù)表示極性。

磁勢(shì)波形為矩形波。當(dāng)線圈電流ic隨時(shí)間按正弦規(guī)律交變:矩形波的高度為xFcFcx每極磁勢(shì)沿氣隙分布呈矩形波，縱坐標(biāo)的正負(fù)表示極性。由于電流隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化，所以磁勢(shì)波的高度也隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化，但空間位置固定不變（磁軸不變）。脈動(dòng)的頻率決定于電流的頻率。矩形波可分解為基波及各次諧波。性質(zhì)：脈動(dòng)磁勢(shì)將坐標(biāo)原點(diǎn)取在線圈AX的A點(diǎn)上，利用傅里葉級(jí)數(shù)將該磁動(dòng)勢(shì)波形展開為如下級(jí)數(shù)形式xFcFcfcν=1稱為基波，ν=3，5，7...稱為諧波。AXAXWcIm/2Fc1Fc3Fc518003600

/3基波磁勢(shì)表達(dá)式基波：在空間的任何一點(diǎn)，磁勢(shì)的大小隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化。這種空間位置固定不動(dòng)，但波幅的大小和正負(fù)隨時(shí)間變化的磁勢(shì)稱為脈振磁勢(shì)。x基波在空間按正弦分布；在時(shí)間上，任何一個(gè)位置的磁勢(shì)都按正弦變化。所以基波是一個(gè)正弦分布的正弦脈振磁勢(shì)。極對(duì)數(shù)為p，基波磁勢(shì)沿氣隙圓周有p個(gè)完整的正弦波。例如:p=2的2個(gè)整距線圈。4極電機(jī)單層繞組（q=1）的脈振磁勢(shì)xx單層整矩線圈組的磁勢(shì)以Z=18，p=1的三相單層繞組為例。每相有1個(gè)線圈組，q=3，每個(gè)線圈組有3個(gè)整距線圈。A1X1、A2X2、A3X3串聯(lián)成一個(gè)線圈組，構(gòu)成A相繞組。A相通交流電流ic后，產(chǎn)生一個(gè)2極磁場(chǎng)。展開圖截面圖x60采用磁勢(shì)迭加原理，三個(gè)線圈分別產(chǎn)生矩形波磁勢(shì)。磁勢(shì)波形一樣，依次位移槽距電角α1度。各線圈磁勢(shì)的基波分量為空間分布正弦波，和時(shí)間相量相似，可以用空間矢量來(lái)表示。磁勢(shì)空間矢量的長(zhǎng)度代表幅值的大小，矢量的位置代表幅值所處的空間位置。xxxx將各線圈的基波磁勢(shì)矢量相加得到分布線圈組磁勢(shì)基波矢量。

考慮到一般情況，對(duì)于q個(gè)線圈構(gòu)成的線圈組，與線圈組電勢(shì)的推導(dǎo)相似，可推導(dǎo)出單層分布相繞組合成磁勢(shì)基波幅值為

R0Fc1Fc1Fq1

q

R

kq1為基波磁勢(shì)的分布系數(shù)，同電勢(shì)的分布系數(shù)具有相同的物理意義。雙層短距分布相繞組的磁勢(shì)以Z=18，p=1，y1=7的三相雙層繞組為例。每相有2個(gè)線圈組，q=3，每個(gè)線圈組有3個(gè)短距線圈。線圈A1X1、A2X2、A3X3成一個(gè)線圈組，線圈A4X4、A5X5、A6X6構(gòu)成一另個(gè)線圈組。A相通交流電流ic后，產(chǎn)生一個(gè)2極磁場(chǎng)。截面圖展開圖雙層繞組的磁勢(shì)雙層繞組：每對(duì)極有兩個(gè)線圈組，把兩個(gè)線圈組的磁勢(shì)疊加，便得到雙層繞組的磁勢(shì)。雙層繞組通常是短矩繞組，從產(chǎn)生磁場(chǎng)的觀點(diǎn)來(lái)看，磁勢(shì)只決定于槽內(nèi)導(dǎo)體電流的大小和方向，與元件的組成次序無(wú)關(guān)。把實(shí)際的短距繞組所產(chǎn)生的磁勢(shì)，等效地看成由上、下層整距繞組產(chǎn)生的磁勢(shì)之和。采用磁勢(shì)迭加原理，A1—A6中電流單獨(dú)作用，將A1A4、A2A5、A3A6分別看成是一個(gè)線圈，形成了一個(gè)單層整距分布繞組；X1—X6中電流單獨(dú)作用，將X1X4、X2X5、X3X6分別看成是一個(gè)線圈，形成另一個(gè)單層整距分布繞組。兩個(gè)單層分布繞組產(chǎn)生的磁勢(shì)如上述分析，均為階梯波。兩個(gè)階梯波合成即得相繞組磁勢(shì)仍為階梯波。相繞組磁勢(shì)為脈振磁勢(shì)。將兩個(gè)單層整距分布繞組的基波磁勢(shì)矢量相加得到相繞組磁勢(shì)基波矢量。ky1為基波磁勢(shì)的短距系數(shù)，同電勢(shì)的短距系數(shù)具有相同的物理意義?？臻g上:Fq(下)超前Fq(上)一個(gè)角度:雙層短距分布相繞組的磁勢(shì):單層整矩線圈組的磁勢(shì)：線圈組磁勢(shì)總的表達(dá)式單層整距每相每支路匝數(shù)：IcIIc為每個(gè)線圈組中的電流，相電流I=aIca為并聯(lián)支路數(shù)雙層每相每支路匝數(shù)：線圈組磁勢(shì)的普通表達(dá)式：基波分量：諧波分量:KW1基波磁動(dòng)勢(shì)繞組系數(shù)單相繞組的磁勢(shì)磁勢(shì)是時(shí)間函數(shù)，呈空間分布，各對(duì)磁極分別有各自的磁路，不能合并不同空間的各對(duì)磁極的磁勢(shì)。每極繞組產(chǎn)生的磁勢(shì)即為一相繞組磁勢(shì)p=2的磁場(chǎng)相繞組磁勢(shì)基波的表達(dá)式為：相繞組ν次諧波磁勢(shì)的表達(dá)式為：?jiǎn)蜗嗬@組的磁勢(shì)結(jié)論：?jiǎn)蜗嗬@組的磁勢(shì)特點(diǎn)單相繞組磁勢(shì)的性質(zhì)是脈振磁勢(shì)，它既是時(shí)間的函數(shù)又是空間角度函數(shù)；基波的振幅必在相繞組的軸線上；ν次諧波磁勢(shì)幅值與kWv成正比，與ν成反比，因此，可以采用短距和分布繞組來(lái)削弱高次諧波。脈振的頻率由電流的頻率決定x一個(gè)整距線圈一相繞組磁勢(shì)：?jiǎn)螌诱嗑€圈組的電勢(shì)基波磁勢(shì)：雙層短距線圈組的磁勢(shì)線圈組磁勢(shì)總的表達(dá)式：一相繞組基波磁勢(shì)：1、交流單相繞組的基波磁勢(shì)在空間隨x電角度按正弦分布，在時(shí)間上隨

t按正弦規(guī)律→脈振磁勢(shì)；脈振頻率取決于電流的頻率2、脈振磁勢(shì)的幅值與相電流I和繞組等效匝數(shù)(WKWv)成正比，幅值的位置在相繞組的軸線上。x脈振磁勢(shì)波的節(jié)點(diǎn)和幅值的位置是固定不變的。2單相脈振磁勢(shì)分解成2個(gè)旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)基波分量一、(1)(2)(3)(4)(5)隨著

t的增加，可看成整個(gè)波形在右方前進(jìn)及在圓周為旋轉(zhuǎn)波最大值發(fā)生在處，波形向左移。當(dāng)wt=0時(shí)，x在

處，與旋轉(zhuǎn)方向相反二、fxt=02

/23/20f1x2

/23/20x2

/23/20fx2

/23/202

/23/202

/23/20fx2

/23/20x2

/23/20x2

/23/20t=/2t=f1f1f2f2f2fx2

/23/20fx2

/23/20t=3/2t=22

/23/202

/23/20x2

/23/20x2

/23/20f1f1f2f2fxt=02

/23/20f1x2

/23/20x2

/23/20fx2

/23/202

/23/202

/23/20fx2

/23/20x2

/23/20x2

/23/20t=/2t=f1f1f2f2f2fx2

/23/20fx2

/23/20t=3/2t=22

/23/202

/23/20x2

/23/20x2

/23/20f1f1f2f2ttFF+F-x=0x=

x的正方向

脈振磁勢(shì)的振幅的空間位置在相軸上。每個(gè)旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)：振幅為脈動(dòng)磁勢(shì)振幅的一半，旋轉(zhuǎn)速度相同，旋轉(zhuǎn)方向相反，任何瞬間合成磁勢(shì)的空間位置固定不變——在該繞組的軸線處，但大小隨時(shí)間變化。在空間按正弦規(guī)律分布隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化的脈動(dòng)磁勢(shì)可以分解為兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)分量3三相繞組的磁勢(shì)AXBYCZA相軸線C相軸線B相軸線tA、B、C三相對(duì)稱繞組三相電流對(duì)稱電流三相繞組的基波合成磁勢(shì)A、B、C三相對(duì)稱繞組流過(guò)三相電流對(duì)稱電流，設(shè)三相電流瞬時(shí)值表達(dá)式如下1、三個(gè)單相磁勢(shì)基波表達(dá)式A、B、C每相繞組產(chǎn)生的磁勢(shì)均為脈振磁勢(shì)，其基波的幅值位于各相繞組軸線上。三相繞組軸線在空間相差120°電角度，各相繞組磁勢(shì)基波空間相位差為120°電角度。于是其余相繞組脈振勢(shì)基波的表達(dá)式分別為：線圈磁場(chǎng)模擬分布圖B相與C相電流建立的脈振磁場(chǎng)

B相電流建立的磁場(chǎng)的磁極與對(duì)稱軸iB

iB

相磁勢(shì)空間分布波形ωt=90°三相合成磁勢(shì)基波表達(dá)式三相合成磁勢(shì)的形成任意時(shí)刻的和成磁勢(shì)AZBXCYAAf1(x,t)BC三相合成磁勢(shì)的波長(zhǎng)與單相完全相同，一個(gè)波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)一個(gè)磁極，故而與單相極數(shù)相同。F1為三相合成磁勢(shì)基波的幅值這是一種行波，即三相合成磁動(dòng)勢(shì)基波在空間旋