第4章異步電機

1、 三相異步電機主要用作電動機，拖動各三相異步電機主要用作電動機，拖動各 種生產(chǎn)機械。結(jié)構(gòu)簡單、制造、使用和維護種生產(chǎn)機械。結(jié)構(gòu)簡單、制造、使用和維護 方便，運行可靠，成本低，效率高，得以廣方便，運行可靠，成本低，效率高，得以廣 泛應(yīng)用。但是，功率因數(shù)低、起動和調(diào)速性泛應(yīng)用。但是，功率因數(shù)低、起動和調(diào)速性 能差。能差。 4.1 4.1 三相異步電動機的基本工作原理和結(jié)構(gòu)三相異步電動機的基本工作原理和結(jié)構(gòu) 4.2 4.2 交流電機的繞組交流電機的繞組 4.3 4.3 交流電機繞組的感應(yīng)電動勢交流電機繞組的感應(yīng)電動勢 4.4 4.4 交流電機繞組的磁動勢交流電機繞組的磁動勢 4.5 4.5 三相異步

2、電動機的空載運行三相異步電動機的空載運行 4.6 4.6 三相異步電動機的負載運行三相異步電動機的負載運行 4.74.7三相異步電動機的等效電路和相量圖三相異步電動機的等效電路和相量圖. . 4.84.8三相異步電動機的功率平衡、轉(zhuǎn)矩平衡三相異步電動機的功率平衡、轉(zhuǎn)矩平衡 4.1 三相異步電動機的基本工作原理與結(jié)構(gòu) 4.1.1 4.1.1 三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)講解結(jié)構(gòu)講解 一、定子部分 1 1、定子鐵心定子鐵心導(dǎo)磁部分。導(dǎo)磁部分。 定子鐵心是電機磁路的一部分，并起固定定子繞組的作用。為了增強導(dǎo)磁能力定子鐵心是電機磁路的一部分，并起固定定子繞組的作用。為了增強導(dǎo)

3、磁能力 和減小鐵耗，定子鐵心常選用和減小鐵耗，定子鐵心常選用0.5mm0.5mm或或0.35mm0.35mm厚的硅鋼片沖制疊壓而成，片間涂上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。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 2、定子繞組定子繞組：放在定子鐵心內(nèi)圓槽內(nèi)：放在定子鐵心內(nèi)圓槽內(nèi)導(dǎo)電部分。導(dǎo)電部分。 定子繞組是異步電動機的電路部分，其材料主要采用紫銅。小型異步電動機定子繞組是異步電動機的電路部分，其材料主要采用紫銅。小型異步電動機 常采用三相單層繞組，大中型異步電動機常采用三相雙層短矩疊繞組形式，三相常

4、采用三相單層繞組，大中型異步電動機常采用三相雙層短矩疊繞組形式，三相 繞組的六個出線端子均接在機座側(cè)面的接線板上，可根據(jù)需要將三相繞組接成繞組的六個出線端子均接在機座側(cè)面的接線板上，可根據(jù)需要將三相繞組接成Y Y形形 或或形。形。 3 3、機座機座 機座是電動機的外殼，支撐電機各部件，并通過機座的底腳將電機安裝固定。全機座是電動機的外殼，支撐電機各部件，并通過機座的底腳將電機安裝固定。全 封閉式電機的定子鐵心緊貼機座內(nèi)壁，故機座外殼上的散熱筋是電機的主要散熱面。封閉式電機的定子鐵心緊貼機座內(nèi)壁，故機座外殼上的散熱筋是電機的主要散熱面。 中小型電機采用鑄鐵機座。大型電機一般采用鋼板焊接機座。中小

5、型電機采用鑄鐵機座。大型電機一般采用鋼板焊接機座。 定子繞組 機 座 二、轉(zhuǎn)子部分 1 1、轉(zhuǎn)子鐵心轉(zhuǎn)子鐵心 轉(zhuǎn)子鐵心也是電機磁路的組成部分，并用來固定轉(zhuǎn)子繞組。鐵心材料也用轉(zhuǎn)子鐵心也是電機磁路的組成部分，并用來固定轉(zhuǎn)子繞組。鐵心材料也用 0.5mm0.5mm或或0.35mm0.35mm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。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 2、轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)子繞組根據(jù)轉(zhuǎn)子繞組的結(jié)構(gòu)型式可分為

6、根據(jù)轉(zhuǎn)子繞組的結(jié)構(gòu)型式可分為 1 1）鼠籠式轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)子鐵心的每個槽內(nèi)插入一根裸導(dǎo)條，形成）鼠籠式轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)子鐵心的每個槽內(nèi)插入一根裸導(dǎo)條，形成 一個多相對稱短路繞組。一個多相對稱短路繞組。 2 2）繞線式轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)子繞組為三相對稱繞組，嵌放在轉(zhuǎn)子鐵心）繞線式轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)子繞組為三相對稱繞組，嵌放在轉(zhuǎn)子鐵心 槽內(nèi)。槽內(nèi)。 異步電動機的氣隙是均勻的。大小為機械條件所能允許達異步電動機的氣隙是均勻的。大小為機械條件所能允許達 到的最小值。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：按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)分： 繞線型異步電動機繞線型異步電動機鼠籠型異步電動機鼠籠型異步電動機 鼠籠型轉(zhuǎn)子鼠籠型轉(zhuǎn)子 鐵心和繞組鐵

7、心和繞組 結(jié)構(gòu)示意圖結(jié)構(gòu)示意圖 三相繞線型三相繞線型 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)圖轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)圖 4.1.2 4.1.2 三相異步電動機的基本工作原理三相異步電動機的基本工作原理 U2 U1 W2 V1 W1 V2 1 n n 一、轉(zhuǎn)動原理 1 1、電生磁、電生磁：三相對稱繞組通三相對稱繞組通 往三相對稱電流產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)往三相對稱電流產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn) 磁場。磁場。 2 2、磁生電、磁生電：旋轉(zhuǎn)磁場切割旋轉(zhuǎn)磁場切割 轉(zhuǎn)子導(dǎo)體感應(yīng)電動勢和電流。轉(zhuǎn)子導(dǎo)體感應(yīng)電動勢和電流。 3 3、電磁力、電磁力：轉(zhuǎn)子載流（有功轉(zhuǎn)子載流（有功 分量電流）體在磁場作用下受分量電流）體在磁場作用下受 電磁力作用，形成電磁轉(zhuǎn)矩，電磁力作用，形成電磁

8、轉(zhuǎn)矩， 驅(qū)動電動機旋轉(zhuǎn)，將電能轉(zhuǎn)化驅(qū)動電動機旋轉(zhuǎn)，將電能轉(zhuǎn)化 為機械能。為機械能。 二、轉(zhuǎn)差率 1 1 nn s n 轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)差率是異步電機的一個基本物理量，它反映電機的各種是異步電機的一個基本物理量，它反映電機的各種 運行情況。運行情況。 轉(zhuǎn)子未轉(zhuǎn)動時轉(zhuǎn)子未轉(zhuǎn)動時，;s,n10 電機理想空載時電機理想空載時，.s,nn0 1 作為電動機，轉(zhuǎn)速在作為電動機，轉(zhuǎn)速在 1 0n范圍內(nèi)變化，轉(zhuǎn)差率在范圍內(nèi)變化，轉(zhuǎn)差率在0 0 1 1范圍內(nèi)變。范圍內(nèi)變。 負載越大，轉(zhuǎn)速越低，轉(zhuǎn)差率越大；反之，轉(zhuǎn)差率越小。負載越大，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的轉(zhuǎn)速大小或負載大小。

9、電機的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)差率的大小能夠反映電機的轉(zhuǎn)速大小或負載大小。電機的轉(zhuǎn) 速為：速為： 1 1n = (- s)n 額定運行時，轉(zhuǎn)差率一般在額定運行時，轉(zhuǎn)差率一般在0.010.060.010.06之間，即電機轉(zhuǎn)速接之間，即電機轉(zhuǎn)速接 近同步速。近同步速。 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 s表示，表示，即：即： 三、異步電機的三種運行狀態(tài) 根據(jù)轉(zhuǎn)差率的大小和正負根據(jù)轉(zhuǎn)差率的大小和正負, ,異步電機有三種運行狀態(tài)異步電機有三種運行狀態(tài) 機械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡姍C械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡?能能 電能和機械能變電能和機械能變 成內(nèi)能成內(nèi)能 電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C電能

10、轉(zhuǎn)變?yōu)闄C 械能械能 能量關(guān)系 制動制動制動制動驅(qū)動驅(qū)動電磁轉(zhuǎn)矩 轉(zhuǎn)差率 轉(zhuǎn)速 外力使電機快速外力使電機快速 旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn) 外力使電機沿磁外力使電機沿磁 場反方向旋轉(zhuǎn)場反方向旋轉(zhuǎn) 定子繞組接對定子繞組接對 稱電源稱電源 實現(xiàn) 發(fā)電機發(fā)電機電磁制動電磁制動電動機電動機狀態(tài)狀態(tài) 1 0 n n 0n n 10 s1s0s 4.1.3 4.1.3 名牌和額定值名牌和額定值 一、名牌 例例: : 二、額定值：二、額定值： 額定功率額定功率 - -額定運行時輸出的機械功率。額定運行時輸出的機械功率。 額定電壓額定電壓- -額定運行狀態(tài)時加在定子繞組上的線電壓。額定運行狀態(tài)時加在定子繞組上的線電壓。 額定電流額

11、定電流- -在額定運行狀態(tài)下流入定子繞組的線電流。在額定運行狀態(tài)下流入定子繞組的線電流。 額定頻率額定頻率-50HZ-50HZ 額定轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)速- -額定運行時電動機的轉(zhuǎn)速。額定運行時電動機的轉(zhuǎn)速。 三相異步電動機的定子部分在結(jié)構(gòu)上和同步電動機三相異步電動機的定子部分在結(jié)構(gòu)上和同步電動機 的定子部分完全相同。的定子部分完全相同。 對中、小容量的低壓異步電動機，通常定子三相繞對中、小容量的低壓異步電動機，通常定子三相繞 組的六個出線頭都引出，這樣可根據(jù)需要靈活組的六個出線頭都引出，這樣可根據(jù)需要靈活 地接成地接成“Y”Y”形或形或“D”D”形。形。 U1 V1 W1U1 V1 W1 W2 U 2

12、 V2W2 U2 V2 D聯(lián)結(jié)聯(lián)結(jié) Y聯(lián)結(jié)聯(lián)結(jié) 三、接線三、接線 4.2交流電機的繞組 4.2.1 交流繞組的基本知識 一、基本要求和分類 1 1）三相繞組對稱；）三相繞組對稱； 2 2）力求獲得最大的電動勢和磁動勢；）力求獲得最大的電動勢和磁動勢； 3 3）繞組的電動勢和磁動勢的波形力求接近正弦；）繞組的電動勢和磁動勢的波形力求接近正弦； 4 4）節(jié)省用銅量；）節(jié)省用銅量； 5 5）繞組的絕緣和機械強度可靠，散熱條件好；）繞組的絕緣和機械強度可靠，散熱條件好； 6 6）工藝簡單、便于制造、安裝和檢修。）工藝簡單、便于制造、安裝和檢修。 二、交流繞組的基本概念二、交流繞組的基本概念 1 1、極

13、距、極距 兩個相鄰磁極軸線之間沿定子鐵心內(nèi)表面的距離。若定子的兩個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)為槽數(shù)為Z Z，磁極對數(shù)為，磁極對數(shù)為p p，則極距：，則極距： Z = 2 p 2 2、線圈節(jié)距、線圈節(jié)距 y 一個線圈的兩個有效邊之間所跨的距離稱為線圈的節(jié)距。一個線圈的兩個有效邊之間所跨的距離稱為線圈的節(jié)距。 .y的的繞繞組組為為整整距距繞繞組組 3 3、電角度、電角度 p電電角角度度機機械械角角度度 .y的的繞繞組組為為短短距距繞繞組組 4 4、槽距角、槽距角a 相鄰兩個槽之間的電角度相鄰兩個槽之間的電角度： 0 360p = Z 6 6、相帶、相帶 每個極面下的導(dǎo)體

14、平均分給各相，則每一相繞組在每個極每個極面下的導(dǎo)體平均分給各相，則每一相繞組在每個極 面下所占的范圍，用電角度表示稱為相帶。面下所占的范圍，用電角度表示稱為相帶。 每一個極面下每相所占的槽數(shù)為每一個極面下每相所占的槽數(shù)為 5 5、每極每相槽數(shù)、每極每相槽數(shù)q 2 Z q = pm 4.2.24.2.2 三相單層繞組三相單層繞組 單層繞組的每個槽內(nèi)只放一個線圈邊，電機的線圈總數(shù)等于單層繞組的每個槽內(nèi)只放一個線圈邊，電機的線圈總數(shù)等于 定子槽數(shù)的一半。單層繞組分為鏈式、交叉式和同心式繞組。定子槽數(shù)的一半。單層繞組分為鏈式、交叉式和同心式繞組。 一、單層鏈式繞組 單層鏈式繞組由形狀、幾何尺寸和節(jié)距相

15、同的線圈連接而單層鏈式繞組由形狀、幾何尺寸和節(jié)距相同的線圈連接而 成，整個外形如長鏈。成，整個外形如長鏈。 鏈式繞組的每個線鏈式繞組的每個線 圈節(jié)距相等并且制造方圈節(jié)距相等并且制造方 便；線圈端部連線較短便；線圈端部連線較短 并且省銅。主要用于并且省銅。主要用于 q=2q=2的的4 4、6 6、8 8極小型三極小型三 相異步電動機。相異步電動機。 二、單層交叉式繞組二、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，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，各線圈組的端部互同一組線圈的形狀、幾何尺寸和節(jié)距均相同，各線圈組的

16、端部互 相交叉。相交叉。 交叉式繞組由交叉式繞組由 兩大一小線圈交叉兩大一小線圈交叉 布置。線圈端部連布置。線圈端部連 線較短，有利于節(jié)線較短，有利于節(jié) 省材料，并且省銅。省材料，并且省銅。 廣泛用于廣泛用于q1q1的且為的且為 奇數(shù)的小型三相異奇數(shù)的小型三相異 步電動機步電動機。 三、單層同心式繞組 同心式繞組由幾個幾何尺寸和節(jié)距不等的線圈連成同心同心式繞組由幾個幾何尺寸和節(jié)距不等的線圈連成同心 形狀的線圈組構(gòu)成。形狀的線圈組構(gòu)成。 同心式繞組端同心式繞組端 部連線較長，適用部連線較長，適用 于于q=4q=4、6 6、8 8等偶等偶 數(shù)的數(shù)的2 2極小型三相極小型三相 異步電動機。異步電動機

17、。 4.2.3 4.2.3 三相雙層繞組三相雙層繞組 雙層繞組每個槽內(nèi)放上、下兩層線圈的有效邊，線圈的每雙層繞組每個槽內(nèi)放上、下兩層線圈的有效邊，線圈的每 一個有效邊放在某一槽的上層，另一個有效邊則放置在相隔為一個有效邊放在某一槽的上層，另一個有效邊則放置在相隔為 y y 的另一槽的下層。的另一槽的下層。 雙層繞組分雙層疊繞組（如圖雙層繞組分雙層疊繞組（如圖2a=12a=1）和雙層波繞組（略）和雙層波繞組（略）。 雙層繞組的特點：雙層繞組的特點： 1 1）線圈數(shù)等于槽數(shù)；）線圈數(shù)等于槽數(shù)； 2 2）線圈數(shù)組數(shù)等于極數(shù)，也等于最大并聯(lián)支路數(shù)）線圈數(shù)組數(shù)等于極數(shù)，也等于最大并聯(lián)支路數(shù)； 3 3）每

18、相繞組的電動勢等于每條支路的電動勢。）每相繞組的電動勢等于每條支路的電動勢。 4.34.3交流電機繞組的感應(yīng)電動勢交流電機繞組的感應(yīng)電動勢 4.3.1 4.3.1 線圈的感應(yīng)電動勢及短距系數(shù)線圈的感應(yīng)電動勢及短距系數(shù) 一、一根導(dǎo)體的電動勢 二、整距繞組的電動勢 每個整距繞組由每個整距繞組由N Nc c個相同和線匝組成，每個整距線圈的個相同和線匝組成，每個整距線圈的 電動勢電動勢: : 111 444 y (y)ctc EN E.fN 電動勢頻率電動勢頻率: : 60 pn f 電動勢大小電動勢大小: : 1 2 22 1c E.f 電動勢波形電動勢波形: :Blve 三、短距線圈的電動勢 每個

19、短距線圈的電動勢每個短距線圈的電動勢: : 1 4 44 11()cy E.fN k yy 稱為稱為短距系數(shù)短距系數(shù)： 線圈短距時電動線圈短距時電動 勢比整距時打的勢比整距時打的 一個折扣一個折扣 0 90 1 1 1 y (y ) y y (y ) E y ksin() E 4.3.2 4.3.2 線圈組的感應(yīng)電動勢及分布系數(shù)線圈組的感應(yīng)電動勢及分布系數(shù) 一組線圈由一組線圈由q q個線圈組成個線圈組成, ,若若q q個線圈為集中繞組時個線圈為集中繞組時, ,各線圈各線圈 電動勢大小相等、相位相同，線圈組電動勢為電動勢大小相等、相位相同，線圈組電動勢為: : 1111 4.44 q (q= )

20、cy E=fqN k 若若q q個線圈為分布繞組個線圈為分布繞組, ,放在放在q q個槽內(nèi)個槽內(nèi), ,各線圈電動勢大小相各線圈電動勢大小相 同同, ,相位相差相位相差電角度電角度, ,電動勢為電動勢為: : 11111 4 444 44 11()cyqc E.fqN k k.fqN k qqw 1 1 1 2 2 q (q1) q q (q=1) qa sin E k= a E qsin 稱為稱為基波分布系數(shù)基波分布系數(shù): 線圈組電動勢等于集線圈組電動勢等于集 中線圈組電動勢打的中線圈組電動勢打的 一個折扣一個折扣. 稱為稱為基波繞組基波繞組 系數(shù)。系數(shù)。 111wyq k= kk 4.3.3

21、 4.3.3 一相繞組的基波感應(yīng)電動勢一相繞組的基波感應(yīng)電動勢 一繞組有一繞組有2a2a條支路，一條支路由若干個線圈組路串聯(lián)組成。條支路，一條支路由若干個線圈組路串聯(lián)組成。 一相繞組的基波電動勢為一條支路的基波電動勢一相繞組的基波電動勢為一條支路的基波電動勢 111 4.44 pw E=fNk 一、一相繞組的基波電動勢 對單層繞組：對單層繞組： 2 c pqN N= a 對雙層繞組：對雙層繞組： c 2pqN N= 2a 二、短距繞組、分布繞組對電動勢波形的影響 0 90 2 2 4 44 ksin() sin k sin E.fNkk y q pyq y q q 對V次諧波： 1 pp nn

22、 p n ff 60 改善電動勢波形的方法改善電動勢波形的方法: : 00 1 py E,k,y時時采采用用 .k y 盡盡可可能能小小讓讓0 （）（）采用短距繞組來削弱高次諧波采用短距繞組來削弱高次諧波 （）采用分布繞組來削弱高次諧波（）采用分布繞組來削弱高次諧波 盡盡可可能能小小讓讓 q k 改善主磁極磁場的分布改善主磁極磁場的分布 改善交流繞組的構(gòu)成，削弱諧波電動勢改善交流繞組的構(gòu)成，削弱諧波電動勢 采用接線消除線電動勢中的三及其倍數(shù)的奇次諧波采用接線消除線電動勢中的三及其倍數(shù)的奇次諧波 00 5 4 55 py E,k,y時時 4.4交流電機繞組的磁動勢 4.4.1 4.4.1 單相繞

23、組的磁動勢單相繞組的磁動勢 一、整距集中繞組的磁動勢 一臺兩極氣隙均勻的交流電機一臺兩極氣隙均勻的交流電機, ,一個整距一個整距 繞組通入交流電流繞組通入交流電流, ,線圈磁動勢在某瞬間的分線圈磁動勢在某瞬間的分 布如圖布如圖, ,由全電流定律得由全電流定律得: : iNiHdl c 忽略鐵心磁阻忽略鐵心磁阻, ,磁動勢完全降落在兩磁動勢完全降落在兩 個氣隙上個氣隙上. .每個氣隙的磁動勢為每個氣隙的磁動勢為: : ttsinFsinINiNf cmcccc 2 1 2 1 空間分布為空間分布為矩形波矩形波, ,隨時間按隨時間按正弦規(guī)律正弦規(guī)律變變 化化. .變化變化頻率為電流頻率頻率為電流頻

24、率。 空間位置不變而幅值和方向隨時間變化的磁動勢稱為空間位置不變而幅值和方向隨時間變化的磁動勢稱為脈動磁脈動磁 動勢動勢。 矩形波磁動勢可能分解為基波和一系列高次諧波矩形波磁動勢可能分解為基波和一系列高次諧波: : 13 3 ( , )sincossincos.sincos. cccc fx tFtxFtxFtx 基波磁動勢為基波磁動勢為: : 1 42 0 9 2 ccccc FN I. N I 11 ( , )sincos cc fx tFtx 基波磁動勢最大值為基波磁動勢最大值為: : 整距繞組基波磁動勢在空間按余弦分布，幅值位于繞組軸線，整距繞組基波磁動勢在空間按余弦分布，幅值位于繞組

25、軸線， 空間每一點的磁動勢大小按正弦規(guī)律變化空間每一點的磁動勢大小按正弦規(guī)律變化仍然為仍然為脈動磁動勢脈動磁動勢。 二、單相脈動磁動勢 1 1、整距分布繞組的磁動勢、整距分布繞組的磁動勢 cqycyqp Ikk)qN(kFF 11111 20.92 每個繞組由每個繞組由q q 個線圈串聯(lián)構(gòu)成，依次在定子圓周空間錯開個線圈串聯(lián)構(gòu)成，依次在定子圓周空間錯開 槽距角槽距角,繞組的基波磁動勢為繞組的基波磁動勢為q q個線圈基波磁動勢的空間矢量個線圈基波磁動勢的空間矢量 和：和： 111qcq kqFF 2 2、一組雙層短距分布繞組的基波磁動勢、一組雙層短距分布繞組的基波磁動勢 雙層短距分布繞組的基波磁

26、動勢為兩個等效繞組基波磁動雙層短距分布繞組的基波磁動勢為兩個等效繞組基波磁動 勢的相量和，用短距系數(shù)計及繞組短距的影響：勢的相量和，用短距系數(shù)計及繞組短距的影響： 3 3、相繞組的磁動勢、相繞組的磁動勢 每個極下的磁動勢和磁阻構(gòu)成一條分支磁路。若電機有每個極下的磁動勢和磁阻構(gòu)成一條分支磁路。若電機有p p 對磁極，就有對磁極，就有p p條并聯(lián)的對稱分支磁路，所以一相繞組的基波條并聯(lián)的對稱分支磁路，所以一相繞組的基波 磁動勢就是該繞組在一對磁極下線圈所產(chǎn)生的基波磁動勢，若磁動勢就是該繞組在一對磁極下線圈所產(chǎn)生的基波磁動勢，若 每相電流為每相電流為I Ip p: : xcostsinI p Nk

27、.xcostsinFt)(x,f p 1w pp 90 11 單相繞組的基波磁動勢是在空間按余弦規(guī)律分布，單相繞組的基波磁動勢是在空間按余弦規(guī)律分布， 幅值大小隨時間按正弦規(guī)律變化的幅值大小隨時間按正弦規(guī)律變化的脈動磁動勢脈動磁動勢。 三、單相脈動磁動勢的分解 即一個脈動磁動勢可以分解成兩個幅值大小相等的磁動勢。即一個脈動磁動勢可以分解成兩個幅值大小相等的磁動勢。 1111 11 11 22 ppp +- pp f (x,t) F sincosxF sin(x)F sin(x) = f (x,t)+ f (x,t) p ttt 先分析)xtsin(F)t ,x(f pp 11 2 1 取幅值點

28、分析 2 xt ;x,t 22 0 時時 ;x,t0 2 時時 ;x,t 22 時時 x t)(x,f 1p 2 2 綜上分析綜上分析 。 )t ,x(f,x)t ,x(f)( pp 向向旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)磁磁動動勢勢 稱稱為為正正故故軸軸正正方方向向移移動動朝朝隨隨著著時時間間推推移移 11 1 。)t ,x(f)( p 勢勢幅幅值值的的一一半半的的幅幅值值為為單單相相基基波波磁磁動動 1 2 min)/( 60 )/( 2 2 )/(2)3( 1 r p f sr p f p f n smf dt dx v 旋轉(zhuǎn)速度 線速度為 。x,)t ,x(f)t ,x(f pp 的的負負方方向向只只是是旋旋轉(zhuǎn)

29、轉(zhuǎn)方方向向是是性性質(zhì)質(zhì)基基本本一一致致的的性性質(zhì)質(zhì)與與 11 可見 (1)(1)單相繞組的基波磁動勢為脈動單相繞組的基波磁動勢為脈動, ,它可以分解為大小相等、它可以分解為大小相等、 轉(zhuǎn)速相同而轉(zhuǎn)身相反的兩個旋轉(zhuǎn)磁場。轉(zhuǎn)速相同而轉(zhuǎn)身相反的兩個旋轉(zhuǎn)磁場。 (2)(2)反之反之, ,滿足上述性質(zhì)的兩個旋轉(zhuǎn)磁動勢的合成即為脈滿足上述性質(zhì)的兩個旋轉(zhuǎn)磁動勢的合成即為脈 動磁動勢。動磁動勢。 （3）由于正方向或反方向的旋轉(zhuǎn)磁動勢在旋轉(zhuǎn)過程中，大）由于正方向或反方向的旋轉(zhuǎn)磁動勢在旋轉(zhuǎn)過程中，大 小不變，兩矢量頂點的軌跡為一圓形，所以這兩個磁動勢為小不變，兩矢量頂點的軌跡為一圓形，所以這兩個磁動勢為 圓形旋轉(zhuǎn)

30、磁動勢。圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢。 4.4.2 4.4.2 三相繞組基波合成磁動勢三相繞組基波合成磁動勢旋轉(zhuǎn)磁動勢旋轉(zhuǎn)磁動勢 三相的合成磁動勢：三相的合成磁動勢： 取取U U相繞組軸線位置作為空間坐標原點、以相序的方向作為相繞組軸線位置作為空間坐標原點、以相序的方向作為 x x的參考方向、的參考方向、U U相電流為零時作為時間起點，則三相基波磁動相電流為零時作為時間起點，則三相基波磁動 勢為：勢為： )xtsin(F)xtsin(F)xcos()tsin(Ff )xtsin(F)xtsin(F)xcos()tsin(Ff )xtsin(F)xtsin(FxcostsinFf pppW pppV pppU

31、 3 4 2 1 2 1 3 2 3 2 3 4 2 1 2 1 3 2 3 2 2 1 2 1 1111 1111 1111 111 3 2 p f (x,t) =Fsin(t-x) = F sin(t-x) 可見：三相合成磁動勢也是一個可見：三相合成磁動勢也是一個圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢。 交流電機三相對稱繞組交流電機三相對稱繞組, , 通入三相對稱電流，磁動勢是三相通入三相對稱電流，磁動勢是三相 的合成磁動勢。的合成磁動勢。 為了分析旋轉(zhuǎn)磁動勢的旋轉(zhuǎn)方向，設(shè)三相對稱電流按余弦規(guī)為了分析旋轉(zhuǎn)磁動勢的旋轉(zhuǎn)方向，設(shè)三相對稱電流按余弦規(guī) 律變化，律變化，U U 相電流最大時為計時點，電流取首

32、進尾出為正，電相電流最大時為計時點，電流取首進尾出為正，電 流波形和各時刻旋轉(zhuǎn)磁動勢的位置如圖所示：流波形和各時刻旋轉(zhuǎn)磁動勢的位置如圖所示： U2 U1 W2 V1 W1 V2 1 n 用圖解法分析用圖解法分析不同時刻三相合成磁動勢不同時刻三相合成磁動勢 合成磁動勢的轉(zhuǎn)向是從載有超前電流的相轉(zhuǎn)到載有滯后電合成磁動勢的轉(zhuǎn)向是從載有超前電流的相轉(zhuǎn)到載有滯后電 流的相。流的相。 產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢的條件：產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢的條件：一是三相或多相對稱繞組；二一是三相或多相對稱繞組；二 是三相或多相對稱電流。兩個條件有一個不滿足，即產(chǎn)生橢圓形是三相或多相對稱電流。兩個條件有一個不滿足，即產(chǎn)生橢圓形 旋轉(zhuǎn)

33、磁動勢。旋轉(zhuǎn)磁動勢。 三相對稱繞組通入三相對稱電流，產(chǎn)生的基波合成磁 動勢是一個幅值恒定不變的圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢，它有以下主 要性質(zhì) (1)(1)幅值是單相脈動磁動勢最大幅值的幅值是單相脈動磁動勢最大幅值的3/23/2倍。倍。 (2)(2)轉(zhuǎn)向由電流相序決定轉(zhuǎn)向由電流相序決定, ,從載有超前電流相轉(zhuǎn)到載有滯后電從載有超前電流相轉(zhuǎn)到載有滯后電 流相流相. . (3)(3)轉(zhuǎn)速決定于電流的頻率和電機的磁極對數(shù)轉(zhuǎn)速決定于電流的頻率和電機的磁極對數(shù) p f n 60 1 (4)(4)當某相電流達最大值時當某相電流達最大值時, ,旋轉(zhuǎn)磁動勢的波幅位置剛好轉(zhuǎn)到該旋轉(zhuǎn)磁動勢的波幅位置剛好轉(zhuǎn)到該 相繞組的軸線位置

34、上相繞組的軸線位置上 4.5.1 4.5.1 空載運行時的電磁關(guān)系空載運行時的電磁關(guān)系 4.5三相異步電動機的空載運行 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，異步電動機的為了便于分析，根據(jù)磁通路徑和性質(zhì)不同，異步電動機的 磁通分為主磁通和漏磁通。磁通分為主磁通和漏磁通。 主磁通同時交鏈定、轉(zhuǎn)子繞組，主磁通同時交鏈定、轉(zhuǎn)子繞組， 其路徑為：定子鐵心其路徑為：定子鐵心氣隙氣隙轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子 鐵心鐵心氣隙氣隙定子鐵心。主磁通起定子鐵心。主磁通起 傳遞能量的作用。傳遞能量的作用。 除了主磁通以外的磁通稱為漏除了主磁通以外的磁通稱為漏 磁通，它包括槽漏磁通、端漏磁通磁通，它包括槽漏磁通、

35、端漏磁通 和高次諧波磁通。漏磁通只起電抗和高次諧波磁通。漏磁通只起電抗 壓降作用。壓降作用。 二、空載電流和空載磁動勢 異步電動機空載運行時的定子電流稱為空載電流異步電動機空載運行時的定子電流稱為空載電流。 .I ,I :I, a r 0 00 0 功功分分量量 損損耗耗的的有有另另一一個個是是用用來來供供給給鐵鐵心心的的無無功功分分量量產(chǎn)產(chǎn)生生主主磁磁通通 一一是是用用來來由由兩兩部部分分組組成成異異步步電電動動機機空空載載電電流流與與變變壓壓器器一一樣樣 基基波波幅幅值值為為載載磁磁動動勢勢產(chǎn)產(chǎn)生生的的旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)磁磁動動勢勢為為空空三三相相空空載載電電流流,FI 00 0 I p kNm F

36、 1w11 0 0.9 2 .III ar000 :即即 .F，I，E， 、, 000 22 于于是是乎乎為為零零 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子之之間間相相對對速速度度幾幾定定接接近近同同步步速速轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速很很高高空空載載運運行行時時 .II,I,II rar00000 即即基基本本為為一一無無功功性性質(zhì)質(zhì)電電流流所所以以由由于于 三、電磁關(guān)系 10R I 1 U ()三相系)(I 三三相相系系統(tǒng)統(tǒng) 0 )(F三三相相合合成成 0 1 E 0 1 1 E 0 2 E 4.5.2 4.5.2 空載運行時的電壓平衡方程空載運行時的電壓平衡方程 一、感應(yīng)電動勢 與變壓器一樣與變壓器一樣, ,主、漏磁通在定子繞組上

37、感應(yīng)的電動勢主、漏磁通在定子繞組上感應(yīng)的電動勢 0 1111 4.44 w kNfjE 101 XI jE 可見，異步電動機空載時的電磁關(guān)系與變壓器非常相似?？梢?，異步電動機空載時的電磁關(guān)系與變壓器非常相似。 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，可列出空載時與變壓器一樣，根據(jù)基爾霍夫電壓定律，可列出空載時 定子每相電壓方程式：定子每相電壓方程式： 0111010110111 IZEXI jRIERIEEU 同樣也有：同樣也有： 100mmm E = - I (R + jX) = - I Z 根據(jù)上兩式，可以作出空載時根據(jù)上兩式，可以作出空載時 等效電路。等效電路。

38、盡管異步電動機的電磁關(guān)系與變壓器相似，但它們之間還是盡管異步電動機的電磁關(guān)系與變壓器相似，但它們之間還是 有差別的：有差別的： 1 1）主磁場性質(zhì)不同：異步電動機為旋轉(zhuǎn)磁場，變壓器為脈動）主磁場性質(zhì)不同：異步電動機為旋轉(zhuǎn)磁場，變壓器為脈動 磁場磁場. 4 4）由于存在氣隙）由于存在氣隙, ,異步電動機漏抗較變壓器的大異步電動機漏抗較變壓器的大. . ;I ,E,I ,E)00002 2222 變變壓壓器器異異步步電電動動機機空空載載時時 %.% %,%I,) 102 30203 0 的僅為的僅為 而變壓器而變壓器為為異步電動機異步電動機由于存在氣隙由于存在氣隙 5)5)異步電動機通常采用短距和

39、分布繞組異步電動機通常采用短距和分布繞組, ,計算時需考慮繞組計算時需考慮繞組 系數(shù)系數(shù), ,變壓器則為整距集中繞組變壓器則為整距集中繞組, ,可認為繞組系數(shù)為可認為繞組系數(shù)為1.1. 4.6.1 4.6.1 負載運行時的電磁關(guān)系負載運行時的電磁關(guān)系 4.6三相異步電動機的負載運行 11I R 1 1 E 22I R 2 2 E )( 1 三相系統(tǒng)U )(I三三相相系系統(tǒng)統(tǒng) 1 )(I多相系統(tǒng)多相系統(tǒng) 2 1 F 2 F 0 F 0 1 E s E2 4.6.2 4.6.2 轉(zhuǎn)子繞組各電磁量轉(zhuǎn)子繞組各電磁量 一、轉(zhuǎn)子電動勢的頻率 感應(yīng)電動勢的頻率正比于導(dǎo)體與磁場的相對切割速度感應(yīng)電動勢的頻率正

40、比于導(dǎo)體與磁場的相對切割速度, , 故轉(zhuǎn)子電動勢的頻率為故轉(zhuǎn)子電動勢的頻率為: : 111 21 11 60 p(n - n)n - npn f = sf nn 轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)時,.ff,s ,n 12 10 理想空載時,.f,s ,nn00 21 二、轉(zhuǎn)子繞組的感應(yīng)電動勢 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時的感應(yīng)電動勢轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時的感應(yīng)電動勢: : 02222 444 ws kNf.E 轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)時的感應(yīng)電動勢轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)時的感應(yīng)電動勢: : 02212 444 w kNf.E 二者關(guān)系為二者關(guān)系為: : 22s E= sE 三、轉(zhuǎn)子繞組的漏阻抗 電抗與頻率正比于電抗與頻率正比于, ,轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時轉(zhuǎn)子漏電抗轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時轉(zhuǎn)子漏電抗:

41、: 222 2LfX s 二者關(guān)系二者關(guān)系: : 22s X= sX . 轉(zhuǎn)子繞組的漏阻抗轉(zhuǎn)子繞組的漏阻抗: : 2222 jsXRjXRZ 2ss 四、轉(zhuǎn)子繞組的電流 轉(zhuǎn)子繞組為閉合繞組轉(zhuǎn)子繞組為閉合繞組, ,轉(zhuǎn)子電流為轉(zhuǎn)子電流為 22 2 22 2 2 2 2 jsXR Es jXR E Z E I s s s s 轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)時轉(zhuǎn)子漏電抗轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)時轉(zhuǎn)子漏電抗: : 222 2LfX 當轉(zhuǎn)速降低時當轉(zhuǎn)速降低時, ,轉(zhuǎn)差率增大轉(zhuǎn)差率增大, ,轉(zhuǎn)子電流也增大轉(zhuǎn)子電流也增大. . 五、轉(zhuǎn)子繞組的功率因數(shù) 2 22 2222 2222 RR cos= R + XR + (sX) 轉(zhuǎn)子功率因數(shù)與轉(zhuǎn)差率有

42、關(guān)轉(zhuǎn)子功率因數(shù)與轉(zhuǎn)差率有關(guān), ,當轉(zhuǎn)差率增大時當轉(zhuǎn)差率增大時, ,轉(zhuǎn)子功率因轉(zhuǎn)子功率因 數(shù)則減小。數(shù)則減小。 六、轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁動勢 轉(zhuǎn)子繞組流過三相或多相對稱電流時產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢轉(zhuǎn)子繞組流過三相或多相對稱電流時產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢. . 2 222 2 90 2 I p kN . m F w 1)1)幅值幅值 2)2)轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)向 轉(zhuǎn)子電流相序與定子旋轉(zhuǎn)磁動勢方向相同轉(zhuǎn)子電流相序與定子旋轉(zhuǎn)磁動勢方向相同, ,轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁 動勢的方向與轉(zhuǎn)子電流相序一致動勢的方向與轉(zhuǎn)子電流相序一致. . 1 nnn)(nnn 12 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁動勢相對定子的速度為轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁動勢相對定子的速度為 可見可見, ,無

43、論轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速怎樣變化無論轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速怎樣變化, ,定、轉(zhuǎn)子磁動勢總是以同速、定、轉(zhuǎn)子磁動勢總是以同速、 同向在空間旋轉(zhuǎn)，兩者在空間上總是保持相對靜止。同向在空間旋轉(zhuǎn)，兩者在空間上總是保持相對靜止。 4.6.3 4.6.3 磁動勢平衡方程磁動勢平衡方程 021 FFF 磁動勢的平衡方程為：磁動勢的平衡方程為： 可以改寫為：可以改寫為： L FF)F(FF 10201 . ,F,F; ,F: L 主主磁磁通通的的影影響響用用來來抵抵消消轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子磁磁動動勢勢對對 即即它它用用平平衡衡轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子磁磁動動勢勢另另一一個個是是負負載載分分量量產(chǎn)產(chǎn)生生氣氣隙隙磁磁通通 它它用用來來一一個個是是勵勵磁磁磁磁動動勢勢個

44、個分分量量定定子子旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)磁磁動動勢勢包包括括兩兩表表明明 210 0 寫成磁動勢幅值公式寫成磁動勢幅值公式： 0 111 2 222 1 11 0.9 2 0.9 2 0.9 2 I p kNm I p kNm I p kNm ww1w : kNm kNm k w w i 有有兩兩邊邊除除以以電電流流變變比比 222 111 0 2 1 I k I I i 4.6.4 4.6.4 電動勢平衡方程電動勢平衡方程 根據(jù)基爾霍夫電壓定律可寫出定、轉(zhuǎn)子側(cè)電動勢平衡方程：根據(jù)基爾霍夫電壓定律可寫出定、轉(zhuǎn)子側(cè)電動勢平衡方程： 111111111 U = -E + I R + jI X = -E + I

45、Z 22222222 0 ssss = E - I R - jI X= E + I Z :kEE: e 之比稱為電動勢比之比稱為電動勢比與轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)時電動勢與轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)時電動勢其中其中 21 22 11 2 1 w w e kN kN E E k 4.7.1 4.7.1 折算折算 4.7三相異步電動機的等效電路和相量圖 頻率折算頻率折算就是用一個等效的轉(zhuǎn)子電路代替實際旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子系就是用一個等效的轉(zhuǎn)子電路代替實際旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子系 統(tǒng)統(tǒng), ,而等效的轉(zhuǎn)子回路應(yīng)與定子電路有相同的頻率。而等效的轉(zhuǎn)子回路應(yīng)與定子電路有相同的頻率。 一、頻率折算 在折算的過程中，電機的電磁效應(yīng)不變，因而有在折算的過程中，電機的電

46、磁效應(yīng)不變，因而有兩個條件兩個條件： 一個是保持轉(zhuǎn)子磁動勢不變；二是轉(zhuǎn)子回路的功率不變。一個是保持轉(zhuǎn)子磁動勢不變；二是轉(zhuǎn)子回路的功率不變。 轉(zhuǎn)子回路電流轉(zhuǎn)子回路電流 2 1 2s2s22 2 2s2s22 222 EEsEE I = - s ZR + jXR + jsX R + jX +R s .F, ,R s s , 不不變變同同時時保保持持轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子磁磁動動勢勢為為定定子子頻頻率率就就可可以以將將轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子頻頻率率折折算算 電電阻阻在在轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子回回路路中中串串聯(lián)聯(lián)一一個個用用一一個個不不轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)的的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子并并且且可可見見 2 2 1 222222s222 I)sXj(REsI)jX(REU s

47、2 R s s1 實際的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子軸上有機械損耗和機械功率輸出。頻率折實際的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子軸上有機械損耗和機械功率輸出。頻率折 算后，轉(zhuǎn)子靜止，沒有機械損耗和機械功率輸出，但電路中多算后，轉(zhuǎn)子靜止，沒有機械損耗和機械功率輸出，但電路中多 了一個附加電阻了一個附加電阻 。根據(jù)能量守恒關(guān)系，該電阻消耗的功。根據(jù)能量守恒關(guān)系，該電阻消耗的功 率等效機械損耗和機械功率之和率等效機械損耗和機械功率之和總的機械功率。總的機械功率。 2 1 R s s 從等效電路角度，可以把從等效電路角度，可以把 看成是異步電動機的看成是異步電動機的” 電阻負載電阻負載”，其上的壓降可以看成是轉(zhuǎn)子回路的端電壓，其上的壓降可以看成是

48、轉(zhuǎn)子回路的端電壓: 二、繞組折算 。 。 k、Nm k、Nm w w 同同 本本相相折折算算的的方方法法與與變變壓壓器器基基組組 的的實實際際轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子繞繞及及取取代代 等等效效轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子及及繞繞組組相相同同的的 定定子子繞繞組組折折算算就就是是用用一一個個和和 222 111 122 EEkE e i 2 2 k I I 22 22 XkkX RkkR ei ei 4.7.2 等效電路 一、繞組后的基本方程 111111 XI jRIEU 222222 XI jRIEU 021 III 12 EE 01 I )jXR(E mm 222 1 R s s IU 二、T型等效電路和簡化等效電路 由基本方程可以作出等效電路由基本方程可以作出等效電路: : T T型等效電路型等效電路簡化等效電路簡化等效電路 從等效電路分析可知從等效電路分析可知: : ; ,I ,R s s ,s ,nn,) 電電機機相相當當于于開開路路 總總機機械械功功率率近近似似為為零零理理想想空空載載時時0 1 02 220 ; ,R s s ,s ,n,) 短短路路狀狀態(tài)態(tài) 電電機機處處于于總總機機械械功功率率為為零零電電機機不不轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)時時0 1 101 2 3)3)三相異