1、异步电机 交流旋转电机的共同问题交流旋转电机的共同问题 交流旋转电机主要包括交流旋转电机主要包括异步电机异步电机和和同步电机同步电机两大类两大类,两类电机在结构上既有共同之处两类电机在结构上既有共同之处,又有各自特点。又有各自特点。共同之处共同之处：（对于典型的交流电机）在于定子铁心和绕组，包括：1）三相交流绕组的结构结构 2）三相交流绕组产生的电势电势；3）三相交流绕组产生的磁势磁势。不同之处在于转子结构和绕组。不同之处在于转子结构和绕组。第十章第十章 异步电机的结构及绕组异步电机的结构及绕组10-1异步电机的结构及额定值10-2 交流电机定子绕组本章基本要求：1了解三相异步电机的基本结构、
2、分类 2 掌握额定值的计算3了解交流电机定子绕组10-1 异步电机的结构及额定值异步电机的结构及额定值 异步电机的用途和类型异步电机的用途和类型用途用途：异步电机主要用作电动机，应用最广泛的一种电动机，厂矿企业，交通工具，娱乐，科研，农业生产，日常生活都离不开异步电动机。类型类型：异步电机主要分为：异步电机主要分为：鼠笼式异步电动机，绕鼠笼式异步电动机，绕线式异步电动机线式异步电动机和和各种控制用电动机三大类。p分类分类：异步异步电机电机按按 相相数数 分分按转子按转子结构分结构分单相异步电机单相异步电机三相三相异步电机异步电机绕线型绕线型异步电机异步电机鼠笼型鼠笼型异步电机异步电机p异步电机
3、实物图异步电机实物图：单相异步电机单相异步电机三相三相异步电机异步电机p异步电机实物图异步电机实物图：绕线型异步电机绕线型异步电机鼠笼型异步电机鼠笼型异步电机感应电机感应电机定子绕组定子绕组定子铁心定子铁心 转子转子机座机座转子铁心转子铁心转轴转轴转子绕组转子绕组定子定子p结构组成结构组成气隙气隙鼠笼型鼠笼型绕线型绕线型一、一、三相异步电动机的基本结构三相异步电动机的基本结构 定子部分定子部分1 1）定子铁心：由导磁性能很好的硅钢片叠成）定子铁心：由导磁性能很好的硅钢片叠成导磁部分。导磁部分。2 2）定子绕组：放在定子铁心内圆槽内）定子绕组：放在定子铁心内圆槽内导电部分。导电部分。3 3）机座
4、：固定定子铁心及端盖，具有较强的机械强度和刚度。）机座：固定定子铁心及端盖，具有较强的机械强度和刚度。转子部分转子部分1 1）转子铁心：由硅钢片叠成，也是磁路的一部分。）转子铁心：由硅钢片叠成，也是磁路的一部分。2 2）转子绕组：）转子绕组：鼠笼式转子铁心的每个槽内插入一根裸导条，鼠笼式转子铁心的每个槽内插入一根裸导条，形成一个多相对称短路绕组形成一个多相对称短路绕组；绕线式转子绕组为三相对称绕组，绕线式转子绕组为三相对称绕组，嵌放在转子铁心槽内。嵌放在转子铁心槽内。异步电动机的气隙是均匀的。大小为机械条件所能允许达异步电动机的气隙是均匀的。大小为机械条件所能允许达到的最小值。到的最小值。气隙
5、气隙一）定子一）定子10 1.定子铁心 作用主磁路的一部分，放置定子绕组。构成0.5mm厚的硅钢片叠成圆柱体；内圆冲有若干均匀分布的形状相同的槽p定子槽形定子槽形半闭口槽小型异步电机，绕组用圆导线绕成。半开口槽低压中型异步电机，绕组是成型线圈。开口槽高压大中型异步电机，绕组是用绝缘带包扎并浸漆处理过的成型线圈。2.定子绕组定子绕组作用作用构成电路部分，构成电路部分，感应电动势，通过电流，建立旋转磁场，感应电动势，通过电流，建立旋转磁场，以实现以实现机电能量转换机电能量转换。构成构成铜线圈。小型异步机采用单层；大、中型铜线圈。小型异步机采用单层；大、中型异步机采用双异步机采用双层短距层短距。p
6、定子绕组联接方式定子绕组联接方式 星形（星形（Y）接法）接法和三角形（和三角形（）接法）接法 U1 V1 W1W2 U 2 V2W2 U2 V2D联结Y联结联结U1 V1 W13.机座（机壳）机座（机壳）作用作用固定和支撑定子铁心，承受运行中的各种作用力，散热。固定和支撑定子铁心，承受运行中的各种作用力，散热。构成构成铸铁或钢板焊接而成铸铁或钢板焊接而成。二）转子二）转子1.转子铁心转子铁心作用作用主磁路的一部分，放置转子绕组。主磁路的一部分，放置转子绕组。构成构成0.5mm厚的硅钢片叠成，外圆周冲有若干均匀分布的形状厚的硅钢片叠成，外圆周冲有若干均匀分布的形状相同的槽相同的槽。p转子槽转子槽
7、槽形的选择主要取决定于对槽形的选择主要取决定于对运行性能运行性能和和起动性能起动性能的要求的要求。2.转子绕组转子绕组作用作用构成电路部分。感应电动势、流过电流和产生电磁转矩。构成电路部分。感应电动势、流过电流和产生电磁转矩。构成构成铸铝，铜条焊接，铜绕组铸铝，铜条焊接，铜绕组。结构型式结构型式鼠笼型绕组和绕线型绕组。鼠笼型绕组和绕线型绕组。鼠笼型转子绕组：鼠笼型转子绕组：由插入每个转子槽中的导条和两侧的短路端由插入每个转子槽中的导条和两侧的短路端环构成，如果去掉转子铁心，剩余的转子绕组就像一个松鼠笼环构成，如果去掉转子铁心，剩余的转子绕组就像一个松鼠笼子。一般为铝浇铸的，对中大型电机为减小损
8、耗、提高效率，子。一般为铝浇铸的，对中大型电机为减小损耗、提高效率，往往采用铜条焊接而成。往往采用铜条焊接而成。p 鼠笼型转子绕组实物图鼠笼型转子绕组实物图鼠笼型转子绕组结构示意图鼠笼型转子绕组结构示意图p 绕线型转子绕组结构示意图绕线型转子绕组结构示意图绕线型转子绕组绕线型转子绕组：三个出线端子接到固定在转轴上的三滑环上，：三个出线端子接到固定在转轴上的三滑环上，通过电刷引出，与外电路接通。其特点是可以在转子绕组中串通过电刷引出，与外电路接通。其特点是可以在转子绕组中串入附加电阻，来改善电机的起动性能或调节转速。入附加电阻，来改善电机的起动性能或调节转速。3.转轴转轴作用作用支撑转子铁心，输
9、出、输入机械转矩支撑转子铁心，输出、输入机械转矩构成构成钢钢。鼠笼型和绕线型鼠笼型和绕线型转子转子实物图实物图三）气隙三）气隙间隙也是主磁路的组成部分。间隙也是主磁路的组成部分。气隙大小对异步电机的性能影气隙大小对异步电机的性能影响很大。为了减小主磁路的磁响很大。为了减小主磁路的磁阻，降低励磁电流，提高功率阻，降低励磁电流，提高功率因数，气隙应尽可能小。异步因数，气隙应尽可能小。异步电机气隙长度应为定、转子在电机气隙长度应为定、转子在运行中不发生机械摩擦所允许运行中不发生机械摩擦所允许的最小值。的最小值。中、小型异步电机中、小型异步电机中，气隙长度一般为中，气隙长度一般为0.21.5mm。p三
10、相异步电机主要部件拆分图三相异步电机主要部件拆分图二二、异步电机的型号及额定值异步电机的型号及额定值 1型号型号例例:额定值关系有：额定值关系有：3NNNNNPU I cos)(VUN额定电压额定运行时，加在定子绕组上的额定运行时，加在定子绕组上的线线电压电压.min)/r(nN额定转速额定转速额定运行时电额定运行时电动机的转速动机的转速.NNf额额定定效效率率额额定定频频率率额额定定功功率率因因数数Ncos 2额定值额定值)(AIN额定电流额定运行时，流入定子绕组中的额定运行时，流入定子绕组中的线线电流电流.)(kWPN额定功率额定运行时额定运行时,输输出出功率功率.电动机指机械功率。电动机
11、指机械功率。1.线圈：是构成绕组的元件。绕组就是将线圈按一定规律进行排列和联结。线圈可以区分为多匝线圈和单匝线圈。10-2 交流电机定子绕组交流电机定子绕组 一、交流绕组的基本概念一、交流绕组的基本概念2.2.极距极距 两两个个相邻磁极轴线之间沿定子铁心内表面的距离。若定子的相邻磁极轴线之间沿定子铁心内表面的距离。若定子的槽数为槽数为Z Z，磁极对数为磁极对数为p p，则极距：则极距：Z=2 p3.3.线圈节距线圈节距y一个线圈的两个有效边之间所跨的距离称为线圈的节距。一个线圈的两个有效边之间所跨的距离称为线圈的节距。.y的的绕绕组组为为整整距距绕绕组组 4.4.电角度电角度p电电角角度度机机
12、械械角角度度.y的的绕绕组组为为短短距距绕绕组组 5.5.槽距角槽距角a相邻两相邻两个个槽之间的电角度槽之间的电角度：0360p=Z7.7.相带相带 每个极面下的导体平均分给各相，则每一相绕组在每个极每个极面下的导体平均分给各相，则每一相绕组在每个极面下所占的范围，用电角度表示称为相带。面下所占的范围，用电角度表示称为相带。每一个极面下每相所占的槽数为每一个极面下每相所占的槽数为6.6.每极每相槽数每极每相槽数q2Zq=pm8.8.单层绕组和双层绕组单层绕组和双层绕组 单层绕组一个槽中只放一个元件边.双层绕组一个槽中放两个元件边.二、三相单层绕组二、三相单层绕组1交流绕组的构成原则交流绕组的构
13、成原则1.1.均匀原则：均匀原则：每极每相槽数相等323211pZpZq1.2.对称原则对称原则：三相绕组对应相差120度电角度0115243601360Zp槽距角1.3.电势相加原则电势相加原则：线圈两个圈边的感应电势应该相加。AXZCBY2极24槽 三相绕组分布槽极距1222421PZ0115243601360Zp槽距角43224q每极每相的槽数对于2极24槽例例1AZBXCYAZBXCYAZBXCYAZBXCYAZBXCYAZBXCYAZBXCYAZBXCYAZBXCYAZBXCYAZBXCYAZBXCYAXZCBY4极24槽 三相绕组分布A/B/Z/X/Y/C642421PZ01302
14、43602360Zp23424q对于对于4极极24槽：槽：极距极距槽。槽距角 每极每相绕组的槽数 A、B两相相隔4个槽，4300=1200例例2例：例：4极极24槽槽三相交流绕组（叠式）三相交流绕组（叠式）2.2.单层绕组的形式单层绕组的形式单层绕组分为链式、交叉式和同心式绕组。单层绕组分为链式、交叉式和同心式绕组。2.1 单层链式绕组 单单层层链式绕组由形状、几何尺寸和节距相同的线圈连接而链式绕组由形状、几何尺寸和节距相同的线圈连接而成，整个外形如长链。成，整个外形如长链。链链式式绕组的每个线绕组的每个线圈节距相等并且制造方圈节距相等并且制造方便；线圈端部连线较短便；线圈端部连线较短并且省铜
15、。主要用于并且省铜。主要用于q=2q=2的的4 4、6 6、8 8极小型三极小型三相异步电动机。相异步电动机。2.2 单层交叉式绕组单层交叉式绕组 单单层层交叉式绕组由线圈数和节距不相同的两种线圈组构成，交叉式绕组由线圈数和节距不相同的两种线圈组构成，同一组线圈的形状、几何尺寸和节距均相同，各线圈组的端部互同一组线圈的形状、几何尺寸和节距均相同，各线圈组的端部互相交叉。相交叉。交叉式绕组由交叉式绕组由两大一小线圈交叉两大一小线圈交叉布置。线圈端部连布置。线圈端部连线较短，有利于节线较短，有利于节省材料，并且省铜。省材料，并且省铜。广泛用于广泛用于q1q1的且为的且为奇数的小型三相异奇数的小型三
16、相异步电动机步电动机。2.3 单层同心式绕组单层同心式绕组 同心式绕组由几个几何尺寸和节距不等的线圈连成同心同心式绕组由几个几何尺寸和节距不等的线圈连成同心形状的线圈组构成。形状的线圈组构成。同心式绕组端部连线较长，适用于同心式绕组端部连线较长，适用于q=4q=4、6 6、8 8等偶数等偶数的的2 2极小型三相异步电动机。极小型三相异步电动机。优点优点不适宜于大中型电机元件少，结构简元件少，结构简单，嵌线方便，单，嵌线方便，槽内无层间绝缘槽内无层间绝缘广泛应用于广泛应用于10kW10kW以下的以下的异步电动机定子绕组异步电动机定子绕组单层绕组为单层绕组为整距绕组整距绕组缺点电动势和磁动电动势和
17、磁动势波形较差势波形较差铁损和噪铁损和噪声较大声较大起动性能较差u三相单层绕组的优缺点三相单层绕组的优缺点 三、三、三相双层绕组三相双层绕组 双层绕组每个槽内放上、下两层线圈的有效边，线圈的每双层绕组每个槽内放上、下两层线圈的有效边，线圈的每一个有效边放在某一槽的上层，另一个有效边则放置在相隔为一个有效边放在某一槽的上层，另一个有效边则放置在相隔为y y 的另一槽的下层。的另一槽的下层。双层绕组分双层叠绕组（如图双层绕组分双层叠绕组（如图2a=12a=1）和双层波绕组（略）和双层波绕组（略）。双层绕组的特点：双层绕组的特点：1 1）线圈数等于槽数；）线圈数等于槽数；2 2）线圈数组数等于极数，
18、也等于最大并联支路数）线圈数组数等于极数，也等于最大并联支路数；3 3）每相绕组的电动势等于每条支路的电动势。）每相绕组的电动势等于每条支路的电动势。优点可以选择最有利的节可以选择最有利的节距，使电动势和磁动距，使电动势和磁动势波形更接近正弦波势波形更接近正弦波所有线圈的形状所有线圈的形状和尺寸相同，便和尺寸相同，便于实现机械化于实现机械化端部排列整齐端部排列整齐机械强度高机械强度高可组成较可组成较多的并联多的并联支路支路缺点嵌线困难用铜用铜量大量大第第 十十 章章 结结 束束第十一章第十一章 旋转电机交流绕组的电势和磁势旋转电机交流绕组的电势和磁势 旋转磁场是交流电机工作的基础。旋转磁场是交
19、流电机工作的基础。在交流同步电机理论中有两种旋转磁场：在交流同步电机理论中有两种旋转磁场：(1)电气旋转磁场电气旋转磁场(2)机械旋转磁场机械旋转磁场 通过原动机拖动磁极旋转可以产生机械旋转磁场。通过原动机拖动磁极旋转可以产生机械旋转磁场。三相对称电流通入三相对称绕组时在电机内部会自动产三相对称电流通入三相对称绕组时在电机内部会自动产生一个圆形的电气旋转磁场。生一个圆形的电气旋转磁场。交流绕组处于旋转磁场中，并切割这个旋转磁场，便产交流绕组处于旋转磁场中，并切割这个旋转磁场，便产生感应电势。生感应电势。流经异步电机定子绕组与(转子绕组的电流以及)同步电机定子绕组的电流是交流电流，其所产生的磁势
20、不仅是空间函数，且是时间函数。研究磁势的空间分布规律；研究磁势的时间变化规律。相关知识 交流同步发电机的结构模型交流同步发电机的结构模型 同步发电机的结构模型同步发电机的结构模型如图如图所示：转子上有成对的磁极，所示：转子上有成对的磁极，定子上有三相对称交流绕组。定子上有三相对称交流绕组。原动机带动转子旋转，形成机械旋转磁场。该磁场在气隙空原动机带动转子旋转，形成机械旋转磁场。该磁场在气隙空间近似为正弦分布。间近似为正弦分布。定子绕组的有效边被旋转磁场切割，并在其中产生感应电势定子绕组的有效边被旋转磁场切割，并在其中产生感应电势。1.一根导体的感应电动势一根导体的感应电动势tEtlvBblve
21、msin2sin1601pnf pfn60111-1 交流电机定子绕组的感应电势交流电机定子绕组的感应电势lfBEfvvlBEmm22;2)/)()(smvmlTBm（导体与磁场的相对速度；度导体在磁场中的有效长值；气隙磁通密度最大-导体电动势的有效值导体电动势的有效值 lBlBmpj21每极磁通122.2222flBfEmlfBEm2002cos1sin1mmmpjBBdBB2线圈中的感应电势线圈中的感应电势2.1整距线圈中的感应电势整距线圈中的感应电势 线圈的两个有效边处于磁场中相反的位置，其感应电势相差线圈的两个有效边处于磁场中相反的位置，其感应电势相差180电角度电角度。整距线圈的感应
22、电势：整距线圈的感应电势：考虑到线圈的匝数后考虑到线圈的匝数后：AXZCBY2.2短距线圈中的感应电势短距线圈中的感应电势（看图）线圈的两个有效边在磁场中相距为线圈的两个有效边在磁场中相距为y,其感应电势相位差不是其感应电势相位差不是180-电角度。电角度。1800-1nE2nE2nE1800-短距角：短距角：短距线圈的感应电势：短距线圈的感应电势：短距系数：短距系数：3 线圈组的感应电势线圈组的感应电势 小结：短距系数小于小结：短距系数小于1，故短距线圈感应电势有所损失；，故短距线圈感应电势有所损失；但短距可以削弱高次谐波（后面要讲）。但短距可以削弱高次谐波（后面要讲）。AXZCBY由图可知
23、：2sin22sin2REqREyq12sin2sin2sin2sinqyyyqkqEqqqEqEE线圈组的电势：线圈组的电势：2sin2sin1qqkq分布系数：4 一相绕组的电势一相绕组的电势 单层绕组的相电势：单层绕组的相电势：单层绕组每对极每相单层绕组每对极每相q个线圈，组成一个线圈组，共个线圈，组成一个线圈组，共p个线圈组。个线圈组。若若p个线圈组全部并联则相电势个线圈组全部并联则相电势=线圈组的电势线圈组的电势 若若p个线圈组全部串联则相电势个线圈组全部串联则相电势=p 倍倍 线圈组电势线圈组电势 实际线圈组可并可串，总串联匝数实际线圈组可并可串，总串联匝数 相电势：相电势：双层绕
24、组的电势双层绕组的电势 双层绕组每对极每相有双层绕组每对极每相有2q个线圈，构成两个线圈组，个线圈，构成两个线圈组，共共2p个线圈组个线圈组 这这2p个线圈组可并可串，总串联匝数个线圈组可并可串，总串联匝数 双层绕组要考虑到短距系数双层绕组要考虑到短距系数 绕组系数：绕组系数：5 三相绕组的电势三相绕组的电势 三相绕组由在空间错开三相绕组由在空间错开120电角度对称分布的三个单相绕电角度对称分布的三个单相绕组构成，三相相电势在时间上相差组构成，三相相电势在时间上相差120度。度。三相线电势与相电势的关系：三相线电势与相电势的关系：三角形接法三角形接法:线电势线电势=相电势；相电势；星形接法星形
25、接法:短距绕组、分布绕组对电动势波形的影响090224 44ksin()sinksinE.fNkkyqpyqyqq对V次谐波：1pp nn p nff60改善电动势波形的方法改善电动势波形的方法:001 pyE,k,y时时采采用用.ky尽可能小尽可能小让让0（）（）采用短距绕组来削弱高次谐波采用短距绕组来削弱高次谐波（）采用分布绕组来削弱高次谐波（）采用分布绕组来削弱高次谐波尽尽可可能能小小让让qk减小磁极表面的斜率，即改善主磁极磁场的分布（不使其减小磁极表面的斜率，即改善主磁极磁场的分布（不使其与定子为同心圆）与定子为同心圆）改善交流绕组的构成，削弱谐波电动势改善交流绕组的构成，削弱谐波电动
26、势采用三相连接接线消除线电动势中的三及其倍数的奇次谐采用三相连接接线消除线电动势中的三及其倍数的奇次谐波波005455 pyE,k,y时时11-2 交流电机定子单相绕组的磁势交流电机定子单相绕组的磁势 1整距集中绕组的磁势整距集中绕组的磁势1.1一个整距线圈在异步电机中产生的磁势一个整距线圈在异步电机中产生的磁势 磁力线穿过转子铁心，定子铁心和两个气隙磁力线穿过转子铁心，定子铁心和两个气隙 相对于气隙而言，由于铁心磁导率极大，其上消耗的磁势降可相对于气隙而言，由于铁心磁导率极大，其上消耗的磁势降可以忽略不计以忽略不计 如果通过线圈的电流为交变电流：如果通过线圈的电流为交变电流：线圈在一个气隙上
27、施加的磁势为：线圈在一个气隙上施加的磁势为：则矩形波的高度也将随时间变化。则矩形波的高度也将随时间变化。整距集中绕组产生的磁势整距集中绕组产生的磁势是一个位置固定，幅值随时间按整弦变化的矩形脉振磁势。是一个位置固定，幅值随时间按整弦变化的矩形脉振磁势。脉振磁势可以表示为：脉振磁势可以表示为：脉振磁势的幅值：脉振磁势的幅值：yyyiNf21tIiyycos2tFtINfyyyycoscos22yyyINF221.2矩形波脉振磁势的分解矩形波脉振磁势的分解根据高等数学的理论，基波幅值为：根据高等数学的理论，基波幅值为：本书以后的分析本书以后的分析只考虑只考虑基波基波 yyyyyyININFF9.0
28、22441高次谐波的幅值为：高次谐波的幅值为：为谐波次数为谐波次数。yyyyvINvFvF9.0111135411coscos3cos535coscos3cos5cccxxxFxFxFx沿圆周x磁势的分布按照傅立叶分解：yyyINF22 基波在空间按余弦（正弦）分布；是一个基波在空间按余弦（正弦）分布；是一个正正弦脉振磁势。弦脉振磁势。其表达式为：其表达式为：2 整距分布绕组的磁势整距分布绕组的磁势 q个正弦脉振磁势在空间依次错开一个槽距角。个正弦脉振磁势在空间依次错开一个槽距角。其叠加方法其叠加方法类似于感应电势的叠加。类似于感应电势的叠加。结论：线圈组的磁势为：结论：线圈组的磁势为：111
29、19.0qyyqyqkIqNkqFF2sin2sin1qqkq分布系数：11coscosyyfFtXmxXxX的单位是的单位是电弧度，,3双层短距绕组的磁势双层短距绕组的磁势在分析磁场分布式时，在分析磁场分布式时，双层整距绕组可以等效为两个双层整距绕组可以等效为两个整距单层绕组。两个等效单层绕组在空间分布上错整距单层绕组。两个等效单层绕组在空间分布上错开一定的角度，这个角度等于短距角。开一定的角度，这个角度等于短距角。双层短距绕组的磁势为：绕组的短距系数：绕组的短距系数：4单相绕组磁势的统一表达式单相绕组磁势的统一表达式为了统一表示相绕组的磁势，引入每相电流为了统一表示相绕组的磁势，引入每相电
30、流I,每相串联匝数每相串联匝数N1等概念。等概念。代入：代入：得：得：11coscosppfFtX单相绕组磁势：单相绕组磁势：11-3三相绕组基波旋转磁势三相绕组基波旋转磁势1单相正弦脉振磁势的分解单相正弦脉振磁势的分解由前面分析，由前面分析，A相绕组通过交流电流后，产生的单相基波磁势为：相绕组通过交流电流后，产生的单相基波磁势为：磁势曲线上其他点的轨迹具有类似的结论磁势曲线上其他点的轨迹具有类似的结论tXFfpacoscos1达到最大值时，当对于)cos(21txFFtXF由三角公式得：由三角公式得：FFtXFtXFfa)cos(21)cos(21最高点的位置随时间最高点的位置随时间 t，分
31、别以角速度，分别以角速度与与-运动。运动。FF,达到最大值时，当对于)cos(21txFFtXF-结论：结论：单相正弦脉动磁势可以分解为两个转向单相正弦脉动磁势可以分解为两个转向相反相反，转速大小，转速大小相等相等的旋转磁势。的旋转磁势。11coscosppfFtX)cos(21)cos(21tXFtXFfa2三相基波磁势合成旋转磁势三相基波磁势合成旋转磁势 三相对称电流：三相对称电流：三相对称电流通过三相对称绕组时各自产生的磁势三相对称电流通过三相对称绕组时各自产生的磁势：)240cos(2)120cos(2;cos200tIitIitIicba三相合成磁势为：三相合成磁势为：)cos(23
32、11tXFffffPcba)cos(21)cos(21coscos111tXFtXFtXFfpppa)240cos(21)cos(21)120cos()120cos(011001tXFtXFtXFfpppb)120cos(21)cos(21)240cos()240cos(011001tXFtXFtXFfpppb结论：三相对称交流绕组通过三相对称电结论：三相对称交流绕组通过三相对称电流时将产生圆形旋转磁势。流时将产生圆形旋转磁势。旋转磁场的转速旋转磁场的转速三相合成磁势为：三相合成磁势为：)cos(2311tXFffffPcbaxXftX达到最大，时，1tx），即为线速度求导（对将txtx601
33、Dndtdxv线速度min)/(60260602601rpfDfDfDn圆形旋转磁势的转速也叫同步转速为：圆形旋转磁势的转速也叫同步转速为：旋转磁势的转向：由带有超前电流的相转向带有滞后电流的相。改变旋转磁场转向的方法：调换任意两相电源线（改变相序）I Im mI Im m t t0 02 2 i iA Ai iC Ci iB Bt1 120sin120sinsinmCmBmAtIitIitIi BiAXBYCZAiCiCiAiBiitmIo0n规定规定 i:“+”首端流入，尾端流出。首端流入，尾端流出。i:“”尾端流入，首端流出。尾端流入，首端流出。AYCBZX()电流出电流出()电流入电流
34、入CiAiBiitmIoCiBiAii tAXYCBZAXYCBZAXYCBZNS0 t 60t 0n60 90t mIoSNSN600AAXZBCYAAXZBCY分析可知：三相电流产生的合成磁场是一旋转的磁场分析可知：三相电流产生的合成磁场是一旋转的磁场 即：即：2.0t 60t 任意调换两根电源进线任意调换两根电源进线(电路如图电路如图)CiAXCZBYAiBi0mICiBiAi tiomINSNS0t 即：即：1pCiBiAioimI tBiAXBYCZAiCiAXYCBZNSCYABCXYZAXBZAiBiCiX A AXBYB Y CC ZZ 极对数极对数2p旋转磁场的磁极对数旋转磁
35、场的磁极对数与三相绕组的排列有关与三相绕组的排列有关CYABCXYZAXBZAiBiCiAX XNSZ CZBYB Y A C SNBiCiAiimIt 0分分）转转/(6010fn 工频：工频：Hz501 f分分）转转/(30000 np=1时时0mICiBiAi tiomIAXYCBZNSAXYCBZNSAXYCBZNSX NSA X ABZCYZ C Y B SN0t 60tp=2时时BiCiAiit mI0分分）转转/(150026010 fn0n30AX XZ CZBYB Y A C NSNS)/(6011分转pfn2p180分）转/(50011p360分）转/(0003极对数极对数
36、每个电流周期每个电流周期磁场转过的空间角度磁场转过的空间角度同步转速同步转速)f(Hz501 3p120分）转/(00014p分分）转转/(75090旋转磁场转速旋转磁场转速n0与频率与频率f1和极对数和极对数p有关。有关。11-4 异步电机中的主磁通，漏磁通，和漏电抗异步电机中的主磁通，漏磁通，和漏电抗漏电抗：漏磁通在定子绕组中会感应漏磁电势，该电势用漏漏电抗：漏磁通在定子绕组中会感应漏磁电势，该电势用漏抗压降表示：抗压降表示：其中其中称为漏电抗。称为漏电抗。转子绕组通过电流时，也会有漏磁通。对应的漏抗电势：转子绕组通过电流时，也会有漏磁通。对应的漏抗电势：3影响漏电抗电小的因素影响漏电抗电
37、小的因素漏电抗对电机的性能有很大的影响。漏电抗对电机的性能有很大的影响。电抗公式：电抗公式：电流频率，绕阻匝数，漏磁路的磁阻是决定漏磁通大小的主电流频率，绕阻匝数，漏磁路的磁阻是决定漏磁通大小的主要因素。要因素。比如，槽口宽在槽口漏磁通小；端部长，则端部漏磁通大。比如，槽口宽在槽口漏磁通小；端部长，则端部漏磁通大。十十 一一 章章 结结 束束U2U1W2V1W1V21nn一、转动原理1 1、电生磁、电生磁：三相对称绕组通三相对称绕组通往三相对称电流产生圆形旋转往三相对称电流产生圆形旋转磁场。磁场。2 2、磁生电、磁生电：旋转磁场切割旋转磁场切割转子导体感应电动势和电流。转子导体感应电动势和电流
38、。3 3、电磁力、电磁力：转子载流（有功转子载流（有功分量电流）体在磁场作用下受分量电流）体在磁场作用下受电磁力作用，形成电磁转矩，电磁力作用，形成电磁转矩，驱动电动机旋转，将电能转化驱动电动机旋转，将电能转化为机械能。为机械能。第十二章第十二章 异步电机的分析方法异步电机的分析方法12-1异步电动机的工作原理异步电动机的工作原理n0nei 相异步电动机的工作原理相异步电动机的工作原理NSf磁铁磁铁闭合闭合线圈线圈磁极旋转磁极旋转导线切割磁力线产生感应电动势导线切割磁力线产生感应电动势vlBe导线长导线长磁感应强度磁感应强度切割速度切割速度（右手定则）右手定则）闭合导线产生电流闭合导线产生电流
39、 i（左手定则）左手定则）通电导线在磁场中受力通电导线在磁场中受力ilBfn0neiNSf1.线圈跟着磁铁转线圈跟着磁铁转两者转动方向一致两者转动方向一致 结论：结论：异步转速异步转速2.线圈比磁场转得慢线圈比磁场转得慢0nnn0neiNSf二、转差率11nnsn 转差率转差率是异步电机的一个基本物理量，它反映电机的各种是异步电机的一个基本物理量，它反映电机的各种运行情况。运行情况。转子未转动时转子未转动时，;s,n10 电机理想空载时电机理想空载时，.s,nn01 作为电动机，转速在作为电动机，转速在10n范围内变化，转差率在范围内变化，转差率在0 0 1 1范围内变。范围内变。负载越大，转
40、速越低，转差率越大；反之，转差率越小。负载越大，转速越低，转差率越大；反之，转差率越小。转差率的大小能够反映电机的转速大小或负载大小。电机的转转差率的大小能够反映电机的转速大小或负载大小。电机的转速为：速为：11n=(-s)n 额定运行时，转差率一般在额定运行时，转差率一般在0.010.060.010.06之间，即电机转速接之间，即电机转速接近同步速。近同步速。同步转速与转子转速之差与同步转速的比值称为转差率，用同步转速与转子转速之差与同步转速的比值称为转差率，用s s表示，表示，即：即：三、异步电机的三种运行状态根据转差率的大小和正负根据转差率的大小和正负,异步电机有三种运行状态异步电机有三
41、种运行状态机械能转变为电机械能转变为电能能电能和机械能电能和机械能变成内能变成内能电能转变为机电能转变为机械能械能能量关系制动制动制动制动驱动驱动电磁转矩转差率转速外力使电机快速外力使电机快速旋转旋转外力使电机沿外力使电机沿磁场反方向旋磁场反方向旋转转定子绕组接对定子绕组接对称电源称电源实现发电机发电机电磁制动电磁制动电动机电动机状态状态10 n n0n n10 s1s0s 三相异步电动机的定子部分在结构上和同步电动机的定子三相异步电动机的定子部分在结构上和同步电动机的定子部分完全相同。部分完全相同。对中、小容量的低压异步电动机，通常定子三相绕组的六个对中、小容量的低压异步电动机，通常定子三相
42、绕组的六个出线头都引出，这样可根据需要灵活出线头都引出，这样可根据需要灵活地接成地接成“Y”Y”形或形或“D”D”形。形。U1 V1 W1U1 V1 W1W2 U 2 V2W2 U2 V2D联结联结Y联结联结四、接线四、接线五、电势平衡方程式五、电势平衡方程式1定子绕组电势平衡方程式定子绕组电势平衡方程式 定子绕组接到交流电源上，与电源电压相平衡的电势（压降）定子绕组接到交流电源上，与电源电压相平衡的电势（压降）包括：包括：1）主电势（感应电势）：）主电势（感应电势）：旋转的主磁通和转子绕组切割，并在其中产生感应电势。旋转的主磁通和转子绕组切割，并在其中产生感应电势。定子绕组感应电势的有效值：
43、定子绕组感应电势的有效值：2）漏磁电势（漏抗压降）：）漏磁电势（漏抗压降）：电阻压降：电阻压降：定子电势平衡方程式：定子电势平衡方程式：NSNSvvvv2转子绕组的电势及电流转子绕组的电势及电流 1)转子绕组的感应电势转子绕组的感应电势 转子绕组切割主磁通的转速转子绕组切割主磁通的转速 主磁通以同步速度旋转主磁通以同步速度旋转；转子以转速转子以转速n旋转旋转；转子绕组导体切割主磁通的相对转速为转子绕组导体切割主磁通的相对转速为(n1-n)=sn1 转子绕组中感应电势的频率：转子绕组中感应电势的频率：转子感应电势的有效值转子感应电势的有效值 通常为：通常为：(0.5-3)Hz 转子感应电势最大。
44、即堵转时或刚起动时，时，,122EEsSNSNSvvvvSNNSv的说明及参数、相数对于转子匝数22wkmN对绕线型转子：对绕线型转子：转子绕组每相串联匝数匝数2N132，单相为三相为相数-m计算计算方法同定子绕组的2wk对笼型转子：对笼型转子：匝匝数212N2Zm转子铁芯槽数相数212wk2）转子绕组的阻抗）转子绕组的阻抗 由于转子绕组是闭合的，所以有转子电流流过。同样会由于转子绕组是闭合的，所以有转子电流流过。同样会产生漏磁电抗压降。产生漏磁电抗压降。漏抗公式：漏抗公式：。漏抗也与转差率正比。转速越高，漏抗越小。漏抗也与转差率正比。转速越高，漏抗越小。考虑到转子绕组的相电阻后：考虑到转子绕
45、组的相电阻后：3）转子绕组中的电流）转子绕组中的电流 转子绕组短路，转子电压为转子绕组短路，转子电压为0，感应电势全部加在转子，感应电势全部加在转子阻抗上阻抗上，转子回路方程：，转子回路方程：讨论：转子电流随讨论：转子电流随s的变化。的变化。3异步电动机的磁势平衡异步电动机的磁势平衡 1)定子绕组的磁势定子绕组的磁势 大小（有效值）转速：2)转子绕组磁势转子绕组磁势 大小（有效值）转速：转子绕组磁势转速的分析见下页！转子绕组磁势转速的分析见下页！113cos()2PfFXt三相基波合成磁势：111=0.9PwINFkP而转子绕组磁势转速的分析转子绕组磁势转速的分析旋转磁场相对转子的转速：旋转磁
46、场相对转子的转速：n1-n转子绕组中电流的频率转子绕组中电流的频率转子电流产生的旋转磁势的转速（相对转子）：转子电流产生的旋转磁势的转速（相对转子）：转子磁势的绝对转速（相对于不动的定子）转子磁势的绝对转速（相对于不动的定子）:结论：结论：转子绕组的磁势与定子绕组的磁势转速相同，在空间相对静止。转子绕组的磁势与定子绕组的磁势转速相同，在空间相对静止。pfnn112604 磁势平衡方程式磁势平衡方程式 激磁电流激磁电流 和激磁磁势和激磁磁势 产生主磁通产生主磁通 所需要的电流称为激磁电流所需要的电流称为激磁电流 ；对应的磁势称为激磁磁势：对应的磁势称为激磁磁势：激磁磁势近似不变激磁磁势近似不变
47、由电势方程式：由电势方程式：；电源电；电源电压不变，阻抗压降很小，电势近似不变；压不变，阻抗压降很小，电势近似不变；由公式：由公式：，近似不变；近似不变；可见，激磁磁势和激磁电流几乎不变。可见，激磁磁势和激磁电流几乎不变。空载运行时，激磁磁势全部由定子磁势空载运行时，激磁磁势全部由定子磁势 提供，提供，即：即：=负载运行时，异步电动机的磁势平衡方程：负载运行时，异步电动机的磁势平衡方程：结论：空载运行时，转子电流为结论：空载运行时，转子电流为0，定子电流等于激磁电流；，定子电流等于激磁电流；负载时，定子电流随负载增大而增大。负载时，定子电流随负载增大而增大。miwwIIkIIkNmkNmI21
48、211122211比称为异步电动机的电流222111wwikNmkNmk 12-2异步电动机的等效电路及其简化异步电动机的等效电路及其简化 等效电路法是分析异步电动机的重要手段。等效电路法是分析异步电动机的重要手段。在异步电动机中，作等效电路遇到的两大障碍是：在异步电动机中，作等效电路遇到的两大障碍是：(1)定转子电路的频率不相同；定转子电路的频率不相同；(2)定转子边的相数，匝数，绕组系数等不相等。定转子边的相数，匝数，绕组系数等不相等。所以，首先研究异步电动机的频率折算和绕组折算的问题。所以，首先研究异步电动机的频率折算和绕组折算的问题。1频率折算（用静止的转子代替旋转的转子）频率折算（用
49、静止的转子代替旋转的转子）12sff 转差率为转差率为s的异步电动机转子电路频率：的异步电动机转子电路频率：转子电流转子电流22222222)1()(RssjXREjXsREI即可以把原来旋转的转子看成静止的转子。即可以把原来旋转的转子看成静止的转子。可以理解为：转子不动，转子有一附加电阻：可以理解为：转子不动，转子有一附加电阻：2)1(Rss2原、副绕组的等效电路（由电势平衡方程式可得）原、副绕组的等效电路（由电势平衡方程式可得）原边原边：222222)1()(RssIjXRIE副边：副边：定、转子间仅有磁的联系，没有电路上的直接联系。定、转子间仅有磁的联系，没有电路上的直接联系。要进行归算
50、：用一个等效的转子（相数为要进行归算：用一个等效的转子（相数为m1，有效匝数，有效匝数为为N1kw1）代替实际的转子，同时，保持电磁关系和能量）代替实际的转子，同时，保持电磁关系和能量转换关系不变。转换关系不变。3绕组折算绕组折算1)电流折算：电流折算：用绕组（）等效替代绕组（）代替的原则是：磁势平衡不变；磁势平衡不变；功率平衡不变功率平衡不变。111,wkNm222,wkNmpIkNmpIkNmww/211122229.029.02根据磁势不变：根据磁势不变：得到：得到：22222111/2IkIkNmkNmIiww222111wwikNmkNmk 电流比2)电势折算：电势折算：折算前折算前
