《电机与拖动》第4章 三相异步电动机结构及其特性

1、1模块模块3 3 交流电机及其拖动交流电机及其拖动 2第第4 4章章 三相异步电动机的结构及其特性三相异步电动机的结构及其特性3本章要点本章要点n 三相异步电动机的基本结构和工作原理。三相异步电动机的基本结构和工作原理。n三相异步电动机的绕组。三相异步电动机的绕组。n三相异步电动机的运行性能。三相异步电动机的运行性能。n三相异步电动机的工作特性。三相异步电动机的工作特性。44.1 4.1 三相异步电动机概述三相异步电动机概述4.2 4.2 三相异步电动机的结构和工作原理三相异步电动机的结构和工作原理4.3 4.3 三相异步电动机的交流绕组三相异步电动机的交流绕组4.4 4.4 三相异步电动机的

2、运行性能三相异步电动机的运行性能4.5 4.5 三相异步电动机的工作特性三相异步电动机的工作特性本章主要内容本章主要内容5交流电机的分类交流电机的分类 交流电机异步电机异步发电机异步电动机三相异步电动机单相异步电动机同步电机同步电动机同步调相机同步发电机64.1 4.1 三相异步电动机概述三相异步电动机概述 任务任务1 1三相异步电动机的外形观察三相异步电动机的外形观察 及铭牌解读及铭牌解读 任务任务2 2三相异步电动机的运行观察三相异步电动机的运行观察 任务任务3 3三相异步电动机的拆装三相异步电动机的拆装 7任务任务1 1三相异步电动机的外形观察及铭牌解读三相异步电动机的外形观察及铭牌解读

3、1 1、观察三相异步电动机的外观、观察三相异步电动机的外观 图图4-14-1为鼠笼型三相异步电动机，图为鼠笼型三相异步电动机，图4-24-2为绕线型三相异步电动机。为绕线型三相异步电动机。 图图4-1 4-1 鼠笼型三相异步电动机鼠笼型三相异步电动机 图图4-2 4-2 绕线型三相异步电动机绕线型三相异步电动机 82 2、观察三相异步电动机的铭牌、观察三相异步电动机的铭牌 将铭牌数据记录在表将铭牌数据记录在表4-14-1中。中。 表表4-1 4-1 三相异步电动机铭牌数据表三相异步电动机铭牌数据表型型 号号额定功率额定功率额定电压额定电压额定电流额定电流频频 率率额定转速额定转速接接 法法工作

4、方式工作方式绝缘等级绝缘等级产品编号产品编号重重 量量防护形式防护形式任务任务1 1三相异步电动机的外形观察及铭牌解读三相异步电动机的外形观察及铭牌解读9任务任务2 2三相异步电动机的运行观察三相异步电动机的运行观察 1 1、测量绝缘电阻值、测量绝缘电阻值 用兆欧表测量三相异步电动机定子三相绕组间的绝缘电阻及三相用兆欧表测量三相异步电动机定子三相绕组间的绝缘电阻及三相异步电动机绕组与电机外壳之间的绝缘电阻。在电动机未接电源的情异步电动机绕组与电机外壳之间的绝缘电阻。在电动机未接电源的情况下，测量绝缘电阻值，记录在表况下，测量绝缘电阻值，记录在表4-24-2中。中。表表4-2 4-2 绝缘电阻值

5、测量表绝缘电阻值测量表摇测对象摇测对象绝缘电阻值绝缘电阻值/摇测对象摇测对象绝缘电阻值绝缘电阻值/A A相与相与B B相之间相之间A A相与外壳相与外壳A A相与相与B B相之间相之间A A相与外壳相与外壳A A相与相与B B相之间相之间A A相与外壳相与外壳10任务任务2 2三相异步电动机的运行观察三相异步电动机的运行观察2 2、三相异步电动机的连接方式、三相异步电动机的连接方式 三相异步电动机的联接方式分三相异步电动机的联接方式分为星形联接和三角形接，其联接示为星形联接和三角形接，其联接示意图如图意图如图4-34-3所示。所示。图图4-3 4-3 三相异步电动机联接示意图三相异步电动机联接

6、示意图a a）星形联接）星形联接 b b）三角形联接）三角形联接11任务任务2 2三相异步电动机的运行观察三相异步电动机的运行观察 用万用表交流电压用万用表交流电压500V500V或或1000V1000V档测量异步电动机相间电压，其值档测量异步电动机相间电压，其值应在额定电压的应在额定电压的+10%+10%或或-5%-5%范围内。依次将三相导线穿过钳形电流表钳范围内。依次将三相导线穿过钳形电流表钳口的中心位置并保持与钳口平面相垂直，对比三个电流读数，其读数口的中心位置并保持与钳口平面相垂直，对比三个电流读数，其读数应基本平衡。若某相电流值偏差超过应基本平衡。若某相电流值偏差超过10%10%，则

7、该相可能存在短路。将测，则该相可能存在短路。将测量值填入表量值填入表4-34-3中。中。表表4-3 4-3 相间电压、相间电流测量记录表相间电压、相间电流测量记录表测量对象测量对象电压值电压值(V)(V)测量对象测量对象电流值电流值(A)(A)A A相与相与B B相之间相之间A A相电流相电流A A相与相与C C相之间相之间A A相电流相电流B B相与相与C C相之间相之间A A相电流相电流3 3、测量三相异步电动机相间电压及电流、测量三相异步电动机相间电压及电流 12任务任务3 3三相异步电动机的拆装三相异步电动机的拆装1 1、三相异步电动机的拆卸、三相异步电动机的拆卸 拆卸三相异步电动机的

8、基本操作步骤为：拆卸三相异步电动机的基本操作步骤为： 切断电源切断电源拆卸带轮或联轴器拆卸带轮或联轴器拆卸风扇拆卸风扇拆卸轴伸出端端盖拆卸轴伸出端端盖拆卸前端盖拆卸前端盖抽出转子抽出转子拆卸轴承。拆卸轴承。 拆装一台三相异步电动机，初步了解三相异步电动机的基本结构，拆装一台三相异步电动机，初步了解三相异步电动机的基本结构，将其各部件名称记录在表将其各部件名称记录在表4-44-4中。中。表表4-4 4-4 三相异步电动机各部件名称三相异步电动机各部件名称13任务任务3 3三相异步电动机的拆装三相异步电动机的拆装 2 2、三相异步电动机的装配、三相异步电动机的装配 拆卸三相异步电动机的基本操作步骤

9、为：拆卸三相异步电动机的基本操作步骤为： 清洗轴承和其他零件清洗轴承和其他零件装轴承装轴承装后端盖装后端盖安装转子，不得碰擦安装转子，不得碰擦定子线阻定子线阻安装前端盖安装前端盖安装风罩，电源线安装风罩，电源线电动机检测（传动装置，电动机检测（传动装置，绝缘电阻，各项线绕通断接触情况）。绝缘电阻，各项线绕通断接触情况）。144.2 4.2 三相异步电动机的结构和工作原理三相异步电动机的结构和工作原理 鼠笼型三相异步电动机的结构图如图鼠笼型三相异步电动机的结构图如图4-44-4所示，其组成是：所示，其组成是：静止部分静止部分: :定子定子转动部分转动部分: :转子转子气隙气隙主要部件：定子铁芯、

10、定子绕组、机座主要部件：定子铁芯、定子绕组、机座主要部件：转子铁芯、转子绕组、转子轴主要部件：转子铁芯、转子绕组、转子轴作作 用：通过三相电流建立旋转磁场用：通过三相电流建立旋转磁场 固定和支撑定子铁芯固定和支撑定子铁芯作作 用：带动其他机械设备旋转。用：带动其他机械设备旋转。 一、三相异步电动机的结构一、三相异步电动机的结构三相异步电动机三相异步电动机154.2 4.2 三相异步电动机的结构和工作原理三相异步电动机的结构和工作原理图图4-44-4鼠笼型三相异步电动机结构图鼠笼型三相异步电动机结构图a a）剖面图）剖面图 b b）零部件拆分图）零部件拆分图1-1-轴承轴承 2-2-前端盖前端盖

11、 3-3-转轴转轴 4-4-接线盒接线盒 5-5-吊攀吊攀 6-6-定子铁芯定子铁芯7-7-转子转子 8-8-定子绕组定子绕组 9-9-机座机座 10-10-后端盖后端盖 11-11-风罩风罩 12-12-风扇风扇161 1、4.2 4.2 三相异步电动机的结构和工作原理三相异步电动机的结构和工作原理 三相异步电动机的定子主要由：定子铁芯、定子绕组和机三相异步电动机的定子主要由：定子铁芯、定子绕组和机座组成。座组成。(1)(1) 定子铁芯定子铁芯-导磁部分导磁部分作用：作用：定子铁芯是异步电动机定子铁芯是异步电动机 磁路的一部分，并起固定磁路的一部分，并起固定 定子绕组的作用。定子绕组的作用。

12、 图图4-5 4-5 三相异步电动机定子铁芯及冲片三相异步电动机定子铁芯及冲片a a）定子铁芯）定子铁芯 b b）定子冲片）定子冲片 图图4-54-5为三相异步电动机定为三相异步电动机定子铁芯及冲片。子铁芯及冲片。17（2 2）定子绕组定子绕组-导电部分导电部分作用作用：定子绕组是异步电动机的电路部分，：定子绕组是异步电动机的电路部分， 它将通过三相电流建立旋转磁场，并它将通过三相电流建立旋转磁场，并 感应电动势以实现机电能量转换。感应电动势以实现机电能量转换。4.2 4.2 三相异步电动机的结构和工作原理三相异步电动机的结构和工作原理图图4-6 4-6 三相异步电动机定子绕组的联接三相异步电

13、动机定子绕组的联接a a）Y Y形联接形联接 b b）形联接形联接 三相异步电动机的定子绕组是三相异步电动机的定子绕组是一个三相对称绕组，由一个三相对称绕组，由3 3个完全相同个完全相同的绕组组成，每个绕组即一相，三的绕组组成，每个绕组即一相，三相绕组在空间相差相绕组在空间相差120120电角度。电角度。（3 3） 机座机座-机座是异步电动机机械结构的组成部分，其主要作机座是异步电动机机械结构的组成部分，其主要作 用是固定和支撑定子铁芯，同时也是异步电动机磁用是固定和支撑定子铁芯，同时也是异步电动机磁 路的一部分。路的一部分。 184.2 4.2 三相异步电动机的结构和工作原理三相异步电动机的

14、结构和工作原理2 2、 三相异步电动机的转子主要由转子铁芯、转子绕组和转子轴三部三相异步电动机的转子主要由转子铁芯、转子绕组和转子轴三部分组成。它的主要作用是带动其他机械设备旋转。分组成。它的主要作用是带动其他机械设备旋转。(1)(1)转子铁芯转子铁芯-导磁部分导磁部分作用作用：转子铁芯也是异步电动：转子铁芯也是异步电动 机磁路的组成部分，一机磁路的组成部分，一 般固定在转轴上，其外般固定在转轴上，其外 圆上均匀地冲有许多圆上均匀地冲有许多 槽，用来嵌放转子绕槽，用来嵌放转子绕 组，如图组，如图4-74-7所示。所示。 图图4-7 4-7 三相异步电动机的转子铁芯三相异步电动机的转子铁芯a a

15、）铜条转子）铜条转子 b b）铸铝转子）铸铝转子194.2 4.2 三相异步电动机的结构和工作原理三相异步电动机的结构和工作原理(2)(2)转子绕组转子绕组-导电部分导电部分 转子绕组是转子的电路部分，它的作用是切割旋转磁场产生感应电动势转子绕组是转子的电路部分，它的作用是切割旋转磁场产生感应电动势和感应电流，感应电流产生的磁场在定子旋转的磁场作用下产生电磁转矩。和感应电流，感应电流产生的磁场在定子旋转的磁场作用下产生电磁转矩。根据转子绕组的结构形式可分为鼠笼式转子绕组和绕线式转子绕组。根据转子绕组的结构形式可分为鼠笼式转子绕组和绕线式转子绕组。1 1） 鼠笼式转子绕组鼠笼式转子绕组 鼠笼式转

16、子绕组由嵌放在转子铁芯每一槽鼠笼式转子绕组由嵌放在转子铁芯每一槽中的铜条和两端的铜环（称为端环）焊接而成，中的铜条和两端的铜环（称为端环）焊接而成，称为铜条转子绕组；也可以用铸铝的方式，把称为铜条转子绕组；也可以用铸铝的方式，把转子导条、端环及风扇叶片用铝液一次浇铸而转子导条、端环及风扇叶片用铝液一次浇铸而成，称为铸铝转子绕组，如图成，称为铸铝转子绕组，如图4-84-8所示。所示。 图图4-8 4-8 鼠笼型转子绕组结构示意图鼠笼型转子绕组结构示意图a a）铜条转子绕组）铜条转子绕组 b b）铸铝转子绕组）铸铝转子绕组20 绕线式转子绕组与定子绕组相似，它是在绕线转子铁芯的槽内嵌有绝缘绕线式转

17、子绕组与定子绕组相似，它是在绕线转子铁芯的槽内嵌有绝缘导线组成的三相绕组，一般接成星形。它的三个端头分别接在与转轴绝缘的导线组成的三相绕组，一般接成星形。它的三个端头分别接在与转轴绝缘的三个滑环上，再经一套电刷引出来与外电路相连，如图三个滑环上，再经一套电刷引出来与外电路相连，如图4-94-9所示。所示。 4.2 4.2 三相异步电动机的结构和工作原理三相异步电动机的结构和工作原理2 2） 绕线式转子绕组绕线式转子绕组图图4-9 4-9 绕线转子的结构和回路接线示意图绕线转子的结构和回路接线示意图a a）绕线转子结构）绕线转子结构 b b）绕线转子回路接线示意图）绕线转子回路接线示意图1-1-

18、定子绕组定子绕组 2-2-转子绕组转子绕组 3-3-电刷电刷 4-4-滑环滑环转子轴转子轴转子轴一般用中碳钢制转子轴一般用中碳钢制 成，它用来固定和支撑成，它用来固定和支撑 转子铁芯，并起着传递转子铁芯，并起着传递 机械功率的作用。机械功率的作用。（3 3）214.2 4.2 三相异步电动机的结构和工作原理三相异步电动机的结构和工作原理3 3、 异步电动机的气隙比同容量的直流电动机的气隙小得多，它的大异步电动机的气隙比同容量的直流电动机的气隙小得多，它的大小对异步电动机的运行性能和参数影响较大。励磁电流由电网供给，小对异步电动机的运行性能和参数影响较大。励磁电流由电网供给，气隙越大，则它的磁阻

19、就越大，励磁电流也就越大，而励磁电流又属气隙越大，则它的磁阻就越大，励磁电流也就越大，而励磁电流又属于无功性质，它要影响电网的功率因数；气隙过小，则将引起装配困于无功性质，它要影响电网的功率因数；气隙过小，则将引起装配困难，同时转子还有可能与定子发生机械摩擦，并导致运行不稳定。难，同时转子还有可能与定子发生机械摩擦，并导致运行不稳定。 除了定子、转子外，还有端盖和风扇等。端盖除了起保护作用外，除了定子、转子外，还有端盖和风扇等。端盖除了起保护作用外，还装有转轴，用以支撑转子轴。风扇则用来通风冷却。还装有转轴，用以支撑转子轴。风扇则用来通风冷却。224.2 4.2 三相异步电动机的结构和工作原理

20、三相异步电动机的结构和工作原理二、三相异步电动机的铭牌数据二、三相异步电动机的铭牌数据 每一台三相异步电动机，在每一台三相异步电动机，在其机座上都有一块铭牌，铭牌上标其机座上都有一块铭牌，铭牌上标注有型号、额定值、接线和绝缘等注有型号、额定值、接线和绝缘等级等，如图级等，如图4-104-10所示。所示。图图4-10 4-10 三相异步电动机的铭牌实物图片三相异步电动机的铭牌实物图片1 1、 异步电动机型号的表示方法，与其它电动机一样，一般采用汉语异步电动机型号的表示方法，与其它电动机一样，一般采用汉语拼音的大写字母和阿拉伯数字组成，可以表示电动机的种类、规格和拼音的大写字母和阿拉伯数字组成，可

21、以表示电动机的种类、规格和用途等。图用途等。图4-114-11是铭牌上电动机型号的含义。是铭牌上电动机型号的含义。234.2 4.2 三相异步电动机的结构和工作原理三相异步电动机的结构和工作原理Y 132 S2-2Y 132 S2-2产品代号产品代号Y Y系列系列异步电动机异步电动机汉语拼音汉语拼音英文字母英文字母S S、M M、L L分别分别表示短、中、长机座表示短、中、长机座2 2极极短机座短机座2 2号（长）铁芯号（长）铁芯中心高中心高132mm132mm图图4-11 4-11 电动机型号含义图电动机型号含义图 中心高越大，电动机容量越大，因此异步电动机按容量大小分类与中心高越大，电动机

22、容量越大，因此异步电动机按容量大小分类与中心高有关：中心高为小型，为中型，以上为大型；在同样的中心高下，中心高有关：中心高为小型，为中型，以上为大型；在同样的中心高下，机座长，则容量大。机座长，则容量大。244.2 4.2 三相异步电动机的结构和工作原理三相异步电动机的结构和工作原理2 2、NP（1 1）额定功率）额定功率：电动机额定运行时，轴上输出的机械功率。：电动机额定运行时，轴上输出的机械功率。（2 2）额定电压）额定电压NU：电动机额定运行状态时，定子绕组应加的线电压：电动机额定运行状态时，定子绕组应加的线电压 。：电动机在额定电压下运行，轴上输出额定功率，：电动机在额定电压下运行，轴

23、上输出额定功率， 流入定流入定子绕组的线电流。子绕组的线电流。（3 3）额定电流）额定电流NI：电动机所接的交流电源的频率。我国电力网的：电动机所接的交流电源的频率。我国电力网的 频率（工频）规定为频率（工频）规定为 50HZ50HZ。（4 4）额定频率）额定频率Nf：电动机在额定电压、额定频率和额定功率时的：电动机在额定电压、额定频率和额定功率时的 转子转速。转子转速。（5 5）额定转速）额定转速Nn254.2 4.2 三相异步电动机的结构和工作原理三相异步电动机的结构和工作原理3 3、 三相异步电动机的定子绕组有两三相异步电动机的定子绕组有两种联接方式：星形联接和三角形联接，种联接方式：星

24、形联接和三角形联接，国产国产Y Y系列电动机接线端的首端用系列电动机接线端的首端用 表示，末端用表示，末端用来表示，其联接方式如图来表示，其联接方式如图4-124-12所示。所示。 222W、V、U111W、V、U图图4-12 4-12 三相异步电动机的接线三相异步电动机的接线a a）星形联接）星形联接 b b）三角形联接）三角形联接 电动机外壳防护等级是用字母电动机外壳防护等级是用字母“IP”IP”和其后面的两位数字表示的。和其后面的两位数字表示的。“IP”IP”为国际防护的英文缩写，为国际防护的英文缩写，IPIP后面的第一位数字表示第一种防护形式（防尘）后面的第一位数字表示第一种防护形式（

25、防尘）等级，共分为等级，共分为0 06 6七个等级；第二个数字表示第二种防护形式（防水）等级，七个等级；第二个数字表示第二种防护形式（防水）等级，共分共分0 08 8九个等级。数字越大，表示防护的能力越强。例如九个等级。数字越大，表示防护的能力越强。例如4444表明电动机能表明电动机能防护大于的固体物入内，同时能防溅水入内。防护大于的固体物入内，同时能防溅水入内。4 4、264.2 4.2 三相异步电动机的结构和工作原理三相异步电动机的结构和工作原理三、三相异步电动机的工作原理三、三相异步电动机的工作原理1 1、 三相异步电动机定子接三相电源后，三相异步电动机定子接三相电源后，有三相对称电流通

26、过的三相定子绕组就在有三相对称电流通过的三相定子绕组就在电动机的气隙中产生旋转磁场，其工作原电动机的气隙中产生旋转磁场，其工作原理如图理如图4-134-13所示。所示。 4-13 4-13 三相异步电动三相异步电动机旋转原理图机旋转原理图0)(1nn 三相异步电动机转动的三相异步电动机转动的基本原理基本原理是：是：定子三相对称绕组中通入三相对称电流产定子三相对称绕组中通入三相对称电流产生圆形旋转磁场；转子导体切割旋转磁场生圆形旋转磁场；转子导体切割旋转磁场产生感应电动势和电流；转子导体在磁场产生感应电动势和电流；转子导体在磁场中受到电磁力的作用，从而形成电磁转矩，中受到电磁力的作用，从而形成电

27、磁转矩，驱使电动机转子转动。驱使电动机转子转动。异步电动机运行的异步电动机运行的必要必要条件条件是保持是保持274.2 4.2 三相异步电动机的结构和工作原理三相异步电动机的结构和工作原理2 2、 同步转速同步转速n n1 1与转子转速与转子转速n n之差（之差（n n1 1-n-n）称为转差，转差与同步转速）称为转差，转差与同步转速n n1 1的比值称为转差率，用的比值称为转差率，用s s表示，即表示，即nnns1 转差率转差率s s是异步电动机的一个基本物理量，它反映电动机的各种是异步电动机的一个基本物理量，它反映电动机的各种运行情况。转子未转动时，运行情况。转子未转动时，n=0n=0，s

28、=1s=1；理想空载时，；理想空载时，n nnn1 1，s s 00。即转子转速在即转子转速在0 0n n1 1范围内变化时，转差率则在范围内变化时，转差率则在 10范围内变化。范围内变化。 284.3 4.3 三相异步电动机的交流绕组三相异步电动机的交流绕组1 1、电枢绕组的基本概念、电枢绕组的基本概念一、一、三相异步电动机的电枢绕组三相异步电动机的电枢绕组 电枢绕组展开示意图如图电枢绕组展开示意图如图4-174-17所示。所示。图图4-17 4-17 三相异步电动机电枢绕组展开示意图三相异步电动机电枢绕组展开示意图a a）极距，每极每相槽数，槽距角）极距，每极每相槽数，槽距角 b b）整距

29、、短距、长距线圈）整距、短距、长距线圈29 槽中线圈的两根有效边之间所跨的槽数称为节距槽中线圈的两根有效边之间所跨的槽数称为节距y y。如果。如果 ，称为整距线圈；称为整距线圈； ，称为短距线圈；，称为短距线圈； ，称为长距线圈。，称为长距线圈。线圈的节距一般等于或小于极距线圈的节距一般等于或小于极距 。 两个相邻磁极轴线之间沿定子铁芯内表面的距离称为极距两个相邻磁极轴线之间沿定子铁芯内表面的距离称为极距 ，一般用每个极面下所占的槽数来表示。若定子的槽数为一般用每个极面下所占的槽数来表示。若定子的槽数为Z Z，极对数为，极对数为p p ，则，则4.3 4.3 三相异步电动机的交流绕组三相异步电

30、动机的交流绕组（1 1）极距）极距pZ2（2 2）节距）节距yyyy304.3 4.3 三相异步电动机的交流绕组三相异步电动机的交流绕组（4 4）槽距角槽距角 相邻两个槽之间的电角度称为槽距角相邻两个槽之间的电角度称为槽距角。因为定子槽在定子内圆。因为定子槽在定子内圆上是均匀分布的，所以若定子槽数为上是均匀分布的，所以若定子槽数为Z Z，电动机极对数为，电动机极对数为p p，则，则 电动机圆周的几何角度恒为电动机圆周的几何角度恒为360360，这称为机械角度。若电动机，这称为机械角度。若电动机的极对数为的极对数为p p，则每经过一对磁极，磁场就变化一周，相当于电角度，则每经过一对磁极，磁场就变

31、化一周，相当于电角度360360。因此，电动机圆周按电角度计算为。因此，电动机圆周按电角度计算为p p360360，即，即电角度电角度 机械角度机械角度 pZp360（3 3）机械角度与电角度）机械角度与电角度314.3 4.3 三相异步电动机的交流绕组三相异步电动机的交流绕组 为了确保三相绕组的对称性，每相绕为了确保三相绕组的对称性，每相绕组在每个磁极下应占有相等的区域，这个组在每个磁极下应占有相等的区域，这个区域常用电角度表示，称为相带。由于每区域常用电角度表示，称为相带。由于每极所对应的电角度是极所对应的电角度是180180，对三相异步，对三相异步电动机而言，每个相带将占有电角度电动机而

32、言，每个相带将占有电角度6060，称为称为6060相带，如图相带，如图4-184-18所示。所示。图图4-18 604-18 60相带三相绕组相带三相绕组（6 6）相带）相带（5 5）每极每相槽数）每极每相槽数q q每一个极下每相所占的槽数称为每极每相槽数每一个极下每相所占的槽数称为每极每相槽数q q，若绕组相数为，若绕组相数为m m，则，则 pmZq2324.3 4.3 三相异步电动机的交流绕组三相异步电动机的交流绕组2 2、电枢绕组的分类、电枢绕组的分类 三相交流绕组按照槽内元件边的层数分为单层绕组和双层绕组。三相交流绕组按照槽内元件边的层数分为单层绕组和双层绕组。单层绕组按联接方式不同可

33、分为等元件、链式、交叉式和同心式绕组单层绕组按联接方式不同可分为等元件、链式、交叉式和同心式绕组等；双层绕组则分为双层叠绕组和双层波绕组。等；双层绕组则分为双层叠绕组和双层波绕组。（1 1）单层绕组）单层绕组 单层绕组在每一个槽内只安放一个线圈边，所以三相绕组的总线单层绕组在每一个槽内只安放一个线圈边，所以三相绕组的总线圈数等于槽数的一半。单层绕组分为链式绕组、交叉式绕组和同心式圈数等于槽数的一半。单层绕组分为链式绕组、交叉式绕组和同心式绕组。绕组。 334.3 4.3 三相异步电动机的交流绕组三相异步电动机的交流绕组1 1）单层链式绕组）单层链式绕组 单层链式绕组是由形单层链式绕组是由形状、

34、几何尺寸和节距都相状、几何尺寸和节距都相同的线圈连接而成的，就同的线圈连接而成的，就整体外形来看，形如长链，整体外形来看，形如长链，故称为链式绕组，图故称为链式绕组，图4-194-19所示为三相单层链式绕组所示为三相单层链式绕组的展开图。的展开图。 图图4-19 4-19 三相单层链式绕组的展开图三相单层链式绕组的展开图 344.3 4.3 三相异步电动机的交流绕组三相异步电动机的交流绕组2 2）单层交叉式绕组）单层交叉式绕组 交叉式绕组是由线圈交叉式绕组是由线圈个数和节距都不相等的两个数和节距都不相等的两种线圈组构成的，同一线种线圈组构成的，同一线圈组中各线圈的形状、几圈组中各线圈的形状、几

35、何尺寸和节距均相等，各何尺寸和节距均相等，各线圈组的端部都相互交叉，线圈组的端部都相互交叉，图图4-204-20所示为三相单层交所示为三相单层交叉式绕组展开图。叉式绕组展开图。 图图4-20 4-20 三相单层交叉式绕组展开图三相单层交叉式绕组展开图 354.3 4.3 三相异步电动机的交流绕组三相异步电动机的交流绕组（2 2）双层绕组）双层绕组 双层绕组每个槽内导体分作上、下两层，线圈的一个边在一个槽双层绕组每个槽内导体分作上、下两层，线圈的一个边在一个槽的上层，另一个边则在另一个槽的下层，因此总的线圈数等于槽数。的上层，另一个边则在另一个槽的下层，因此总的线圈数等于槽数。采用双层绕组的目的

36、，就是为了选择合适的短距，从而改善电磁性能。采用双层绕组的目的，就是为了选择合适的短距，从而改善电磁性能。双层绕组按线圈形状和端部联接的方式不同分为双层叠绕组和双层波双层绕组按线圈形状和端部联接的方式不同分为双层叠绕组和双层波绕组，双层绕组相带的划分与单层绕组相同。绕组，双层绕组相带的划分与单层绕组相同。 1 1）双层叠绕组）双层叠绕组 双层叠绕组在每极每相槽数为整数时，最大的并联支路数等于线双层叠绕组在每极每相槽数为整数时，最大的并联支路数等于线圈组数；在每极每相槽数为分数时，最大的并联支路数为圈组数；在每极每相槽数为分数时，最大的并联支路数为2p/d2p/d（2p2p为为线圈组数，线圈组数

37、，d d为真分数中的分母）。图为真分数中的分母）。图4-224-22所示是一个三相双层短距叠所示是一个三相双层短距叠绕组的展开图。绕组的展开图。 364.3 4.3 三相异步电动机的交流绕组三相异步电动机的交流绕组3 3）单层同心式绕组）单层同心式绕组 同心式绕组由几个几同心式绕组由几个几何尺寸和节距不等的线圈何尺寸和节距不等的线圈连成同心形状的线圈组所连成同心形状的线圈组所构成，图构成，图4-214-21所示为三相所示为三相单层同心式绕组展开图。单层同心式绕组展开图。 图图4-21 4-21 三相单层同心式绕组展开图三相单层同心式绕组展开图374.3 4.3 三相异步电动机的交流绕组三相异步

38、电动机的交流绕组1 1）双层叠绕组）双层叠绕组图图4-22 4-22 三相双层短距叠绕组的展开图三相双层短距叠绕组的展开图 384.3 4.3 三相异步电动机的交流绕组三相异步电动机的交流绕组2 2）双层波绕组）双层波绕组 三相双层波绕组，每相由两个回路三相双层波绕组，每相由两个回路组成，其中一个回路由组成，其中一个回路由N N极下的极相组串极下的极相组串联而成，另一回路由联而成，另一回路由S S极下的极相组串联极下的极相组串联而成，如图而成，如图4-234-23所示。两个回路通过过所示。两个回路通过过渡铜条按反串法相连，从同一端看，两渡铜条按反串法相连，从同一端看，两个回路波形的绕向相反。由

39、于极数不同，个回路波形的绕向相反。由于极数不同，三相绕组首末端的位置也不同。当极数三相绕组首末端的位置也不同。当极数不是不是3 3的倍数时，三相首端（或尾端）可的倍数时，三相首端（或尾端）可在圆周上相隔在圆周上相隔120120机械角对称分布；当机械角对称分布；当极数为极数为3 3或或3 3的倍数（即的倍数（即6 6极或极或1212极）时，极）时，三相首端或末端无法对称分布。三相首端或末端无法对称分布。图图4-23 4-23 三相双层波绕组展开图三相双层波绕组展开图 394.3 4.3 三相异步电动机的交流绕组三相异步电动机的交流绕组3 3、电枢绕组的基本要求、电枢绕组的基本要求 虽然三相异步电

40、动机定子绕组的种类很多，但对各种电动机的基虽然三相异步电动机定子绕组的种类很多，但对各种电动机的基本要求是相同的。从设计制造和运行性能两个方面考虑，对电枢绕组本要求是相同的。从设计制造和运行性能两个方面考虑，对电枢绕组的基本要求如下：的基本要求如下：（1 1）每相绕组的阻抗要求相等，即每相绕组的匝数、形状都是相同的。）每相绕组的阻抗要求相等，即每相绕组的匝数、形状都是相同的。（2 2）在导体数目一定的情况下，力求获得最大的电动势和磁通势。）在导体数目一定的情况下，力求获得最大的电动势和磁通势。（3 3）电动势和磁通势的谐波分量应尽可能的小，其波形力求接近正弦波。）电动势和磁通势的谐波分量应尽可

41、能的小，其波形力求接近正弦波。（4 4）端部连线尽可能短，节省用铜量。）端部连线尽可能短，节省用铜量。（5 5）绕组的绝缘和机械强度可靠，散热条件好。）绕组的绝缘和机械强度可靠，散热条件好。（6 6）工艺简单、便于制造、安装和检修。）工艺简单、便于制造、安装和检修。404.3 4.3 三相异步电动机的交流绕组三相异步电动机的交流绕组二、交流绕组的感应电动势二、交流绕组的感应电动势 电动机工作时，在定子、转子之间有一旋转的气隙磁场，旋转磁电动机工作时，在定子、转子之间有一旋转的气隙磁场，旋转磁场的基波分量在气隙空间按正弦规律分布，此磁场以同步转速场的基波分量在气隙空间按正弦规律分布，此磁场以同步

42、转速n n1 1旋转，旋转，同时切割定子、转子绕组，从而在定子绕组中感应电动势。同时切割定子、转子绕组，从而在定子绕组中感应电动势。 1 1、导体的感应电动势、导体的感应电动势 根据电磁感应定律，当磁场在空间中为正弦分布并以恒定的速度根据电磁感应定律，当磁场在空间中为正弦分布并以恒定的速度 旋转时，其感应电动势的最大值为旋转时，其感应电动势的最大值为vlvBEmmc1141因为磁通密度为正弦分布，所以每级平均磁通量因为磁通密度为正弦分布，所以每级平均磁通量4.3 4.3 三相异步电动机的交流绕组三相异步电动机的交流绕组lB1m12导体电动势的有效值为导体电动势的有效值为lfBnplBlvBEE

43、mcc1m11m1m112602222lB1211m即：即：因此，感应电动势的有效值为因此，感应电动势的有效值为11122. 22ffEc424.3 4.3 三相异步电动机的交流绕组三相异步电动机的交流绕组2 2、线圈的感应电动势、线圈的感应电动势（1 1）整距线圈的感应电动势）整距线圈的感应电动势 设线圈由设线圈由N Nc c个相同的线匝组成，个相同的线匝组成，每匝线圈都有两个有效边。对于整每匝线圈都有两个有效边。对于整距线圈，如果一个有效边在距线圈，如果一个有效边在N N极中极中心的下面，则另一个有效边就刚好心的下面，则另一个有效边就刚好处在处在S S极中心的下面，此时两条有极中心的下面，

44、此时两条有效边内的电动势瞬时值大小相等而效边内的电动势瞬时值大小相等而方向相反。整距线圈的展开图及矢方向相反。整距线圈的展开图及矢量图如图量图如图4-244-24所示。所示。图图4-24 4-24 整距线圈的感应电动势整距线圈的感应电动势a a）展开图）展开图 b b）矢量图）矢量图434.3 4.3 三相异步电动机的交流绕组三相异步电动机的交流绕组 则每个线匝的电动势为则每个线匝的电动势为111112cccyEEEE 有效值为有效值为111144. 42fEEcy 在每一个线圈内，每一线匝的电动势在大小和相位上都是相同在每一个线圈内，每一线匝的电动势在大小和相位上都是相同的，因此整距线圈的电

45、动势的有效值为的，因此整距线圈的电动势的有效值为1144. 4cyfNE44 对于短距线圈，其节距对于短距线圈，其节距 ，则它们的相位差不是则它们的相位差不是180180，而是相，而是相差差角度。角度。 短距线圈的展开图及矢量图如短距线圈的展开图及矢量图如图图4-254-25所示。所示。4.3 4.3 三相异步电动机的交流绕组三相异步电动机的交流绕组（2 2）短距线圈的感应电动势）短距线圈的感应电动势y1801y图图4-25 4-25 短距线圈的感应电动势短距线圈的感应电动势a a）展开图）展开图 b b）矢量图）矢量图)()(44. 411111yEyEfNEkyycyy短距线圈的电动势：短

46、距线圈的电动势：45 不论是单层绕组还是双层绕组，不论是单层绕组还是双层绕组，每相绕组总是由若干个线圈组成的，每相绕组总是由若干个线圈组成的，而每一线圈组都是由而每一线圈组都是由q q个线圈串联而个线圈串联而成的，每一个线圈的电动势大小相等，成的，每一个线圈的电动势大小相等，并且这些串联线圈分别安置在相邻的并且这些串联线圈分别安置在相邻的槽中，在空间依次相隔槽中，在空间依次相隔槽距角，由槽距角，由此构成的绕组即为分布绕组，如图此构成的绕组即为分布绕组，如图4-4-26a26a所示。所示。4.3 4.3 三相异步电动机的交流绕组三相异步电动机的交流绕组3 3线圈组的感应电动势线圈组的感应电动势

47、图图4-26 4-26 分布绕组的感应电动势分布绕组的感应电动势a a）展开图）展开图 b b）矢量图）矢量图线圈组的基波电动势计算公式为线圈组的基波电动势计算公式为 11cq1y11c144. 444. 4kqfNkkqfNEq464.3 4.3 三相异步电动机的交流绕组三相异步电动机的交流绕组4 4、绕组的感应电动势、绕组的感应电动势 每相绕组的电动势等于每一条并联支路的电动势。一般情况下，每相绕组的电动势等于每一条并联支路的电动势。一般情况下，每条支路中所串联的几个线圈组的电动势都是大小相等、相位相同的，每条支路中所串联的几个线圈组的电动势都是大小相等、相位相同的，因此可以直接相加。如果

48、每相绕组的总串联匝数为因此可以直接相加。如果每相绕组的总串联匝数为N1N1，则每相绕组的，则每相绕组的感应电动势就是感应电动势就是11144. 4kfNE 单层绕组单层绕组apqNNc1双层绕组双层绕组apqNNc12474.3 4.3 三相异步电动机的交流绕组三相异步电动机的交流绕组三、交流绕组磁通势三、交流绕组磁通势 当三相绕组的每相定子绕组中流过正弦交流电流时，每相定子绕组都产当三相绕组的每相定子绕组中流过正弦交流电流时，每相定子绕组都产生脉动磁场。把三个单相绕组所产生的磁通势逐点相加，便得到三相绕组的生脉动磁场。把三个单相绕组所产生的磁通势逐点相加，便得到三相绕组的合成磁通势。三相绕组

49、旋转磁通势具有以下特性：合成磁通势。三相绕组旋转磁通势具有以下特性： （1 1）当对称三相正弦交流电流通入对称三相绕组时，其基波合成磁通）当对称三相正弦交流电流通入对称三相绕组时，其基波合成磁通势为一幅值恒定不变的圆形旋转磁通势。势为一幅值恒定不变的圆形旋转磁通势。 （2 2）该圆形旋转磁通势的转速为电流频率所对应的同步转速，即）该圆形旋转磁通势的转速为电流频率所对应的同步转速，即n1=60f/p(r/min)n1=60f/p(r/min)，旋转的方向取决于电流的相序。当三相绕组通入正序电，旋转的方向取决于电流的相序。当三相绕组通入正序电流时，电流出现正的最大值的顺序为流时，电流出现正的最大值

50、的顺序为UVWUVW，则旋转磁场的方向也为，则旋转磁场的方向也为UVWUVW，即旋转磁场的方向由电流超前相转向电流滞后相。，即旋转磁场的方向由电流超前相转向电流滞后相。 （3 3）三相电流中任一相电流的瞬时值达到最大值时，三相基波合成磁）三相电流中任一相电流的瞬时值达到最大值时，三相基波合成磁通势的幅值恰好转到该相绕组的轴线上。通势的幅值恰好转到该相绕组的轴线上。484.4 4.4 三相异步电动机的运行性能三相异步电动机的运行性能 三相异步电动机的定子和转子电路之间没有直接电的联系，只有三相异步电动机的定子和转子电路之间没有直接电的联系，只有磁的耦合，它是依靠电磁感应作用将能量从定子传递到转子

51、的。与变磁的耦合，它是依靠电磁感应作用将能量从定子传递到转子的。与变压器类似，三相异步电动机的定子绕组相当于变压器的一次绕组，转压器类似，三相异步电动机的定子绕组相当于变压器的一次绕组，转子绕组相当于变压器的二次绕组。因此，对三相异步电动机的运行进子绕组相当于变压器的二次绕组。因此，对三相异步电动机的运行进行分析，可用电压方程式、等效电路和相量图三种方法进行。行分析，可用电压方程式、等效电路和相量图三种方法进行。一、三相异步电动机的空载运行一、三相异步电动机的空载运行 1 1、主、漏磁通的分布、主、漏磁通的分布 根据磁通路径和性质不同，三相异步电动机的磁通分为主磁通和漏根据磁通路径和性质不同，

52、三相异步电动机的磁通分为主磁通和漏磁通两类。磁通两类。494.4 4.4 三相异步电动机的运行性能三相异步电动机的运行性能（1 1）主磁通）主磁通0 0 当三相异步电动机定子绕组通入三相对称电流时，将产生励磁磁当三相异步电动机定子绕组通入三相对称电流时，将产生励磁磁通势，该磁通势产生的磁通绝大部分穿过气隙并同时交链于定、转子通势，该磁通势产生的磁通绝大部分穿过气隙并同时交链于定、转子绕组，这部分磁通就称为主磁通，用绕组，这部分磁通就称为主磁通，用0 0表示。主磁通的磁路由定子铁表示。主磁通的磁路由定子铁芯、转子铁芯和气隙组成，其路径为：定子铁芯芯、转子铁芯和气隙组成，其路径为：定子铁芯气隙气隙

53、转子铁芯转子铁芯气隙气隙定子铁芯。受磁路饱和的影响，为非线性磁路，如图定子铁芯。受磁路饱和的影响，为非线性磁路，如图4-274-27所示。所示。由于主磁通同时交链定转子绕组，并在其中分别产生感应电动势，而由于主磁通同时交链定转子绕组，并在其中分别产生感应电动势，而转子绕组在转子电动势的作用下产生电流，转子电流与定子磁场相互转子绕组在转子电动势的作用下产生电流，转子电流与定子磁场相互作用产生电磁转矩，从而实现异步电动机的机电能量转换。因此，主作用产生电磁转矩，从而实现异步电动机的机电能量转换。因此，主磁通起转换能量的媒介作用。磁通起转换能量的媒介作用。504.4 4.4 三相异步电动机的运行性能

54、三相异步电动机的运行性能图图4-27 4-27 主磁通与槽部漏磁通主磁通与槽部漏磁通（2 2）漏磁通）漏磁通 除主磁通以外的磁通称为漏磁除主磁通以外的磁通称为漏磁通，它包括定子绕组的槽部漏磁通、通，它包括定子绕组的槽部漏磁通、端部漏磁通和由高次谐波磁通势所端部漏磁通和由高次谐波磁通势所产生的高次谐波磁通，如图产生的高次谐波磁通，如图4-274-27所所示。由于漏磁通沿磁阻很大的空气示。由于漏磁通沿磁阻很大的空气形成闭合回路，因而它比主磁通小形成闭合回路，因而它比主磁通小很多。漏磁通仅在定子绕组上产生很多。漏磁通仅在定子绕组上产生漏电动势，因此漏磁通不参与能量漏电动势，因此漏磁通不参与能量转换，

55、不能起能量转换的作用，只转换，不能起能量转换的作用，只起电抗压降的作用。起电抗压降的作用。51 异步电动机空载运行时的定子电流称为空载电流，用异步电动机空载运行时的定子电流称为空载电流，用 表示。表示。当异步电动机空载运行时，定子三相绕组有空载电流当异步电动机空载运行时，定子三相绕组有空载电流 通过。三相通过。三相空载电流将产生一个励磁磁通势，称为空载磁通势，用空载电流将产生一个励磁磁通势，称为空载磁通势，用 表示，其表示，其基波幅值为基波幅值为4.4 4.4 三相异步电动机的运行性能三相异步电动机的运行性能2 2、空载电流和空载磁通势、空载电流和空载磁通势0I0I0F011100.92Ipk

56、NmF524.4 4.4 三相异步电动机的运行性能三相异步电动机的运行性能3 3、感应电动势、感应电动势主磁通在定子绕组上感应的电动势为主磁通在定子绕组上感应的电动势为 011114.44kNfE漏磁通在定子绕组中感应电动势可用漏抗压降的形式表示漏磁通在定子绕组中感应电动势可用漏抗压降的形式表示 101XI jE53 设定子绕组上每相所加的端电压为设定子绕组上每相所加的端电压为 ，相电流为，相电流为 ，主磁通，主磁通 在在定子绕组中感应的每相电动势为定子绕组中感应的每相电动势为 ，定子漏磁通在每相绕组中感应的，定子漏磁通在每相绕组中感应的电动势为电动势为 ，定子绕组的每相电阻为，定子绕组的每相

57、电阻为 ，类似于变压器空载时的一次，类似于变压器空载时的一次侧，根据基尔霍夫电压定律，可列出空载时定子每相电压方程式侧，根据基尔霍夫电压定律，可列出空载时定子每相电压方程式 4.4 4.4 三相异步电动机的运行性能三相异步电动机的运行性能4 4、电压平衡方程与等效电路、电压平衡方程与等效电路1U0I01E1E1R0111010110111IZEXI jRIERIEEU式中式中 定子漏阻抗，与漏磁通相对应。定子漏阻抗，与漏磁通相对应。1Z同样也有同样也有mmmZIjXRIE001)(式中式中 励磁电阻，是反映铁损耗的等效电阻；励磁电阻，是反映铁损耗的等效电阻； 励磁电抗，与主磁通励磁电抗，与主磁

58、通 相对应。相对应。mRmX0544.4 4.4 三相异步电动机的运行性能三相异步电动机的运行性能于是电压方程式可写为于是电压方程式可写为010m011001111ZZjXR)(jXIIIIjXRIREUmm）（）（根据上式可以作出三相异步电动机空载时等效电路，如图根据上式可以作出三相异步电动机空载时等效电路，如图4-284-28所示。所示。图图4-28 4-28 三相异步电动机空载时的等效电路三相异步电动机空载时的等效电路55 负载运行时，电动机将以低于同步转速负载运行时，电动机将以低于同步转速 的速度的速度 旋转，其转向旋转，其转向仍与气隙旋转磁场的转向相同。因此，气隙旋转磁场切割转子绕组

59、时仍与气隙旋转磁场的转向相同。因此，气隙旋转磁场切割转子绕组时的相对速度就是的相对速度就是 ，从而产生感应电动势，其频率为，从而产生感应电动势，其频率为4.4 4.4 三相异步电动机的运行性能三相异步电动机的运行性能二、三相异步电动机的负载运行二、三相异步电动机的负载运行 1nn11snnn即1111126060)(sfpnnnnnnpf转子不转时：转子不转时： ， ， ；理想空载时：；理想空载时： ， ， 。 0n1s12ff1nn 0s02f1 1、转子旋转磁通势、转子旋转磁通势 转子绕组流过三相或多相对称电流时，将产生转子旋转磁通势，转子绕组流过三相或多相对称电流时，将产生转子旋转磁通势

60、，即即 222229 . 02IpkNmF56 由于定子磁通势由于定子磁通势 和转子磁通势和转子磁通势 在空间相对静止，因而可以在空间相对静止，因而可以合并为一个合成磁通势合并为一个合成磁通势 ，即，即4.4 4.4 三相异步电动机的运行性能三相异步电动机的运行性能2 2、磁通势平衡方程式、磁通势平衡方程式 1F2FfF21FFFf 式中式中 励磁磁通势。励磁磁通势。fF 所以异步电动机就是通过磁通势平衡关系，使电路上无直接联系所以异步电动机就是通过磁通势平衡关系，使电路上无直接联系的定、转子电流有了关联，当负载转矩增加时，转速降低，转子电流的定、转子电流有了关联，当负载转矩增加时，转速降低，