第4章 三相感应电动机

1、2 2同步电机同步电机 转子绕组通直流电，产生磁场，且在原动转子绕组通直流电，产生磁场，且在原动机带动下旋转，在定子中产生感应电势，故转子转速与旋机带动下旋转，在定子中产生感应电势，故转子转速与旋转磁场转速相同，成为同步。主要用于发电机。转磁场转速相同，成为同步。主要用于发电机。交流电机分两大类：交流电机分两大类：1 1 异步（感应）电机异步（感应）电机 定子产生旋转的磁场定子产生旋转的磁场, ,带动转子旋转带动转子旋转, ,转子的转速与旋转磁场转速之间存在差值转子的转速与旋转磁场转速之间存在差值, ,故称为异步。故称为异步。优点：结构简单、制造方便、运行可靠、价格较低等。优点：结构简单、制造

2、方便、运行可靠、价格较低等。缺点：不能经济的实现范围较广的平滑调速，使电网的功率因缺点：不能经济的实现范围较广的平滑调速，使电网的功率因数变坏。数变坏。主要作电动机使用，如：机床；水泵；家用电器等主要作电动机使用，如：机床；水泵；家用电器等。4 41 1 三相感应电动机的基本工作原理与结构三相感应电动机的基本工作原理与结构4 42 2 交流电机的电枢绕组交流电机的电枢绕组4 43 3 交流绕组的感应电动势交流绕组的感应电动势4 44 4 交流绕组建立的磁动势交流绕组建立的磁动势4 45 5 三相感应电动机转子静止时的运行分析三相感应电动机转子静止时的运行分析4 46 6 三相感应电动机转子转动

3、时的运行分析三相感应电动机转子转动时的运行分析4 47 7 三相感应电动机的功率和转矩三相感应电动机的功率和转矩4 48 8 三相感应电动机的工作特性三相感应电动机的工作特性4 49 9 三相感应电动机的参数测定三相感应电动机的参数测定目目 录录4 41 1 三相感应电动机的基本工作原理与结构三相感应电动机的基本工作原理与结构一、一、三相异步电动机的三相异步电动机的工作原理与运行状态工作原理与运行状态1 1、旋转磁场的产生、旋转磁场的产生旋转磁场旋转磁场 一种极性和大小不变，并且以一定转速旋转的磁场。一种极性和大小不变，并且以一定转速旋转的磁场。tIicosmA)120cos(mBtIi)24

4、0cos(mCtIii为正时，电流从首端流出。为正时，电流从首端流出。1160 fn min/r逆时针旋转逆时针旋转1 1、旋转磁场的产生、旋转磁场的产生四极旋转磁四极旋转磁场示意图场示意图pfn1160同步转速：同步转速：逆时针旋转逆时针旋转2 2、三相异步电动机的三相异步电动机的工作原理工作原理转差转差n1-n的存在是异步电动机运行的存在是异步电动机运行的必要条件。的必要条件。 同步转速同步转速%10011nnns1nn 转子异步转速转子异步转速转差率：转差率：为使额定运行时的效率较高，通常设计为使额定运行时的效率较高，通常设计 。%5NS3 3、三相异步电动机的转速与运行状态三相异步电动

5、机的转速与运行状态异步电动机的三种运行状态有一台有一台50Hz的三相异步电动机，额定转速的三相异步电动机，额定转速nN730/min,空载转差率为空载转差率为0.267%，试求该电动机的极对数、同步转，试求该电动机的极对数、同步转速、空载转速及额定负载时的转差率。速、空载转速及额定负载时的转差率。P111页例题（常见数据）页例题（常见数据）二、二、三相异步电机的结构三相异步电机的结构1 1、定子、定子2 2、转子、转子异步动机的转子由转子铁心、转子绕组和转轴组成。异步动机的转子由转子铁心、转子绕组和转轴组成。1 1）笼型绕组）笼型绕组铜条笼型转子铸铝笼型转子笼型电机笼型电机: 结构简单，坚固，

6、成结构简单，坚固，成本低，运行性能不如绕线式本低，运行性能不如绕线式2 2、转子、转子2 2）绕线式绕组）绕线式绕组通过外串电阻改善电机的起动，通过外串电阻改善电机的起动，调速等性能调速等性能感应电机铭牌感应电机铭牌铭牌：型号，额定值，绕组联结方式，生产厂家等铭牌：型号，额定值，绕组联结方式，生产厂家等 型号：型号：Y132S-4,Y-异步电动机；异步电动机；132-机座中心高度机座中心高度132mm，S-短铁心；短铁心；4-极数。极数。 额定值额定值:正常运行时的主要数据指标。正常运行时的主要数据指标。 绕组联结方式：绕组联结方式：接法或者接法或者Y接法。接法。 额定电压额定电压UN： (V

7、)，额定运行时，规定加在定子绕组上的线电压；，额定运行时，规定加在定子绕组上的线电压； 额定电流额定电流IN： (A),额定运行时，规定加在定子绕组上的线电流；额定运行时，规定加在定子绕组上的线电流； 额定功率额定功率PN： (kW),额定运行时，电动机的输出功率；额定运行时，电动机的输出功率； 额定转速额定转速n： (r/min),额定运行时，电动机的转子转速；额定运行时，电动机的转子转速； 额定频率额定频率fN： (Hz)，规定的电源频率，规定的电源频率(50Hz)； 额定效率、额定功率因数额定效率、额定功率因数等等cos3cos3NNNNNIUIUP基本概念：基本概念： 线圈（绕组元件）

8、：是构成绕组线圈（绕组元件）：是构成绕组的基本单元。绕组就是线圈按一定的基本单元。绕组就是线圈按一定规律的排列和联结。线圈可以区分规律的排列和联结。线圈可以区分为多匝线圈和单匝线圈。为多匝线圈和单匝线圈。与线圈相关的概念包括：与线圈相关的概念包括：有效边；端部；线圈节距等有效边；端部；线圈节距等4 42 2 交流电机的绕组交流电机的绕组节距节距y1一般用槽数计算，节距应该接近极距一般用槽数计算，节距应该接近极距。1y1y整距绕组，整距绕组，1y短距绕组，短距绕组，长距绕组长距绕组 极距：极距：沿定子铁心内圆每个磁极所占的范围；沿定子铁心内圆每个磁极所占的范围； 用长度表示用长度表示/用槽数表示

9、；用槽数表示； 电角度：电角度： 转子铁心的横截面是一个圆，其几何角度转子铁心的横截面是一个圆，其几何角度(机械角度机械角度)为为360度。度。 从电磁角度看，一对从电磁角度看，一对N,S极构成一个磁场周期，即极构成一个磁场周期，即1对对极为极为360电角度；电角度； 电机的机对数为电机的机对数为p时，气隙时，气隙圆周的角度数为圆周的角度数为p 360电角电角度。度。 单层绕组一个槽中只放一个元件边；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。双层绕组一个槽中放两个元件边。 一个槽所占的电角度数称为一个槽所占的电角度数称为槽距角槽距角，用，用表示；表示； 每个极域内每相所占

10、的槽数称为每个极域内每相所占的槽数称为每极每相槽数每极每相槽数，用，用q表示。表示。pmZq2如图：如图：p=1， Z=12， m=3相带相带每个极距内属于同一相的槽在圆周上连续所占有的每个极距内属于同一相的槽在圆周上连续所占有的电角度区域。电角度区域。(上图为上图为60 相带相带)交流绕组分类：交流绕组分类：（1）单相、两相和三相；（）单相、两相和三相；（2）单层、双层和单双混合；）单层、双层和单双混合；（3）整数槽绕组（）整数槽绕组（q为整数）和分数槽绕组（为整数）和分数槽绕组（q为分数）为分数）Zp360二、交流绕组的基本要求二、交流绕组的基本要求1 1、正确的联接方式，产生规定的磁场极

11、数、正确的联接方式，产生规定的磁场极数联接方式：联接方式：X X1 1连连A A2 2形成形成2 2对极；对极；X X1 1连连X X形成一对极。形成一对极。2 2、m m相绕组必须对称相绕组必须对称均匀原则：均匀原则：每个极域内的槽数（线圈数）要相等，各相绕每个极域内的槽数（线圈数）要相等，各相绕组在每个极域内所占的槽数应相等；组在每个极域内所占的槽数应相等； 对称原则：对称原则：三相绕组的结构完全一样，但在电机的圆周空三相绕组的结构完全一样，但在电机的圆周空间互相错开间互相错开120电角度。电角度。 如槽距角为如槽距角为，则相邻两相错开的槽数为，则相邻两相错开的槽数为120/。电势相加原则

12、电势相加原则：线圈两个圈边的感应：线圈两个圈边的感应电势应该相加；线圈与线圈之间的连电势应该相加；线圈与线圈之间的连接也应符合这一原则。接也应符合这一原则。 如线圈的一个边在如线圈的一个边在N极下，另一极下，另一个应在个应在S极下。极下。3 3、交流绕组建立的磁场的空间分布为正弦分布，且旋转磁场在绕、交流绕组建立的磁场的空间分布为正弦分布，且旋转磁场在绕组中的感应电动势必须为正弦量；固要采用分布绕组和短距绕组组中的感应电动势必须为正弦量；固要采用分布绕组和短距绕组4 4、在一定的导体数之下，在一定的导体数之下， 建立的磁场最强而且感应电动势最建立的磁场最强而且感应电动势最大。大。 因此线圈的跨

13、距因此线圈的跨距y1尽可能接近极距尽可能接近极距， 而且对于三相绕组尽而且对于三相绕组尽可能采用可能采用600相带相带。5 5、用铜量少，下线方便等、用铜量少，下线方便等整距单层叠绕组整距单层叠绕组同心式绕组同心式绕组链式绕组链式绕组交叉链式绕组交叉链式绕组三、三相单层绕组三、三相单层绕组假设给定电机槽数假设给定电机槽数z1=24，要求绕成要求绕成极数极数2p=4，m m3 3的的单层绕组单层绕组。u 极距的计算极距的计算621pz槽槽u每极每相槽数的计算每极每相槽数的计算232224211pmzq槽槽1. 分极分相：分极分相：基本步骤：基本步骤：槽号1，23，45，67，89，1011，12

14、槽号13，1415，1617，1819，2021，2223，24相带名A1Z1B1X1C1Y1相带名A2Z2B2X2C2Y2将每个极域的槽数按三相均匀分开。三相在空间错开将每个极域的槽数按三相均匀分开。三相在空间错开120电电角度。角度。 u 划分相带划分相带 将将一对极域一对极域内属于内属于同一相同一相的某的某两个线圈边两个线圈边连成连成一个线圈，共有一个线圈，共有q个线圈。个线圈。 将将一对极域一对极域内属于内属于同一相同一相的的q个线圈个线圈连成一个连成一个线圈组；（共有多少个线圈组？）线圈组；（共有多少个线圈组？） 以上连接应符合电势相加原则。以上连接应符合电势相加原则。 将属于同一相

15、的将属于同一相的p个线个线圈组连成一相绕组，并圈组连成一相绕组，并标记首尾端。标记首尾端。 串联与并联：电势相串联与并联：电势相加原则。加原则。最大并联支路数最大并联支路数ap。 将三个构造好的单相绕组连成完整的三相绕组；将三个构造好的单相绕组连成完整的三相绕组； 接法或接法或Y接法；接法；四、三相双层绕组四、三相双层绕组双层绕组的每个槽内都有上下两个双层绕组的每个槽内都有上下两个线圈边，每个线圈的一个边线圈边，每个线圈的一个边放在某一个槽的上层，另一边放在相隔节距放在某一个槽的上层，另一边放在相隔节距y1的另一个槽的下的另一个槽的下层。整个绕组的线圈数等于槽数。层。整个绕组的线圈数等于槽数。

16、1 1、极距的计算、极距的计算621pz槽槽2 2、每极每相槽数的计算、每极每相槽数的计算232224211pmzq槽槽假设给定电机槽数假设给定电机槽数z1=24，要求绕成要求绕成极数极数2p=4，m1m13 3的双层绕组的双层绕组。3 3、节距、节距5651y槽槽将属于同一相的将属于同一相的2p个线圈组连成一相绕组，并标记首尾端。个线圈组连成一相绕组，并标记首尾端。 串联与并联，依照电势相加原则。最大并联支路数串联与并联，依照电势相加原则。最大并联支路数a2p 按照同样的方法构造其他两相。按照同样的方法构造其他两相。 连三相绕组。连三相绕组。 将三个构造好的单相绕组连成完整的三相绕组。将三个

17、构造好的单相绕组连成完整的三相绕组。三相三相 连接连接三相三相Y连接连接 交流绕组的构成：导体交流绕组的构成：导体-线圈线圈-线圈组线圈组-一相绕组一相绕组-三相绕组三相绕组 。4 43 3 交流绕组的感应电动势交流绕组的感应电动势 感应电势随时间变化感应电势随时间变化的波形和磁感应强度在的波形和磁感应强度在空间的分布波形相一致。空间的分布波形相一致。 只考虑磁场基波时，只考虑磁场基波时，感应电势为正弦波。感应电势为正弦波。 lvBtexx)( 感应电势的波形感应电势的波形 )cos(),(),(111tFtftB 磁场转过一对极，导体中的感应电势变化一个周期；磁场转过一对极，导体中的感应电势

18、变化一个周期； 对于定子绕组：磁场旋转一周，转过对于定子绕组：磁场旋转一周，转过p（电机的极对（电机的极对数）对磁极；导体中感应电势的频率数）对磁极；导体中感应电势的频率f=(pn/60)Hz 对于转子绕组：转速为对于转子绕组：转速为n（r/min)的电机，每秒钟转的电机，每秒钟转过过(p（n1-n）/60)对极；导体中感应电势的频率对极；导体中感应电势的频率f=(p n/60)Hz 导体感应电势导体感应电势 导体与磁场的相对速度：导体与磁场的相对速度： lvBEn max60 2n/pv 磁感应强度峰值和平均值之间的关系：磁感应强度峰值和平均值之间的关系： 感应电势最大值：感应电势最大值：

19、感应电势的有效值：感应电势的有效值：;2pBB1max22. 22fEEnn1max )( 22flBfflBEppn绕组中均匀分布着许多导体，这些导体中的感应电绕组中均匀分布着许多导体，这些导体中的感应电势势有效值，频率，波形有效值，频率，波形均相同；但是他们的均相同；但是他们的相位相位不不相同。相同。 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线圈的两个有效边处于磁场中相反的位置，于磁场中相反的位置，其感应电势相差其感应电势相差180电电角度。角度。 1212nnnyEEEE 整距线圈的感应电整距线圈的感应电势：势： 考虑到线圈的匝数后：考虑到线圈的匝数后：144. 4y

20、yfNE 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y1,其感应电势相位差其感应电势相位差是是180-电角度。电角度。 短距角：短距角：01180y 短距线圈的感应电势：短距线圈的感应电势： 11144. 42cos2yynykfNEE 短距系数：短距系数：)90sin(2cos22cos201111yEEknny整距线圈电势短距线圈电势 短距系数小于短距系数小于1，故短距线圈感应电势有所损失；但短距，故短距线圈感应电势有所损失；但短距可以削弱高次谐波可以削弱高次谐波. 每对极下属于同一相的每对极下属于同一相的q个线圈，构成一个线圈组。图中个线圈，构成一个线圈组。图中q=3

21、每个线圈的感应电势由两个线圈边的感应电势每个线圈的感应电势由两个线圈边的感应电势矢量相加矢量相加而成。而成。 整个线圈组的感应电势由所有属于该组的导体电势矢量相加。整个线圈组的感应电势由所有属于该组的导体电势矢量相加。 ) 1(01111qEEEEyyyq 矢量式矢量式321yyyyzEEEE 分布系数：分布系数：2sin2sin1qqqEEkyqq集中绕组的感应电势分布绕组的感应电势 线圈组的电势：线圈组的电势：q11k 44.4yqfNE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

22、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 apqNNy并联支路数每相总匝数1111444q kfN.E 相电势：相电势： 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 apqNNy21并联支路数每相总匝数 双层绕组要考虑到短距系数：双层绕组要考虑到短距系数： 1 1111

23、1144. 444. 4wqykfNkkfNE为绕组系数：为绕组系数：111qywkkk 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组电角度对称分布的三个单相绕组构成，三相相电势在构成，三相相电势在时间上相差时间上相差120度电角度度电角度。 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，线电势三角形接法，线电势=相电势相电势； 星形接法星形接法，相电势线电势 3 正弦分布的以转速正弦分布的以转速n1旋转的旋转磁场，在三相对成交流旋转的旋转磁场，在三相对成交流绕组（定子绕组、转子绕组）中会感应出三相对称交流电绕组（定子绕组、转子绕组）中会感应出

24、三相对称交流电势；势； 感应电势的波形同磁场波形，为正弦波；感应电势的波形同磁场波形，为正弦波； 感应电势的频率为感应电势的频率为 f=( np/60)Hz （定子：（定子： n= n1 ；转；转子：子： n= n1 n=sn1）；）；2sin2sin1qqkq)90sin(2cos011yky1 1111 1144. 444. 4wqykfNkkfNE 相电势的大小为相电势的大小为 111qywkkk 绕组系数绕组系数由于种种原因（定转子铁芯开槽、主极的外形、铁心的饱由于种种原因（定转子铁芯开槽、主极的外形、铁心的饱和、气隙磁场的非正弦分布），和、气隙磁场的非正弦分布）， 主极磁场在气隙中不

25、一主极磁场在气隙中不一定是正弦分布，定是正弦分布， 此时绕组的感应电动势中，此时绕组的感应电动势中， 除基波外还除基波外还有一系列高次谐波电动势。有一系列高次谐波电动势。 通常，主极磁场的分布与磁极中心线相对称，通常，主极磁场的分布与磁极中心线相对称， 故气隙磁故气隙磁场中含有奇次空间谐波。场中含有奇次空间谐波。 1、3、5 高次谐波：高次谐波： 对于发电机，电动势波形变坏，对于发电机，电动势波形变坏， 降低供电质量；降低供电质量； 本身杂散损耗增大，本身杂散损耗增大， 效率下降，效率下降， 温升增高；温升增高； 对邻近线路产生干扰。对邻近线路产生干扰。wkfE44. 4根据根据减小减小 或或

26、 可降低谐波，可降低谐波， 对齿谐波采用其它措施。对齿谐波采用其它措施。wk（1）采用短距绕组）采用短距绕组适当地选择线圈的节距，适当地选择线圈的节距， 使得某一次谐波的短距系数使得某一次谐波的短距系数等于或接近零，等于或接近零， 达到消除或减弱该次谐波的目的。达到消除或减弱该次谐波的目的。 ), 2 , 1(2 18090 090sin100101kkykyykyv例：为消除例：为消除5次谐波，次谐波， ，或54 ,5211yy从不过分消除基波和用铜考虑，从不过分消除基波和用铜考虑， 应选尽可能接近于整距的应选尽可能接近于整距的短节距。即短节距。即2k 1， ky21对于对于此时，此时， 1

27、1y换言之，换言之， 为了消除第为了消除第 次谐波，次谐波， 只要选比整距短只要选比整距短 的短距线圈的短距线圈4 44 4 交流绕组建立的磁动势交流绕组建立的磁动势一一 单个整距线圈的磁动势单个整距线圈的磁动势整距线圈磁动势分布曲线232cos2222cos22),(tINtINtfyyytIicos2整距线圈所建立的磁场分布单个整距线圈的磁动势单个整距线圈的磁动势t=0,i=Imt=90,i=0t=180, i=-Im结论：结论：1 整距线圈所形成的磁动势整距线圈所形成的磁动势在任何瞬时，空间的分布总在任何瞬时，空间的分布总是一个是一个矩形波矩形波。2 这种从空间上看位置固定，这种从空间上

28、看位置固定，从时间上看大小在正负最大从时间上看大小在正负最大值之间变化的磁动势，称为值之间变化的磁动势，称为脉振磁动势脉振磁动势。脉振的频率就脉振的频率就是交流电流的频率。是交流电流的频率。232cos2222cos22),(tINtINtfyyyvvviNfyycos)2(sin15cos513cos31cos)21(4tIicos2tvvvINtfyycoscos)2(sin15cos513cos31cos224),(coscos),(11tFtfyy基波磁动势：基波磁动势：yyyININF9 . 02241V次谐波磁动势：次谐波磁动势：vtFtfyvyvcoscos),(vFINvINv

29、Fyyyyv19 . 022411vppv2 线圈组的磁动势线圈组的磁动势（1）单层整距线圈组磁动势）单层整距线圈组磁动势yyyyINFFF9 . 0)3(1)2(1)1(1线圈组的合成基波磁动势线圈组的合成基波磁动势111qyqkqFF 2sin2sin1qqkq基波磁动势的分布因数基波磁动势的分布因数线圈组的合成线圈组的合成v次谐波磁动势次谐波磁动势qvyvqvkqFF2sin2sinvqqvkqvvFFyyv1coscos),(11tFtfqqvtFtfqvqvcoscos),( 一台四极三相异步电动机，定子槽数为一台四极三相异步电动机，定子槽数为36，计算其基波和，计算其基波和5次、次

30、、7次谐波磁动势的分布因数。次谐波磁动势的分布因数。例题例题解解2sin2sin1qqkq2sin2sinvqqvkqv每相每极槽数每相每极槽数q和槽距角和槽距角值值32323621mpzq203601zp960. 01qk217. 05qk177. 07qk分布绕组的合成磁动势中谐波含量要分布绕组的合成磁动势中谐波含量要比集中绕组中小得多。采用分布绕组比集中绕组中小得多。采用分布绕组是改善磁动势波形的有效措施之一。是改善磁动势波形的有效措施之一。（2）双层短距线圈组的磁动势）双层短距线圈组的磁动势双层绕组给定电机槽数双层绕组给定电机槽数z1=18，极数极数2p=2，m m1 13 3，y y

31、1 17 7。921pz33218211pmzq槽号1，2，34，5，67，8，910，11，1213，14，1516，17，18相带名A1Z1B1X1C1Y1（2）双层短距线圈组的磁动势）双层短距线圈组的磁动势（2）双层短距线圈组的磁动势）双层短距线圈组的磁动势短距线圈节距缩短的角度短距线圈节距缩短的角度短距角短距角 111yy111)1(122cos2yqqpkFFF合成基波磁动势合成基波磁动势90sin)180180(21cos2cos111yyky基波磁动势的短距系数基波磁动势的短距系数合成合成v次谐波磁动势次谐波磁动势yvqvpvkFF2)1(90sin1vykyvv 次谐波绕组系数

32、次谐波绕组系数 kwv=kqvkyv。总结：总结：1 1 绕组由集中的改为分布的，基波合成磁动势幅值应该打绕组由集中的改为分布的，基波合成磁动势幅值应该打一个折扣一个折扣kq1；2 2 线圈由整距改为短距的线圈由整距改为短距的基波合成磁动势幅值应该打一基波合成磁动势幅值应该打一个折扣个折扣ky1；11111)1(122yqyyqpkkqFkFF3 3 基波绕组系数基波绕组系数kw1=kq1ky1，由短距线圈组成的分布绕组的由短距线圈组成的分布绕组的基波合成磁动势幅值等于具有相同匝数的整距集中绕组的基波合成磁动势幅值等于具有相同匝数的整距集中绕组的基波合成磁动势幅值乘以系数基波合成磁动势幅值乘以

33、系数11111)2(9 . 0)2(9 . 09 . 02wyyqyyqykqNIkkqNIkkINq如果只看每对极产如果只看每对极产生的磁动势，生的磁动势， 与上面与上面的两极电机完全一样，的两极电机完全一样， 所以多极电机只研究所以多极电机只研究每对极磁动势就行了。每对极磁动势就行了。 一相绕组的总磁动一相绕组的总磁动势平均作用于各个磁势平均作用于各个磁极，极， 单相绕组磁动势，单相绕组磁动势， 不是一相绕组的总磁不是一相绕组的总磁动势，动势， 而是作用于一而是作用于一个磁极的磁动势。个磁极的磁动势。 2yyiN2yyiN-90090027003、单相绕组的磁动势、单相绕组的磁动势1112

34、yqkFF111qyqkqFF 11112yqykkqFFyyINF22411112242yqykkINqFkw1=kq1ky1aIIaIkqNFwy112224aIkpaqNapwy12224IpkNFw1119 . 0IpkNvFwvv19 . 01每相在一条支路内串联匝数每相在一条支路内串联匝数结论：结论：1）单相绕组的磁动势是一种空间位置上固定、幅值随时）单相绕组的磁动势是一种空间位置上固定、幅值随时间变化的脉振磁动势。间变化的脉振磁动势。2）单相绕组的基波磁动势幅值的位置与该相绕组的轴线相重合。）单相绕组的基波磁动势幅值的位置与该相绕组的轴线相重合。IpkNFW1119 . 03）单

35、相绕组脉振磁动势中的基波磁动势幅值）单相绕组脉振磁动势中的基波磁动势幅值v 次谐波磁动势幅值为次谐波磁动势幅值为谐波次数越高，幅值越小谐波次数越高，幅值越小IpkNvFwvv19 . 01单相正弦脉振磁势的分解：单相正弦脉振磁势的分解： 设设A相绕组通过电流：相绕组通过电流： tcos2Iia 其基波磁势为其基波磁势为: tcoscos1Ffa-11FF t)cos(21 t)cos(21FFfa F最高点的运行轨迹为最高点的运行轨迹为 t ，即最高点的位置随时间，即最高点的位置随时间以角速度以角速度运动。运动。 F最高点的运行轨迹为最高点的运行轨迹为 t ，即最高点的位置随时，即最高点的位置

36、随时间以角速度间以角速度运动。运动。 F+波是一个旋转波，在气隙空间以角度波是一个旋转波，在气隙空间以角度速速旋转，转速为：旋转，转速为：pfpfpn602260260 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的旋转磁势。相反的旋转磁势。二二 三相绕组的磁动势三相绕组的磁动势1 三相绕组的合成基波磁动势三相绕组的合成基波磁动势tIicos2A)120cos(2BtIi)240cos(2CtIi)cos()cos(23),(111111tFtFffftfCBA)480 cos(21) cos(21)240 cos()240cos()240 cos(21) cos(

37、21)120 cos()120cos() cos(21) cos(21 coscos011001011001111tFtFtFftFtFtFftFtFtFfcba)cos()cos(23),(111111tFtFffftfCBA 三相对称交流绕组通过三相三相对称交流绕组通过三相对称电流时将产生旋转磁势。对称电流时将产生旋转磁势。1 三相绕组的合成基波磁动势三相绕组的合成基波磁动势)cos(),(11tFtf1123FF IpkNFw1119 . 0IpkNFw11135. 10tcos),(11FtfAmIItIi2cos2A120t)120cos(),(11FtfBmIItIi2)120co

38、s(2B240t)240cos(),(11FtfCmIItIi2)240cos(2C三相绕组的合成基波磁动势的性质及特点：三相绕组的合成基波磁动势的性质及特点：1 一个空间上正弦分布，幅值大小不变的圆形旋转磁动势一个空间上正弦分布，幅值大小不变的圆形旋转磁动势波。波。2 合成基波磁动势的幅值是单相基波磁动势幅值的合成基波磁动势的幅值是单相基波磁动势幅值的3/2倍。倍。3 若电流是正序若电流是正序A-B-CA-B-C的，则磁动势波旋转方向是从的，则磁动势波旋转方向是从A相转相转向向B相，再转向相，再转向C相。相。 如果电流是负序如果电流是负序A-C-BA-C-B的，则磁动势波旋转方向是从的，则磁

39、动势波旋转方向是从A相相转向转向C相，再转向相，再转向B相。相。 因此，如果要改变三相异步电动机磁场的旋转方向，只因此，如果要改变三相异步电动机磁场的旋转方向，只要改变定子电流的相序，把定子绕组三个出线端的任意两要改变定子电流的相序，把定子绕组三个出线端的任意两个（例如个（例如B端端和和C端）对调即可。端）对调即可。4 旋转磁场的电角速度在数值上等于定子电流的角速度，旋转磁场的电角速度在数值上等于定子电流的角速度，其基波磁动势的同步转速其基波磁动势的同步转速pfn1160交流绕组建立磁动势的一般情况：交流绕组建立磁动势的一般情况：1产生旋转磁动势的条件：产生旋转磁动势的条件：v 必须有两个或两

40、个以上的绕组；必须有两个或两个以上的绕组；v 绕组的轴线在空间上必须错开（但不能互差绕组的轴线在空间上必须错开（但不能互差0 或或180 ）；）；v 绕组内的电流在时间上必须有相位差（但不能互差绕组内的电流在时间上必须有相位差（但不能互差0 或或180 ）。）。2 对称对称m相绕组通过对称相绕组通过对称m相电流时，所生成的磁动势是相电流时，所生成的磁动势是一个圆形旋转磁动势，转速为一个圆形旋转磁动势，转速为pfn11602 三相绕组的合成三相绕组的合成v次谐波磁动势次谐波磁动势(1) 三相合成的三次谐波磁动势三相合成的三次谐波磁动势3coscos33tFfA3cos120cos1203cos1

41、20cos333tFtFfB3cos240cos33tFfC3333),(CBAffftf0)240cos()120cos()cos(3cos3tttF在对称三相系统中，电机气隙中不存在在对称三相系统中，电机气隙中不存在3的奇数倍次的谐波磁的奇数倍次的谐波磁动势。动势。2 三相绕组的合成三相绕组的合成v次谐波磁动势次谐波磁动势(2) 三相合成的五次谐波磁动势三相合成的五次谐波磁动势5coscos55tFfA)1205cos(120cos1205cos120cos555tFtFfB)2405cos(240cos55tFfC)5cos(23),(55555tFffftfCBAIpkNFw51535

42、. 1511551nn在对称三相系统中，当谐波次数为在对称三相系统中，当谐波次数为v6k1时，三相合成磁时，三相合成磁动势是一个与基波转向相反的圆形旋转磁动势。动势是一个与基波转向相反的圆形旋转磁动势。2 三相绕组的合成三相绕组的合成v次谐波磁动势次谐波磁动势(3) 三相合成的七次谐波磁动势三相合成的七次谐波磁动势)7cos(23),(77tFtf1771nn 在对称三相系统中，当谐波次数为在对称三相系统中，当谐波次数为v6k1时，三相合成磁时，三相合成磁动势是一个与基波转向相同的圆形旋转磁动势。动势是一个与基波转向相同的圆形旋转磁动势。三三 定子三相绕组建立的磁场定子三相绕组建立的磁场 Ht

43、f),(1BH )cos(),(),(111tFtftB 若气隙均匀，若气隙均匀， 基波磁场也是以同步速旋转的圆形磁场；基波磁场也是以同步速旋转的圆形磁场； 忽略铁耗，忽略铁耗， 基波磁密波的幅值位置与产生它的基波磁动基波磁密波的幅值位置与产生它的基波磁动势波的幅值位置重合；势波的幅值位置重合； 考虑铁耗，基波磁密波的幅值位置落后于产生它的基波考虑铁耗，基波磁密波的幅值位置落后于产生它的基波磁动势波的幅值位置一个铁耗角。磁动势波的幅值位置一个铁耗角。 基波旋转磁场产生的经过气隙，同时匝链定子和转子绕组基波旋转磁场产生的经过气隙，同时匝链定子和转子绕组的磁通叫的磁通叫主磁通主磁通。 转子绕组切割

44、主磁通并在转子中产生感应电流；转子绕组切割主磁通并在转子中产生感应电流； 感应的转子电流在磁场中受到电磁力的作用而形感应的转子电流在磁场中受到电磁力的作用而形成驱动转矩，使电机旋转。成驱动转矩，使电机旋转。谐波磁动势建立的谐波磁场也匝链定转子，谐波磁动势建立的谐波磁场也匝链定转子， 但是但是对转子的作用不会产生有效的转矩，对转子的作用不会产生有效的转矩， 定子绕组产生的感应电动势的频率与基波频率一致，定子绕组产生的感应电动势的频率与基波频率一致， 影响定子回路的电压平衡，影响定子回路的电压平衡， 作为作为漏磁场漏磁场处理。处理。4 45 5 三相感应电动机转子静止时的运行分析三相感应电动机转子

45、静止时的运行分析一、转子被堵住时的转子基波磁动一、转子被堵住时的转子基波磁动势（转子静止）势（转子静止）定子定子转子转子相数相数m1m2每相匝数每相匝数N1N2基波绕组系数基波绕组系数k1k 2极对数极对数pp以三相绕线式感应电动机为例。以三相绕线式感应电动机为例。一、转子被堵住时的基波磁动势一、转子被堵住时的基波磁动势111119 . 02IpkNmF222229 . 02IpkNmFmkNfjE111144. 4mmkNfjkNfjE221222244. 444. 4pfn116011226060npfpfnmFFF21合成基波磁动合成基波磁动势（励磁磁动势）势（励磁磁动势）二、转子被堵住

46、时的三相感应电动机的基本方程二、转子被堵住时的三相感应电动机的基本方程1 磁动势平衡方程式的电流形式磁动势平衡方程式的电流形式mIpkNmIpkNmIpkNm111221211119 . 029 . 029 . 02miIkII21222111kNmkNmki电流变化系数电流变化系数miIkII21负载分量负载分量励磁电流励磁电流mmFFF21)(21FFFm 结论：理想空载运行时，结论：理想空载运行时，转子电流为转子电流为0，定子电流等，定子电流等于激磁电流；负载时，定子于激磁电流；负载时，定子电流随负载增大而增大。电流随负载增大而增大。11111XI jILjE11LX定子定子漏电抗漏电抗

47、漏电抗：漏磁通在定子（转子）绕组中会感应漏磁电势，该漏电抗：漏磁通在定子（转子）绕组中会感应漏磁电势，该电势用漏抗压降表示电势用漏抗压降表示:222XI jE22LX转子转子漏电抗漏电抗电流频率，绕阻匝数，漏磁路的磁阻是决定漏磁通电流频率，绕阻匝数，漏磁路的磁阻是决定漏磁通大小的主要因素。大小的主要因素。 比如，槽口宽，在槽口漏磁通小；端部长，则端部比如，槽口宽，在槽口漏磁通小；端部长，则端部漏磁通大。漏磁通大。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。 tiLtiNedddd01012112 电动势平衡

48、方程式电动势平衡方程式11111rIEEU定子：定子：11111111ZIErIXI jE1Z定子一相绕组的漏阻抗定子一相绕组的漏阻抗转子：转子：22220rIEE22222222rIXI jrIEE22ZI2Z转子一相绕组的漏阻抗转子一相绕组的漏阻抗3 主电动势表达式主电动势表达式mkNfjE111144. 4mkNfjE222244. 421ff ekkNkNEE221121电动势变比电动势变比mmZIE1)(mmmjXrImZ感应电动机励磁阻抗感应电动机励磁阻抗励磁电阻励磁电阻励磁电抗励磁电抗 电源电压不变，阻抗压降很小，电势近似不变；电源电压不变，阻抗压降很小，电势近似不变； 由公式：

49、由公式： m 近似不变；近似不变； 1m11144.4wkNfE结论：激磁磁势结论：激磁磁势Fm和激磁电流几乎不变和激磁电流几乎不变4 46 6 三相感应电动机转子转动时的运行分析三相感应电动机转子转动时的运行分析转子稳定运行时其旋转方向与旋转磁场方向相同，其转转子稳定运行时其旋转方向与旋转磁场方向相同，其转速速n小于磁场的同步转速小于磁场的同步转速n1。一一 转子转动时的物理情况转子转动时的物理情况1 转子绕组中感应电动势的交变频率转子绕组中感应电动势的交变频率6011pnf 定子定子转子转子60)(12nnpf%10011nnns1160SfpSn与与 的频率不同。的频率不同。1IsI2一

50、一 转子转动时的物理情况转子转动时的物理情况2 转子转动时的转子基波磁动势转子转动时的转子基波磁动势（2）相对转子的转速）相对转子的转速pfns22601160SnpfSswsIpkNmF222229 . 02（1）大小）大小（3）方向）方向若若 定子电流的相序定子电流的相序abc定子电流产生的磁动势的旋转方向定子电流产生的磁动势的旋转方向abc转子感应电动势相序转子感应电动势相序abc转子基波磁动势的旋转方向转子基波磁动势的旋转方向abc与定子磁动势方向相同与定子磁动势方向相同相对定子的转速相对定子的转速1122nSnnnnnss3 定转子回路的电动定转子回路的电动势平衡方程势平衡方程一一

51、转子转动时的物理情况转子转动时的物理情况1111ZIEU)(222222ssssssrjXIZIE22122222SXLfSLfXss)(222ssrjSXImmZIE12222222244. 444. 4SEkNSfkNfEmmss二、二、感应电动机的等效电路感应电动机的等效电路1 频率折算频率折算目的：用一个具有定子频率而等效于实际转子的电路去代换实目的：用一个具有定子频率而等效于实际转子的电路去代换实际转子电路。际转子电路。方法：在保证方法：在保证F2s与与F2完全相同的情况下用一个静止转子替代以完全相同的情况下用一个静止转子替代以转速转速n转动的转子。转动的转子。分析：分析： F2s与

52、与F2具有相同的转速和转向，但大小和空间相位不同。具有相同的转速和转向，但大小和空间相位不同。swsIpkNmF222229 . 02222229 . 02IpkNmFwsFF22sII221 频率折算频率折算)(2222ssssrjXIE222222)(sXrsEIs222222)(XsrEIs)(2222rjXIE sII2222221rssrsrr 222222sssXrEI)arctan(222rsXs222222)(sXrEIss)arctan(222srXs222222XrEI )arctan(222rX 在转子的每相中串入附加电阻，即可将实际在转子的每相中串入附加电阻，即可将实际

53、转动的电机当作转子静止不动的状态分析。转动的电机当作转子静止不动的状态分析。附加电阻上的功率实质上为实际转动转子的总机附加电阻上的功率实质上为实际转动转子的总机械功率械功率P 。2 转子绕组折算转子绕组折算（1） 转子电流的折算值转子电流的折算值将实际转子绕组用一个相数、每相串联匝数及基波绕组将实际转子绕组用一个相数、每相串联匝数及基波绕组系数均与定子绕组相同的等效转子绕组代替。系数均与定子绕组相同的等效转子绕组代替。原则：保证等效前后绕组所产生的基波磁动势相同原则：保证等效前后绕组所产生的基波磁动势相同22222211129 . 029 . 02IpkNmFIpkNmFwwikIIkNmkN

54、mI221112222（2） 转子电动势折算值转子电动势折算值原则：折算前后原则：折算前后 不变。不变。memmkkNkNkNfjkNfjEE22112221112244. 444. 421EE（3） 转子阻抗的折算值转子阻抗的折算值原则：折算前后转子回路的有功功率和无功功率不变。原则：折算前后转子回路的有功功率和无功功率不变。)()(22222221srImsrIm22rkkrie22222221XImXIm22XkkXie2222ZkkXjrZiesssrXsrX222222)arctan()arctan(2 转子绕组折算转子绕组折算3 折算后感应电机的基本方程折算后感应电机的基本方程11

55、11ZIEU)1()(22222222rssIZIXjsrIEmIII21mmZIEE21等效电路图等效电路图感应电动机的简化电路感应电动机的简化电路(注：电机正常运行时，注：电机正常运行时，励磁支路不能略去！励磁支路不能略去！)几种异步电动机的典型运行情况几种异步电动机的典型运行情况1、空载运行、空载运行0s21rssmx很大，则空载时功率因数很低。很大，则空载时功率因数很低。2、额定负载下运行、额定负载下运行05. 0Ns转子电路基本上是电阻性的，功率因数较高。转子电路基本上是电阻性的，功率因数较高。3、起动时的情况、起动时的情况0n1s012rss附加电阻为零，起动电流很大，附加电阻为零

56、，起动电流很大，功率因数较低。功率因数较低。一台一台2对极的三相异步电动机，定子绕组为三角形接对极的三相异步电动机，定子绕组为三角形接法，有关数据如下：法，有关数据如下：kW10NPV380NUmin/ r1452Nn相/33. 11r相/43. 21x相/12. 12 r相/4 . 42 x相/7mr相/90mx（1）试用）试用T形等效电路求额定负载时的定子电流、转子形等效电路求额定负载时的定子电流、转子电流、励磁电流、功率因数、输入功率和效率。电流、励磁电流、功率因数、输入功率和效率。练习练习 （2）电动机的机械损耗）电动机的机械损耗 ，额定负载时的附加损，额定负载时的附加损耗耗 ，试计算各种功率和转矩，试计算各种功率和转矩W100pW50pCu1PCu2PFePPMP2T0TT4-7 4-7 三相感应电动机的功率和转矩三相感应电动机的功率和转矩一、功率转换过程一、功率转换过程11111cosIUmP 电源输入功率电源输入功率12111CurImp定子绕组铜耗定子绕组铜耗m2m1FerImp定子铁心铁耗定子铁心铁耗srImIEmP22212221Mcos转子的电磁功率转子的电磁功率222122211rssImrIm转子轴上总机械功率转子轴上总机械功率P转子绕组铜耗转子绕