高级电工培训 三相异步电机

1、第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机变压器变压器空载空载负载负载简化等效电路简化等效电路T型等效电路型等效电路等效电路等效电路向量图向量图第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机交流电动机交流电动机电动机电动机直流电动机直流电动机鼠笼式鼠笼式绕线式绕线式异步机异步机同步机同步机他励、并励、串励、复励他励、并励、串励、复励第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机异步电动机的用途异步电动机的用途异步电动机广泛应用于工农业及民用电器的各个部门。异步电动机广泛应用于工农业及民用电器的各个部门。异步电动机的容量从几十瓦到数千千瓦，占各种电动机异步电动机的容量从几十瓦到数千千瓦，占各种电动机总数

2、的总数的90%左右。左右。优点优点：结构简单、制造方便、价格低廉、运行可靠、结构简单、制造方便、价格低廉、运行可靠、 坚固耐用、维修方便、运行效率较高等。坚固耐用、维修方便、运行效率较高等。缺点缺点：功率因数较低、调速性能不够好。功率因数较低、调速性能不够好。第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机 4.1 三相异步电动机的工作原理与结构三相异步电动机的工作原理与结构 4.2 三相异步电动机的定子绕组、定三相异步电动机的定子绕组、定子绕组的感应电势、定子磁动势子绕组的感应电势、定子磁动势 4.3 三相异步电动机的等值电路和相量图三相异步电动机的等值电路和相量图4.4 三相异步电动机的功率和转

3、矩三相异步电动机的功率和转矩 4.5 三相异步电动机的工作特性和参数测定三相异步电动机的工作特性和参数测定第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机n1neiNSf磁铁磁铁闭合闭合线圈线圈i方向用方向用右手定则右手定则确定确定f方向用方向用左手定则左手定则确定确定磁场旋转磁场旋转第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机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导线有效长度导线有效长度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 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ilBfn1n

4、eiNSf第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机1. 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：2. 线圈比磁场转得慢线圈比磁场转得慢1 nnn1neiNSf异步异步第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机转子转子(开槽，放有导体，开槽，放有导体，导体两端由短路环闭合）导体两端由短路环闭合）nNSTfn1fAXBYCZ定子上开槽放置完全相同定子上开槽放置完全相同的三个绕组的三个绕组AX、BY、CZ。空间互差空间互差120度（对称三相度（对称三相绕组）。绕组）。ABCpfn1160=22eBlvifT在在T的作用下，转子沿的作用下，转子沿着着n1的方向转起来

5、。的方向转起来。第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机 1、只要感应电动机的定子绕组产生旋转磁场，、只要感应电动机的定子绕组产生旋转磁场，转子绕组形成闭合回路，电动机就会旋转。转子绕组形成闭合回路，电动机就会旋转。 2、转子的旋转速度、转子的旋转速度n始终小于磁场的旋转速始终小于磁场的旋转速度度n1。 3、转子速度、转子速度n与磁场速度与磁场速度n1的转差的转差n，与磁，与磁场速度场速度n1的比值叫转差率的比值叫转差率s。第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机ABCXYZCBAit分析规定：分析规定： 电流电流I为正时，从首端流入、末端为正时，

6、从首端流入、末端流出；为负时从首端流出、末端流入流出；为负时从首端流出、末端流入1SN1 2 32SN3SN4 4SN5 5SN6SN6第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机旋转磁场的产生旋转磁场的产生上一页上一页下一页下一页返回返回上一节上一节下一节下一节第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机 磁磁极对数（极对数（p）的概念：的概念： 以以 Y 型接法为例，当每型接法为例，当每相绕组只有一个线圈时，按相绕组只有一个线圈时，按右下图放入定子槽内，合成右下图放入定子槽内，合成的旋转磁场只有一对磁极，的旋转磁场只有一对磁极，则极对数为则极对数为 1。即即 p = 1U1U2V1V2W2W1

7、上一页上一页下一页下一页返回返回上一节上一节下一节下一节U1U2V1V2W1W2i2i1i3第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机 以以 Y 型接法为例，将型接法为例，将每相绕组都改用两个线圈每相绕组都改用两个线圈串联组成。串联组成。 按下图放入定子按下图放入定子槽内，形成的磁场则槽内，形成的磁场则是两对磁极。是两对磁极。即即 p = 2 U1U2U3U4V1V4V2V3W4W1W2W3上一页上一页下一页下一页返回返回上一节上一节下一节下一节i3W2V4U1V1W1U2V2W3U3U4V3W4i1i2第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机上一页

8、上一页下一页下一页返回返回上一节上一节下一节下一节第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机 1、只要在三相对称绕组中通入三相对称的电、只要在三相对称绕组中通入三相对称的电流就会产生旋转磁场。流就会产生旋转磁场。 2、磁场的旋转速度、磁场的旋转速度n1=60f1/p。 3、改变通入电流的、改变通入电流的相序相序（交换两根电源线头）（交换两根电源线头）就可以改变电机的转向就可以改变电机的转向。第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机 由于转子转动的方向与磁场旋转的方向是一由于转子转动的方向与磁场旋转的方向是一致的，所以如果致的，所以如果n=n1，则磁场与转子之间就没，则磁场与转子之间就没有相对

9、运动，它们之间就不存在电磁感应关系，有相对运动，它们之间就不存在电磁感应关系，也就不能在转子导体中感应电动势、产生电流，也就不能在转子导体中感应电动势、产生电流，也就不能产生电磁转矩。转子减速，最终也就不能产生电磁转矩。转子减速，最终nn1。所以，感应电动机的转子速度不可能等于磁场所以，感应电动机的转子速度不可能等于磁场速度。因此，这种电动机一般也叫做异步电动速度。因此，这种电动机一般也叫做异步电动机。机。nn1转子转速转子转速nn1，即使在转子不带负载时也一样，即使在转子不带负载时也一样第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机 转差率是感应电动机运行情况的一个基本转差率是感应电动机运行情况

10、的一个基本数据，也是感应电动机一个很重要的参数。它数据，也是感应电动机一个很重要的参数。它的大小反映了转子的转速的大小反映了转子的转速 n（1s）n1。 一般，异步电动机额定运行时的转差率在一般，异步电动机额定运行时的转差率在5%以下，所以，异步电动机的额定速度只是略以下，所以，异步电动机的额定速度只是略小于磁场速度。小于磁场速度。 电动机工作状态时，电动机工作状态时，0nn1，则，则0s1。11nnns第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机电动机起动瞬间电动机起动瞬间:1= ,0=sn（转差率最大）（转差率最大）转差率最小），转子最大转速(01snn 分）转/( 60=11pfn1160

11、=nfp异步电机运行中异步电机运行中:%55.1Nspnf60=11第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机pfn1160=Hzf50=1r/min600=, 5=r/min750=, 4=r/min1000=, 3=r/min1500=, 2=r/min3000=, 1=11111npnpnpnpnp若已知nN =720r/min，求sN和p750=60=11pfn4=60=11nfp04. 075072075011nnnsNN第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机（1）定子绕组供电电源的相数分）定子绕组供电电源的相数分单相异步电动机单相异步电动机三相异步电动机三相异步电动机两相异步电

12、动机（控制系统中用）两相异步电动机（控制系统中用）（2）按转子绕组的结构型式分）按转子绕组的结构型式分绕线式异步电动机绕线式异步电动机笼式异步电动机笼式异步电动机 单笼单笼 双笼双笼 深槽式深槽式起动、制动及起动、制动及调速性能好调速性能好结构简单结构简单制造容易制造容易成本低成本低运行可靠运行可靠第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机三相绕线式异步电动机结构图三相绕线式异步电动机结构图第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机三相鼠笼式异步电动机结构图三相鼠笼式异步电动机结构图第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机 1、和其他旋转电机一样，感应电动机也是由、和其他旋转电机一样，感应电

13、动机也是由定子定子和和转子转子两大部分组成。两大部分组成。 2、定子定子与与转子转子之间为气隙，一般约之间为气隙，一般约0.21.5 mm，气隙的大小对电动机的性能影响很大。，气隙的大小对电动机的性能影响很大。与同容量直流电机相比，要小得多与同容量直流电机相比，要小得多. 气隙大，励磁电流大，功率因数变差。气隙大，励磁电流大，功率因数变差。 气隙小，装配困难，运行不可靠等。气隙小，装配困难，运行不可靠等。 第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机端盖端盖第四章第四章

14、交流异步电动机交流异步电动机端盖端盖第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机端盖端盖第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机散热筋散热筋第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机机座机座第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机风扇风扇第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机罩壳罩壳第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机罩壳罩壳第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机VVWUUW定子定子转子转子第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机由由机座、定子铁心、定子绕组和端盖机座、定子铁心、定子绕组和端盖等几部分组成：等几部分组成：1、机座机座：

15、 起起固定和支撑固定和支撑定子铁心的作用，一般用铸铁定子铁心的作用，一般用铸铁制造。封闭式中小型感应电机的机座表面有制造。封闭式中小型感应电机的机座表面有散散热筋片热筋片。要有足够的机械强度和刚度。要有足够的机械强度和刚度。2、定子铁心定子铁心： 主磁通磁路的一部分和安放定子绕组。由厚主磁通磁路的一部分和安放定子绕组。由厚0.5mm的硅钢片冲叠而成，铁心内开有均匀的的硅钢片冲叠而成，铁心内开有均匀的槽，嵌放定子绕组。槽，嵌放定子绕组。第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机3、定子绕组定子绕组： 电路部分，产生旋转磁场和输入电能。通过电路部分，产生旋转磁场和输入电能。通过电流建立磁场，感应电

16、动势实现机电能量转换。电流建立磁场，感应电动势实现机电能量转换。由完全相同的三个绕组组成，空间互差由完全相同的三个绕组组成，空间互差120度，度，可接成可接成Y或或。一个槽内可放单层也可放双层。一个槽内可放单层也可放双层。4、端盖：端盖： 安装轴承支撑转子。保证定转子之间的同心安装轴承支撑转子。保证定转子之间的同心度，还起到保护定转子线圈的作用及作为通风度，还起到保护定转子线圈的作用及作为通风的风路。的风路。第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机定子绕组定子绕组第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机第四

17、章第四章 交流异步电动机交流异步电动机定子绕组的接法：定子绕组的接法：第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机YAXBCZ定子绕组在接线盒中布置定子绕组在接线盒中布置定子绕组的定子绕组的Y型连接型连接定子绕组的定子绕组的型连接型连接AABBCCZZXXYY第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机 有时铭牌上标有时铭牌上标“电压电压380/220，Y/”表示：表示： 电压电压=380V时，应接成时，应接成Y 电压电压=220V时，应接成时，应接成三相异步电机的定子可接成三相异步电机的定子可接成Y或或第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机接线盒接线盒第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动

18、机第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机 由由转轴、转子铁心和转子绕组转轴、转子铁心和转子绕组组成：组成：1、转子铁心：转子铁心：和定子铁心一样，既是电动机磁路的一和定子铁心一样，既是电动机磁路的一部分，又能安放转子绕组。也由部分，又能安放转子绕组。也由0.5mm厚的硅钢片厚的硅钢片叠叠压而成。压而成。2、转子绕组：转子绕组：产生产生感应电动势、电流并产生电磁转矩。感应电动势、电流并产生电磁转矩。 有笼型和绕线型两种。有笼型和绕线型两种。 （1）笼型绕组：笼型绕组：每槽放一导体，导体用铜条或铝条，每槽放一导体，导体用铜条或铝条，两头用端环联接。结构可靠简单，但是转子电阻固定。两头用端环联接

19、。结构可靠简单，但是转子电阻固定。 （2）绕线型转子：绕线型转子：与定子绕组一样的对称三相绕组。与定子绕组一样的对称三相绕组。接成星型的三相绕组通过滑环、电刷与外电路联接，接成星型的三相绕组通过滑环、电刷与外电路联接，便于串入电阻改善电动机的起动、运行性能。便于串入电阻改善电动机的起动、运行性能。第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机气隙气隙 定子与转子之间的间隙，定子与转子之间的间隙，0.21.5mm；比同容量；比同容量的直流电动机的气隙小得多。的直流电动机的气隙小得多。 气隙越大，功率因数越低。气隙越大

20、，功率因数越低。第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机1、额定功率额定功率PN (kW) ：额定工况下额定工况下，转轴上输出的机械功率。，转轴上输出的机械功率。2、额定电压额定电压UN ( V或或KV )：额定工况下额定工况下，加在定子绕组出线，加在定子绕组出线端的端的线电压线电压。3、额定电流额定电流IN(A)：电动机在额定电压额定频率下，轴上输电动机在额定电压额定频率下，轴上输出额定功率下出额定功率下，在定子绕组中流过的，在定子绕组中流过的线电流线电流。 三相异

21、步电动机三相异步电动机型型 号号 Y132S6功功 率率 3 kW 频频 率率 50Hz电电 压压 380 V 电电 流流 7.2 A 联联 结结 Y转转 速速 960r/min 功率因数功率因数 0.76 绝缘等级绝缘等级 B第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机 4、额定速度额定速度nN (r/min) ：在额定电压、额定频率下，轴在额定电压、额定频率下，轴上输出额定功率时的转子转速。上输出额定功率时的转子转速。 5、额定频率额定频率fN (Hz) ：感应电动机的额定频率均为感应电动机的额定频率均为50Hz。 三相异步电动机三相异步电动机型型 号号 Y132S6功功 率率 3 kW 频

22、频 率率 50Hz电电 压压 380 V 电电 流流 7.2 A 联联 结结 Y转转 速速 960r/min 功率因数功率因数 0.76 绝缘等级绝缘等级 B第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机 三相异步电动机三相异步电动机型型 号号 Y132S6功功 率率 3 kW 频频 率率 50Hz电电 压压 380 V 电电 流流 7.2 A 联联 结结 Y转转 速速 960r/min 功率因数功率因数 0.76 绝缘等级绝缘等级 B型号型号 Y132S6Y系列异步机系列异步机机座中心高度机座中心高度机座长度代号机座长度代号 2p = 6n1 = 1 000 r/min磁极数磁极数第四章第四章

23、交流异步电动机交流异步电动机 指电动机所采用的绝缘材料按它的耐热程度规定的等指电动机所采用的绝缘材料按它的耐热程度规定的等级。常用绝缘材料的级别及其最高允许温度如表所示级。常用绝缘材料的级别及其最高允许温度如表所示。绝缘等级绝缘等级级别级别AEBFH最高允最高允许温许温度度（）105120130155180第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机三相异步电动机的铭牌三相异步电动机的铭牌第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机额定效率额定效率额定功率因数额定功率因数绕线式：绕线式：转子绕组的接法、转子额定电压

24、（定转子绕组的接法、转子额定电压（定子加额定频率的额定电压而转子绕组开路时滑子加额定频率的额定电压而转子绕组开路时滑环间的电压）和转子额定电流。环间的电压）和转子额定电流。NNNNNIUPcos3记住这个公式：对于三相（异步）电机记住这个公式：对于三相（异步）电机第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机旋转磁场对定子绕组的要求：旋转磁场对定子绕组的要求：1、通入三相对称电流，能产生所需磁极数的旋转磁场。、通入三相对称电流，能产生所需磁极数的旋转磁场。2、所产生的、所产生的 磁场在定子周围上分布尽量接近正弦波形，磁场在定子周围上分布尽量接近正弦波形，以保证感应电动势为正弦波。以保证感应电动势为

25、正弦波。3、机械强度、绝缘强度足够，散热好。、机械强度、绝缘强度足够，散热好。4、用铜少、绝缘性能可靠、制造维修方便。、用铜少、绝缘性能可靠、制造维修方便。第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机1、按槽内元按槽内元件边的层数可分件边的层数可分为为单层绕组、单单层绕组、单双层混合双层混合和和双层双层绕组绕组。2、单层绕组按联单层绕组按联接方式不同可分为接方式不同可分为等等元件、链式、交叉式元件、链式、交叉式和同心式绕组和同心式绕组等。等。3、双层绕组双层绕组可分为可分为双层迭双层迭绕组和双层波绕组和双层波绕组绕组。单层绕组电气性能稍差，但制造方单层绕组电气性能稍差，但制造方便，常用于便，常用

26、于10kW以下的电机中。以下的电机中。4、按相数分为按相数分为单相、两相和三单相、两相和三相绕组。相绕组。5、按每极每相槽数分为按每极每相槽数分为整数槽整数槽绕组和分数槽绕组。绕组和分数槽绕组。第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机2、线圈：线圈：由由单匝或多匝单匝或多匝串联而成，是组成交流串联而成，是组成交流绕组的基本单元。绕组的基本单元。1、空间电角度：空间电角度：磁场变化一周，相当于磁场变化一周，相当于360度电角度度电角度 空间电角度空间电角度=p机械角度机械角度602 pnp机械角度：电机圆周从几何上量度为机械角度：电机圆周从几何上量度为360度。度。3、极距：极距：相邻两磁极轴

27、线之间的距离。它可用相邻两磁极轴线之间的距离。它可用定子槽数或定子内圆弧长来表示。定子槽数或定子内圆弧长来表示。pZ21第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机、槽距角槽距角：相邻两槽之间的电角度叫槽距角：相邻两槽之间的电角度叫槽距角 5、每极每相槽数：每极每相槽数：每个极下每相所占有的槽数叫每个极下每相所占有的槽数叫每极每相槽数每极每相槽数q 7、相带相带112=pmZq10360Zp 4、线圈节距线圈节距y1:线圈的两个有效边所跨的距离，线圈的两个有效边所跨的距离，用槽数表示。用槽数表示。整距绕组1y短距绕组1y长距绕组1y第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机1、同一相绕组在一个极

28、距内所、同一相绕组在一个极距内所连续占有的宽度（用电角度表连续占有的宽度（用电角度表示）称为相带。对于三相绕组，示）称为相带。对于三相绕组，一个极距内等分成三个区域，一个极距内等分成三个区域，每个区域分别为一相绕组所占每个区域分别为一相绕组所占据。据。2、三相感应电动机中，每相占、三相感应电动机中，每相占有有60度，称为度，称为60度相带。次序度相带。次序为：为：A、Z、B、X、C、Y（或（或U1、W2、V1、U2、W1、V2）。）。第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机 1、交流绕组通过电流后，必须形成规定的极对数。、交流绕组通过电流后，必须形成规定的极对数。 2、多相绕组必须对称多相绕

29、组必须对称。不仅要求匝数、跨距、线径。不仅要求匝数、跨距、线径及圆周上的分布情况相同，而且空间对称（即及圆周上的分布情况相同，而且空间对称（即m相绕组的相绕组的轴线在空间上互差轴线在空间上互差360/m）。）。 3、交流绕组通过交流所建立的磁场在空间的分布为、交流绕组通过交流所建立的磁场在空间的分布为正弦分布正弦分布。且旋转磁场在交流绕组的感应电动机随时间。且旋转磁场在交流绕组的感应电动机随时间按正弦规律变化。按正弦规律变化。采用采用分布绕组和短距绕组分布绕组和短距绕组。 4、在一定数目的导体下，能够获得、在一定数目的导体下，能够获得最大的电动势和最大的电动势和磁动势磁动势。 5、用铜少、绝缘

30、性能可靠、制造维修方便。、用铜少、绝缘性能可靠、制造维修方便。第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机 1、2p=2，q=1 （举例举例） 2、2p=4，q=1 （举例举例）优点：每槽只有一个线圈边，嵌线方便，槽利用率高。优点：每槽只有一个线圈边，嵌线方便，槽利用率高。缺点：性能较差。缺点：性能较差。第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机ZCBYAX 定子上槽数定子上槽数 为为Z1=2mpq =6，=3AZBXCY第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机BYAXCZAZBXCYAZBXCYA、B、C三相绕组互差三相绕组互差120度，度，完全对称，以后只要画出一相。完全对称，以后只要画出

31、一相。第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机与单层绕组相比，选择合适的短距，从而改善电磁性能。与单层绕组相比，选择合适的短距，从而改善电磁性能。槽数三相绕组的总线圈数第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机磁场旋转磁场旋转切割定子绕组切割定子绕组切割转子绕组切割转子绕组(若若n不等于不等于n1)定子绕组感应电动势定子绕组感应电动势转子绕组感应电动势转子绕组感应电动势线圈的感应电动势线圈的感应电动势1144.4电动势 整距.1fET线匝第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机2.整距绕圈电动势整距绕圈电动势(1)感应电动势的频率与旋转磁场的频率相同感应电动势的频率与旋转磁场的频率相同60

32、11pnf (2)感应电动势的有效值感应电动势的有效值111144. 42yyyNfNfE与变压器相同与变压器相同11111144. 42yyyyykNfkNfE3.短距绕圈电动势短距绕圈电动势基波短距系数基波短距系数线圈的匝数线圈的匝数12sin1yky第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机线圈组的基波电动势线圈组的基波电动势由由q个个Ny相同的线圈，空间上互差相同的线圈，空间上互差角个线圈组成角个线圈组成1111111111144. 444. 4NyqyyqyqkNqfkkqNfkEqE12sin2sin2sin11111qyNqykkkqqkyk基波短距系数基波短距系数基波绕组系数基

33、波绕组系数基波分布系数基波分布系数第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机一相绕组的感应电动势一相绕组的感应电动势每相绕组由每相绕组由2p(双层双层)或或p个个(单层单层)线圈组串联而成。线圈组串联而成。双层绕组双层绕组1111111144. 4244. 4NNykNfkapqNfE双层绕组每相串联匝数双层绕组每相串联匝数yqNapN21单层绕组单层绕组1111111144. 444. 4NNykNfkapqNfE双层绕组每相串联匝数双层绕组每相串联匝数yqNapN 1第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机1111144. 4NkNfE一相绕组的基波电动势一相绕组的基波电动势111144

34、. 4yyNfE单个整距的基波电动势单个整距的基波电动势A、B、C三相线圈有效匝数三相线圈有效匝数N1kN1相同，相同，相位互差相位互差120电角度，同一个基波旋转电角度，同一个基波旋转磁场在三相绕组中产生的基波电动势磁场在三相绕组中产生的基波电动势大小相等，频率相同，相位互差大小相等，频率相同，相位互差120度，度，互相对称。互相对称。一个分布短距的一个分布短距的实际相绕组实际相绕组一个匝数为一个匝数为N1kN1的单个整距线圈的单个整距线圈基波电动势相等基波电动势相等等效等效111144. 4NCBAkNfEEE601pnf AEBECEXCZYBABCA第四章第四章 交流异步电动机交流异步

35、电动机B1B3B5B1vff 基波与谐波都要切割定子绕组，产生感应电动势，基波与谐波都要切割定子绕组，产生感应电动势，基波磁场产生的感应电动势为基波电动势，基波磁场产生的感应电动势为基波电动势，谐波磁场产生的感应电动势为谐波电动势。谐波磁场产生的感应电动势为谐波电动势。1n1160vfvpnf频率频率大小大小NkNfE144.4qvyvNvqykkkaqqkvyk2sin2sin2sin定子绕组的谐波电动势定子绕组的谐波电动势第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机NIF 1.整距线圈的磁动势整距线圈的磁动势4.4.1.单相绕组的磁动势单相绕组的磁动势AXNS0AXAX2223yiN21yf

36、)232(21)22-(21当当yyyiNiNf第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机波形图波形图基波波形图基波波形图第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机)232(cos22)22-(cos22当当tINtINfyyytIicos2若电流气隙磁动势在圆周仍按矩形变化，气隙磁动势在圆周仍按矩形变化，但幅值按余弦变化，矩波在空间但幅值按余弦变化，矩波在空间位置不随时间变化，称为脉振磁位置不随时间变化，称为脉振磁动势，频率与电流的频率。动势，频率与电流的频率。分解为基波、奇次谐波分解为基波、奇次谐波7531531cos5coscos3coscoscoscoscos2sin15cos513c

37、os31cos224yyyyyyyyyfffftFtFtFttINf基波磁动势基波磁动势yyyyyININFtFf9 . 0224coscos111基波磁动势的极数等于电机基波磁动势的极数等于电机的极数，磁动势幅值位置的极数，磁动势幅值位置与与A相线圈的轴线重合。相线圈的轴线重合。第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机yvqvyqvyyyqyqyqkqkINvFINFykqqkkkqFF9 . 019 . 02sin2sin2sin1111111幅值2.短距线圈组的磁动势短距线圈组的磁动势第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机3.单相绕组的磁动势单相绕组的磁动势无论极数多少，一相绕组所

38、建立的每极磁动势由该相绕组在无论极数多少，一相绕组所建立的每极磁动势由该相绕组在一对极范围内所交链的上下层两个线圈组电流所决定。一对极范围内所交链的上下层两个线圈组电流所决定。11111111119 . 029 . 0)(2242211IpkNqNappIkaIkkNqkFFFNyNyqyyqqyqNapN21双层绕组每相串联匝数；双层绕组每相串联匝数；aII 1相电流的有效值相电流的有效值111qyNkkk基波绕组系数基波绕组系数yqNapN 1单层绕组每相串联匝数；单层绕组每相串联匝数；第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机119.01IpkNFN谐波幅值谐波幅值基波瞬时值基波瞬时值谐

39、波瞬时值谐波瞬时值tkpNItFfNcos9 .0cos11111tkpNIvtFfNvvvcos9 .01cos11第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机结结 论论 （2）单相绕组基波磁动势幅值的位置与该相绕组的轴线相重合。）单相绕组基波磁动势幅值的位置与该相绕组的轴线相重合。（4） 单相绕组脉振磁动势的基波最大幅值为：单相绕组脉振磁动势的基波最大幅值为：1119 . 01IpkNFN单相绕组脉振磁动势单相绕组脉振磁动势的谐波最大幅值为：的谐波最大幅值为：119 . 01IpkNFN（1）单相绕组的磁动势是一种在空间位置固定、幅值随时间）单相绕组的磁动势是一种在空间位置固定、幅值随时间变

40、化的脉动磁动势，基波及所有谐波磁动势在空间按余弦规律变化的脉动磁动势，基波及所有谐波磁动势在空间按余弦规律分布，且有固定不变的位置，而波幅随时间按余弦规律脉振。分布，且有固定不变的位置，而波幅随时间按余弦规律脉振。（3）采用分布及短距绕组，可以显著地减小高次谐波幅值，）采用分布及短距绕组，可以显著地减小高次谐波幅值，可以改善磁动势波形。可以改善磁动势波形。第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机NkF分布短距削弱谐波磁动势分布短距削弱谐波磁动势(5,7,11,13)磁动势沿圆周的分布趋于正弦分布。磁动势沿圆周的分布趋于正弦分布。二、二、 三相绕组的磁动势三相绕组的磁动势tIiAcos2)12

41、0cos(2tIiB)240cos(2tIiCABCcoscos,11tFtfA)120cos()120cos(,11tFtfB)240cos()240cos(,11tFtfCtFtFffftfCBAcos)cos(23,111111. 三相绕组的基波磁动势三相绕组的基波磁动势第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机tFtfcos,112CBAit13ABC1F1F1Fcos11Ff )120cos(11Ff)240cos(11Ff第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机结论结论 波形：波形： 三相合成基波磁动势是一个空间正弦分布，三相合成基波磁动

42、势是一个空间正弦分布，幅值大小不变，幅值位置随时间而移动的旋转磁幅值大小不变，幅值位置随时间而移动的旋转磁动势（圆形旋转磁动势波）。动势（圆形旋转磁动势波）。11111135.19 .0231NNkpINkpINF大小：大小：三相合成基波磁动势的幅值三相合成基波磁动势的幅值为：为：转向：转向：当某相电流为最大值时，三相合成磁动势的幅值当某相电流为最大值时，三相合成磁动势的幅值正好转到该相绕组的轴线上。相序正好转到该相绕组的轴线上。相序A-B-C，三相合成基，三相合成基波磁动势，幅值先与波磁动势，幅值先与A重合，再到重合，再到B，再到，再到C。旋转磁动势对产生它的绕组的转向：旋转磁动势对产生它的

43、绕组的转向：从电流导前相绕组从电流导前相绕组转向电流落后相绕组转向电流落后相绕组。第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机转速：转速：波幅的转速（基波磁动势同步速度）。波幅的转速（基波磁动势同步速度）。minr/6011pfn幅值的瞬时位置：幅值的瞬时位置： 当某相绕组的电流达到正的当某相绕组的电流达到正的最大值时，三相合成基波旋转磁动势正好与该相最大值时，三相合成基波旋转磁动势正好与该相绕组的轴线重合。当电流在时间上变化了任意一个绕组的轴线重合。当电流在时间上变化了任意一个电角度时，三相合成基波磁动势在空间位置上也电角度时，三相合成基波磁动势在空间位置上也移动了数值上与之相等移动了数值上与

44、之相等 的空间电角度。的空间电角度。极对数极对数：为电机的极对数为电机的极对数p。第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机结结 论论 推推 广广1.交流绕组产生旋转磁动势的条件是：交流绕组产生旋转磁动势的条件是：两个或两两个或两个以上的绕组，轴线在空间必须错开，通入的电个以上的绕组，轴线在空间必须错开，通入的电流也必须有相位差流也必须有相位差。.对称对称m相电流通入相电流通入m相电流时，相电流时，m相合成基波相合成基波磁动势是一个圆形旋转磁动势。幅值为一相的磁动势是一个圆形旋转磁动势。幅值为一相的m/2倍，同步速为倍，同步速为n1，方向为电流导前相绕组转，方向为电流导前相绕组转向落后相绕组。

45、向落后相绕组。第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机定子多相绕组定子多相绕组1111,pkNmN转子多相绕组转子多相绕组2222,pkNmNpppkkNNmmNN21212121,转子绕组可以用一个转子绕组可以用一个 定子绕组来等效代替定子绕组来等效代替111,NkNm分析以分析以m2=m1的三相绕线式感应电机为例的三相绕线式感应电机为例第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机一、转子被堵住时的转子基波磁动势一、转子被堵住时的转子基波磁动势ABCACB12aabc1f1U1E1E1I1FmB1n2F2n0n2E2E2I111119 . 02IpkNmFN定子定子幅值幅值转速转速pfn11

46、60转向：逆时针转向：逆时针222229 . 02IpkNmFN转子转子幅值幅值转速转速pfn2260转向：逆时针转向：逆时针fff21第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机同步旋转，相对静止转向一致，转速相等，、21FF1021FFF矢量相加，得到一个矢量相加，得到一个合成基波磁动势合成基波磁动势F10定子磁动势定子磁动势转子磁动势转子磁动势励磁磁动势励磁磁动势10111109 . 02IpkNmFN励磁电流励磁电流第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机二、转子被堵住时的三相感应电动机的基本方程式二、转子被堵住时的三相感应电动机的基本方程式1、磁动势平衡方程式的电流形式、磁动势平衡方

47、程式的电流形式10102211,IFIFIF与与与10111222211119 . 029 . 029 . 02IpkNmIpkNmIpkNmNNNLiiIIkIIIIkII11021011021或222111:NNikNmkNmk 式中感应电机的电流变比感应电机的电流变比负载分量负载分量励磁电流分量励磁电流分量第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机、电动势平衡方程式、电动势平衡方程式111111111111ZIErIXIjErIEEU定子一相定子一相绕组的漏绕组的漏阻抗阻抗22202220220222200ZIErIXIjErIEE)(20222220jXrIZIE转子静止时转子静止时一

48、相绕组一相绕组的漏阻抗的漏阻抗11IR11E22IR22E1U1I2I111INF222INF10110INFm1E20E第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机、主电动势表达式、主电动势表达式mNmNmNkNfjkNfjEkNfjE2212222111144. 444. 444. 4eNNkkNkNEE221121电动势之比电动势之比参照变压器参照变压器)(10101mmmjXrIZIE励磁阻抗励磁阻抗mr励磁电阻，反映铁耗大小的一个等效电阻励磁电阻，反映铁耗大小的一个等效电阻mFerImp2101mX励磁电抗，主磁通在定子一相绕组中产生的电抗励磁电抗，主磁通在定子一相绕组中产生的电抗若不

49、计铁耗若不计铁耗1011110144. 4IkNfIEXmNm第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机1111ZIEUmNmekNfjZIEkE111102144. 4ikIII21102220ZIE转子静止且转子短接时的基本方程式：转子静止且转子短接时的基本方程式：第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机转子绕组的折算转子绕组的折算定子多相绕组定子多相绕组1111,pkNmN转子多相绕组转子多相绕组2222,pkNmN,212121NNkkNNmm1, 1eikk计算与绘图不方便，不能导出等效电路计算与绘图不方便，不能导出等效电路转子绕组折算：保持电磁本质不变，把转子绕组折算成定子绕组转

50、子绕组折算：保持电磁本质不变，把转子绕组折算成定子绕组1.转子电流的折算值转子电流的折算值22FF 222221119 . 029 . 02IpkNmIpkNmNNikII/22第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机.转子电动势的折算值转子电动势的折算值eNNmNmNkkNkNkNfjkNfjEE2211222111202044. 444. 4122EEkEe阻抗阻抗2222ZkkjXrZie3.转子阻抗的折算值转子阻抗的折算值第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机1111ZIEUmNmkNfjZIEE111102144. 42110III)(202220jXrIE 感应电机的基本方程

51、组：感应电机的基本方程组：四、感应电机的等值电路四、感应电机的等值电路1X1r2X2rmrmX“T”形等效电路形等效电路1U1I21 EE2I第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机一、转子转动时的物理情况一、转子转动时的物理情况 1、转子转动时的转子频率、转子转动时的转子频率转子转速为转子转速为n，且与，且与n1同向，气隙旋转磁场同向，气隙旋转磁场Bm切割转子绕组的速度切割转子绕组的速度11snnnn感应电动势的频率感应电动势的频率11260s60sfnpnpf2、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222FIEsssNIpkNmF222229 . 02:幅值112260

52、60:snpfspfns转速方向一致与轴线到滞后相绕组轴线方向：超前相电流绕组1,ncba第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机1122nsnnnnns转子磁动势对定子的转速转子磁动势对定子的转速两者始终静止）无论转子速度为多少，止。仍然同步旋转，相对静与(12FF1210FFF 磁动势平衡方程式磁动势平衡方程式1210IkIIi由于定转子电流频率不相同，所以由于定转子电流频率不相同，所以第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机3、定、转子回路的电动势平衡方程式、定、转子回路的电动势平衡方程式20221222244. 444. 4sEkNfskNfEmNmNs1111ZIEUmZIE10

53、1)(222222sssjXrIZIE202122222sXLfsLfXs)(2022222jsXrIZIEss不能写成相量，不能写成相量，频率不相同频率不相同由于定转子电动势频率不相同由于定转子电动势频率不相同eskEssEE122第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机异步电动机负载运行时的物理过程异步电动机负载运行时的物理过程11IR11E22IR2sE21U1I2I2U111INF222INF10110INFm1EsE2第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机二、频率折算二、频率折算频率折算：把转子实际频率频率折算：把转子实际频率f2用其定子频率用其定子频率f1来替代。来替代。折算

54、原则：替代前后保持电机的电磁本质不变折算原则：替代前后保持电机的电磁本质不变实际上：用一个等效的静止转子来代替转速实际上：用一个等效的静止转子来代替转速n的转子的转子sFF22转向、转速、大小及空间相位完全相同转向、转速、大小及空间相位完全相同自然满足自然满足替代要求替代要求sII22大小大小空间相位空间相位s222222222222222222srXEsXrsEsXrEIsssrXrXss22222arctanarctan第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机2222222222222222srXEsXrsEsXrEIsssrXrXss22222arctanarctan若将转差率为若将转

55、差率为s的转子堵住，同时在转子每相中串入一个附加电阻的转子堵住，同时在转子每相中串入一个附加电阻使转子电阻变为使转子电阻变为21rsssrrssr2221222222srXEIsrX222arctansFF22一个实际在转动的感应电机，一个实际在转动的感应电机，可以当作静止不动的情况分析，可以当作静止不动的情况分析，只须在转子回路中每相增加一个只须在转子回路中每相增加一个附加电阻附加电阻第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机1111ZIEUmNmekNfjZIEkE111102144. 4ikIII2110)1()(22222222rssIZIjXsrIE转子转动后的的基本方程组：转子转动

56、后的的基本方程组：附加电阻的物理意义：附加电阻的物理意义：实际转动时实际转动时：)(22222ppPPrIms铜耗等效后等效后： 222222221rssImrIms铜耗实质表征转动转子的总机械功率实质表征转动转子的总机械功率是转差率的函数，是转差率的函数，反映机械负载的大小反映机械负载的大小及感应电机的运行状态及感应电机的运行状态第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机1111ZIEUmNmkNfjZIEE111102144. 42110III)1()(22222222rssIZIjXsrIE 感应电机的基本方程组：感应电机的基本方程组：四、感应电机的等值电路四、感应电机的等值电路1X1r

57、2X2r21rssmrmX“T”形等效电路形等效电路1U1I21 EE2I不变，压降不大，小，空载到额定负载，mUEIZZ11111第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机短路电抗短路电抗短路电阻短路电阻1X1rmrmX1U0I1E很低转子开路空载：021cos,1, 0,rsssnn1kXkrkUkI视励磁支路断开起动）：堵住, 01, 1, 0(2rsssn285%.80%,cos,20%,5122可达提高定子边的转子支路呈电阻性，运行于额定状态，rsrsN3第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机感应电动机的简化等值电路感应电动机的简化等值电路1X1r2X2r21rssmrmX简化等

58、效电路1U1ImI2I1r1X工程上较实用，参数可以试验测出第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机五、感应电机的相量图五、感应电机的相量图22RI22XjI21EE10Im1I2I1E11RI11XIj1U1cosmmFeXR /arctan2I2功率因数是滞后的功率因数是滞后的第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机转子堵转，即s=1，附加电阻=0 空载时，s很小，附加电阻很大；可近似认为断开，相当于转子开路1jX1R2jX2R21RssmRmjX“T”形等效电路1U1I21 EE2I第四章第四章 交流异步电动机交流异步电动机1R1jX2R2jX21Rss1U1I10I2ImRmjX1cuPFeP2cuPmPMP1