第二部分交流电机1-改教材

第二部分：交流电机交流电机分类

交流电机1、异步电机2、同步电机3、变压器交流电机用途

视频：异步电动机用途及特点

一、三相异步电机的主要结构部件感应电机定子绕组定子铁心转子机座

笼型

转子铁心转轴转子绕组绕线型

定子异步电动机的结构定子stator：固定部分气隙airgap：很小，0.2-1mm;对电机性能影响很大转子rotor：旋转部分异步电机的基本结构图定子结构定子stator定子铁心core

：电机主磁路的组成部分，并嵌放定子绕组。由厚度为0.5mm的硅钢片叠装而成。为了嵌放定子绕组，在定子冲片内圆周上均匀地冲制若干个形状相同的槽。单片定子铁芯实物图效率和功率因数较高绕组嵌线工艺复杂小容量及中型低压电机可嵌放成型线圈大型低压电动机绝缘放置可靠、绕组下线方便高压电动机机座：固定和支撑定子铁心。因此要求有足够的机械强度。绕组：按一定规律排列和连接的线圈的总称定子绕组定子绕组安装图三相单层对称绕组示意图三相单层对称绕组展开示意图（串联）三相单层对称绕组展开示意图（并联）三相单层同心式绕组展开示意图三相单层链式绕组展开示意图三相双层叠绕组三相双层波绕组按转子结构分：绕线型异步电动机鼠笼型异步电动机转子rotor异步电机的基本结构

1、定子结构：三相对称绕组绕线式

2、转子结构鼠笼式：铜条式铸铝式深槽式双鼠笼式绕线式电机转子结构鼠笼型绕组squirrel-cagerotor

：在转子铁心均匀分布的每个槽内各放置一根导体，在铁心两端放置两个端环，分别把所有的导体伸出槽外部分与端环联接起来。这种笼型绕组一般为铝浇铸的，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。

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。鼠笼型转子铁心和绕组结构示意图绕线型绕组woundrotor

：与定子绕组相似、极数相同的三相对称绕组。一般接成星形。将三相绕组的三个引出线分别接到转轴上三个滑环上，再通过电刷与外电路接通。绕线型转子的特点是可以通过滑环电刷在转子回路中接入附加电阻，以改善电动机的起动性能、调节其转速。这种电机的特点是：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作转速调节用。下图是三相绕线型转子结构。绕组的三个出线端子接到固定在转轴上的三铜环上，通过电刷引出。鼠笼式电机转子结构（铜条）鼠笼式电机转子结构（铸铝）鼠笼式电机转子结构鼠笼转子示意图a鼠笼转子示意图b鼠笼转子示意图c鼠笼转子示意图d深槽式鼠笼电机转子结构双鼠笼式电机转子结构转轴shaft气隙airgap

定、转子之间的间隙，也是电机主磁路的组成部分。特点——气隙很小，在中、小型电机中，气隙一般为0.2-1.5mm。气隙大小对电机性能有很大的影响气隙大：磁阻大，励磁电流（空载电流）大，功率因数低；气隙磁场谐波含量（漏磁引起附加损耗）减少，改善启动性能。气隙小：按加工可能及机械安全所限制。绕线式电机接线示意图其他绕线式电机外部接线示意图端部外形图异步电机接线板（星形联接）异步电机接线板（三角形联接）视频：三相异步电动机结构二、交流电机基本理论1单相绕组的磁势—脉振磁势相绕组磁势线圈组磁势线圈磁势整距线圈磁势磁力线穿过转子铁心、定子铁心和两个气隙。每根磁力线所构成的磁通闭合回路的磁势均为icWc。略去定、转子铁心中的磁阻，该磁势消耗在两个气隙中，每个气隙中消耗的磁势为icWc/2。1个整距线圈通交流电流ic后，将产生一个2极磁场。icic将气隙圆周展开，得到磁势沿圆周的空间分布波形如图所示。气隙圆周某点的磁势表示由该定子磁势所产生的气隙磁通通过该点气隙的磁压降。xFcFc矩形波的高度和正负随时间变化，变化的快慢取决于电流的频率，纵坐标的正负表示极性。

磁势波形为矩形波。当线圈电流ic随时间按正弦规律交变:矩形波的高度为xFcFcx每极磁势沿气隙分布呈矩形波，纵坐标的正负表示极性。由于电流随时间按正弦规律变化，所以磁势波的高度也随时间按正弦规律变化，但空间位置固定不变（磁轴不变）。脉动的频率决定于电流的频率。矩形波可分解为基波及各次谐波。性质：脉动磁势将坐标原点取在线圈AX的A点上，利用傅里叶级数将该磁动势波形展开为如下级数形式xFcFcfcν=1称为基波，ν=3，5，7...称为谐波。AXAXWcIm/2Fc1Fc3Fc518003600

/3基波磁势表达式基波：在空间的任何一点，磁势的大小随时间按正弦规律变化。这种空间位置固定不动，但波幅的大小和正负随时间变化的磁势称为脉振磁势。x基波在空间按正弦分布；在时间上，任何一个位置的磁势都按正弦变化。所以基波是一个正弦分布的正弦脉振磁势。极对数为p，基波磁势沿气隙圆周有p个完整的正弦波。例如:p=2的2个整距线圈。4极电机单层绕组（q=1）的脉振磁势xx单层整矩线圈组的磁势以Z=18，p=1的三相单层绕组为例。每相有1个线圈组，q=3，每个线圈组有3个整距线圈。A1X1、A2X2、A3X3串联成一个线圈组，构成A相绕组。A相通交流电流ic后，产生一个2极磁场。展开图截面图x60采用磁势迭加原理，三个线圈分别产生矩形波磁势。磁势波形一样，依次位移槽距电角α1度。各线圈磁势的基波分量为空间分布正弦波，和时间相量相似，可以用空间矢量来表示。磁势空间矢量的长度代表幅值的大小，矢量的位置代表幅值所处的空间位置。xxxx将各线圈的基波磁势矢量相加得到分布线圈组磁势基波矢量。

考虑到一般情况，对于q个线圈构成的线圈组，与线圈组电势的推导相似，可推导出单层分布相绕组合成磁势基波幅值为

R0Fc1Fc1Fq1

q

R

kq1为基波磁势的分布系数，同电势的分布系数具有相同的物理意义。双层短距分布相绕组的磁势以Z=18，p=1，y1=7的三相双层绕组为例。每相有2个线圈组，q=3，每个线圈组有3个短距线圈。线圈A1X1、A2X2、A3X3成一个线圈组，线圈A4X4、A5X5、A6X6构成一另个线圈组。A相通交流电流ic后，产生一个2极磁场。截面图展开图双层绕组的磁势双层绕组：每对极有两个线圈组，把两个线圈组的磁势叠加，便得到双层绕组的磁势。双层绕组通常是短矩绕组，从产生磁场的观点来看，磁势只决定于槽内导体电流的大小和方向，与元件的组成次序无关。把实际的短距绕组所产生的磁势，等效地看成由上、下层整距绕组产生的磁势之和。采用磁势迭加原理，A1—A6中电流单独作用，将A1A4、A2A5、A3A6分别看成是一个线圈，形成了一个单层整距分布绕组；X1—X6中电流单独作用，将X1X4、X2X5、X3X6分别看成是一个线圈，形成另一个单层整距分布绕组。两个单层分布绕组产生的磁势如上述分析，均为阶梯波。两个阶梯波合成即得相绕组磁势仍为阶梯波。相绕组磁势为脉振磁势。将两个单层整距分布绕组的基波磁势矢量相加得到相绕组磁势基波矢量。ky1为基波磁势的短距系数，同电势的短距系数具有相同的物理意义。空间上:Fq(下)超前Fq(上)一个角度:双层短距分布相绕组的磁势:单层整矩线圈组的磁势：线圈组磁势总的表达式单层整距每相每支路匝数：IcIIc为每个线圈组中的电流，相电流I=aIca为并联支路数双层每相每支路匝数：线圈组磁势的普通表达式：基波分量：谐波分量:KW1基波磁动势绕组系数单相绕组的磁势磁势是时间函数，呈空间分布，各对磁极分别有各自的磁路，不能合并不同空间的各对磁极的磁势。每极绕组产生的磁势即为一相绕组磁势p=2的磁场相绕组磁势基波的表达式为：相绕组ν次谐波磁势的表达式为：单相绕组的磁势结论：单相绕组的磁势特点单相绕组磁势的性质是脉振磁势，它既是时间的函数又是空间角度函数；基波的振幅必在相绕组的轴线上；ν次谐波磁势幅值与kWv成正比，与ν成反比，因此，可以采用短距和分布绕组来削弱高次谐波。脉振的频率由电流的频率决定x一个整距线圈一相绕组磁势：单层整距线圈组的电势基波磁势：双层短距线圈组的磁势线圈组磁势总的表达式：一相绕组基波磁势：1、交流单相绕组的基波磁势在空间随x电角度按正弦分布，在时间上随

t按正弦规律→脉振磁势；脉振频率取决于电流的频率2、脉振磁势的幅值与相电流I和绕组等效匝数(WKWv)成正比，幅值的位置在相绕组的轴线上。x脉振磁势波的节点和幅值的位置是固定不变的。2单相脉振磁势分解成2个旋转磁势基波分量一、(1)(2)(3)(4)(5)随着

t的增加，可看成整个波形在右方前进及在圆周为旋转波最大值发生在处，波形向左移。当wt=0时，x在

处，与旋转方向相反二、fxt=02

/23/20f1x2

/23/20x2

/23/20fx2

/23/202

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/23/20t=/2t=f1f1f2f2f2fx2

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/23/20f1f1f2f2fxt=02

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/23/20x2

/23/20f1f1f2f2ttFF+F-x=0x=

x的正方向

脉振磁势的振幅的空间位置在相轴上。每个旋转磁势：振幅为脉动磁势振幅的一半，旋转速度相同，旋转方向相反，任何瞬间合成磁势的空间位置固定不变——在该绕组的轴线处，但大小随时间变化。在空间按正弦规律分布随时间按正弦规律变化的脉动磁势可以分解为两个旋转磁势分量3三相绕组的磁势AXBYCZA相轴线C相轴线B相轴线tA、B、C三相对称绕组三相电流对称电流三相绕组的基波合成磁势A、B、C三相对称绕组流过三相电流对称电流，设三相电流瞬时值表达式如下1、三个单相磁势基波表达式A、B、C每相绕组产生的磁势均为脉振磁势，其基波的幅值位于各相绕组轴线上。三相绕组轴线在空间相差120°电角度，各相绕组磁势基波空间相位差为120°电角度。于是其余相绕组脉振势基波的表达式分别为：线圈磁场模拟分布图B相与C相电流建立的脉振磁场

B相电流建立的磁场的磁极与对称轴iB

iB

相磁势空间分布波形ωt=90°三相合成磁势基波表达式三相合成磁势的形成任意时刻的和成磁势AZBXCYAAf1(x,t)BC三相合成磁势的波长与单相完全相同，一个波长对应一个磁极，故而与单相极数相同。F1为三相合成磁势基波的幅值这是一种行波，即三相合成磁动势基波在空间旋