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1、第三篇 交流电动机及拖动 第十章交流电机理论的共同问题,10.1 ；2；3交流电机的绕组,10. 4交流电机绕组的电动势,10.6交流电机绕组的磁动势,河南理工大高职学院,10.1 交流电机的绕组,一、构成原则 1.合成电动势和合成磁动势的波形要接近正弦形（基波、谐波） 2.三相绕组对称（节距、匝数、线径相同、空间互差电角度）（即保证各相电动势磁动势对称，电阻电抗相同） 3.铜耗减小，用铜量减少。 4.绝缘可靠、机械强度高、散热条件好、制造方便,二、交流绕组的分类 按相数分为：单相、三相、多相 按槽内层数分为：单层（同心式、链式、交叉式）、双层（叠绕组、波绕组）、单双层 每极每相槽数q：整数槽
2、、分数槽,10.1 交流绕组的基本知识,三、基本概念 1.极距： 2.线圈节距y： 整距y=； 短距y。 3.槽距角（电角度）：,4.每极每相槽数q: 5. 电角度=p360=p机械角度 6.并联支路数a,7.相带：60度相带将一个磁极分成m份，每份所占电角度 120度相带将一对磁极分成m份，每份所占电角度 8.极相组将一个磁极下属于同一相（即一个相带）的q个线圈，按照一定方式串联成一组，称为极相组（又称为线圈组）。 9.线圈组数 = 线圈个数/ q,计量电磁关系的角度称为电角度（电气角度）。电机圆周在几何上占有角度为360，称为机械角度。而从电磁方面看，一对磁极占有空间电角度为360。一般而
3、言，对于p对极电机，电角度=p机械角度。,10.2 三相单层绕组,单层绕组的每个槽内只放一个线圈边，电机的线圈总数等于定子槽数的一半。排列方法和联接步骤为：1）分极、分相；2）连成线圈和线圈组；3）连成相绕组。,一、单层交叉式绕组,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，各线圈组的端部互相交叉。,交叉式绕组由两大一小线圈交叉布置。线圈端部连线较短，有利于节省材料，并且省铜。广泛用于q1的且为奇数的小型三相异步电动机。,二、单层链式绕组,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。每个线圈节距相等并且制造方便；线圈端部连线较短并且省铜。主要用于
4、q=2的4、6、8极小型三相异步电动机。,三、单层同心式绕组,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。,同心式绕组端部连线较长，适用于q=4、6、8等偶数的2极小型三相异步电动机。,三相单层绕组的优缺点,10.2 三相单层绕组,10.3 三相双层绕组 一、特点： 每个槽内放置上下两个线圈边 线圈个数等于槽数Q1（定子） 线圈组个数 = Q1/q 每相线圈组数,每个线圈匝数为 =每槽导体数/2 每个线圈组的匝数为 *q 每相串联匝数N（即每极每条支路的匝数）,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距一个节距y 的另一槽的下层。构成
5、原则、排列方法和联接步骤与单层绕组基本相同。,二、优点： 可采用短距，改善电动势、磁动势的波形 线圈尺寸相同，便于绕制 端部排列整齐，利于散热机械强度高 三、分类 叠绕组相邻两个串联绕组中，后一个绕组叠加在前一个线圈上 波绕组两个相连接的线圈成波浪式前进,叠绕组展开图,10.4 三相双层绕组.2 交流电机绕组的电动势 一、一根导体的电动势 1.电动势频率： 2.电动势波形：由e=BLV可知，由气隙磁密沿气隙分布的波形决定； 3.基波电动势大小： 二、线匝电动势及短矩系数,，短矩系数： ； 三、线圈电动势 设线圈为Nc匝数，则有：,四、线圈组电动势及分布系数 q个线圈组成，集中绕组： 分布绕组：
6、 分布系数： 绕组系数：,五、相电动势和线电动势 设一相绕组的串联匝数为N，则一相的感应电动势 对于单层绕组，因为每相有p个线圈组所以每相串联匝数 对于双层绕组，因为每相有2p个线圈组所以每相串联匝数 式中:a为并联支路数,若已知定子槽数为 ，每槽导体数为Z， 则电机总导体数为 ，电机总匝数为 每相全部线圈串联匝数为 ， 每相支路串联匝数N= 线电动势星接时 角接时,六、感应电动势中的高次谐波 因为磁场波形相对于磁极中心线左右对称，所以谐波磁场中无偶次谐波，故=3，5，7，9，11 1、高次谐波电动势 谐波磁场的极对数：p =p p基波磁场的极对数 谐波磁场的极距： =/ 基波磁场的极距 谐波
7、磁场的槽距角：d =d,谐波磁场的转速：nr = ns主磁极的转速（同步转速） 谐波感应电动势的频率：fv= pv* nv/60 = vp ns/60=vf1 谐波感应电动势的节距因数kpv 谐波感应电动势的分布因数kdv 谐波感应电动势的绕组因数kwv= kpv kdv 谐波电动势（相值） Ev = 4.44 fNRwrr,2、齿谐波电动势 齿谐波谐波次数v与一对极下的齿数Q1/p具有特定关系的谐波，即v = Q1/p1=2mq1的谐波 齿谐波的特点 kWV（V=2mq1）= kW1 3、谐波的相电动势和线电动势 E = EL EL中三次及3的倍数次谐波。因为3k次谐波电动势同相位、幅值相同
8、，所以星接时线电动势为零角接时产生环流，环流产生的压降恰好被抵消。,4、谐波的弊害,使电动势波形变坏，发电机本身能耗增加，下降，从 而影响用电设备的运行性能 干扰临近的通讯线路,七、消除谐波电动势的方法 Ev=4.44fNRwvv，所以通过减小KWr或r可降低Er 1.采用短距绕组; 2.采用分布绕组，降低Kqv; 3.改善主磁场分布; 4.斜槽或斜极 .,10.6 交流电机绕组的磁动势 一、整距集中绕组的磁动势 设气隙均匀，通以正弦交流电流， 匝数为Nc ，则每个气隙上的磁动势为：,结论： 波形：矩形波； 脉动磁动势：空间位置固定、幅值大小和方向随时间而变化的磁动势。 分解： 式中： 为用电
9、角度表示的空间距离。,次谐波磁势的幅值： 基波磁动势的性质：按正弦规律变化的脉动磁动势。 二、分布绕组的磁势 1.整距分布绕组的磁势（q个） 2.双层短矩分布绕组的基波磁动势,基波磁动势的幅值：,三、单相绕组的磁动势 相电流为I、每相串联匝数N、绕组并联支路数a、则单相磁动势为：,单相脉动磁动势的分解,结论： 两个磁动势的性质： 圆形旋转磁动势； 幅值为单相磁动势幅值的一半； 转速：,四、三相绕组的磁动势 1.圆形旋转磁动势 数学法 分解后相加的三相合成磁动势为：,图解法不同时刻三相合成磁动势,合成磁动势的转向是从载有超前电流的相转到载有滞后电流的相。,结论： 三相对称绕组流过三相对称电流产生
10、的合成基波磁动势为圆形旋转磁动势； 性质：幅值： 转速： 转向：从载有超前电流相转到载有滞后电流相； 某相电流达最大值时，合成磁动势的幅值恰好在该相绕组轴线上 。,2.椭圆形旋转磁动势 当其中一个不对称时，便为椭圆形旋转磁动势。,小结： 单相绕组-脉动磁动势； 三相绕组-旋转磁动势。,第十一章 异步电动机的结构和工作原理,概述： 异步电动机的主要用途和分类,一、异步电机主要用作电动机，去拖动各种生产机械。 异步电动机的优点:结构简单、容易制造、价格低廉、运行可靠、坚固耐用、运行效率较高和具有适用的工作特征。 异步电动机的缺点:功率因数较差。异步电动机运行时，必须从电网里吸收落后性的无功功率，它
11、的功率因数总是小于。 二、异步电动机的种类很多，从不同角度看，有不同的分类法： （1）按定子相数分有 单相异步电动机； 两相异步电动机； 三相异步电动机。 （2）按转子结构分有 绕线式异步电动机； 鼠笼式异步电动机。后者又包括单鼠笼异步电动机、双鼠笼异步电动机和深槽式异步电动机。 此外，根据电机定子绕组上所加电压的大小，又有高压异步电动机、低压异步电动机之分。从其它角度看，还有高起动转矩异步电机、高转差率异步电机、高转速异步电机等等。,河南理工大高职学院,11.2 异步电动机的主要结构,异步电动机在结构上主要由定子、转子、气隙组成。,一、异步电动机的定子： 异步电动机的定子是由机座、定子铁心和
12、定子绕组三个部分组成的。 1、定子铁心：是电动机磁路的一部分，装在机座里。为了降低定子铁心里的铁损耗，定子铁心用用0.5mm厚的硅钢片叠压而成的，在硅钢片的两面还应途上绝缘漆。下图所示为定子槽,其中(a)是开口槽，用于大、中型容量的高压异步电动机中；(b)是半开口槽，用于中型500V以下的异步电动机中；(c)是半闭口槽，用于低压小型异步电动机中。,3、机座：主要是为了固定与支撑定子铁心。如果是端盖轴承电机，还要支撑电机的转子部分。因此，机座应有足够的机械强度和刚度。对中、小型异步电动机，通常用铸铁机座。对大型电机，一般采用钢板焊接的机座，整个机座和座式轴承都固定在同一个底板上。,2、定子绕组：
13、 高压大、中型容量的异步电动机定子绕组常采用Y接，只有三根引出线，如图(a)所示。对中、小容量低压异步电动机，通常把定子三相绕组的六根出线头都引出来，根据需要可接成Y形或形，如图(b)所示。定子绕组用绝缘的铜（或铝）导线绕成，嵌在定子槽内。,三、异步电动机的转子： 异步电动机的转子是由转子铁心、转子绕组和转轴组成的 。 1、转子铁心：是电动机磁路的一部分，它用0.5mm厚的硅钢片叠压而成。铁心固定在转轴或转子支架上，整个转子的外表呈圆柱形。 2、转子绕组：分为笼型和绕线型两类。 1）笼型转子：笼型绕组是一个自己短路的绕组。在转子的每个槽里放上一根导体，在铁心的两端用端环连接起来，形成一个短路的
14、绕组。如果把转子铁心拿掉，则可看出，剩下来的绕组形状像个松鼠笼子，如图（a) 所示，因此又叫鼠笼转子。导条的材料有用铜的，也有用铝的。,二、气隙： 异步电动机的气隙比同容量直流电动机的气隙小得多，在中、小型异步电动机中，气隙一般为0.21.5mm左右。,2）绕线型转子：绕线型转子的槽内嵌放有用绝缘导线组成的三相绕组，一般都联接成Y形。转子绕组的三条引线分别接到三个滑环上，用一套电刷装置引出来，如图所示。这就可以把外接电阻串联到转子绕组回路里去，以改善电动机的启动性能或调节电动机的转速。 与笼型转子相比较，绕线型转子结构稍复杂，价格稍贵，因此只在要求起动电流小，起动转距大，或需平滑调速的场合使用
15、。,三相异步电动机的铭牌上标明电机的型号、额定数据等。 一、异步电动机的型号： 电机产品的型号一般采用大写印刷体的汉语拼音字母和阿拉伯数字组成。其中汉语拼音字母是根据电机的全名称选择有代表意义的汉字，再用该汉字的第一个拼音字母组成。例如Y系列三相异步电动机表示如下：,铁心长度代号,机座中心高 机座长度代号,11、3 异步电动机的铭牌数据,我国生产的异步电动机种类很多，下面列出一些常见的产品系列。 Y系列为小型鼠笼全封闭自冷式三相异步电动机。用于金属切削机床、通用机械、矿山机械、农业机械等。也可用于拖动静止负载或惯性负载较大的机械，如压缩机、传送带、磨床、锤击机、粉碎机、小型起重机、运输机械等。 JQ2 和JQO2系列是高起动转矩异步电动机，用在起动静止负载或惯性负载较大的机械上。JQ2 是防护式和JQO2是封闭式的。 JS系列是中型防护式三相鼠笼异步电动机。 JR系列是防护式三相绕线式异步电动机。用在电源容量小、不能用同容量鼠笼式电动机起动的生产机械上。 JSL2 和JRL2系列是中型立式水泵用的三相异步电动机，其中JSL2 是鼠笼式，JRL2是绕线式。JZ2 和JZL2系
