第2章三相交流电动机

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1、Page 1,本课程的章节和内容,绪 论 第1章 变压器 第2章 三相交流电动机 第3章 三相交流电动机的电力拖动 第4章 直流电机 第5章 直流电动机的电力拖动 第6章 驱动和控制微电机 第7章 电动机容量的选择,Page 2,三 相 交 流 电 动 机,本章内容,交流电动机的基本工作原理和定子结构*,旋转磁动势*,交流绕组的感应电动势*,三相异步电动机*,三相同步电动机*,实例（应用）,三相交流电动机的仿真,Page 3,本章教学基本要求,1. 了解同步电动机和异步电动机的基本工作原理、基本结构和额定值。,2. 了解交流电机的定子绕组连接；了解旋转磁场的概念，掌握圆形旋转磁动势的特性和产生

2、条件以及转差率s的意义；了解分布和短距绕组对消除高次谐波电动势的作用。,4. 掌握综合表达三相异步电动机电磁关系的基本方程、等效电路和相量图，掌握异步电动机的工作特性。,5. 掌握三相同步电动机基本方程、等效电路和相量图，同步电动机功角特性和矩角特性，同步电动机的励磁调节和V形曲线。,Page 4,3. 理解异步电动机的运行原理，转子绕组折算和频率折算。,本章教学基本要求,1掌握圆形旋转磁动势的特性和产生条件。,2熟悉三相异步电动机负载运行时的基本电磁关系，基本方程、等效电路和相量图，转子绕组折算和频率折算。,3掌握异步电动机功率与转矩的平衡关系，工作特性。,重点：,转子转动时的基本电磁关系。

3、,难点：,Page 5,4. 掌握同步电动机功角、矩角特性，励磁调节和V形曲线。,Page 6,提问,交流电动机是将交流电能转换为机械能的一种旋转装置。,什么是交流电动机？有什么作用？,其作用是作为原动机拖动生产机械。,同步电机运行时，其转速n1与定子绕组中电网频率f1之间有着严格的关系，即 （2-1） 式中，p为电机的极对数，n1为同步电机转子的转速，也是气隙旋转磁场的转速。,Page 7,2.1交流电动机的基本工作原理和定子结构,2.1.1三相同步电动机的基本工作原理,同步电机主要用作发电机，现代电力系统的电能基本上是同步发电机生产的，但同步电机同样可作为电动机运行拖动生产机械，尤其适用于

4、大功率生产机械的场合，以下主要介绍三相同步电动机。,http:/www.pps.tv/w_19rre56wmh.html,同步电动机由定子和转子组成，其工作原理示意图如图2-1所示，定、转子之间有气隙，定子内嵌互差120的三相对称绕组AX、BY、CZ，将定子三相对称绕组接入三相对称交流电，会产生圆形旋转磁场，转子上装有励磁绕组，通入直流电后，能建立恒定磁场。,Page 8,2.1交流电动机的基本工作原理和定子结构,2.1.1三相同步电动机的基本工作原理,工作时定子输入三相交流电，产生旋转磁场，设为逆时针方向旋转，如图2-1所示，转子输入直流励磁电流，产生固定磁极，则旋转磁场的磁极将转子的异性磁

5、极吸引，使转子与定子产生的旋转磁场同速旋转，这就是同步电动机的基本工作原理。,图2-1 三相同步电动机工作原理示意图,异步电动机由定子和转子组成，如图2-2所示，定、转子之间有气隙，定子上内嵌互差120的三相对称绕组AX、BY、CZ，将定子三相对称绕组接入三相对称交流电，会产生圆形旋转磁场，设磁场以同步转速n1逆时针方向旋转切割转子导体。,Page 9,2.1交流电动机的基本工作原理和定子结构,2.1.2三相异步电动机的基本工作原理,转子与旋转磁场之间存在相对运动，若将旋转磁场看作静止磁场，则转子上半部分导体是顺时针切割静止磁场的，根据电磁感应定律，转子导体内产生感应电动势，用右手定则判定其方

6、向如图2-2所示，转子上半部分导体中的感应电动势方向是指向纸面的，下半部分导体中感应电动势方向从纸面指向外。,图2-2 三相异步电动机工作原理示意图,转子导体是闭合回路，在感应电动势的作用下，转子导体内产生电流I2方向与感应电动势方向一致。根据电磁力定律，转子的载流导体在旋转磁场中要受电磁力作用，其方向由左手定则确定，如图所示转子上半部分导体受力fem向左，下半部分导体受力fem向右，转子在这对力偶的作用下产生逆时针方向的电磁转矩T，从而使转子以转速n逆时针旋转。,Page 10,2.1交流电动机的基本工作原理和定子结构,2.1.2三相异步电动机的基本工作原理,图2-2 三相异步电动机工作原理

7、示意图,在正常情况下，异步电动机转子转速n达不到旋转磁场的同步转速n1，电动机的转速n总是略小于同步转速n1，即与旋转磁场异步转动，所以称为异步电动机，由于异步电动机转子中的电流是感应产生的，故又可称为感应电动机。,Page 11,2.1交流电动机的基本工作原理和定子结构,2.1.2三相异步电动机的基本工作原理,图2-2 三相异步电动机工作原理示意图,Page 12,三相异步电动机结构视频,定子铁心：电机磁路的一部分，定子铁心内圆上均匀开有 槽，安放定子绕组。 机 座：用作固定与支撑定子铁心。 定子绕组：电机电路部分，它由三个在空间相差120电角 度、结构相同的绕组连接而成，按一定规律嵌放 在

8、定子槽中。 绕组分类：单层绕组和双层绕组。 绕组应用：单层绕组一般用在10kV以下的电机，双层短距 绕绕组用在较大容量的电机中。,2.1交流电动机的基本工作原理和定子结构,2.1.3交流电动机定子结构,Page 13,异步机的定子由定子铁心、定子绕组和基座三部分组成。,2.1交流电动机的基本工作原理和定子结构,2.1.3交流电动机定子结构,Page 14,定子冲片,定子线圈,2.1交流电动机的基本工作原理和定子结构,2.1.3交流电动机定子结构,Page 15,铁心和机座,2.1交流电动机的基本工作原理和定子结构,2.1.3交流电动机定子结构,Page 16,2.1交流电动机的基本工作原理和定

9、子结构,2.1.3交流电动机定子结构,线圈,线圈嵌放在定子铁心内圆周所开的槽中， 线圈可用单根导线绕成多匝。大、中容量的 电机的线圈中，电流较大，也可用多根导线 并行绕制。,绕组通常由外敷绝缘的铜线或铝线(例 如漆包电磁线)绕制成一定形状的线圈组成。,线圈,Page 17,2.1交流电动机的基本工作原理和定子结构,2.1.3交流电动机定子结构,线圈节距及有效边,线圈两个有效边之间的距离称为绕组节距。节距一般用铁心上的槽数表示，例如线圈的一个有效边在第1号槽中，另一边在第9号槽中，两有效边所跨槽数为8，则y=8。,线圈放于槽内的直线部分称为有效边， 两端起连接作用的部分称为端接。,Page 18

10、,Page 19,2.1交流电动机的基本工作原理和定子结构,2.1.3交流电动机定子结构,极距、整距线圈及短距线圈,为了缩短端接部分以节省有色金属，并 且改善感应电动势波形及磁势空间分布，电 机中常用短距线圈，即yt 。,交流电机的磁场有一定的极对数，每一 磁极所占定子内圆周的距离称为极距。极距 一般也用槽数表示，例如定子槽数z=36，极 对数p=2，则极距t=z/2p=9。线圈节距y=t， 称为整距线圈。,Page 20,2.1交流电动机的基本工作原理和定子结构,2.1.3交流电动机定子结构,电角度（衡量磁场的角度）,如果电机在定子上只有一对磁极，那么在360空间角 度上磁极电角度也是360

11、。若电机定子上有两对磁极，即 p=2，则在360空间角度上磁极电角度却有2 360=720 电角度。换句话说，就是一个极距对应的电角度总是p。因此 电角度=p 机械角,一个圆周是360或2p弧度，是指空间角度或称机械角 度。一对磁极变化一周，相应的用360电角度或2p电弧 度表示。,Page 21,2.1交流电动机的基本工作原理和定子结构,2.1.3交流电动机定子结构,*每极每相槽数q,三相交流电机的定子绕组是三相对称绕组，每相匝数相 等，在空间互差120电角度。,由于一对磁极对应的电角度是360，故一对极下按以 上顺序各槽位置互差60电角度。而实际电机定子槽数为z， 在每一极距下的槽均匀地被

12、三相绕组所占有，那么每极每相 槽数 式中，m为相数。,Page 22,2.1交流电动机的基本工作原理和定子结构,2.1.3交流电动机定子结构,*槽距角ac,上述第一式的物理意义是定子内圆周有z个槽，共含有电 角度为p360，则每槽占p360/ z 电角度；第二式的物 理意义是每极所含有电角度为180，为mq个槽所占有，所 以每槽占180/ mq电角度，显然，两者是一致的。,相邻两槽之间所占有的电角度称槽距角，则有,Page 23,2.1交流电动机的基本工作原理和定子结构,2.1.3交流电动机定子结构,相带,三相对称绕组在槽中的安排顺序为A-Z-B-X-C-Y-A，彼 此互差60电角度，这就是6

13、0相带绕组。,相带就是每相绕组在一个极距中所占有的区域，以电角 度来表示。,60相带绕组就是每极距内属于每相的电角度为60， 对应的槽数为q，一个极距为180电角度，所以每极距内有 三个相带。一般的三相异步电动机中都采用这种60相带的 三相绕组。,Page 24,25,槽电势星形图,将所有槽内的导体电势相量依次画出来，便获得槽电势星形图。,交流绕组的槽电势星形( z1=24,2p=4,a=30 ),相邻两槽空间互差电角度，实际表示槽中导体电势时间上互差电角度。,这里槽距空间角互差360/24=15，而槽距电角度互差p360/24=30。,2.1交流电动机的基本工作原理和定子结构,2.1.3交流

14、电动机定子结构,26,补充内容：三相交流电机的定子绕组连接规律（了解）,A、对三相交流电机绕组的要求,三相绕组必须对称：即三相绕组匝数相等，三相绕组轴线空间互差120； 三相绕组的合成磁势和每相绕组所感应电势的波形应尽量接近正弦； 工艺上，端部应尽可能短，绝缘可靠、机械强度高、散热条件好且制造方便。,27,按相数分类,按槽内导体放置的层数分类,交流绕组的分类：,28,A、三相单层分布绕组,所谓单层绕组是指一个槽内仅放置一个线圈边。,按照线圈形状和端部连接方式的不同，,无论是何种形式单层绕组，每相绕组感应电势相等。,29,下面以一台 ， 槽的电机为例说明三相单层交流绕组的组成。,具体步骤如下:,

15、(1) 计算槽距角(电角度),（2）画出槽电势星形图,A、三相单层分布绕组,（3）按60划分相带,(4)画绕组连接图,（5）确定绕组并联的路数,30,（2）画出槽电势星形图,（3）按60相带法分相,31,（4）画绕组连接图,交叉式绕组,结论：单层绕组是整距分布绕组，线圈组数等于极对数。(每相p组，如A1X1、A2X2),32,（5）确定绕组并联的路数,单层绕组最多有p条并联支数,33,各种形式的绕组连接图,34,C、三相双层分布绕组,双层绕组是指定子上每个槽内放置两个线圈边，每个线圈边表示一层。,按照线圈形状和端部连接方式的不同，,35,B、三相双层分布绕组,下面以一台 交流电机为例说明三相双

16、层叠绕组的组成。,具体步骤如下:,（1）计算槽距角,（2）画出绕组电势星形图,（3）按60划分相带,（4）画出绕组展开图,（5）确定绕组的并联支路数,Z36 ， p2，y1=7，a=1,36,B、 三相双层绕组,（1）计算槽距角,（2）画基波电动势星形相量图,（3）按60相带法分相,Z36 ， p2，y1=7，a=1,37,（4）画绕组连接图,结论：双层绕组为短距绕组，线圈组数等于极数，它是单层绕组的两倍。 (每相2p组，如A相绕组在360空间共安排4组线圈)。,38,（5）确定绕组并联的路数,图6.15 交流绕组的并联支路数,对于实际的电机，在交流绕组的制造过程中，常采用上图所示线圈组之间的接线图指导接线。,每相绕组共有4个线圈组，可根据需要将它们串、并联。,2.2旋转磁动势,2.2.1单相脉振磁动势,现把直角坐标放入电动机定子内表面，设