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1、第4章 三相异步电动机 4.1 三相异步电动机的基本工作原理和结构 4.2 交流电机的绕组 4.3 交流电机绕组的感应电动势 4.4 交流电机绕组的磁动势 4.5 三相异步电动机的空载运行 4.6 三相异步电动机的负载运行 4.7三相异步电动机的等效电路和相量图. 4.8三相异步电动机的功率平衡、转矩平衡 三相异步电机主要用作电动机，拖动各种生产机械。结构简单 、制造、使用和维护方便，运行可靠，成本低，效率高，得以广泛 应用。但是，功率因数低、起动和调速性能差。 第4章 三相异步电动机 4.1三相异步电动机的基本工作原理与结构 4.1.1三相异步电动机的基本结构 一、定子部分： 1、定子铁心：
2、由导磁性能很好的硅钢片叠成导磁部分。 2、定子绕组：放在定子铁心内圆槽内导电部分。 3、机座：固定定子铁心及端盖，具有较强的机械强度和刚度。 二、转子部分： 1、转子铁心：由硅钢片叠成，也是磁路的一部分。 2、转子绕组： 1）笼型转子：转子铁心的每个槽内插入一根裸 导条，形成一个多相对称短路绕组。2）绕线转子：转子绕组 为三相对称绕组，嵌放在转子铁心槽内。 三、气隙：异步电动机的气隙是均匀的。大小为机械条件所能允 许达到的最小值。 第4章 三相异步电动机 4.1三相异步电动机的基本工作原理与结构 4.1.2三相异步电动机的基本工作原理 一、基本工作原理 1、电生磁：三相对称绕组通往 三相对称电
3、流产生圆形旋转磁 场。 2、磁生电：旋转磁场切割转 子导体感应电动势和电流。 3、电磁力：转子载流（有功分 量电流）体在磁场作用下受电 磁力作用，形成电磁转矩，驱 动电动机旋转。 U2 U1 W2 V1 W1 V2 n 第4章 三相异步电动机 4.1三相异步电动机的基本工作原理与结构 4.1.2三相异步电动机的基本工作原理 二、转差率 转差率是异步电机的一个基本物理量,它反映电机的各种运行情况. 转子未转动时，电机理想空载时， 作为电动机，转速在范围内变化，转差率在01范围内变。 负载越大，转速越低，转差率越大；反之，转差率越小。转差率 的大小能够反映电机的转速大小或负载大小。电机的转速为：
4、正常运行时，转差率一般在0.010.06之间，即电机转速接近同步速。 第4章 三相异步电动机 4.1三相异步电动机的基本工作原理与结构 4.1.2三相异步电动机的基本工作原理 三、异步电机的三种运行状态 根据转差率的大小和正负,异步电机有三种运行状态 机械能转变为电 能 电能和机械能变 成内能 电能转变为机 械能 能量关系 制动制动驱动电磁转矩 转差率 转速 外力使电机快速 旋转 外力使电机沿磁 场反方向旋转 定子绕组接对 称电源 实现 发电机电磁制动电动机状态 第4章 三相异步电动机 4.1三相异步电动机的基本工作原理与结构 4.1.3 型号和额定值 一、型号 例: 第4章 三相异步电动机
5、4.1三相异步电动机的基本工作原理与结构 4.1.3 型号和额定值 额定值关系有： 额定运行状态时加在 定子绕组上的线电压. 额定条件下转轴上 输出的机械功率。 在额定运行状态下流 入定子绕组的线电流. 额定运行时电 动机的转速. 二、额定值 第4章 三相异步电动机 4.2交流电机的绕组 4.2.1 交流绕组的基本知识 一、基本要求和分类 从设计制造和运行性能方面对交流绕组的要求: 1）三相绕组对称； 2）力求获得最大的电动势和磁动势； 3）绕组的电动势和磁动势的波形力求接近正弦； 4）节省用铜量； 5）绕组的绝缘和机械强度可靠，散热条件好； 6）工艺简单、便于制造、安装和检修。 第4章 三相
6、异步电动机 4.2交流电机的绕组 4.2.1 交流绕组的基本知识 二、交流绕组的基本概念 1、极距 两个相邻磁极轴线之间沿定子铁心内表面的距离。若定子的 槽数为Z，磁极对数为p，则极距： 2、线圈节距 一个线圈的两个有效边之间所跨的距离称为线圈的节距。 3、电角度 第4章 三相异步电动机 4.2交流电机的绕组 4.2.1 交流绕组的基本知识 二、交流绕组的基本概念 4、槽距角 相邻两个槽之间的电角度。 6、相带 每个极面下的导体平均分给各相，则每一相绕组在每个极 面下所占的范围，用电角度表示称为相带。 每一个极面下每相所占的槽数为 5、每极每相槽数 第4章 三相异步电动机 4.2交流电机的绕组
7、 4.2.2 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。单层绕组分为链式、交叉式和同心式绕组。 一、单层链式绕组 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。 链式绕组的每个线圈 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q=2的4、6 、8极小型三相异步电动 机。 第4章 三相异步电动机 4.2交流电机的绕组 4.2.2 三相单层绕组 二、单层交叉式绕组 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
8、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。 第4章 三相异步电动机 4.2交流电机的绕组 4.2.2 三相单层绕组 三、单层同心式绕组 同心式绕组由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。 第4章 三相异步电动机 4.2交流电机的绕组 4.2.2 三相单层绕组 综上分析： 1）单层绕组为整距绕组；电动势波形不够理想。 2）单层绕组不适宜于大、中型电机； 3）单层绕组不存在线圈层间绝缘问题，不会在槽内发生层间或相 间绝缘击穿故障； 4）
9、单层绕组线圈数等于槽数的一半，绕线和嵌线所费工时少、工 艺简单，广泛应用于10kW以下的异步电动机。 第4章 三相异步电动机 4.2交流电机的绕组 4.2.3 三相双层绕组 双层绕组每个槽内放上、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隔为y 的另一 槽的下层。 双层绕组分双层叠绕组（如图2a=1）和双层波绕组（略）。 第4章 三相异步电动机 4.2交流电机的绕组 4.2.3 三相双层绕组 双层绕组的特点： 1）线圈数等于槽数； 2）线圈数组数等于极数，也等于最大并联支路数； 3）每相绕组的电动势等于每条支路的电动势。 4）双层绕组的节距可以改变，可以选
10、择合适的节距来改善电 动势或磁动势的波形，技术性能优于单层绕组。一般稍大容量 的电机均采用双层绕组。 第4章 三相异步电动机 4.3交流电机绕组的感应电动势 4.3.1 线圈的感应电动势及短距系数 一、一根导体的电动势 电动势频率: 电动势大小: 二、整距绕组的电动势 每个整距线匝的电动势: 每个整距线圈的电动势: 三、短距线圈的电动势 每个短距线匝的电动势: 基波短距系数: 第4章 三相异步电动机 4.3交流电机绕组的感应电动势 4.3.2 线圈组的感应电动势及分布系数 一组线圈由q个线圈组成,若q个线圈为集中绕组时,各线圈电动势 大小相等、相位相同，线圈组电动势为: 若q个线圈为分布绕组,
11、放在q个槽内,各线圈电动势大小相同,相位 相差电角度,电动势为: 基波分布系数 基波绕组系数： 第4章 三相异步电动机 4.3交流电机绕组的感应电动势 4.3.3 一相绕组的基波感应电动势 一绕组有2a条支路，一条支路由若干个线圈组路串联组成。一相 绕组的基波电动势为一条支路的基波电动势 一、一相绕组的基波电动势 对单层绕组： 对双层绕组： 第4章 三相异步电动机 4.3交流电机绕组的感应电动势 4.3.3 一相绕组的基波感应电动势 二、短距绕组、分布绕组对电动势波形的影响 对V次谐波： 1.采用短距绕组 例如 改善电动势波形的方法: 2.采用分布绕组 第4章 三相异步电动机 4.4交流电机绕
12、组的磁动势 4.4.1 单相绕组的磁动势 一、整距集中绕组的磁动势 一台两极气隙均匀的交流电机,一个整距绕组 通入交流电流,线圈磁动势在某瞬间的分布如 图,由全电流定律得: 忽略铁心磁阻,磁动势完全降落在两个气 隙上.每个气隙的磁动势为: 空间分布为矩形波如图,随时间按正弦规 律变化.变化频率为电流频率。 空间位置不变而幅值和方向随时间变化的磁动势称为脉动磁动势。 第4章 三相异步电动机 4.4交流电机绕组的磁动势 4.4.1 单相绕组的磁动势 一、整距集中绕组的磁动势 矩形波磁动势可能分解为基波和一系列高次谐波: 基波磁动势为: 基波磁动势最大值为: 整距绕组基波磁动势在空间按余弦 分布，幅
13、值位于绕组轴线，空间每 一点的磁动势大小按正弦规律变化 仍然为脉动磁动势。 第4章 三相异步电动机 4.4交流电机绕组的磁动势 4.4.1 单相绕组的磁动势 二、单相脉动磁动势 1、整距分布绕组的磁动势 每个绕组由q 个线圈串联构成，依次在定子圆周空间错开槽距角 ,绕组的基波磁动势为q个线圈基波磁动势的空间矢量和： 2、一组双层短距分布绕组的基波磁动势 双层短距分布绕组的基波磁动势为两个等效绕组基波磁动势的 相量和，用短距系数计及绕组短距的影响： 第4章 三相异步电动机 4.4交流电机绕组的磁动势 4.4.1 单相绕组的磁动势 二、单相脉动磁动势 3、相绕组的磁动势 每个极下的磁动势和磁阻构成
14、一条分支磁路。若电机有p对磁 极，就有p条并联的对称分支磁路，所以一相绕组的基波磁动势 就是该绕组在一对磁极下线圈所产生的基波磁动势，若每相电流 为Ip: 单相绕组的磁动势是在空间按余弦规律分布，幅值大小随时 间按正弦规律变化的脉动磁动势。 第4章 三相异步电动机 4.4交流电机绕组的磁动势 4.4.1 单相绕组的磁动势 三、单相脉动磁动势的分解 即一个脉动磁动势可以分解成两个幅值大小相等的磁动势。 先分析 取幅值点分析 第4章 三相异步电动机 4.4交流电机绕组的磁动势 4.4.1 单相绕组的磁动势 三、单相脉动磁动势的分解 综上分析: 第4章 三相异步电动机 4.4交流电机绕组的磁动势 4
15、.4.1 单相绕组的磁动势 三、单相脉动磁动势的分解 可见: (1)单相绕组的基波磁动势为脉动,它可以分解为大小相等、转 速相同而转身相反的两个旋转磁场。 (2)反之,满足上述性质的两个旋转磁动势的合成即为脉动磁动 势. 第4章 三相异步电动机 4.4.2 三相绕组基波合成磁动势旋转磁动势 三相的合成磁动势： 4.4交流电机绕组的磁动势 取U相绕组轴线位置作为空间坐标原点、以相序的方向作为x的参 考方向、U相电流为零时作为时间起点，则三相基波磁动势为： 可见：三相合成磁动势也是一个圆形旋转磁动势。 交流电机三相对称绕组, 通入三相对称电流，磁动势是三相 的合成磁动势。 第4章 三相异步电动机
16、4.4.2 三相绕组基波合成磁动势旋转磁动势 4.4交流电机绕组的磁动势 为了分析旋转磁动势的旋转方向，设三相对称电流按余弦规律变 化，U 相电流最大时为计时点，电流取首进尾出为正，电流波形 和各时刻旋转磁动势的位置如图所示： U2 U1 W2 V1 W1 V2 第4章 三相异步电动机 4.4.2 三相绕组基波合成磁动势旋转磁动势 4.4交流电机绕组的磁动势 总述，三相对称绕组通入三相对称电流产生圆形旋转磁动势， 其性质为： 1）幅值为单相磁动势幅值的1.5倍。 2）转速为同步速： 3）转向：由电流相序决定，或者说由载有超前电流相转向载有 滞后相。 4）当某相电流达最大值时，旋转磁动势幅值恰好在该相绕组的 轴线位置上。 产生圆形旋转磁动势的条件：一是三相或多相对称绕组；二 是三相或多相对称电流。两个条
