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1、第5章 交流电机绕组电动势与磁通势,交流电机包括：同步电机和异步电机 定子绕组三相交流绕组 交流电机基础 定子磁场旋转磁场 定子感应电势三相绕组 的感应电势,51交流电机的定子绕组,要求： 绕组通入正弦电流所产生的旋转磁场，其极对数应符合要求； 三相绕组要对称（互相空间相差1200电角度）； 用料少、简单、可靠。 直流电机从结构上能辨别为几级电机（数主磁极数），而交流电机的磁极则决定于绕组的按和电流的方向。,一、三相单层绕组,名词解释：电角度机械角度极对数 例：一台电机定子槽数Z24，极对数p2，相数m3；试画出单层绕组。 画出24个槽； 计算极距 计算每极每组槽数 槽距角 线圈组数p 每极下
2、同一组线圈联在一起称线圈组 最大并联支路数p,三相单层绕组示意,三相双层绕组示意,同前 取y15（y短节距）获力虽小，可消除谐波,52 定子磁势及磁场,单相绕组的磁势： 整距线圈通入电流产生磁场如右图， 若忽略铁心磁阻的影响，气隙磁势为： 气隙磁势的发布曲线如右下图： 若 则,单相绕组的磁势,表明： 该矩形波磁势的大小随时间按 正弦函数规律变化； 而气隙磁势的轴线和波结在空 间位置（0及A,X处）是固定的， 故称之脉动磁势。,矩形脉动磁势的分解,矩形波为基波和一系列奇次的高次谐波,单相绕组的基波磁势,若只考虑基波分量的磁势，磁密在空间发布就不是各点相等了，而在空间按正弦规律分布； 一个整距线圈
3、的基波磁势是脉动磁势，既是时间t的函数；又是空间位置x的函数。 写成： 绕组系数kw短距系数ky分布系数kq,三相绕组的基波磁势的合成,取A相绕组轴线处为空间坐标原点；正方向为正相序（ABC）的方向。 三相合成磁势为： 行波方程,行波方程说明：,分析： 性质为旋转磁势； 转速 ； 转向由电流领先相向滞后相旋转。 若想反向旋转，可任意调换其中的二相； n0对于交流电机称为同步转速；,磁势中的高次谐波,采用三相绕组的Y接法消除三次谐波；,5次谐波的消除,采用短距绕组的方法消除5次谐波；,7以上谐波的削弱,采用分布绕组的方法削弱7次以上的高次 谐波分量。使各相磁势在空间的分布曲线接近正弦。,53三相
4、绕组的感应电势,绕组的感应电势： 有效值：,5-4三相异步电动机的等值电路,转差n0-n的存在是异步电动机运行的必要条件。我们将 转差表示为同步转速的百分值，称为转差率，用s表示。 异步电动机的工作原理决定了它的转速一般低于同步转速。 如果异步电动机的转子转速达到同步转速，则旋转磁场与转子导条之间不再有相对运动，因而不可能在导条内感应产生电动势，也不会产生电磁转矩来拖动机械负载。,三相异步电动机的转速与运行状态,一、转子静止时-转子开路,定子的旋转磁场以同步转速n1切割绕组产生E1和E2 电势比 与分析变压器空载运行时一样，称I10为励磁电流 但二者是有区别的： 一是磁动势表现形式不一样 二是
5、磁路不一样,变压器是交变励磁磁动势 异步电动机是旋转磁动势,变压器的磁路全是硅钢片，磁阻很小； 异步电动机的定、转子气隙使磁阻要大得多。,一、转子静止时-转子堵转,与前不同，出现I2转子磁动势F2， 由于转子不转E2的频率f2与定子f1频率相同； 定子电流I1I10（I2/ki） 电流比 按变压器分析方法,I1,U1,r1,r2,x2,rm,xm,x1,二、转子旋转后(带负载),变化最大的是转子电路！ 转子电动势频率 转子电动势 转子绕组漏电抗,三、三相异步电动机的实际电路,实际电路定、转子回路为两个不同频率的交流 正弦电路，没有办法直接分析和计算。 因此，首先要设法统一这两个电路的频率称为频
6、率的归一化处理（频率折算）。 异步电机中，由于转子是旋转的，随着转速不同，转子电动势的频率是不同的，这为问题的分析带来了麻烦，因此需要将不同的转速变换到一个特定的转速下研究问题。, 频率归算,频率归算 保持整个电磁系统的电磁性能不变，把一种频率的参数和物理量换算成另一种频率的参数和物理量。在这里，就是用一个具有定子频率而等效于转子的电路去代换实际转子电路。 所谓“等效”是指： 1）进行代换后，转子电路对定子电路的电磁效应不变。 2）等效的转子电路的电磁性能（有功功率、无功功率、铜耗等）必须和实际转子电路一样。,下面考虑两种转子电路,（1）静止；（2）以转差率s旋转的转子； 以转差率s旋转的转子
7、 静止转子电路中电流 从旋转磁动势幅值的计算公式中可以看出，若保持两者电流幅值相等，则可以使两者产生的旋转磁动势幅值为相等。,转子电阻的变化,转子真实电阻为r2，但在等效静止转子中电阻为r2 /s，出现了一个附加电阻。 附加电阻上产生的功耗，实质上表征了异步电动机的机械功率,相当变压器模型, 绕组折算电流的折算,经过频率归算以后，异步电机变成了变压器模型。后面的处理过程与变压器的处理过程完全一致，只是需要注意要在转子产生的磁场中要考虑三相的合成磁场。 用一个假想的转子绕组替代真实的转子绕组，它与定子绕组具有相同的参数。 假想转子绕组和真实绕组需要产生同样的旋转磁动势。,电势的折算和阻抗的折算,
8、由转子总的视在功率不变 由转子铜耗不变 同理：, 异步电动机的等效电路, 等效电路的简化,几种异步电动机的典型运行情况,1、空载运行,2、额度负载下运行,转子电路基本上是电阻性的，功率因数较高。,3、起动时的情况,附加电阻为零，起动电流很大，功率因数较低。,4、异步发电运行,转差率为负，附加电阻也为负值。表示从转子轴上输入（而不是输出）机械功率。,5、电磁制动状态运行,附加电阻为负值，表示从转子轴上输入（而不是输出）机械功率。,5-5三相异步电动机的参数测定,异步电机中有两种参数： （1）空载励磁参数：励磁电阻、励磁电抗、励磁阻抗 （2）堵转参数：定子电阻、定子漏抗、转子电阻、转子电抗,一、空
9、载试验及空载时参数的确定,1、空载试验,试验条件： （1）轴上不带任何负载； （2）异步电动机在额定频率下运行； （3）电压从1.11.3倍额定值逐渐降低，直到转速发生明显的变化（转差率明显增大） 获得数据： 端电压、空载电流、空载功率、转速,2、励磁参数与铁耗及机械损耗的确定,异步电机空载时，输入功率补偿定子铜耗、铁耗、机械损耗：,铁耗正比于电压平方，做出铁耗与机械损耗之和与电压平方的曲线； 延长该曲线与纵轴的相交，该交点所对应的只就为机械损耗值； 剩余部分就是铁耗值；,异步电机空载时，,转差率近似为零，负载引起的附加电阻为无穷大，等效电路开路：,二、堵转试验及堵转时参数的确定,1、堵转试验,异步电机堵转时，转差率s1，附加电阻为零，转子短路： 实验条件： 电压从0.4倍额定值逐渐降低 获得数据： 堵转电压、堵转电流、堵转功率,忽略励磁支路，忽略定子中的铁耗，机械损耗为零。输入功率完全用于抵消定转子铜耗。,从异步电机堵转时的等效电路可知,根据不同的电机极对数、功率等级可以将电抗值分离。,
