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1、异步电机 内容提要 交流电机主要包括异步电机和同步电机两大类；两类电机在结构上既具有共同之处，又各有其自身特点。 共同之处在于定子铁心和绕组，不同之处在于转子结构和绕组。 交流电机的共同问题包括：(1)三相交流绕组的结构；(2)三相交流绕组产生的磁势分析；(3)三相交流绕组产生的感应电势分析； 本篇的教学内容包括共同问题和异步电机两大块。 本篇的教学顺序是：第10章 异步电机结构和交流绕组第11章 交流绕组的感应电势和磁势第12章 异步电机的分析方法第13章 异步电机的起动和调速第14章 单相异步电动机 第10章 异步电机的结构及交流绕组10.1 异步电机的结构和额定值一、异步电机的用途和类型
2、用途：异步电机主要用作电动机，应用最广泛的一种电动机，厂矿企业，交通工具，娱乐，科研，农业生产，日常生活都离不开异步电动机。（看录像）类型：异步电机主要分为：鼠笼式异步电动机，绕线式异步电动机和各种控制用电动机三大类。（看录像）。二、异步电机的结构（看录像）定子 定子铁心（1，2，3） 叠片结构，定子冲片（圆形冲片，扇形冲片），径向通风沟（风道），槽，槽型。 定子绕组： 成型线圈（2），散嵌线圈，单层，双层，绕组联结方法。 其他部件：机座，端盖，风罩，铭牌等。 问题：定子铁心为什么必须用硅钢片叠压而成？ 转子 转子铁心（1，2）：转子冲片。 转子绕组： 1. 鼠笼式绕组 2. 绕线式绕组 其他
3、部件：轴，轴承，风扇等 气隙：定转子之间的间隙，很小，0.2-1mm.对电机的性能影响很大。按结构分类： o 鼠笼式异步电动机：结构简单，坚固，成本低，运行性能不如绕线式。 o 绕线式异步电动机：通过外串电阻改善电机的起动，调速等性能。 冲片制造录像；线圈绕制过程录像三、异步电机的铭牌及额定值 铭牌：型号，额定值，绕组联结方式，生产厂家等。 型号举例：Y132S-4,Y-异步电动机；132-机座中心高度132mmS-短铁心；4-极数。 额定值:正常运行时的主要数据指标。 绕组联结方式：接法或者Y接法。 额定值 额定电压：(V)，额定运行时，规定加在定子绕组上的线电压； 额定电流：(A),额定运
4、行时，规定加在定子绕组上的线电流； 额定功率：(kW),额定运行时，电动机的输出功率； 额定转速：(r/min),额定运行时，电动机的转子转速； 额定频率：(Hz)，规定的电源频率(50Hz)； 额定效率：，额定功率因数：cos等。 额定电压，额定电流，额定功率的关系 接法：相电压=；相电流=/ Y接法：相电压=/；相电流=，所以： =3cos=cos (W)10.2 交流绕组内容提要 有关交流绕组的几个概念 交流绕组排列及连线的原则 单层绕组 双层绕组一、认识交流绕组（与绕组有关的几个概念）线圈（绕组元件）：是构成绕组的基本单元。绕组就是线圈按一定规律的排列和联结。线圈可以区分为多匝线圈和单
5、匝线圈。与线圈相关的概念包括：有效边；端部；线圈节距等（看图）极距：沿定子铁心内圆每个磁极所占的范围 o 用长度表示： （看图） o 用槽数表示： （36槽4极电机的极距为多少槽？） 电角度： 转子铁心的横截面是一个圆，其几何角度为360度。 从电磁角度看，一对N,S极构成一个磁场周期，即1对极为360电角度 电机的机对数为p时，气隙圆周的角度数为p*360电角度。（看图） 节距 一个线圈两个有效边之间所跨过的槽数称为线圈的节距。用y表示。（看图） y时，线圈称为长距线圈。 单层绕组和双层绕组 单层绕组一个槽中只放一个元件边（看图） 双层绕组一个槽中放两个元件边。（看图） 槽距角，相数，每极每
6、相槽数 一个槽所占的电角度数称为槽距角，用表示；（看图） 相数用m表示， 每个极域内每相所占的槽数称为每极每相槽数，用q表示。（看图） 二、交流绕组的构成原则 均匀原则：每个极域内的槽数（线圈数）要相等，各相绕组在每个极域内所占的槽数应相等 o 每极槽数用极距表示 o 每极每相槽数（举例） 对称原则：三相绕组的结构完全一样，但在电机的圆周空间互相错开120电角度。 o 如槽距角为，则相邻两相错开的槽数为120/。（举例） 电势相加原则：线圈两个圈边的感应电势应该相加；线圈与线圈之间的连接也应符合这一原则。 o 如线圈的一个边在N极下，另一个应在S极下。（举例）三、三相单层绕组构造方法和步骤 分
7、极分相: （看图1000-1） o 将总槽数按给定的极数均匀分开（N,S极相邻分布）并标记假设的感应电势方向。； o 将每个极域的槽数按三相均匀分开。三相在空间错开120电角度。 连线圈和线圈组：（看图1000-2） o 将一对极域内属于同一相的某两个圈边连成一个线圈（共有q个线圈，为什么？） o 将一对极域内属于同一相的q个线圈连成一个线圈组（共有多少个线圈组？） o 以上连接应符合电势相加原则 连相绕组：（看图1000-3） o 将属于同一相的p个线圈组连成一相绕组，并标记首尾端。 o 串联与并联，电势相加原则。 按照同样的方法构造其他两相。 连三相绕组 （看图1000-4） o 将三个构
8、造好的单相绕组连成完整的三相绕组 o 接法或者Y接法。 单层绕组分类 等元件式整距叠绕组（看图1000-3） 同心式绕组（看图1000-6） 链式绕组（看图1000-7） 交叉链式绕组（看图1000-8） 单层绕组主要用于小型异步电动机。 四、三相双层绕组构造方法和步骤（举例：Z1=24,2p=4,整距,m=3) 分极分相:（看图1001-1） o 将总槽数按给定的极数均匀分开（N,S极相邻分布）并标记假设的感应电势方向； o 将每个极域的槽数按三相均匀分开。三相在空间错开120电角度。 连线圈和线圈组：（看图1001-2） o 根据给定的线圈节距连线圈（上层边与下层边合一个线圈） o 以上层
9、边所在槽号标记线圈编号。 o 将同一极域内属于同一相的某两个圈边连成一个线圈（共有q个线圈，为什么？） o 将同一极域内属于同一相的q个线圈连成一个线圈组（共有多少个线圈组？） o 以上连接应符合电势相加原则 连相绕组： （看图1001-3） o 将属于同一相的2p个线圈组连成一相绕组，并标记首尾端。 o 串联与并联，电势相加原则。 按照同样的方法构造其他两相。 连三相绕组 o 将三个构造好的单相绕组连成完整的三相绕组 o 接法或者Y接法 10kW以上的电机主要采用双层绕组11.1 交流电机定子绕组的感应电势一、交流同步电机的模型结构 同步电机的模型结构如图所示：转子上有成对磁极，定子上有三相
10、对称交流绕组。 原动机带动转子旋转，形成旋转磁场，该磁场在气隙空间可以取基波（正弦）进行研究。 o 四极同步电机的原理演示 o 基波磁场示意图 定子绕组的有效边被旋转磁场切割，并在其中产生感应点势。 o 四极同步电机的原理演示 二、交流绕组的感应电势 交流绕组的构成：导体-线圈-线圈组-一相绕组-三相绕组 o 交流绕组示意图 1、 导体中的感应电势（看图1100-3） 感应电势的波形 oo 感应电势随时间变化的波形和磁感应强度在空间的分布波形相一致。 o 只考虑磁场基波时，感应电势为正弦波。 感应电势的频率 o 磁场转过一对极，导体中的感应电势变化一个周期； o 磁场旋转一周，转过p（电机的极
11、对数）对磁极； o 转速为n（r/min)的电机，每秒钟转过(pn/60)对极； o 导体中感应电势的频率f=(pn/60)Hz. o 问题：四极电机，要使得导体中的感应电势为50Hz,转速应为多少？ 感应电势的大小 o 看图1100-4 o 感应电势的最大值： o 导体与磁场的相对速度： o 磁感应强度峰值和平均值之间的关系： o 感应电势最大值： o 感应电势的有效值： 小结：绕组中均匀分布着许多导体，这些导体中的感应电势有效值，频率，波形均相同；但是他们的相位不相同。 2、线圈中的感应电势 整距线圈中的感应电势 o 看图1100-5 o 线圈的两个有效边处于磁场中相反的位置，其感应电势相
12、差180电角度。 o 整距线圈的感应电势： o 考虑到线圈的匝数后： 短距线圈中的感应电势 o 看图1100-6 o 线圈的两个有效边在磁场中相距为y,其感应电势相位差不是180-电角度。 o 短距角： o 短距线圈的感应电势： o 短距系数： 小结：短距系数小于1，故短距线圈感应电势有所损失；但短距可以削弱高次谐波（后面要讲）。 3、线圈组的感应电势 看图1100-7 每对极下属于同一相的q个线圈，构成一个线圈组。图中q=3 每个线圈的感应电势由两个圈边的感应电势矢量相加而成。 整个线圈组的感应电势由所有属于该组的导体电势矢量相加。 在该例中，该组的感应电势为三个线圈的感应电势矢量相加。 矢
13、量式对应于图1100-8 分布系数： 线圈组的电势： 可以证明，分布系数小于1。 4、一相绕组的电势 单层绕组的相电势： o 单层绕组每对极每相q个线圈，组成一个线圈组，共p个线圈组。 o 若p个线圈组全部并联则相电势=线圈组的电势 o 若p个线圈组全部串联则相电势=p 倍 线圈组电势 o 实际线圈组可并可串，总串联匝数 o 相电势： 双层绕组的电势 o 双层绕组每对极每相有2q个线圈，构成两个线圈组，共2p个线圈组 o 这2p个线圈组可并可串，总串联匝数 o 双层绕组要考虑到短距系数 o 绕组系数： 5、三相绕组的电势 三相绕组由在空间错开120电角度对称分布的三个单相绕组构成，三相相电势在
14、时间上相差120度。 三相线电势与相电势的关系：三角形接法，线电势=相电势；星形接法， 6、本节小结： 正弦分布的以转速n旋转的旋转磁场，在三相对成交流绕组中会感应出三相对称交流电势。 感应电势的波形同磁场波形，为正弦波 感应电势的频率为f=(pn/60)Hz 相电势的大小为 绕组系数， 第11章 交流绕组绕组的感应电势和磁势内容提要 旋转磁场是交流电机工作的基础。在交流电机理论中有两种旋转磁场 (1)机械旋转磁场（看图1,看图2,看图3）(2)电气旋转磁场（动画1，动画2，动画3） 通过原动机拖动磁极旋转可以产生机械旋转磁场.（看图1,看图2,看图3） 三相对称的交流绕组通入三相对称的交流电流时会在电机的气隙空间产生电气旋转磁场 两种旋转磁场尽管产生的机理不相同，但在交流绕组中形成的电磁感应效果是
