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1、异步电动机原理第四章 异步电动机原理4-1 基本工作原理与结构一、 异步电动机的基本工作原理异步电动机模型实现能量转换的前提;必要条件nn0；名称的来源。原理：定子旋转磁场以速度n0切割转子导体感生电动势（发电机右手定则）， 在转子导体中形成电流，使导体受电磁力作用形成电磁转矩， 推动转子以转速n顺n0方向旋转 （电动机左手定则），并从轴上输出一定大小的机械功率。 （n不能等于n0）特点：电动机内必须有一个以n0旋转的磁场。电动运行时n恒不等于n0 （异步）建立转矩的电流由感应产生。一感应绕组空间位置转子绕组展开图（星形联接）警/专2流波形 u 】v 】w 】u三相W.W/ UI (U,2、V
2、W- UUUW毗=亨Iv=Im毗=专Iw=Im=1= 0Iu=Im空间120度 对称分布的三相绕组通过三相对称的交流 电流时，产生的合成磁场为极对数p=1的空间旋转磁场， 每电源周期旋转一周，即两个极距；某相绕组中电流达到最大值时，磁极轴线恰好旋转到 该相绕组轴线上。每相空间对称分布串联线圈数增加，合成磁场磁极对 数也增加：例：由3个线圈增加到6个，依次滞后60度机械角度对 称分布：UU12V U11 WU21U21p=2时，电源电压变化一周，磁场在空间旋转半周，即180度机械角度; 对应电角度仍为p x 1800 = 3600。结论：空间对称分布的多相绕组，流过时间上对称的多相电流时， 合成
3、磁通势为旋转磁通势，由此磁通势建立的磁场为旋转磁场。绕组空间位置P=2绕组展开图（Y联接）定子绕组的主要功能：建立旋转磁通势。 重要结论：交流电机中的合成磁场旋转速度 n0= 60pfr/m诃f为电源频率。二、 基本结构阅读三、铭牌数据额定功率PN :额定运行状态下的轴上输出功率，单位：kW。 额定电压UN:额定运行状态下加在定子绕组上的线电压，单位：V。 额定电流iN :额定运行状态下电动机定子绕组的线电流，单位：A。 额定转速nN :额定运行状态下电动机的转速，单位：r/min。 额定频率fN:电动机电源电压标准频率。PNr3UNIN cosN耳N4-2三相异步电动机的定子绕组与磁势(F
4、= R ) 目标：定量分析确定三相合成磁势的数学表达式一旋转磁场的理论定量分 析，为确定电动机的电磁转矩大小和方向作准备。一、一相定子绕组及其磁通势取p=1, U相绕组为例:绕组匝数Ny通过电流y m每磁感应线磁路磁势F = i N ；y y忽略铁心磁压降，认为气隙均匀，则气隙中磁势处处相等：1 1y 2 y y 2 m yF = i N = I N sin 3t磁势空间位置固定、幅值随电流按正弦规律不断改变其大小和符号 空间脉振磁势。机电角度的换算：P=1时，2x机械弧度相当于2兀电弧度兀X所以：x机械弧度相当于十电弧度，即机械弧度x为一个极 踞时电弧度等于“。=I将i二I瞬间的空间矩形波磁
5、势按级数展开参考文献1、P192，得m=42 in (cosx一cos3x + cos5x)兀 2 y t 3 t 5 t=0.9IN (cosx -cosLx + cos5x)y t 3 t 5 tI为电流有效值：i = 2Isin e t。结论：一相定子绕组流过正弦电流时在气隙中产生的磁势为脉振磁势：F (x,t) = F (x) sin etyymx)sin et5 T=0.9IN (cos 兀 x 1 cos 3 兀 x + 1 cos 5 兀y t 3FylFymFy3Fy5T矩形磁通势波的基波及3,5次谐波分量含Fym(x)丄存在问题：集中整距绕组f磁势、磁场为矩形分布转子感应电势
6、畸变 f性能/对策：单层分布绕组f抑制高次谐波f磁势、磁场接近正弦波：1、单层整距分布绕组将原集中在一个槽内的线圈边分布到相邻的q个槽内：q =厶=定子总槽数、，2pm 2p定子绕组相数2：槽距角：相邻两槽间弧长对应的电角度a 360p ；Z45678 |34567890c23q u2整距分布绕组a2基波磁势最大值:Fqm - qFyi陀-Kqi X qFyiq sin .qa sin vqFya - Kqv X qFyvq sin vv次谐波磁势最大值:Fqmv；v=3、 5、qa 1.aq sm v 7、sin v K -2qv结论：采用整距分布绕组后，线圈组基波、谐波磁势幅 值均下降，下
7、降比例等于K ；谐波磁势下降比例远大于基波。合成磁势较接近正 弦波。2、双层短距分布绕组双层短距绕组进一步抑制高次谐波:=KN1基波短距系数：Ky1 CO.； V次谐波短距系数：Kyv = Co v 2。K K，高次谐波磁势被显著减小。yvy1K K K基波短距分布绕组系数：Kqy1 _ Kq1Ky1 线圈匝数：Ny ；分布:弹；层 2；磁极对数：p。一相总串联匝数 N1 = p 2qNy”4/2 N K0.9N K一相绕组基波磁势幅值:F =_為 忖1 =m1兀 2pp二、 交流电动机绕组磁通势的性质1、 一相绕组基波磁势：兀F1(X，t)= Fm1 C0S T X Sin t是一个空间呈余
8、弦分布、幅值随时间按正弦规律变化的 脉振磁势。分析：利用三角公式F (x,t)= ml1 2厂兀（兀sin3 t x+ sin3 t + 一 XI T丿I T丿=F1F（x，t）+ F1R（x，t）性质：空间呈正弦分布幅值为常数；令正弦值=1可得波顶(幅值)运动方程兀、2丿波顶运动线速度:v =巴=2功米/秒dt兀=6v = 60至=空转/分D兀2pTpn0 R = 60f 转 / 分0Rp结论：一相绕组所建立的脉振磁势可分解成两个旋转磁势，幅值均为脉 振磁势幅值的一半，转速相同(|n | = 60f r/min),方向相反。0 p2、 三相绕组合成磁通势的性质-波顶旋转速度:n0 F三相集中
9、绕组空间位置示意图旋转磁场源于空间对称分布的三相绕组中流过三相电流形成的合成旋转磁势。假定i = I sin w t um2兀、i = I sin(w t 一)vm3i = I sin(w t +)wm3则三相绕组的基波磁势为:兀F (x, t) = F cos sin w t U mlT兀 2兀2兀FV1 (x, t) = F1 cos( - _) sin(w t - _)V1m1t33兀2兀2兀F (x, t) = F cos( +) sin(w t +)W1mlt33将它们分解成两个旋转磁势:FU1Fv 1FW1兀A(兀Asinw t 一x+ sinw t +xVt丿Vt丿(兀A(兀2k
10、 Asinw t 一x+ sinw t +x-3丿t丿Vt兀(兀2k、sinw t x+ sinw t +x +3 VtVt/Fm1 TFml TFm1T三相绕组的基波合成磁势为:F (x, t) = F (x, t) + F (x, t) + F (x, t) siU1V1w13厂/兀、F sin(w t 一x)2 m1t=F sin（w t 一, x）sm1t3N KF =_ F = 1.351 n 1 Ism1 2 m1p三相的三次谐波磁势：对应基波的一个极距，三次谐波 已经是3个极距：兀F (x, t) = F cos 3 sin o tU 3m3T兀2兀2兀F (x, t) = F
11、cos 3( -)sin(o t -)V 3m3T 33兀2兀2兀F (x, t) = F cos 3( +) sin(o t +)W 3m3T 33F (x, t) = F (x, t) + F (x, t) + F (x, t)3U 3V 3w3兀2兀m3=F cos3xsin o t + sin(o t -) + sin o t +m3T3 I=0各相三次谐波磁势的空间位置相同，因三相电流在时 间上互差120度电角度，使三相合成三次谐波磁势为0。推论：三的倍数次谐波磁势都为0。其余5、7次谐波磁势，由于釆用分布、短距绕组已被削 弱到极小，所以三相绕组产生的磁势可以忽略谐波分量。F1 (x
12、, t)的性质：si空间正弦分布、幅值固定、以n = 60f旋转。l=J0 p某相电流达到最大值时，F i (x,t)的幅值正好旋转到该相绕组的轴线上。假定分别从Y型联结的定子绕组U、V、W输入，则时，7 ,/ = j =一 1在各自绕组轴线上形成磁势：u m v w 2 mF = F ,F =-1F ,F =-1F，矢量合成得到三相合成磁势的模u m v 2 m w 2 m为3f，与Fu同方向。2 mF=1.5Fm|Fu=Fm投影 Fv=-0.5Fm cos60 厂垂直方向相加 水平方向抵销120度240度,2兀兀时，. o t =+i = I , i = i =32v m u w势：1F = F ,F =-F ,F =v m u 2 m wFw=-0.5Fm01，在各自绕组轴线上形成磁2m_
