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1、單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,第3章 交流異步電動機,3.1 三相異步電動機的工作原理與結構,3.2 三相異步電動機的定子繞組,3.3 三相異步電動機定子繞組的感應電動勢,3.4 三相異步電動機的定子磁動勢,3.5 三相異步電動機的等值電路和相量圖,3.6 三相異步電動機的功率和轉矩,3.7 三相異步電動機的工作特性,3.8 三相異步電動機的機械特性,3.9 單相異步電動機,三相異步電動機是應用通電導體在磁場中產(chǎn)生電磁力的原理而工作的,如圖所示,外圓圈是可以轉動的圓柱形鐵心,安放了一對磁極。在磁極中間裝有一個也能夠轉動的圓柱形鐵心,簡稱

2、轉子。在轉子外,圓的兩個槽內(nèi)嵌放著一個閉合線圈。,若將外圓圈上的一對磁極以速度,逆時針旋轉,成為旋轉磁場,切割轉,子導條。用右手定則可知:N極下導,條感應電動勢方向是向內(nèi)的,S極下是,向外的。,第3章 交流異步電動機,3.1 三相異步電動機的工作原理與結構,3.1.1 三相異步電動機的工作原理(1),3.1.1 三相異步電動機的工作原理(2),閉合線圈導條中的電流與感應電動勢同方向,由左手定則可知,N極下導條電磁力方向向左,S極下的向右,這一對力偶產(chǎn)生了轉軸上的電,磁轉矩T,其轉向為逆時針方向,轉子在電磁轉矩T的作用下,就會以n的速度沿逆時針方向旋轉起來,成為電動機。,同步轉速 與轉子轉速 之

3、差 稱為轉差。轉差,與同步轉速 之比,稱為轉差率,用s表示,即,s也能表示轉子的轉速,即,異步電動機正常運行時轉差率s很小,一般在0.015 0.05之間。,3.1.2 組成異步電動機的主要部件(1),圖3.2 三相籠型異步電動機的結構圖 圖3.3 定子鐵心與沖片,1.軸 2.彈簧片 3.軸承 4.端蓋 5.定子繞組 6.機座 7.定子鐵心,8.轉子鐵心 9.吊環(huán) 10.出線盒 11.風罩 12.風扇 13.軸承端蓋,圖3.2是一臺三相籠型異步電動機的結構圖。主要部件是定子和轉子。定子有定子鐵心、定子繞組和機座;轉子有轉子鐵心、轉子繞組和轉軸。定子鐵心是電動機主磁通所經(jīng)磁路的一部分,用硅鋼片疊

4、壓而成,如圖3.3。,3.1.2 組成異步電動機的主要部件(2),定子鐵心內(nèi)圓上開有槽,槽內(nèi)放置定子繞組,槽型 如右上圖。定子繞組是三相繞組,六個出線頭都引到接線盒上,若銘牌標明為Y聯(lián)結,應將三個末端的出線頭 、連接在一起,三個首端出線頭 、接三相電源,如圖(a);若為D()聯(lián)結,應將 與 、與 、與 分別連在一起,三個首端 、,接三相電源,如圖(b)。,（a）,（b）,（c）,（a）,（b）,3.1.2 組成異步電動機的主要部件(3),轉子鐵心用硅鋼片沖壓疊裝而成,轉子槽形如左上圖,槽內(nèi)放置轉子繞組。轉子繞組有籠型轉子繞組和繞線轉子繞組。籠型轉子繞組如左下圖;繞線轉子繞組是對稱的三相繞組,接

5、成星形,三根引出線分別接到三個與轉軸絕緣的銅環(huán)上,稱為集電環(huán),通過電刷裝置與外電路相接,如上右圖。,（a）,（b）,（c）,（a）,（b）,3.1.3 三相異步電動機的銘牌數(shù)據(jù),1.額定功率 ,指電動機在額定運行時轉軸上輸出的機械功率,kW;,2.額定電壓 ,指額定運行時電網(wǎng)加在定子繞組上的線電壓,V或kV;,3.額定電流 ,指電動機在額定電壓下,輸出額定功率時,定子繞組中的線電流,A;與 及 之間的關系是,4.額定轉速 ,指額定運行時電動機的轉速,單位是轉/分(r/min);,5.接法用Y或D()表示,表明定子繞組應采用的連接方式,Y表示星形聯(lián)結,D()表示三角形聯(lián)結。,3.2 三相異步電動

6、機的定子繞組,定子繞組是由許多線圈按一定規(guī)律連接而成,線圈在槽內(nèi)部分是有效邊,槽外部分是端接,如右上圖。,1.如果定子圓周上有p對磁極,則,空間電角度=p機械角度。,2.若定子內(nèi)圓周有 個槽,則槽距角為,3.每相繞組在每個磁極下占據(jù)的槽數(shù)稱為每極每相槽數(shù)q,定子繞組相數(shù)為 時,4.線圈兩個有效邊在定子圓周上的距離,用槽數(shù)來表示,稱為線圈節(jié)距 ,右下圖中,（a）,（b）,3.2.1 三相單層繞組(1),單層繞組的每個槽里只放一個線圈邊,繞組的線圈數(shù)等于定子槽數(shù)的一半。已知,極距 ,單層繞組為整距繞組,將定子內(nèi)圓周畫成平面展開圖,標明槽號1 24,如 圖。,可將1號與7號槽中元件,邊連接成一個線圈

7、,同樣將2號,與8號的連成另一個線圈,將這兩個線圈首尾串聯(lián)組成一,個線圈組。同理,將13與19及,14與20串聯(lián)組成另一個線圈,組。再將這兩個線圈組串聯(lián)為一相繞組。,3.2.1 三相單層繞組(2),圖3.14 單層鏈式繞組U相的展開圖,已知 ,將2、7;8、13;14、19;20、1各自連接起來,構成了4個線圈。,再按電流方向,把各個線圈的端部按頭頭、尾尾的規(guī)律串聯(lián)起來,就構成了U相繞組。從圖3.14所示展開圖上看,這4個線圈形同鏈條,故而稱為鏈式繞組。同樣可將V、W相線圈連成鏈式。,3.2.2 三相雙層繞組,圖3.15 U相繞組展開圖,已知 則 ,取 畫出24個槽,槽中的實線和虛線分別表示上

8、層邊及下層邊;把1號的上層邊與6號的下層邊連成1號線圈,同樣把2號與7號的對應邊連成2號線圈,再把1號和2號線圈串聯(lián)成一個線圈組。同理將7、8,13、14及19、20號線圈分別連接成線圈組,最后將4個線圈組連接成一相繞組。,3.3 三相異步電動機定子繞組的感應電動勢,3.3.1 導體的感應電動勢(1),圖3.16 交流發(fā)電機模型橫截面示意圖 圖3.17 導體的感應電動勢,圖3.16 a是發(fā)電機模型橫截面示意圖,圖b是展開圖。設基波磁通密度為 ,導體A以速度 切割磁場產(chǎn)生的感應電動勢為 ,轉子的轉速為 時,機械角速度為 ,若有P對極,則電角速度為,將 代換,則有,波形如圖3.17,。,（a）,（

9、b）,3.3.1 導體的感應電動勢(2),如果電機有p對磁極,轉子的轉速為 ,則感應電動勢變化的頻率為 即 (3.12),感應電動勢的幅值為,式中 是基波磁通密度 的平均值;,是氣隙基波每極磁通量;,是導體切割磁場的線速度;,是定子內(nèi)表面的極距。,導體切割基波磁場所產(chǎn)生的基波電動勢的有效值為,3.3.2 線圈的感應電動勢,1.整距線匝電動勢的有效值是一根導體的有效值,的兩倍,即,2.由 匝串聯(lián)而成的整距線圈電動勢的有效值為,3.短距線圈的節(jié)距 ,線匝的兩根導體相隔的(電)角度為 其感應電動勢的相量可用右圖中的 和 表示,則線匝的,電動勢有效值為,有 匝的短距線圈基波電動勢大小為,稱為基波短距系

10、數(shù)。,3.3.3 線圈組的感應電動勢,圖3.19 分布線圈組空間位置及其連接圖 圖3.20 分布線圈組基波電動勢相量圖,由3個線圈組成的分布線圈組如圖3.19,對q個線圈組成的線圈組,有 ,q個大小相等的相量相加就組成一個正多邊形,如圖3.20b,稱為基波分布系數(shù),對短距分布,線圈組有 是繞組系數(shù)。,（a）,（b）,（a）,（b）,3.3.4 一相繞組的感應電動勢,一相繞組的感應電動勢就是繞組中一條并聯(lián)支路的電動勢。對于雙層繞組,一相繞組在每一個極下有一個線圈組,如果電機有P對極,則共有2P個線圈組,若組成b條并聯(lián)支路,則每條支路由,2 p/b個線圈組串聯(lián)而成。所以每相繞組電動勢為,(3.22

11、),式中 是一條支路的串聯(lián)總匝數(shù)。,單層繞組的線圈組數(shù)是雙層繞組的一半,則,3.3.5 定子繞組的諧波電動勢,次諧波磁通的極對數(shù)是基波磁通極對數(shù)的,倍,在定子繞組中感應諧波電動勢的頻率,若 次諧波每極磁通量為 ,則每相繞組中 次諧波電動勢有效值為,式中 是 次諧波的繞組系數(shù),等于次諧波的短距系數(shù) 和分布系數(shù) 的乘積。,3.4 三相異步電動機的定子磁動勢,3.4.1 單相繞組產(chǎn)生的脈動磁動勢(1),上圖是兩極異步電動機磁場分布示意圖及展開圖。任選一條圍繞線圈導體的磁路,該磁路兩次穿過氣隙。若,匝的線圈電流為 ,則閉合磁路的磁動勢為 ,若忽略定轉子鐵心的磁壓降,則一個氣隙的磁動勢是 ,氣隙磁動勢空

12、間分布波形為矩形波,如圖b,其最大高度為 ,矩形波磁動勢瞬時值隨時間的變化而作余弦變化,稱為脈動磁動勢。,3.4.1 單相繞組產(chǎn)生的脈動磁動勢(2),在空間按矩形波規(guī)律分布的磁動勢 ,可以用傅里葉級數(shù)分解為基波和奇次余弦波,如下圖,基波幅值是矩形波幅值的4/,而 次諧波幅值是基波幅值的 ,即,式中,基波磁動勢是一個在空間按,余弦規(guī)律 分布,其幅,值 隨時間作,余弦變化的磁動勢。,3.4.1 單相繞組產(chǎn)生的脈動磁動勢(3),q=3的整距線圈組空間分布及磁動勢相量如右圖,即,其幅值為,式中基波分布系數(shù)是,短距線圈組的磁動勢等于整距的磁動勢乘以短距系數(shù),磁動勢幅值為,3.4.1 單相繞組產(chǎn)生的脈動磁

13、動勢(4),單相繞組產(chǎn)生的磁動勢是指單相繞組中的線圈組在每對磁極下產(chǎn)生的氣隙磁動勢。雙層繞組在每一對磁極下有兩個線圈組(匝數(shù)為 ),一相繞組產(chǎn)生的基波磁動勢幅值為 (3.29),如果電動機有P對極,一相繞組就有2P個線圈組,假定組成b條并聯(lián)支路,每一條并聯(lián)支路串聯(lián)總匝數(shù) 就是一相繞組串聯(lián)總匝數(shù),即 則,線圈組的電流I與繞組相電流 的關系是,代入式(3.29),得到一相繞組基波磁動勢幅值為,是基波繞組系數(shù)。基波磁動勢瞬時值為,3.4.2 三相繞組產(chǎn)生的旋轉磁動勢(1),定子三相繞組的軸線相差120(空間)電角度,繞組中三相對稱電流相位互差120(時間)電角度。以U相為基準,其基波磁動勢的表達式為

14、,對V相有,對W相有,利用三角函數(shù)積化和差公式,將以上三式分別變換為,將上三式相加,后三項之和為零,三相合成基波磁動勢為,(3.34),幅值 (3.35),當t=0時,其波形如圖中實線所示;當 ,即 時,波形如圖中虛線所示。從圖中看出虛線波形是實線波形沿x軸移動了 ,這表明,三相合成基波磁動勢公式表示的是一個在空間按余弦規(guī)律分布、幅值恒定不變、隨時間而正向旋轉的磁動勢波?？捎纱艅觿莶ǚ迭c的移動速度來確定磁動勢波的旋轉速度,即令,則 或,由x對t的導數(shù)求得,磁動勢波的的旋轉速度即同步轉速,為,3.4.2 三相繞組產(chǎn)生的旋轉磁動勢(2),3.5 三相異步電動機的等值電路和相量圖,3.5.1 轉子

15、繞組開路時的等值電路和相量圖(1),轉子繞組開路時,轉子電流為零,只有定子空載電流 產(chǎn)生旋轉磁動勢 ,如右上圖;產(chǎn)生空載基波主磁通 和漏磁通 ,如右下圖。主磁通在定、轉子繞組中產(chǎn)生的感應電動勢有效值為,漏磁通在定子繞組中產(chǎn)生的,為,定子電壓方程是,3.5.1 轉子繞組開路時的等值電路和相量圖(2),定子電動勢與轉子電動勢之比稱為電動勢變比,也稱電壓變比,類似于變壓器,有,定子電壓方程是,其等值電路 如右上圖所示。,轉子電壓方程是,是轉子繞組在開路時的相電動勢;對應的相量圖如右下圖所示。,3.5.2 轉子繞組閉合時的等值電路和相量圖（1）,轉子繞組閉合,如右圖,而且用外力將轉子堵住,使之不能轉動

16、,稱之為堵轉。這時就有轉子電流 和定子電流 ,分別產(chǎn)生磁動勢 和 ,它們之和等于轉子開路時的磁動勢 ,即 代換后,有,是電流變比,定子電壓方程是,轉子短路閉合,可將轉子,不動時的電動勢表示為,3.5.2 轉子繞組閉合時的等值電路和相量圖（2）,把轉子繞組向定子繞組折算遵循的原則是:折算前后轉子磁動勢的大小和相位不變。方法是:把原來的轉子繞組看成和定子繞組有相同的相數(shù),相同的匝數(shù),相同的繞組系數(shù)。折算后的基本方程是,其等值電路如圖a所示,相量圖如圖b所示。,（a）,（b）,3.5.2 轉子繞組閉合時的等值電路和相量圖（2）,轉子繞組短接且轉子轉動時,與轉子不動時相比,電磁量會發(fā)生變化:1)轉子感應電動勢的頻率為,2)轉子電動勢,3)轉子繞組的漏電抗,轉子旋轉時磁動勢平衡方程式為,也就有,定子電動勢平衡方程式是,轉子電動勢平衡方程式為,或 (3.60),3.5.2 轉子繞組閉合時的等值電路和相量圖（3）,旋轉時的轉子電流為,(3.61),把上式的分子、分母都除以s,可化為 (3.62),上式表示靜止轉子電流。比較上兩式可知,將轉子電阻從 增加到 的靜止轉子,可以代替在轉差率s下的實際旋轉轉