1、第第4 4章章 三相異步電動機三相異步電動機 原理原理-1-1實現交流電能與機械能轉換的裝置被稱為實現交流電能與機械能轉換的裝置被稱為交流電機交流電機。交流電機有兩大類：交流電機有兩大類：異步電機異步電機和和同步電機同步電機。同步電機的轉速與交流電源頻率之間存在嚴格的對應同步電機的轉速與交流電源頻率之間存在嚴格的對應關系，異步電機則不然。關系，異步電機則不然。異步電動機定子接上交流電源后，形成旋轉磁場，依異步電動機定子接上交流電源后，形成旋轉磁場，依靠電磁感應作用，使轉子繞組感生電流，產生電磁轉靠電磁感應作用，使轉子繞組感生電流，產生電磁轉矩，實現機電能量轉換。矩，實現機電能量轉換。第第0 0

2、節節 序言序言 異步電動機的主要用途和分類異步電動機的主要用途和分類 一、異步電機主要用作電動機，去拖動各種生產一、異步電機主要用作電動機，去拖動各種生產機械。機械。 異步電動機的優點異步電動機的優點:結構結構簡單、容易制造、價格低簡單、容易制造、價格低廉、運行可靠、堅固耐用、運行效率較高。廉、運行可靠、堅固耐用、運行效率較高。 異步電動機的缺點異步電動機的缺點:功率因數較差。異步電動機運功率因數較差。異步電動機運行時，必須從電網里吸收落后性的無功功率，使行時，必須從電網里吸收落后性的無功功率，使電網功率因數降低，它的功率因數總是小于。電網功率因數降低，它的功率因數總是小于。 二、異步電動機的

3、種類很多，從不同角度看，有不二、異步電動機的種類很多，從不同角度看，有不同的分類法：同的分類法：（1）按定子相數分有）按定子相數分有 單相異步電動機；單相異步電動機； 兩兩相異步電動機；相異步電動機； 三相異步電動機。三相異步電動機。（2）按轉子結構分有）按轉子結構分有 繞線式異步電動機；繞線式異步電動機； 鼠籠式異步電動機。后者又包括單鼠籠異步電動鼠籠式異步電動機。后者又包括單鼠籠異步電動機、雙鼠籠異步電動機和深槽式異步電動機。機、雙鼠籠異步電動機和深槽式異步電動機。（3）按有無換向器分有）按有無換向器分有 無換向器異步電動機；無換向器異步電動機；換向器異步電動機。換向器異步電動機。 此外，

4、根據電機定子繞組上所加電壓的大小，又此外，根據電機定子繞組上所加電壓的大小，又有高壓異步電動機、低壓異步電動機之分。從其有高壓異步電動機、低壓異步電動機之分。從其它角度看，還有高起動轉矩異步電機、高轉差率它角度看，還有高起動轉矩異步電機、高轉差率異步電機、高轉速異步電機等等。異步電機、高轉速異步電機等等。一、一、三相異步電動機的三相異步電動機的工作原理與運行狀態工作原理與運行狀態第一節第一節 三相異步電動機的三相異步電動機的工作原理及結構工作原理及結構1 1、旋轉磁場的產生、旋轉磁場的產生在直流電機中，采用的是電樞旋轉，磁極固定的工作模式。在直流電機中，采用的是電樞旋轉，磁極固定的工作模式。若

5、交換磁極與電樞的位置，采用磁極旋轉，電樞固定的模式。若交換磁極與電樞的位置，采用磁極旋轉，電樞固定的模式。則可以在電樞繞組中感應出則可以在電樞繞組中感應出交流電動勢交流電動勢。因此，在交流電機中首先要解決旋轉磁場問題。因此，在交流電機中首先要解決旋轉磁場問題。旋轉磁場旋轉磁場 一種極性和大小不變，并且以一定轉速旋轉的磁一種極性和大小不變，并且以一定轉速旋轉的磁場。場。當三相對稱繞組接上三相對稱電源，就產生當三相對稱繞組接上三相對稱電源，就產生旋轉磁場旋轉磁場。tIimAcos)120cos(tIimB)240cos(tIimC三相對稱繞組：三相對稱繞組：A-X、B-Y、C-Z三個線圈在空間上彼

6、此互隔三個線圈在空間上彼此互隔120120分布在定子鐵分布在定子鐵心內圓的圓周上，構成了對稱三相繞組。心內圓的圓周上，構成了對稱三相繞組。B相從相從A相后移相后移120、C相從相從B相后移相后移120、A相從相從C相后移相后移120tIicosmA)120cos(mBtIi)240cos(mCtIi一對磁極，電流變化1周期，旋轉磁場逆時針轉過1轉四極四極旋轉旋轉磁場磁場示意示意圖圖2對磁極，電流變化1周期，旋轉磁場轉過1/2轉ns為為同步轉速（同步轉速（r/min）；p為為極對數極對數；f1為為交流電源的頻交流電源的頻率（率（HzHz）。旋轉磁場的轉速旋轉磁場的轉速考慮考慮一對極一對極和和兩對

7、極兩對極旋轉磁場的關系?？偨Y出旋旋轉磁場的關系?？偨Y出旋轉磁場的轉速和電源頻率、極對數的關系為：轉磁場的轉速和電源頻率、極對數的關系為：160sfnpp對磁極，電流變化1周期，旋轉磁場轉過1/p轉2 2、三相異步電動機的三相異步電動機的工作原理工作原理 三相異步電機的轉子結構三相異步電機的轉子結構三相異步電動機圓柱形的轉子鐵心上，嵌有均勻分布的導條，三相異步電動機圓柱形的轉子鐵心上，嵌有均勻分布的導條，導條兩端分別用銅環將它們連接成一個整體。導條兩端分別用銅環將它們連接成一個整體。 三相異步電機轉子感應電動勢和電流的產生三相異步電機轉子感應電動勢和電流的產生三相異步電動機的定子鐵心上嵌有三相對

8、稱繞組，接通三相對三相異步電動機的定子鐵心上嵌有三相對稱繞組，接通三相對稱電源后，在定子、轉子之間的氣隙內產生了以同步轉速旋稱電源后，在定子、轉子之間的氣隙內產生了以同步轉速旋轉的旋轉磁場。轉的旋轉磁場。轉子導條被這種旋轉磁場切割，在導條內感應電動勢，從而形轉子導條被這種旋轉磁場切割，在導條內感應電動勢，從而形成感應電流。成感應電流。 三相異步電機轉子產生轉矩并形成旋轉三相異步電機轉子產生轉矩并形成旋轉導條內產生的感生電流，磁場又對導條產生電磁力。于是轉子導條內產生的感生電流，磁場又對導條產生電磁力。于是轉子就跟著旋轉磁場旋轉。就跟著旋轉磁場旋轉。Flash：三相異步電機：三相異步電機工作原理

9、工作原理 3 3、三相異步電動機的轉速與運行狀態三相異步電動機的轉速與運行狀態 異步電動機的異步電動機的工作原理決定了它的工作原理決定了它的轉速一般轉速一般低于同步轉速。如果異步電低于同步轉速。如果異步電動機的轉子轉速達到同步轉速，則旋動機的轉子轉速達到同步轉速，則旋轉磁場與轉子導條之間不再有相對運轉磁場與轉子導條之間不再有相對運動，因而不可能在導條內感應產生電動，因而不可能在導條內感應產生電動勢，也不會產生電磁轉矩來拖動機動勢，也不會產生電磁轉矩來拖動機械負載。械負載。右手定則右手定則決定電流決定電流方向方向左手定則左手定則決定導條決定導條受力方向受力方向 轉差轉差ns-n的存在是異步電動機

10、運行的存在是異步電動機運行的必要條件。我們將轉差表示為同步的必要條件。我們將轉差表示為同步轉速的百分值，稱為轉差率，用轉速的百分值，稱為轉差率，用s表表示。示。 同步轉速同步轉速100%ssnnsnsnn 轉子異步轉速轉子異步轉速Flash:Flash:三相異步電動機的三相異步電動機的運行狀態運行狀態例例4-1 有一臺有一臺50Hz的三相的三相異步電動機運行，異步電動機運行，空載轉差率為空載轉差率為0.267%0.267%，額定轉速為額定轉速為 求該電動機的極對數、同步轉求該電動機的極對數、同步轉速、空載轉速以及額定負載時的轉差率。速、空載轉速以及額定負載時的轉差率。min/730rnN（3

11、3）額定轉差率）額定轉差率解：解：(1)(1)同步轉速的計算同步轉速的計算pppfn300050606010考慮本題的額定轉速考慮本題的額定轉速min/7500rn 4p判斷極對數判斷極對數（2 2）空載轉速）空載轉速min/748min/%)267. 01 (750)1 (000rrsnn%67. 2%100750730750%1000NNNnnns二、二、三相異步電機的結構三相異步電機的結構三相異步電機屬于旋轉三相異步電機屬于旋轉電機范疇，因此它也具電機范疇，因此它也具有定子、轉子、氣隙結有定子、轉子、氣隙結構。構。 1 1、異步電動機的定子：、異步電動機的定子： 異步電動機的定子是由機座

12、、定子鐵心和異步電動機的定子是由機座、定子鐵心和定子繞組三個部分組成的。定子繞組三個部分組成的。1 1）、定子鐵心：是電動機磁路的一部分，裝）、定子鐵心：是電動機磁路的一部分，裝在機座里。為了降低定子鐵心里的鐵損耗，在機座里。為了降低定子鐵心里的鐵損耗，定子鐵心用定子鐵心用0.5mm0.5mm厚的硅鋼片疊壓而成的，厚的硅鋼片疊壓而成的，在硅鋼片的兩面還應在硅鋼片的兩面還應涂涂上絕緣漆。上絕緣漆。下圖所示為定子槽下圖所示為定子槽：其中其中( (a a) )是開口槽，用于大、中型容量的高壓是開口槽，用于大、中型容量的高壓異步電動機中；異步電動機中；( (b b) )是半開口槽，用于大型低是半開口槽

13、，用于大型低壓的異步電動機中；壓的異步電動機中；( (c c) )是半閉口槽，用于低是半閉口槽，用于低壓小型異步電動機中。壓小型異步電動機中。 2）、定子繞組：是定子中的電路部分，它由絕）、定子繞組：是定子中的電路部分，它由絕緣的銅（或鋁）導線繞成，嵌在定子槽內。緣的銅（或鋁）導線繞成，嵌在定子槽內。 2）、定子繞組：是定子中的電路部分，它由絕）、定子繞組：是定子中的電路部分，它由絕緣的銅（或鋁）導線繞成，嵌在定子槽內。緣的銅（或鋁）導線繞成，嵌在定子槽內。 高壓大、中型容量的異步電動機定子繞組常采用高壓大、中型容量的異步電動機定子繞組常采用Y接，只有三根引出線，如圖接，只有三根引出線，如圖(

14、a)所示。對中、小所示。對中、小容量低壓異步電動機，通常把定子三相繞組的六容量低壓異步電動機，通常把定子三相繞組的六根出線頭都引出來，根據需要可接成根出線頭都引出來，根據需要可接成Y形或形或形，形，如圖如圖(b)所示。所示。 3）、機座：）、機座：主要是為了固定與支撐定子鐵心。主要是為了固定與支撐定子鐵心。如果是如果是端蓋軸承電機，還要支撐電機的轉子部分。因此，端蓋軸承電機，還要支撐電機的轉子部分。因此，機座機座應有足夠的機械強度和剛度。應有足夠的機械強度和剛度。對中、小型異步電動機，對中、小型異步電動機，通常用鑄鐵機座。對大型電機，一般采用鋼板焊接的機通常用鑄鐵機座。對大型電機，一般采用鋼板

15、焊接的機座，整個機座和座式軸承都固定在同一個底板上。座，整個機座和座式軸承都固定在同一個底板上。2 2、異步電動機的轉子：、異步電動機的轉子： 異步電動機的轉子是由轉子鐵心、轉子繞組和轉軸異步電動機的轉子是由轉子鐵心、轉子繞組和轉軸組成的組成的 。 1 1）、轉子鐵心：是電動機磁路的一部分，它用）、轉子鐵心：是電動機磁路的一部分，它用0.5mm0.5mm厚的硅鋼片疊壓而成。鐵心固定在轉軸或轉厚的硅鋼片疊壓而成。鐵心固定在轉軸或轉子支架上，整個轉子的外表呈圓柱形。子支架上，整個轉子的外表呈圓柱形。2 2）、轉子繞組：分為鼠籠型和繞線型兩類。）、轉子繞組：分為鼠籠型和繞線型兩類。n鼠籠型轉子：鼠籠

16、型繞組是一個自己短路的繞組。鼠籠型轉子：鼠籠型繞組是一個自己短路的繞組。在轉子的每個槽里放上一根導體，在伸出鐵心的兩在轉子的每個槽里放上一根導體，在伸出鐵心的兩端用端環連接起來，形成一個短路的繞組。如果把端用端環連接起來，形成一個短路的繞組。如果把轉子鐵心拿掉，則可看出，剩下來的繞組形狀像個轉子鐵心拿掉，則可看出，剩下來的繞組形狀像個松鼠籠子，如圖所示，因此又叫鼠籠轉子。導條的松鼠籠子，如圖所示，因此又叫鼠籠轉子。導條的材料有用銅的，也有用鋁的。材料有用銅的，也有用鋁的。 如果用的是銅料，就需要把事先做好的裸銅條插入如果用的是銅料，就需要把事先做好的裸銅條插入轉子鐵心上的槽里，再用銅端環套在伸

17、出兩端的轉子鐵心上的槽里，再用銅端環套在伸出兩端的銅條上，最后焊在一起，如左圖所示。如果用的銅條上，最后焊在一起，如左圖所示。如果用的是鑄鋁，就連同端環、風扇一次鑄成，如右圖所是鑄鋁，就連同端環、風扇一次鑄成，如右圖所示示 ?；\型轉子結構簡單、制造方便、是一種經濟、?；\型轉子結構簡單、制造方便、是一種經濟、耐用的電機，所以應用極廣。耐用的電機，所以應用極廣。 籠型繞組籠型繞組銅條籠銅條籠型轉子型轉子鑄鋁籠鑄鋁籠型轉子型轉子 2）繞線型轉子：繞線型轉子的槽內嵌放有用絕緣）繞線型轉子：繞線型轉子的槽內嵌放有用絕緣導線組成的三相繞組，一般都聯接成導線組成的三相繞組，一般都聯接成Y形。轉子形。轉子繞組

18、的三條引線分別接到三個滑環上，用一套電繞組的三條引線分別接到三個滑環上，用一套電刷裝置引出來與外部電路接通，如圖所示。這就刷裝置引出來與外部電路接通，如圖所示。這就可以把外接電阻串聯到轉子繞組回路里去，以改可以把外接電阻串聯到轉子繞組回路里去，以改善電動機的啟動性能或調節電動機的轉速。善電動機的啟動性能或調節電動機的轉速。與籠型轉子相比較，繞線型轉子結構稍復雜，價與籠型轉子相比較，繞線型轉子結構稍復雜，價格稍貴，因此只在要求起動電流小，起動轉距大，格稍貴，因此只在要求起動電流小，起動轉距大，或需平滑調速的場合使用?；蛐杵交{速的場合使用。3 3、氣隙、氣隙異步電機中的氣隙是很小的，中小型異步電

19、機一般為異步電機中的氣隙是很小的，中小型異步電機一般為0.20.22mm2mm。氣隙大：磁阻大，所需勵磁電流較大，勵磁電流為無氣隙大：磁阻大，所需勵磁電流較大，勵磁電流為無功電流，氣隙增大將使電機的功率因數變差。但可以功電流，氣隙增大將使電機的功率因數變差。但可以減小諧波磁場，減小附加損耗，改善啟動性能。減小諧波磁場，減小附加損耗，改善啟動性能。氣隙過?。簩е码姍C裝配困難。氣隙過小：導致電機裝配困難。n三相異步電動機的銘牌上標明電機的型號、額定三相異步電動機的銘牌上標明電機的型號、額定數據等。如圖：數據等。如圖：第二節第二節 三相異步電動機的銘牌數據三相異步電動機的銘牌數據第二節第二節 三相異

20、步電動機的銘牌數據三相異步電動機的銘牌數據 額定功率額定功率 電動機在額定運行時輸出的機械功率電動機在額定運行時輸出的機械功率,單位單位 kW 額定電壓額定電壓 在額定運行狀態下，電網加在定子繞組的在額定運行狀態下，電網加在定子繞組的線電線電壓。壓。 額定電流額定電流 電動機在額定電壓下使用，輸出額定功率時，電動機在額定電壓下使用，輸出額定功率時，定子繞組中的定子繞組中的線電流線電流。 額定頻率額定頻率 我國的電網，標準頻率為我國的電網，標準頻率為 50Hz 額定轉速額定轉速 電動機在額定電壓、額定頻率及額定功率下的電動機在額定電壓、額定頻率及額定功率下的轉速，單位轉速，單位 r/min此外，

21、銘牌上還標明繞組的相數與接法（此外，銘牌上還標明繞組的相數與接法（星形還是三角形星形還是三角形）、）、絕緣等級及允許溫升等。對繞線轉子異步電動機，還標明轉子絕緣等級及允許溫升等。對繞線轉子異步電動機，還標明轉子的額定電動勢及額定電流。的額定電動勢及額定電流。第三節第三節 三相異步電動機的定子繞組三相異步電動機的定子繞組一、交流繞組的一些基本知識和基本量一、交流繞組的一些基本知識和基本量1 1、電角度與機械角度、電角度與機械角度電機圓周在幾何上分成電機圓周在幾何上分成360，這個角度稱為，這個角度稱為機械角度機械角度。若磁場在空間按正弦波分布，則線圈經過若磁場在空間按正弦波分布，則線圈經過N、S

22、 一對磁極，其感一對磁極，其感應電動勢恰好相當于正弦曲線的一個周期。因此，一對磁極所占應電動勢恰好相當于正弦曲線的一個周期。因此，一對磁極所占有的空間是有的空間是360電角度。電角度。一個具有一個具有 p 對磁極電機，電機圓周按電角度計算就為對磁極電機，電機圓周按電角度計算就為 p360，而機械角度總是而機械角度總是360 。電角度電角度= p機械角度機械角度2、線圈、線圈組成交流繞組的單元是線圈。線圈是由一匝或多匝組成交流繞組的單元是線圈。線圈是由一匝或多匝串聯而成，它有兩個引出線，一個稱為首端，另一個稱為末端。串聯而成，它有兩個引出線，一個稱為首端，另一個稱為末端。3 3 極距和節距極距和

23、節距： 極距：指電機一個主磁極在電樞表面所占的長度。極距：指電機一個主磁極在電樞表面所占的長度。其表示方法很多，可用槽數：其表示方法很多，可用槽數： 空間長度空間長度 節距節距 y1：表示元件的寬度，其寬度可用元件兩邊所：表示元件的寬度，其寬度可用元件兩邊所跨越的槽數表示跨越的槽數表示,節距應該接近極距節距應該接近極距。 。1Q2ppD2 4、槽距角、槽距角 相鄰槽之間的電角度稱為槽距角相鄰槽之間的電角度稱為槽距角若若Q1為定子槽數，為定子槽數，p為極對數，則槽距角為極對數，則槽距角1360Qp5、每極每相槽數、每極每相槽數q 每一極每相繞組所占槽數，用每一極每相繞組所占槽數，用符號符號q表示

24、表示 （m相數）相數）pmQq21一、交流繞組的一些基本知識和基本量一、交流繞組的一些基本知識和基本量二、交流繞組的排列和聯接二、交流繞組的排列和聯接為了便于說明問題，以下假設給定為了便于說明問題，以下假設給定電機極數電機極數2p=4，槽數槽數Q1=241 1、極距的計算、極距的計算， 若若2p=4，Q1=24642421pQ2、線圈中的電流方向、線圈中的電流方向兩極磁動勢圖四極磁動勢圖相鄰極距下屬于同一相繞組的線圈邊中電流必須相反，所建立的磁場才能滿足磁極交錯排列的要求。 3 3、確定相帶、確定相帶每個極距內屬于同相的槽所占有的區域稱為每個極距內屬于同相的槽所占有的區域稱為“相相 帶帶”，q

25、=Q1/(2mp)=24/(232）2； =P*360/Q1= 30每個相帶為每個相帶為60電角度（電角度（注意：這里是將注意：這里是將A、B、C、X、Y、Z都都作為單獨的相帶作為單獨的相帶）。4、畫定子槽展開圖、畫定子槽展開圖確定相帶和應有確定相帶和應有的電流相對方向的電流相對方向單層相繞組的單層相繞組的一種聯接方法一種聯接方法 三相繞組排列和聯接的三相繞組排列和聯接的一般方法為一般方法為: :計算節距；計算節距；計算每極每相槽數；計算每極每相槽數；劃分相帶；劃分相帶；組成線圈組；組成線圈組；按極性對電流方向的要按極性對電流方向的要求分別構成各相繞組求分別構成各相繞組。三、三相單層繞組三、三

26、相單層繞組以下用定子槽數為以下用定子槽數為2424，兩極電機的定子繞組為例，說明單層繞組，兩極電機的定子繞組為例，說明單層繞組構成。構成。1、計算節距（取整距）、計算節距（取整距）1124y1222 1Qp2、計算每極每相槽數、計算每極每相槽數41322421mpQq3、劃分相帶、劃分相帶 相帶 槽號AZBXCY第一對極23,24,1,23,4,5,67,8,9,1011,12,13,1415,16,17,1819,20,21,22 因此，各相繞組首端相距槽數因此，各相繞組首端相距槽數=1201208()15。槽三相繞組在空間錯開三相繞組在空間錯開120電角度電角度根據根據q=4，y1=12，

27、各相首端相距槽數，各相首端相距槽數=8進行進行分極分相分極分相，如表：，如表：4、組成線圈組、組成線圈組相繞組相繞組的構成的構成同心式同心式繞組繞組三相單層同心三相單層同心式繞組展開圖式繞組展開圖滿足相鄰極下線圈邊電流方向相反，線圈構成線圈組也可用單層同心式以達到簡化工藝、節省材料的目的。四、三相雙層繞組四、三相雙層繞組 雙層繞組的每個槽內都有上下兩個雙層繞組的每個槽內都有上下兩個線圈邊，每個線圈的一線圈邊，每個線圈的一個邊放在某一個槽的上層，另一邊放在相隔節距個邊放在某一個槽的上層，另一邊放在相隔節距y1的另一個槽的另一個槽的下層。整個繞組的線圈數等于槽數。的下層。整個繞組的線圈數等于槽數。

28、 以下用以下用3 3相相4 4極極3636槽的雙層疊繞組為例，說明槽的雙層疊繞組為例，說明3 3相雙層繞組相雙層繞組的排列和聯接。的排列和聯接。1、計算極距、計算極距943621pQ2 2、選擇節距、選擇節距選擇短節選擇短節距距81y3、計算每極每相槽數、計算每極每相槽數32323621mpQq4、并且計算槽、并且計算槽距角距角2060q 因此，各相繞組首端相距槽數因此，各相繞組首端相距槽數= 1201206()20。槽首先畫出等距離的首先畫出等距離的36根平行線段以表示槽號。根平行線段以表示槽號。4 4、畫展開圖、畫展開圖相帶槽號A1C2B1A2C1B2第一對極1,2,34,5,67,8,9

29、10,11,1213,14,1516,17,18第二對極19,20,2122,23,2425,26,2728,29,3031,32,3334,35,36根據根據q=3，y1=8，各相首端相距槽數，各相首端相距槽數=6進行進行分極分相分極分相注：以上分極分相只給出了各相各線圈組上層線圈邊所在的槽號注：以上分極分相只給出了各相各線圈組上層線圈邊所在的槽號5 5、組成線圈及線圈組、組成線圈及線圈組根據根據y1=8將同將同一極域內一極域內屬于同一相的某兩個線圈邊（上下層）屬于同一相的某兩個線圈邊（上下層）連成一個線圈（共有連成一個線圈（共有q=3個線圈？）個線圈？） 。將同將同一極域一極域內屬于同一相

30、的內屬于同一相的q個線圈連成一個線圈組個線圈連成一個線圈組（共有共有2p=4個線圈組個線圈組？）？）將屬于同一相的將屬于同一相的2p=4個線圈個線圈組連成一相繞組，串聯或并聯。組連成一相繞組，串聯或并聯。電流方向：相鄰極距下屬于同一相繞組的線圈邊中電流必須相反，所建立的磁場才能滿足磁極交錯排列的要求。 將屬于同一相的將屬于同一相的2p=4個線圈個線圈組連成一相繞組，并標記首尾端；組連成一相繞組，并標記首尾端；串聯或并聯。串聯或并聯。 按照同樣的方法構造其他兩相。按照同樣的方法構造其他兩相。 連三相繞組連三相繞組： 將三個構造好的單相繞組連成完整的三相繞組將三個構造好的單相繞組連成完整的三相繞組

31、 ， D接法或者接法或者Y接法接法 。n我們知道，異步電機是一種利用電磁感應原理進行機我們知道，異步電機是一種利用電磁感應原理進行機電能量轉換的裝置，而這種能量轉換必須有磁場的參電能量轉換的裝置，而這種能量轉換必須有磁場的參與，因此，研究異步電機就必須研究分析電機中磁場與，因此，研究異步電機就必須研究分析電機中磁場的分布及性質。的分布及性質。n三相定子繞組是按一定規律分布在定子內圓表面的，三相定子繞組是按一定規律分布在定子內圓表面的，其中的電流又隨時間變化，其中的電流又隨時間變化，因此，定子繞組產生的磁因此，定子繞組產生的磁通勢與繞組所在的空間位置有關，是空間的函數，又通勢與繞組所在的空間位置

32、有關，是空間的函數，又隨所通電流的時刻變化，是時間的函數。隨所通電流的時刻變化，是時間的函數。n研究步驟：研究步驟：先分析先分析一個線圈一個線圈的磁通勢開始，進而分析的磁通勢開始，進而分析一個線圈組一個線圈組以及以及一個單相繞組一個單相繞組的磁通勢，然后把的磁通勢，然后把三個三個相繞組的磁通勢疊加相繞組的磁通勢疊加，便得出，便得出三相繞組的合成磁通勢。三相繞組的合成磁通勢。 第四節第四節 三相異步電動機的定子磁動勢及磁場三相異步電動機的定子磁動勢及磁場一一. .單相繞組的磁通勢單相繞組的磁通勢脈振磁通勢脈振磁通勢（一）（一）單相整距線圈的磁通勢單相整距線圈的磁通勢yWNy如圖線圈如圖線圈AX是

33、一個匝數為是一個匝數為 的整距線圈，的整距線圈，當線圈中有電流流過時，就會建立磁通勢，當線圈中有電流流過時，就會建立磁通勢，方向如圖中虛線所示，根據方向如圖中虛線所示，根據安培環路定律，安培環路定律，作用在任一閉合磁回路的磁通勢等于它所作用在任一閉合磁回路的磁通勢等于它所包圍的全電流包圍的全電流，因此，每個磁回路的磁通，因此，每個磁回路的磁通勢均為勢均為 。每根磁力線通過兩個氣隙，。每根磁力線通過兩個氣隙，由于鐵心磁阻遠遠小于氣隙磁阻，其磁壓由于鐵心磁阻遠遠小于氣隙磁阻，其磁壓降可以忽略不計，因此全部磁通勢可以認降可以忽略不計，因此全部磁通勢可以認為都降落在兩個氣隙上。如果氣隙是均勻為都降落在

34、兩個氣隙上。如果氣隙是均勻的，則每個氣隙所消耗的磁通勢是全部磁的，則每個氣隙所消耗的磁通勢是全部磁通勢的一半，即通勢的一半，即 /2 ，而且沿氣隙各處，而且沿氣隙各處所消耗的磁通勢均相等，經過鐵心時磁通所消耗的磁通勢均相等，經過鐵心時磁通勢維持不變。勢維持不變。iNyiNy整距線圈所建整距線圈所建立的磁場分布立的磁場分布整距線圈磁動整距線圈磁動勢分布曲線勢分布曲線整距線圈所建整距線圈所建立的磁場分布立的磁場分布2 -222( )23 222yymyIxFxIx所以，單個整距線圈所產所以，單個整距線圈所產生的氣隙磁通勢在空間的生的氣隙磁通勢在空間的分布是一個矩形波，如圖分布是一個矩形波，如圖 (

35、b)(b)所示。所示。設線圈中通過隨時間按余弦規律變化的交流電設線圈中通過隨時間按余弦規律變化的交流電 。因為電流是隨時間變化的，我們選擇因為電流是隨時間變化的，我們選擇 這一個特定這一個特定的時間來分析。且就每一瞬間而言，分析方法與直流電機相同。的時間來分析。且就每一瞬間而言，分析方法與直流電機相同。tIicos20,2tiIt=0,i=Imt=90,i=0t=180, i=-ImtINiNtxfyyycos2221),( 整距線圈所形成的磁動整距線圈所形成的磁動勢在任何瞬時，空間的分布勢在任何瞬時，空間的分布總是一個矩形波?？偸且粋€矩形波。 這種從空間上看位置固這種從空間上看位置固定，從時

36、間上看大小在正負定，從時間上看大小在正負最大值之間變化的磁動勢，最大值之間變化的磁動勢，稱為稱為脈振磁動勢脈振磁動勢。脈振的頻。脈振的頻率就是交流電流的頻率。率就是交流電流的頻率。一般表達式為： 四極整距線圈的磁動勢四極整距線圈的磁動勢磁場分布磁場分布磁動勢分布磁動勢分布多極電機情況相同，只是磁勢周期增加p 倍。n矩形脈振磁通勢展開矩形脈振磁通勢展開應用傅氏級數，圖應用傅氏級數，圖4-21(b)4-21(b)的矩形波展開結果如下：的矩形波展開結果如下：1351354211 (x, )(cosx-cos3x+cos5x+)cost235=cosxcost-cos3xcost+cos5xcost+

37、yyyyyyyyftIFFFfff其中其中 稱基波磁通勢，其極數等于電機的極數，且有稱基波磁通勢，其極數等于電機的極數，且有1yf111 (x, )cosxcos t420.92yyyyyftFFII 把以把以2 2 為周期的為周期的矩形矩形磁動勢波用磁動勢波用傅氏級數分解傅氏級數分解從圖形上看：從圖形上看：1）縱坐標取在相繞組的軸線上；）縱坐標取在相繞組的軸線上；2）圖形只含奇次波；）圖形只含奇次波；3）圖形對稱于縱軸，只含）圖形對稱于縱軸，只含cos 項；項；4）基波幅值大于矩形波，是其）基波幅值大于矩形波，是其 倍；倍；5）諧波幅值是基波的）諧波幅值是基波的 倍，諧波頻率是基波頻率的倍，

38、諧波頻率是基波頻率的 倍倍。41其余各項稱諧波磁通勢，有其余各項稱諧波磁通勢，有vvvv (x, )cosx cost1 420.9(v1,3,5)v2vyyyyyftFFII槽距角槽距角n每個矩形磁通勢波分每個矩形磁通勢波分解的基波以及各次諧波解的基波以及各次諧波的大小及形狀也都應該的大小及形狀也都應該一樣，且在空間的位置一樣，且在空間的位置相差電角度相差電角度 ；（二）線圈組的磁通勢（二）線圈組的磁通勢1 1 整距線圈的線圈組磁通勢整距線圈的線圈組磁通勢n設線圈組有三個整距設線圈組有三個整距線圈分布于槽中，各相線圈分布于槽中，各相距一個槽距角距一個槽距角；n各線圈的匝數及其中各線圈的匝數及

39、其中通過的交流電也相同，通過的交流電也相同，每個線圈產生的矩形磁每個線圈產生的矩形磁通勢波的幅值應該完全通勢波的幅值應該完全一樣，在空間彼此相差一樣，在空間彼此相差電角度電角度；n將最大幅值分別為將最大幅值分別為 的基波磁通勢（曲的基波磁通勢（曲線線1 1，2 2，3 3）在空間上逐點相加，便可得到基波合成）在空間上逐點相加，便可得到基波合成磁通勢（曲線磁通勢（曲線4 4）。）。.123,yyyFFF基波磁基波磁通勢分通勢分布因數布因數 11111sin2sin2422qyqqqqqqqIFFkN kF磁通勢磁通勢矢量相加矢量相加就可得出線圈組的基波合成磁通勢就可得出線圈組的基波合成磁通勢 電

40、角度的空間矢量基波磁動勢矢量相加2sin21qRFq2sin21RFy例例4-24-2一臺四極三相異步電動機，定子槽數為一臺四極三相異步電動機，定子槽數為36，計算，計算其基波和其基波和5次、次、7次諧波磁動勢的分布因數。次諧波磁動勢的分布因數。解解 計算每相每極槽數計算每相每極槽數q和和值值32323621mpQq2036060q基波分布因數基波分布因數960. 0220sin32203sin1qk五次諧波分布因數五次諧波分布因數217. 02205sin32)205(3sin5qk七次諧波分布因數七次諧波分布因數177. 02207sin32)207(3sin7qk上例中看出：分布繞組的合

41、成磁通勢中諧波含量要比集中繞組小上例中看出：分布繞組的合成磁通勢中諧波含量要比集中繞組小。 n整距線圈組的合成基波磁通勢的幅值為：整距線圈組的合成基波磁通勢的幅值為： 1y1q1q1y0.9qFqF kqK I N1sin2sin2qqkq式中式中 稱為基波磁通勢的分布系數稱為基波磁通勢的分布系數上式可理解為，如將繞組的上式可理解為，如將繞組的q q個線圈集中在一個槽內，個線圈集中在一個槽內，則線圈組的基波磁通勢應為則線圈組的基波磁通勢應為 ，如果將繞組中的，如果將繞組中的各線圈分布在相鄰的各線圈分布在相鄰的q q個槽內，則線圈組的基波磁通勢個槽內，則線圈組的基波磁通勢要打一個折扣，減小為要打

42、一個折扣，減小為 ，這個折扣就是基波磁，這個折扣就是基波磁通勢的分布因數通勢的分布因數 。 y1qFy1q1kqFq1kn同理可得同理可得v次諧波磁通勢的幅值：次諧波磁通勢的幅值： vyvqvqvy0.9vqFqF kqK I Nvvsin2vsin2qqkq式中式中 稱為稱為v v次諧波磁通勢分布因數次諧波磁通勢分布因數n整距線圈組的合成基波磁通勢的幅值為：整距線圈組的合成基波磁通勢的幅值為： 1y1q1q1y0.9qFqF kqK I N1sin2sin2qqkq式中式中 稱為基波磁通勢的分布系數稱為基波磁通勢的分布系數2 2 雙層繞組短距線圈的線圈組磁通勢雙層繞組短距線圈的線圈組磁通勢n

43、雙層繞組通常中常采用短雙層繞組通常中常采用短距距繞組來削弱諧繞組來削弱諧波，其波，其每對極有兩個元件組每對極有兩個元件組，把兩個元件，把兩個元件組的磁勢疊加，便得到雙層繞組的磁勢。組的磁勢疊加，便得到雙層繞組的磁勢。n從產生磁場的觀點來看，從產生磁場的觀點來看，磁勢只決定于槽磁勢只決定于槽內導體電流的大小和方向，與元件的連接內導體電流的大小和方向，與元件的連接方式無關。方式無關。n因此，分析時把實際的短距繞組所產生的因此，分析時把實際的短距繞組所產生的磁勢，等效地看成由上、下層整距繞組產磁勢，等效地看成由上、下層整距繞組產生的磁勢之和，且可以引用前面整距線圈生的磁勢之和，且可以引用前面整距線圈

44、組磁通勢的結論。組磁通勢的結論。qq1qFFF下上1(1)1112cos22pqqyFFF k式中式中90sin)180180(21cos2cos111yyky稱為基波磁動勢的節距因數稱為基波磁動勢的節距因數短距線圈節距縮短的角度短距線圈節距縮短的角度111yy 同理，對于同理，對于v 次諧波次諧波yvqvpvkFF2)1(式中式中2cos90sin1vvykyv稱為諧波磁動勢的節距因數稱為諧波磁動勢的節距因數（三）相繞組的磁動勢（三）相繞組的磁動勢 繞組由集中的改為分布的，基波合成磁動勢幅值應該繞組由集中的改為分布的，基波合成磁動勢幅值應該打一個折扣打一個折扣kq1； 線圈由整距改為短距的線

45、圈由整距改為短距的基波合成磁動勢基波合成磁動勢幅值應該打一個折扣幅值應該打一個折扣ky1；因此，由短距線圈組成的分布；因此，由短距線圈組成的分布繞組的基波合成磁動勢幅值等于具有相同匝數的整距集中繞組的基波合成磁動勢幅值等于具有相同匝數的整距集中繞組的基波合成磁動勢幅值乘以系數繞組的基波合成磁動勢幅值乘以系數kw1=kq1ky1，稱為基波，稱為基波繞組因數。繞組因數。對于對于v 次諧波次諧波 kwv=kqvkyvn同理可得同理可得v次諧波合成磁通勢的幅值：次諧波合成磁通勢的幅值： 式中式中 稱為稱為v v次諧波磁通勢次諧波磁通勢的節距因數。的節距因數。vqvyvF2F k1yvvykcosvsi

46、n902n線圈組磁通勢總結：線圈組磁通勢總結：當繞組由集中改為分布時，當繞組由集中改為分布時，其基波磁通勢打了一個折扣其基波磁通勢打了一個折扣 ；當繞組由整距；當繞組由整距改為短距時，其基波磁通勢也打了一個折扣改為短距時，其基波磁通勢也打了一個折扣 ；那么由短距線圈組成的分布繞組相對于整距集中那么由短距線圈組成的分布繞組相對于整距集中繞組來說，其基波合成磁通勢應打繞組來說，其基波合成磁通勢應打 折扣。折扣。 記記 為基波繞組因數。為基波繞組因數。 對對v v次諧波則有：次諧波則有： 磁通勢的節距系數和磁通勢的分布因數一樣，對磁通勢的節距系數和磁通勢的分布因數一樣，對基波的影響較小，但可以使高次

47、諧波磁通勢有很基波的影響較小，但可以使高次諧波磁通勢有很大的削弱。因此大的削弱。因此采用分布、短距繞組也可以改善采用分布、短距繞組也可以改善磁通勢的波形。磁通勢的波形。q1ky1kq1y1k kw1q1y1k=k kwvqvyvk=k k（三）相繞組的磁動勢（三）相繞組的磁動勢相繞組是由處于空間不同位置的，相繞組是由處于空間不同位置的，p個個(單層單層)或或2p個個(雙層雙層)線圈組，連接成線圈組，連接成a（支路對數）條支路構成的。（支路對數）條支路構成的。由于每對極極面下的磁場，是由處于該極面下的線圈由于每對極極面下的磁場，是由處于該極面下的線圈組電流產生的，所以電機氣隙某點的磁動勢，就是該

48、組電流產生的，所以電機氣隙某點的磁動勢，就是該點對應線圈組磁動勢在其空間分布波的值。點對應線圈組磁動勢在其空間分布波的值。 但是，由于電機的磁路是以一對極的磁動勢和磁阻形但是，由于電機的磁路是以一對極的磁動勢和磁阻形成閉合磁路。因而，所成閉合磁路。因而，所討論一個相繞組的磁動勢并不討論一個相繞組的磁動勢并不是一相所有繞組的安匝數，而是指一對極下一相繞組是一相所有繞組的安匝數，而是指一對極下一相繞組的合成磁動勢的合成磁動勢。整個電機的磁場是個對稱磁路。所以。整個電機的磁場是個對稱磁路。所以相繞組的磁動勢是以每對極為單元分析相繞組的磁動勢是以每對極為單元分析。1q1y1yq1y1w1q1y1q1y

49、1y42IN2k2qNIk k =0.9k2pqk42N I2FFFFF（）其中：（三）相繞組的磁通勢（三）相繞組的磁通勢 極對數為極對數為p p，每極每相槽數為，每極每相槽數為q q的的雙層短距繞組雙層短距繞組，每，每個線圈組有個線圈組有q q個線圈（每個線圈匝數為個線圈（每個線圈匝數為NyNy），則一個相），則一個相繞組每對極下線圈匝數是繞組每對極下線圈匝數是2qNy2qNy，即相繞組串聯的總匝數，即相繞組串聯的總匝數為為N= 2qNypN= 2qNyp，其基波合成磁通勢幅值為：，其基波合成磁通勢幅值為：vwv1IN=0.9kvpF同理，同理，v v次諧波磁通勢的幅值為：次諧波磁通勢的幅值

50、為：n參照課本式（參照課本式（4.11）一個整距線圈的磁勢，若將空）一個整距線圈的磁勢，若將空間坐標的原點放在一相繞組基波幅值的軸線上，可間坐標的原點放在一相繞組基波幅值的軸線上，可得單相繞組磁通勢瞬時值的一般表達式為得單相繞組磁通勢瞬時值的一般表達式為135135NI11(x,)0.9(cosxcos3xcos5x)cosp35 cosxcoscos3xcoscos5xcos - ) WWWftkkktFtFtFt n相當于在式（相當于在式（4.11）中，用）中，用N/p（每對磁極下每相串（每對磁極下每相串聯的線圈匝數）代聯的線圈匝數）代Ny，同時乘以一個基波繞組系數，同時乘以一個基波繞組系

51、數kw1（折扣）。（折扣）。txxxINtxFtxfyymycos5cos513cos31cos9 . 0cos)(),(IpNkIpNkFWW1119 . 0224對于單相繞組磁動勢，可以歸納以下幾點：對于單相繞組磁動勢，可以歸納以下幾點：1）、單相繞組的磁動勢是一種空間位置上固定、幅值隨時間變）、單相繞組的磁動勢是一種空間位置上固定、幅值隨時間變化的化的脈振磁動勢脈振磁動勢。2）、單相繞組的基波磁動勢）、單相繞組的基波磁動勢幅值的位置與繞組的軸線相重合幅值的位置與繞組的軸線相重合。3）、單相繞組脈振磁動勢中的）、單相繞組脈振磁動勢中的基波磁動勢幅值基波磁動勢幅值為；為； 而而v 次次諧波磁

52、動勢幅值諧波磁動勢幅值為；為；諧波次數越高，幅值越小。諧波次數越高，幅值越小。pNkIpNkFWW19 . 01224二、三相繞組的二、三相繞組的磁動勢磁動勢 旋轉磁動勢旋轉磁動勢分析了單相磁勢，分析了單相磁勢，A,B,C 三相的單相基波磁勢逐點相加，就三相的單相基波磁勢逐點相加，就可以得到三相合成旋轉磁勢?？梢缘玫饺嗪铣尚D磁勢。麻煩麻煩三相交流繞組的合成磁動勢在空間三相交流繞組的合成磁動勢在空間如何分布？隨時間又如何變化？如何分布？隨時間又如何變化？ 分析方法有：分析方法有：1、數學法（重點介、數學法（重點介紹）；紹）；2、圖解法、圖解法。只看基波。只看基波。用三個有效匝數為用三個有效匝

53、數為 ，空間互差，空間互差120電角度的集中整距線圈電角度的集中整距線圈A-X、B-Y、C-Z，去代替兩級電機中的三，去代替兩級電機中的三相繞組（一般為分布、短距，如為相繞組（一般為分布、短距，如為多級電機則代替一對極的相繞組部多級電機則代替一對極的相繞組部分）。分）。產生磁動勢相同產生磁動勢相同1WNkp二、三相繞組的二、三相繞組的磁動勢磁動勢 旋轉磁動勢旋轉磁動勢空間上空間上B相滯后相滯后A相相120，C相滯后相滯后B相相120，C相滯相滯后后A相相240。 三相對稱電流，通入三相對稱三相對稱電流，通入三相對稱繞組。時間上繞組。時間上B相滯后相滯后A相相120，C相滯后相滯后B相相120，

54、C相相滯后滯后A相相240。 coscos(120 )cos(240 )AmBmCmiItiItiIt二、三相繞組的磁動勢二、三相繞組的磁動勢 旋轉磁動勢旋轉磁動勢 取取A相繞組的軸線處作為空間坐標的原點，并且相繞組的軸線處作為空間坐標的原點，并且以正相序方向作為以正相序方向作為x的正方向，同時選擇的正方向，同時選擇A相電流達相電流達到最大值的瞬間為時間的起始點，則三相的到最大值的瞬間為時間的起始點，則三相的基波磁動基波磁動勢勢為：為：txFfAcoscos11120cos120cos11txFfB240cos240cos11txFfC空間與時間空間與時間互差互差120電電角度角度利用三角公式

55、利用三角公式)cos()cos(21coscos)cos(21)cos(21coscos1111xtFxtFtxFfA)240cos(21)cos(21)120cos()120cos(1111xtFxtFtxFfB)120cos(21)cos(21)240cos()240cos(1111xtFxtFtxFfC將三相基波磁勢相加，得出三相繞組的基波合成磁動勢將三相基波磁勢相加，得出三相繞組的基波合成磁動勢)cos()cos(23),(111111xtFxtFffftxfCBAn式中式中, ,F1F1為三相基波合成磁通勢基波的幅值為三相基波合成磁通勢基波的幅值, ,即即: :IpNkmFFW111

56、129 . 023（m1為相數）為相數）0t0t116060 26022ssffnpppn旋轉磁場轉速旋轉磁場轉速 三相繞組合成磁動勢是一個三相繞組合成磁動勢是一個幅值幅值大小不變、旋轉的行波大小不變、旋轉的行波，可以按以下方法確定其轉速?？梢园匆韵路椒ù_定其轉速。對于波幅這一點，其幅值恒為對于波幅這一點，其幅值恒為F1，cos(t-x/)=1, ,即即 t-x/=0， 記記t時磁勢轉角為時磁勢轉角為= t=x/，d dddsxtt 11( , )cos()f x tFtxn可以得出結論，可以得出結論，當某相電流達到最大值，旋轉磁當某相電流達到最大值，旋轉磁動勢的幅值就將轉到該相繞組的軸線處。

57、動勢的幅值就將轉到該相繞組的軸線處。111( , )cos()cosf x tFtxFx10t 111coscoscosAfFxtFxnA相電流達到最大值，旋轉磁動勢的幅值相電流達到最大值，旋轉磁動勢的幅值F1就就位于位于A相繞組的軸線處。相繞組的軸線處。A相電流達到最大值相電流達到最大值 如果電流是正序的，則磁動勢波旋轉方向是從如果電流是正序的，則磁動勢波旋轉方向是從A相轉向相轉向B相，再轉向相，再轉向C相。如果電流是負序的，則磁動勢波旋轉方向是相。如果電流是負序的，則磁動勢波旋轉方向是從從A相轉向相轉向C相，再轉向相，再轉向B相。因此，相。因此，如果要改變三相異步電動如果要改變三相異步電動

58、機磁場的旋轉方向，只要改變定子電流的相序，把定子繞組三機磁場的旋轉方向，只要改變定子電流的相序，把定子繞組三個出線端的任意兩個（例如個出線端的任意兩個（例如B端端和和C端）對調即可。端）對調即可。)cos(21)cos(21coscos1111xtFxtFtxFfA)120cos(21)cos(21)240cos()120cos(1111xtFxtFtxFfB)120cos(21)cos(21)120cos()240cos(1111xtFxtFtxFfC從而可得出從而可得出)cos(),(11111xtFffftxfCBA160sfnp 轉向轉向相反相反)cos(21)cos(21coscos

59、1111xtFxtFtxFfA 從上式可以看出，從上式可以看出，一個正弦分布的幅值為一個正弦分布的幅值為F1, ,的脈振磁勢波可的脈振磁勢波可以分解為兩個幅值相等、轉速相同、轉向相反的旋轉磁動勢波，以分解為兩個幅值相等、轉速相同、轉向相反的旋轉磁動勢波，其幅值均為其幅值均為F1/2，轉速均為同步轉速。轉速均為同步轉速。三相基波合成磁動勢具有以下特性：三相基波合成磁動勢具有以下特性：1）是一個旋轉磁動勢，轉速均為同步轉速）是一個旋轉磁動勢，轉速均為同步轉速 ，旋轉方向，旋轉方向決定于電流的相序。決定于電流的相序。2）幅值）幅值F1不變，為各相脈振磁動勢幅值的不變，為各相脈振磁動勢幅值的1.5倍，

60、旋轉幅值軌跡倍，旋轉幅值軌跡是一個圓。是一個圓。3）三相電流中任意一相電流瞬時值達到最大值時，三相基波合）三相電流中任意一相電流瞬時值達到最大值時，三相基波合成磁動勢的幅值，恰好在這一組繞組的軸線上。成磁動勢的幅值，恰好在這一組繞組的軸線上。160sfnpt=0 ,iA=Imt=120, iB=Imt=240, iC=Imt=360, iA=Im幾個特定的幾個特定的時刻磁通勢時刻磁通勢的特點表明：的特點表明：當某相電流當某相電流達到最大值達到最大值時，旋轉磁時，旋轉磁勢的波幅剛勢的波幅剛好轉到該相好轉到該相繞組的軸線繞組的軸線上；旋轉方上；旋轉方向由超前電向由超前電流的相轉向流的相轉向滯后電流