1、第四章 三相感應電動機同步電機同步電機 轉子繞組通直流電，產生磁場，且在原動轉子繞組通直流電，產生磁場，且在原動機帶動下旋轉，在定子中產生感應電勢，故轉子轉速與旋機帶動下旋轉，在定子中產生感應電勢，故轉子轉速與旋轉磁場轉速相同，成為同步。主要用于發電機。轉磁場轉速相同，成為同步。主要用于發電機。交流電機分兩大類：交流電機分兩大類：1 1 異步（感應）電機異步（感應）電機 定子產生旋轉的磁場定子產生旋轉的磁場, ,帶動轉子旋轉帶動轉子旋轉, ,轉子的轉速與旋轉磁場轉速之間存在差值轉子的轉速與旋轉磁場轉速之間存在差值, ,故稱為異步。故稱為異步。優點：結構簡單、制造方便、運行可靠、價格較低等。優點

2、：結構簡單、制造方便、運行可靠、價格較低等。缺點：不能經濟的實現范圍較廣的平滑調速，使電網的功率因缺點：不能經濟的實現范圍較廣的平滑調速，使電網的功率因數變壞。數變壞。主要作電動機使用，如：機床；水泵；家用電器等主要作電動機使用，如：機床；水泵；家用電器等。4 41 1 三相感應電動機的基本工作原理與結構三相感應電動機的基本工作原理與結構4 42 2 交流電機的電樞繞組交流電機的電樞繞組4 43 3 交流繞組的感應電動勢交流繞組的感應電動勢4 44 4 交流繞組建立的磁動勢交流繞組建立的磁動勢4 45 5 三相感應電動機轉子靜止時的運行分析三相感應電動機轉子靜止時的運行分析4 46 6 三相感

3、應電動機轉子轉動時的運行分析三相感應電動機轉子轉動時的運行分析4 47 7 三相感應電動機的功率和轉矩三相感應電動機的功率和轉矩4 48 8 三相感應電動機的工作特性三相感應電動機的工作特性4 49 9 三相感應電動機的參數測定三相感應電動機的參數測定目目 錄錄4 41 1 三相感應電動機的基本工作原理與結構三相感應電動機的基本工作原理與結構一、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1 1、旋轉磁場的產生、旋轉磁場的產生旋轉磁場旋轉磁場 一種極性和大小不變，并且以一定轉速旋轉的磁場。一種極性和大小不變，并且以一定轉速旋轉的磁場。tIicosmA)120cos(

4、mBtIi)240cos(mCtIii為正時，電流從首端流出。為正時，電流從首端流出。1160 fn min/r逆時針旋轉逆時針旋轉1 1、旋轉磁場的產生、旋轉磁場的產生四極旋轉磁四極旋轉磁場示意圖場示意圖pfn1160同步轉速：同步轉速：逆時針旋轉逆時針旋轉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轉差轉差n1-n的存在是異步電動機運行的存在是異步電動機運行的必要條件。的必要條件。 同步轉速同步轉速%10011nnns1nn 轉子異步轉速轉子異步轉速轉差率：轉差率：為使額定運行時的效率較高，通常設計為使額定運行時的效率較高，通常設計 。%5NS3 3、三相異步電動機的轉速與運行

5、狀態三相異步電動機的轉速與運行狀態異步電動機的三種運行狀態有一臺有一臺50Hz的三相異步電動機，額定轉速的三相異步電動機，額定轉速nN730/min,空載轉差率為空載轉差率為0.267%，試求該電動機的極對數、同步轉，試求該電動機的極對數、同步轉速、空載轉速及額定負載時的轉差率。速、空載轉速及額定負載時的轉差率。P111頁例題（常見數據）頁例題（常見數據）二、二、三相異步電機的結構三相異步電機的結構1 1、定子、定子2 2、轉子、轉子異步動機的轉子由轉子鐵心、轉子繞組和轉軸組成。異步動機的轉子由轉子鐵心、轉子繞組和轉軸組成。1 1）籠型繞組）籠型繞組銅條籠型轉子鑄鋁籠型轉子籠型電機籠型電機:

6、結構簡單，堅固，成結構簡單，堅固，成本低，運行性能不如繞線式本低，運行性能不如繞線式2 2、轉子、轉子2 2）繞線式繞組）繞線式繞組通過外串電阻改善電機的起動，通過外串電阻改善電機的起動，調速等性能調速等性能感應電機銘牌感應電機銘牌銘牌：型號，額定值，繞組聯結方式，生產廠家等銘牌：型號，額定值，繞組聯結方式，生產廠家等 型號：型號：Y132S-4,Y-異步電動機；異步電動機；132-機座中心高度機座中心高度132mm，S-短鐵心；短鐵心；4-極數。極數。 額定值額定值:正常運行時的主要數據指標。正常運行時的主要數據指標。 繞組聯結方式：繞組聯結方式：接法或者接法或者Y接法。接法。 感應電機額定

7、值 額定電壓額定電壓UN： (V)，額定運行時，規定加在定子繞組上的線電壓；，額定運行時，規定加在定子繞組上的線電壓； 額定電流額定電流IN： (A),額定運行時，規定加在定子繞組上的線電流；額定運行時，規定加在定子繞組上的線電流； 額定功率額定功率PN： (kW),額定運行時，電動機的輸出功率；額定運行時，電動機的輸出功率； 額定轉速額定轉速n： (r/min),額定運行時，電動機的轉子轉速；額定運行時，電動機的轉子轉速； 額定頻率額定頻率fN： (Hz)，規定的電源頻率，規定的電源頻率(50Hz)； 額定效率、額定功率因數額定效率、額定功率因數等等cos3cos3NNNNNIUIUP基本概

8、念：基本概念： 線圈（繞組元件）：是構成繞組線圈（繞組元件）：是構成繞組的基本單元。繞組就是線圈按一定的基本單元。繞組就是線圈按一定規律的排列和聯結。線圈可以區分規律的排列和聯結。線圈可以區分為多匝線圈和單匝線圈。為多匝線圈和單匝線圈。與線圈相關的概念包括：與線圈相關的概念包括：有效邊；端部；線圈節距等有效邊；端部；線圈節距等4 42 2 交流電機的繞組交流電機的繞組節距節距y1一般用槽數計算，節距應該接近極距一般用槽數計算，節距應該接近極距。1y1y整距繞組，整距繞組，1y短距繞組，短距繞組，長距繞組長距繞組 極距：極距：沿定子鐵心內圓每個磁極所占的范圍；沿定子鐵心內圓每個磁極所占的范圍；

9、用長度表示用長度表示/用槽數表示；用槽數表示； 電角度：電角度： 轉子鐵心的橫截面是一個圓，其幾何角度轉子鐵心的橫截面是一個圓，其幾何角度(機械角度機械角度)為為360度。度。 從電磁角度看，一對從電磁角度看，一對N,S極構成一個磁場周期，即極構成一個磁場周期，即1對對極為極為360電角度；電角度； 繞組基本概念（1） 電機的機對數為電機的機對數為p時，氣隙時，氣隙圓周的角度數為圓周的角度數為p 360電角電角度。度。 單層繞組一個槽中只放一個元件邊；單層繞組一個槽中只放一個元件邊； 雙層繞組一個槽中放兩個元件邊。雙層繞組一個槽中放兩個元件邊。單層繞組和雙層繞組單層繞組和雙層繞組 一個槽所占的

10、電角度數稱為一個槽所占的電角度數稱為槽距角槽距角，用，用表示；表示； 每個極域內每相所占的槽數稱為每個極域內每相所占的槽數稱為每極每相槽數每極每相槽數，用，用q表示。表示。pmZq2槽距角，相數，每極每相槽數槽距角，相數，每極每相槽數如圖：如圖：p=1， Z=12， m=3相帶相帶每個極距內屬于同一相的槽在圓周上連續所占有的每個極距內屬于同一相的槽在圓周上連續所占有的電角度區域。電角度區域。(上圖為上圖為60 相帶相帶)交流繞組分類：交流繞組分類：（1）單相、兩相和三相；（）單相、兩相和三相；（2）單層、雙層和單雙混合；）單層、雙層和單雙混合；（3）整數槽繞組（）整數槽繞組（q為整數）和分數槽

11、繞組（為整數）和分數槽繞組（q為分數）為分數）Zp360二、交流繞組的基本要求二、交流繞組的基本要求1 1、正確的聯接方式，產生規定的磁場極數、正確的聯接方式，產生規定的磁場極數聯接方式：聯接方式：X X1 1連連A A2 2形成形成2 2對極；對極；X X1 1連連X X形成一對極。形成一對極。2 2、m m相繞組必須對稱相繞組必須對稱均勻原則：均勻原則：每個極域內的槽數（線圈數）要相等，各相繞每個極域內的槽數（線圈數）要相等，各相繞組在每個極域內所占的槽數應相等；組在每個極域內所占的槽數應相等； 對稱原則：對稱原則：三相繞組的結構完全一樣，但在電機的圓周空三相繞組的結構完全一樣，但在電機的

12、圓周空間互相錯開間互相錯開120電角度。電角度。 如槽距角為如槽距角為，則相鄰兩相錯開的槽數為，則相鄰兩相錯開的槽數為120/。電勢相加原則電勢相加原則：線圈兩個圈邊的感應：線圈兩個圈邊的感應電勢應該相加；線圈與線圈之間的連電勢應該相加；線圈與線圈之間的連接也應符合這一原則。接也應符合這一原則。 如線圈的一個邊在如線圈的一個邊在N極下，另一極下，另一個應在個應在S極下。極下。3 3、交流繞組建立的磁場的空間分布為正弦分布，且旋轉磁場在繞、交流繞組建立的磁場的空間分布為正弦分布，且旋轉磁場在繞組中的感應電動勢必須為正弦量；固要采用分布繞組和短距繞組組中的感應電動勢必須為正弦量；固要采用分布繞組和

13、短距繞組4 4、在一定的導體數之下，在一定的導體數之下， 建立的磁場最強而且感應電動勢最建立的磁場最強而且感應電動勢最大。大。 因此線圈的跨距因此線圈的跨距y1盡可能接近極距盡可能接近極距， 而且對于三相繞組盡而且對于三相繞組盡可能采用可能采用600相帶相帶。5 5、用銅量少，下線方便等、用銅量少，下線方便等交流繞組的形式整距單層疊繞組整距單層疊繞組同心式繞組同心式繞組鏈式繞組鏈式繞組交叉鏈式繞組交叉鏈式繞組雙層疊繞組三、三相單層繞組三、三相單層繞組假設給定電機槽數假設給定電機槽數z1=24，要求繞成要求繞成極數極數2p=4，m m3 3的的單層繞組單層繞組。u 極距的計算極距的計算621pz

14、槽槽u每極每相槽數的計算每極每相槽數的計算232224211pmzq槽槽1. 分極分相：分極分相：基本步驟：基本步驟：槽號1，23，45，67，89，1011，12槽號13，1415，1617，1819，2021，2223，24相帶名A1Z1B1X1C1Y1相帶名A2Z2B2X2C2Y2將每個極域的槽數按三相均勻分開。三相在空間錯開將每個極域的槽數按三相均勻分開。三相在空間錯開120電電角度。角度。 u 劃分相帶劃分相帶 將將一對極域一對極域內屬于內屬于同一相同一相的某的某兩個線圈邊兩個線圈邊連成連成一個線圈，共有一個線圈，共有q個線圈。個線圈。 將將一對極域一對極域內屬于內屬于同一相同一相的

15、的q個線圈個線圈連成一個連成一個線圈組；（共有多少個線圈組？）線圈組；（共有多少個線圈組？） 以上連接應符合電勢相加原則。以上連接應符合電勢相加原則。 連線圈和線圈組連線圈和線圈組線圈組連接 將屬于同一相的將屬于同一相的p個線個線圈組連成一相繞組，并圈組連成一相繞組，并標記首尾端。標記首尾端。 串聯與并聯：電勢相串聯與并聯：電勢相加原則。加原則。最大并聯支路數最大并聯支路數ap。連相繞組連相繞組 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； 接法或接法或Y接法；接法；連三相繞組連三相繞組四、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

16、組的每個槽內都有上下兩個線圈邊，每個線圈的一個邊線圈邊，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的另一個槽的下的另一個槽的下層。整個繞組的線圈數等于槽數。層。整個繞組的線圈數等于槽數。1 1、極距的計算、極距的計算621pz槽槽2 2、每極每相槽數的計算、每極每相槽數的計算232224211pmzq槽槽假設給定電機槽數假設給定電機槽數z1=24，要求繞成要求繞成極數極數2p=4，m1m13 3的雙層繞組的雙層繞組。3 3、節距、節距5651y槽槽將屬于同一相的將屬于同一相的2p個線圈組連成一相繞組，并標記首尾端。個線圈組連成一相繞組，并標

17、記首尾端。 串聯與并聯，依照電勢相加原則。最大并聯支路數串聯與并聯，依照電勢相加原則。最大并聯支路數a2p 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。三相三相 連接連接三相三相Y連接連接 交流繞組的構成：導體交流繞組的構成：導體-線圈線圈-線圈組線圈組-一相繞組一相繞組-三相繞組三相繞組 。一、相繞組中的基波電動勢4 43 3 交流繞組的感應電動勢交流繞組的感應電動勢 感應電勢隨時間變化感應電勢隨時間變化的波形和磁感應強度在的波形和磁感應強度在空間的分布波形相一致?？臻g

18、的分布波形相一致。 只考慮磁場基波時，只考慮磁場基波時，感應電勢為正弦波。感應電勢為正弦波。 lvBtexx)(1、導體中的感應電勢 感應電勢的波形感應電勢的波形 )cos(),(),(111tFtftB 磁場轉過一對極，導體中的感應電勢變化一個周期；磁場轉過一對極，導體中的感應電勢變化一個周期； 對于定子繞組：磁場旋轉一周，轉過對于定子繞組：磁場旋轉一周，轉過p（電機的極對（電機的極對數）對磁極；導體中感應電勢的頻率數）對磁極；導體中感應電勢的頻率f=(pn/60)Hz 對于轉子繞組：轉速為對于轉子繞組：轉速為n（r/min)的電機，每秒鐘轉的電機，每秒鐘轉過過(p（n1-n）/60)對極；

19、導體中感應電勢的頻率對極；導體中感應電勢的頻率f=(p n/60)Hz感應電勢的頻率感應電勢的大小 導體感應電勢導體感應電勢 導體與磁場的相對速度：導體與磁場的相對速度： lvBEn max60 2n/pv 磁感應強度峰值和平均值之間的關系：磁感應強度峰值和平均值之間的關系： 感應電勢最大值：感應電勢最大值： 感應電勢的有效值：感應電勢的有效值：;2pBB1max22. 22fEEnn1max )( 22flBfflBEppn繞組中均勻分布著許多導體，這些導體中的感應電繞組中均勻分布著許多導體，這些導體中的感應電勢勢有效值，頻率，波形有效值，頻率，波形均相同；但是他們的均相同；但是他們的相位相

20、位不不相同。相同。 導體感應電勢小結：整距線圈中的感應電勢整距線圈中的感應電勢 2、線圈中的感應電勢 線圈的兩個有效邊處線圈的兩個有效邊處于磁場中相反的位置，于磁場中相反的位置，其感應電勢相差其感應電勢相差180電電角度。角度。 1212nnnyEEEE 整距線圈的感應電整距線圈的感應電勢：勢： 考慮到線圈的匝數后：考慮到線圈的匝數后：144. 4yyfNE 線圈的兩個有效邊在磁場中相距為線圈的兩個有效邊在磁場中相距為y1,其感應電勢相位差其感應電勢相位差是是180-電角度。電角度。 短距線圈中的感應電勢 短距角：短距角：01180y 短距線圈的感應電勢：短距線圈的感應電勢： 11144. 4

21、2cos2yynykfNEE 短距系數：短距系數：)90sin(2cos22cos201111yEEknny整距線圈電勢短距線圈電勢 短距系數小于短距系數小于1，故短距線圈感應電勢有所損失；但短距，故短距線圈感應電勢有所損失；但短距可以削弱高次諧波可以削弱高次諧波. 每對極下屬于同一相的每對極下屬于同一相的q個線圈，構成一個線圈組。圖中個線圈，構成一個線圈組。圖中q=3 每個線圈的感應電勢由兩個線圈邊的感應電勢每個線圈的感應電勢由兩個線圈邊的感應電勢矢量相加矢量相加而成。而成。 整個線圈組的感應電勢由所有屬于該組的導體電勢矢量相加。整個線圈組的感應電勢由所有屬于該組的導體電勢矢量相加。 線圈組

22、的感應電勢) 1(01111qEEEEyyyq 矢量式矢量式321yyyyzEEEE 分布系數：分布系數：2sin2sin1qqqEEkyqq集中繞組的感應電勢分布繞組的感應電勢 線圈組的電勢：線圈組的電勢：q11k 44.4yqfNE線圈組的感應電勢3、一相繞組的電勢單層繞組的相電勢單層繞組的相電勢 單層繞組每對極每相單層繞組每對極每相q個線圈，組成一個線圈組，共個線圈，組成一個線圈組，共p個線圈組。個線圈組。 若若p個線圈組全部并聯則相電勢個線圈組全部并聯則相電勢=線圈組的電勢線圈組的電勢 若若p個線圈組全部串聯則相電勢個線圈組全部串聯則相電勢=p 倍倍 線圈組電勢線圈組電勢 實際線圈組可

23、并可串，總串聯匝數實際線圈組可并可串，總串聯匝數 apqNNy并聯支路數每相總匝數1111444q kfN.E 相電勢：相電勢： 雙層繞組每對極每相有雙層繞組每對極每相有2q個線圈，構成兩個線圈組，個線圈，構成兩個線圈組，共共2p個線圈組；個線圈組； 這這2p個線圈組可并可串，總串聯匝數個線圈組可并可串，總串聯匝數 雙層繞組的電勢apqNNy21并聯支路數每相總匝數 雙層繞組要考慮到短距系數：雙層繞組要考慮到短距系數： 1 1111 1144. 444. 4wqykfNkkfNE為繞組系數：為繞組系數：111qywkkk 三相繞組由在空間錯開三相繞組由在空間錯開120電角度對稱分布的三個單相繞

24、組電角度對稱分布的三個單相繞組構成，三相相電勢在構成，三相相電勢在時間上相差時間上相差120度電角度度電角度。 三相線電勢與相電勢的關系：三相線電勢與相電勢的關系： 三角形接法，線電勢三角形接法，線電勢=相電勢相電勢； 星形接法星形接法，三相繞組的電勢相電勢線電勢 3 正弦分布的以轉速正弦分布的以轉速n1旋轉的旋轉磁場，在三相對成交流旋轉的旋轉磁場，在三相對成交流繞組（定子繞組、轉子繞組）中會感應出三相對稱交流電繞組（定子繞組、轉子繞組）中會感應出三相對稱交流電勢；勢； 感應電勢的波形同磁場波形，為正弦波；感應電勢的波形同磁場波形，為正弦波； 感應電勢的頻率為感應電勢的頻率為 f=( np/6

25、0)Hz （定子：（定子： n= n1 ；轉；轉子：子： n= n1 n=sn1）；）；2sin2sin1qqkq)90sin(2cos011yky1 1111 1144. 444. 4wqykfNkkfNE 相電勢的大小為相電勢的大小為 111qywkkk 繞組系數繞組系數三相繞組電勢總結二、相繞組中的高次諧波電動勢由于種種原因（定轉子鐵芯開槽、主極的外形、鐵心的飽由于種種原因（定轉子鐵芯開槽、主極的外形、鐵心的飽和、氣隙磁場的非正弦分布），和、氣隙磁場的非正弦分布）， 主極磁場在氣隙中不一主極磁場在氣隙中不一定是正弦分布，定是正弦分布， 此時繞組的感應電動勢中，此時繞組的感應電動勢中， 除

26、基波外還除基波外還有一系列高次諧波電動勢。有一系列高次諧波電動勢。 通常，主極磁場的分布與磁極中心線相對稱，通常，主極磁場的分布與磁極中心線相對稱， 故氣隙磁故氣隙磁場中含有奇次空間諧波。場中含有奇次空間諧波。 1、3、5 諧波的弊害高次諧波：高次諧波： 對于發電機，電動勢波形變壞，對于發電機，電動勢波形變壞， 降低供電質量；降低供電質量； 本身雜散損耗增大，本身雜散損耗增大， 效率下降，效率下降， 溫升增高；溫升增高； 對鄰近線路產生干擾。對鄰近線路產生干擾。4、消除諧波的方法wkfE44. 4根據根據減小減小 或或 可降低諧波，可降低諧波， 對齒諧波采用其它措施。對齒諧波采用其它措施。wk

27、（1）采用短距繞組）采用短距繞組適當地選擇線圈的節距，適當地選擇線圈的節距， 使得某一次諧波的短距系數使得某一次諧波的短距系數等于或接近零，等于或接近零， 達到消除或減弱該次諧波的目的。達到消除或減弱該次諧波的目的。 ), 2 , 1(2 18090 090sin100101kkykyykyv例：為消除例：為消除5次諧波，次諧波， ，或54 ,5211yy從不過分消除基波和用銅考慮，從不過分消除基波和用銅考慮， 應選盡可能接近于整距的應選盡可能接近于整距的短節距。即短節距。即2k 1， ky21對于對于此時，此時， 11y換言之，換言之， 為了消除第為了消除第 次諧波，次諧波， 只要選比整距短

28、只要選比整距短 的短距線圈的短距線圈跨距的選擇（1）消除5次諧波的跨距選擇4 44 4 交流繞組建立的磁動勢交流繞組建立的磁動勢一一 單個整距線圈的磁動勢單個整距線圈的磁動勢整距線圈磁動勢分布曲線232cos2222cos22),(tINtINtfyyytIicos2整距線圈所建立的磁場分布單個整距線圈的磁動勢單個整距線圈的磁動勢t=0,i=Imt=90,i=0t=180, i=-Im結論：結論：1 整距線圈所形成的磁動勢整距線圈所形成的磁動勢在任何瞬時，空間的分布總在任何瞬時，空間的分布總是一個是一個矩形波矩形波。2 這種從空間上看位置固定，這種從空間上看位置固定，從時間上看大小在正負最大從

29、時間上看大小在正負最大值之間變化的磁動勢，稱為值之間變化的磁動勢，稱為脈振磁動勢脈振磁動勢。脈振的頻率就脈振的頻率就是交流電流的頻率。是交流電流的頻率。232cos2222cos22),(tINtINtfyyyvvviNfyycos)2(sin15cos513cos31cos)21(4tIicos2tvvvINtfyycoscos)2(sin15cos513cos31cos224),(coscos),(11tFtfyy基波磁動勢：基波磁動勢：yyyININF9 . 02241V次諧波磁動勢：次諧波磁動勢：vtFtfyvyvcoscos),(vFINvINvFyyyyv19 . 022411vp

30、pv2 線圈組的磁動勢線圈組的磁動勢（1）單層整距線圈組磁動勢）單層整距線圈組磁動勢yyyyINFFF9 . 0)3(1)2(1)1(1線圈組的合成基波磁動勢線圈組的合成基波磁動勢111qyqkqFF2sin2sin1qqkq基波磁動勢的分布因數基波磁動勢的分布因數線圈組的合成線圈組的合成v次諧波磁動勢次諧波磁動勢qvyvqvkqFF2sin2sinvqqvkqvvFFyyv1coscos),(11tFtfqqvtFtfqvqvcoscos),( 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，計算其基波和，計算其基波和5次、次、7次諧波磁動勢的分布因數。次諧波磁動勢

31、的分布因數。例題例題解解2sin2sin1qqkq2sin2sinvqqvkqv每相每極槽數每相每極槽數q和槽距角和槽距角值值32323621mpzq203601zp960. 01qk217. 05qk177. 07qk分布繞組的合成磁動勢中諧波含量要分布繞組的合成磁動勢中諧波含量要比集中繞組中小得多。采用分布繞組比集中繞組中小得多。采用分布繞組是改善磁動勢波形的有效措施之一。是改善磁動勢波形的有效措施之一。（2）雙層短距線圈組的磁動勢）雙層短距線圈組的磁動勢雙層繞組給定電機槽數雙層繞組給定電機槽數z1=18，極數極數2p=2，m m1 13 3，y y1 17 7。921pz33218211

32、pmzq槽號1，2，34，5，67，8，910，11，1213，14，1516，17，18相帶名A1Z1B1X1C1Y1（2）雙層短距線圈組的磁動勢）雙層短距線圈組的磁動勢（2）雙層短距線圈組的磁動勢）雙層短距線圈組的磁動勢短距線圈節距縮短的角度短距線圈節距縮短的角度短距角短距角 111yy111)1(122cos2yqqpkFFF合成基波磁動勢合成基波磁動勢90sin)180180(21cos2cos111yyky基波磁動勢的短距系數基波磁動勢的短距系數合成合成v次諧波磁動勢次諧波磁動勢yvqvpvkFF2)1(90sin1vykyvv 次諧波繞組系數次諧波繞組系數 kwv=kqvkyv?？?/p>

33、結：總結：1 1 繞組由集中的改為分布的，基波合成磁動勢幅值應該打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一個折扣kq1；2 2 線圈由整距改為短距的線圈由整距改為短距的基波合成磁動勢幅值應該打一基波合成磁動勢幅值應該打一個折扣個折扣ky1；11111)1(122yqyyqpkkqFkFF3 3 基波繞組系數基波繞組系數kw1=kq1ky1，由短距線圈組成的分布繞組的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基波合成磁動勢幅值乘以系數11111)2(9 . 0)2(9

34、. 09 . 02wyyqyyqykqNIkkqNIkkINq如果只看每對極產如果只看每對極產生的磁動勢，生的磁動勢， 與上面與上面的兩極電機完全一樣，的兩極電機完全一樣， 所以多極電機只研究所以多極電機只研究每對極磁動勢就行了。每對極磁動勢就行了。 一相繞組的總磁動一相繞組的總磁動勢平均作用于各個磁勢平均作用于各個磁極，極， 單相繞組磁動勢，單相繞組磁動勢， 不是一相繞組的總磁不是一相繞組的總磁動勢，動勢， 而是作用于一而是作用于一個磁極的磁動勢。個磁極的磁動勢。 2yyiN2yyiN-90090027003、單相繞組的磁動勢、單相繞組的磁動勢1112yqkFF111qyqkqFF11112

35、yqykkqFFyyINF22411112242yqykkINqFkw1=kq1ky1aIIaIkqNFwy112224aIkpaqNapwy12224IpkNFw1119 . 0IpkNvFwvv19 . 01每相在一條支路內串聯匝數每相在一條支路內串聯匝數結論：結論：1）單相繞組的磁動勢是一種空間位置上固定、幅值隨時）單相繞組的磁動勢是一種空間位置上固定、幅值隨時間變化的脈振磁動勢。間變化的脈振磁動勢。2）單相繞組的基波磁動勢幅值的位置與該相繞組的軸線相重合。）單相繞組的基波磁動勢幅值的位置與該相繞組的軸線相重合。IpkNFW1119 . 03）單相繞組脈振磁動勢中的基波磁動勢幅值）單相繞

36、組脈振磁動勢中的基波磁動勢幅值v 次諧波磁動勢幅值為次諧波磁動勢幅值為諧波次數越高，幅值越小諧波次數越高，幅值越小IpkNvFwvv19 . 01單相正弦脈振磁勢的分解：單相正弦脈振磁勢的分解： 設設A相繞組通過電流：相繞組通過電流： tcos2Iia 其基波磁勢為其基波磁勢為: tcoscos1Ffa-11FF t)cos(21 t)cos(21FFfa F最高點的運行軌跡為最高點的運行軌跡為 t ，即最高點的位置隨時間，即最高點的位置隨時間以角速度以角速度運動。運動。 F最高點的運行軌跡為最高點的運行軌跡為 t ，即最高點的位置隨時，即最高點的位置隨時間以角速度間以角速度運動。運動。 F+

37、波是一個旋轉波，在氣隙空間以角度波是一個旋轉波，在氣隙空間以角度速速旋轉，轉速為：旋轉，轉速為：pfpfpn602260260 單相正弦脈動磁勢可以分解為兩個轉向單相正弦脈動磁勢可以分解為兩個轉向相反的旋轉磁勢。相反的旋轉磁勢。二二 三相繞組的磁動勢三相繞組的磁動勢1 三相繞組的合成基波磁動勢三相繞組的合成基波磁動勢tIicos2A)120cos(2BtIi)240cos(2CtIi)cos()cos(23),(111111tFtFffftfCBA)480 cos(21) cos(21)240 cos()240cos()240 cos(21) cos(21)120 cos()120cos()

38、cos(21) cos(21 coscos011001011001111tFtFtFftFtFtFftFtFtFfcba)cos()cos(23),(111111tFtFffftfCBA 三相對稱交流繞組通過三相三相對稱交流繞組通過三相對稱電流時將產生旋轉磁勢。對稱電流時將產生旋轉磁勢。1 三相繞組的合成基波磁動勢三相繞組的合成基波磁動勢)cos(),(11tFtf1123FF IpkNFw1119 . 0IpkNFw11135. 10tcos),(11FtfAmIItIi2cos2A120t)120cos(),(11FtfBmIItIi2)120cos(2B240t)240cos(),(11

39、FtfCmIItIi2)240cos(2C三相繞組的合成基波磁動勢的性質及特點：三相繞組的合成基波磁動勢的性質及特點：1 一個空間上正弦分布，幅值大小不變的圓形旋轉磁動勢一個空間上正弦分布，幅值大小不變的圓形旋轉磁動勢波。波。2 合成基波磁動勢的幅值是單相基波磁動勢幅值的合成基波磁動勢的幅值是單相基波磁動勢幅值的3/2倍。倍。3 若電流是正序若電流是正序A-B-CA-B-C的，則磁動勢波旋轉方向是從的，則磁動勢波旋轉方向是從A相轉相轉向向B相，再轉向相，再轉向C相。相。 如果電流是負序如果電流是負序A-C-BA-C-B的，則磁動勢波旋轉方向是從的，則磁動勢波旋轉方向是從A相相轉向轉向C相，再轉

40、向相，再轉向B相。相。 因此，如果要改變三相異步電動機磁場的旋轉方向，只因此，如果要改變三相異步電動機磁場的旋轉方向，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（例如B端端和和C端）對調即可。端）對調即可。4 旋轉磁場的電角速度在數值上等于定子電流的角速度，旋轉磁場的電角速度在數值上等于定子電流的角速度，其基波磁動勢的同步轉速其基波磁動勢的同步轉速pfn1160交流繞組建立磁動勢的一般情況：交流繞組建立磁動勢的一般情況：產生旋轉磁動勢的條件：產生旋轉磁動勢的條件：v 必須有兩個或兩個以上的繞組；必須有兩個或兩個以上的繞組；v

41、 繞組的軸線在空間上必須錯開（但不能互差繞組的軸線在空間上必須錯開（但不能互差0 或或180 ）；）；v 繞組內的電流在時間上必須有相位差（但不能互差繞組內的電流在時間上必須有相位差（但不能互差0 或或180 ）。）。2 對稱對稱m相繞組通過對稱相繞組通過對稱m相電流時，所生成的磁動勢是相電流時，所生成的磁動勢是一個圓形旋轉磁動勢，轉速為一個圓形旋轉磁動勢，轉速為pfn11602 三相繞組的合成三相繞組的合成v次諧波磁動勢次諧波磁動勢(1) 三相合成的三次諧波磁動勢三相合成的三次諧波磁動勢3coscos33tFfA3cos120cos1203cos120cos333tFtFfB3cos240c

42、os33tFfC3333),(CBAffftf0)240cos()120cos()cos(3cos3tttF在對稱三相系統中，電機氣隙中不存在在對稱三相系統中，電機氣隙中不存在3的奇數倍次的諧波磁的奇數倍次的諧波磁動勢。動勢。2 三相繞組的合成三相繞組的合成v次諧波磁動勢次諧波磁動勢(2) 三相合成的五次諧波磁動勢三相合成的五次諧波磁動勢5coscos55tFfA)1205cos(120cos1205cos120cos555tFtFfB)2405cos(240cos55tFfC)5cos(23),(55555tFffftfCBAIpkNFw51535. 1511551nn在對稱三相系統中，當諧

43、波次數為在對稱三相系統中，當諧波次數為v6k1時，三相合成磁時，三相合成磁動勢是一個與基波轉向相反的圓形旋轉磁動勢。動勢是一個與基波轉向相反的圓形旋轉磁動勢。2 三相繞組的合成三相繞組的合成v次諧波磁動勢次諧波磁動勢(3) 三相合成的七次諧波磁動勢三相合成的七次諧波磁動勢)7cos(23),(77tFtf1771nn 在對稱三相系統中，當諧波次數為在對稱三相系統中，當諧波次數為v6k1時，三相合成磁時，三相合成磁動勢是一個與基波轉向相同的圓形旋轉磁動勢。動勢是一個與基波轉向相同的圓形旋轉磁動勢。三三 定子三相繞組建立的磁場定子三相繞組建立的磁場 Htf),(1BH )cos(),(),(111

44、tFtftB 若氣隙均勻，若氣隙均勻， 基波磁場也是以同步速旋轉的圓形磁場；基波磁場也是以同步速旋轉的圓形磁場； 忽略鐵耗，忽略鐵耗， 基波磁密波的幅值位置與產生它的基波磁動基波磁密波的幅值位置與產生它的基波磁動勢波的幅值位置重合；勢波的幅值位置重合； 考慮鐵耗，基波磁密波的幅值位置落后于產生它的基波考慮鐵耗，基波磁密波的幅值位置落后于產生它的基波磁動勢波的幅值位置一個鐵耗角。磁動勢波的幅值位置一個鐵耗角。 基波旋轉磁場產生的經過氣隙，同時匝鏈定子和轉子繞組基波旋轉磁場產生的經過氣隙，同時匝鏈定子和轉子繞組的磁通叫的磁通叫主磁通主磁通。 轉子繞組切割主磁通并在轉子中產生感應電流；轉子繞組切割主

45、磁通并在轉子中產生感應電流； 感應的轉子電流在磁場中受到電磁力的作用而形感應的轉子電流在磁場中受到電磁力的作用而形成驅動轉矩，使電機旋轉。成驅動轉矩，使電機旋轉。諧波磁動勢建立的諧波磁場也匝鏈定轉子，諧波磁動勢建立的諧波磁場也匝鏈定轉子， 但是但是對轉子的作用不會產生有效的轉矩，對轉子的作用不會產生有效的轉矩， 定子繞組產生的感應電動勢的頻率與基波頻率一致，定子繞組產生的感應電動勢的頻率與基波頻率一致， 影響定子回路的電壓平衡，影響定子回路的電壓平衡， 作為作為漏磁場漏磁場處理。處理。4 45 5 三相感應電動機轉子靜止時的運行分析三相感應電動機轉子靜止時的運行分析一、轉子被堵住時的轉子基波磁

46、動一、轉子被堵住時的轉子基波磁動勢（轉子靜止）勢（轉子靜止）定子定子轉子轉子相數相數m1m2每相匝數每相匝數N1N2基波繞組系數基波繞組系數k1k 2極對數極對數pp以三相繞線式感應電動機為例。以三相繞線式感應電動機為例。一、轉子被堵住時的基波磁動勢一、轉子被堵住時的基波磁動勢111119 . 02IpkNmF222229 . 02IpkNmFmkNfjE111144. 4mmkNfjkNfjE221222244. 444. 4pfn116011226060npfpfnmFFF21合成基波磁動合成基波磁動勢（勵磁磁動勢）勢（勵磁磁動勢）二、轉子被堵住時的三相感應電動機的基本方程二、轉子被堵住時

47、的三相感應電動機的基本方程1 磁動勢平衡方程式的電流形式磁動勢平衡方程式的電流形式mIpkNmIpkNmIpkNm111221211119 . 029 . 029 . 02miIkII21222111kNmkNmki電流變化系數電流變化系數miIkII21負載分量負載分量勵磁電流勵磁電流mmFFF21)(21FFFm 結論：理想空載運行時，結論：理想空載運行時，轉子電流為轉子電流為0，定子電流等，定子電流等于激磁電流；負載時，定子于激磁電流；負載時，定子電流隨負載增大而增大。電流隨負載增大而增大。11111XI jILjE11LX定子定子漏電抗漏電抗漏電抗：漏磁通在定子（轉子）繞組中會感應漏磁

48、電勢，該漏電抗：漏磁通在定子（轉子）繞組中會感應漏磁電勢，該電勢用漏抗壓降表示電勢用漏抗壓降表示:222XI jE22LX轉子轉子漏電抗漏電抗電流頻率，繞阻匝數，漏磁路的磁阻是決定漏磁通電流頻率，繞阻匝數，漏磁路的磁阻是決定漏磁通大小的主要因素。大小的主要因素。 比如，槽口寬，在槽口漏磁通?。欢瞬块L，則端部比如，槽口寬，在槽口漏磁通?。欢瞬块L，則端部漏磁通大。漏磁通大。由于轉子繞組是閉合的，所以有轉子電流流過。同樣會由于轉子繞組是閉合的，所以有轉子電流流過。同樣會產生漏磁電抗壓降。產生漏磁電抗壓降。 tiLtiNedddd01012112 電動勢平衡方程式電動勢平衡方程式11111rIEEU定

49、子：定子：11111111ZIErIXI jE1Z定子一相繞組的漏阻抗定子一相繞組的漏阻抗轉子：轉子：22220rIEE22222222rIXI jrIEE22ZI2Z轉子一相繞組的漏阻抗轉子一相繞組的漏阻抗3 主電動勢表達式主電動勢表達式mkNfjE111144. 4mkNfjE222244. 421ff ekkNkNEE221121電動勢變比電動勢變比mmZIE1)(mmmjXrImZ感應電動機勵磁阻抗感應電動機勵磁阻抗勵磁電阻勵磁電阻勵磁電抗勵磁電抗 電源電壓不變，阻抗壓降很小，電勢近似不變；電源電壓不變，阻抗壓降很小，電勢近似不變； 由公式：由公式： m 近似不變；近似不變； 1m11

50、144.4wkNfE結論：激磁磁勢結論：激磁磁勢Fm和激磁電流幾乎不變和激磁電流幾乎不變4 46 6 三相感應電動機轉子轉動時的運行分析三相感應電動機轉子轉動時的運行分析轉子穩定運行時其旋轉方向與旋轉磁場方向相同，其轉轉子穩定運行時其旋轉方向與旋轉磁場方向相同，其轉速速n小于磁場的同步轉速小于磁場的同步轉速n1。一一 轉子轉動時的物理情況轉子轉動時的物理情況1 轉子繞組中感應電動勢的交變頻率轉子繞組中感應電動勢的交變頻率6011pnf 定子定子轉子轉子60)(12nnpf%10011nnns1160SfpSn與與 的頻率不同。的頻率不同。1IsI2一一 轉子轉動時的物理情況轉子轉動時的物理情況

51、2 轉子轉動時的轉子基波磁動勢轉子轉動時的轉子基波磁動勢（2）相對轉子的轉速）相對轉子的轉速pfns22601160SnpfSswsIpkNmF222229 . 02（1）大小）大小（3）方向）方向若若 定子電流的相序定子電流的相序abc定子電流產生的磁動勢的旋轉方向定子電流產生的磁動勢的旋轉方向abc轉子感應電動勢相序轉子感應電動勢相序abc轉子基波磁動勢的旋轉方向轉子基波磁動勢的旋轉方向abc與定子磁動勢方向相同與定子磁動勢方向相同相對定子的轉速相對定子的轉速1122nSnnnnnss3 定轉子回路的電動定轉子回路的電動勢平衡方程勢平衡方程一一 轉子轉動時的物理情況轉子轉動時的物理情況11

52、11ZIEU)(222222ssssssrjXIZIE22122222SXLfSLfXss)(222ssrjSXImmZIE12222222244. 444. 4SEkNSfkNfEmmss二、二、感應電動機的等效電路感應電動機的等效電路1 頻率折算頻率折算目的：用一個具有定子頻率而等效于實際轉子的電路去代換實目的：用一個具有定子頻率而等效于實際轉子的電路去代換實際轉子電路。際轉子電路。方法：在保證方法：在保證F2s與與F2完全相同的情況下用一個靜止轉子替代以完全相同的情況下用一個靜止轉子替代以轉速轉速n轉動的轉子。轉動的轉子。分析：分析： F2s與與F2具有相同的轉速和轉向，但大小和空間相位

53、不同。具有相同的轉速和轉向，但大小和空間相位不同。swsIpkNmF222229 . 02222229 . 02IpkNmFwsFF22sII221 頻率折算頻率折算)(2222ssssrjXIE222222)(sXrsEIs222222)(XsrEIs)(2222rjXIE sII2222221rssrsrr 222222sssXrEI)arctan(222rsXs222222)(sXrEIss)arctan(222srXs222222XrEI )arctan(222rX 在轉子的每相中串入附加電阻，即可將實際在轉子的每相中串入附加電阻，即可將實際轉動的電機當作轉子靜止不動的狀態分析。轉動的

54、電機當作轉子靜止不動的狀態分析。附加電阻上的功率實質上為實際轉動轉子的總機附加電阻上的功率實質上為實際轉動轉子的總機械功率械功率P 。2 轉子繞組折算轉子繞組折算（1） 轉子電流的折算值轉子電流的折算值將實際轉子繞組用一個相數、每相串聯匝數及基波繞組將實際轉子繞組用一個相數、每相串聯匝數及基波繞組系數均與定子繞組相同的等效轉子繞組代替。系數均與定子繞組相同的等效轉子繞組代替。原則：保證等效前后繞組所產生的基波磁動勢相同原則：保證等效前后繞組所產生的基波磁動勢相同22222211129 . 029 . 02IpkNmFIpkNmFwwikIIkNmkNmI221112222（2） 轉子電動勢折算

55、值轉子電動勢折算值原則：折算前后原則：折算前后 不變。不變。memmkkNkNkNfjkNfjEE22112221112244. 444. 421EE（3） 轉子阻抗的折算值轉子阻抗的折算值原則：折算前后轉子回路的有功功率和無功功率不變。原則：折算前后轉子回路的有功功率和無功功率不變。)()(22222221srImsrIm22rkkrie22222221XImXIm22XkkXie2222ZkkXjrZiesssrXsrX222222)arctan()arctan(2 轉子繞組折算轉子繞組折算3 折算后感應電機的基本方程折算后感應電機的基本方程1111ZIEU)1()(22222222rss

56、IZIXjsrIEmIII21mmZIEE21等效電路圖等效電路圖感應電動機的簡化電路感應電動機的簡化電路(注：電機正常運行時，注：電機正常運行時，勵磁支路不能略去！勵磁支路不能略去！)幾種異步電動機的典型運行情況幾種異步電動機的典型運行情況1、空載運行、空載運行0s21rssmx很大，則空載時功率因數很低。很大，則空載時功率因數很低。2、額定負載下運行、額定負載下運行05. 0Ns轉子電路基本上是電阻性的，功率因數較高。轉子電路基本上是電阻性的，功率因數較高。3、起動時的情況、起動時的情況0n1s012rss附加電阻為零，起動電流很大，附加電阻為零，起動電流很大，功率因數較低。功率因數較低。

57、一臺一臺2對極的三相異步電動機，定子繞組為三角形接對極的三相異步電動機，定子繞組為三角形接法，有關數據如下：法，有關數據如下：kW10NPV380NUmin/ r1452Nn相/33. 11r相/43. 21x相/12. 12 r相/4 . 42 x相/7mr相/90mx（1）試用）試用T形等效電路求額定負載時的定子電流、轉子形等效電路求額定負載時的定子電流、轉子電流、勵磁電流、功率因數、輸入功率和效率。電流、勵磁電流、功率因數、輸入功率和效率。練習練習 （2）電動機的機械損耗）電動機的機械損耗 ，額定負載時的附加損，額定負載時的附加損耗耗 ，試計算各種功率和轉矩，試計算各種功率和轉矩W100pW50pCu1PCu2PFePPMP2T0TT4-7 4-7 三相感應電動機的功率和轉矩三相感應電動機的功率和轉矩一、功率轉換過程一、功率轉換過程11111cosIUmP 電源輸入功率電源輸入功率12111CurImp定子繞組銅耗定子繞組銅耗m2m1FerImp定子鐵心鐵耗定子鐵心鐵耗srImIEmP22212221Mcos轉子的電磁功率轉子的電磁功率222122211rssImrIm轉子軸上總機械功率轉子軸上總機械功率P轉