1、第4章 三相異步電動機4.1 4.1 三相異步電動機的基本工作原理和結構三相異步電動機的基本工作原理和結構4.2 4.2 交流電機的繞組交流電機的繞組4.3 4.3 交流電機繞組的感應電動勢交流電機繞組的感應電動勢4.4 4.4 交流電機繞組的磁動勢交流電機繞組的磁動勢4.5 4.5 三相異步電動機的空載運行三相異步電動機的空載運行4.6 4.6 三相異步電動機的負載運行三相異步電動機的負載運行4.74.7三相異步電動機的等效電路和相量圖三相異步電動機的等效電路和相量圖. .4.84.8三相異步電動機的功率平衡、轉矩平衡三相異步電動機的功率平衡、轉矩平衡 三相異步電機主要用作電動機，拖動各種生

2、產機械。結構簡單、三相異步電機主要用作電動機，拖動各種生產機械。結構簡單、制造、使用和維護方便，運行可靠，成本低，效率高，得以廣泛制造、使用和維護方便，運行可靠，成本低，效率高，得以廣泛應用。但是，功率因數低、起動和調速性能差。應用。但是，功率因數低、起動和調速性能差。第4章 三相異步電動機基本要求：基本要求：1.熟練掌握三相異步電動機的基本工作原理、轉差率的概念及異步電機的三種運行狀態；2.了解三相異步電動機的基本結構；3.掌握異步電動機型號和額定值；4.理解交流電機繞組的幾個名詞術語，會做單層整矩疊繞組、單層鏈式、單層同心式、單層交叉式和雙層疊繞組展開圖；5. 掌握交流電機繞組的感應電動勢

3、，掌握短矩系數和分布系數的物理意義及改善電動勢波形的方法；6.掌握單相脈動磁動勢的幅值計算方法及性質；7.熟練掌握三相繞組合成磁動勢的幅值計算方法及基本性質；8.掌握異步電動機和負載運行時的物理情況，熟練掌握轉子繞組的各電磁量及電動勢、磁動勢平衡關系；9.能熟練應用基本方程、等效電路和相量圖來分析異步電動機的運行情況，掌握頻率折算的物理本質及附加電阻的物理意義；10.能根據等效電路導出異步電動機的功率平衡關系，畫出功率流程圖，掌握轉矩平衡關系；11.了解三相異步電動機的工作特性；12.了解三相異步電動機的參數測定方法。第4章 三相異步電動機4.1三相異步電動機的基本工作原理與結構4.1.14.

4、1.1三相異步電動機的基本結構三相異步電動機的基本結構一、定子部分1.1.定子鐵心：由導磁性能很好的硅鋼片疊成定子鐵心：由導磁性能很好的硅鋼片疊成導磁部分。導磁部分。2 2、定子繞組：放在定子鐵心內圓槽內、定子繞組：放在定子鐵心內圓槽內導電部分。導電部分。3 3、機座：固定定子鐵心及端蓋，具有較強的機械強度和剛度。、機座：固定定子鐵心及端蓋，具有較強的機械強度和剛度。二、轉子部分1 1、轉子鐵心：由硅鋼片疊成，也是磁路的一部分。、轉子鐵心：由硅鋼片疊成，也是磁路的一部分。2 2、轉子繞組轉子繞組： 1 1）鼠籠式轉子：轉子鐵心的每個槽內插入一）鼠籠式轉子：轉子鐵心的每個槽內插入一根裸導條，形成

5、一個多相對稱短路繞組。根裸導條，形成一個多相對稱短路繞組。2 2）繞線式轉子：轉）繞線式轉子：轉子繞組為三相對稱繞組，嵌放在轉子鐵心槽內。子繞組為三相對稱繞組，嵌放在轉子鐵心槽內。 異步電動機的氣隙是均勻的。大小為機械條件所能允許達異步電動機的氣隙是均勻的。大小為機械條件所能允許達到的最小值。到的最小值。三、氣隙第4章 三相異步電動機第4章 三相異步電動機按轉子結構分按轉子結構分：繞線型異步電動機繞線型異步電動機鼠籠型異步電動機鼠籠型異步電動機繼續繼續第4章 三相異步電動機下面是它主要部件的拆分圖。下面是它主要部件的拆分圖。 右圖是一臺三相鼠籠型異步電右圖是一臺三相鼠籠型異步電動機的外形圖。動

6、機的外形圖。第4章 三相異步電動機鼠籠型轉子鼠籠型轉子鐵心和繞組鐵心和繞組結構示意圖結構示意圖三相繞線型三相繞線型轉子結構圖轉子結構圖返回第4章 三相異步電動機第4章 三相異步電動機4.1.2 4.1.2 三相異步電動機的基本工作原理三相異步電動機的基本工作原理U2U1W2V1W1V21nn一、轉動原理1 1、電生磁、電生磁：三相對稱繞組通三相對稱繞組通往三相對稱電流產生圓形旋轉往三相對稱電流產生圓形旋轉磁場。磁場。2 2、磁生電、磁生電：旋轉磁場切割旋轉磁場切割轉子導體感應電動勢和電流。轉子導體感應電動勢和電流。3 3、電磁力、電磁力：轉子載流（有功轉子載流（有功分量電流）體在磁場作用下受分

7、量電流）體在磁場作用下受電磁力作用，形成電磁轉矩，電磁力作用，形成電磁轉矩，驅動電動機旋轉，將電能轉化驅動電動機旋轉，將電能轉化為機械能。為機械能。第4章 三相異步電動機二、轉差率11nnsn 轉差率轉差率是異步電機的一個基本物理量，它反映電機的各種是異步電機的一個基本物理量，它反映電機的各種運行情況。運行情況。轉子未轉動時轉子未轉動時，;s,n10 電機理想空載時電機理想空載時，.s,nn01 作為電動機，轉速在作為電動機，轉速在10n范圍內變化，轉差率在范圍內變化，轉差率在0 0 1 1范圍內變。范圍內變。 負載越大，轉速越低，轉差率越大；反之，轉差率越小。負載越大，轉速越低，轉差率越大；

8、反之，轉差率越小。轉差率的大小能夠反映電機的轉速大小或負載大小。電機的轉轉差率的大小能夠反映電機的轉速大小或負載大小。電機的轉速為：速為：11n = (- s)n 額定運行時，轉差率一般在額定運行時，轉差率一般在0.010.060.010.06之間，即電機轉速接之間，即電機轉速接近同步速。近同步速。 同步轉速與轉子轉速之差與同步轉速的比值稱為轉差率，用同步轉速與轉子轉速之差與同步轉速的比值稱為轉差率，用s s表示，表示，即：即：第4章 三相異步電動機三、異步電機的三種運行狀態根據轉差率的大小和正負根據轉差率的大小和正負, ,異步電機有三種運行狀態異步電機有三種運行狀態機械能轉變為電機械能轉變為

9、電能能電能和機械能變電能和機械能變成內能成內能電能轉變為機電能轉變為機械能械能能量關系制動制動制動制動驅動驅動電磁轉矩轉差率轉速外力使電機快速外力使電機快速旋轉旋轉外力使電機沿磁外力使電機沿磁場反方向旋轉場反方向旋轉定子繞組接對定子繞組接對稱電源稱電源實現發電機發電機電磁制動電磁制動電動機電動機狀態狀態10 n n0n n10 s1s0s第4章 三相異步電動機4.1.3 4.1.3 型號和額定值型號和額定值一、型號例例: :第4章 三相異步電動機第4章 三相異步電動機額定值關系有：額定值關系有：3NNNNNPU I cos)VkV(UN或或額額定定電電壓壓額定運行狀態時加在額定運行狀態時加在定

10、子繞組上的線電壓定子繞組上的線電壓. .)kW(PN額額定定功功率率額定條件下轉軸上額定條件下轉軸上輸出的機械功率。輸出的機械功率。)A(IN額額定定電電流流在額定運行狀態下流在額定運行狀態下流入定子繞組的線電流入定子繞組的線電流.min)/r(nN額定轉速額定轉速額定運行時電額定運行時電動機的轉速動機的轉速.NNf額額定定效效率率額額定定頻頻率率額額定定功功率率因因數數Ncos二、額定值二、額定值第4章 三相異步電動機 三相異步電動機的定子部分在結構上和同步電動機三相異步電動機的定子部分在結構上和同步電動機的定子部分完全相同。的定子部分完全相同。 對中、小容量的低壓異步電動機，通常定子三相繞

11、對中、小容量的低壓異步電動機，通常定子三相繞組的六個出線頭都引出，這樣可根據需要靈活組的六個出線頭都引出，這樣可根據需要靈活地接成地接成“Y”Y”形或形或“D”D”形。形。U1 V1 W1U1 V1 W1W2 U 2 V2W2 U2 V2D聯結聯結Y聯結聯結三、接線三、接線第4章 三相異步電動機4.2交流電機的繞組4.2.1 交流繞組的基本知識一、基本要求和分類1 1）三相繞組對稱；）三相繞組對稱；2 2）力求獲得最大的電動勢和磁動勢；）力求獲得最大的電動勢和磁動勢；3 3）繞組的電動勢和磁動勢的波形力求接近正弦；）繞組的電動勢和磁動勢的波形力求接近正弦；4 4）節省用銅量；）節省用銅量；5

12、5）繞組的絕緣和機械強度可靠，散熱條件好；）繞組的絕緣和機械強度可靠，散熱條件好；6 6）工藝簡單、便于制造、安裝和檢修。）工藝簡單、便于制造、安裝和檢修。第4章 三相異步電動機二、交流繞組的基本概念二、交流繞組的基本概念1 1、極距、極距 兩個相鄰磁極軸線之間沿定子鐵心內表面的距離。若定子的兩個相鄰磁極軸線之間沿定子鐵心內表面的距離。若定子的槽數為槽數為Z Z，磁極對數為，磁極對數為p p，則極距：，則極距：Z=2 p2 2、線圈節距、線圈節距y一個線圈的兩個有效邊之間所跨的距離稱為線圈的節距。一個線圈的兩個有效邊之間所跨的距離稱為線圈的節距。.y的的繞繞組組為為整整距距繞繞組組 3 3、電

13、角度、電角度p電電角角度度機機械械角角度度.y的的繞繞組組為為短短距距繞繞組組 第4章 三相異步電動機4 4、槽距角、槽距角a相鄰兩個槽之間的電角度相鄰兩個槽之間的電角度：0360p=Z6 6、相帶、相帶 每個極面下的導體平均分給各相，則每一相繞組在每個極每個極面下的導體平均分給各相，則每一相繞組在每個極面下所占的范圍，用電角度表示稱為相帶。面下所占的范圍，用電角度表示稱為相帶。 每一個極面下每相所占的槽數為每一個極面下每相所占的槽數為5 5、每極每相槽數、每極每相槽數q2Zq =pm第4章 三相異步電動機4.2.24.2.2 三相單層繞組三相單層繞組 單層繞組的每個槽內只放一個線圈邊，電機的

14、線圈總數等于單層繞組的每個槽內只放一個線圈邊，電機的線圈總數等于定子槽數的一半。單層繞組分為鏈式、交叉式和同心式繞組。定子槽數的一半。單層繞組分為鏈式、交叉式和同心式繞組。一、單層鏈式繞組 單層鏈式繞組由形狀、幾何尺寸和節距相同的線圈連接而單層鏈式繞組由形狀、幾何尺寸和節距相同的線圈連接而成，整個外形如長鏈。成，整個外形如長鏈。 鏈式繞組的每個線鏈式繞組的每個線圈節距相等并且制造方圈節距相等并且制造方便；線圈端部連線較短便；線圈端部連線較短并且省銅。主要用于并且省銅。主要用于q=2q=2的的4 4、6 6、8 8極小型三極小型三相異步電動機。相異步電動機。第4章 三相異步電動機二、單層交叉式繞

15、組二、單層交叉式繞組 單層交叉式繞組由線圈數和節距不相同的兩種線圈組構成，單層交叉式繞組由線圈數和節距不相同的兩種線圈組構成，同一組線圈的形狀、幾何尺寸和節距均相同，各線圈組的端部互同一組線圈的形狀、幾何尺寸和節距均相同，各線圈組的端部互相交叉。相交叉。 交叉式繞組由交叉式繞組由兩大一小線圈交叉兩大一小線圈交叉布置。線圈端部連布置。線圈端部連線較短，有利于節線較短，有利于節省材料，并且省銅。省材料，并且省銅。廣泛用于廣泛用于q1q1的且為的且為奇數的小型三相異奇數的小型三相異步電動機步電動機。第4章 三相異步電動機三、單層同心式繞組 同心式繞組由幾個幾何尺寸和節距不等的線圈連成同心同心式繞組由

16、幾個幾何尺寸和節距不等的線圈連成同心形狀的線圈組構成。形狀的線圈組構成。 同心式繞組端同心式繞組端部連線較長，適用部連線較長，適用于于q=4q=4、6 6、8 8等偶等偶數的數的2 2極小型三相極小型三相異步電動機。異步電動機。第4章 三相異步電動機優點優點不適宜于大中型電機元件少，結構簡元件少，結構簡單，嵌線方便，單，嵌線方便，槽內無層間絕緣槽內無層間絕緣廣泛應用于廣泛應用于10kW10kW以下的以下的異步電動機定子繞組異步電動機定子繞組單層繞組為單層繞組為整距繞組整距繞組缺點電動勢和磁動電動勢和磁動勢波形較差勢波形較差鐵損和噪鐵損和噪聲較大聲較大起動性能較差三相單層繞組的優缺點第4章 三相

17、異步電動機4.2.3 4.2.3 三相雙層繞組三相雙層繞組 雙層繞組每個槽內放上、下兩層線圈的有效邊，線圈的每雙層繞組每個槽內放上、下兩層線圈的有效邊，線圈的每一個有效邊放在某一槽的上層，另一個有效邊則放置在相隔為一個有效邊放在某一槽的上層，另一個有效邊則放置在相隔為y y 的另一槽的下層。的另一槽的下層。雙層繞組分雙層疊繞組（如圖雙層繞組分雙層疊繞組（如圖2a=12a=1）和雙層波繞組（略）和雙層波繞組（略）。第4章 三相異步電動機 雙層繞組的特點：雙層繞組的特點：1 1）線圈數等于槽數；）線圈數等于槽數；2 2）線圈數組數等于極數，也等于最大并聯支路數）線圈數組數等于極數，也等于最大并聯支

18、路數；3 3）每相繞組的電動勢等于每條支路的電動勢。）每相繞組的電動勢等于每條支路的電動勢。優點可以選擇最有利的節可以選擇最有利的節距，使電動勢和磁動距，使電動勢和磁動勢波形更接近正弦波勢波形更接近正弦波所有線圈的形狀所有線圈的形狀和尺寸相同，便和尺寸相同，便于實現機械化于實現機械化端部排列整齊端部排列整齊機械強度高機械強度高可組成較可組成較多的并聯多的并聯支路支路缺點嵌線困難用銅用銅量大量大第4章 三相異步電動機4.34.3交流電機繞組的感應電動勢交流電機繞組的感應電動勢4.3.1 4.3.1 線圈的感應電動勢及短距系數線圈的感應電動勢及短距系數一、一根導體的電動勢二、整距繞組的電動勢 每個

19、整距繞組由每個整距繞組由N Nc c個相同和線匝組成，每個整距線圈的個相同和線匝組成，每個整距線圈的電動勢電動勢: :111444y (y)ctcEN E.fN電動勢頻率電動勢頻率: :60pnf 電動勢大小電動勢大小: :12 221cE.f電動勢波形電動勢波形: :Blve 隨時間變化的波形隨時間變化的波形取決于氣隙磁密在取決于氣隙磁密在空間的分布波形空間的分布波形第4章 三相異步電動機三、短距線圈的電動勢每個短距線圈的電動勢每個短距線圈的電動勢: :144411()cyE.fN kyy稱為稱為短距系數短距系數：線圈短距時電動線圈短距時電動勢比整距時打的勢比整距時打的一個折扣一個折扣090

20、111y (y )yy (y )Eyksin()E第4章 三相異步電動機4.3.2 4.3.2 線圈組的感應電動勢及分布系數線圈組的感應電動勢及分布系數 一組線圈由一組線圈由q q個線圈組成個線圈組成, ,若若q q個線圈為集中繞組時個線圈為集中繞組時, ,各線圈各線圈電動勢大小相等、相位相同，線圈組電動勢為電動勢大小相等、相位相同，線圈組電動勢為: :11114.44q (q= )cyE=fqN k 若若q q個線圈為分布繞組個線圈為分布繞組, ,放在放在q q個槽內個槽內, ,各線圈電動勢大小相各線圈電動勢大小相同同, ,相位相差相位相差電角度電角度, ,電動勢為電動勢為: :111114

21、 444 4411()cyqcE.fqN k k.fqN kqqw11122q (q1)qq (q=1)qasinEk=aEqsin稱為稱為基波分布系數基波分布系數:線圈組電動勢等于集線圈組電動勢等于集中線圈組電動勢打的中線圈組電動勢打的一個折扣一個折扣.稱為稱為基波繞組基波繞組系數。系數。111wyqk= k k第4章 三相異步電動機4.3.3 4.3.3 一相繞組的基波感應電動勢一相繞組的基波感應電動勢 一繞組有一繞組有2a2a條支路，一條支路由若干個線圈組路串聯組成。條支路，一條支路由若干個線圈組路串聯組成。一相繞組的基波電動勢為一條支路的基波電動勢一相繞組的基波電動勢為一條支路的基波電

22、動勢1114.44pwE=fNk一、一相繞組的基波電動勢對單層繞組：對單層繞組：2cpqNN=a對雙層繞組：對雙層繞組：c2pqNN=2a第4章 三相異步電動機二、短距繞組、分布繞組對電動勢波形的影響090224 44ksin()sinksinE.fNkkyqpyqyqq對V次諧波：1pp nn p nff60第4章 三相異步電動機改善電動勢波形的方法改善電動勢波形的方法: :001 pyE,k,y時時采采用用.ky盡可能小盡可能小讓讓0 （）（）采用短距繞組來削弱高次諧波采用短距繞組來削弱高次諧波（）采用分布繞組來削弱高次諧波（）采用分布繞組來削弱高次諧波盡盡可可能能小小讓讓qk改善主磁極磁

23、場的分布改善主磁極磁場的分布改善交流繞組的構成，削弱諧波電動勢改善交流繞組的構成，削弱諧波電動勢采用接線消除線電動勢中的三及其倍數的奇次諧波采用接線消除線電動勢中的三及其倍數的奇次諧波005455 pyE,k,y時時第4章 三相異步電動機4.4交流電機繞組的磁動勢4.4.1 4.4.1 單相繞組的磁動勢單相繞組的磁動勢一、整距集中繞組的磁動勢 一臺兩極氣隙均勻的交流電機一臺兩極氣隙均勻的交流電機, ,一個整距一個整距繞組通入交流電流繞組通入交流電流, ,線圈磁動勢在某瞬間的分線圈磁動勢在某瞬間的分布如圖布如圖, ,由全電流定律得由全電流定律得: :iNiHdlc 忽略鐵心磁阻忽略鐵心磁阻, ,

24、磁動勢完全降落在兩磁動勢完全降落在兩個氣隙上個氣隙上. .每個氣隙的磁動勢為每個氣隙的磁動勢為: :ttsinFsinINiNfcmcccc2121 空間分布為空間分布為矩形波矩形波, ,隨時間按隨時間按正弦規律正弦規律變變化化. .變化變化頻率為電流頻率頻率為電流頻率。 空間位置不變而幅值和方向隨時間變化的磁動勢稱為空間位置不變而幅值和方向隨時間變化的磁動勢稱為脈動磁脈動磁動勢動勢。第4章 三相異步電動機矩形波磁動勢可能分解為基波和一系列高次諧波矩形波磁動勢可能分解為基波和一系列高次諧波: :133( , )sincossincos.sincos.ccccfx tFtxFtxFtx基波磁動勢

25、為基波磁動勢為: :1420 92cccccFN I. N I 11( , )sincosccfx tFtx基波磁動勢最大值為基波磁動勢最大值為: : 整距繞組基波磁動勢在空間按余弦分布，幅值位于繞組軸線，整距繞組基波磁動勢在空間按余弦分布，幅值位于繞組軸線，空間每一點的磁動勢大小按正弦規律變化空間每一點的磁動勢大小按正弦規律變化仍然為仍然為脈動磁動勢脈動磁動勢。第4章 三相異步電動機二、單相脈動磁動勢1 1、整距分布繞組的磁動勢、整距分布繞組的磁動勢cqycyqpIkk)qN(kFF1111120.92 每個繞組由每個繞組由q q 個線圈串聯構成，依次在定子圓周空間錯開個線圈串聯構成，依次在

26、定子圓周空間錯開槽距角槽距角,繞組的基波磁動勢為繞組的基波磁動勢為q q個線圈基波磁動勢的空間矢量個線圈基波磁動勢的空間矢量和：和：111qcqkqFF2 2、一組雙層短距分布繞組的基波磁動勢、一組雙層短距分布繞組的基波磁動勢 雙層短距分布繞組的基波磁動勢為兩個等效繞組基波磁動雙層短距分布繞組的基波磁動勢為兩個等效繞組基波磁動勢的相量和，用短距系數計及繞組短距的影響：勢的相量和，用短距系數計及繞組短距的影響：第4章 三相異步電動機3 3、相繞組的磁動勢、相繞組的磁動勢 每個極下的磁動勢和磁阻構成一條分支磁路。若電機有每個極下的磁動勢和磁阻構成一條分支磁路。若電機有p p對磁極，就有對磁極，就有

27、p p條并聯的對稱分支磁路，所以一相繞組的基波條并聯的對稱分支磁路，所以一相繞組的基波磁動勢就是該繞組在一對磁極下線圈所產生的基波磁動勢，若磁動勢就是該繞組在一對磁極下線圈所產生的基波磁動勢，若每相電流為每相電流為I Ip p: :xcostsinIpNk.xcostsinFt)(x,fp1wpp9011 單相繞組的基波磁動勢是在空間按余弦規律分布，單相繞組的基波磁動勢是在空間按余弦規律分布，幅值大小隨時間按正弦規律變化的幅值大小隨時間按正弦規律變化的脈動磁動勢脈動磁動勢。第4章 三相異步電動機三、單相脈動磁動勢的分解即一個脈動磁動勢可以分解成兩個幅值大小相等的磁動勢。即一個脈動磁動勢可以分解

28、成兩個幅值大小相等的磁動勢。1111111122ppp+-ppf (x,t) F sincosxF sin(x)F sin(x)= f (x,t)+ f (x,t)pttt先分析)xtsin(F)t ,x(fpp 1121取幅值點分析2 xt;x,t220 時時;x,t02 時時;x,t22 時時xt)(x,f1p22第4章 三相異步電動機綜上分析綜上分析。)t ,x(f,x)t ,x(f)(pp向向旋旋轉轉磁磁動動勢勢稱稱為為正正故故軸軸正正方方向向移移動動朝朝隨隨著著時時間間推推移移 111。)t ,x(f)(p勢勢幅幅值值的的一一半半的的幅幅值值為為單單相相基基波波磁磁動動 12min)

29、/(60)/(22)/(2)3(1rpfsrpfpfnsmfdtdxv旋轉速度線速度為。x,)t ,x(f)t ,x(fpp的的負負方方向向只只是是旋旋轉轉方方向向是是性性質質基基本本一一致致的的性性質質與與 11第4章 三相異步電動機可見(1)(1)單相繞組的基波磁動勢為脈動單相繞組的基波磁動勢為脈動, ,它可以分解為大小相等、它可以分解為大小相等、轉速相同而轉身相反的兩個旋轉磁場。轉速相同而轉身相反的兩個旋轉磁場。(2)(2)反之反之, ,滿足上述性質的兩個旋轉磁動勢的合成即為脈滿足上述性質的兩個旋轉磁動勢的合成即為脈動磁動勢。動磁動勢。（3）由于正方向或反方向的旋轉磁動勢在旋轉過程中，大

30、）由于正方向或反方向的旋轉磁動勢在旋轉過程中，大小不變，兩矢量頂點的軌跡為一圓形，所以這兩個磁動勢為小不變，兩矢量頂點的軌跡為一圓形，所以這兩個磁動勢為圓形旋轉磁動勢。圓形旋轉磁動勢。第4章 三相異步電動機4.4.2 4.4.2 三相繞組基波合成磁動勢三相繞組基波合成磁動勢旋轉磁動勢旋轉磁動勢三相的合成磁動勢：三相的合成磁動勢： 取取U U相繞組軸線位置作為空間坐標原點、以相序的方向作為相繞組軸線位置作為空間坐標原點、以相序的方向作為x x的參考方向、的參考方向、U U相電流為零時作為時間起點，則三相基波磁動相電流為零時作為時間起點，則三相基波磁動勢為：勢為：)xtsin(F)xtsin(F)

31、xcos()tsin(Ff)xtsin(F)xtsin(F)xcos()tsin(Ff)xtsin(F)xtsin(FxcostsinFfpppWpppVpppU342121323234212132322121111111111111 11132pf (x,t) =Fsin(t-x) = F sin(t-x)可見：三相合成磁動勢也是一個可見：三相合成磁動勢也是一個圓形旋轉磁動勢圓形旋轉磁動勢。 交流電機三相對稱繞組交流電機三相對稱繞組, , 通入三相對稱電流，磁動勢是三相通入三相對稱電流，磁動勢是三相的合成磁動勢。的合成磁動勢。第4章 三相異步電動機 為了分析旋轉磁動勢的旋轉方向，設三相對稱電

32、流按余弦規為了分析旋轉磁動勢的旋轉方向，設三相對稱電流按余弦規律變化，律變化，U U 相電流最大時為計時點，電流取首進尾出為正，電相電流最大時為計時點，電流取首進尾出為正，電流波形和各時刻旋轉磁動勢的位置如圖所示：流波形和各時刻旋轉磁動勢的位置如圖所示：U2U1W2V1W1V21n第4章 三相異步電動機用圖解法分析用圖解法分析不同時刻三相合成磁動勢不同時刻三相合成磁動勢 合成磁動勢的轉向是從載有超前電流的相轉到載有滯后電合成磁動勢的轉向是從載有超前電流的相轉到載有滯后電流的相。流的相。第4章 三相異步電動機 產生圓形旋轉磁動勢的條件：產生圓形旋轉磁動勢的條件：一是三相或多相對稱繞組；二一是三相

33、或多相對稱繞組；二是三相或多相對稱電流。兩個條件有一個不滿足，即產生橢圓形是三相或多相對稱電流。兩個條件有一個不滿足，即產生橢圓形旋轉磁動勢。旋轉磁動勢。 三相對稱繞組通入三相對稱電流，產生的基波合成磁動勢是一個幅值恒定不變的圓形旋轉磁動勢，它有以下主要性質(1)(1)幅值是單相脈動磁動勢最大幅值的幅值是單相脈動磁動勢最大幅值的3/23/2倍。倍。(2)(2)轉向由電流相序決定轉向由電流相序決定, ,從載有超前電流相轉到載有滯后電從載有超前電流相轉到載有滯后電流相流相. .(3)(3)轉速決定于電流的頻率和電機的磁極對數轉速決定于電流的頻率和電機的磁極對數pfn601(4)(4)當某相電流達最

34、大值時當某相電流達最大值時, ,旋轉磁動勢的波幅位置剛好轉到該旋轉磁動勢的波幅位置剛好轉到該相繞組的軸線位置上相繞組的軸線位置上第4章 三相異步電動機4.5.1 4.5.1 空載運行時的電磁關系空載運行時的電磁關系4.5三相異步電動機的空載運行一、主、漏磁通的分布 為了便于分析，根據磁通路徑和性質不同，異步電動機的為了便于分析，根據磁通路徑和性質不同，異步電動機的磁通分為主磁通和漏磁通。磁通分為主磁通和漏磁通。 主磁通同時交鏈定、轉子繞組，主磁通同時交鏈定、轉子繞組，其路徑為：定子鐵心其路徑為：定子鐵心氣隙氣隙轉子轉子鐵心鐵心氣隙氣隙定子鐵心。主磁通起定子鐵心。主磁通起傳遞能量的作用。傳遞能量

35、的作用。 除了主磁通以外的磁通稱為漏除了主磁通以外的磁通稱為漏磁通，它包括槽漏磁通、端漏磁通磁通，它包括槽漏磁通、端漏磁通和高次諧波磁通。漏磁通只起電抗和高次諧波磁通。漏磁通只起電抗壓降作用。壓降作用。第4章 三相異步電動機二、空載電流和空載磁動勢異步電動機空載運行時的定子電流稱為空載電流異步電動機空載運行時的定子電流稱為空載電流。.I,I:I,ar0000功功分分量量損損耗耗的的有有另另一一個個是是用用來來供供給給鐵鐵心心的的無無功功分分量量產產生生主主磁磁通通一一是是用用來來由由兩兩部部分分組組成成異異步步電電動動機機空空載載電電流流與與變變壓壓器器一一樣樣基基波波幅幅值值為為載載磁磁動動

36、勢勢產產生生的的旋旋轉轉磁磁動動勢勢為為空空三三相相空空載載電電流流,FI000IpkNmF1w1100.92.IIIar000:即即.F，I，E，、,00022 于于是是乎乎為為零零轉轉子子之之間間相相對對速速度度幾幾定定接接近近同同步步速速轉轉子子轉轉速速很很高高空空載載運運行行時時.II,I,IIrar00000 即即基基本本為為一一無無功功性性質質電電流流所所以以由由于于第4章 三相異步電動機三、電磁關系10RI1U ()三相系)(I三三相相系系統統0)(F三三相相合合成成01E011E02 E4.5.2 4.5.2 空載運行時的電壓平衡方程空載運行時的電壓平衡方程一、感應電動勢與變壓

37、器一樣與變壓器一樣, ,主、漏磁通在定子繞組上感應的電動勢主、漏磁通在定子繞組上感應的電動勢011114.44wkNfjE101XI jE可見，異步電動機空載時的電磁關系與變壓器非常相似。可見，異步電動機空載時的電磁關系與變壓器非常相似。第4章 三相異步電動機二、電壓平衡方程與等效電路 與變壓器一樣，根據基爾霍夫電壓定律，可列出空載時與變壓器一樣，根據基爾霍夫電壓定律，可列出空載時定子每相電壓方程式：定子每相電壓方程式：0111010110111IZEXI jRIERIEEU 同樣也有：同樣也有：100mmmE = - I (R + jX)= - I Z 根據上兩式，可以作出空載時根據上兩式，

38、可以作出空載時等效電路。等效電路。第4章 三相異步電動機 盡管異步電動機的電磁關系與變壓器相似，但它們之間還是盡管異步電動機的電磁關系與變壓器相似，但它們之間還是有差別的：有差別的：1 1）主磁場性質不同：異步電動機為旋轉磁場，變壓器為脈動）主磁場性質不同：異步電動機為旋轉磁場，變壓器為脈動磁場磁場.4 4）由于存在氣隙）由于存在氣隙, ,異步電動機漏抗較變壓器的大異步電動機漏抗較變壓器的大. .;I ,E,I ,E)000022222 變壓器變壓器異步電動機空載時異步電動機空載時%.%,%I,)102302030的的僅僅為為而而變變壓壓器器為為異異步步電電動動機機由由于于存存在在氣氣隙隙5)

39、5)異步電動機通常采用短距和分布繞組異步電動機通常采用短距和分布繞組, ,計算時需考慮繞組計算時需考慮繞組系數系數, ,變壓器則為整距集中繞組變壓器則為整距集中繞組, ,可認為繞組系數為可認為繞組系數為1.1.第4章 三相異步電動機4.6.1 4.6.1 負載運行時的電磁關系負載運行時的電磁關系4.6三相異步電動機的負載運行11IR11E22IR22E)(1三相系統U)(I三三相相系系統統1)(I多相系統多相系統21F2F0F01EsE2第4章 三相異步電動機4.6.2 4.6.2 轉子繞組各電磁量轉子繞組各電磁量一、轉子電動勢的頻率 感應電動勢的頻率正比于導體與磁場的相對切割速度感應電動勢的

40、頻率正比于導體與磁場的相對切割速度, ,故轉子電動勢的頻率為故轉子電動勢的頻率為: :111211160p(n - n)n - npnf = sfnn轉子不轉時,.ff,s ,n1210 理想空載時,.f,s ,nn0021 二、轉子繞組的感應電動勢轉子旋轉時的感應電動勢轉子旋轉時的感應電動勢: :02222444wskNf.E 轉子不轉時的感應電動勢轉子不轉時的感應電動勢: :02212444wkNf.E 二者關系為二者關系為: :22sE= sE第4章 三相異步電動機三、轉子繞組的漏阻抗電抗與頻率成正比電抗與頻率成正比, ,轉子旋轉時轉子漏電抗轉子旋轉時轉子漏電抗: :2222LfXs二者

41、關系二者關系: :22sX= sX .轉子繞組的漏阻抗轉子繞組的漏阻抗: :2222jsXRjXRZ2ss四、轉子繞組的電流轉子繞組為閉合繞組轉子繞組為閉合繞組, ,轉子電流為轉子電流為222222222jsXREsjXREZEIssss轉子不轉時轉子漏電抗轉子不轉時轉子漏電抗: :2222LfX當轉速降低時當轉速降低時, ,轉差率增大轉差率增大, ,轉子電流也增大轉子電流也增大. .第4章 三相異步電動機五、轉子繞組的功率因數22222222222RRcos=R + XR + (sX) 轉子功率因數與轉差率有關轉子功率因數與轉差率有關, ,當轉差率增大時當轉差率增大時, ,轉子功率因轉子功率

42、因數則減小。數則減小。六、轉子旋轉磁動勢轉子繞組流過三相或多相對稱電流時產生圓形旋轉磁動勢轉子繞組流過三相或多相對稱電流時產生圓形旋轉磁動勢. .22222902IpkN.mFw 1)1)幅值幅值2)2)轉向轉向 轉子電流相序與定子旋轉磁動勢方向相同轉子電流相序與定子旋轉磁動勢方向相同, ,轉子旋轉磁轉子旋轉磁動勢的方向與轉子電流相序一致動勢的方向與轉子電流相序一致. .1nnn)(nnn12轉子旋轉磁動勢相對定子的速度為轉子旋轉磁動勢相對定子的速度為 可見可見, ,無論轉子轉速怎樣變化無論轉子轉速怎樣變化, ,定、轉子磁動勢總是以同速、定、轉子磁動勢總是以同速、同向在空間旋轉，兩者在空間上總

43、是保持相對靜止。同向在空間旋轉，兩者在空間上總是保持相對靜止。第4章 三相異步電動機4.6.3 4.6.3 磁動勢平衡方程磁動勢平衡方程021FFF磁動勢的平衡方程為：磁動勢的平衡方程為：可以改寫為：可以改寫為：LFF)F(FF10201.,F,F;,F:L主主磁磁通通的的影影響響用用來來抵抵消消轉轉子子磁磁動動勢勢對對即即它它用用平平衡衡轉轉子子磁磁動動勢勢另另一一個個是是負負載載分分量量產產生生氣氣隙隙磁磁通通它它用用來來一一個個是是勵勵磁磁磁磁動動勢勢個個分分量量定定子子旋旋轉轉磁磁動動勢勢包包括括兩兩表表明明2100寫成磁動勢幅值公式寫成磁動勢幅值公式：011122221110.920

44、.920.92IpkNmIpkNmIpkNmww1w:kNmkNmkwwi有有兩兩邊邊除除以以電電流流變變比比222111 021IkIIi第4章 三相異步電動機4.6.4 4.6.4 電動勢平衡方程電動勢平衡方程根據基爾霍夫電壓定律可寫出定、轉子側電動勢平衡方程：根據基爾霍夫電壓定律可寫出定、轉子側電動勢平衡方程：111111111U = -E + I R + jI X = -E + I Z222222220ssss= E - I R - jI X= E + I Z:kEE:e之比稱為電動勢比之比稱為電動勢比與轉子不轉時電動勢與轉子不轉時電動勢其中其中21221121wwekNkNEEk第4

45、章 三相異步電動機4.7.1 4.7.1 折算折算4.7三相異步電動機的等效電路和相量圖 頻率折算頻率折算就是用一個等效的轉子電路代替實際旋轉的轉子系就是用一個等效的轉子電路代替實際旋轉的轉子系統統, ,而等效的轉子回路應與定子電路有相同的頻率。而等效的轉子回路應與定子電路有相同的頻率。一、頻率折算 在折算的過程中，電機的電磁效應不變，因而有在折算的過程中，電機的電磁效應不變，因而有兩個條件兩個條件：一個是保持轉子磁動勢不變；二是轉子回路的功率不變。一個是保持轉子磁動勢不變；二是轉子回路的功率不變。轉子回路電流轉子回路電流212s2s2222s2s22222EEsEEI =- sZR + jX

46、R + jsXR + jX +Rs.F,Rss,不不變變同同時時保保持持轉轉子子磁磁動動勢勢為為定定子子頻頻率率就就可可以以將將轉轉子子頻頻率率折折算算電電阻阻在在轉轉子子回回路路中中串串聯聯一一個個用用一一個個不不轉轉的的轉轉子子并并且且可可見見221 第4章 三相異步電動機222222s222I)sXj(REsI)jX(REUs2Rss1 實際的旋轉轉子軸上有機械損耗和機械功率輸出。頻率折實際的旋轉轉子軸上有機械損耗和機械功率輸出。頻率折算后，轉子靜止，沒有機械損耗和機械功率輸出，但電路中多算后，轉子靜止，沒有機械損耗和機械功率輸出，但電路中多了一個附加電阻了一個附加電阻 。根據能量守恒關

47、系，該電阻消耗的功。根據能量守恒關系，該電阻消耗的功率等效機械損耗和機械功率之和率等效機械損耗和機械功率之和總的機械功率。總的機械功率。21Rss 從等效電路角度，可以把從等效電路角度，可以把 看成是異步電動機的看成是異步電動機的”電阻負載電阻負載”，其上的壓降可以看成是轉子回路的端電壓，其上的壓降可以看成是轉子回路的端電壓:第4章 三相異步電動機二、繞組折算。k、Nmk、Nmww同同本本相相折折算算的的方方法法與與變變壓壓器器基基組組的的實實際際轉轉子子繞繞及及取取代代等等效效轉轉子子及及繞繞組組相相同同的的定定子子繞繞組組折折算算就就是是用用一一個個和和222111122EEkEe i22

48、kII 2222XkkXRkkReiei 4.7.2 等效電路一、繞組后的基本方程111111XI jRIEU 222222XI jRIEU 021III 12EE 01I )jXR(Emm 2221RssIU 第4章 三相異步電動機二、T型等效電路和簡化等效電路由基本方程可以作出等效電路由基本方程可以作出等效電路: :T T型等效電路型等效電路簡化等效電路簡化等效電路第4章 三相異步電動機從等效電路分析可知從等效電路分析可知: :;,I ,Rss,s ,nn,)電電機機相相當當于于開開路路總總機機械械功功率率近近似似為為零零理理想想空空載載時時0102220 ;,Rss,s ,n,)短短路路狀狀態態電電機機處處于于總總機機械械功功率率為為零零電電機機不不轉轉時