1、第四章 三相感應電動機感應電機主要用作電動機，應用最廣泛最廣泛的一種電動機，廠礦企業，交通工具，娛樂，科研，農業生產，日常生活都離不開異步電動機。交流電機可分為感應電機和同步電機兩大類。 類型類型：異步電機主要分為：鼠籠式鼠籠式異步電動機，繞繞線式線式異步電動機和各種控制用電動機控制用電動機三大類。感應電機分類按定子繞組供電電源相數按轉子繞組的結構單相單相感應電動機三相三相感應電動機兩相兩相感應電動機異步電機鼠籠式鼠籠式異步電動機繞線式繞線式異步電動機結構簡單，堅固，成本低，運行性能不如繞線式通過外串電阻改善電機的起動，調速等性能三相感應電動機的結構三相感應電動機的結構定子鐵心定子沖片定子線圈

2、鐵心和機座鼠籠轉子鼠籠轉子照片繞線轉子照片感應電機銘牌銘牌銘牌：型號，額定值，繞組聯結方式，生產廠家等 型號：Y132S-4,Y-異步電動機；132-機座中心高度132mm，S-短鐵心；4-極數。 額定值:正常運行時的主要數據指標。 繞組聯結方式：接法或者Y接法。 感應電機額定值 額定電壓UN： (V)，額定運行時，規定加在定子繞組上的線電壓；線電壓； 額定電流IN： (A),額定運行時，規定加在定子繞組上的線電流；線電流； 額定功率PN： (kW),額定運行時，電動機的輸出功率；輸出功率； 額定轉速n： (r/min),額定運行時，電動機的轉子轉速；轉子轉速； 額定頻率fN： (Hz)，規定

3、的電源頻率電源頻率(50Hz)； 額定效率、額定功率因數等cos3cos3NNNNNIUIUP感應電機的基本工作原理三相對稱繞組建立的磁場感應電機的基本工作原理 轉子繞組的導體處于旋轉磁場中 轉子導體切割磁力線，并產生感應電勢，判斷感應電勢方向。 轉子導體通過端環自成閉路，并通過感應電流。 感應電流與旋轉磁場相互作用產生電磁力，判斷電磁力的方向。 電磁力作用在轉子上將產生電磁轉矩，并驅動轉子旋轉。交流電機的共同問題是交流電機（感應電機和同步電機）的共同問題三相交流繞組的結構結構；三相交流繞組產生的磁勢磁勢分析；三相交流繞組產生的感應電勢感應電勢分析； 42交流電機的電樞繞組基本概念： 線圈（繞

4、組元件）：線圈（繞組元件）：是構成繞組的基本單元基本單元。繞組就是線圈按一定規律的排列和聯結。線圈可以區分為多匝線圈多匝線圈和單匝線圈單匝線圈。與線圈相關的概念包括：有效邊有效邊；端部端部；線圈節距線圈節距等 極距極距：沿定子鐵心內圓每個磁極所占的范圍； 用長度表示/用槽數表示； 電角度：電角度： 轉子鐵心的橫截面是一個圓，其幾何角度為360度。 從電磁角度看，一對N,S極構成一個磁場周期，即1對極為360電角度； 繞組基本概念（1） 電機的機對數為p時，氣隙圓周的角度數為p 360電角度。 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。單層繞組和雙層繞組單層繞組和雙層繞組

5、一個槽所占的電角度數稱為槽距角，用表示； 每個極域內每相所占的槽數稱為每極每相槽數，用q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 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，但在電機的圓周空間互相錯開120電角度。 如槽距角為，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電勢應該相加；線圈與線圈之間的連接也應符合這一原則。 如線圈的一個邊在N極下，另一個應在S極下。二、交流繞組的構成原則二、交流繞組的構成原則對交流繞組的要求（1）交流繞組通電后

6、， 必須形成規定的磁場極數；（2）多相繞組必須對稱， 不僅要求m相繞組的匝數N、跨距y1、線徑及在圓周上的分布情況相同， 而且m相繞組的軸線在空間上互差3600/m電角度。（3）交流繞組通過電流所建立的磁場在空間的分布為正弦分布，且旋轉磁場在交流繞組中感應電動勢必須隨時間按正弦規律變化。 采用分布繞組和短距繞組。（4）在一定的導體數之下， 建立的磁場最強而且感應電動勢最大。 因此線圈的跨距y1盡可能接近極距， 而且對于三相繞組盡可能采用600相帶。（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稱為相帶）。（5）用銅少；下線方便；強度好。 交流繞組單層繞組雙層繞組同心式繞組鏈式繞組交叉

7、鏈式繞組等元件式整距疊繞組雙層疊繞組雙層波繞組交流繞組的形式等元件式整距單層疊繞組同心式繞組鏈式繞組交叉鏈式繞組雙層疊繞組單層疊繞組的構成1. 分極分相分極分相： 將總槽數按給定的極數均勻分開（N、S極相鄰分布）并標記假設的感應電勢方向。 將每個極域的槽數按三相均勻分開。三相在空間錯開120電角度。 實例：Z24（槽）、m3（相）、2p4（極）的單層疊繞組基本步驟：基本步驟：pmZq2每極每相槽數pmZq22. 連線圈和線圈組連線圈和線圈組： 將一對極域內屬于同一相的某兩個線圈邊連成一個線圈，共有q個線圈。 將一對極域內屬于同一相的q個線圈連成一個線圈組；（共有多少個線圈組？） 以上連接應符合

8、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p個線圈組連成一相繞組，并標記首尾端。 串聯與并聯：電勢相加原則。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； 接法或Y接法；連三相繞組連三相繞組實例：實例：Z1=24Z1=24，2p=42p=4，整距，整距，m=3 m=3 雙層疊繞組雙層疊繞組 分極分相分極分相： 將總槽數按給定的極數均勻分開（N、S極相鄰分布）并標記假設的感應電勢方向； 將每個極域的槽數按三相均勻分開。三相在空間錯開120電角度。 雙層疊繞組的構成pmZq2每極每相槽數 根據給定的線圈節距連線圈（上層邊與下層邊合一個線

9、圈）； 以上層邊所在槽號標記線圈編號； 將同一極域內屬于同一相的某兩個線圈邊連成一個線圈（共有q個線圈，為什么？）； 將同一極域內屬于同一相的q個線圈連成一個線圈組（共有多少個線圈組？）； 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642421pZy線圈節距 將屬于同一相的2p個線圈組連成一相繞組，并標記首尾端。 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。 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。連相繞組連相繞組A相連接三相Y連接三相連接連三相繞組連三相繞組旋轉磁場是交流電機工作的基礎。在交流電機理論中有兩種旋轉磁場： (1

10、) 機械旋轉磁場機械旋轉磁場 通過原動機拖動磁極旋轉可以產生機械旋轉磁場；(2) 電氣旋轉磁場電氣旋轉磁場 三相對稱的交流繞組通入三相對稱的交流電流時會在電機的氣隙空間產生電氣旋轉磁場； 交流繞組處于旋轉磁場中，并切割旋轉磁場，產生感應電勢。交流繞組處于旋轉磁場中，并切割旋轉磁場，產生感應電勢。43 交流繞組的感應電動勢電氣旋轉磁場機械旋轉磁場旋轉磁場 交流繞組的構成：導體-線圈-線圈組-一相繞組-三相繞組 。一、相繞組中的基本電動勢 感應電勢隨時間時間變化的波形和磁感應強度在空間空間的分布波形相一致。 只考慮磁場基波時，感應電勢為正弦波正弦波。 lvBtexx)(1、導體中的感應電勢 感應電

11、勢的波形 磁場轉過一對極，導體中的感應電勢變化一個周期； 磁場旋轉一周，轉過p（電機的極對數）對磁極； 轉速為n（r/min)的電機，每秒鐘轉過(pn/60)對極； 導體中感應電勢的頻率f=(pn/60)Hz. 問題：四極電機，要使得導體中的感應電勢為50Hz,轉速應為多少？ 感應電勢的頻率感應電勢的大小 導體感應電勢 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： 感應電勢最大值： 感應電勢的有效值：;2pBB1max22. 22fEEnn )( 22maxflfflBEpn繞組中均勻分布著許多導體，這些導體中的感應電勢有效值，頻率，波形有效值

12、，頻率，波形均相同；但是他們的相位相位不相同。 導體感應電勢小結：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于磁場中相反的位置，其感應電勢相差180電角度。 1212nnnyEEEE 整距線圈的感應電勢： 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y1,其感應電勢相位差是180-電角度。 短距線圈中的感應電勢 短距角：01180y 短距線圈的感應電勢： 11144. 42cos2yynykfNEE 短距系數：)90sin(2cos22cos201111yEEknny整距線圈電勢短距線圈電勢 短距系數小于1，故短距線圈感應電勢有所損失；但短距可

13、以削弱高次諧波. 每對極下屬于同一相的q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矢量相加而成。 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。 線圈組的感應電勢 矢量式321yyyyzEEEE 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：q11k 44.4yqqNfE線圈組的感應電勢3、一相繞組的電勢單層繞組的相電勢 單層繞組每對極每相q個線圈，組成一個線圈組，共p個線圈組。 若p個線圈組全部并聯則相電勢=線圈組的電勢 若p個線圈組全部串聯則相電勢=p 倍 線圈組電勢 實際線圈組可并可串，總串聯匝

14、數 apqNNy并聯支路數每相總匝數1111444q kfN.E 相電勢： 雙層繞組每對極每相有2q個線圈，構成兩個線圈組，共2p個線圈組； 這2p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： 1 1111 1144. 444. 4wqykfNkkfNE為繞組系數：111qywkkk 三相繞組由在空間錯開120電角度對稱分布的三個單相繞組構成，三相相電勢在時間上相差120度電角度。 三相線電勢與相電勢的關系： 三角形接法，線電勢=相電勢； 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n旋轉的旋轉磁場，在三相對成交流繞

15、組中會感應出三相對稱交流電勢； 感應電勢的波形同磁場波形，為正弦波； 感應電勢的頻率為 f=(pn/60)Hz ；2sin2sin1qqkq)90sin(2cos011yky1 1111 1144. 444. 4wqykfNkkfNE 相電勢的大小為 111qywkkk 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、鐵心的飽和、氣隙磁場的非正弦分布）， 主極磁場在氣隙中不一定是正弦分布， 此時繞組的感應電動勢中， 除基波外還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， 故氣隙磁場中含有奇次空間諧波。 1、3、5 1、主極磁場

16、產生次諧波的性質 極對數為基波的倍，極距為基波的1/ ，隨主極一起以同步轉速在空間移動。即 ; ; 1 nn pp 諧波頻率：11 6060fpnnpf 諧波電動勢的有效值：wkwfE44.4為次諧波的磁通量， lB2wk為次諧波的繞組系數，)2sin2sin()90(sin01qqykkkqyw齒諧波電動勢有一種諧波121mqpZ與一對極下的齒數Z/p之間有特定的關系。 稱為齒諧波。特點：諧波繞組因數恰等于基波的繞組因數。1111010111010101012sin2sin)2180sin()2180sin(2) 12sin(2) 12sin( 90sin)90180sin(90) 12si

17、n( qykqqqqqmqqqmqkyyyymq2、相電動勢和線電動勢大小 相電動勢的有效值：252321EEEE 線電動勢的有效值： 三相繞組接成Y或， 對于對稱的三相系統， 各相電動勢的三次諧波時間上同相， 幅值相等。 Y連接， 三次諧波互相抵消； 連接， 三次諧波形成環路， E3完全消耗與環流的電壓降。 25213EEEl線電動勢：3、諧波的弊害高次諧波： 對于發電機，電動勢波形變壞， 降低供電質量； 本身雜散損耗增大， 效率下降， 溫升增高； 對鄰近線路產生干擾。4、消除諧波的方法wkfE44. 4根據減小 或 可降低諧波， 對齒諧波采用其它措施。wk（1）采用短距繞組適當地選擇線圈的

18、節距， 使得某一次諧波的短距系數等于或接近零， 達到消除或減弱該次諧波的目的。 ), 2 , 1(2 18090 090sin100101kkykyykyv例：為消除5次諧波， ，或54 ,5211yy從不過分消除基波和用銅考慮， 應選盡可能接近于整距的短節距。即2k1， ky21對于此時， 11y換言之， 為了消除第次諧波， 只要選比整距短 的短距線圈跨距的選擇（1）消除5次諧波的跨距選擇短距繞組往往采用 , 主要考慮同時減小5次、7次諧波。 65對于5次諧波， 選用54對于7次諧波， 選用76（2）采用分布繞組就分布繞組來說， 每極每相槽數q越多， 抑制諧波電動勢的效果越好， 但q增多，

19、意味總槽數增多， 電機成本提高。 2sin2sinqqkq采用分布繞組采用短距和分布繞組的方法主要針對齒諧波以外的一般高次諧波， 對于齒諧波，它的繞組系數等于基波繞組系數， 不能采用通用的短距和分布繞組的方法。 對于齒諧波， 可采用斜槽， 采用分數槽的方法進行消除。 另外也可在電機設計過程中， 通過減小槽開口和槽形設計等方法進行高次諧波的減弱或消除。 齒諧波的消除44交流繞組建立的磁動勢一、交流電機定子單相繞組的磁勢1、單個整距集中繞組的磁勢 一個整距線圈在異步電機中產生的磁勢 磁力線穿過轉子鐵心，定子鐵心和兩個氣隙 相對于氣隙而言，由于鐵心磁導率極大，其上消耗的磁勢降可以忽略不計 ，線圈在一

20、個氣隙上施加的磁勢為： yyyiNf21 如果通過線圈的電流為正弦波， 則矩形波的高度也將按正弦變化。 一個位置固定，幅值隨時間按整弦變化，矩形脈振磁勢。矩形脈振磁勢 脈振磁勢可以表示為 tcosF tcos22yyyyINfyyyINF22為幅值 按照富立葉級數分解的方法可以把矩形波分解為基波和一系列諧波 基波幅值為：yyyyyyININFF9 . 022441 高次諧波的幅值為yyyyINFF9 . 011 矩形波脈振磁勢的分解基波在空間按正弦分布；在時間上，任何一個位置的磁勢都按正弦變化。所以基波是一個正弦分布的正弦脈振磁勢。其表達式為： tcoscos11xFfyy2、 （1）整距分布

21、繞組的磁勢 由q個線圈構成的線圈組，由于線圈與線圈之間錯開一個槽距角，稱為分布繞組。 取單個線圈的基波進行分析（為正弦脈振磁勢），q個正弦脈振磁勢在空間依次錯開一個槽距角； 線圈組的磁勢為：11119 . 0qyyqyqkqNIkqFF2sin2sin111qqqFFkyqq（2）雙層短距繞組的磁勢 雙層整距繞組可以等效為兩個整距單層繞組 兩個等效單層繞組在空間分布上錯開一定的角度，這個角度等于短距角； 雙層短距繞組的磁勢等于錯開一個短距角的兩個單層繞組的磁勢在空間疊加。雙層短距繞組的磁勢為：111111)2(9 . 022cos2yqyyyqqkkqNIkFFF)90sin(2cos22co

22、s201111yFFkqqy如果只看每對極產生的磁動勢， 與上面的兩極電機完全一樣， 所以多極電機只研究每對極磁動勢就行了。 一相繞組的總磁動勢平均作用于各個磁極， 單相繞組磁動勢， 不是一相繞組的總磁動勢， 而是作用于一個磁極的磁動勢。 2yyiN2yyiN-90090027003、 單相繞組磁勢的統一表達式 為了統一表示相繞組的磁勢，引入每相電流I、每相串聯匝數N1等概念。單層繞組）雙層繞組）；(2 ;11apqNNapqNNaIIyyy 統一公式：1111119 . 0229 . 0wyqkpNIkkpqaNqaIF 單相繞組產生的基波磁勢仍然是正弦脈振磁勢，磁勢幅值位置與繞組軸線重合，

23、時間上按正弦規律脈振。 tcoscos11xFfwyqkpNIkkpqaNqaIF119 . 0229 . 01 單相繞組產生的諧波磁勢也是正弦脈振磁勢，時間上按正弦規律脈振。 tcoscosxFf 考慮單相繞組電流產生的諧波磁勢， 其統一表達式為：二、三相基波旋轉磁勢單相正弦脈振磁勢的分解： 設A相繞組通過電流： tcos2Iia 其基波磁勢為: tcoscos1xFfa-11FF t)cos(21 t)cos(21xFxFfa F最高點的運行軌跡為xt ，即最高點的位置隨時間以角速度運動。 F最高點的運行軌跡為xt ，即最高點的位置隨時間以角速度運動。 F+波是一個旋轉波，在氣隙空間以角度

24、速旋轉，轉速為：pfpfpn602260260 單相正弦脈動磁勢可以分解為兩個轉向相反的旋轉磁勢。三相基波磁勢合成旋轉磁勢 三相對稱電流：三相對稱電流通過三相對稱繞組時各自產生的磁勢：)480 cos(21) cos(21)240 cos()240cos()240 cos(21) cos(21)120 cos()120cos() cos(21) cos(21 coscos011001011001111txFtxFtxFftxFtxFtxFftxFtxFtxFfcba)120 tcos(2)120- tcos(2 tcos200IiIiIicba三相合成磁勢為) cos(2311txFffffc

25、ba 三相對稱交流繞組通過三相對稱電流時將產生旋轉磁勢。關于旋轉磁勢的進一步討論 三相對稱交流繞組通過三相對稱交流電流時，三個反向旋轉磁勢在空間錯開120電角度相互抵消，三個正向旋轉磁勢在空間同相位，合成一個圓形旋轉磁勢。 圓形旋轉磁勢的幅值為：111135. 119 . 023231wwkpNIkpNIFF 圓形旋轉磁勢的轉速為：pfn60 當某相電流達到最大值時，旋轉磁勢的波幅剛好轉到該線繞組的軸線上，旋轉磁勢的轉向:由帶有超前電流的相轉向帶有滯后電流的相。)120 tcos(2)120- tcos(2 tcos200IiIiIicba) cos(2311txFf 改變旋轉磁場轉向的方法：

26、調換任意兩相電源線（改變相序） 旋轉磁勢三相繞組的合成次諧波磁動勢（1）三次諧波磁動勢的極對數是基波的三倍， 三相繞組各自建立的三次諧波磁動勢表達式)240 cos(3cos)240 cos()240( 3cos)120 cos(3cos)120 cos()120( 3cos cos3cos03003303003333txFtxFftxFtxFftxFfcba三相合成的三次諧波磁動勢03333cbaffff三相合成的三次諧波磁動勢為零。 這個結論可推廣到6k3的諧波次數。 （2）五次諧波磁動勢的極對數是基波的五倍， 三相繞組各自建立的五次諧波磁動勢表達式) 5cos(21)240 5cos(2

27、1 )240 cos()240(5cos) 5cos(21)120 5cos(21 )120 cos()120(5cos) 5cos(21) 5cos(21 cos5cos505005550500555555txFtxFtxFftxFtxFtxFftxFtxFtxFfcba五次諧波磁勢三相合成五次諧波磁動勢)5cos(2355txff五次諧波磁動勢性質：轉速為基波轉速的1/5.；轉向與基波轉向相反；幅值：IpkNFFw515535. 15123結論可推廣到6k1次的諧波。（3）七次諧波磁動勢的極對數是基波的七倍， 三相繞組各自建立的七次諧波磁動勢表達式)120 5cos(21) 7cos(21

28、 )240 cos()240(7cos)240 7cos(21) 7cos(21 )120 cos()120(7cos) 7cos(21) 7cos(21 cos7cos077007707700777777txFtxFtxFftxFtxFtxFftxFtxFtxFfcba七次諧波磁勢三相合成七次諧波磁動勢)7cos(2377txff七次諧波磁動勢性質：轉速為基波轉速的1/7.；轉向與基波轉向相同；幅值IpkNFFw717735. 17123結論可推廣到6k1次的諧波。交流繞組建立的磁動勢總結1135. 11wkpNIF t)cos(xFfpfn601 同步轉速的概念：電源頻率f=50Hz,旋轉

29、磁勢的轉速為某些固定值，如二極電機為3000r/min;這些固定的轉速叫同步轉速。 同步轉速三、定子三相繞組建立的磁場 在氣隙中以同步速n1旋轉的基波磁動勢及一系列以各種不同轉速旋轉的諧波磁動勢在氣隙中形成各自的旋轉磁場。基波磁場為：)cos(),(),(1101txBtxftxBm 若氣隙均勻， 基波磁場也是以同步速旋轉的圓形磁場； 忽略鐵耗， 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； 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。 主磁通和漏磁通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主磁通。 轉子繞組切割主磁通并在轉子中

30、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， 但是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， 影響定子回路的電壓平衡， 作為漏磁場處理。116060fnpnpf主磁通槽漏磁通：由槽的一壁橫越至槽的另一壁的漏磁通。端部漏磁通：匝聯繞組端部的漏磁通。諧波漏磁通：諧波磁勢會產生諧波磁通。 漏磁通定子繞組的漏磁通電機正常運轉時，諧波磁通不會產生有用的轉矩。 漏電抗：漏磁通在定子繞組中會感應漏磁電勢，該電勢用漏抗壓降表示:111XI jE1X稱為漏電抗。 轉子繞組通過電流時，也會有漏磁通。對

31、應的漏抗電勢222XI jE 漏電抗電抗公式： mmRNfRNiiNfiNffLX2 2)( 2)( 2 2影響漏電抗大小的因素漏電抗對電機的性能有很大的影響。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。 比如，槽口寬，在槽口漏磁通小；端部長，則端部漏磁通大。 轉差率 切割磁力線是產生轉子感應電流和電磁轉矩的必要條件。 轉子必須與旋轉磁場保持一定的速度差，才可能切割磁力線。 旋轉磁場的轉速用n1表示，稱為同步轉速；轉子的實際轉速用n表示，轉差n=n1-n。 轉差率是異步電動機的一個基本變量，在分析異步電動機運行時有著重要的地位。 11nnns轉差率： 起動瞬間，n = 0,s=

32、1 理想空載運行時：n=n1,s=0 作為電動機運行時，s 的范圍在0-1之間。 轉差率一般很小，如 s = 0.03。 制動運行時，電磁轉矩方向與轉速方向相反，即n1與n反向，s1 發電運行時，n 高于同步轉速n1, s0. S值與電機運行狀態的關系四、交流電機的時空矢量圖 在時間相量圖中， 一個頻率為f， 隨時間按正弦規律變化的物理量可以用一個長度等于有效值I， 角速度 的旋轉矢量表示；f2當取縱軸為為時間參考軸、任何瞬間旋轉矢量在時軸上的投影， 即為縮小 倍的該物理量的瞬時值；2)sin(2tII如對于t時軸I原則上， 時軸可按需任意取，但時軸取得不同， 計算時間的起點也不同， 一個時間

33、相量只有一根時軸。 三相電機中， 對稱的三相電流 、 、 如果采用一根時軸， 則用互差1200的旋轉相量 、 、 來表示。AiBiCiAIBICI 為減少相量的數目， 將各相對稱的同一物理量用一根統一的時間量表示， 而每相的時間相量都以該相的相軸為時軸t軸AIBICI單時軸多相量1IA相B相C相多時軸單相量 在空間矢量圖中， 任意一個沿空間按正弦規律分布的物理量， 如繞組磁勢的基波， 用一個空間矢量 表示。 1F1F 和三相相軸之間的夾角分別表示磁勢波的正波幅在空間上與三相相軸的電角度， 用以說明空間相量具體位置的相軸， 只需畫出一相就夠了。 利用統一時間相量的概念， 將時間相量和空間相量聯系

34、在一起， 畫在同一張矢量圖上， 即為交流電機理論中的時空相量圖。 1FA相B相C相電機時空相量圖特點取各相相軸作為該相的時軸， 假設t0時， mAIi 電流相量 與 重合。據旋轉磁場理論，由定子三相電流所產生的三相合成基波磁勢幅值與 重合，即 與 重合，與 重合。1IAA1F1A1I 由于時間相量 的角頻率 與空間矢量 的電角頻率 相等，在任意時刻， 與 都重合，稱 與 在時空圖上同相。1I1F11F1I1F1I 時空圖上： 作用下，建立氣隙基波旋轉磁場 不計及鐵耗， 幅值與 重合； 計及鐵耗， 幅值滯后 一個 角。1FFe1B1B1F1F1B 與 重合時， B1穿過A相繞組的磁通達最大， 代

35、表定子對稱三相磁通的 與 重合， 與 重合， 兩者相等， 任何時刻 與 同相。 1B1BAmAm1B 由 所生的定子對稱三相電勢的統一電勢相量 落后 900。1B1Em異步電動機電勢平衡方程式1、定子繞組電勢平衡方程式定子繞組接到交流電源上，與電源電壓相平衡的電勢（壓降）包括：主電勢、漏磁電勢和電阻壓降。 主電勢（感應電勢）： 定子繞組通入三相對稱交流電流時，將會產生旋轉的主磁通，同時被定子繞組和轉子繞組切割，并在其中產生感應電勢。 定子繞組感應電勢的有效值： 1111144.4wkNfE漏磁電勢（漏抗壓降） 定子漏磁通：僅與定子繞組相匝鏈。 漏抗壓降： 電阻壓降： 定子電勢平衡方程式： 11

36、1XI jE11IR11111111)(IZEIjXREU轉子繞組的感應電勢 轉子繞組切割主磁通的轉速 主磁通以同步速度旋轉 轉子以轉速n旋轉 轉子繞組導體切割主磁通的相對轉速為(n1-n)=sn1 轉子繞組中感應電勢的頻率： 公式： 結論：由于s很小，轉子感應電勢頻率很低。0.5-3Hz 1111126060)(sfpnnnnnnpf2、轉子繞組的電勢及電流 感應電勢與轉差率正比。 對繞線式異步電機，轉子繞組每相串聯匝數，相數計算方法同定子繞組的計算。 對籠形轉子來說，由于每個導條中電流相位均不一樣，所以，每個導條即為一相，可見相數等于導條數即轉子槽數；每相串聯匝數為半匝即1/2。 注意轉子

37、不動時（s=1)時的感應電勢與轉子旋轉時感應電勢的關系。 22121212121222)44.4( 44.444.4sEkNfskNsfkNfEwwws轉子感應電勢的有效值轉子繞組的阻抗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。 漏抗公式： 漏抗也與轉差率正比。轉速越高，漏抗越小。 考慮到轉子繞組的相電阻后： 22122222sXLsfLfXs222jsXRZs轉子繞組中的電流222222222222)( ,sXRsEIjsXREsZEIss 轉子繞組短路，轉子電壓為0，感應電勢全部加在轉子阻抗上, 轉子回路方程： 轉子電流： ssZI jE2223、磁勢平衡方程式激磁

38、電流 Im 和激磁磁勢Fm 產生主磁通所需要的電流稱為激磁電流 Im ； 對應的磁勢稱為激磁磁勢： pkINmFwmm1119 .02電勢方程式： 電源電壓不變，阻抗壓降很小，電勢近似不變； 由公式： 1 近似不變； 1111111)(IZEjXREU1111144.4wkNfE結論：激磁磁勢和激磁電流幾乎不變理想空載運行時，激磁磁勢全部由定子磁勢F1提供，即：FmF1負載運行時，轉子繞組中有電流I2流過，產生一個同步旋轉磁勢F2，為了保持Fm不變，定子磁勢F1除了提供激磁磁勢Fm 外，還必須抵消轉子磁勢F2的影響，即：mmFFFFFF)(211異步電動機的磁勢平衡方程： miwwmwwwmI

39、IkIIkNmkNmIIpkNmIpkNmIpkNmFFF21211122211112222111121 ;9 . 029 . 029 . 02 ; 結論：理想空載運行時，轉子電流為0，定子電流等于激磁電流；負載時，定子電流隨負載增大而增大。感應電動機的等效電路等效電路法是分析異步電動機的重要手段。在異步電動機中，作等效電路遇到的兩大障礙是：(1)定轉子電路的頻率不相同；(2)定轉子邊的相數，匝數，繞組系數等不相等。一、頻率折算 轉差率為s的異步電動機轉子電路頻率：1111126060)(sfpnnnnnnpf轉子靜止時s=1；則轉子頻率等于定子頻率。頻率折算既是用靜止的轉子代替旋轉的轉子。

40、頻率折算后，希望磁勢平衡不變，即轉子電流不變。222222222jXsREjsXREsZEIss222222222jXsREjsXREsZEIss轉子不動，轉子電阻為 的異步電動機的轉子電流，和轉子以轉差率s旋轉的，轉子電阻為R2的異步電動機轉子電流相等。2221RRsssR 推論：頻率折算的方法：給轉子繞組電阻中，計入一個附加電阻， 即可以把原來旋轉的轉子看成靜止的轉子。21Rss等效圖 不論靜止或者旋轉的轉子，其轉子磁勢總以同步轉速旋轉，即轉子磁勢的轉速不變，大小相位又沒有變，故電機的磁勢平衡依然維持。 靜止的轉子不再輸出機械功率，即電機的功率平衡中少了一大塊機械功率。 靜止的轉子中多了一

41、個附加電阻，而電流沒有變，所以多了一個電阻功率。 附加電阻上消耗的電功率等于電機輸出的機械功率。 對頻率折算的討論二、繞組折算用繞組（m1、N1、kw1）等效替代繞組（ m2、N2、kw2 ）代替的原則是： 磁勢平衡不變 功率平衡不變 電流折算：根據磁勢不變：222221112211122221 9 . 029 . 02IkIkNmkNmIpIkNmpIkNmiwwww電勢、阻抗折算 電勢折算：磁通應不變。22221122121211112 44. 444. 4EkEkNkNEkNfEkNfEewwww 阻抗折算：功率不變。22222211112222212222212221RkKRkNmkN

42、mmmRIImmRRImRImeiww電抗和漏阻抗可同樣折算。異步電動機方程式22222222XjsRIEkkXjkskRIkkEeieiie經過頻率折算和繞組折算后異步電動機的方程式折算后轉子電路方程式：mmmmmmRZIjXRIEIIIXjsRIEEjXIEU)(;);(1212221211111T形等效電路簡化等效電路四、相量圖 異步電動機的相量圖類似于變壓器相量圖,從轉子電路方程出發可以一步一步作出異步電機相量圖。2E22IXj2I22IsR1mI2I1I1E11IjX1U11IR功率平衡和轉矩平衡關系一、功率平衡方程式功率變換和傳遞是電動機的主要功用,結合等效電路分析異步電動機功率流向。異步電動機從電源獲取電功率，即輸入功率：11111cosIUmP 此一功率首先通過定子繞組，產生定子銅耗：12111RImpcu 此功率產生的旋轉磁場掠過定轉子鐵心，產生鐵耗。定子鐵心與旋轉磁場相對轉速為n1較大，轉子鐵心與旋轉磁場相對轉速為sn1較小，故鐵耗主要為定子鐵耗：mmFeRImp21 剩余功率將通過氣隙磁場感應到轉子繞組，此一功率稱為電磁功率。222111cosIEmppPPFecuem功率傳遞（1） 電磁功率首先提供轉子銅耗；22212IRmpcu 剩余的電磁功率全部轉化為機械功率；22211IRssmP 機械功率一部分克服機械損耗和附加損耗)%35