第5章--三相異步電動機的基本原理

1、第五章第五章本章主要教學(xué)內(nèi)容：本章主要教學(xué)內(nèi)容：1. 1. 三相異步電動機的基本原理三相異步電動機的基本原理2. 2. 交流電機的定子繞組交流電機的定子繞組3. 3. 交流電機繞組的磁動勢交流電機繞組的磁動勢4. 4. 交流電機繞組的電動勢交流電機繞組的電動勢5. 5. 三相異步電動機的電磁關(guān)系三相異步電動機的電磁關(guān)系6. 6. 三相異步電動機的功率和轉(zhuǎn)矩三相異步電動機的功率和轉(zhuǎn)矩7. 7. 三相異步電動機的工作特性三相異步電動機的工作特性8. 8. 三相異步電動機的參數(shù)測定三相異步電動機的參數(shù)測定第五章第五章5.1 5.1 三相異步電動機的基本原理三相異步電動機的基本原理5.1.1 5.1.

2、1 基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)1 1轉(zhuǎn)子繞組；轉(zhuǎn)子繞組；2 2端蓋；端蓋；3 3軸承蓋；軸承蓋；4 4軸；軸；5 5軸承；軸承；6 6定子繞組；定子繞組；7 7吊環(huán)；吊環(huán)；8 8轉(zhuǎn)子；轉(zhuǎn)子；9 9機座；機座；1010定子鐵芯；定子鐵芯；1111風(fēng)扇；風(fēng)扇；1212風(fēng)罩；風(fēng)罩；1313集電環(huán)；集電環(huán)；1414出線盒出線盒繞線型三相異步電動機剖面圖繞線型三相異步電動機剖面圖 第五章第五章基本結(jié)構(gòu)：定子、轉(zhuǎn)子（定轉(zhuǎn)子之間是空氣隙）基本結(jié)構(gòu)：定子、轉(zhuǎn)子（定轉(zhuǎn)子之間是空氣隙）（1 1） 定子：定子：構(gòu)成：鐵芯、繞組、機座構(gòu)成：鐵芯、繞組、機座作用：構(gòu)成磁路一部分；作用：構(gòu)成磁路一部分；按功能要求放置定子繞組按功能

3、要求放置定子繞組定子鐵芯定子鐵芯 定子繞組線圈定子繞組線圈 三相異步電動機的引出線三相異步電動機的引出線 第五章第五章（2 2） 轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)子：構(gòu)成：轉(zhuǎn)子鐵芯、轉(zhuǎn)子繞組、轉(zhuǎn)軸構(gòu)成：轉(zhuǎn)子鐵芯、轉(zhuǎn)子繞組、轉(zhuǎn)軸分類：籠型、繞線型分類：籠型、繞線型（3 3） 氣隙：氣隙：定子與轉(zhuǎn)子之間很小的空氣隙，電機磁路的一部分定子與轉(zhuǎn)子之間很小的空氣隙，電機磁路的一部分銅條籠型轉(zhuǎn)子銅條籠型轉(zhuǎn)子鑄鋁籠型轉(zhuǎn)子鑄鋁籠型轉(zhuǎn)子 繞線型轉(zhuǎn)子接線圖繞線型轉(zhuǎn)子接線圖第五章第五章三相異步電動機外形實物圖三相異步電動機外形實物圖鼠籠式異步電動機外形繞線式異步電動機外形第五章第五章繞線式三相異步電動機剖面圖繞線式三相異步電動機剖面圖 1

4、 轉(zhuǎn)子繞組；轉(zhuǎn)子繞組；2 端蓋；端蓋；3 軸承蓋；軸承蓋；4 軸；軸；5 軸承；軸承； 6 定子繞組；定子繞組； 7 吊環(huán)；吊環(huán)； 8 轉(zhuǎn)子；轉(zhuǎn)子； 9 機座；機座； 10 定子鐵芯；定子鐵芯； 11 風(fēng)扇風(fēng)扇12 風(fēng)罩；風(fēng)罩；13 集電環(huán)集電環(huán)第五章第五章定子實物圖定子實物圖異步電動機定子異步電動機定子1異步電動機定子異步電動機定子第五章第五章轉(zhuǎn)子實物圖轉(zhuǎn)子實物圖鼠籠式轉(zhuǎn)子鼠籠式轉(zhuǎn)子繞線式轉(zhuǎn)子繞線式轉(zhuǎn)子第五章第五章繞線式定子與轉(zhuǎn)子繞線式定子與轉(zhuǎn)子第五章第五章鼠籠式轉(zhuǎn)子繞線式轉(zhuǎn)子異步電動機定子上有異步電動機定子上有三相對稱的交流繞組三相對稱的交流繞組鼠籠繞組鼠籠繞組第五章第五章 （1 1） 異

5、步電動機的銘牌數(shù)據(jù)異步電動機的銘牌數(shù)據(jù) 額定電壓額定電壓 ( (V V ) )，額定電流，額定電流 ( (A A) )，額定功率，額定功率 ( (W W ) )， 額定頻率額定頻率 ( (HzHz) )，額定轉(zhuǎn)速，額定轉(zhuǎn)速 ( (r r/ /minmin) ) （2 2）異步電動機的型號）異步電動機的型號5.1.2 銘牌數(shù)據(jù)和型號銘牌數(shù)據(jù)和型號NUNINPNfNnNNNNNIUPcos3式中，式中， ， 分別為額定效率和功率因數(shù)。分別為額定效率和功率因數(shù)。NNcos第五章第五章5.1.3 工作原理工作原理旋轉(zhuǎn)磁場的形成原理旋轉(zhuǎn)磁場的形成原理合成磁場相當(dāng)于一對機械旋轉(zhuǎn)磁極的旋轉(zhuǎn)磁場合成磁場相當(dāng)于

6、一對機械旋轉(zhuǎn)磁極的旋轉(zhuǎn)磁場，由電流超前，由電流超前相轉(zhuǎn)向滯后相，電流變化一周，旋轉(zhuǎn)磁場空間上旋轉(zhuǎn)一周。相轉(zhuǎn)向滯后相，電流變化一周，旋轉(zhuǎn)磁場空間上旋轉(zhuǎn)一周。 一對極旋轉(zhuǎn)磁場示意圖一對極旋轉(zhuǎn)磁場示意圖 tIimAcos120costIimB240costIimC第五章第五章兩對極旋轉(zhuǎn)磁場示意圖兩對極旋轉(zhuǎn)磁場示意圖 若有若有p對磁極，電流變化一周，旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)過對磁極，電流變化一周，旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)過1/p周。周。旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速為旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速為: : pfn1160第五章第五章.swf第五章第五章.swf第五章第五章異步電動機基本工作異步電動機基本工作原理：異步電動機工作原理異步電動機工作原理 轉(zhuǎn)子的機械

7、轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速之間存在差異是電磁作用轉(zhuǎn)子的機械轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速之間存在差異是電磁作用產(chǎn)生的基礎(chǔ)，轉(zhuǎn)差率產(chǎn)生的基礎(chǔ)，轉(zhuǎn)差率s：q 感應(yīng)電勢感應(yīng)電勢轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電動轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，方向勢，方向由由右手定則確定。右手定則確定。q 感應(yīng)電流感應(yīng)電流轉(zhuǎn)子導(dǎo)體本身形成閉合回路，繞組轉(zhuǎn)子導(dǎo)體本身形成閉合回路，繞組中中會產(chǎn)生與會產(chǎn)生與電動勢方向一致的感應(yīng)電流電動勢方向一致的感應(yīng)電流。q 電磁力電磁力有電流流過的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體在磁場中有電流流過的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體在磁場中受受到電磁力的作用，方向按左手定則確定。到電磁力的作用，方向按左手定則確定。q 電磁力矩電磁力矩轉(zhuǎn)子導(dǎo)體受到的力形成

8、一個順時針轉(zhuǎn)子導(dǎo)體受到的力形成一個順時針（或逆時針）（或逆時針）方向的電磁轉(zhuǎn)矩，方向的電磁轉(zhuǎn)矩，使使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子隨著旋轉(zhuǎn)磁場順時針方向轉(zhuǎn)動。隨著旋轉(zhuǎn)磁場順時針方向轉(zhuǎn)動。 11nnns第五章第五章例例5-1 某三相六極異步電動機：某三相六極異步電動機： ， ， ， ， ， ，定子為連接，求此電動機的額定轉(zhuǎn)差率和額定電流。定子為連接，求此電動機的額定轉(zhuǎn)差率和額定電流。 解解電動機的同步轉(zhuǎn)速為電動機的同步轉(zhuǎn)速為kWPN4VUN380HzfN50min/960rnN77. 0cosN84. 0Nmin)/(100035060601rpfnN04. 01000960100011nnnsNN)(4 . 984

9、. 077. 038034000cos3AUPINNNNN額定電流額定電流為為額定轉(zhuǎn)差率額定轉(zhuǎn)差率為為第五章第五章5.2 交流電機的定子繞組交流電機的定子繞組5.2.1 交流繞組的基本知識交流繞組的基本知識電角度與機械角度：極距與節(jié)距：槽距角：每極每相槽數(shù)：pZu2極距，節(jié)距，節(jié)距 y1 應(yīng)接近極距應(yīng)接近極距，一般，一般1y電角度電角度 p 機械角度機械角度uZp36012pmZqu極距，槽距角，每極每相槽數(shù)示意圖極距，槽距角，每極每相槽數(shù)示意圖 24uZ2p第五章第五章5.2.2 三相單層繞組三相單層繞組定子繞組三相分布定子繞組三相分布圖圖 每個槽內(nèi)只有一個線圈邊，每個槽內(nèi)只有一個線圈邊，繞

10、組的線圈數(shù)等于總槽數(shù)繞組的線圈數(shù)等于總槽數(shù)的一半的一半。24uZ2p62q 30單層繞組展開圖單層繞組展開圖 以以 ， 為例，為例，有有 ， ，本例中，支路數(shù)本例中，支路數(shù) 1a第五章第五章.swf第五章第五章5.2.3 三相雙層繞組三相雙層繞組一個槽內(nèi)有兩個線圈邊，繞組的線圈數(shù)等于總槽數(shù)。一個槽內(nèi)有兩個線圈邊，繞組的線圈數(shù)等于總槽數(shù)。以以 ， 為例，為例， ，24uZ2p6雙層繞組展開圖（串聯(lián)）雙層繞組展開圖（串聯(lián)） 支路數(shù)支路數(shù) 51y每相的每相的4個線圈組可個線圈組可進(jìn)行串聯(lián)或并聯(lián)連接。進(jìn)行串聯(lián)或并聯(lián)連接。 q 單層繞組元件少，下單層繞組元件少，下線容易，沒有層間絕緣。線容易，沒有層間絕

11、緣。q 短距雙層繞組可以削短距雙層繞組可以削弱諧波電動勢和磁動勢，弱諧波電動勢和磁動勢，改善波形，提高槽利用率。改善波形，提高槽利用率。1a第五章第五章5.3 交流電機繞組的磁動勢交流電機繞組的磁動勢磁動勢分析過程磁動勢分析過程 定子三相交流繞組按照一定規(guī)律分布在定子內(nèi)圓表面，定子三相交流繞組按照一定規(guī)律分布在定子內(nèi)圓表面，其中的電流隨時間交變，繞組所產(chǎn)生的其中的電流隨時間交變，繞組所產(chǎn)生的磁動勢磁動勢既沿空間分布，既沿空間分布，又隨時間變化，又隨時間變化，是時間與空間的函數(shù)是時間與空間的函數(shù)。第五章第五章5.3.1 單相繞組的磁動勢單相繞組的磁動勢脈振磁動勢脈振磁動勢（1 1） 整距線圈的磁

12、動勢整距線圈的磁動勢 整距線圈產(chǎn)生的磁動勢整距線圈產(chǎn)生的磁動勢 tIiyycos2yftNINiyyyycos222122tNINiyyyycos2221232第五章第五章 某四極交流電機瞬時磁動勢某四極交流電機瞬時磁動勢 下下圖圖為四極電機繞組在某瞬間流過電流產(chǎn)生的磁動勢沿氣隙為四極電機繞組在某瞬間流過電流產(chǎn)生的磁動勢沿氣隙圓周方向上的空間分布情況。圓周方向上的空間分布情況。 第五章第五章 矩形磁動勢的分解矩形磁動勢的分解基波與諧波量基波與諧波量 tINtfycos7cos715cos513cos31cos224,7531yyyyfffftFtfyycoscos,11yyyyyNINIF9

13、. 02241tFtfyycoscos,19 . 02241yyyyyyFNINIF第五章第五章（2 2） 線圈組的磁動勢線圈組的磁動勢整距線圈的線圈組磁動勢整距線圈的線圈組磁動勢 線圈組由線圈組由q個依次相距槽距角的個依次相距槽距角的線圈串聯(lián)組成線圈串聯(lián)組成 2sin2sin111qqqFFkyqq集中線圈的合成磁動勢分布線圈的合成磁動勢yyqyqqNIqkFqkF11119 . 0yyqyqqNIqkFqkF9 . 02sin2sinqqkq第五章第五章（3 3） 短距線圈組的磁動勢短距線圈組的磁動勢短短距線圈的距線圈的線圈組磁動勢線圈組磁動勢 1111111290sin22sin2qyq

14、qqFkyFyFF1119 . 029 . 02NyyyqyykNqIkkNqI基波磁動勢短距系數(shù)：基波磁動勢短距系數(shù)：基波繞組系數(shù)：基波繞組系數(shù)：90sin11yky111qyNkkk諧波磁動勢短距系數(shù)：諧波磁動勢短距系數(shù)：90sin1yky諧波繞組系數(shù)：諧波繞組系數(shù)：qyNkkkNyyyqyyqkNqIkkNqIF9 . 029 . 02第五章第五章（4 4） 單相繞組的磁動勢單相繞組的磁動勢相繞組由分布在各極下的同相線圈組聯(lián)接而成（相繞組由分布在各極下的同相線圈組聯(lián)接而成（ ） 諧波磁動勢幅值：諧波磁動勢幅值：基波磁動勢幅值：基波磁動勢幅值： 119 . 0NkpINF 單相繞組磁動勢是

15、脈振磁動勢，可分解為沿氣隙分布單相繞組磁動勢是脈振磁動勢，可分解為沿氣隙分布的基波及一系列諧波。幅值在空間位置固定不動，幅值大的基波及一系列諧波。幅值在空間位置固定不動，幅值大小隨時間按余弦規(guī)律變化，其變化頻率與電流頻率相同。小隨時間按余弦規(guī)律變化，其變化頻率與電流頻率相同。 對于單層繞組：對于單層繞組：11qNkk，apqNNy/對于雙層繞組：對于雙層繞組：，111yqNkkkapqNNy/2NkpINF9 . 01aIIy/第五章第五章5.3.2 三三相繞組的磁動勢相繞組的磁動勢基波旋轉(zhuǎn)磁動勢基波旋轉(zhuǎn)磁動勢（1 1） 三相繞組的基波磁動勢三相繞組的基波磁動勢脈振磁動勢分解為兩個旋轉(zhuǎn)磁動勢脈

16、振磁動勢分解為兩個旋轉(zhuǎn)磁動勢 脈振磁動勢基波相量可以分解為兩個旋轉(zhuǎn)磁動勢脈振磁動勢基波相量可以分解為兩個旋轉(zhuǎn)磁動勢，它們幅值，它們幅值相同，等于脈振磁動勢幅值的一半，轉(zhuǎn)速相同，轉(zhuǎn)向相反。相同，等于脈振磁動勢幅值的一半，轉(zhuǎn)速相同，轉(zhuǎn)向相反。 tFfAcoscos11tFtFffAAcos21cos211111第五章第五章三相繞組的基波磁動勢三相繞組的基波磁動勢上式兩邊相加得：上式兩邊相加得：三相合成旋轉(zhuǎn)磁動勢三相合成旋轉(zhuǎn)磁動勢 tFtFfftFfAAAcos21cos21coscos111111240cos21cos21120cos120cos111111tFtFfftFfBBB120cos21

17、cos21240cos240cos111111tFtFfftFfCCCtFtFtfcoscos23),(111第五章第五章合成磁動勢基波合成磁動勢基波基本結(jié)論基本結(jié)論對稱對稱m相繞組內(nèi)通以對稱相繞組內(nèi)通以對稱m相電流，合成磁動勢基波為旋轉(zhuǎn)相電流，合成磁動勢基波為旋轉(zhuǎn)磁動勢波，非對稱繞組或非對稱電流的合成磁動勢基波為橢圓磁動勢波，非對稱繞組或非對稱電流的合成磁動勢基波為橢圓旋轉(zhuǎn)磁動勢；旋轉(zhuǎn)磁動勢； 合成磁動勢基波的轉(zhuǎn)速，即同步轉(zhuǎn)速為合成磁動勢基波的轉(zhuǎn)速，即同步轉(zhuǎn)速為 r/min。電流。電流在時間上經(jīng)過多少度，基波在空間上轉(zhuǎn)過同一數(shù)值的電角度；在時間上經(jīng)過多少度，基波在空間上轉(zhuǎn)過同一數(shù)值的電角度；

18、 某相電流達(dá)到幅值時，基波的幅值與該相繞組的軸線重合；某相電流達(dá)到幅值時，基波的幅值與該相繞組的軸線重合；合成磁動勢的轉(zhuǎn)向由三相電流的相序和三相繞組空間上的位合成磁動勢的轉(zhuǎn)向由三相電流的相序和三相繞組空間上的位置決定，由超前相轉(zhuǎn)向滯后相。三相交流電源中任意兩根對調(diào)置決定，由超前相轉(zhuǎn)向滯后相。三相交流電源中任意兩根對調(diào)即可改變電機的旋轉(zhuǎn)方向。即可改變電機的旋轉(zhuǎn)方向。 pfn601第五章第五章（2 2） 三相繞組的諧波磁動勢三相繞組的諧波磁動勢 次諧波的極距為基波的次諧波的極距為基波的 ， ；高次諧波合成磁動勢也是余弦分布，幅度不變的旋轉(zhuǎn)磁動勢。高次諧波合成磁動勢也是余弦分布，幅度不變的旋轉(zhuǎn)磁動勢

19、。 tFtfcos23,NkpINF9 . 011 次諧波的轉(zhuǎn)速為基波的次諧波的轉(zhuǎn)速為基波的 ， ；1pfnn6011 諧波磁動勢的旋轉(zhuǎn)方向取決于諧波的次數(shù)，諧波磁動勢的旋轉(zhuǎn)方向取決于諧波的次數(shù)，當(dāng)當(dāng) （ ）時，合成磁動勢轉(zhuǎn)向與基波相同；）時，合成磁動勢轉(zhuǎn)向與基波相同；當(dāng)當(dāng) （ ）時，其轉(zhuǎn)向與基波的相反。）時，其轉(zhuǎn)向與基波的相反。 16 K, 3 , 2 , 1K16 K, 3 , 2 , 1K第五章第五章5.4 三相交流電機繞組的電動勢三相交流電機繞組的電動勢電機導(dǎo)體與基波磁場作相對運動，會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，其電機導(dǎo)體與基波磁場作相對運動，會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，其幅值為幅值為 。若定子內(nèi)圓周長以若

20、定子內(nèi)圓周長以 表示，則表示，則 ，又有，又有則單個導(dǎo)體基波電動勢有效值為則單個導(dǎo)體基波電動勢有效值為 導(dǎo)體基波電動勢有效值為導(dǎo)體基波電動勢有效值為 lvBEmmp260/2npvlfBnplBlvBEEmmmmc2602222pfn601122. 22ffEc5.4.1 線圈單個有效邊的基波電動勢線圈單個有效邊的基波電動勢 第五章第五章5.4.2 線圈基波電動勢線圈基波電動勢整距線匝基波電動勢為整距線匝基波電動勢為線匝電動勢計算線匝電動勢計算 11112ccctEEEE11144. 42fEEct 匝線圈基波電動勢有效值為匝線圈基波電動勢有效值為 yN11144. 4fNENEytyy 短距

21、線匝短距線匝1y90sin22sin22180cos211111yEEEEccct 匝短距線圈波電動勢有效值為匝短距線圈波電動勢有效值為 111144. 4fkNENEyytyy線圈的基波短距系數(shù)線圈的基波短距系數(shù) 90sin11ykycN第五章第五章5.4.3 線圈組基波電動勢線圈組基波電動勢分布線圈組基波電動勢分布線圈組基波電動勢 線圈組由空間互差一個槽距角線圈組由空間互差一個槽距角 的的 個線圈串聯(lián)組成個線圈串聯(lián)組成基波電動勢基波電動勢繞組的基波分布系數(shù)繞組的基波分布系數(shù) q2sin2sin111qqqEEkyqq集中線圈的合成電動勢分布線圈的合成電動勢11111111144. 444.

22、 42sin2sinfkqNfkkqNEqkqEENyqyyyqyq111qyNkkk基波繞組系數(shù)基波繞組系數(shù) 第五章第五章5.4.4 基波相電動勢基波相電動勢繞組基波相電動勢的有效值為繞組基波相電動勢的有效值為 N 每相在一條支路的串聯(lián)匝數(shù)。每相在一條支路的串聯(lián)匝數(shù)。 單層繞組有單層繞組有 p 個線圈組，雙層繞組有個線圈組，雙層繞組有 2 2p 個線圈組，個線圈組， 對單層繞組對單層繞組 ， 對對雙層繞組雙層繞組11144. 4fNkENapqNNy/apqNNy/211Nk111qyNkkk基波繞組系數(shù)基波繞組系數(shù), , 第五章第五章5.4.5 感應(yīng)電動勢與交鏈磁通的關(guān)系感應(yīng)電動勢與交鏈磁

23、通的關(guān)系 根據(jù)電磁感應(yīng)定律根據(jù)電磁感應(yīng)定律 ，交流電機繞組感應(yīng)電動，交流電機繞組感應(yīng)電動勢與變壓器繞組感應(yīng)電動勢均滯后磁通勢與變壓器繞組感應(yīng)電動勢均滯后磁通 。二者的區(qū)別二者的區(qū)別在于：在于： 變壓器中，與繞組交鏈的磁通變化是因為主磁通隨時間變壓器中，與繞組交鏈的磁通變化是因為主磁通隨時間變化（脈振）所引起的；交流電機中，氣隙磁通密度本身大變化（脈振）所引起的；交流電機中，氣隙磁通密度本身大小不變，但相對于繞組旋轉(zhuǎn)，使得與繞組交鏈的磁通隨時間小不變，但相對于繞組旋轉(zhuǎn)，使得與繞組交鏈的磁通隨時間變化。變化。 雖然二者引起繞組交鏈磁通隨時間變化的原因不同，但雖然二者引起繞組交鏈磁通隨時間變化的原因

24、不同，但從從“交鏈磁通發(fā)生變化而感應(yīng)電動勢交鏈磁通發(fā)生變化而感應(yīng)電動勢”的原理來看是一樣的的原理來看是一樣的。 90dtdNe第五章第五章5.4.6 諧波諧波電動勢及其削弱方法電動勢及其削弱方法繞組諧波電動勢有效值為繞組諧波電動勢有效值為次諧波電動勢的頻率次諧波電動勢的頻率1fffNkEN44. 4lBlBmm22 次諧波交鏈磁通次諧波交鏈磁通次諧波繞組系數(shù)次諧波繞組系數(shù)qyNkkk90sin1yky2sin2sinqqkq，第五章第五章削弱高次諧波電動勢方法：削弱高次諧波電動勢方法：三相繞組三相繞組Y Y形或形接法可消除三次諧波形或形接法可消除三次諧波；采用短距采用短距或分布或分布繞組；繞組

25、； 改善磁極的極靴外形改善磁極的極靴外形或或勵磁繞組的分布范圍勵磁繞組的分布范圍。諧波電動勢的危害：諧波電動勢的危害：發(fā)電機輸出電壓波形畸變，附加損耗增加，效率下降；發(fā)電機輸出電壓波形畸變，附加損耗增加，效率下降； 異步電異步電動動機產(chǎn)生有害的附加轉(zhuǎn)矩，引起振動與噪聲，運行機產(chǎn)生有害的附加轉(zhuǎn)矩，引起振動與噪聲，運行性能變壞；性能變壞；高次諧波電流在輸電線引起諧振，產(chǎn)生過電壓，并對鄰近高次諧波電流在輸電線引起諧振，產(chǎn)生過電壓，并對鄰近通訊線路產(chǎn)生干擾通訊線路產(chǎn)生干擾。第五章第五章例例5-2 一臺三相四極異步電動機，定子槽數(shù)一臺三相四極異步電動機，定子槽數(shù) ，采用短距，采用短距雙層疊繞組，雙層疊繞

26、組， ，線圈匝數(shù)，線圈匝數(shù) ，并聯(lián)支路數(shù)，并聯(lián)支路數(shù) ，頻率頻率 ，氣隙磁場基波每極磁通，氣隙磁場基波每極磁通 ，五次諧波，五次諧波每極磁通每極磁通 ，七次諧波每極磁通，七次諧波每極磁通 ，求相繞組基波、五次諧波及七次諧波電動勢有效值。求相繞組基波、五次諧波及七次諧波電動勢有效值。 解解極距極距 （槽）（槽） 節(jié)距節(jié)距 （槽）（槽）每極每相槽數(shù) （槽）36uZ)9/8(1y44yN2aHzf50Wb00685. 01Wb00007. 05Wb000018. 07922362pZu33223621pmZqu8998981y20363602360uZp2644423222yNapqN槽距角槽距角

27、每相繞組串聯(lián)匝數(shù)每相繞組串聯(lián)匝數(shù) 985. 080sin9098sin90sin11yky基波短距系數(shù)基波短距系數(shù) 96. 010sin330sin)2/sin()2/sin(1qqkq9456. 096. 0985. 0111qyNkkk基波基波分布分布系數(shù)系數(shù) 基波基波繞組繞組系數(shù)系數(shù) 第五章第五章643. 0400sin90985sin90sin15yky217. 050sin3150sin)2/sin()2/sin(5qqkq1395. 0217. 0643. 0555qyNkkk342. 0560sin90987sin90sin17yky177. 070sin3210sin)2/si

28、n()2/sin(7qqkq0605. 0177. 0342. 0777qyNkkk)(38000685. 0509456. 026444. 444. 41111VfNkEN)(86. 200007. 05051395. 026444. 444. 45555VfNkEN)(45. 000685. 05070605. 026444. 444. 47777VfNkEN五次諧波短距五次諧波短距系數(shù)系數(shù) 五次諧波分布五次諧波分布系數(shù)系數(shù) 五次諧波繞組五次諧波繞組系數(shù)系數(shù) 七次諧波短距七次諧波短距系數(shù)系數(shù) 七次諧波分布七次諧波分布系數(shù)系數(shù) 七次諧波繞組七次諧波繞組系數(shù)系數(shù) 第五章第五章5.5.1 磁路分

29、析磁路分析氣隙中以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的基波磁通氣隙中以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的基波磁通, ,同時與定、轉(zhuǎn)子繞組交鏈，是同時與定、轉(zhuǎn)子繞組交鏈，是定、定、轉(zhuǎn)子之間的能量傳遞轉(zhuǎn)子之間的能量傳遞的媒介。的媒介。（1 1）主磁通）主磁通（2 2）漏磁通）漏磁通主磁通和漏磁通主磁通和漏磁通 有定子漏磁通、轉(zhuǎn)子漏磁通有定子漏磁通、轉(zhuǎn)子漏磁通5.5 三相異步電動機的電磁關(guān)系三相異步電動機的電磁關(guān)系四極電機四極電機主磁通主磁通分布分布 第五章第五章5.5.2 轉(zhuǎn)子繞組開路時的電磁關(guān)系轉(zhuǎn)子繞組開路時的電磁關(guān)系圖中圖中，定、轉(zhuǎn)子都是定、轉(zhuǎn)子都是Y Y接，定子繞組接在三相對稱電源上，接，定子繞組接在三相對稱電源上，轉(zhuǎn)子繞組開路。轉(zhuǎn)

30、子繞組開路。 轉(zhuǎn)子繞組開路時的轉(zhuǎn)子繞組開路時的繞線型繞線型異步電動機異步電動機第五章第五章電磁過程電磁過程基波旋轉(zhuǎn)磁場以同步轉(zhuǎn)速同時切割定、轉(zhuǎn)子繞組，基波旋轉(zhuǎn)磁場以同步轉(zhuǎn)速同時切割定、轉(zhuǎn)子繞組，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢產(chǎn)生感應(yīng)電動勢有效值為有效值為 ；轉(zhuǎn)子繞組開路時的轉(zhuǎn)子繞組開路時的電磁關(guān)系電磁關(guān)系mNkNfE111144. 4mNkNfE221244. 4相位滯后主磁通相位滯后主磁通 ，二者的比值，二者的比值 稱為電動勢變比稱為電動勢變比 m90221121NkNkEEkNNe第五章第五章等等效效電路與相量圖電路與相量圖 定子繞組電壓平衡方程式為定子繞組電壓平衡方程式為定子電動勢可表示定子電動勢可表示

31、 10111011ZIEjxrIEU111jxrZ1Z勵磁阻抗；勵磁阻抗； mmmZIjxrIE001mZ定子一相繞組漏阻抗定子一相繞組漏阻抗，mmmjxrZ勵磁電阻；勵磁電阻； 反映鐵芯損耗反映鐵芯損耗 mr勵磁電抗，勵磁電抗， 對應(yīng)氣隙主磁通的勵磁參數(shù)對應(yīng)氣隙主磁通的勵磁參數(shù) mx第五章第五章5.5.3 轉(zhuǎn)子繞組短路且轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)時的電磁關(guān)系轉(zhuǎn)子繞組短路且轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)時的電磁關(guān)系轉(zhuǎn)子繞組短接，施加制動力使轉(zhuǎn)子靜止不動轉(zhuǎn)子繞組短接，施加制動力使轉(zhuǎn)子靜止不動，轉(zhuǎn)子繞組中轉(zhuǎn)子繞組中有有感應(yīng)電流感應(yīng)電流 ，定子、轉(zhuǎn)子電流所建立的基波旋轉(zhuǎn)磁動勢保持，定子、轉(zhuǎn)子電流所建立的基波旋轉(zhuǎn)磁動勢保持相對靜止，有相對靜

32、止，有 2I21FFFm其中，其中， 用來產(chǎn)生主磁通的勵磁磁動勢，用來產(chǎn)生主磁通的勵磁磁動勢， 用來抵消轉(zhuǎn)子磁動勢用來抵消轉(zhuǎn)子磁動勢 對主磁通的影響。對主磁通的影響。認(rèn)為勵磁磁動勢由勵磁電流認(rèn)為勵磁磁動勢由勵磁電流 （ ）建立，有）建立，有 mF)(2F2FmImNmIpkNmF1119 . 020IIm第五章第五章轉(zhuǎn)子電流的出現(xiàn)，增加了轉(zhuǎn)子漏磁通在轉(zhuǎn)子繞組內(nèi)感應(yīng)的轉(zhuǎn)子電流的出現(xiàn)，增加了轉(zhuǎn)子漏磁通在轉(zhuǎn)子繞組內(nèi)感應(yīng)的漏電動勢漏電動勢 ，有效值為，有效值為 轉(zhuǎn)子繞組中也有電阻，產(chǎn)生電阻壓降轉(zhuǎn)子繞組中也有電阻，產(chǎn)生電阻壓降可以寫為可以寫為2E2221244. 4NkNfE222xI jE22rI轉(zhuǎn)子

33、堵轉(zhuǎn)時的電磁關(guān)系示意圖轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)時的電磁關(guān)系示意圖 第五章第五章轉(zhuǎn)子繞組的轉(zhuǎn)子繞組的折算原則折算原則：保證轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁動勢保證轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁動勢 、轉(zhuǎn)子輸出功率、轉(zhuǎn)子輸出功率 以及以及轉(zhuǎn)子的功率損耗轉(zhuǎn)子的功率損耗 保持不變。保持不變。 阻抗的折算：阻抗的折算： 折算前后銅損耗不變折算前后銅損耗不變電流的折算：電流的折算：2F2P2P22FF2211122221IkIkNmkNmIiNN電動勢的折算：電動勢的折算： 22EkEe2211NNekNkNk 22222221rImrIm2221222212222rkkrkmmrImImriei折算前后轉(zhuǎn)子漏磁場儲能不變折算前后轉(zhuǎn)子漏磁場儲能不變2222222

34、1xImxIm22xkkxie折算前后轉(zhuǎn)子功率因數(shù)角不變折算前后轉(zhuǎn)子功率因數(shù)角不變22mIII21第五章第五章折算后的基本方程式，等效電路與相量圖折算后的基本方程式，等效電路與相量圖基本方程式基本方程式等效等效電路與相量圖電路與相量圖 第五章第五章5.5.4 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時的電磁關(guān)系轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時的電磁關(guān)系（1 1）轉(zhuǎn)差率與轉(zhuǎn)子頻率轉(zhuǎn)差率與轉(zhuǎn)子頻率轉(zhuǎn)子頻率轉(zhuǎn)子頻率轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)子電流 轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電動勢有效值轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電動勢有效值 1111126060sfpnnnnnnpf2221222244. 444. 4sEkNfskNfEmNmNs轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)差率11nnnssssjxrEI2222轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子功率因數(shù)角

35、功率因數(shù)角 2212rxtgs轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，旋轉(zhuǎn)磁場以轉(zhuǎn)速差轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，旋轉(zhuǎn)磁場以轉(zhuǎn)速差 切割轉(zhuǎn)子繞組切割轉(zhuǎn)子繞組)(1nn 第五章第五章例例5-3 一臺三相異步電動機，定子繞組接到一臺三相異步電動機，定子繞組接到 的三相對稱電源上，運行于額定轉(zhuǎn)速的三相對稱電源上，運行于額定轉(zhuǎn)速 。求該電動機的極對數(shù)求該電動機的極對數(shù) ，轉(zhuǎn)差率，轉(zhuǎn)差率 ，額定運行時，額定運行時轉(zhuǎn)子的電動勢頻率轉(zhuǎn)子的電動勢頻率 。解解異步電動機額定轉(zhuǎn)差率較小，根據(jù)額定轉(zhuǎn)速異步電動機額定轉(zhuǎn)差率較小，根據(jù)額定轉(zhuǎn)速 ，可以判斷出，可以判斷出 轉(zhuǎn)子頻率轉(zhuǎn)子頻率 轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)差率 Hzf501min/960rnNpNs2fmin/10001r

36、n min/960rnN3100050606011nfp04. 01000960100011nnnsNN)(25004. 012HzfsfN極對數(shù)極對數(shù) 第五章第五章（2 2）定、轉(zhuǎn)子磁動勢平衡關(guān)系）定、轉(zhuǎn)子磁動勢平衡關(guān)系或或 、 同速同向旋轉(zhuǎn)，在空間上相對靜止同速同向旋轉(zhuǎn)，在空間上相對靜止，因此，因此異步電動機的合成磁動勢是穩(wěn)定的異步電動機的合成磁動勢是穩(wěn)定的，有，有由于電路約束條件由于電路約束條件 ，主磁通主磁通 和勵磁磁動勢和勵磁磁動勢 保持不變。實際運行過程中保持不變。實際運行過程中，定子電流會隨轉(zhuǎn)子電流的變定子電流會隨轉(zhuǎn)子電流的變化而變化，以滿足負(fù)載的需要?；兓?，以滿足負(fù)載的需要

37、。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁動勢旋轉(zhuǎn)磁動勢 相對于轉(zhuǎn)子的速度為相對于轉(zhuǎn)子的速度為 相對于定子的速度為相對于定子的速度為 2Fpfn22601111122260nnnnnnnsnnpfnnn21FFFm)(21FFFm11EUmmF2F1F第五章第五章（3 3）轉(zhuǎn)子繞組的折算）轉(zhuǎn)子繞組的折算經(jīng)折算后的靜止轉(zhuǎn)子電路中經(jīng)折算后的靜止轉(zhuǎn)子電路中除了實際的電阻除了實際的電阻 ，還有一個與轉(zhuǎn)速有關(guān)的附加虛擬電阻還有一個與轉(zhuǎn)速有關(guān)的附加虛擬電阻 。損耗損耗 實質(zhì)上代表了異步電動機的機械功率。實質(zhì)上代表了異步電動機的機械功率。 先進(jìn)行頻率折算，再進(jìn)行大小折算先進(jìn)行頻率折算，再進(jìn)行大小折算22222222222IjxsrE

38、jsxrEsjxrEIsss用假想不轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子來代替實際轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)子。用假想不轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子來代替實際轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)子。 2r21rss 2221rssI第五章第五章（4 4）基本方程式，等效電路與相量圖）基本方程式，等效電路與相量圖基本方程式基本方程式轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時旋轉(zhuǎn)時的的等效等效電路與相量圖電路與相量圖 第五章第五章電動機運行于額定負(fù)載時電動機運行于額定負(fù)載時，轉(zhuǎn)差率，轉(zhuǎn)差率 ，定子邊功率因數(shù)定子邊功率因數(shù) 較高。較高?？蛇_(dá)可達(dá)0.80.80.850.85。從空載到額定負(fù)載運行時，主磁通從空載到額定負(fù)載運行時，主磁通 和勵磁電流和勵磁電流 基本上是常數(shù)基本上是常數(shù), , 。可以簡化等效電路?？梢院喕刃?/p>

39、電路。當(dāng)電動機起動或運行于低速時，轉(zhuǎn)差率等于或接近當(dāng)電動機起動或運行于低速時，轉(zhuǎn)差率等于或接近1， ，主磁通為額定負(fù)載運行時的一半左右。主磁通為額定負(fù)載運行時的一半左右。由于勵磁的需要，由于勵磁的需要，定子定子電流滯后于電源電壓，電流滯后于電源電壓，即異步電動機對電源即異步電動機對電源來說是感性負(fù)載。來說是感性負(fù)載。 05. 002. 0s1cosmmI1121UE 11EU轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時旋轉(zhuǎn)時的的簡化等效簡化等效電路電路 第五章第五章例例5-4 一臺三相四極籠型異步電動機，有關(guān)數(shù)據(jù)為：一臺三相四極籠型異步電動機，有關(guān)數(shù)據(jù)為： ， ， ， ，連接，連接， ， ， ， ， ， ，計算額定負(fù)載時的

40、，計算額定負(fù)載時的定子電流、轉(zhuǎn)子電流、勵磁電流、功率因數(shù)、輸入功率和效率。定子電流、轉(zhuǎn)子電流、勵磁電流、功率因數(shù)、輸入功率和效率。 解解(1) (1) 應(yīng)用應(yīng)用T型型等效等效電路電路 kWPN10VUN380min/1452rnNHzfN50133. 11r43. 21x12. 12r4 . 42x 7mr 90mxmin)/(150025060601rpfn032. 015001452150011nnnsNN)(3 .6177. 243. 233. 1111jjxrZ)(17. 728.354 . 435/222jx jsrZN)(55.8527.90907jjxrZmmm取取 為參考相量，

41、則定子額定相電流為為參考相量，則定子額定相電流為 )(43.2947.11)4 . 435()907(17. 728.3555.8527.90)43. 233. 1 (038022111AjjjzzzzzUImmN03801U第五章第五章定子線電流有效值為定子線電流有效值為 轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)子電流由并聯(lián)支路關(guān)系可知由并聯(lián)支路關(guān)系可知 定子輸入功率定子輸入功率 定子額定功率因數(shù)定子額定功率因數(shù) （滯后）（滯后） )(87.1947.11331AIINN87. 043.29coscos1N)(1137687. 087.193803cos311WIUPNNNmIII212221zIzIIm勵磁電流勵磁電流

42、效率效率)(11.17002.1043.2947.11)907()4 . 435(55.8527.90122AjjIZZZImm)(27.8891. 343.2947.11)907()4 . 435(17. 728.35122AjjIZZZImm%9 .87%1001137610000%1001PPNN例例5-4第五章第五章(2) (2) 應(yīng)用應(yīng)用簡化簡化等等效效電路電路定子輸入功率定子輸入功率 定子額定功率因數(shù)定子額定功率因數(shù) （滯后）（滯后） 效率效率定子額定相電流定子額定相電流勵磁電流勵磁電流轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子電流電流)(35.16928.10)4 . 435()43. 233. 1 (03802

43、112AjjZZUI)(55.8521. 455.8527.9003801AZUImm)(32.3008.1235.16928.1055.8521. 4)(21AIIIm)(92.2008.12331AIINN86. 032.30coscos1N)(1184386. 092.203803cos311WIUPNNN%4 .84%1001184310000%1001PPNN定子線電流有效值定子線電流有效值例例5-4第五章第五章繞組系數(shù)繞組系數(shù) ：若每相有：若每相有 1 1 根導(dǎo)體，根導(dǎo)體， ； 其余情況與定子繞組計算方法相同。其余情況與定子繞組計算方法相同。相數(shù)相數(shù) ：若轉(zhuǎn)子槽數(shù)：若轉(zhuǎn)子槽數(shù) 能被

44、能被 整除，整除， ， ； 若不能被整除，若不能被整除， ， 。繞組匝數(shù)繞組匝數(shù) ：若：若 ，每相有，每相有 根導(dǎo)體，根導(dǎo)體， ； 若若 ，每相有，每相有1 1根導(dǎo)體，根導(dǎo)體， 。5.5.5 籠型轉(zhuǎn)子繞組參數(shù)籠型轉(zhuǎn)子繞組參數(shù)極數(shù)極數(shù) ：轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生的磁場極數(shù)與定子極數(shù)相等，：轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生的磁場極數(shù)與定子極數(shù)相等，ppp212m5 . 02ZppZm22pa 2p2Z22Zm 12a2NpZm22p22pN22Zm 2Nk12Nk第五章第五章5.6 三相異步電動機的功率和轉(zhuǎn)矩三相異步電動機的功率和轉(zhuǎn)矩5.6.1 功率平衡關(guān)系功率平衡關(guān)系電源輸入功率電源輸入功率圖29 異步電動機的功率流程圖 11

45、111cosIUmP 定子銅損耗定子銅損耗12111rImpCu定子鐵損耗定子鐵損耗mmFerImp21 可表示為可表示為電磁功率電磁功率FeCuMppPP11srImIEmPM22212221cos22212rImpCu轉(zhuǎn)子銅損耗轉(zhuǎn)子銅損耗總機械功率總機械功率222121rssImpPPCuMm輸出功率輸出功率02pPppPPmsmmsmCuFeCupppppPP2112)1 ( :1:2ssPpPmCuM第五章第五章5.6.2 轉(zhuǎn)矩平衡關(guān)系轉(zhuǎn)矩平衡關(guān)系由由 可得可得 電磁轉(zhuǎn)矩既可以表示為總機械功率除以轉(zhuǎn)子機械角速度，電磁轉(zhuǎn)矩既可以表示為總機械功率除以轉(zhuǎn)子機械角速度，也可以表示為電磁功率除以

46、同步角速度。也可以表示為電磁功率除以同步角速度。前者前者 以轉(zhuǎn)子本身產(chǎn)生的機械功率表示；以轉(zhuǎn)子本身產(chǎn)生的機械功率表示；后者后者 從旋轉(zhuǎn)磁場對轉(zhuǎn)子做功角度從旋轉(zhuǎn)磁場對轉(zhuǎn)子做功角度表示。表示。02PPPm02TTT電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩 與空載轉(zhuǎn)矩與空載轉(zhuǎn)矩 及電動機軸上輸出的機械及電動機軸上輸出的機械轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩 相平衡。相平衡。 T0T2T1)1 ()1 (MMMmPsPPsPT1MPTmPT第五章第五章例例5-5 一臺三相六極籠型異步電動機，一臺三相六極籠型異步電動機，有有 ， ， ， ，定子定子 連接，額定運行連接，額定運行時，時， ， ， ， 。求額定運行時的轉(zhuǎn)差率求額定運行時的轉(zhuǎn)差率, ,總機械

47、功率總機械功率, ,轉(zhuǎn)子銅損耗轉(zhuǎn)子銅損耗, ,輸入功率輸入功率, ,效率效率, ,定子電流定子電流, ,輸出轉(zhuǎn)矩輸出轉(zhuǎn)矩, ,空載轉(zhuǎn)矩及電磁轉(zhuǎn)矩?？蛰d轉(zhuǎn)矩及電磁轉(zhuǎn)矩。 解解轉(zhuǎn)子銅耗轉(zhuǎn)子銅耗總機械功率總機械功率 kWPN5 . 7VUN380min/960rnNHzfN501Y824. 0cos1WpCu4741WpFe231Wp5 .820min)/(1000350606011rpfn04. 01000960100011nnnsNN)(5 .75825 .8275000WpPPNm)(94.3155 .7582)04. 01/(04. 012WPssPspmNNMNCu)(44.860394.

48、3152314745 .7582211WpppPPCuFeCum輸入功率輸入功率第五章第五章空載轉(zhuǎn)矩空載轉(zhuǎn)矩 )(86.15824. 0380344.8603cos3111AUPINNN)(43.759605 . 7955095502mNnPTNNN)(82. 0960105 .8295509550300mNnpTN)(61.7482. 061.7402mNTTTNN定子額定電流定子額定電流輸出轉(zhuǎn)矩輸出轉(zhuǎn)矩%2 .87%10044.86037500%1001PPN額定效率額定效率電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩 例例5-5第五章第五章（5 5）效率特性）效率特性 與直流電機類似，可變損耗等于不變損耗時，效率最

49、與直流電機類似，可變損耗等于不變損耗時，效率最高。高。5.7 三相異步電動機的工作特性三相異步電動機的工作特性5.7.1 工作特性分析工作特性分析（1 1）轉(zhuǎn)速特性）轉(zhuǎn)速特性 異步電動機的異步電動機的工作特性工作特性)(2Pfn 是一條向下稍微傾斜的曲線是一條向下稍微傾斜的曲線，空載時接，空載時接近同步轉(zhuǎn)速，隨著負(fù)載增加轉(zhuǎn)速下降。近同步轉(zhuǎn)速，隨著負(fù)載增加轉(zhuǎn)速下降。（2 2）定子電流特性）定子電流特性 隨負(fù)載增大，轉(zhuǎn)子電流增大，定子電流隨負(fù)載增大，轉(zhuǎn)子電流增大，定子電流也隨之增大，變化與也隨之增大，變化與 幾乎成比例。幾乎成比例。)(21PfI 2P（3 3）定子功率因數(shù)特性）定子功率因數(shù)特性 隨負(fù)載增大，功率因數(shù)增加，