第六章三相異步電機的建模與特性分析

1、第六章 三相異步電機的建模與特性分析引言直流電機同步電機異步電機交流電機旋轉(zhuǎn)電機nCEeaaTemICT6.1 三相異步電機的基本運行原理6.1.1旋轉(zhuǎn)磁場 本節(jié)從整體上定性的給出三相異步電機的基本運行原理，后邊的章節(jié)將展開討論通入三相對稱電流三相對稱繞組產(chǎn)生的條件三相異步電機旋轉(zhuǎn)磁場結(jié)論：結(jié)論： 隨著時間的推移，定子三相繞組所產(chǎn)生的合成磁場是隨著時間的推移，定子三相繞組所產(chǎn)生的合成磁場是大大小不變小不變、轉(zhuǎn)速恒定轉(zhuǎn)速恒定的的旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)磁場。當(dāng)某相電流達最大，則定子當(dāng)某相電流達最大，則定子合成磁場位于該相繞組的合成磁場位于該相繞組的軸線軸線上。上。n 對于對于兩極電機兩極電機，定子每相電流的

2、最大值隨時間變化一次，定子每相電流的最大值隨時間變化一次，則相應(yīng)的合成磁場就旋轉(zhuǎn)一周。考慮到每相電流一秒內(nèi)變則相應(yīng)的合成磁場就旋轉(zhuǎn)一周?？紤]到每相電流一秒內(nèi)變化化 次，于是得兩極電機旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速為：次，于是得兩極電機旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速為： （轉(zhuǎn)（轉(zhuǎn)/ /分）分）; ;n 對于對于p 對極電機對極電機，定子每相電流的最大值隨時間變化一次，定子每相電流的最大值隨時間變化一次，則相應(yīng)的合成磁場將仍移動兩個極距或則相應(yīng)的合成磁場將仍移動兩個極距或 周（周（4 4極電機極電機所產(chǎn)生的合成磁場情況如書上圖所產(chǎn)生的合成磁場情況如書上圖6.36.3）?？紤]到每相電流）?？紤]到每相電流一秒內(nèi)變化一秒內(nèi)變化 次，則

3、相應(yīng)的合成磁場一秒內(nèi)將旋轉(zhuǎn)次，則相應(yīng)的合成磁場一秒內(nèi)將旋轉(zhuǎn) 周，由此求得周，由此求得合成磁場的轉(zhuǎn)速合成磁場的轉(zhuǎn)速為為 1f1160fn p/11fpf /1min)/(6011rpfn 定義：定義： 合成旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速又稱為合成旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速又稱為同步速。同步速。對于工頻為對于工頻為50Hz的供電電源的供電電源兩極電機的同步速為：兩極電機的同步速為： min/30001rn 四極電機的同步速為：四極電機的同步速為：min/15001rn 六極電機的同步速為：六極電機的同步速為：min/10001rn 結(jié)論：結(jié)論： 三相對稱繞組通以三相對稱電流將產(chǎn)生三相對稱繞組通以三相對稱電流將產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)

4、磁場，旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速為磁場的轉(zhuǎn)速為同步速同步速。看銘牌看銘牌知極數(shù)知極數(shù)6.1.2 三相異步電動機的基本運行原理左手定則左手定則產(chǎn)生電磁力產(chǎn)生電磁力右手定則右手定則感應(yīng)電勢感應(yīng)電勢（內(nèi)因）轉(zhuǎn)子是閉合的導(dǎo)體繞組旋轉(zhuǎn)磁場（外因）旋轉(zhuǎn)磁場切割閉合導(dǎo)體產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場切割閉合導(dǎo)體產(chǎn)生電流電流（右手定則）（右手定則）帶電導(dǎo)體切割磁力線產(chǎn)生力，即帶電導(dǎo)體切割磁力線產(chǎn)生力，即轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩（左手定則）（左手定則） 由于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與同步速之間存在轉(zhuǎn)速差異，由于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與同步速之間存在轉(zhuǎn)速差異，異步電動機異步電動機由由此取名。又因為轉(zhuǎn)子電流是靠定子側(cè)旋轉(zhuǎn)磁場感應(yīng)產(chǎn)生的，異此取名。又因為轉(zhuǎn)子電流是靠定子側(cè)旋轉(zhuǎn)磁場感應(yīng)產(chǎn)

5、生的，異步電機又稱為步電機又稱為感應(yīng)電動機感應(yīng)電動機。 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速永遠永遠也不可能達到同步速也不可能達到同步速6.1.3 三相異步電動機的轉(zhuǎn)差率與三種運行狀態(tài)轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)差率是反映異步電機運行狀態(tài)的一個重要物理量是反映異步電機運行狀態(tài)的一個重要物理量定義：定義： 異步電機的同步速異步電機的同步速 與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 之間存在差異，這一之間存在差異，這一差異即代表旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子的差異即代表旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子的相對速度相對速度，又稱為，又稱為轉(zhuǎn)差速度轉(zhuǎn)差速度。通常將轉(zhuǎn)差速度與同步速的比值定義為通常將轉(zhuǎn)差速度與同步速的比值定義為轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)差率，即：，即：1nn11nnns 理想空載的轉(zhuǎn)差率接近于零，隨

6、著機械負載理想空載的轉(zhuǎn)差率接近于零，隨著機械負載的增加，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速下降，異步電動機的轉(zhuǎn)差率增的增加，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速下降，異步電動機的轉(zhuǎn)差率增大。（后續(xù)課程將講到）大。（后續(xù)課程將講到） 一般情況下異步電動機的轉(zhuǎn)差率變化不大，一般情況下異步電動機的轉(zhuǎn)差率變化不大，空載轉(zhuǎn)差率在空載轉(zhuǎn)差率在0.5%以下，滿載轉(zhuǎn)差率在以下，滿載轉(zhuǎn)差率在5%以下。以下。 P96P96直流機直流機靜差率相似靜差率相似根據(jù)轉(zhuǎn)差率的根據(jù)轉(zhuǎn)差率的大小大小和和正負正負，異步電機可分為，異步電機可分為三種運行狀態(tài)三種運行狀態(tài)：（1 1）電動機運行狀態(tài)）電動機運行狀態(tài) 在這種狀態(tài)下，轉(zhuǎn)速：在這種狀態(tài)下，轉(zhuǎn)速： ，相應(yīng)的轉(zhuǎn)差率：，相應(yīng)的轉(zhuǎn)差率

7、： 。此時，此時，電磁轉(zhuǎn)矩為驅(qū)動性的電磁轉(zhuǎn)矩為驅(qū)動性的。 10nn 10 s轉(zhuǎn)子軸上輸出機械能定子輸入電能 根據(jù)轉(zhuǎn)差率的根據(jù)轉(zhuǎn)差率的大小大小和和正負正負，異步電機可分為，異步電機可分為三種運行狀態(tài)三種運行狀態(tài)：（2 2）發(fā)電機運行狀態(tài)）發(fā)電機運行狀態(tài) 在這種狀態(tài)下，由原動機拖動異步電機運行，轉(zhuǎn)速在這種狀態(tài)下，由原動機拖動異步電機運行，轉(zhuǎn)速為：為： ，相應(yīng)的轉(zhuǎn)差率為：，相應(yīng)的轉(zhuǎn)差率為： 。此時，。此時，電磁轉(zhuǎn)矩為制動電磁轉(zhuǎn)矩為制動性的。性的。電能輸出原動機輸入的機械能 1nn 0s根據(jù)轉(zhuǎn)差率的根據(jù)轉(zhuǎn)差率的大小大小和和正負正負，異步電機可分為，異步電機可分為三種運行狀態(tài)三種運行狀態(tài)：（3 3）電磁

8、制動狀態(tài)）電磁制動狀態(tài) 在這種狀態(tài)下，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向與旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)向相反，即轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)在這種狀態(tài)下，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向與旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)向相反，即轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速速 ，相應(yīng)的轉(zhuǎn)差率，相應(yīng)的轉(zhuǎn)差率 。此時，。此時，電磁轉(zhuǎn)矩為制動性電磁轉(zhuǎn)矩為制動性的的。電機內(nèi)部損耗轉(zhuǎn)子軸上輸入機械能定子輸入電能0n1s6.2 三相異步電機的結(jié)構(gòu)與銘牌數(shù)據(jù)6.2.1 三相異步電動機的結(jié)構(gòu)1 定子w 定子鐵心：0.5mm厚且涂有絕緣漆硅鋼片（P18）w 定子繞組：單層、雙層（6.3節(jié)展開講）w 機座：封閉式、防護式異步電機由定子、轉(zhuǎn)子和期間的氣隙組成2 轉(zhuǎn)子w 轉(zhuǎn)子鐵心：0.5mm厚且涂有絕緣漆硅鋼片（P18）w 轉(zhuǎn)子繞組：鼠籠式、繞線式3 氣隙 與直

9、流電機相比，異步電機的氣隙較小。中小型異步電機的氣隙一般為0.22mm。氣隙的大小直接影響電動機的激磁電流和功率因數(shù)。13)171 (mPRSlNiF功率因素高磁電流小產(chǎn)生同樣旋轉(zhuǎn)磁場的勵磁阻小氣隙小6.2.2 三相異步電動機的額定數(shù)據(jù) 額定功率額定功率 ：額定運行狀態(tài)下額定運行狀態(tài)下機械機械軸上的輸出功率； 額定電壓額定電壓 ：額定運行狀態(tài)下額定運行狀態(tài)下定子繞組的定子繞組的線電壓； 額定電流額定電流 ：額定運行狀態(tài)下額定運行狀態(tài)下定子繞組的定子繞組的線電流； 額定轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)速 ：額定運行狀態(tài)下額定運行狀態(tài)下的轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速； 額定效率額定效率 ： 額定功率因數(shù)額定功率因數(shù) ： 額定頻率額定頻率

10、 ：我國規(guī)定工頻為50Hz。NPNUNINnNNcosNf 對繞線式異步電動機，銘牌上還注明轉(zhuǎn)子的額定電壓 與轉(zhuǎn)子額定電流 的數(shù)據(jù)。NU2NI2對于三相異步電動機，額定數(shù)據(jù)之間存在如下關(guān)系：NNNNNNNNNIUIUPcos3cos3絕緣材料絕緣材料A級級E級級B級級F級級H級級容許工作溫度容許工作溫度/105120130155180 電動機中常用的絕緣材料，按其耐熱能力，有電動機中常用的絕緣材料，按其耐熱能力，有A、E、B、F和和H等五級。等五級。A級絕緣采用經(jīng)過浸漬或使用時浸于油中級絕緣采用經(jīng)過浸漬或使用時浸于油中的棉紗、絲和紙等有機材料，的棉紗、絲和紙等有機材料，E級絕緣是聚脂樹脂、環(huán)氧

11、樹級絕緣是聚脂樹脂、環(huán)氧樹脂及三醋酸纖維等制成的絕緣薄膜，脂及三醋酸纖維等制成的絕緣薄膜，B、F、H級絕緣的基級絕緣的基本材料均為云母、石棉及玻璃纖維，但浸漬用漆的耐熱性本材料均為云母、石棉及玻璃纖維，但浸漬用漆的耐熱性能不同。能不同。防護等級防護等級 首先應(yīng)該注意到6.3、6.4、6.5的標(biāo)題使用的是交流電機，而沒有用異步電機，因為以上三節(jié)的內(nèi)容、分析、方法和結(jié)論同時適用于異步電機和同步電機，是交流電機的共同問題。6.3 三相交流電機交流電機的定子繞組6.3.1 三相交流電機繞組的基本要求 三相繞組三相繞組匝數(shù)必須相等匝數(shù)必須相等，每相繞組所產(chǎn)生的，每相繞組所產(chǎn)生的磁勢和感應(yīng)磁勢和感應(yīng)電勢必

12、須對稱電勢必須對稱，即大小相等、相位互差，即大小相等、相位互差120 ； 三相繞組的合成磁勢和每相繞組所感應(yīng)電勢的波形應(yīng)盡三相繞組的合成磁勢和每相繞組所感應(yīng)電勢的波形應(yīng)盡量量接近正弦接近正弦； 用銅量小，關(guān)系到用銅量小，關(guān)系到成本成本； 工藝上，端部應(yīng)盡可能短，工藝上，端部應(yīng)盡可能短，絕緣可靠絕緣可靠、機械強度高機械強度高、散散熱條件好熱條件好且且制造方便制造方便。 按相數(shù)分類按相數(shù)分類按槽內(nèi)導(dǎo)體放置的層數(shù)分類按槽內(nèi)導(dǎo)體放置的層數(shù)分類6.3.2 交流繞組術(shù)語1. 1. 機械角度和電角度機械角度和電角度 幾何上，繞電機一周為幾何上，繞電機一周為360 ，這一角度稱為，這一角度稱為機械角度機械角度

13、。感應(yīng)電勢（或電流）變化一個周期，相應(yīng)的角度為感應(yīng)電勢（或電流）變化一個周期，相應(yīng)的角度為360 電電角度角度。電角度電角度 和和機械角度機械角度 之間存在如下關(guān)系：之間存在如下關(guān)系：p2.2.相帶相帶 為了確保三相繞組對稱，在定子鐵心內(nèi)圓上，為了確保三相繞組對稱，在定子鐵心內(nèi)圓上，每極每每極每相相繞組所占的區(qū)域應(yīng)相等，這一區(qū)域稱為繞組所占的區(qū)域應(yīng)相等，這一區(qū)域稱為相帶相帶（用電角度（用電角度表示）。表示）。 由于每極所對應(yīng)的電角度由于每極所對應(yīng)的電角度180 ，對，對m相電機而言，每相電機而言，每個相帶則占有個相帶則占有180 /m電角度。具體到三相電機電角度。具體到三相電機m = 3，其其

14、相帶為相帶為60 。 在有些場合下，相帶也定義為每對極下每相繞組所占在有些場合下，相帶也定義為每對極下每相繞組所占的區(qū)域。此時，對三相繞組而言，其相帶為的區(qū)域。此時，對三相繞組而言，其相帶為120 。 3. 3. 每極每相的槽數(shù)每極每相的槽數(shù) 每每極極每每相相的的槽數(shù)槽數(shù)即即每每極極每每相相定子繞組所占的定子繞組所占的槽數(shù)槽數(shù)，或，或每個相帶所對應(yīng)的定子槽數(shù)，通常用每個相帶所對應(yīng)的定子槽數(shù)，通常用q來表示。設(shè)定子總來表示。設(shè)定子總槽數(shù)為槽數(shù)為 ，則有：，則有：1Z每相每極mpZq214.4.槽距角槽距角 槽距角表示相鄰兩槽之間的電角度，通常用槽距角表示相鄰兩槽之間的電角度，通常用 來表示來表示

15、：10)(360Zp總電角度5.5.極距極距 極距是指相鄰兩磁極之間的圓周距離。極距是指相鄰兩磁極之間的圓周距離。pD2用槽數(shù)表示用槽數(shù)表示pZ21用弧長表示用弧長表示分散繞組集中繞組分數(shù)槽繞組分數(shù)整數(shù)槽繞組整數(shù)11qq6.6.元件元件( (或線圈或線圈) ) 元件又稱為線圈，它是由一匝或多匝繞組組成。元件又稱為線圈，它是由一匝或多匝繞組組成。7.7.節(jié)距節(jié)距 節(jié)距是指單個線圈的兩個元件邊所跨過定子圓周的節(jié)距是指單個線圈的兩個元件邊所跨過定子圓周的距離或槽數(shù)，用距離或槽數(shù)，用 表示。表示。 若若 ，則為，則為整距線圈整距線圈； ，則為，則為短距線短距線圈圈； ，則為，則為長距線圈長距線圈。1y

16、1y1y1y8.8.槽電勢星形圖槽電勢星形圖 將所有槽內(nèi)的導(dǎo)體電勢相量依次畫出來，便獲得槽電將所有槽內(nèi)的導(dǎo)體電勢相量依次畫出來，便獲得槽電勢星形圖。勢星形圖。交流繞組的槽電勢星形交流繞組的槽電勢星形( ( ， ) )241Z42p6.3.3 三相單層分布繞組 下面以一臺下面以一臺 ， 槽的電機為例說明單層槽的電機為例說明單層交流繞組的組成。具體步驟如下交流繞組的組成。具體步驟如下: :42p241Z（1 1）計算槽距角：）計算槽距角：3024360236010Zp（2 2）畫出槽電勢星形圖）畫出槽電勢星形圖注意：注意：每個電勢相量上邊每個電勢相量上邊有兩個標(biāo)號，并不代表槽內(nèi)有兩個標(biāo)號，并不代表

17、槽內(nèi)是雙層繞組，此處是表示電是雙層繞組，此處是表示電角度，實質(zhì)是角度，實質(zhì)是720 所謂單層繞組是指一個槽內(nèi)僅放置一個線圈邊。所謂單層繞組是指一個槽內(nèi)僅放置一個線圈邊。 （3 3）按）按 劃分相帶劃分相帶60計算極距和每極每相的槽數(shù)分別為：計算極距和每極每相的槽數(shù)分別為：642421pZ2342421pmZq根據(jù)上述數(shù)據(jù)，將所有槽電勢均分為根據(jù)上述數(shù)據(jù)，將所有槽電勢均分為6 6個相帶。個相帶。（4 4）畫出繞組展開圖）畫出繞組展開圖結(jié)論：結(jié)論： 考慮到所考慮到所有其它形式的有其它形式的單層繞組（即單層繞組（即鏈?zhǔn)嚼@組與同鏈?zhǔn)嚼@組與同心式繞組）皆心式繞組）皆與交叉繞組等與交叉繞組等效，因此，效，

18、因此，單單層繞組是整距層繞組是整距分布繞組，線分布繞組，線圈組數(shù)等于極圈組數(shù)等于極對數(shù)。對數(shù)。一臺一臺 ， 槽的電機的單層交流繞組槽的電機的單層交流繞組42p241Z一一. .單層繞組，有多少個線圈？單層繞組，有多少個線圈？二二.4.4極，整距繞組怎么繞？極，整距繞組怎么繞？三三.24.24個槽每極每相分幾個槽？個槽每極每相分幾個槽？四四. .線圈組是什么線圈組是什么? ? 5:15 5:15 五五. .單層繞組的線圈組數(shù)等于極對數(shù)，指的是一相。單層繞組的線圈組數(shù)等于極對數(shù)，指的是一相。 注：對照雙層繞組可有更深的理解，可參考課件注：對照雙層繞組可有更深的理解，可參考課件動畫：第四章第三節(jié)動畫

19、：第四章第三節(jié)“三相四極雙層疊繞組中三相四極雙層疊繞組中A A相繞組相繞組的展開圖的展開圖”6.3.4 三相雙層分布繞組 雙層繞組是指定子上每個槽內(nèi)放置兩個線圈邊，雙層繞組是指定子上每個槽內(nèi)放置兩個線圈邊，每個線圈邊表示一層。每個線圈邊表示一層。 結(jié)論：結(jié)論：單層繞組單層繞組線圈組數(shù)等于線圈組數(shù)等于極對數(shù)極對數(shù)雙層繞組雙層繞組線圈組數(shù)等于線圈組數(shù)等于極數(shù)極數(shù)引子 6.1中定性和簡要的介紹了旋轉(zhuǎn)磁場和異步電機轉(zhuǎn)動的基本原理。 6.4、6.5節(jié)定量詳細地展開來講述。旋轉(zhuǎn)磁場感應(yīng)電勢順序順序問題問題 6.1 6.1中提到中提到“三相對稱定子繞組通以三相對稱三相對稱定子繞組通以三相對稱電流將產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁

20、場電流將產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場”，本節(jié)從理論上進一步探，本節(jié)從理論上進一步探討三相對稱定子繞組通以三相對稱電流時產(chǎn)生磁討三相對稱定子繞組通以三相對稱電流時產(chǎn)生磁勢的詳細情況。勢的詳細情況。6.4 三相交流電機的定子磁勢與磁場分析方法：分析方法： 單個線圈通以單相交流電所產(chǎn)生的磁勢單個線圈通以單相交流電所產(chǎn)生的磁勢單個線圈單個線圈組所產(chǎn)生的磁勢組所產(chǎn)生的磁勢一相繞組所產(chǎn)生的磁勢一相繞組所產(chǎn)生的磁勢三相對稱繞三相對稱繞組通以三相對稱電流所產(chǎn)生的合成磁勢和磁場組通以三相對稱電流所產(chǎn)生的合成磁勢和磁場。6.4.1 單個線圈所產(chǎn)生的磁勢(1)(1)單個整距線圈所產(chǎn)生的磁勢單個整距線圈所產(chǎn)生的磁勢 單個整距線圈所產(chǎn)

21、生的磁勢和前邊直流電機中一樣是矩形的，單個整距線圈所產(chǎn)生的磁勢和前邊直流電機中一樣是矩形的，注意到注意到 是小寫的，說明是瞬時值，也就是說上圖是某瞬間是小寫的，說明是瞬時值，也就是說上圖是某瞬間的磁勢。的磁勢。 ，磁勢磁勢 會隨著余弦變化的電流而正負交替變化，但磁勢的位置卻不會隨著余弦變化的電流而正負交替變化，但磁勢的位置卻不會發(fā)生變化，這種會發(fā)生變化，這種位置不變，幅值正負交替變化的磁勢位置不變，幅值正負交替變化的磁勢又稱又稱為為脈振磁勢脈振磁勢，脈振磁勢所產(chǎn)生的磁場稱為，脈振磁勢所產(chǎn)生的磁場稱為脈振磁場脈振磁場。tIicccos2citINiNcycycos2212/和P38類似 矩波可看

22、成是由正弦波合成的矩波可看成是由正弦波合成的，利用諧波分析法，單個，利用諧波分析法，單個整距線圈的磁勢可表示為：整距線圈的磁勢可表示為： cos),(.5 , 3 , 1Ctfk其中，其中，2sin1cos2214tINCcy ),(),(),(5cos51cos22143cos31cos2214coscos2214),(531tftftftINtINtINtfkkkcycycyknn145145314341次：次：次：次：各次諧波的幅值基波基波coscoscoscos2214),(11tFtINtfKcyk 次次諧波諧波coscoscoscos12214),(tFtINtfKcykcycyK

23、ININF9 . 02214119 . 012214cycyKININF(2)(2)單個短距線圈所產(chǎn)生的磁勢單個短距線圈所產(chǎn)生的磁勢 小于一個極距幅值是因為兩個線圈疊加 同理，將單個短距線圈的磁勢展開，可表示為：同理，將單個短距線圈的磁勢展開，可表示為： ),(),(),(5cos51cos22143cos31cos2214coscos2214),(531531tftftftIkNtIkNtIkNtfkkkcyycyycyyk基波基波 次次諧波諧波coscoscoscos2214),(111tFtIkNtfKcyykcyycyyKIkNIkNF1119 . 02214coscoscoscos1

24、2214),(tFtIkNtfKcyyk19 . 012214cyycyyKIkNIkNF 以上分析和單個整距線圈的磁勢展開幾乎是一樣的，只以上分析和單個整距線圈的磁勢展開幾乎是一樣的，只是多了是多了短距系數(shù)短距系數(shù)次諧波短距系數(shù)90sin1yky基波短距系數(shù)90sin11yky190sin1yykyk次諧波短距系數(shù)190sin111yykyk基波短距系數(shù))1()11 (1y 一個有趣的現(xiàn)象：一個有趣的現(xiàn)象：541y 若若 則則5 5次諧波短距系數(shù)次諧波短距系數(shù)090545sin5yk 更一般的更一般的： 若若 則則 次諧波短距系數(shù)為次諧波短距系數(shù)為0 0，即無，即無 次諧波次諧波因為因為 是

25、奇數(shù)是奇數(shù)次次, ,所以所以090) 1sin(90)11 (sinyk651y 若若則則可削弱可削弱( (不是消除不是消除) ) 5 5次和次和7 7次諧波次諧波 三相交流電機是沒有三相交流電機是沒有3 3次諧波的次諧波的( (后邊講后邊講),),削弱了削弱了5 5次次和和7 7次諧波次諧波, ,則使基波占的比例大則使基波占的比例大, ,此時更接近于正弦。此時更接近于正弦。 更一般的：更一般的：采用短距線圈盡管使基波磁勢有所降低，采用短距線圈盡管使基波磁勢有所降低，但可大大削弱了高次諧波磁勢，使磁勢波形更接近正弦但可大大削弱了高次諧波磁勢，使磁勢波形更接近正弦6.4.2單個線圈組所產(chǎn)生的磁勢

26、2sin2sin1qqkq2sin2sinqqkq 次諧波分布系數(shù)次諧波分布系數(shù)基基波分布系數(shù)波分布系數(shù)1代數(shù)和個分布線圈磁勢矢量的幾何和個分布線圈磁勢矢量的分布系數(shù)qqWhy?tFtIkkqNkqftfqcqyyqkqcoscoscoscos)(224),(111111cwycwyqIkqNIkqNF1119 . 02214coscoscoscos1)(2214),(tFtIkkqNkqftfqcqyyqkk1)(9 . 01)(2214cwycwyqIkqNIkqNF基波基波 次次諧波諧波次諧波繞組系數(shù)：基波繞組系數(shù)，qywqywkkkkkk111結(jié)論：結(jié)論： 與集中繞組相比，交流繞組的與

27、集中繞組相比，交流繞組的短距短距和和分布分布使基波磁勢有使基波磁勢有所減小，但卻使諧波磁勢或磁場大大削弱，合成磁勢或磁場所減小，但卻使諧波磁勢或磁場大大削弱，合成磁勢或磁場的波形的波形更接近于正弦更接近于正弦。 舉一個分布繞組的例子舉一個分布繞組的例子三相四極異步電動機，定子槽數(shù)為三相四極異步電動機，定子槽數(shù)為3636每極每相的槽數(shù)每極每相的槽數(shù)001020363602360Zp33223621pmZq槽距角槽距角96. 0220sin32203sin2sin2sin1qqkq217. 02205sin322053sin5qk177. 02207sin322073sin7qk已經(jīng)很已經(jīng)很小了小

28、了6.4.3單相繞組所產(chǎn)生的磁勢說明：說明： 單相繞組的合成磁勢指的是單相繞組的合成磁勢指的是該相繞組該相繞組在在每對極下每對極下的磁勢的磁勢。 tFtIpkNtaIkpaNtfwwcoscoscoscos9 . 0coscos)(224),(11111111極數(shù)），雙層（每相線圈組數(shù)極對數(shù)），單層（每相線圈組數(shù)每相繞組每條支路匝數(shù)apqNapqNNyy21相等匝集中繞組產(chǎn)生的磁勢和磁勢匝短距分布繞組產(chǎn)生的有效匝數(shù)：11111wwkNNkN基波基波雙層繞組單層繞組taIkppqNtftaIkppqNtfwywycoscos)2(224),(coscos)(224),(111111tFtfcos

29、cos),( 次次諧波磁勢諧波磁勢 次次諧波磁勢經(jīng)過短距和分布，大大削弱了諧波磁勢經(jīng)過短距和分布，大大削弱了單相繞組磁勢仍單相繞組磁勢仍為為脈振磁勢脈振磁勢空間、時間函數(shù)，即脈振磁勢（空間固定，幅值變化）分布、短距可削弱諧波磁勢（次數(shù)越高，幅值越小）基波磁勢幅值位置與相繞組軸線重合（三相合成時更易理解）6.4.4三相繞組所產(chǎn)生的基波基波合成磁勢基波合成磁勢總合成磁勢的主要部分基波合成磁勢總合成磁勢的主要部分(1)(1)解析法解析法 )240cos()120cos(costIitIitIimCmBmA)240cos()240cos(),()120cos()120cos(),(coscos),(1

30、11111tFtftFtftFtfCBA)cos()cos(21coscos由三角函數(shù)恒等式由三角函數(shù)恒等式)120cos(21)cos(21),()240cos(21)cos(21),()cos(21)cos(21),(111111111tFtFtftFtFtftFtFtfCBA得三相基波的合成磁勢為：得三相基波的合成磁勢為：)cos()cos(23),(),(),(),(111111tFtFtftftftfCBApfn1160三相繞組基波合成磁勢的性質(zhì)：三相繞組基波合成磁勢的性質(zhì)：三相基波合成磁勢為一三相基波合成磁勢為一幅值恒定幅值恒定、正弦分布正弦分布的的行波行波，其沿圓周為一其沿圓周為

31、一旋轉(zhuǎn)磁勢旋轉(zhuǎn)磁勢，其幅值是單相合成脈振磁勢，其幅值是單相合成脈振磁勢.倍；倍；合成磁勢的轉(zhuǎn)速為即合成磁勢的轉(zhuǎn)速為即同步速同步速，即；，即；三相基波合成磁勢的幅值位置（最大值，即波峰的位三相基波合成磁勢的幅值位置（最大值，即波峰的位置）始終與電流為最大值時的相繞組軸線重合置）始終與電流為最大值時的相繞組軸線重合合合成磁勢為一行波，其波峰位置不停的在向前行，當(dāng)成磁勢為一行波，其波峰位置不停的在向前行，當(dāng)相電流正好為最大值時，合成磁勢的波峰位置正好到相電流正好為最大值時，合成磁勢的波峰位置正好到了相的軸線上；了相的軸線上；三相基波合成磁勢的旋轉(zhuǎn)方向取決于三相繞組中通以三相基波合成磁勢的旋轉(zhuǎn)方向取決

32、于三相繞組中通以的三相電流的相序的三相電流的相序總是從電流超前相向電流滯后總是從電流超前相向電流滯后相旋轉(zhuǎn)，改變電流相序則改變轉(zhuǎn)向。相旋轉(zhuǎn)，改變電流相序則改變轉(zhuǎn)向。( () )時空相量兩法時空相量兩法 由前邊根據(jù)三角函數(shù)恒等式單相繞組磁勢的分解由前邊根據(jù)三角函數(shù)恒等式單相繞組磁勢的分解可知：一個脈振磁勢可以分解為兩個可知：一個脈振磁勢可以分解為兩個大小相等大小相等、旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)方向方向相反的旋轉(zhuǎn)磁勢。相反的旋轉(zhuǎn)磁勢。),(),()cos(21)cos(21coscos),(1111tftftFtFtFtfAAA三相合成時，三相合成時，反向的反向的，標(biāo)量相加抵消；，標(biāo)量相加抵消；正向的正向的，標(biāo)量相

33、加疊加為倍，標(biāo)量相加疊加為倍注意此處注意此處的標(biāo)注的標(biāo)注6.4.5三相合成磁勢中的高次諧波)240cos()240(cos)120cos()120(coscoscos),(),(),(),(tFtFtFtftftftfvvBBA結(jié)論：結(jié)論： 對稱的三相合成磁勢中不存在三次諧波以及三的倍數(shù)對稱的三相合成磁勢中不存在三次諧波以及三的倍數(shù)次諧波。次諧波。三相三相 次諧波合成磁勢是一與基波合成磁勢次諧波合成磁勢是一與基波合成磁勢方向相同、轉(zhuǎn)速為方向相同、轉(zhuǎn)速為 、幅值為、幅值為 的旋轉(zhuǎn)磁勢。的旋轉(zhuǎn)磁勢。三相三相 次諧波合成磁勢是一與基波合成磁勢次諧波合成磁勢是一與基波合成磁勢方向相反、轉(zhuǎn)速為方向相反、

34、轉(zhuǎn)速為 、幅值為、幅值為 的旋轉(zhuǎn)磁勢。的旋轉(zhuǎn)磁勢。 16 k1nn F2316 k1nn F236.5三相交流電機交流電機定子繞組感應(yīng)電勢的計算6.46.4 交變的電場交變的電場產(chǎn)生產(chǎn)生交變的磁場交變的磁場6.56.5 交變的磁場交變的磁場產(chǎn)生產(chǎn)生交變的電場交變的電場分析方法：分析方法： 單個導(dǎo)體所感應(yīng)的電勢單個導(dǎo)體所感應(yīng)的電勢單個線圈所感應(yīng)的電勢單個線圈所感應(yīng)的電勢單個線圈組所感應(yīng)的電勢單個線圈組所感應(yīng)的電勢一相繞組所感應(yīng)的電勢一相繞組所感應(yīng)的電勢三三相繞組線電勢。相繞組線電勢。6.5.1交流電機的磁場sin1mBbsinsin111mmBxBb既然有個旋轉(zhuǎn)磁場，干脆以一個以旋轉(zhuǎn)永磁體代替氣

35、隙磁密氣隙磁密氣隙基波磁密氣隙基波磁密x 是定子內(nèi)圓一點的坐標(biāo)值（弧長，以極距為表示方法）是定子內(nèi)圓一點的坐標(biāo)值（弧長，以極距為表示方法）電角度，一圓周極距x)222(22tftnptx1126026.5.2 導(dǎo)體的感應(yīng)電勢單個單個導(dǎo)體導(dǎo)體中的感應(yīng)電勢為：中的感應(yīng)電勢為：tEtlvBlvbemsin2sin1111式中，導(dǎo)體基波電勢的有效值為：式中，導(dǎo)體基波電勢的有效值為：1111112221602)2(22121flBnplBlvBEavmm即：即：1111122. 22ffE3次、次、5次、次、7次諧波磁場所感應(yīng)導(dǎo)體電勢的有效值分別為：次諧波磁場所感應(yīng)導(dǎo)體電勢的有效值分別為： 333132

36、2. 2)3(22. 2ffE5551522. 2)5(22. 2ffEffE22. 2)(22. 21每秒走過的距離，即速度平均值怎么來的？lBav11mavBB1126.5.3 整距線圈的感應(yīng)電勢11144. 42yAkNfEEykNfE44. 4 一個線圈的兩個邊，感應(yīng)電勢一個線圈的兩個邊，感應(yīng)電勢大小相等大小相等、相位相相位相差差180 ，且每個線圈由且每個線圈由 匝組成，匝組成，整距線圈所感應(yīng)的整距線圈所感應(yīng)的基波電勢為：基波電勢為： yN 次次諧波感應(yīng)電勢諧波感應(yīng)電勢y 16.5.4 短距線圈的感應(yīng)電勢y 1 一個線圈的兩個邊，一個線圈的兩個邊，相位相不再差相位相不再差180 ，而

37、是，而是 感應(yīng)電勢感應(yīng)電勢大小則不再相等大小則不再相等，則短則短距線圈所感應(yīng)的基波電勢為：距線圈所感應(yīng)的基波電勢為： 1y)44. 490sin22sin2(111011yAATkfyEEE1111)(44. 4yykkNfE 次次諧波感應(yīng)電勢諧波感應(yīng)電勢)(44. 4yykkNfE次諧波短距系數(shù)90sin1yky基波短距系數(shù)90sin11yky 其定義和特點和前邊其定義和特點和前邊6.4中一樣：中一樣：采用短距線圈盡管使線采用短距線圈盡管使線圈所感應(yīng)的基波電勢有所降低，但卻大大削弱了高次諧波電圈所感應(yīng)的基波電勢有所降低，但卻大大削弱了高次諧波電勢，使電勢波形更接近正弦。勢，使電勢波形更接近正

38、弦。 前邊的短距的例子在前邊的短距的例子在這里有個直觀、物理的這里有個直觀、物理的解釋。解釋。短距兩兩抵消短距兩兩抵消6.5.5 線圈組的感應(yīng)電勢kqkkqEEEE 2112sin21qREq2sin21REk11112sin2sinqkkqkqEqEE1矢量的代數(shù)和個分布線圈感應(yīng)電動勢矢量的幾何和個分布線圈感應(yīng)電動勢分布系數(shù)qq一個線圈組所感應(yīng)電勢的有效值為：一個線圈組所感應(yīng)電勢的有效值為：11111111)(44. 4)(44. 4wyqyyqkqNfkkqNfE為為基波繞組系數(shù)基波繞組系數(shù)。111qywkkk 結(jié)論：結(jié)論： 由于交流繞組采用了短距和分布繞組由于交流繞組采用了短距和分布繞組

39、, , 線圈組的有效匝線圈組的有效匝數(shù)減少，由數(shù)減少，由 減少為減少為 匝，故基波電勢有所降低。匝，故基波電勢有所降低。 yqN1wykqN基波基波同理，對于同理，對于 次次諧波諧波)(44. 4wyqkqNfEqywkkk為為 次諧次諧波繞組系數(shù)波繞組系數(shù)。結(jié)論：結(jié)論： 交流繞組采用交流繞組采用短距短距和和分布分布后，盡管所感應(yīng)的基波電勢有后，盡管所感應(yīng)的基波電勢有所降低，但諧波電勢卻會所降低，但諧波電勢卻會大大削弱大大削弱，從而使得非正弦磁場作，從而使得非正弦磁場作用下交流繞組的感應(yīng)電勢波形用下交流繞組的感應(yīng)電勢波形接近正弦接近正弦。其中其中2sin2sinqqkq為為 次諧次諧波分布系數(shù)

40、波分布系數(shù)。6.5.6 相繞組的感應(yīng)電勢個線圈組雙層個線圈組單層pp2極數(shù)），雙層（每相線圈組數(shù)極對數(shù)），單層（每相線圈組數(shù)每相繞組每條支路匝數(shù)apqNapqNNyy21基波相電勢為：基波相電勢為：1111144. 4wkNfE諧波：諧波：wkNfE144. 4相等匝集中繞組產(chǎn)生的磁勢和磁勢匝短距分布繞組產(chǎn)生的有效匝數(shù)：)()(1111111wwwwkNkNNkNkN6.5.7 三相繞組的聯(lián)結(jié)與線電勢線電勢結(jié)論：結(jié)論： 對于三次諧波電勢，當(dāng)三相繞組對稱時，無論是采對于三次諧波電勢，當(dāng)三相繞組對稱時，無論是采用用Y接還是接還是 接，其線電壓中都不會含有接，其線電壓中都不會含有三次諧波電勢三次諧波

41、電勢以以及及三的倍數(shù)次諧波電勢三的倍數(shù)次諧波電勢。提問及思考1.1.第第6.46.4和和6.56.5學(xué)了些什么？學(xué)了些什么？2.2.第第6.56.5節(jié)中的磁場是第節(jié)中的磁場是第6.46.4節(jié)的旋轉(zhuǎn)磁場嗎？節(jié)的旋轉(zhuǎn)磁場嗎？ 3.3.第第6.46.4和和6.56.5表示磁場和電勢時為什么分別用了表示磁場和電勢時為什么分別用了coscos和和sinsin？4.4.第第6.46.4和和6.56.5加上加上6.16.1中的異步電機旋轉(zhuǎn)原理，是中的異步電機旋轉(zhuǎn)原理，是不是似乎還缺什么？不是似乎還缺什么？6.6三相異步異步電動機電動機的電磁關(guān)系 看到本節(jié)的題目，首先要注意到看到本節(jié)的題目，首先要注意到“異步

42、異步” ” 和和“電動機電動機”這兩個關(guān)鍵詞，說明本節(jié)回歸到了異這兩個關(guān)鍵詞，說明本節(jié)回歸到了異步電機的范疇，并且是特別的分析了異步電動機步電機的范疇，并且是特別的分析了異步電動機分析。分析?？蛰d空載轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)負載運行負載運行6.6.1 三相異步電動機空載時的電磁關(guān)系空載的特點空載的特點： 三相異步電動機空載時轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速接近同步速即三相異步電動機空載時轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速接近同步速即 ，轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)差率 。旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子繞組的相對切割速度幾。旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子繞組的相對切割速度幾乎為零，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢和電力幾乎為零。乎為零，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢和電力幾乎為零。1nn 0smwkNfjE111144. 4)(1mmm

43、mmjxrIzIEmmmNfLx211121111144. 4wkNfjE111IjxE12111112NfLx關(guān)于主磁通和漏磁通關(guān)于主磁通和漏磁通同時匝鏈定、同時匝鏈定、轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)子繞組漏磁通通過漏磁通通過空氣等漏磁空氣等漏磁路閉合，基路閉合，基本不受鐵心本不受鐵心飽和影響，飽和影響，與定子電流與定子電流呈呈線性關(guān)系線性關(guān)系。6.6.2 三相異步電動機轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)時的電磁關(guān)系堵轉(zhuǎn)的特點堵轉(zhuǎn)的特點： 三相異步電動機堵轉(zhuǎn)時轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速三相異步電動機堵轉(zhuǎn)時轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 ，轉(zhuǎn)差率，轉(zhuǎn)差率 。0n1s 定子三相對稱繞組通以三相對稱電流產(chǎn)生定子圓形旋轉(zhuǎn)磁勢定子三相對稱繞組通以三相對稱電流產(chǎn)生定子圓形旋轉(zhuǎn)磁勢1111

44、19 . 02IpkNmFw 磁場磁場 分別切割定、轉(zhuǎn)子繞組，產(chǎn)生感應(yīng)電勢：分別切割定、轉(zhuǎn)子繞組，產(chǎn)生感應(yīng)電勢： mBmwkNfjE111144. 4mwkNfjE221244. 4轉(zhuǎn)子繞組是閉合的，在轉(zhuǎn)子電勢轉(zhuǎn)子繞組是閉合的，在轉(zhuǎn)子電勢 的作用下，轉(zhuǎn)子回路便的作用下，轉(zhuǎn)子回路便有電流有電流 產(chǎn)生，并產(chǎn)生轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁勢，其幅值為：產(chǎn)生，并產(chǎn)生轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁勢，其幅值為：2E2I222229 . 02IpkNmFwmFFF212221244. 4wkNfjE222IjxE 同定子一樣，轉(zhuǎn)子電流也會產(chǎn)生轉(zhuǎn)子漏磁通，并在轉(zhuǎn)同定子一樣，轉(zhuǎn)子電流也會產(chǎn)生轉(zhuǎn)子漏磁通，并在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)轉(zhuǎn)子漏電勢為：子繞組中感應(yīng)

45、轉(zhuǎn)子漏電勢為：6.6.3 三相異步電動機負載時的電磁關(guān)系負載運行的特點負載運行的特點： 負載運行是空載和堵轉(zhuǎn)的中間態(tài)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，但與旋轉(zhuǎn)磁負載運行是空載和堵轉(zhuǎn)的中間態(tài)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，但與旋轉(zhuǎn)磁場有轉(zhuǎn)差場有轉(zhuǎn)差 。11snnnn于是，轉(zhuǎn)子繞組所感應(yīng)電勢和電流的頻率為：于是，轉(zhuǎn)子繞組所感應(yīng)電勢和電流的頻率為：11260)(sfnnpf11226060snpsfpfn222229 . 02IpkNmFw 相對于定子的速度為：相對于定子的速度為：2F1112)1 (nnssnnn 對于三相異步電動機，定、轉(zhuǎn)子磁勢對于三相異步電動機，定、轉(zhuǎn)子磁勢相對靜止相對靜止，它們，它們共同作用產(chǎn)生勵磁磁勢。共同作用產(chǎn)生

46、勵磁磁勢。 mFFF21mwkNfjE111144. 42221222244. 444. 4EskNsfjkNfjEmwmws2222244. 4wskNfjEsssIjxE222 負載運行是空載和堵轉(zhuǎn)的中間態(tài)，因此具備負載運行是空載和堵轉(zhuǎn)的中間態(tài)，因此具備一般性一般性，根據(jù)，根據(jù)負載狀態(tài)下的關(guān)系式，可以推出空載和堵轉(zhuǎn)的表達式。負載狀態(tài)下的關(guān)系式，可以推出空載和堵轉(zhuǎn)的表達式。注意注意下標(biāo)下標(biāo)s smwfNkjE44. 4mwskNfjE222244. 4轉(zhuǎn)子：合成圓形旋轉(zhuǎn)磁勢：合成圓形旋轉(zhuǎn)磁勢：IpNkmFw9 . 02mwkNfjE111144. 4定子：感應(yīng)電勢：感應(yīng)電勢：222229 .

47、 02IpkNmFw轉(zhuǎn)子：111119 . 02IpkNmFw定子： 繞線式異步電機轉(zhuǎn)子磁勢與氣隙磁勢在空間上的相對位置繞線式異步電機轉(zhuǎn)子磁勢與氣隙磁勢在空間上的相對位置不考慮漏抗不考慮漏抗 繞線式異步電機轉(zhuǎn)子磁勢與氣隙磁勢在空間上的相對位置繞線式異步電機轉(zhuǎn)子磁勢與氣隙磁勢在空間上的相對位置考慮漏抗考慮漏抗 籠型異步電機轉(zhuǎn)子導(dǎo)條中感應(yīng)電動勢和電流分布籠型異步電機轉(zhuǎn)子導(dǎo)條中感應(yīng)電動勢和電流分布不考慮漏抗不考慮漏抗 籠型異步電機轉(zhuǎn)子導(dǎo)條中感應(yīng)電動勢和電流分布籠型異步電機轉(zhuǎn)子導(dǎo)條中感應(yīng)電動勢和電流分布考慮漏抗考慮漏抗 籠型異步電機轉(zhuǎn)子導(dǎo)條中感應(yīng)電動勢和電流分布，籠型異步電機轉(zhuǎn)子導(dǎo)條中感應(yīng)電動勢和電流

48、分布，及其所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子磁動勢及其所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子磁動勢 籠型異步電機轉(zhuǎn)子的極數(shù)與產(chǎn)生它的定子磁場的極數(shù)總是相等的籠型異步電機轉(zhuǎn)子的極數(shù)與產(chǎn)生它的定子磁場的極數(shù)總是相等的6.7三相異步電動機的基本方程式、等效電路與相量圖6.7.1 三相異步電動機的基本方程式(1)(1)磁勢平衡方程式磁勢平衡方程式 mFFF21mwwwIpkNmIpkNmIpkNm111222211119 . 029 . 029 . 02miIkII21222111wwikNmkNmk 為定、轉(zhuǎn)子繞組的為定、轉(zhuǎn)子繞組的電流變比電流變比。(2)(2)電壓平衡方程式電壓平衡方程式 )()()(0222222221111111222211

49、111jsxrIEjxrIEzIEjxrIErIEErIEEUssssssssmmmmmmwzIjxrIkNfjE)(44. 411112222244. 4EskNfjEmwsewwkkNkNEE2211212211wwekNkNk 式中，式中， 稱為定、轉(zhuǎn)子繞組的稱為定、轉(zhuǎn)子繞組的電壓變比電壓變比。變壓器？6.7.2 轉(zhuǎn)子側(cè)各物理量的折算 上一節(jié)中得到的等值電路和上一節(jié)中得到的等值電路和變壓器變壓器很相似，所以可以很相似，所以可以用變壓器的相關(guān)方法來折算，以作分析。但有一點是應(yīng)該用變壓器的相關(guān)方法來折算，以作分析。但有一點是應(yīng)該注意到的，即兩邊的注意到的，即兩邊的頻率不同頻率不同（堵轉(zhuǎn)除外堵

50、轉(zhuǎn)除外）。這在變壓器）。這在變壓器中是不可能出現(xiàn)的，因為中是不可能出現(xiàn)的，因為變壓器不能改變頻率變壓器不能改變頻率，所以，在，所以，在做折算時，多了一個步驟：做折算時，多了一個步驟：頻率折算。頻率折算。磁勢不變磁勢不變電功率及損耗不變電功率及損耗不變折算原則：折算原則：(1)(1)頻率折算頻率折算 轉(zhuǎn)子頻率折算的目的：轉(zhuǎn)子頻率折算的目的： 在保證電磁關(guān)系不變（這里具體是指轉(zhuǎn)子磁勢在保證電磁關(guān)系不變（這里具體是指轉(zhuǎn)子磁勢 不變）不變）的前提下，將轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)差頻率的前提下，將轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)差頻率 折算為定子頻率折算為定子頻率 。12sff 2F1f22222222222IjxsrEjsxrEsjxrEIs

51、ss轉(zhuǎn)子磁勢相對于定子的轉(zhuǎn)速是不變的轉(zhuǎn)子磁勢相對于定子的轉(zhuǎn)速是不變的小變形小變形 大效果大效果完成了完成了頻率折算頻率折算結(jié)論結(jié)論: : 頻率折算相當(dāng)于將旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的轉(zhuǎn)子繞組折算為堵轉(zhuǎn)（或頻率折算相當(dāng)于將旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的轉(zhuǎn)子繞組折算為堵轉(zhuǎn)（或靜止不動）狀態(tài)的轉(zhuǎn)子繞組。靜止不動）狀態(tài)的轉(zhuǎn)子繞組。f2 2=sf1 1f1 12221rssrsr轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)子繞組本身的電本身的電阻阻轉(zhuǎn)子機械轉(zhuǎn)子機械軸上總機軸上總機械輸出功械輸出功率對應(yīng)的率對應(yīng)的等效電阻等效電阻頻率折算還得到了一個相當(dāng)有用的表達式。頻率折算還得到了一個相當(dāng)有用的表達式。2222)1 (rssIm總機械功率輸出為總機械功率輸出為(2)(2)繞組

52、折算繞組折算 轉(zhuǎn)子繞組折算的目的：轉(zhuǎn)子繞組折算的目的： 轉(zhuǎn)子繞組的折算相當(dāng)于將轉(zhuǎn)子繞組的相數(shù)轉(zhuǎn)子繞組的折算相當(dāng)于將轉(zhuǎn)子繞組的相數(shù) 和有效匝數(shù)和有效匝數(shù) 變換為定子繞組的相數(shù)變換為定子繞組的相數(shù) 和有效匝數(shù)和有效匝數(shù) 。2m22wkN1m11wkN1111244. 4EkNfjEmwmwkNfjE221244. 412222112EEkEkNkNEeww折算前后保持磁勢不變，即折算前后保持磁勢不變，即 ，于是有：，于是有：22FF 222221119 . 029 . 02IpkNmIpkNmww2211122221IkIkNmkNmIiww 折算前后有功和無功功率保持不變，故有：折算前后有功和無

53、功功率保持不變，故有：2222222122222221xImxImrImrIm22222111221122222111122)(rkkrkNmkNmkNkNrkNmkNmmmriewwwwww同理，同理，22xkkxie注意到此注意到此處與處與變壓變壓器折算器折算時時的區(qū)別的區(qū)別6.7.3 等效電路和相量圖)()()(2122221111121mmmmmmjxrIzIEEx jsrIEjxrIEUIII經(jīng)過折算后，異步電動機的基本關(guān)系式可整理為：經(jīng)過折算后，異步電動機的基本關(guān)系式可整理為：結(jié)論：結(jié)論：u 空載時，空載時， ， ， ，轉(zhuǎn)子相當(dāng)于，轉(zhuǎn)子相當(dāng)于開路開路。此時，。此時， 很低；很低；u

54、 起動（或堵轉(zhuǎn)）時，起動（或堵轉(zhuǎn)）時， ， ， ，相當(dāng)于電路，相當(dāng)于電路處于處于短路短路狀態(tài)，故狀態(tài)，故 很大，很大， 也較低。同時，由于定子也較低。同時，由于定子繞組的漏阻抗壓降較大，導(dǎo)致起動時的繞組的漏阻抗壓降較大，導(dǎo)致起動時的 及主磁通及主磁通 大為大為減小，故減小，故 有所降低；有所降低；u 額定負載運行時，額定負載運行時， ，轉(zhuǎn)子回路的總電阻較，轉(zhuǎn)子回路的總電阻較大，轉(zhuǎn)子回路幾乎為大，轉(zhuǎn)子回路幾乎為純阻性質(zhì)純阻性質(zhì)，故定子側(cè)的，故定子側(cè)的功率因數(shù)較高功率因數(shù)較高，一般為一般為 ； 1nn 0ssr21cos0n1s22rsrstI1cos1EmstT05. 003. 0Ns85. 0

55、8 . 0u當(dāng)工作在發(fā)電機運行狀態(tài)時，當(dāng)工作在發(fā)電機運行狀態(tài)時， ， ，代表，代表機械功率的電阻機械功率的電阻 ，意味著機械軸上不是意味著機械軸上不是輸出輸出機械功率而是機械功率而是輸入輸入機械功率機械功率；u當(dāng)工作在電磁制動狀態(tài)時，當(dāng)工作在電磁制動狀態(tài)時， ， ，代表機械，代表機械功率的電阻功率的電阻 ，同樣表明，同樣表明，電機是吸收機械功電機是吸收機械功率的率的。與此同時，電機還從定子側(cè)吸收電磁功率，兩者。與此同時，電機還從定子側(cè)吸收電磁功率，兩者共同轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)子繞組的銅耗共同轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)子繞組的銅耗。1nn0s0)1 (2rss0ns10)1 (2rss 當(dāng)計算精度要求不高時，可將當(dāng)計算精度要

56、求不高時，可將T T型等效電路簡化為型等效電路簡化為 型等型等效電路效電路注意：注意： 異步電動機有異步電動機有T T型等效電路型等效電路和和 型等效電路型等效電路 而回憶變壓器一章，變壓器除了有而回憶變壓器一章，變壓器除了有T T型等效電路型等效電路和和 型型等效電路等效電路外，還有外，還有簡化的等效電路簡化的等效電路 區(qū)別來自變壓器的勵磁電流小，這也是簡化的等效電區(qū)別來自變壓器的勵磁電流小，這也是簡化的等效電路的簡化條件路的簡化條件 關(guān)于關(guān)于變壓器的變壓器的空載電流，空載電流，可參照課可參照課本本190190頁頁練習(xí)題練習(xí)題5.45.4三相異步電動機負載運行時的三相異步電動機負載運行時的相

57、量圖相量圖結(jié)論：結(jié)論： 與空載相比，異步電動機負載后定子側(cè)的功率因數(shù)有與空載相比，異步電動機負載后定子側(cè)的功率因數(shù)有所提高。但仍需所提高。但仍需從電網(wǎng)吸收一定的滯后無功從電網(wǎng)吸收一定的滯后無功，以產(chǎn)生主磁場，以產(chǎn)生主磁場和漏磁通。和漏磁通。6.8三相異步電動機的功率流程圖與轉(zhuǎn)矩平衡式6.8.1 功率流程圖輸入的電功率：輸入的電功率：11111cosIUmP 定子銅耗：定子銅耗： 12111rImpcu 鐵耗：鐵耗：mmFerImp21電磁功率：電磁功率：FecuemppPP11srImIEmIEmPem222122222221coscos轉(zhuǎn)子銅耗：轉(zhuǎn)子銅耗：22212rImpcu電機軸上輸出的

58、機械功率：電機軸上輸出的機械功率：222121rssImpPPcuemmecemmecPsP)1 ( 轉(zhuǎn)子軸上輸出的機械功率：轉(zhuǎn)子軸上輸出的機械功率：)(2ppPPmecmec結(jié)論：結(jié)論： 隨著隨著負載負載的增加，轉(zhuǎn)差率提高，轉(zhuǎn)子銅耗加大，轉(zhuǎn)子的增加，轉(zhuǎn)差率提高，轉(zhuǎn)子銅耗加大，轉(zhuǎn)子發(fā)熱嚴(yán)重。發(fā)熱嚴(yán)重。2cuemmecpPPemmecPsP)1 ( emcusPP2注意注意P P的大的大小寫小寫鐵損記在鐵損記在定子側(cè)？定子側(cè)？6.8.2 轉(zhuǎn)矩平衡方程)(2ppPPmecmec02TTTem11)1 ()1 (ememmecemPsPsPT 角速度角速度和和轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩的乘積是的乘積是功率功率轉(zhuǎn)子本身

59、產(chǎn)生機械轉(zhuǎn)子本身產(chǎn)生機械功率的概念功率的概念以同步速運行的旋轉(zhuǎn)磁場以同步速運行的旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生機械功率的概念產(chǎn)生機械功率的概念 的物理表達式的物理表達式emT2211222212122221cos/2cos)2(cosICpfIkNfmIEmPTmTmwemem回憶一下直流電機回憶一下直流電機aTemICT 異步電動機異步電動機與與直流電動機直流電動機電磁轉(zhuǎn)矩的表達式電磁轉(zhuǎn)矩的表達式形式上類似形式上類似。然而，三相異步電動機的然而，三相異步電動機的主磁通主磁通與與轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)子電流之間之間存在耦合存在耦合，從，從而導(dǎo)致異步電動機轉(zhuǎn)矩控制的復(fù)雜性。而對于直流電機，其而導(dǎo)致異步電動機轉(zhuǎn)矩控制的復(fù)雜性。

60、而對于直流電機，其主主磁通與轉(zhuǎn)子電樞電流磁通與轉(zhuǎn)子電樞電流之間是之間是解耦解耦的，因而直流電機的轉(zhuǎn)矩控制的，因而直流電機的轉(zhuǎn)矩控制較為簡單。較為簡單。按磁場定向的矢量控制按磁場定向的矢量控制 與變壓器類似，通過試驗測得等效電路種對應(yīng)的參數(shù)的值，以便分析和計算。6.9三相異步電動機等效電路參數(shù)的試驗測定空載試驗短路試驗6.10三相異步電動機的運行特性6.10.1 工作特性機械特性工作特性運行特性定義：定義： 三相異步電動機的工作特性定義為：三相異步電動機的工作特性定義為：nemT1I1cos)(2Pf條件：條件：NNUUff1111(1)(1)轉(zhuǎn)速特性轉(zhuǎn)速特性 NNffUUPfn1111)(22