電機與拖動課件第3章異步電機的基本理論

3.1三相異步電動機的工作原理

3.2三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)3.5三相異步電動機的運行分析3.6三相異步電動機的功率和轉(zhuǎn)矩3.7三相異步電動機的運行特性3.8單相異步電動機*3.9三相直線異步電動機*3.10三相異步發(fā)電機第3章異步電機的基本理論3.1三相異步電動機的工作原理

3.2三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)3.3三相異步電動機的電動勢平衡方程式3.4三相異步電動機的磁通勢平衡方程式3.5三相異步電動機的運行分析3.6三相異步電動機的功率和轉(zhuǎn)矩3.7三相異步電動機的運行特性3.8單相異步電動機*3.9三相直線異步電動機*3.10三相異步發(fā)電機異步電動機用途及特點異步電動機的用途異步電機是一種交流電機，主要作為電動機使用。異步電動機分為三相和單相兩種。異步電動機廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)及民用電器的各個部門。異步電動機的容量從幾十瓦到數(shù)千千瓦，占各種電動機總數(shù)的90%左右，占電網(wǎng)總負荷的60%。優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、價格低廉、運行可靠、 堅固耐用、維修方便、運行效率較高等。缺點：功率因數(shù)較低、調(diào)速性能不夠好。.3

各式異步電動機防爆電動機鼠籠式電動機繞線式電動機高壓電動機問題１：隨著磁場的轉(zhuǎn)動，閉合線圈是如何運動的？問題2：閉合線圈的轉(zhuǎn)動方向與磁場的旋轉(zhuǎn)方向有什么關(guān)系？3.1三相異步電動機的工作原理一、旋轉(zhuǎn)磁場1.旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生W2

W1V2

V1U1U2

對稱三相(多相)電流

→對稱三相(多相)繞組→旋轉(zhuǎn)磁場。三相繞組橫截面U1U2V1V2W2W1U1V1

W1U2V2

W2流出流入規(guī)定電流正方向：首端到末端U←V←W←U1U2V1V2W2W1i1=Imsin

ti2=Imsin(

t－120O)i3=Imsin(

t＋120O)i1

i2

i3

t=0O

時i1=0，i2＜0，i3

＞0××NSIm

tOi1規(guī)定電流正方向：首端到末端120O240O

360O0O

t=0O

時i1=0，i2＜0，i3＞0U1U2V1V2W2W1NS

t=120O

時i1＞0，i2=

0，i3＜0U1U2V1V2W2W1NSU1U2V1V2W2W1U1U2V1V2W2W1NS

t=240O

時i1＜

0，i2＞0，i3=0

t=360O

時i1=0，i2＜0，i3＞0NS結(jié)論：當空間彼此相差1200的三個相同的線圈通入對稱三相交流電時，就能夠產(chǎn)生與電流有相同角速度的旋轉(zhuǎn)磁場。觀察：旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)向如何?i

變化一周i每秒鐘變化50周i每分鐘變化(50×60)周→旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)一圈→旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)50圈→旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)3000圈2.旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速同步轉(zhuǎn)速n0

n0

=3000=60f1(r/min)

同步轉(zhuǎn)速n0的大小怎樣改變？磁極對數(shù)p=1U1U2V1V2W2W1每相繞組由一個線圈組成U1V1W1U2V2

W2U3V3

W3U4V4

W4U1U2U3U4V1V4V2V3W4W1W2W3每相繞組由兩個線圈串聯(lián)組成U1U2U3U4V1V4V2V3W4W1W2W3××××

t=0O

時i1=0，i2＜0，i3

＞0NSNS

磁極對數(shù)p=2

電流變化一周→旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)半圈

n0

=1500

當磁極對數(shù)p=3時

n0

=100060f12=60f13=60f1pn0=

f1

=50Hz時：123456300015001000750600500pn0/(r/min)

3.旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向U(i1)→V(i2)→W(i3)※由超前相轉(zhuǎn)向滯后相?！赏ㄈ肜@組中的電流的相序決定的。U(i1)→W(i2)→

V(i3)問題：怎樣改變n0

的方向?方法：把接到三相繞組上的任意兩根電源線對調(diào)，就可實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)磁場的反轉(zhuǎn)。問題：如果三相異步電動機的定子接入三相電源,則轉(zhuǎn)子將處于一個旋轉(zhuǎn)的磁場當中，會產(chǎn)生什么效果呢？二、工作原理機械負載旋轉(zhuǎn)起來對稱三相繞組通入對稱三相電流旋轉(zhuǎn)磁場（磁場能量）磁感線切割轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生e和i轉(zhuǎn)子繞組在磁場中受到電磁力的作用轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)起來電磁轉(zhuǎn)矩感應(yīng)

三相交流電能n0n01.電磁轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生×

××

×轉(zhuǎn)子電流有功分量與e2同方向轉(zhuǎn)子電流有功分量與旋轉(zhuǎn)磁場相互作用NS特點：·電動機內(nèi)必須有一個以n0旋轉(zhuǎn)的磁場——實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的前提；·電動運行時n恒不等于n0

（異步）——必要條件n<n0；·建立轉(zhuǎn)矩的電流由感應(yīng)產(chǎn)生?！袘?yīng)名稱的來源。

轉(zhuǎn)差率:s=n0－nn0轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速:n=(1－s)n0

起動時n=0，s=1

理想空載時n=n0，s=0

正常運行時0＜n＜n0，1＞s＞0

額定運行時sN=0.01~0.092n0n00-n0210-1Sn1)電動機狀態(tài)：0<n<n1；0<s<1轉(zhuǎn)子：i2、e2同方向；Tem與轉(zhuǎn)向n相同，為驅(qū)動轉(zhuǎn)矩；定子上：從電網(wǎng)吸收電功率。轉(zhuǎn)子上：輸出機械轉(zhuǎn)矩Tem順著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向，“拉”著轉(zhuǎn)子“跑”ξ:異步電動機的各種運轉(zhuǎn)狀態(tài)n1即n02)發(fā)電機狀態(tài)：n>n1；s<0轉(zhuǎn)子：i2、e2與電動機狀態(tài)相反；

Tem與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相反，為制動轉(zhuǎn)矩；轉(zhuǎn)子上：吸收機械轉(zhuǎn)矩定子上：輸出電功率。Tem逆著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向，“拽”著轉(zhuǎn)子3)制動狀態(tài)：

n<0；s>1轉(zhuǎn)子：Tem與n1轉(zhuǎn)向相同，與n方向相反,

為制動轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)子上：吸收機械轉(zhuǎn)矩定子上：從電網(wǎng)吸收電功率兩者吸收的能量全轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芟牡鬞em逆著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向，“拽”著轉(zhuǎn)子電動機狀態(tài)制動狀態(tài)三種工作狀態(tài)的應(yīng)用現(xiàn)代感應(yīng)電機主要作為電動機。電磁制動往往只是感應(yīng)電動機在完成某一生產(chǎn)過程而出現(xiàn)的短時運行狀態(tài)，例如交流起重機下放重物時，為限制下放速度，往往使感應(yīng)電機運行于電磁制動狀態(tài)；感應(yīng)發(fā)電機，有時用于農(nóng)業(yè)小型水電站和風力發(fā)電站。旋轉(zhuǎn)磁場與電磁轉(zhuǎn)矩同向——電網(wǎng)向電機輸入電能轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向與電磁轉(zhuǎn)矩同向——電機向外界輸出機械能2.電磁轉(zhuǎn)矩的大小

T=CTΦmI2cos

23.電磁轉(zhuǎn)矩的方向(電動狀態(tài)時)與旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向相同。順時針方向旋轉(zhuǎn)問題：怎樣改變轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向?3~M3~UVW3~M3~UVW逆時針方向旋轉(zhuǎn)氣隙——較小為宜(氣隙小，磁阻小，則勵磁電流小)定子①機座②定子鐵心③定子繞組轉(zhuǎn)子⑴繞線式轉(zhuǎn)子⑵鼠籠式轉(zhuǎn)子①轉(zhuǎn)子鐵心②轉(zhuǎn)子繞組③轉(zhuǎn)軸3.2三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)一、主要部件三相感應(yīng)電動機的結(jié)構(gòu)籠型異步電機剖面圖轉(zhuǎn)軸定子繞組轉(zhuǎn)子定子鐵心端蓋接線盒下圖是一臺三相鼠籠型異步電動機主要部件的拆分圖。1.定子①機座②定子鐵心③定子繞組①機座:固定和支撐定子鐵心②定子鐵心作用：定子磁路的一部分、嵌放定子繞組。構(gòu)成：為減少鐵耗，鐵心一般采用導(dǎo)磁性能好、磁滯損耗小的0.5mm厚的硅鋼片疊成。

——定子沖片定子沖片為嵌放定子繞組，定子沖片中均勻地沖制若干個形狀相同的槽。半閉合開口槽半開口半閉合（小型機，繞組為圓導(dǎo)線）、半開口（低壓中型機，繞組為成型線圈）、開口槽（高壓大、中型機，繞組為用絕緣帶包扎并浸漆處理過的成型線圈）。槽形：作用：是電機的電路，它可感應(yīng)電動勢、流過電流、實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換。③定子繞組線圈又稱為繞組元件，是組成交流繞組的基本元件。2.轉(zhuǎn)子①轉(zhuǎn)子鐵心②轉(zhuǎn)子繞組⑵繞線式轉(zhuǎn)子⑴鼠籠式轉(zhuǎn)子③轉(zhuǎn)軸繞線型異步電動機鼠籠型異步電動機①轉(zhuǎn)子鐵心：0.5mm厚的硅鋼片沖制疊壓而成。作用：電機磁路的一部分、嵌放轉(zhuǎn)子繞組。②轉(zhuǎn)子繞組：感應(yīng)電動勢、流過電流、產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。斜槽形式鼠籠式轉(zhuǎn)子繞組自己短路的繞組，在轉(zhuǎn)子在每個槽中放有一根導(dǎo)體，導(dǎo)體比鐵芯長，在鐵芯兩端用兩個端環(huán)將導(dǎo)體短接，形成短路繞組。若將鐵芯去掉，剩下的繞組形狀似松鼠籠子，故稱鼠籠式繞組。了解知識：銅料：需要把事先做好的裸銅條插入轉(zhuǎn)子鐵心上的槽里，再用銅端環(huán)套在伸出兩端的銅條上，最后焊在一起。鋁料：熔化的鋁液直接澆鑄在轉(zhuǎn)子鐵心上的槽里，連同端環(huán)、風扇一次鑄成。鑄鋁鼠籠轉(zhuǎn)子可節(jié)約用銅，工藝簡單，可提高生產(chǎn)率，所以容量在100kW以下的小型異步機一般采用。繞線式繞組為對稱三相繞組，一般接成星形，出線端經(jīng)滑環(huán)、電刷引出電流。特點：可在轉(zhuǎn)子回路串入附加電阻，改善起動性能、調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。了解知識：三相末端聯(lián)接在一起，三相始端分別與裝在轉(zhuǎn)軸上但與轉(zhuǎn)軸絕緣的三個滑環(huán)相聯(lián)接，沿環(huán)外緣又與三個靜止的電刷相接觸，電刷再和外電路聯(lián)接。借此，轉(zhuǎn)子繞組既能自身閉合又能把附加電阻引入轉(zhuǎn)子電路以改善電動機的運行性能。繞線式轉(zhuǎn)子繞組異步電動機繞線轉(zhuǎn)子③轉(zhuǎn)軸

支撐轉(zhuǎn)子鐵心，輸出機械轉(zhuǎn)矩。3.氣隙定轉(zhuǎn)子之間的間隙，很小，0.2-1mm。對電機的性能影響很大。氣隙大小對電機性能有很大的影響氣隙大：磁阻大，勵磁電流大，功率因數(shù)低。氣隙小：為了降低電機的空載電流（勵磁電流），提高電機的功率因數(shù)，氣隙應(yīng)盡可能地小。如果把感應(yīng)電機看作變壓器，顯然，氣隙愈小則定子和轉(zhuǎn)子之間的相互感應(yīng)作用就愈好。但是氣隙過小，將使裝配困難和運行不可靠，因此允許采用的最小氣隙是受加工可能性及機械安全考慮所能達到的最小值所限制。二、三相繞組電角度——一對磁極所占的空間電角度為3600空間一周電角度=

p×機械角度（3600）例：電機為1對極(p=1)時電角度

=

1×3600=

3600

NS電機定子鐵心NNSS電機的極對數(shù)

交流繞組的基本術(shù)語1800機械角3600電角度3600機械角3600電角度電機為2對極(p=2)時電角度

=

2×3600=

7200

圈邊首端尾端兩匝線圈

每極每相槽數(shù)q

z2pmq==122×1×3=2123456789101112SNU1U2一相繞組接線圖（單層）例如：z=12，p=1，m=3，y=

。定子槽

極距

相鄰兩磁極中心線間的距離（槽數(shù)）

z2p

==122×1=6NSNS

τSN123456789101112U1U2

簡化的一相繞組接線圖（單層）定子槽定子槽

槽距角α

=p·360oz=1×

360o12=30°相鄰兩槽中心線間的電角度。SN123456789101112U1U2

簡化的一相繞組接線圖（單層）定子槽

線圈節(jié)距y

線圈的兩圈邊之間的距離（槽數(shù)）。當y=

時，稱為整距繞組；當y＜

時，稱為短距繞組。

z2py=

==122×1=6SN123456789101112U1U2yV1V2定子槽當q＞1——分布繞組。當q=1——集中繞組。SN123456789101112U1U2V1V2W1W2三相單層整距分布繞組接線圖交流繞組的構(gòu)成原則均勻原則：每個極域內(nèi)的槽數(shù)（線圈數(shù)）要相等，各相繞組在每個極域內(nèi)所占的槽數(shù)應(yīng)相等。對稱原則：三相繞組的結(jié)構(gòu)完全一樣，但在電機的圓周空間互相錯開1200電角度。如槽距角為α，則相鄰兩相錯開的槽數(shù)為120/α。電勢相加原則：線圈兩個圈邊的感應(yīng)電勢應(yīng)該相加；線圈與線圈之間的連接也應(yīng)符合這一原則。如線圈的一個邊在N極下，另一個應(yīng)在S極下。（一）三相單層繞組1、構(gòu)造方法和步驟1）分極分相

*將總槽數(shù)按給定的極數(shù)均勻分開，（N、S極相鄰分布）并標記假設(shè)的感應(yīng)電勢方向。

*將每個極域的槽數(shù)按三相均勻分開。三相在空間錯開1200電角度。30o2）連線圈和線圈組

將一對極域內(nèi)屬于同一相的q個線圈連成一個線圈組；連接應(yīng)符合電勢相加原則。注意：每對磁極下有一個線圈組3）連相繞組

*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(lián)與并聯(lián)：電流相加與電勢相加*最大并聯(lián)支路數(shù)a＝p。4）連三相繞組

*將三個構(gòu)造好的單相繞組連成完整的三相繞組；接法或Y接法；2、單層繞組分類

1）同心式繞組2）鏈式繞組三相單層同心式繞組展開圖（A相）2p=4Z=24a=1三相單層鏈式繞組展開圖（A相）2p=4Z=24a=13）等元件單層疊繞組三相單層等元件繞組展開圖（A相）2p=4Z=24a=1單層繞組主要用于小型異步電動機。4）交叉鏈式繞組優(yōu)點不適宜于大中型電機元件少，結(jié)構(gòu)簡單，嵌線方便，槽內(nèi)無層間絕緣廣泛應(yīng)用于10kW以下的異步電動機定子繞組單層繞組為整距繞組缺點電動勢和磁動勢波形較差鐵損和噪聲較大起動性能較差三相單層繞組的優(yōu)缺點（二）三相雙層繞組1、構(gòu)造方法和步驟1）分極分相2)連線圈和線圈組注意：每個磁極下有一個線圈組3)連相繞組10kW以上的電機主要采用雙層繞組4）連三相繞組三相雙層疊繞組展開圖τ=6(槽)y

=5(槽)α

=300q=2(槽)yτ123456789111012131415161718192021222324令每相并聯(lián)支路數(shù)為1，頭接頭尾接尾串聯(lián)AXNSSN1200BY1200CZ

雙層繞組的特點：1）線圈數(shù)等于槽數(shù)；2）線圈組數(shù)等于極數(shù)，也等于最大并聯(lián)支路數(shù)；3）每相繞組的電動勢等于每條支路的電動勢。優(yōu)點可以選擇最有利的節(jié)距，使電動勢和磁動勢波形更接近正弦波所有線圈的形狀和尺寸相同，便于實現(xiàn)機械化端部排列整齊機械強度高可組成較多的并聯(lián)支路缺點嵌線困難用銅量大1.極數(shù)轉(zhuǎn)子極數(shù)=定子極數(shù)因為：轉(zhuǎn)子中的電動勢和電流是感應(yīng)出來的。三、籠型繞組p1=

p2=pNSSNNS

如果兩者不相等，則轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)不起來?！?/p>

×

×

×n0n0NS2.相數(shù)

籠型轉(zhuǎn)子是對稱多相繞組。

轉(zhuǎn)子槽數(shù)能被磁極對數(shù)整除時m2=z2p每對磁極下的每一根導(dǎo)條就構(gòu)成一相。各對極下占相同位置的導(dǎo)條可看作是屬于一相的并聯(lián)導(dǎo)條。

m2=6

轉(zhuǎn)子槽數(shù)不能被極對數(shù)整除時

m2=z2

即每一根導(dǎo)條就構(gòu)成一相。NNSS1234567891011123.匝數(shù)N2=

12（一根導(dǎo)條相當于半匝）三相異步電動機型號kWHZr/minVA防護等級級絕緣Kg年月接法產(chǎn)品編號標準編號電壓電流質(zhì)量定額湖北臥龍電機廠Y180L—64503806.39

B連續(xù)960Δ8020078IP44JB742-9612345678四、三相異步電動機的銘牌1）型號：為了適應(yīng)不同用途和不同工作環(huán)境的需要，電動機制成不同的系列，每種系列用各種型號表示。Y180L-6三相異步電動機磁極數(shù)機座中心高機座長度代號（S-短機座；M-中機座；L-長機座）異步電動機產(chǎn)品名稱代號產(chǎn)品名稱異步電動機繞線式異步電動機防爆型異步電動機高起動轉(zhuǎn)矩異步電動機新代號漢字意義老代號Y異異繞異爆異起YRYBYQJ、JOJR、JROJB、JBOJQ、JQO2）接法大連理工大學電氣工程系

定子接線盒U1V1

W1W2U2V2U1V1

W1U2V2

W2星形(Y)聯(lián)結(jié)U1V1

W1W2

U2V23~三角形(

)聯(lián)結(jié)U1V1

W1W2

U2V23~3）額定值額定功率——電動機在額定情況下，軸上輸出的機械功率。單位：KW。額定電壓額定電流額定頻率50Hz額定轉(zhuǎn)速額定功率因數(shù)——電動機額定運行時加在定子繞組上的線電壓。單位：V或KV?！妱訖C在額定電壓下，軸上有額定功率輸出時，定子繞組中的線電流。單位：A?！妱訖C在額定狀態(tài)時轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。 單位：r/min。.P1N=3UNINcos

NPN=

NP1N=3UNINcos

N

N絕緣等級：是按電動機繞組所用的絕緣材料在使用時容許的極限溫度來分級的。所謂極限溫度，是指電動機絕緣結(jié)構(gòu)中最熱點的最高容許溫度。工作方式：額定運行允許的持續(xù)時間分為連續(xù)、短時、斷續(xù)絕緣等級YAEBFHC極限工作溫度（。C)90105120130155180>180

【例3.2.1】

Y180M－2型三相異步電動機，PN=22kW，UN=380V，三角形聯(lián)結(jié)，IN=42.2A，

N=0.89，fN=50Hz，nN=2940r/min。求額定運行時的：(1)轉(zhuǎn)差率；(2)定子繞組的相電流；(3)輸入有功功率；(4)效率。解：(1)

由型號知2p=2，即

p=1，因此

n0=3000r/min，故sN=n0－nNn0=3000－29403000=0.02(2)由于定子三相繞組為三角形聯(lián)結(jié)，故相電流為I1P

=IN342.23=A=24.4A(3)輸入有功功率P1N=3UNIN

N

=1.732×380×42.2×0.89W=24719.2W=24.72kW(4)效率

N=×100%PNP1N=×100%=89%2224.723.3三相異步電動機的電動勢平衡方程式一、定子電路的電動勢平衡方程式U1=－E1+(R1

+jX1)

I1E1=4.44kw1

N1f1Φm

=－E1+Z1I1定子繞組的電動勢kw1定子繞組的繞組因數(shù)kw1N1定子繞組的有效匝數(shù)式中電動勢平衡方程式定子頻率f1=pn060忽略R1和X1，則U1=E1=4.44kw1

N1f1Φm

=U1

4.44kw1

N1f1即Φm正比于相電壓U1

E2s=

4.44kw2N2f2Φm

二、轉(zhuǎn)子電路的電動勢平衡方程式電動勢平衡方程式轉(zhuǎn)子繞組漏電抗X2s=

2

f2L2轉(zhuǎn)子繞組電動勢kw2轉(zhuǎn)子繞組的繞組因數(shù)(籠型繞組kw2=1)kw2N2轉(zhuǎn)子繞組的有效匝數(shù)0=E2s－(R2+jX2s)I2s=E2s－Z2sI2s式中f2=p(n0－n)60=

s

f1轉(zhuǎn)子頻率=pn060n0－nn0E2

=

4.44kw2N2f1Φm

轉(zhuǎn)子靜止時，f2=f1轉(zhuǎn)子靜止時的漏電抗

X2=

2

f1L2轉(zhuǎn)子靜止時的電動勢

X2s=

s

X2E2s=

s

E2則

【例3.3.1】

某繞線型三相異步電動機，nN=2880r/min，fN=50Hz，轉(zhuǎn)子繞組開路時的額定線電壓U2N=254V。求該電動機在額定狀態(tài)下運行時轉(zhuǎn)子每相繞組的電動勢E2s和轉(zhuǎn)子頻率f2。解：由nN=2880

r/min，可知n0=3000r/min，則sN=n0－nNn0=3000－28803000=0.04由于轉(zhuǎn)子繞組為星形聯(lián)結(jié)，故轉(zhuǎn)子繞組開路時的相電壓為U2=E2=U2N32541.732=V=146.82V額定狀態(tài)下運行時

E2s=sNE2

=0.04×146.82V=5.87V

f2=sNf1=0.04×50Hz=2Hz※三、繞組因數(shù)1.節(jié)距因數(shù)整距線圈的電動勢SN

y=

Ec'Ec"Ec'Ec"EcEc=Ec'－Ec"

短距線圈的電動勢SNEc'Ec"

yEc'EcEc"

y

180oEc=Ec'－Ec"Ec=2Ec'kp

Ec

=2Ec'kw

=kp

kskp=sin90°y

=短距線圈的電動勢整距線圈的電動勢2.分布因數(shù)集中繞組

E=q個線圈電動勢的代數(shù)和=qEc

分布繞組

E=q個線圈電動勢的相量和＜qEc兩者之比，即在整距繞組中kp=1

在短距繞組中kp<1

已知：相鄰兩個線圈電動勢的相位差為

。設(shè)：q=3，則

Ec1Ec2Ec3

q

2Ec3Ec1Ec2

REqEc

=

2Rsin

2Eq

=

2Rsinq

2q

2Eq

=Ecsin

2sin=qEc

ks=q

Ecsinq

sin

2q

2ks=

sinq

sin

2q

23.4三相異步電動機的磁通勢平衡方程式一、磁通勢平衡方程式1.定子旋轉(zhuǎn)磁通勢F1m=0.9m1kw1N1

I12p

轉(zhuǎn)向與定子電流相序一致。

轉(zhuǎn)速

n1=

n0=p60f1

幅值2.轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁通勢F2m=0.9m2kw2N2

I2s2p

轉(zhuǎn)向

幅值與轉(zhuǎn)子電流的相序一致，即與定子電流相序一致。

轉(zhuǎn)速

(1)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁通勢相對于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速

n2=p60f2=s

n0(2)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁通勢相對于定子的轉(zhuǎn)速

n2+n=s

n0+(1－s)

n0=n0f2=

s

f1

結(jié)論(1)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁通勢與定子旋轉(zhuǎn)磁通勢在空間是沿同一方向以同一速度旋轉(zhuǎn)的。(2)二者組成了統(tǒng)一的合成旋轉(zhuǎn)磁通勢，共同產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。F1m+F2m=F0m3.磁通勢平衡方程(1)理想空載時I2s=0，I1=I0旋轉(zhuǎn)磁通勢的幅值為F0m=0.9m1kw1N1

I02p(2)負載時m1kw1N1

I1+m2kw2N2

I2s=m1kw1N1

I0U1U2NS12FU1U2U1二、脈振磁通勢單相電流通過單相繞組產(chǎn)生脈振磁通勢和脈振磁場兩極整距線圈產(chǎn)生的磁通勢脈振磁通勢：產(chǎn)生脈振磁場的磁通勢。脈振磁場：軸線不變，大小和方向隨時間交變的磁場。F—相繞組磁通勢NS脈振磁勢動畫U1U3U4U2SNNSU1U2與U3U4串聯(lián):×●●×14FU3U1U2U4U1

脈振磁通勢的幅值相繞組磁通勢F的幅值=kw

N

Im=

2kwN

I氣隙矩形波磁通勢的幅值2kwN

I2p=四極整距線圈產(chǎn)生的磁通勢單相繞組的線圈匝數(shù)氣隙基波磁通勢的幅值Fpm2kwN

I2p=4

Fpm

=0.9kwN

Ip三、旋轉(zhuǎn)磁通勢三相繞組通入三相對稱電流各相基波磁勢如圖所示：三相繞組的三個基波脈振磁通勢為FpU=Fpmsin

tFpV=Fpmsin(

t－120o)FpW=Fpmsin(

t＋120o)Fpm

=0.9kwN

IpFpmU1U2V1V2W2W1×××FpU

FpV

FpW

規(guī)定：電流從繞組首端流到末端時，產(chǎn)生的脈振磁勢為正。用空間矢量表示脈振磁勢，每個磁勢的方向在其對應(yīng)繞組的軸線上。其參考正方向如圖U2V1V2W1W2U1不同瞬間三相繞組合成磁勢U2V1V2W1W2U1FpU=Fpmsin90o=Fpm

FpV=Fpmsin(90o

－120o)=-Fpm/2FpW=Fpmsin(90o

＋120o)=-Fpm/2FpU=Fpmsin210oFpV=Fpmsin(210o

－120o)FpW=Fpmsin(210o

＋120o)不同瞬間三相繞組合成磁勢U2V1V2W1W2U1FpU=Fpmsin330oFpV=Fpmsin(330o

－120o)FpW=Fpmsin(330o

＋120o)不同瞬間三相繞組合成磁勢U2V1V2W1W2U1FpU=Fpmsin450oFpV=Fpmsin(450o

－120o)FpW=Fpmsin(450o

＋120o)不同瞬間三相繞組合成磁勢

結(jié)論：Fm=Fpm=m20.9m

kwN

I2p①旋轉(zhuǎn)磁勢的幅值大小不變②旋轉(zhuǎn)磁勢的方向從電流超前相繞組的軸線向電流滯后相繞組的軸線旋轉(zhuǎn)。即按電流相序的方向旋轉(zhuǎn)。③旋轉(zhuǎn)磁勢的轉(zhuǎn)速恒定④旋轉(zhuǎn)磁勢幅值的位置：當某相電流達到正的最大值時，旋轉(zhuǎn)磁勢的幅值就與該相繞組的軸線重合。由于旋轉(zhuǎn)磁勢的幅值恒定不變，其空間向量端點的軌跡是一個圓，故稱為圓形旋轉(zhuǎn)磁勢。..UVWU2V1W1W2V2U1U相繞組軸線(簡稱U軸)V相繞組軸線(簡稱V軸)

W相繞組軸線(簡稱W軸)三個脈振磁動勢的合成F

FWFVFU合成磁動勢出現(xiàn)在電流為最大值的相繞組軸線上U相電流出現(xiàn)最大值旋轉(zhuǎn)磁勢動畫大連理工大學電氣工程系四、高次諧波磁通勢和電動勢磁極的磁場=基波磁場+奇次諧波磁場v次諧波的磁極對數(shù)：v次諧波電動勢頻率：v次諧波電動勢大?。簐次諧波的繞組因數(shù)：v次諧波的節(jié)距因數(shù)：v次諧波的分布因數(shù)：pv=vp1f

v=vf

1Ev=4.44

f

v

kwvNΦmkwv=kpvksv基波極對數(shù)

pkpv=sinv

y

90°ksv=q

2

2sinvqsinv(1)在同步電機中，諧波磁通勢所產(chǎn)生的磁場在轉(zhuǎn)子表面產(chǎn)生渦流損耗，使電機發(fā)熱，

。(2)在感應(yīng)電機中，諧波磁場產(chǎn)生寄生轉(zhuǎn)矩，影響其起動性能；損耗

，cos

，溫升

，

。

y=(0.8~0.83)

諧波磁通勢的影響諧波電動勢的影響

使發(fā)電機電動勢波形變壞，供電質(zhì)量

，雜散損耗

，

，溫升

；干擾鄰近通信線路。解決措施

改善氣隙磁場分布；采用短距繞組和分布繞組；籠型異步電動機轉(zhuǎn)子采用斜槽形式。3.5三相異步電動機的運行分析一、等效電路＋U1－I1R1jX1－E1＋－E2s＋jX2sR2I2sf1f2m1、

kw1N1m2、

kw2N21.頻率折算I2s=sE2R2+jsX2=E2+jX2R2s=I2

頻率歸算的物理含義用一個靜止的、電阻為R2/s的等效轉(zhuǎn)子去代替電阻為R2的實際旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子。只要保持頻率折算后的轉(zhuǎn)子電流的大小和相位不變，即可保持磁勢平衡不變，從而保持定子電流的大小和相位不變，也保持了損耗和功率不變。

R2s=R2+1－ssR2＋U1－I1R1jX1－E1＋－E2＋jX2R2I2f1f1m1、

kw1N1m2、

kw2N21－sR2s轉(zhuǎn)子所產(chǎn)生的機械功率相對應(yīng)的模擬等效電阻頻率歸算后的等效電路E2

f1轉(zhuǎn)軸不輸出機械功率轉(zhuǎn)動時的等效電路＋U1－I1R1jX1－E1＋－E2s＋jX2sR2I2s＋U1－I1R1jX1－E1＋－E2＋jX2R2I2f1f1m1、

kw1N1m2、

kw2N21－sR2sE2s=sE2

f2=sf1轉(zhuǎn)軸輸出機械功率f1f2m1、

kw1N1m2、

kw2N22.繞組折算用一個相數(shù)和有效匝數(shù)與定子繞組相同的轉(zhuǎn)子繞組去等效代替實際的轉(zhuǎn)子繞組。等效的原則：保證電磁效應(yīng)和功率關(guān)系不變。

(1)電動勢的折算折算前：折算后：定、轉(zhuǎn)子的電動勢之比：E2'

=E1=ke

E2=kw1N1kw2N2E2'E2ke

=E1E2=E2=

4.44f1

kw2N2Φm

E2'

=E1=

4.44f1

kw1N1Φm

(2)電流的折算折算前：折算后：F2=0.9m2kw2N2

I22pF2'=0.9m1kw1N1

I2'2p電流比：=m1kw1N1m2kw2N2I2I2'ki

=0.9m2kw2N2

I22p=0.9m1kw1N1

I2'2pI2kiI2'

=(3)阻抗的折算折算前：Z2=+jX2R2s=E2I2折算后：Z2'

=+jX2'R2's=E2'I2'阻抗比：|Z2'||Z2|kZ

==E2'

I2E2

I2'=keki

Z2'

=kZ

Z2R2'

=kZ

R2X2'

=kZ

X23.等效電路及其簡化－

E1=E2'＋＋U1－I1R1jX1jX2'

R2'I2'1－sR2'sR0jX0I0當n=0時，s=1,＝0，機械功率為0，堵轉(zhuǎn)或靜止1－ssR2'

1－ssR2'當n=n0時，s=0,＝∞，機械功率為0，理想空載－

E1=E2'＋＋U1－I1R1jX1jX2'

R2'I2'1－sR2'sR0jX0I0異步電機的勵磁電流較大（約20%～40%IN），把勵磁支路直接移至端點可得到近似等效電路。只能前移，不能略去。U1=－E1+(R1+jX1)

I1二、基本方程式E1=E2'

I1+I2'

=I0+jX2'

)

I2'0=E2'

－(R2'sE1=－Z0I0大連理工大學電氣工程系I2'R2'sI2'三、相量圖E1=E2'

2jX2'I2'－I2'I0I1－E1R1I1jX1I1U1

設(shè)E1=E2'=E10o大連理工大學電氣工程系

【例3.5.1】

一臺三相4極籠型異步電動機，UN=380V，三角形聯(lián)結(jié)，fN=50Hz，nN=1452r/min，R1=1.33，X1=2.43，R2'

=1.12，X2'

=4.4，R0=7，X0=90。試用T形和簡化等效電路計算額定狀態(tài)下運行時的定子相電流、轉(zhuǎn)子相電流和勵磁電流。I2I1I0解：(1)應(yīng)用T形等效電路sN=n0－nNn0=1500－14521500=0.032Z1=R1＋jX1=(1.33＋j2.43)

Z2'

=R2'

/s

＋jX2'

=(1.12/0.032＋j4.4)

=2.7761.3o

=35.287.17o

Z0=R0＋jX0=(7＋j90)

=90.2785.55o

設(shè)U1=3800oV=11.47－29.43O

A=10.02170.11O

AI0=I1＋I2'

=3.91－88.27O

AI1=

U1Z1＋Z0Z2'Z0＋Z2'I2'=－Z0Z0＋Z2'I1或I0=Z2'Z0＋Z2'I1=3.91－88.27O

A(2)應(yīng)用簡化等效電路I2'=－U1Z1＋Z2'=10.28169.35O

AI0=U1Z0=4.21－85.55O

A=A3800O

90.2785.55o

I1=I0－I2'

=12.08－30.32o

A=4.21－85.55O－10.28169.35O

A作業(yè)3.2.23.5.33.6.1

3.6.33.6.4思考題3.1.13.2.33.3.13.4.13.5.13.6.5思考題及解答/29/lljx_view.asp?id=52&cid=0&sec_id=2一、三相異步電動機的功率1.輸入功率P1P1=3U1I1cos

13.6三相異步電動機的功率和轉(zhuǎn)矩=3U1LI1Lcos

12.

定子銅損耗PCu1PCu1=m1R1I12=3R1I123.

鐵損耗PFe（轉(zhuǎn)子鐵損耗忽略不計，因為轉(zhuǎn)子頻率低）PFe=m1R0I02=3R0I02R2's=m1I2'24.電磁功率PePe=P1－PCu1－PFePe=m2E2I2cos

2=m1E2'

I2'cos

25.轉(zhuǎn)子銅損耗PCu2

PCu2=m2R2I22=m1R2'

I2'

2=s

Pe=m1R2'I2'

2+m1R2'I2'

21－ss8.輸出功率P2P2=Pm－P0=Pe－PCu2－P0=P1－PCu1－PFe－PCu2－P06.機械功率PmPm=Pe－PCu21－ss

Pm=m1R2'I2'2=(1－s

)Pe7.空載損耗P0

P0=Pme＋Pad機械損耗附加損耗P1PCu1+PFePePCu2P0P2Pm

總損耗Pal

Pal=PFe＋PCu＋Pme＋Pad=PFe＋(PCu1＋PCu2)＋Pme＋Pad

功率平衡方程式

P2=P1－Pal

效率

=×100%P2P1＝Pme＋Pad電磁功率、機械功率和轉(zhuǎn)子銅耗之間的關(guān)系－

E1=E2'＋＋U1－I1R1jX1jX2'

R2'I2'1－sR2'sR0jX0I0PePmPeR2's=m1I2'2PCu2=m1R2'

I2'

21－ss

Pm=m1R2'I2'2PCu2=s

Pe=(1－s

)PePm

【例3.6.1】

某三相異步電動機，UN=380V，

形聯(lián)結(jié),f1=50Hz,R1=1.5Ω,R2'=1.2Ω。在拖動某負載運行時，相電流I1=11.5A，I2'=10A,=0.86,=82%,

n

=1446r/min。求：該電機的

P1、Pe、Pm和P2

。解：同步轉(zhuǎn)速n0

=60f1p

=60×502r/min=1500r/min轉(zhuǎn)差率s

=n0－nn0=1500－14461500=0.036輸入功率P1=3U1I1

=3×380×11.5×0.86W=11.27kWP2

=

P1=0.82×11.27kW=9.24kW

Pm

=(1－s)Pe=(1－0.036

)×10kW=9.64kW輸出功