1、1重慶大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院重慶大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院2第四章第四章 異步電機(jī)（一）異步電機(jī)（一）三相異步電動(dòng)機(jī)的基本原理三相異步電動(dòng)機(jī)的基本原理3 主要內(nèi)容主要內(nèi)容 第四節(jié)第四節(jié) 三相異步電動(dòng)機(jī)的定子磁動(dòng)勢(shì)及磁場(chǎng)三相異步電動(dòng)機(jī)的定子磁動(dòng)勢(shì)及磁場(chǎng)4第四節(jié)第四節(jié) 定子磁動(dòng)勢(shì)及磁場(chǎng)定子磁動(dòng)勢(shì)及磁場(chǎng) 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)由旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)由旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生 旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)的大小、波形、其他屬性旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)的大小、波形、其他屬性 磁動(dòng)勢(shì)分析：磁動(dòng)勢(shì)分析：線圈線圈線圈組線圈組單相繞組單相繞組三相繞組三相繞組5一、單相繞組的磁動(dòng)勢(shì)一、單相繞組的磁動(dòng)勢(shì)脈振磁動(dòng)勢(shì)脈振磁動(dòng)勢(shì) 2極整距線圈的磁動(dòng)勢(shì)極整距線圈的磁動(dòng)勢(shì)：在空間分布是一個(gè)矩形波，

2、周期為：在空間分布是一個(gè)矩形波，周期為兩個(gè)極距兩個(gè)極距2，幅值為磁回路所圍全電流的一半，幅值為磁回路所圍全電流的一半Nyi/2 設(shè)交流電流：設(shè)交流電流： 則產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)分布矩形波為：則產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)分布矩形波為：1、整距線圈的磁動(dòng)勢(shì)、整距線圈的磁動(dòng)勢(shì)2 cosiIt12( , )cos22yyyfx tN iN Itx第四節(jié)第四節(jié) 定子磁動(dòng)勢(shì)及磁場(chǎng)定子磁動(dòng)勢(shì)及磁場(chǎng)6 磁動(dòng)勢(shì)是時(shí)間的函數(shù)，大小隨電流變化：磁動(dòng)勢(shì)是時(shí)間的函數(shù)，大小隨電流變化： t=0，i=Im，磁動(dòng)勢(shì)幅值達(dá)最大值，磁動(dòng)勢(shì)幅值達(dá)最大值Fym； t=90o，i=0，磁動(dòng)勢(shì)幅值為零；，磁動(dòng)勢(shì)幅值為零； t90o，i0，磁動(dòng)勢(shì)隨之改變方向。

3、，磁動(dòng)勢(shì)隨之改變方向。 t=180o，i=-Im，磁動(dòng)勢(shì)幅值達(dá)負(fù)的最大值，磁動(dòng)勢(shì)幅值達(dá)負(fù)的最大值-Fym。 這種從空間上看位置固定，從時(shí)間上看大小在正負(fù)最大值這種從空間上看位置固定，從時(shí)間上看大小在正負(fù)最大值之間變化的磁動(dòng)勢(shì)，稱為之間變化的磁動(dòng)勢(shì)，稱為脈振磁動(dòng)勢(shì)脈振磁動(dòng)勢(shì) 脈振的頻率脈振的頻率就是交流電流的頻率就是交流電流的頻率x第四節(jié)第四節(jié) 定子磁動(dòng)勢(shì)及磁場(chǎng)定子磁動(dòng)勢(shì)及磁場(chǎng)7 4極整距線圈的磁動(dòng)勢(shì)：極整距線圈的磁動(dòng)勢(shì)：與與2極情況完全相同，僅僅是磁動(dòng)勢(shì)極情況完全相同，僅僅是磁動(dòng)勢(shì)分布波形的周期數(shù)增加為分布波形的周期數(shù)增加為p倍倍結(jié)論：結(jié)論：異步電動(dòng)機(jī)一個(gè)整距線圈磁動(dòng)勢(shì)分布和大小變化的規(guī)律異步

4、電動(dòng)機(jī)一個(gè)整距線圈磁動(dòng)勢(shì)分布和大小變化的規(guī)律是，在空間按矩形波分布，大小隨時(shí)間作正弦變化。是，在空間按矩形波分布，大小隨時(shí)間作正弦變化。第四節(jié)第四節(jié) 定子磁動(dòng)勢(shì)及磁場(chǎng)定子磁動(dòng)勢(shì)及磁場(chǎng)8 應(yīng)用應(yīng)用傅氏級(jí)數(shù)傅氏級(jí)數(shù)，可將矩形分布的磁動(dòng)勢(shì)波分解為，可將矩形分布的磁動(dòng)勢(shì)波分解為一個(gè)基波一個(gè)基波和和一系列諧波一系列諧波： 由于磁動(dòng)勢(shì)分布對(duì)橫軸的對(duì)稱性，即由于磁動(dòng)勢(shì)分布對(duì)橫軸的對(duì)稱性，即f(x)=-=-f(x+ +) ，因此，因此矩形波分解后矩形波分解后僅含有奇次諧波僅含有奇次諧波； 又由于磁動(dòng)勢(shì)分布對(duì)縱軸的對(duì)稱性，即又由于磁動(dòng)勢(shì)分布對(duì)縱軸的對(duì)稱性，即f(x)=f(-x)，因此矩，因此矩形波分解后形波分解

5、后僅含有余弦項(xiàng)僅含有余弦項(xiàng)； 基波幅值基波幅值是矩形波幅值的是矩形波幅值的4/倍，倍，v（奇數(shù)）次（奇數(shù)）次諧波幅值諧波幅值是是基波幅值的基波幅值的1/v倍。倍。 按傅里葉級(jí)數(shù)展開(kāi)的磁動(dòng)勢(shì)幅值為：按傅里葉級(jí)數(shù)展開(kāi)的磁動(dòng)勢(shì)幅值為：135( )coscos3cos5ymyyyFxFxFxFx142sin,1,3,5,22yvyFN Ivvv 其中，其中，第四節(jié)第四節(jié) 定子磁動(dòng)勢(shì)及磁場(chǎng)定子磁動(dòng)勢(shì)及磁場(chǎng)9 一個(gè)整距線圈所產(chǎn)生的脈振磁動(dòng)勢(shì)表達(dá)式為：一個(gè)整距線圈所產(chǎn)生的脈振磁動(dòng)勢(shì)表達(dá)式為：( , )( )cos4211coscos3cos5cos235110.9coscos3cos5cos35yymyyf

6、x tFxtN IxxxtN Ixxxt把以把以2 2為周期為周期的矩形的矩形磁動(dòng)勢(shì)波磁動(dòng)勢(shì)波用傅氏級(jí)數(shù)分解用傅氏級(jí)數(shù)分解第四節(jié)第四節(jié) 定子磁動(dòng)勢(shì)及磁場(chǎng)定子磁動(dòng)勢(shì)及磁場(chǎng)10 組成線圈組的線圈，相互組成線圈組的線圈，相互間隔一個(gè)槽距角間隔一個(gè)槽距角，且是，且是串聯(lián)的串聯(lián)的2、線圈組的磁動(dòng)勢(shì)、線圈組的磁動(dòng)勢(shì)1）整距線圈的線圈組磁動(dòng)勢(shì)）整距線圈的線圈組磁動(dòng)勢(shì)（q= =3的單層整距線圈組為例）的單層整距線圈組為例） 每個(gè)整距線圈形成一個(gè)矩形磁動(dòng)勢(shì)波，共每個(gè)整距線圈形成一個(gè)矩形磁動(dòng)勢(shì)波，共3個(gè)個(gè) 3個(gè)矩形波的幅值都相同，在空間彼此間隔個(gè)矩形波的幅值都相同，在空間彼此間隔電角度電角度 每個(gè)矩形波都可分解為

7、基波及一系列奇次諧波：基波相每個(gè)矩形波都可分解為基波及一系列奇次諧波：基波相加，得到基波合成磁動(dòng)勢(shì)；各次諧波相加，得到各次諧加，得到基波合成磁動(dòng)勢(shì)；各次諧波相加，得到各次諧波合成磁動(dòng)勢(shì)波合成磁動(dòng)勢(shì)第四節(jié)第四節(jié) 定子磁動(dòng)勢(shì)及磁場(chǎng)定子磁動(dòng)勢(shì)及磁場(chǎng)11 整距線圈的線圈組基波合成磁動(dòng)勢(shì)幅值計(jì)算：整距線圈的線圈組基波合成磁動(dòng)勢(shì)幅值計(jì)算：各線圈磁各線圈磁動(dòng)勢(shì)波動(dòng)勢(shì)波合成磁動(dòng)合成磁動(dòng)勢(shì)的基波勢(shì)的基波12 sin2qqFR12 sin2yFR每個(gè)基波磁動(dòng)勢(shì)幅值每個(gè)基波磁動(dòng)勢(shì)幅值基波合成磁動(dòng)勢(shì)幅值基波合成磁動(dòng)勢(shì)幅值第四節(jié)第四節(jié) 定子磁動(dòng)勢(shì)及磁場(chǎng)定子磁動(dòng)勢(shì)及磁場(chǎng)逐點(diǎn)相加法逐點(diǎn)相加法矢量相加法矢量相加法12 單層整

8、距線圈組的基波合成磁動(dòng)勢(shì)幅值：?jiǎn)螌诱嗑€圈組的基波合成磁動(dòng)勢(shì)幅值： 其中，其中，kq1稱為基波磁動(dòng)勢(shì)的稱為基波磁動(dòng)勢(shì)的分布因數(shù)分布因數(shù)： 它表示：它表示：同樣匝數(shù)分布繞組的基波磁動(dòng)勢(shì)，比有同樣匝數(shù)同樣匝數(shù)分布繞組的基波磁動(dòng)勢(shì)，比有同樣匝數(shù)集中繞組（集中繞組（q個(gè)線圈集中在一個(gè)槽內(nèi)）的基波磁動(dòng)勢(shì)，所個(gè)線圈集中在一個(gè)槽內(nèi)）的基波磁動(dòng)勢(shì)，所減小的系數(shù)。顯然，減小的系數(shù)。顯然，kq1 1。11111sin4222sin2qyyqyqqFqFqF kqN Ikq1sin2sin2qqkq第四節(jié)第四節(jié) 定子磁動(dòng)勢(shì)及磁場(chǎng)定子磁動(dòng)勢(shì)及磁場(chǎng)13 單層整距線圈組的高次諧波合成磁動(dòng)勢(shì)幅值：?jiǎn)螌诱嗑€圈組的高次諧波合

9、成磁動(dòng)勢(shì)幅值： 其中，其中，kqv稱為稱為v次諧波磁動(dòng)勢(shì)的分布因數(shù)：次諧波磁動(dòng)勢(shì)的分布因數(shù)： 它表示同樣匝數(shù)分布繞組的高次諧波磁動(dòng)勢(shì)，比有同樣它表示同樣匝數(shù)分布繞組的高次諧波磁動(dòng)勢(shì)，比有同樣匝數(shù)集中繞組（匝數(shù)集中繞組（q個(gè)線圈集中在一個(gè)槽內(nèi)）的高次諧波磁個(gè)線圈集中在一個(gè)槽內(nèi)）的高次諧波磁動(dòng)勢(shì)，所減小的系數(shù)。顯然，動(dòng)勢(shì)，所減小的系數(shù)。顯然，kqv1。1 422qvyvqvyqvFqF kqN Ikvsin2sin2qvqvkvq第四節(jié)第四節(jié) 定子磁動(dòng)勢(shì)及磁場(chǎng)定子磁動(dòng)勢(shì)及磁場(chǎng)14 例例4-24-2 一臺(tái)一臺(tái)4 4極三相異步電動(dòng)機(jī)，定子槽數(shù)為極三相異步電動(dòng)機(jī)，定子槽數(shù)為3636，計(jì)算其基波和計(jì)算其基

10、波和5 5次、次、7 7次諧波磁動(dòng)勢(shì)的分布因數(shù)。次諧波磁動(dòng)勢(shì)的分布因數(shù)。解解 計(jì)算每相每極槽數(shù)計(jì)算每相每極槽數(shù)q q和和值：值：32323621mpQq6060203q基波分布因數(shù)基波分布因數(shù)960. 0220sin32203sin1qk第四節(jié)第四節(jié) 定子磁動(dòng)勢(shì)及磁場(chǎng)定子磁動(dòng)勢(shì)及磁場(chǎng)15五次諧波分布因數(shù)五次諧波分布因數(shù)217. 02205sin32)205 (3sin5qk七次諧波分布因數(shù)七次諧波分布因數(shù)73 (7 20 )sin20.1777 203sin2qk 第四節(jié)第四節(jié) 定子磁動(dòng)勢(shì)及磁場(chǎng)定子磁動(dòng)勢(shì)及磁場(chǎng)16 可見(jiàn)可見(jiàn)，采用分布繞組，使基波合成磁動(dòng)勢(shì)略有減小的同時(shí)，采用分布繞組，使基波合

11、成磁動(dòng)勢(shì)略有減小的同時(shí)，大大減少了合成磁動(dòng)勢(shì)中諧波含量大大減少了合成磁動(dòng)勢(shì)中諧波含量 采用分布繞組的結(jié)論：采用分布繞組的結(jié)論： 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)能減少諧波含量，磁動(dòng)勢(shì)波形趨近于正弦波，能減少諧波含量，磁動(dòng)勢(shì)波形趨近于正弦波，是改善磁動(dòng)勢(shì)波形的有效措施之一是改善磁動(dòng)勢(shì)波形的有效措施之一 缺點(diǎn)缺點(diǎn)基波合成磁動(dòng)勢(shì)有所減小基波合成磁動(dòng)勢(shì)有所減小第四節(jié)第四節(jié) 定子磁動(dòng)勢(shì)及磁場(chǎng)定子磁動(dòng)勢(shì)及磁場(chǎng)172）短距線圈的線圈組磁動(dòng)勢(shì)短距線圈的線圈組磁動(dòng)勢(shì)以以q= =2、= =6、y1= =5的雙層的雙層短距疊繞組為例：短距疊繞組為例： 磁動(dòng)勢(shì)僅與線圈邊中的電磁動(dòng)勢(shì)僅與線圈邊中的電流方向有關(guān)，而與線圈邊流方向有關(guān)，而與線圈邊

12、連接次序無(wú)關(guān)連接次序無(wú)關(guān) 從形成磁動(dòng)勢(shì)的角度來(lái)看，從形成磁動(dòng)勢(shì)的角度來(lái)看，可以把可以把2個(gè)雙層短距線圈個(gè)雙層短距線圈組組等效為等效為2個(gè)單層整距線個(gè)單層整距線圈組圈組a) a) 雙層短距線圈組雙層短距線圈組b) b) 等效的單層整距線圈組等效的單層整距線圈組第四節(jié)第四節(jié) 定子磁動(dòng)勢(shì)及磁場(chǎng)定子磁動(dòng)勢(shì)及磁場(chǎng)18 2個(gè)等效整距線圈組在個(gè)等效整距線圈組在空間上的位移空間上的位移為為電角度，正好等于電角度，正好等于短距線圈組中線圈節(jié)距縮短的電角度，即：短距線圈組中線圈節(jié)距縮短的電角度，即：111yy第四節(jié)第四節(jié) 定子磁動(dòng)勢(shì)及磁場(chǎng)定子磁動(dòng)勢(shì)及磁場(chǎng) 上、下層等效整距線圈組的上、下層等效整距線圈組的基波基波磁

13、動(dòng)勢(shì)磁動(dòng)勢(shì)：幅值均為：幅值均為Fq1，相互間位，相互間位移為移為電角度電角度 上、下層等效整距線圈組的上、下層等效整距線圈組的v次諧次諧波磁動(dòng)勢(shì)波磁動(dòng)勢(shì)：幅值均為：幅值均為Fqv，相互間，相互間位移為位移為v電角度電角度 采用采用矢量相加矢量相加的方法，可得到上、的方法，可得到上、下層等效整距線圈組的基波合成下層等效整距線圈組的基波合成磁動(dòng)勢(shì)幅值磁動(dòng)勢(shì)幅值19 雙層短距線圈組的基波合成磁動(dòng)勢(shì)幅值：雙層短距線圈組的基波合成磁動(dòng)勢(shì)幅值： 其中，其中，ky1為基波磁動(dòng)勢(shì)的為基波磁動(dòng)勢(shì)的節(jié)距因數(shù)節(jié)距因數(shù)： 它表示：它表示：線圈采用短距后所形成的磁動(dòng)勢(shì)比整距時(shí)應(yīng)打線圈采用短距后所形成的磁動(dòng)勢(shì)比整距時(shí)應(yīng)打

14、的折扣。顯然，整距時(shí)的折扣。顯然，整距時(shí)ky1=1，短距時(shí)，短距時(shí)ky11。111)1(122cos2yqqpkFFF90sin)180180(21cos2cos111yyky第四節(jié)第四節(jié) 定子磁動(dòng)勢(shì)及磁場(chǎng)定子磁動(dòng)勢(shì)及磁場(chǎng)20 可見(jiàn)，可見(jiàn)，節(jié)距節(jié)距y1比整距縮短比整距縮短/ /v時(shí)，可消除時(shí)，可消除v次諧波磁動(dòng)勢(shì)次諧波磁動(dòng)勢(shì) 采用短距繞組的結(jié)論：采用短距繞組的結(jié)論： 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)從消除或削弱磁動(dòng)勢(shì)中某次諧波來(lái)說(shuō)，采用短從消除或削弱磁動(dòng)勢(shì)中某次諧波來(lái)說(shuō)，采用短距線圈組，也可改善磁動(dòng)勢(shì)波形距線圈組，也可改善磁動(dòng)勢(shì)波形 缺點(diǎn)缺點(diǎn)基波合成磁動(dòng)勢(shì)有所減小基波合成磁動(dòng)勢(shì)有所減小1yv1yv0yvk第四節(jié)第四節(jié)

15、 定子磁動(dòng)勢(shì)及磁場(chǎng)定子磁動(dòng)勢(shì)及磁場(chǎng) 同理，雙層短距線圈組的同理，雙層短距線圈組的v次諧波合成磁動(dòng)勢(shì)幅值、以及次諧波合成磁動(dòng)勢(shì)幅值、以及v次次諧波磁動(dòng)勢(shì)的節(jié)距因數(shù)分別為：諧波磁動(dòng)勢(shì)的節(jié)距因數(shù)分別為：yvqvpvkFF2)1(1cossin902yvvyvk21 繞組由繞組由集中改為分布集中改為分布，基波合成磁動(dòng)勢(shì)幅值打一個(gè)，基波合成磁動(dòng)勢(shì)幅值打一個(gè)折扣折扣kq1 線圈由線圈由整距改為短距整距改為短距，基波合成磁動(dòng)勢(shì)幅值打一個(gè)，基波合成磁動(dòng)勢(shì)幅值打一個(gè)折扣折扣ky1 因此，由因此，由短距線圈組成的分布繞組短距線圈組成的分布繞組的基波合成磁動(dòng)勢(shì)幅值，的基波合成磁動(dòng)勢(shì)幅值，等于具有相同匝數(shù)的整距集中繞

16、組的基波合成磁動(dòng)勢(shì)幅值等于具有相同匝數(shù)的整距集中繞組的基波合成磁動(dòng)勢(shì)幅值乘以系數(shù)乘以系數(shù)kw1=kq1ky1，稱為，稱為基波繞組因數(shù)基波繞組因數(shù) 對(duì)于對(duì)于v次諧波，次諧波，繞組因數(shù)繞組因數(shù)：kwv=kqvkyv3、相繞組的磁動(dòng)勢(shì)、相繞組的磁動(dòng)勢(shì)第四節(jié)第四節(jié) 定子磁動(dòng)勢(shì)及磁場(chǎng)定子磁動(dòng)勢(shì)及磁場(chǎng)22 相繞組的磁動(dòng)勢(shì)相繞組的磁動(dòng)勢(shì)指指一對(duì)極下一對(duì)極下該相繞組的合成磁動(dòng)勢(shì)該相繞組的合成磁動(dòng)勢(shì) 對(duì)于對(duì)于雙層短距繞組雙層短距繞組，Ny為每個(gè)線圈匝數(shù)，為每個(gè)線圈匝數(shù)，Iy為支路電流，為支路電流，a為每相并聯(lián)支路數(shù)，為每相并聯(lián)支路數(shù)，N為每相串聯(lián)匝數(shù)為每相串聯(lián)匝數(shù)，I為每相電流為每相電流，則：，則： 每相基波合

17、成磁動(dòng)勢(shì)幅值：每相基波合成磁動(dòng)勢(shì)幅值： (p114式式4-27) 每相每相v次諧波合成磁動(dòng)勢(shì)幅值：次諧波合成磁動(dòng)勢(shì)幅值：42 110.92wvvwvNkNIFkIv pvp2yNaqNpyIIa第四節(jié)第四節(jié) 定子磁動(dòng)勢(shì)及磁場(chǎng)定子磁動(dòng)勢(shì)及磁場(chǎng)11111120.920.9qqyywyyqNNkFF kkkIIp(p114式式4-26)23 一個(gè)相繞組一對(duì)極下的一個(gè)相繞組一對(duì)極下的基波合成磁動(dòng)勢(shì)幅值所在的軸線基波合成磁動(dòng)勢(shì)幅值所在的軸線，即為該相繞組在該對(duì)極下的軸線即為該相繞組在該對(duì)極下的軸線 將坐標(biāo)原點(diǎn)取在將坐標(biāo)原點(diǎn)取在相繞組的軸線（即線圈組中心線）相繞組的軸線（即線圈組中心線）處，可處，可得到得

18、到單相繞組的合成磁動(dòng)勢(shì)表達(dá)式單相繞組的合成磁動(dòng)勢(shì)表達(dá)式：11357( , )0.9cos11cos3cos5351cos7cos7wwwwNIfx tkxpkxkxkxt第四節(jié)第四節(jié) 定子磁動(dòng)勢(shì)及磁場(chǎng)定子磁動(dòng)勢(shì)及磁場(chǎng)24 單相繞組的單相繞組的磁動(dòng)勢(shì)是磁動(dòng)勢(shì)是一種在空間位置上固定、幅值隨時(shí)間變一種在空間位置上固定、幅值隨時(shí)間變化的脈振磁動(dòng)勢(shì)化的脈振磁動(dòng)勢(shì)，基波及所有奇次諧波磁動(dòng)勢(shì)的幅值在時(shí)間，基波及所有奇次諧波磁動(dòng)勢(shì)的幅值在時(shí)間上都上都以繞組中電流變化的頻率脈振以繞組中電流變化的頻率脈振； 單相繞組基波磁動(dòng)勢(shì)單相繞組基波磁動(dòng)勢(shì)幅值的位置與繞組的軸線相重合幅值的位置與繞組的軸線相重合； 單相繞組脈振磁動(dòng)勢(shì)中：基波磁動(dòng)勢(shì)的幅值單相繞組脈振磁動(dòng)勢(shì)中：基波磁動(dòng)勢(shì)的幅值 ，v次諧波磁動(dòng)勢(shì)的幅值次諧波磁動(dòng)勢(shì)的幅值 ，即有，即有所以所以