1、電機(jī)與拖動(dòng)第四章第1頁(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)30分，星期五B相從A相后移120C相從B相后移120A相從C相后移120當(dāng)三相對(duì)稱(chēng)繞組接上三相對(duì)稱(chēng)電源，就產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。2第2頁(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)30分，星期五四極旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)示意圖式中，ns為同步轉(zhuǎn)速，單位r/min；p為極對(duì)數(shù)；f1為交流電源的頻率。3第3頁(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)30分，星期五2、三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理三相異步電動(dòng)機(jī)圓柱形的轉(zhuǎn)子鐵心上，嵌有均勻分布的導(dǎo)條，導(dǎo)條兩端分別用銅環(huán)將它們連接成一個(gè)整體。三相異步電動(dòng)機(jī)的定子鐵心上嵌有三相對(duì)稱(chēng)繞組，接通三相對(duì)稱(chēng)電源后，在定子、轉(zhuǎn)

2、子之間的氣隙內(nèi)產(chǎn)生了以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。轉(zhuǎn)子導(dǎo)條被這種旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)切割，在導(dǎo)條內(nèi)產(chǎn)生感生電流，磁場(chǎng)又對(duì)導(dǎo)條產(chǎn)生電磁力。于是轉(zhuǎn)子就跟著旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)。3、三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與運(yùn)行狀態(tài) 異步電動(dòng)機(jī)的工作原理決定了它的轉(zhuǎn)速一般低于同步轉(zhuǎn)速。如果異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速達(dá)到同步轉(zhuǎn)速，則旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子導(dǎo)條之間不再有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因而不可能在導(dǎo)條內(nèi)感應(yīng)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，也不會(huì)產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩來(lái)拖動(dòng)機(jī)械負(fù)載。右手定則決定電流方向左手定則決定導(dǎo)條受力方向4第4頁(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)30分，星期五轉(zhuǎn)差ns-n的存在是異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的必要條件。我們將轉(zhuǎn)差表示為同步轉(zhuǎn)速的百分值，稱(chēng)為轉(zhuǎn)差率，用s表示。 同步轉(zhuǎn)

3、速 轉(zhuǎn)子異步轉(zhuǎn)速例4-1 有一臺(tái)50Hz的三相異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，空載轉(zhuǎn)差率為0.267%，額定轉(zhuǎn)速為 求該電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)、同步轉(zhuǎn)速、空載轉(zhuǎn)速以及額定負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)差率。解 額定轉(zhuǎn)差率同步轉(zhuǎn)速考慮本題的額定轉(zhuǎn)速極對(duì)數(shù)空載轉(zhuǎn)速5第5頁(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)30分，星期五異步電動(dòng)機(jī)的三種運(yùn)行狀態(tài)6第6頁(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)30分，星期五二、三相異步電機(jī)的結(jié)構(gòu) 繞線轉(zhuǎn)子異步電機(jī)剖面圖 1轉(zhuǎn)子繞組 2段蓋 3軸承 4定子繞組 5轉(zhuǎn)子 6定子 7集電環(huán) 8出線盒7第7頁(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)30分，星期五8第8頁(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，2

4、3點(diǎn)30分，星期五9第9頁(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)30分，星期五1、定子異步動(dòng)機(jī)的定子由定子鐵心、定子繞組和基座三部分組成。10第10頁(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)30分，星期五定子沖片定子線圈11第11頁(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)30分，星期五鐵心和機(jī)座2、轉(zhuǎn)子異步動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)軸組成。1）籠型繞組銅條籠型轉(zhuǎn)子鑄鋁籠型轉(zhuǎn)子12第12頁(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)30分，星期五籠型轉(zhuǎn)子13第13頁(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)30分，星期五繞線轉(zhuǎn)子照片14第14頁(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，2

5、3點(diǎn)30分，星期五2）繞線型繞組3、氣隙15第15頁(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)30分，星期五第二節(jié) 三相異步電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)額定功率 電動(dòng)機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)輸出的機(jī)械功率,單位 kW額定電壓 在額定運(yùn)行狀態(tài)下，電網(wǎng)加在定子繞組的線電壓， 單位 V額定電流 電動(dòng)機(jī)在額定電壓下使用，輸出額定功率時(shí)， 定子繞組中的線電流，單位 A額定頻率 我國(guó)的電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)頻率為 50Hz額定轉(zhuǎn)速 電動(dòng)機(jī)在額定電壓、額定頻率及額定功率下的 轉(zhuǎn)速，單位 r/min此外，銘牌上還標(biāo)明繞組的相數(shù)與接法（星形還是三角形）、絕緣等級(jí)及允許溫升等。對(duì)繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)，還標(biāo)明轉(zhuǎn)子的額定電動(dòng)勢(shì)及額定電流。16第16頁(yè)，共

6、46頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)30分，星期五第三節(jié) 三相異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組一、交流繞組的一些基本知識(shí)和基本量1、電角度與機(jī)械角度 電機(jī)圓周在幾何上分成360，這個(gè)角度稱(chēng)為機(jī)械角度。 若磁場(chǎng)在空間按正弦波分布，則經(jīng)過(guò)N、S 一對(duì)磁極恰好相當(dāng)于正弦曲線的一個(gè)周期。因此，一對(duì)磁極所占有的空間是360電角度?？梢?jiàn)，一個(gè)具有 p 對(duì)磁極電機(jī)，電機(jī)圓周按電角度計(jì)算就為 p360，而機(jī)械角度總是360 。電角度= p機(jī)械角度2、線圈組成交流繞組的單元是線圈。線圈是由一匝或多匝串聯(lián)而成，它有兩個(gè)引出線，一個(gè)稱(chēng)為首端，另一個(gè)稱(chēng)為末端。3、節(jié)距 一個(gè)線圈的兩個(gè)邊所跨定子圓周上的距離稱(chēng)為節(jié)距，用y1表示，

7、一般用槽數(shù)計(jì)算。節(jié)距應(yīng)該接近極距。整距繞組，短距繞組，長(zhǎng)距繞組17第17頁(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)30分，星期五4、槽距角 相鄰槽之間的電角度稱(chēng)為槽距角若Q1為定子槽數(shù)，p為極對(duì)數(shù)，則槽距角5、每極每相槽數(shù)q 每一極每相繞組所占槽數(shù)，用符號(hào)q表示 （m相數(shù)）二、交流繞組的排列和聯(lián)接為了便于說(shuō)明問(wèn)題，以下假設(shè)給定電機(jī)極數(shù)2p=4，槽數(shù)Q1=241、極距的計(jì)算， 若2p=4，Q1=24，則 =618第18頁(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)30分，星期五2、線圈中的電流方向兩極磁動(dòng)勢(shì)圖四極磁動(dòng)勢(shì)圖3、確定相帶 每個(gè)極距內(nèi)屬于同相的槽所占有的區(qū)域稱(chēng)為“相 帶”，q=Q1/(

8、2mp)；每個(gè)相帶為60電角度。19第19頁(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)30分，星期五4、畫(huà)定子槽展開(kāi)圖確定相帶和應(yīng)有的電流相對(duì)方向單層相繞組的一種聯(lián)接方法三相繞組排列和聯(lián)接的一般方法為:計(jì)算極距；計(jì)算每極每相槽數(shù)；劃分相帶；組成線圈組；按極性對(duì)電流方向的要求分別構(gòu)成各相繞組。20第20頁(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)30分，星期五三、三相單層繞組 單層繞組的每一個(gè)槽內(nèi)只有一個(gè)線圈邊，整個(gè)繞組的線圈數(shù)等于總槽數(shù)的一半。 以下用定子槽數(shù)為24，兩極電機(jī)的定子繞組為例，說(shuō)明單層繞組構(gòu)成。1、計(jì)算極距2、計(jì)算每極每相槽數(shù)3、劃分相帶 相帶 槽號(hào)AZBXCY第一對(duì)極23,24

9、,1,23,4,5,67,8,9,1011,12,13,1415,16,17,1819,20,21,2221第21頁(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)30分，星期五4、組成線圈組相繞組的構(gòu)成同心式繞組三相單層同心式繞組展開(kāi)圖22第22頁(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)30分，星期五四、三相雙層繞組 雙層繞組的每個(gè)槽內(nèi)都有上下兩個(gè)線圈邊，每個(gè)線圈的一個(gè)邊放在某一個(gè)槽的上層，另一邊放在相隔節(jié)距y1的另一個(gè)槽的下層。整個(gè)繞組的線圈數(shù)等于槽數(shù)。 以下用3相4極36槽的雙層疊繞組為例，說(shuō)明3相雙層繞組的排列和聯(lián)接。1、計(jì)算極距2、選擇節(jié)距選擇短節(jié)距3、計(jì)算每極每相槽數(shù)并且計(jì)算槽距角23

10、第23頁(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)30分，星期五4、畫(huà)展開(kāi)圖畫(huà)出槽內(nèi)線圈邊（上層邊用實(shí)線，下層邊用虛線表示），并且編號(hào)24第24頁(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)30分，星期五 相帶槽號(hào)AZBXCY第一對(duì)極1,2,34,5,67,8,910,11,1213,14,1516,17,18第二對(duì)極19,20,2122,23,2425,26,2728,29,3031,32,3334,35,36按每極每相槽數(shù)劃分相帶5、組成線圈組25第25頁(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)30分，星期五第四節(jié) 三相異步電動(dòng)機(jī)的定子磁動(dòng)勢(shì)及磁場(chǎng)一、單相繞組的磁動(dòng)勢(shì) 脈振磁動(dòng)勢(shì)（一）整距

11、線圈的磁動(dòng)勢(shì)整距線圈磁動(dòng)勢(shì)分布曲線整距線圈所建立的磁場(chǎng)分布26第26頁(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)30分，星期五t=0,i=Imt=90,i=0t=180, i=-Im 整距線圈所形成的磁動(dòng)勢(shì)在任何瞬時(shí)，空間的分布總是一個(gè)矩形波。 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(chēng)為脈振磁動(dòng)勢(shì)。脈振的頻率就是交流電流的頻率。27第27頁(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)30分，星期五四極整距線圈的磁動(dòng)勢(shì)磁場(chǎng)分布磁動(dòng)勢(shì)分布把以2 為周期的矩形磁動(dòng)勢(shì)波用傅氏級(jí)數(shù)分解 應(yīng)用傅氏級(jí)數(shù)對(duì)矩形波進(jìn)行分解。矩形波中含有1，3，5，奇次諧波，又對(duì)稱(chēng)于縱軸。28第28頁(yè)

12、，共46頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)30分，星期五各線圈磁動(dòng)勢(shì)波（二）線圈組的磁動(dòng)勢(shì)合成磁動(dòng)勢(shì)的基波基波磁動(dòng)勢(shì)矢量相加整距線圈的線圈組的磁動(dòng)勢(shì) 線圈組的合成基波磁動(dòng)勢(shì)為為基波磁動(dòng)勢(shì)的分布因數(shù)1、整距線圈的 線圈組磁動(dòng)勢(shì)29第29頁(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)30分，星期五例4-2 一臺(tái)四極三相異步電動(dòng)機(jī)，定子槽數(shù)為36，計(jì)算其基波和5次、7次諧波磁動(dòng)勢(shì)的分布因數(shù)。解 計(jì)算每相每極槽數(shù)q和值基波分布因數(shù)五次諧波分布因數(shù)七次諧波分布因數(shù)30第30頁(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)30分，星期五2、短距線圈的線圈組磁動(dòng)勢(shì)q=2,=6,y1=5的雙層短距疊繞組短距線圈節(jié)距

13、縮短的角度式中稱(chēng)為基波磁動(dòng)勢(shì)的節(jié)距因數(shù)31第31頁(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)30分，星期五同理，對(duì)于v 次諧波式中稱(chēng)為諧波磁動(dòng)勢(shì)的節(jié)距因數(shù)（三）相繞組的磁動(dòng)勢(shì) 繞組由集中的改為分布的，基波合成磁動(dòng)勢(shì)幅值應(yīng)該打一個(gè)折扣kq1； 線圈由整距改為短距的基波合成磁動(dòng)勢(shì)幅值應(yīng)該打一個(gè)折扣ky1；因此，由短距線圈組成的分布繞組的基波合成磁動(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)kw1=kq1ky1，稱(chēng)為基波繞組因數(shù)。對(duì)于v 次諧波 kwv=kqvkyv32第32頁(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)30分，星期五對(duì)于單相繞組磁動(dòng)勢(shì)，可以歸納以下幾點(diǎn)：1）單相

14、繞組的磁動(dòng)勢(shì)是一種空間位置上固定、幅值隨時(shí)間變化的脈振磁動(dòng)勢(shì)。2）單相繞組的基波磁動(dòng)勢(shì)幅值的位置與繞組的軸線相重合。3）單相繞組脈振磁動(dòng)勢(shì)中的基波磁動(dòng)勢(shì)幅值為 ； 而v 次諧波磁動(dòng)勢(shì)幅值為： ； 諧波次數(shù)越高，幅值越小。二、三相繞組的磁動(dòng)勢(shì) 旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)取A相繞組的軸線處作為空間坐標(biāo)的原點(diǎn)，并且以正相序方向作為x的正方向，同時(shí)選擇A相電流達(dá)到最大值的瞬間為時(shí)間的起始點(diǎn)，則三相的基波磁動(dòng)勢(shì)為：33第33頁(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)30分，星期五利用三角公式將三相基波磁勢(shì)相加，得出三相繞組的基波合成磁動(dòng)勢(shì)式中（m1為相數(shù)） 三相繞組合成磁動(dòng)勢(shì)是一個(gè)大小不變、旋轉(zhuǎn)的行波，可以按以下方法

15、確定其轉(zhuǎn)速。 對(duì)于波幅這一點(diǎn)，其幅值恒為F1，cos(t-x/)=1,即 t-x/=0， t=x/， =x/，34第34頁(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)30分，星期五三相繞組基波磁勢(shì)合成圓形旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速 可以得出結(jié)論，當(dāng)某相電流達(dá)到最大值，旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)的幅值就將轉(zhuǎn)到該相繞組的軸線處。35第35頁(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)30分，星期五 如果電流是正序的，則磁動(dòng)勢(shì)波旋轉(zhuǎn)方向是從A相轉(zhuǎn)向B相，再轉(zhuǎn)向C相。如果電流是負(fù)序的，則磁動(dòng)勢(shì)波旋轉(zhuǎn)方向是從A相轉(zhuǎn)向C相，再轉(zhuǎn)向B相。因此，如果要改變?nèi)喈惒诫妱?dòng)機(jī)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向，只要改變定子電流的相序，把定子繞組三個(gè)出線端的任

16、意兩個(gè)（例如B端和C端）對(duì)調(diào)即可。從而可得出36第36頁(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)30分，星期五從上式可以看出，一個(gè)正弦分布的幅值為F1,的脈振磁勢(shì)波可以分解為兩個(gè)幅值相等、轉(zhuǎn)速相同、轉(zhuǎn)向相反的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)波，其幅值均為F1/2，轉(zhuǎn)速均為同步轉(zhuǎn)速。三相基波合成磁動(dòng)勢(shì)具有以下特性：1）是一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)，轉(zhuǎn)速均為同步轉(zhuǎn)速 ，旋轉(zhuǎn)方向決定于電流的相序。2）幅值F1不變，為各相脈振磁動(dòng)勢(shì)幅值的1.5倍，旋轉(zhuǎn)幅值軌跡是一個(gè)圓。3）三相電流中任意一相電流瞬時(shí)值達(dá)到最大值時(shí)，三相基波合成磁動(dòng)勢(shì)的幅值，恰好在這一組繞組的軸線上。37第37頁(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)30分，星期五

17、t=0 ,iA=Imt=120, iB=Imt=240, iC=Imt=360, iA=Im38第38頁(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)30分，星期五 需要指出, m相對(duì)稱(chēng)繞組中通以m相對(duì)稱(chēng)電流時(shí)，所形成的m相合成磁動(dòng)勢(shì)也是圓形旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)，其幅值為各相脈振磁動(dòng)勢(shì)幅值的m/2，其轉(zhuǎn)速仍為同步轉(zhuǎn)速。 用同樣方法可以分析各次諧波磁動(dòng)勢(shì)。當(dāng)v=6K-1, (K=1、2、3、)（即：v=5、11、），諧波合成磁動(dòng)勢(shì)的旋轉(zhuǎn)方向與基波合成磁動(dòng)勢(shì)的方向相反； 當(dāng)v=6K+1,(K=1、2、3、)（即：v=7、13、），諧波合成磁動(dòng)勢(shì)的旋轉(zhuǎn)方向與基波合成磁動(dòng)勢(shì)的方向相同；諧波合成磁動(dòng)勢(shì)的轉(zhuǎn)速為n0v=

18、n0/v ；當(dāng)v=6K-3,(K=1、2、3、)（即：v=3、9、），諧波合成磁動(dòng)勢(shì)等于零。39第39頁(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)30分，星期五例如，三次諧波表達(dá)式為：三、三相異步電動(dòng)機(jī)的定子磁場(chǎng) 當(dāng)對(duì)稱(chēng)三相繞組接通對(duì)稱(chēng)三相電源后，在氣隙內(nèi)建立一種以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)。它是異步電動(dòng)機(jī)的主磁場(chǎng)。異步電動(dòng)機(jī)中的諧波磁場(chǎng)作為漏磁場(chǎng)來(lái)處理。40第40頁(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)30分，星期五第五節(jié) 三相異步電動(dòng)機(jī)定子繞組的電動(dòng)勢(shì)一、線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)氣隙磁密分布 討論定子繞組內(nèi)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)時(shí)，氣隙磁場(chǎng)切割定子繞組可以看成下圖中所示的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，在定子繞組中所感應(yīng)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)。41第41頁(yè)，共46頁(yè)