電機學(xué)交流電機繞組課件

1、電機學(xué)交流電機繞組,1,第四章 三相感應(yīng)電動機,感應(yīng)電機主要用作電動機，應(yīng)用最廣泛的一種電動機，廠礦企業(yè)，交通工具，娛樂，科研，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，日常生活都離不開異步電動機。,交流電機可分為感應(yīng)電機和同步電機兩大類。,類型：異步電機主要分為：鼠籠式異步電動機，繞線式異步電動機和各種控制用電動機三大類。,電機學(xué)交流電機繞組,2,感應(yīng)電機分類,按定子繞組供電電源相數(shù),按轉(zhuǎn)子繞組的結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)簡單，堅固，成本低，運行性能不如繞線式,通過外串電阻改善電機的起動，調(diào)速等性能,電機學(xué)交流電機繞組,3,三相感應(yīng)電動機的結(jié)構(gòu),電機學(xué)交流電機繞組,4,三相感應(yīng)電動機的結(jié)構(gòu),電機學(xué)交流電機繞組,5,定子鐵心,電機學(xué)交流電機

2、繞組,6,定子沖片,電機學(xué)交流電機繞組,7,定子線圈,電機學(xué)交流電機繞組,8,鐵心和機座,電機學(xué)交流電機繞組,9,鼠籠轉(zhuǎn)子,電機學(xué)交流電機繞組,10,鼠籠轉(zhuǎn)子照片,電機學(xué)交流電機繞組,11,繞線轉(zhuǎn)子照片,電機學(xué)交流電機繞組,12,感應(yīng)電機銘牌,銘牌：型號，額定值，繞組聯(lián)結(jié)方式，生產(chǎn)廠家等,型號：Y132S-4,Y-異步電動機；132-機座中心高度132mm，S-短鐵心；4-極數(shù)。 額定值:正常運行時的主要數(shù)據(jù)指標(biāo)。 繞組聯(lián)結(jié)方式：接法或者Y接法。,電機學(xué)交流電機繞組,13,感應(yīng)電機額定值,額定電壓UN： (V)，額定運行時，規(guī)定加在定子繞組上的線電壓； 額定電流IN： (A),額定運行時，規(guī)定

3、加在定子繞組上的線電流； 額定功率PN： (kW),額定運行時，電動機的輸出功率； 額定轉(zhuǎn)速n： (r/min),額定運行時，電動機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速； 額定頻率fN： (Hz)，規(guī)定的電源頻率(50Hz)； 額定效率、額定功率因數(shù)等,電機學(xué)交流電機繞組,14,感應(yīng)電機的基本工作原理,三相對稱繞組建立的磁場,電機學(xué)交流電機繞組,15,感應(yīng)電機的基本工作原理,轉(zhuǎn)子繞組的導(dǎo)體處于旋轉(zhuǎn)磁場中,轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割磁力線，并產(chǎn)生感應(yīng)電勢，判斷感應(yīng)電勢方向。,轉(zhuǎn)子導(dǎo)體通過端環(huán)自成閉路，并通過感應(yīng)電流。 感應(yīng)電流與旋轉(zhuǎn)磁場相互作用產(chǎn)生電磁力，判斷電磁力的方向。 電磁力作用在轉(zhuǎn)子上將產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，并驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。,電機學(xué)交

4、流電機繞組,16,交流電機的共同問題,是交流電機（感應(yīng)電機和同步電機）的共同問題,三相交流繞組的結(jié)構(gòu)； 三相交流繞組產(chǎn)生的磁勢分析； 三相交流繞組產(chǎn)生的感應(yīng)電勢分析；,電機學(xué)交流電機繞組,17,42 交流電機的電樞繞組,基本概念：, 線圈（繞組元件）：是構(gòu)成繞組的基本單元。繞組就是線圈按一定規(guī)律的排列和聯(lián)結(jié)。線圈可以區(qū)分為多匝線圈和單匝線圈。,與線圈相關(guān)的概念包括： 有效邊；端部；線圈節(jié)距等,電機學(xué)交流電機繞組,18, 極距：沿定子鐵心內(nèi)圓每個磁極所占的范圍； 用長度表示/用槽數(shù)表示；, 電角度： 轉(zhuǎn)子鐵心的橫截面是一個圓，其幾何角度為360度。 從電磁角度看，一對N,S極構(gòu)成一個磁場周期，即

5、1對極為360電角度；,繞組基本概念（1）,電機的機對數(shù)為p時，氣隙圓周的角度數(shù)為p 360電角度。,電機學(xué)交流電機繞組,19,單層繞組一個槽中只放一個元件邊； 雙層繞組一個槽中放兩個元件邊。,單層繞組和雙層繞組,電機學(xué)交流電機繞組,20,一個槽所占的電角度數(shù)稱為槽距角，用表示； 每個極域內(nèi)每相所占的槽數(shù)稱為每極每相槽數(shù)，用q表示。,槽距角，相數(shù)，每極每相槽數(shù),電機學(xué)交流電機繞組,21,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120電角度。 如槽距角為，則相鄰兩相錯開的槽數(shù)為120/。 電勢

6、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。,二、交流繞組的構(gòu)成原則,電機學(xué)交流電機繞組,22,對交流繞組的要求,（1）交流繞組通電后， 必須形成規(guī)定的磁場極數(shù)； （2）多相繞組必須對稱， 不僅要求m相繞組的匝數(shù)N、跨距y1、線徑及在圓周上的分布情況相同， 而且m相繞組的軸線在空間上互差3600/m電角度。 （3）交流繞組通過電流所建立的磁場在空間的分布為正弦分布，且旋轉(zhuǎn)磁場在交流繞組中感應(yīng)電動勢必須隨時間按正弦規(guī)律變化。 采用分布繞組和短距繞組。 （4）在一定的導(dǎo)體數(shù)之下， 建立的磁場最強而且感應(yīng)電動勢最大。 因

7、此線圈的跨距y1盡可能接近極距， 而且對于三相繞組盡可能采用600相帶。（每個極距內(nèi)屬于同一相的槽在圓周上連續(xù)所占有的電角度區(qū)域稱為相帶）。 （5）用銅少；下線方便；強度好。,電機學(xué)交流電機繞組,23,交流繞組,同心式繞組,鏈?zhǔn)嚼@組,交叉鏈?zhǔn)嚼@組,等元件式整距疊繞組,交流繞組的形式,電機學(xué)交流電機繞組,24,等元件式整距單層疊繞組,電機學(xué)交流電機繞組,25,同心式繞組,電機學(xué)交流電機繞組,26,鏈?zhǔn)嚼@組,電機學(xué)交流電機繞組,27,交叉鏈?zhǔn)嚼@組,電機學(xué)交流電機繞組,28,雙層疊繞組,電機學(xué)交流電機繞組,29,單層疊繞組的構(gòu)成,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(biāo)

8、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120電角度。,實例：Z24（槽）、m3（相）、2p4（極）的單層疊繞組,基本步驟：,每極每相槽數(shù),電機學(xué)交流電機繞組,30,電機學(xué)交流電機繞組,31,2. 連線圈和線圈組： 將一對極域內(nèi)屬于同一相的某兩個線圈邊連成一個線圈，共有q個線圈。 將一對極域內(nèi)屬于同一相的q個線圈連成一個線圈組；（共有多少個線圈組？） 以上連接應(yīng)符合電勢相加原則。,連線圈和線圈組,電機學(xué)交流電機繞組,32,線圈組連接,電機學(xué)交流電機繞組,33,將屬于同一相的p個線圈組連成一相繞組，并標(biāo)記首尾端 串聯(lián)與并聯(lián)：電勢相加原則 最大并聯(lián)支路數(shù) a2p,連相

9、繞組,電機學(xué)交流電機繞組,34,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；,連三相繞組,電機學(xué)交流電機繞組,35,實例：Z1=24，2p=4，整距，m=3 雙層疊繞組,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(biāo)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120電角度。,雙層疊繞組的構(gòu)成,電機學(xué)交流電機繞組,36,每極每相槽數(shù),電機學(xué)交流電機繞組,37,根據(jù)給定的線圈節(jié)距連線圈（上層邊與下層邊合一個線圈）； 以上層邊所在槽號標(biāo)記線圈編號； 將同一極域內(nèi)屬于同一相的某兩個線圈邊連成一個線圈（共有q個線圈，為什么？）； 將同一極域內(nèi)屬于

10、同一相的q個線圈連成一個線圈組（共有多少個線圈組？）； 以上連接應(yīng)符合電勢相加原則 。,連線圈和線圈組,電機學(xué)交流電機繞組,38,電機學(xué)交流電機繞組,39,將屬于同一相的2p個線圈組連成一相繞組，并標(biāo)記首尾端。 串聯(lián)與并聯(lián)，依照電勢相加原則。最大并聯(lián)支路數(shù)a2p 按照同樣的方法構(gòu)造其他兩相。 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。,連相繞組,電機學(xué)交流電機繞組,40,連三相繞組,電機學(xué)交流電機繞組,41,旋轉(zhuǎn)磁場是交流電機工作的基礎(chǔ)。在交流電機理論中有兩種旋轉(zhuǎn)磁場： (1) 機械旋轉(zhuǎn)磁場 通過原動機拖動磁極旋轉(zhuǎn)可以產(chǎn)生機械旋轉(zhuǎn)磁場； (2) 電氣旋轉(zhuǎn)磁場 三相對稱的交流繞組通

11、入三相對稱的交流電流時會在電機的氣隙空間產(chǎn)生電氣旋轉(zhuǎn)磁場； 交流繞組處于旋轉(zhuǎn)磁場中，并切割旋轉(zhuǎn)磁場，產(chǎn)生感應(yīng)電勢。,43 交流繞組的感應(yīng)電動勢,電機學(xué)交流電機繞組,42,電氣旋轉(zhuǎn)磁場,機械旋轉(zhuǎn)磁場,旋轉(zhuǎn)磁場,電機學(xué)交流電機繞組,43,交流繞組的構(gòu)成：導(dǎo)體-線圈-線圈組-一相繞組-三相繞組 。,一、相繞組中的基本電動勢,電機學(xué)交流電機繞組,44,感應(yīng)電勢隨時間變化的波形和磁感應(yīng)強度在空間的分布波形相一致。 只考慮磁場基波時，感應(yīng)電勢為正弦波。,1、導(dǎo)體中的感應(yīng)電勢,感應(yīng)電勢的波形,電機學(xué)交流電機繞組,45,磁場轉(zhuǎn)過一對極，導(dǎo)體中的感應(yīng)電勢變化一個周期； 磁場旋轉(zhuǎn)一周，轉(zhuǎn)過p（電機的極對數(shù)）對磁極

12、； 轉(zhuǎn)速為n（r/min)的電機，每秒鐘轉(zhuǎn)過(pn/60)對極； 導(dǎo)體中感應(yīng)電勢的頻率 f=(pn/60)Hz. 問題：四極電機，要使得導(dǎo)體中的感應(yīng)電勢為50Hz,轉(zhuǎn)速應(yīng)為多少？,感應(yīng)電勢的頻率,電機學(xué)交流電機繞組,46,感應(yīng)電勢的大小,導(dǎo)體感應(yīng)電勢 導(dǎo)體與磁場的相對速度：,磁感應(yīng)強度峰值和平均值之間的關(guān)系： 感應(yīng)電勢最大值： 感應(yīng)電勢的有效值：,電機學(xué)交流電機繞組,47,繞組中均勻分布著許多導(dǎo)體，這些導(dǎo)體中的感應(yīng)電勢有效值，頻率，波形均相同；但是他們的相位不相同。,導(dǎo)體感應(yīng)電勢小結(jié)：,電機學(xué)交流電機繞組,48,整距線圈中的感應(yīng)電勢,2、線圈中的感應(yīng)電勢,線圈的兩個有效邊處于磁場中相反的位置，

13、其感應(yīng)電勢相差180電角度。,整距線圈的感應(yīng)電勢：,考慮到線圈的匝數(shù)后：,電機學(xué)交流電機繞組,49,線圈的兩個有效邊在磁場中相距為y1,其感應(yīng)電勢相位差是180-電角度。,短距線圈中的感應(yīng)電勢,短距角：,短距線圈的感應(yīng)電勢：,短距系數(shù)：,短距系數(shù)小于1，故短距線圈感應(yīng)電勢有所損失；但短距可以削弱高次諧波。,電機學(xué)交流電機繞組,50,每對極下屬于同一相的q個線圈，構(gòu)成一個線圈組。圖中q=3 每個線圈的感應(yīng)電勢由兩個線圈邊的感應(yīng)電勢矢量相加而成。 整個線圈組的感應(yīng)電勢由所有屬于該組的導(dǎo)體電勢矢量相加。,線圈組的感應(yīng)電勢,電機學(xué)交流電機繞組,51,矢量式,分布系數(shù)：,線圈組的電勢：,線圈組的感應(yīng)電勢

14、,電機學(xué)交流電機繞組,52,3、一相繞組的電勢,單層繞組的相電勢,單層繞組每對極每相q個線圈，組成一個線圈組，共p個線圈組。 若p個線圈組全部并聯(lián)則相電勢=線圈組的電勢 若p個線圈組全部串聯(lián)則相電勢=p 倍 線圈組電勢 實際線圈組可并可串，總串聯(lián)匝數(shù),相電勢：,電機學(xué)交流電機繞組,53,雙層繞組每對極每相有2q個線圈，構(gòu)成兩個線圈組，共2p個線圈組； 這2p個線圈組可并可串，總串聯(lián)匝數(shù),雙層繞組的電勢,雙層繞組要考慮到短距系數(shù)：,為繞組系數(shù),電機學(xué)交流電機繞組,54,三相繞組由在空間錯開120電角度對稱分布的三個單相繞組構(gòu)成，三相相電勢在時間上相差120度電角度。 三相線電勢與相電勢的關(guān)系：

15、三角形接法：線電勢=相電勢； 星形接法：,三相繞組的電勢,電機學(xué)交流電機繞組,55,正弦分布的以轉(zhuǎn)速n旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場，在三相對成交流繞組中會感應(yīng)出三相對稱交流電勢； 感應(yīng)電勢的波形同磁場波形，為正弦波； 感應(yīng)電勢的頻率為 f=(pn/60)Hz ；,相電勢的大小為,繞組系數(shù),三相繞組電勢總結(jié),電機學(xué)交流電機繞組,56,二、相繞組中的高次諧波電動勢,由于種種原因（定轉(zhuǎn)子鐵芯開槽、主極的外形、鐵心的飽和、氣隙磁場的非正弦分布）， 主極磁場在氣隙中不一定是正弦分布， 此時繞組的感應(yīng)電動勢中， 除基波外還有一系列高次諧波電動勢。 通常，主極磁場的分布與磁極中心線相對稱， 故氣隙磁場中含有奇次空間諧波：

16、 1、3、5,電機學(xué)交流電機繞組,57,1、主極磁場產(chǎn)生次諧波的性質(zhì),極對數(shù)為基波的倍，極距為基波的1/ ，隨主極一起以同步轉(zhuǎn)速在空間移動。即,諧波頻率：,諧波電動勢的有效值：,為次諧波的磁通量：,為次諧波的繞組系數(shù)：,電機學(xué)交流電機繞組,58,齒諧波電動勢,特點：諧波繞組因數(shù)恰等于基波的繞組因數(shù)。,電機學(xué)交流電機繞組,59,2、相電動勢和線電動勢大小,相電動勢的有效值：,線電動勢的有效值：,三相繞組接成Y或， 對于對稱的三相系統(tǒng)， 各相電動勢的三次諧波時間上同相， 幅值相等。 Y連接， 三次諧波互相抵消； 連接， 三次諧波形成環(huán)路， E3完全消耗與環(huán)流的電壓降。,線電動勢：,電機學(xué)交流電機繞

17、組,60,3、諧波的弊害,高次諧波： 對于發(fā)電機，電動勢波形變壞， 降低供電質(zhì)量； 本身雜散損耗增大， 效率下降， 溫升增高； 對鄰近線路產(chǎn)生干擾。,電機學(xué)交流電機繞組,61,4、消除諧波的方法,（1）采用短距繞組,適當(dāng)?shù)剡x擇線圈的節(jié)距， 使得某一次諧波的短距系數(shù)等于或接近零， 達到消除或減弱該次諧波的目的。,電機學(xué)交流電機繞組,62,例：為消除5次諧波，,從不過分消除基波和用銅考慮， 應(yīng)選盡可能接近于整距的短節(jié)距。即2k1，,對于,此時，,換言之， 為了消除第次諧波， 只要選比整距短 的短距線圈,跨距的選擇（1）,電機學(xué)交流電機繞組,63,消除5次諧波的跨距選擇,電機學(xué)交流電機繞組,64,短

18、距繞組往往采用 , 主要考慮同時減小5次、7次諧波。,對于5次諧波， 選用,對于7次諧波， 選用,（2）采用分布繞組,就分布繞組來說， 每極每相槽數(shù)q越多， 抑制諧波電動勢的效果越好， 但q增多， 意味總槽數(shù)增多， 電機成本提高。,采用分布繞組,電機學(xué)交流電機繞組,65,采用短距和分布繞組的方法主要針對齒諧波以外的一般高次諧波， 對于齒諧波，它的繞組系數(shù)等于基波繞組系數(shù)， 不能采用通用的短距和分布繞組的方法。,對于齒諧波， 可采用斜槽， 采用分?jǐn)?shù)槽的方法進行消除。,另外也可在電機設(shè)計過程中， 通過減小槽開口和槽形設(shè)計等方法進行高次諧波的減弱或消除。,齒諧波的消除,電機學(xué)交流電機繞組,66,44

19、交流繞組建立的磁動勢,一、交流電機定子單相繞組的磁勢,1、單個整距集中繞組的磁勢 一個整距線圈在異步電機中產(chǎn)生的磁勢,電機學(xué)交流電機繞組,67,磁力線穿過轉(zhuǎn)子鐵心，定子鐵心和兩個氣隙 相對于氣隙而言，由于鐵心磁導(dǎo)率極大，其上消耗的磁勢降可以忽略不計 ，線圈在一個氣隙上施加的磁勢為：,如果通過線圈的電流為正弦波， 則矩形波的高度也將按正弦變化。,一個位置固定，幅值隨時間按正弦變化，矩形脈振磁勢。,矩形脈振磁勢,電機學(xué)交流電機繞組,68,脈振磁勢可以表示為,為幅值,按照付立葉級數(shù)分解的方法可以把矩形波分解為基波和一系列諧波,基波幅值為：,高次諧波的幅值為,矩形波脈振磁勢的分解,電機學(xué)交流電機繞組,

20、69,基波在空間按正弦分布；在時間上，任何一個位置的磁勢都按正弦變化。所以基波是一個正弦分布的正弦脈振磁勢。其表達式為：,電機學(xué)交流電機繞組,70,2、 （1）整距分布繞組的磁勢,由q個線圈構(gòu)成的線圈組，由于線圈與線圈之間錯開一個槽距角，稱為分布繞組。,取單個線圈的基波進行分析（為正弦脈振磁勢），q個正弦脈振磁勢在空間依次錯開一個槽距角；,線圈組的磁勢為：,電機學(xué)交流電機繞組,71,（2）雙層短距繞組的磁勢,雙層整距繞組可以等效為兩個整距單層繞組,兩個等效單層繞組在空間分布上錯開一定的角度，這個角度等于短距角；,雙層短距繞組的磁勢等于錯開一個短距角的兩個單層繞組的磁勢在空間疊加。,電機學(xué)交流電

21、機繞組,72,雙層短距繞組的磁勢為：,電機學(xué)交流電機繞組,73,如果只看每對極產(chǎn)生的磁動勢， 與上面的兩極電機完全一樣， 所以多極電機只研究每對極磁動勢就行了。 一相繞組的總磁動勢平均作用于各個磁極， 單相繞組磁動勢， 不是一相繞組的總磁動勢， 而是作用于一個磁極的磁動勢。,電機學(xué)交流電機繞組,74,3、 單相繞組磁勢的統(tǒng)一表達式,為了統(tǒng)一表示相繞組的磁勢，引入每相電流I、每相串聯(lián)匝數(shù)N1等概念。,統(tǒng)一公式：,單相繞組產(chǎn)生的基波磁勢仍然是正弦脈振磁勢，磁勢幅值位置與繞組軸線重合，時間上按正弦規(guī)律脈振。,電機學(xué)交流電機繞組,75,單相繞組產(chǎn)生的諧波磁勢也是正弦脈振磁勢，時間上按正弦規(guī)律脈振。,考

22、慮單相繞組電流產(chǎn)生的諧波磁勢， 其統(tǒng)一表達式為：,電機學(xué)交流電機繞組,76,二、三相基波旋轉(zhuǎn)磁勢,單相正弦脈振磁勢的分解：,設(shè)A相繞組通過電流：,其基波磁勢為:,F最高點的運行軌跡為xt ，即最高點的位置隨時間以角速度運動。 F最高點的運行軌跡為xt ，即最高點的位置隨時間以角速度運動。,電機學(xué)交流電機繞組,77,F+波是一個旋轉(zhuǎn)波，在氣隙空間以角度速旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速為：,單相正弦脈動磁勢可以分解為兩個轉(zhuǎn)向相反的旋轉(zhuǎn)磁勢。,電機學(xué)交流電機繞組,78,三相基波磁勢合成旋轉(zhuǎn)磁勢,三相對稱電流：,三相對稱電流通過三相對稱繞組時各自產(chǎn)生的磁勢：,電機學(xué)交流電機繞組,79,三相合成磁勢為：,三相對稱交流繞組通

23、過三相對稱電流時將產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁勢。,電機學(xué)交流電機繞組,80,關(guān)于旋轉(zhuǎn)磁勢的進一步討論,三相對稱交流繞組通過三相對稱交流電流時，三個反向旋轉(zhuǎn)磁勢在空間錯開120電角度相互抵消，三個正向旋轉(zhuǎn)磁勢在空間同相位，合成一個圓形旋轉(zhuǎn)磁勢。,圓形旋轉(zhuǎn)磁勢的幅值為：,圓形旋轉(zhuǎn)磁勢的轉(zhuǎn)速為：,當(dāng)某相電流達到最大值時，旋轉(zhuǎn)磁勢的波幅剛好轉(zhuǎn)到該線繞組的軸線上，旋轉(zhuǎn)磁勢的轉(zhuǎn)向:由帶有超前電流的相轉(zhuǎn)向帶有滯后電流的相。,電機學(xué)交流電機繞組,81,改變旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)向的方法：調(diào)換任意兩相電源線（改變相序）,旋轉(zhuǎn)磁勢,電機學(xué)交流電機繞組,82,三相繞組的合成次諧波磁動勢,（1）三次諧波磁動勢的極對數(shù)是基波的三倍， 三相繞組各自

24、建立的三次諧波磁動勢表達式,三相合成的三次諧波磁動勢,三相合成的三次諧波磁動勢為零。 這個結(jié)論可推廣到6k3的諧波次數(shù)。,電機學(xué)交流電機繞組,83,（2）五次諧波磁動勢的極對數(shù)是基波的五倍， 三相繞組各自建立的五次諧波磁動勢表達式,五次諧波磁勢,電機學(xué)交流電機繞組,84,三相合成五次諧波磁動勢,五次諧波磁動勢性質(zhì)： 轉(zhuǎn)速為基波轉(zhuǎn)速的1/5； 轉(zhuǎn)向與基波轉(zhuǎn)向相反； 幅值：,結(jié)論可推廣到6k1次的諧波。,電機學(xué)交流電機繞組,85,（3）七次諧波磁動勢的極對數(shù)是基波的七倍， 三相繞組各自建立的七次諧波磁動勢表達式,七次諧波磁勢,電機學(xué)交流電機繞組,86,三相合成七次諧波磁動勢,七次諧波磁動勢性質(zhì)：

25、轉(zhuǎn)速為基波轉(zhuǎn)速的1/7； 轉(zhuǎn)向與基波轉(zhuǎn)向相同； 幅值,結(jié)論可推廣到6k1次的諧波。,電機學(xué)交流電機繞組,87,交流繞組建立的磁動勢總結(jié),電機學(xué)交流電機繞組,88,同步轉(zhuǎn)速的概念： 電源頻率f=50Hz,旋轉(zhuǎn)磁勢的轉(zhuǎn)速為某些固定值，如2極電機為3000r/min;這些固定的轉(zhuǎn)速叫同步轉(zhuǎn)速。,同步轉(zhuǎn)速,電機學(xué)交流電機繞組,89,三、定子三相繞組建立的磁場,在氣隙中以同步速n1旋轉(zhuǎn)的基波磁動勢及一系列以各種不同轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的諧波磁動勢在氣隙中形成各自的旋轉(zhuǎn)磁場?；ù艌鰹椋?若氣隙均勻， 基波磁場也是以同步速旋轉(zhuǎn)的圓形磁場； 忽略鐵耗， 基波磁密波的幅值位置與產(chǎn)生它的基波磁動勢波的幅值位置重合； 考慮鐵

26、耗，基波磁密波的幅值位置落后于產(chǎn)生它的基波磁動勢波的幅值位置一個鐵耗角。,電機學(xué)交流電機繞組,90,主磁通和漏磁通,基波旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生的經(jīng)過氣隙，同時匝鏈定子和轉(zhuǎn)子繞組的磁通叫主磁通。 轉(zhuǎn)子繞組切割主磁通并在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生感應(yīng)電流； 感應(yīng)的轉(zhuǎn)子電流在磁場中受到電磁力的作用而形成驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，使電機旋轉(zhuǎn)。,諧波磁動勢建立的諧波磁場也匝鏈定轉(zhuǎn)子， 但是 對轉(zhuǎn)子的作用不會產(chǎn)生有效的轉(zhuǎn)矩， 定子繞組產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的頻率與基波頻率一致， 影響定子回路的電壓平衡， 作為漏磁場處理。,電機學(xué)交流電機繞組,91,主磁通,電機學(xué)交流電機繞組,92,槽漏磁通：由槽的一壁橫越至槽的另一壁的漏磁通。 端部漏磁通：匝聯(lián)繞組端部

27、的漏磁通。 諧波漏磁通：諧波磁勢會產(chǎn)生諧波磁通。,漏磁通,定子繞組的漏磁通,電機正常運轉(zhuǎn)時，諧波磁通不會產(chǎn)生有用的轉(zhuǎn)矩。,電機學(xué)交流電機繞組,93,漏電抗：漏磁通在定子繞組中會感應(yīng)漏磁電勢，該電勢用漏抗壓降表示:,稱為漏電抗。,轉(zhuǎn)子繞組通過電流時，也會有漏磁通。對應(yīng)的漏抗電勢：,漏電抗,電機學(xué)交流電機繞組,94,電抗公式：,影響漏電抗大小的因素,漏電抗對電機的性能有很大的影響。,電流頻率，繞阻匝數(shù)，漏磁路的磁阻是決定漏磁通大小的主要因素。 比如，槽口寬，在槽口漏磁通??；端部長，則端部漏磁通大。,電機學(xué)交流電機繞組,95,轉(zhuǎn)差率,切割磁力線是產(chǎn)生轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流和電磁轉(zhuǎn)矩的必要條件。 轉(zhuǎn)子必須與旋轉(zhuǎn)

28、磁場保持一定的速度差，才可能切割磁力線。 旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速用n1表示，稱為同步轉(zhuǎn)速；轉(zhuǎn)子的實際轉(zhuǎn)速用n表示，轉(zhuǎn)差n=n1-n。 轉(zhuǎn)差率是異步電動機的一個基本變量，在分析異步電動機運行時有著重要的地位。,轉(zhuǎn)差率：,電機學(xué)交流電機繞組,96,起動瞬間，n = 0,s=1 理想空載運行時：n=n1,s=0 作為電動機運行時，s 的范圍在0-1之間 轉(zhuǎn)差率一般很小，如 s = 0.03 制動運行時，電磁轉(zhuǎn)矩方向與轉(zhuǎn)速方向相反，即n1與n反向，s1 發(fā)電運行時，n 高于同步轉(zhuǎn)速n1, s0,S值與電機運行狀態(tài)的關(guān)系,電機學(xué)交流電機繞組,97,四、交流電機的時空矢量圖,在時間相量圖中， 一個頻率為f， 隨時

29、間按正弦規(guī)律變化的物理量可以用一個長度等于有效值I， 角速度 的旋轉(zhuǎn)矢量表示；,當(dāng)取縱軸為時間參考軸、任何瞬間旋轉(zhuǎn)矢量在時軸上的投影， 即為縮小 倍的該物理量的瞬時值；,如對于,原則上， 時軸可按需任意取，但時軸取得不同， 計算時間的起點也不同， 一個時間相量只有一根時軸。,電機學(xué)交流電機繞組,98,電機學(xué)交流電機繞組,99,在空間矢量圖中， 任意一個沿空間按正弦規(guī)律分布的物理量， 如繞組磁勢的基波， 用一個空間矢量 表示。,和三相相軸之間的夾角分別表示磁勢波的正波幅在空間上與三相相軸的電角度， 用以說明空間相量具體位置的相軸， 只需畫出一相就夠了。,利用統(tǒng)一時間相量的概念， 將時間相量和空間

30、相量聯(lián)系在一起， 畫在同一張矢量圖上， 即為交流電機理論中的時空相量圖。,電機學(xué)交流電機繞組,100,電機時空相量圖特點,取各相相軸作為該相的時軸， 假設(shè)t0時，,電流相量 與 重合。據(jù)旋轉(zhuǎn)磁場理論，由定子三相電流所產(chǎn)生的三相合成基波磁勢幅值與 重合，即 與 重合，與 重合。,由于時間相量 的角頻率 與空間矢量 的電角頻率 相等，在任意時刻， 與 都重合，稱 與 在時空圖上同相。,時空圖上： 作用下，建立氣隙基波旋轉(zhuǎn)磁場 不計及鐵耗， 幅值與 重合； 計及鐵耗， 幅值滯后 一個 角。,與 重合時， B1穿過A相繞組的磁通達最大， 代表定子對稱三相磁通的 與 重合， 與 重合， 兩者相等， 任何

31、時刻 與 同相。,由 所生的定子對稱三相電勢的統(tǒng)一電勢相量 落后 900。,電機學(xué)交流電機繞組,101,異步電動機電勢平衡方程式,1、定子繞組電勢平衡方程式 定子繞組接到交流電源上，與電源電壓相平衡的電勢（壓降）包括：主電勢、漏磁電勢和電阻壓降。 主電勢（感應(yīng)電勢）： 定子繞組通入三相對稱交流電流時，將會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的主磁通，同時被定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組切割，并在其中產(chǎn)生感應(yīng)電勢。 定子繞組感應(yīng)電勢的有效值：,電機學(xué)交流電機繞組,102,電機學(xué)交流電機繞組,103,轉(zhuǎn)子繞組的感應(yīng)電勢 轉(zhuǎn)子繞組切割主磁通的轉(zhuǎn)速 主磁通以同步速度旋轉(zhuǎn) 轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)速n旋轉(zhuǎn) 轉(zhuǎn)子繞組導(dǎo)體切割主磁通的相對轉(zhuǎn)速為 (n1-n)=s

32、n1,轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電勢的頻率： 公式： 結(jié)論：由于s很小，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢頻率很低。0.5-3Hz,2、轉(zhuǎn)子繞組的電勢及電流,電機學(xué)交流電機繞組,104,感應(yīng)電勢與轉(zhuǎn)差率正比。 對繞線式異步電機，轉(zhuǎn)子繞組每相串聯(lián)匝數(shù)，相數(shù)計算方法同定子繞組的計算。 對籠形轉(zhuǎn)子來說，由于每個導(dǎo)條中電流相位均不一樣，所以，每個導(dǎo)條即為一相，可見相數(shù)等于導(dǎo)條數(shù)即轉(zhuǎn)子槽數(shù)；每相串聯(lián)匝數(shù)為半匝即1/2。 注意轉(zhuǎn)子不動時（s=1)時的感應(yīng)電勢與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時感應(yīng)電勢的關(guān)系。,轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢的有效值,電機學(xué)交流電機繞組,105,轉(zhuǎn)子繞組的阻抗,由于轉(zhuǎn)子繞組是閉合的，所以有轉(zhuǎn)子電流流過。同樣會產(chǎn)生漏磁電抗壓降。 漏抗公式： 漏抗也與

33、轉(zhuǎn)差率正比。轉(zhuǎn)速越高，漏抗越小。 考慮到轉(zhuǎn)子繞組的相電阻后：,電機學(xué)交流電機繞組,106,轉(zhuǎn)子繞組中的電流,轉(zhuǎn)子繞組短路，轉(zhuǎn)子電壓為0，感應(yīng)電勢全部加在轉(zhuǎn)子阻抗上, 轉(zhuǎn)子回路方程： 轉(zhuǎn)子電流：,電機學(xué)交流電機繞組,107,3、磁勢平衡方程式,激磁電流 Im 和激磁磁勢Fm 產(chǎn)生主磁通所需要的電流稱為激磁電流 Im ； 對應(yīng)的磁勢稱為激磁磁勢：,電機學(xué)交流電機繞組,108,理想空載運行時，激磁磁勢全部由定子磁勢F1提供，即：FmF1,負(fù)載運行時，轉(zhuǎn)子繞組中有電流I2流過，產(chǎn)生一個同步旋轉(zhuǎn)磁勢F2，為了保持Fm不變，定子磁勢F1除了提供激磁磁勢Fm外，還必須抵消轉(zhuǎn)子磁勢F2的影響，即：,電機學(xué)交流

34、電機繞組,109,異步電動機的磁勢平衡方程：,結(jié)論：理想空載運行時，轉(zhuǎn)子電流為0，定子電流等于激磁電流；負(fù)載時，定子電流隨負(fù)載增大而增大。,電機學(xué)交流電機繞組,110,感應(yīng)電動機的等效電路,等效電路法是分析異步電動機的重要手段。在異步電動機中，作等效電路遇到的兩大障礙是： (1) 定轉(zhuǎn)子電路的頻率不相同； (2) 定轉(zhuǎn)子邊的相數(shù)，匝數(shù)，繞組系數(shù)等不相等。,電機學(xué)交流電機繞組,111,一、頻率折算,轉(zhuǎn)差率為s的異步電動機轉(zhuǎn)子電路頻率：,轉(zhuǎn)子靜止時s=1；則轉(zhuǎn)子頻率等于定子頻率。,頻率折算既是用靜止的轉(zhuǎn)子代替旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子。,頻率折算后，希望磁勢平衡不變，即轉(zhuǎn)子電流不變。,電機學(xué)交流電機繞組,112,

35、轉(zhuǎn)子不動，轉(zhuǎn)子電阻為 的異步電動機的轉(zhuǎn)子電流，和轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)差率s旋轉(zhuǎn)的，轉(zhuǎn)子電阻為R2的異步電動機轉(zhuǎn)子電流相等。,推論： 頻率折算的方法：給轉(zhuǎn)子繞組電阻中，計入一個附加電阻， 即可以把原來旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子看成靜止的轉(zhuǎn)子。,電機學(xué)交流電機繞組,113,等效圖,電機學(xué)交流電機繞組,114,不論靜止或者旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子，其轉(zhuǎn)子磁勢總以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，即轉(zhuǎn)子磁勢的轉(zhuǎn)速不變，大小相位又沒有變，故電機的磁勢平衡依然維持。 靜止的轉(zhuǎn)子不再輸出機械功率，即電機的功率平衡中少了一大塊機械功率。 靜止的轉(zhuǎn)子中多了一個附加電阻，而電流沒有變，所以多了一個電阻功率。 附加電阻上消耗的電功率等于電機輸出的機械功率。,對頻率折算的討論,

36、電機學(xué)交流電機繞組,115,二、繞組折算,用繞組（m1、N1、kw1）等效替代繞組（ m2、N2、kw2 ）代替的原則是： 磁勢平衡不變 功率平衡不變,電流折算：根據(jù)磁勢不變：,電機學(xué)交流電機繞組,116,電勢、阻抗折算,電勢折算：磁通應(yīng)不變。,阻抗折算：功率不變。,電抗和漏阻抗可同樣折算。,電機學(xué)交流電機繞組,117,異步電動機方程式,經(jīng)過頻率折算和繞組折算后異步電動機的方程式,折算后轉(zhuǎn)子電路方程式：,電機學(xué)交流電機繞組,118,T形等效電路,電機學(xué)交流電機繞組,119,簡化等效電路,電機學(xué)交流電機繞組,120,四、相量圖,異步電動機的相量圖類似于變壓器相量圖,從轉(zhuǎn)子電路方程出發(fā)可以一步一步作出異步電機相量圖。,電機學(xué)交流電機繞組,121,功率平衡和轉(zhuǎn)矩平衡關(guān)系,一、功率平衡方程式,功率變換和傳遞是電動機的主要功用,結(jié)合等效電路分析異步電動機功率流向。,異步電動機從電源獲取電功率，即輸入功率：,此一功率首先通過定子繞組，產(chǎn)生定子銅耗：,電機學(xué)交流電機繞組,122,此功率產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場掠過定轉(zhuǎn)子鐵心，產(chǎn)生鐵耗。,定子鐵心與旋轉(zhuǎn)磁場相對轉(zhuǎn)速為n1較大，轉(zhuǎn)子鐵心與旋轉(zhuǎn)磁場相對轉(zhuǎn)速為sn1較小，故鐵耗主要為定子鐵耗：,剩余功率將通過氣隙磁場感應(yīng)到轉(zhuǎn)子繞組，此一功率稱為電磁功率。,功率傳遞（1）,電機學(xué)交流電機繞組,123,電磁功率首先提供轉(zhuǎn)子銅耗：,剩余的電磁功率全部轉(zhuǎn)化為機械功率；