異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和運(yùn)行分析

1、第九章異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和運(yùn)行分析異步電動(dòng)機(jī)也稱感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛的一種電機(jī)。例 如，中小型軋鋼設(shè)備、礦山機(jī)械、機(jī)床、起重機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、水泵、以及脫粒、磨 粉等農(nóng)副產(chǎn)品用的加工機(jī)械，大多采用界步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。與其他電動(dòng)機(jī)相比，界 步電動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)周耐川、使川方便、運(yùn)行可靠、效率高、易于制造和 維修、價(jià)格低廉等許多優(yōu)點(diǎn)。但是，異步電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用也有一定的限制，這主要 是由其調(diào)速性能差、功率因數(shù)低而引起的。異步電動(dòng)機(jī)是一種交流電機(jī)，它可以是單和的，也可以是三相的。但它的轉(zhuǎn) 速和電網(wǎng)頻率沒有同步電機(jī)那樣嚴(yán)格不變的關(guān)系。木章將分別介紹三相異步電動(dòng) 機(jī)的基木結(jié)構(gòu)、工作原理、運(yùn)行特

2、性以及單相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理 等。第一節(jié) 異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)、分類及銘牌一、三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)三相異步電動(dòng)機(jī)由固左的定子和旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子兩個(gè)基本部分組成，轉(zhuǎn)子裝在泄 子內(nèi)腔里，借助軸承被支撐在兩個(gè)端蓋上。為了保證轉(zhuǎn)子能在定子內(nèi)口由轉(zhuǎn)動(dòng)， 定了和轉(zhuǎn)了之間必須冇一間隙，稱為氣隙。電機(jī)的氣隙是一個(gè)非常重要的參數(shù)， 其大小及對(duì)稱性等對(duì)電機(jī)的性能有很人影響。圖91所示為三相鼠籠式異步電動(dòng) 機(jī)的組成部件。定子鐵心圖9-1三相鼠籠式異步見動(dòng)機(jī)的組成部件1. 定子定子由定子三和繞組、定于鐵心和機(jī)座組成。定了三相繞組是異步電動(dòng)機(jī)的電路部分，在異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行中起著很巫要 的作用，是把電能轉(zhuǎn)換為機(jī)

3、械能的關(guān)鍵部件。定子三相繞組的結(jié)構(gòu)是對(duì)稱的，一 般有六個(gè)岀線端u、“2、x、匕、“2。置于機(jī)座外側(cè)的接線盒內(nèi)，根據(jù) 需要接成星形（y）或三角形（）,嫻9一2所示，定子三相繞組的構(gòu)成、 連接規(guī)律及其作用將在笫二節(jié)專門介紹。左子鐵心是異步電動(dòng)機(jī)磁路的一部分，由于主磁場(chǎng)以同步轉(zhuǎn)速和対泄子旋 轉(zhuǎn)，為減小在鐵心中引起的損耗，洪心采用0.5mm厚的高導(dǎo)磁電工鋼片疊成， 電工鋼片兩曲涂?jī)咏^緣漆以減小鐵心的渦流損耗。中小型異步電機(jī)定了鐵心一般 采用整圓的沖片疊成，大型異步電機(jī)的定子鐵心一般采用肩型沖片拼成。在每個(gè) 沖片內(nèi)圓均勻地開槽，使蜃裝后的定了鐵心內(nèi)圓均勻地形成許多形狀相同的槽， 用以嵌放定子繞組。槽的形

4、狀山電機(jī)的容量、電壓及繞組的型式而定。繞組的嵌 放過程在電機(jī)制造廠屮稱為下線。完成下線并進(jìn)行浸漆處理后的鐵心與繞組成為 一個(gè)整體一同固定在機(jī)座內(nèi)。機(jī)座又稱機(jī)殼，它的主耍作舟是支撐定子鐵心，同時(shí)也承受整個(gè)電機(jī)負(fù)載運(yùn) 行時(shí)產(chǎn)生的反作用力，運(yùn)行時(shí)山于內(nèi)部損耗所產(chǎn)生的熱量也是通過機(jī)座向外散 發(fā)。中、小型電機(jī)的機(jī)座一般采用鑄飲制成。大型電機(jī)因機(jī)身較大澆注不便，常 用鋼板焊接成型。2. 轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組及轉(zhuǎn)軸組成。轉(zhuǎn)子鐵心也是電機(jī)磁路的一、部分，也是用電工鋼片疊成。與左子鐵心沖片不 同的是，轉(zhuǎn)子鐵心沖片是在沖片的外圓上開槽，疊裝后的轉(zhuǎn)子鐵心外圓柱面上均勻地形成許多形狀相同的槽，川以

5、放置轉(zhuǎn)了繞組。轉(zhuǎn)子繞紐是異步電動(dòng)機(jī)電路的另一部分，其作用為切割定子磁場(chǎng)，產(chǎn)生感應(yīng) 電勢(shì)和電流，并在磁場(chǎng)作用下受力而使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。其結(jié)構(gòu)可分為鼠籠式轉(zhuǎn)子繞組 和繞線式轉(zhuǎn)子繞組兩種類型。這兩種轉(zhuǎn)子各口的主耍特點(diǎn)是，鼠籠式轉(zhuǎn)子：結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)單，制造方便，經(jīng)濟(jì)耐用；繞線式轉(zhuǎn)子：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格貴，但轉(zhuǎn)子冋路可引 人外加電阻來改善起動(dòng)和調(diào)速性能。鼠籠式轉(zhuǎn)子繞組由置于轉(zhuǎn)子槽中的導(dǎo)條和兩端的端環(huán)構(gòu)成。為節(jié)約用鋼和提 高生產(chǎn)率，小功率異步電機(jī)的導(dǎo)條和端環(huán)一般都是融化的鋁液一次澆鑄岀來的； 對(duì)于大功率的電機(jī)，由于鑄鋁質(zhì)量不易保證，常用銅條插入轉(zhuǎn)子鐵心槽屮，再在 兩端焊上端環(huán)。鼠籠式轉(zhuǎn)子繞組自行閉合，不必由外界電源供電，

6、其外形象一個(gè) 鼠籠，故稱鼠籠式轉(zhuǎn)子，如圖93所示。鋁導(dǎo)條鋁條轉(zhuǎn)子鐵心(b)圖9-3鑄鋁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)(a)鑄鋁轉(zhuǎn)子繞組：(b)鑄鋁轉(zhuǎn)子鼠籠式轉(zhuǎn)子繞組的各相均由單根導(dǎo)條組成，其感應(yīng)電勢(shì)不大，加上導(dǎo)條和鐵 心疊片之間的接觸電阻較大，所示無需專門把導(dǎo)條和鐵心用絕緣材料分開。繞線式轉(zhuǎn)子繞組是用絕緣導(dǎo)線組成，嵌放在轉(zhuǎn)子鐵心椚內(nèi)的三相對(duì)稱繞組。 三相一 般為星型接法，三根引出線分別接到固定在轉(zhuǎn)軸上并互相絕緣的三個(gè)集電 環(huán)上，再通過安裝在端蓋上的電刷裝置與集電環(huán)接觸把電流引出來。這種轉(zhuǎn)子的 特點(diǎn)是可以通過集電環(huán)和電刷在轉(zhuǎn)了回路中接入附加電陽，用以改善電動(dòng)機(jī)的起 動(dòng)性能，或調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。有的繞線轉(zhuǎn)了異步電動(dòng)機(jī)還

7、裝有一種舉刷短路裝 置，當(dāng)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)完畢而乂不需要調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速時(shí)，移動(dòng)手柄使電刷被舉起而與集電 環(huán)脫離接觸，同時(shí)使三只集電環(huán)彼此短接起來，這樣町以減少電刷與集電環(huán)間的 磨損和摩擦損耗，提高運(yùn)行可靠性。與訊籠式轉(zhuǎn)子比較，繞線轉(zhuǎn)子的缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu) 復(fù)雜，價(jià)格較貴，運(yùn)行的可靠性也較差。因此，繞線轉(zhuǎn)了異步電動(dòng)機(jī)只用在要求 起動(dòng)電流小、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，或需要調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的場(chǎng)合，例如，用來拖動(dòng)頻繁起動(dòng)的 起重設(shè)備。轉(zhuǎn)軸是整個(gè)轉(zhuǎn)子部件的安裝基礎(chǔ)，又是力和機(jī)械功率的傳輸部件，整個(gè)轉(zhuǎn)子 靠軸和軸承被支撐在定子鐵心內(nèi)腔屮。轉(zhuǎn)軸一般由屮碳鋼或合金鋼制成。3. 氣隙異步電機(jī)的氣隙是很小的，中小型電機(jī)一般為0.22mm。氣隙越人，磁阻

8、 越人，要產(chǎn)生同樣大小的磁場(chǎng)，就需要較大的勵(lì)磁電流。山于氣隙的存在，異步 電機(jī)的磁路磁阻遠(yuǎn)比變壓器為大，因而異步電機(jī)的勵(lì)磁電流也比變壓器的大得 多。變壓器的勵(lì)磁電流約為額定電流的3%,杲步電機(jī)的勵(lì)磁電流約為額定電流 的30%。勵(lì)磁電流是無功電流，因而勵(lì)磁電流越大，功率因數(shù)越低。為提高界步電機(jī)的功率因數(shù)，必須減少它的勵(lì)磁電流，最有 效的方法是盡町能縮短氣隙長(zhǎng)度。但是汽隙過小會(huì)使裝配困難，還有口j能使沱、 轉(zhuǎn)子在運(yùn)行時(shí)發(fā)生摩擦或碰撞，因此，氣隙的垠小值由制造工藝以及運(yùn)行安全可 靠等因索來決定。4. 其他部件端蓋：安裝在機(jī)座的兩端，它的材料加t方法與機(jī)座和同，一般為鑄鐵件。 端蓋上的軸承室里安裝了軸

9、承來支撐轉(zhuǎn)子，以使圧子和轉(zhuǎn)子得到較好的同心度， 保證轉(zhuǎn)子在定子內(nèi)膛里正常運(yùn)轉(zhuǎn)。端蓋除了起支撐作用外，還起著保護(hù)定、轉(zhuǎn)子 繞組的作用。軸承：連接轉(zhuǎn)動(dòng)部分與不動(dòng)部分，日前都采用滾動(dòng)軸承以減少摩擦。軸承端蓋：保護(hù)軸承，使軸承內(nèi)的潤滑油不致溢出。風(fēng)扇：冷卻電動(dòng)機(jī)。二、異步電動(dòng)機(jī)的分類異步電動(dòng)機(jī)按定子相數(shù)可分為三相、單相和兩相異步電動(dòng)機(jī)3類。除約 200w以下的電動(dòng)機(jī)多做成單相異步電動(dòng)機(jī)外，現(xiàn)代動(dòng)力用電動(dòng)機(jī)大多數(shù)都為三 相異步電動(dòng)機(jī)。兩相異步電機(jī)主要用于微盤控制電機(jī)。按照轉(zhuǎn)了型式，異步電機(jī)可分為鼠籠型轉(zhuǎn)了和繞線型轉(zhuǎn)了兩人類。鼠籠轉(zhuǎn)了 乂分為普通鼠籠轉(zhuǎn)子、深槽型鼠籠轉(zhuǎn)子和雙鼠籠轉(zhuǎn)子3種。三相繞線式員步電動(dòng)

10、機(jī)外形示意圖9-4所示，三相鼠籠式界步電動(dòng)機(jī)外形示意圖如圖95所示。根據(jù)機(jī)殼不同的保護(hù)方式，異步電動(dòng)機(jī)可分為開啟式、防護(hù)式、封閉式和防 爆式等。防護(hù)式異步電動(dòng)機(jī)具有防止外界雜物落入電機(jī)內(nèi)的防護(hù)裝置，一般在轉(zhuǎn)軸上 裝有風(fēng)扇，冷卻空氣進(jìn)人電機(jī)內(nèi)部冷卻定于繞組端部及泄子鐵心后將熱量帶出 來。jz系列電動(dòng)機(jī)就是鼠籠式轉(zhuǎn)子防護(hù)式界步電動(dòng)機(jī)jr系列電動(dòng)機(jī)是繞線轉(zhuǎn)子 防護(hù)式異步電動(dòng)機(jī)。封閉式異步電動(dòng)機(jī)的內(nèi)部和外部的空氣是隔開的。它的冷卻是依靠裝在機(jī)殼 外面轉(zhuǎn)軸上的風(fēng)扇吹風(fēng)，借機(jī)座上的散熱片將電機(jī)內(nèi)部發(fā)散出來的熱量帶走。這 種電機(jī)主要用于塵埃較多的場(chǎng)所，例如機(jī)床上使用的電機(jī)。jor系列及y系列電 機(jī)就屬于這種

11、類型。防爆式異步電動(dòng)機(jī)為全封閉式，它將內(nèi)部與外界的易燃、易爆性氣體隔離。 這種電機(jī)多用于有汽油、酒精、天然氣、煤氣等氣體較多的地方，如礦井或某些 化工廠等處。(a)(b)(c)圖9-5三相疑籠式界步電動(dòng)機(jī)外形(a)開啟式：(b)防護(hù)式：(c)封閉式三、異步電動(dòng)機(jī)的銘牌和額定值每臺(tái)異步電動(dòng)機(jī)機(jī)殼上都裝有銘牌，把它的運(yùn)行額定值印刻在上而，如圖9-6所示。三相異步電動(dòng)機(jī)型號(hào) y-112m-4編號(hào)4. okw& 8a380kv1440r/minlw82db接法防護(hù)等級(jí)ip4450hz45kg標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)工作制stb級(jí)絕緣年月電機(jī)廠圖9-6三和異步電動(dòng)機(jī)銘牌電機(jī)按銘牌上所規(guī)定的條件運(yùn)行時(shí)，就稱為電機(jī)

12、的額定運(yùn)行狀態(tài)。根擁國家 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，界步電動(dòng)機(jī)的額定值主要有：（1）額定功率厶：指電動(dòng)機(jī)在制造廠（銘牌）所規(guī)定額定運(yùn)行狀態(tài)下運(yùn)行 時(shí)，軸端輸出的機(jī)械功率，單位為w或kw。（2）定子額定電壓卩卅：指電動(dòng)機(jī)在額定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，定子繞組應(yīng)加的線 電壓，單位為v或kv。（3）定了額定電流人：指電動(dòng)機(jī)在額定電壓下運(yùn)行，輸出額定功率時(shí)，流 人定了繞組的電流，單位為a。對(duì)三相界步電動(dòng)機(jī)，額定功率為：pn =uu “i 小“05加（9-1）式中額定運(yùn)行時(shí)異步電動(dòng)機(jī)的效率；cos（pn額定運(yùn)行時(shí)異步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)。（4）額泄轉(zhuǎn)速：指電動(dòng)機(jī)在額定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)了的轉(zhuǎn)速，單位為 r/mino（5）額定頻率我國工

13、頻為50hzo除上述數(shù)據(jù)外，銘牌上有時(shí)還標(biāo)明立子和數(shù)和繞組接法、額定運(yùn)行時(shí)電機(jī)的功率因數(shù)、效率、溫升或絕緣等級(jí)、定額等。對(duì)繞線轉(zhuǎn)了異步電機(jī)還標(biāo)出定了加 額定電壓、轉(zhuǎn)子開路時(shí)集電環(huán)間的轉(zhuǎn)子電壓和轉(zhuǎn)子的額定電流等數(shù)據(jù)。下面對(duì)繞 組接法、溫升和定額作簡(jiǎn)要說明。繞組接法：三和異步電動(dòng)機(jī)的肚于繞組可接成星形或三角形，視額泄電床和 電源電壓的配合情況而定。例如星形接法時(shí)額定電壓為380v,則改為三和形時(shí) 就可用于220v的電源上。為了滿足這種改接的需耍，通常把三相繞組的6個(gè)端 頭都引到接線板上，以便于采用兩種不同接法，如圖9-7所示。d1 dyd drd6d4d5f o o o j444-圖9-7三相界步

14、電動(dòng)機(jī)的接線板(a)星形連接；(b)三角形連接。溫升：指電機(jī)按規(guī)定方式運(yùn)行時(shí)，繞紐容許的溫度升高，即繞組的溫度比周 圍空氣溫度高出的數(shù)值。容許溫升的高低取決于電機(jī)所使用的絕緣材料。例如y 系列電機(jī)一般采用b級(jí)絕緣，其最高容許溫度為130°c，如周圍空氣溫度按40°c 計(jì)算,并計(jì)入10°c的裕量，則b級(jí)絕緣的容許溫升為130°c-(40 °c + 10°c)=80°c。定額：我國電機(jī)的定額分為3類，即連續(xù)定額、短時(shí)定額和斷續(xù)定額。連續(xù) 定額是指電機(jī)按銘牌規(guī)定的數(shù)據(jù)長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行。短時(shí)定額和斷續(xù)定額均屬于間歇 運(yùn)行方式，即運(yùn)行一段

15、時(shí)間后就停止運(yùn)行一段時(shí)間?？梢姡虝r(shí)泄額和斷續(xù)沱額 方式下，有一段時(shí)間電機(jī)不發(fā)熱，所以，容量相同時(shí)這類電機(jī)的體積可以做得小一些，或者連續(xù)定額的電機(jī)川作短時(shí)定額或斷續(xù)定額運(yùn)行時(shí)，所帶的負(fù)載可以超 過銘牌上規(guī)定的數(shù)值。但是，短時(shí)定額和斷續(xù)定額的電機(jī)不能按其容量作連續(xù)運(yùn) 行，否則會(huì)使電機(jī)過熱而損壞。第二節(jié)交流繞組(*)三相異步電動(dòng)機(jī)的交流繞組是山許多嵌放在走了鐵心槽中的線圈按照i定 的規(guī)律分布、排列并連接而成的。本節(jié)主要介紹三相異步電動(dòng)機(jī)交流繞組的構(gòu)成、 連接方法、展開圖繪制方法。一、交流繞組概述交流繞組是把屬于同相的導(dǎo)體繞成線圈，再按照一定的規(guī)律，將線圖串聯(lián)或 并聯(lián)起來。交流繞組通常都繞成開啟式，

16、毎相繞組的始端和終端都引出來，以便 于接成星形或三角形。1. 繞組的基本術(shù)語(1) 線圈、線圈組、繞組線圈也稱繞組元件，是構(gòu)成繞組的最基本單元，它是川絕緣導(dǎo)線按一定形狀 繞制而成的，可由一-匝或多匝組成；多個(gè)線圈連成一組就稱為線圈組；由多個(gè)線 圈或線圈組按照一定規(guī)律連接在一起就形成了繞組，圖9-8所示為常用的線圈示 意圖。線圈嵌放在鐵心槽內(nèi)用，不能直接轉(zhuǎn)換能量，稱為端部。(a)(b)(c)圖9-8線圈示意圖(2) 極距t極距是指交流繞組一個(gè)磁極所片有定子【員i周的距離，一般川定子槽數(shù)來表示。即:t =互(9-2)2p式中z.定了鐵心總槽數(shù)；2p磁極數(shù)；t極距。(3) 線圈節(jié)距y一個(gè)線圈的兩個(gè)有

17、效邊所跨定于関周的距離稱為節(jié)距，-般也用定于槽數(shù)來 表示。如某線圈的一個(gè)有效邊嵌放在第1而另一個(gè)有效邊放在第6槽，則其節(jié)距 丫=6-1 = 5椚。從繞組產(chǎn)生垠人磁勢(shì)或電勢(shì)的耍求出發(fā)，節(jié)距y應(yīng)接近于極距t , 即7(9-3)2p當(dāng)y二t時(shí)，稱為整距繞組；y< i時(shí)，稱為短距繞組；y> t時(shí)，稱為長(zhǎng)距繞組。實(shí)際應(yīng)用中，常采舟短距和整距繞紐.，長(zhǎng)距繞組一般不采用，因其端部較長(zhǎng), 用鋼量較多。(4) 機(jī)械角度和電角度一個(gè)圓周所對(duì)應(yīng)的兒何角度為360°角度就稱為機(jī)械角度。而從電磁方血來 看，導(dǎo)體每經(jīng)過一對(duì)磁極n、s,電勢(shì)就完成一個(gè)交變周期。對(duì)于4電機(jī)，p二2 這時(shí)導(dǎo)體每旋轉(zhuǎn)一周要經(jīng)

18、過兩對(duì)磁極，対應(yīng)的電角度為2x360°= 720°,若電機(jī)有 p對(duì)極，則電角度二px機(jī)械幷度(9-4)(5) 每極每相槽數(shù)q每極每相槽數(shù)q是指每相繞組在每個(gè)磁極下占的椚數(shù)，可由下式計(jì)算：(9 -5 )式中hi相數(shù)。q個(gè)所占的區(qū)域稱為一個(gè)相帶。通常情況下.三相斥步電動(dòng)機(jī)每個(gè)磁極下可 按相數(shù)分為3個(gè)相帶，囚一個(gè)磁極對(duì)應(yīng)的電角度為180°,故每個(gè)相帶占冇電角度 為60°稱為60°相帶。（6）相距角u槽距角是指相鄰的兩個(gè)槽z間的電角度?？缮较率接?jì)算：(9-6)（7）極相組極和組是指一 個(gè)磁極下屬于同一和的線圈按一立方式串聯(lián)成的線圈組。2. 交流繞組的基

19、木耍求三相異步電動(dòng)機(jī)交流繞組的構(gòu)成主要從設(shè)計(jì)制造和運(yùn)行兩方血考慮。繞組的 型式有多種多樣，具體要求為：（1）在一定的導(dǎo)體數(shù)下，繞組的合成電勢(shì)和磁勢(shì)在波形上應(yīng)盡可能為正眩 波，在數(shù)值上盡可能大，而繞組的損耗要小，用鋼量要省。（2）對(duì)三和繞組，各相的電勢(shì)和磁勢(shì)要求對(duì)稱而各相的電阻和電抗都相同。 為此必須保證各繞組所用材料、形狀、尺寸及匝數(shù)都和同且各相繞組在空間的分 布應(yīng)彼此相差120°電角度。（3）繞組的絕緣和機(jī)械強(qiáng)度要可靠，散熱條件要好。（4）制造、安裝、檢修要方便。三相交流繞組在槽內(nèi)嵌放完畢后共有6個(gè)出線端引到電動(dòng)機(jī)機(jī)座上的接線 盒內(nèi)。高壓大、中型容量的界步電動(dòng)機(jī)二相繞組一般采用星形

20、接法；小容竝的異 步電動(dòng)機(jī)二相繞組一般采用三角形接法。3. 三相交流繞組的分布、排列與連接要求三相界步電動(dòng)機(jī)交流繞組的作用是產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，要求交流繞組是對(duì)稱的三 相繞組，其分布、排列與連接應(yīng)按下列耍求進(jìn)行：（1）各相繞組在每個(gè)磁極下應(yīng)均勻分布，以達(dá)到磁場(chǎng)的對(duì)稱。為此先將定 了槽數(shù)按極數(shù)均分，每一等分代表180°電角度（稱為分極）；再把每極下的槽 數(shù)分為3個(gè)區(qū)段（相帶），每個(gè)相帶占60°電角度（稱為分相）。（2）各相繞組的電源引出線應(yīng)彼此相隔120°電角度。（3）同一相繞組的各個(gè)有效邊在同性磁極下的電流方向應(yīng)相同，而在異性 磁極下的電流方向相反。(4) 同相線圈z間

21、的連接應(yīng)順著電流方向進(jìn)行。4. 交流繞組的分類按槽內(nèi)層數(shù)來分，可分為單層繞組、雙層繞組和單雙層混合繞組；按每極每 相所占的槽數(shù)來分，可分為整數(shù)槽繞組和分?jǐn)?shù)槽繞組；按繞組的結(jié)構(gòu)形狀來分， 可分為鏈?zhǔn)嚼@紐、交叉式繞、同心式繞組、疊繞紐和波繞組等。以下介紹三相單 層繞組和三相雙層繞組。二、三相單層繞組單層繞組是指每一個(gè)椚內(nèi)只有一條線圈邊，整個(gè)繞組的線圈數(shù)等于定子總槽 數(shù)一半的繞組。按照線圈的形狀和端部連接方式的不同，單層繞組可分為鏈?zhǔn)嚼@ 組、交義式繞組和同心式繞組等兒種形式。根據(jù)前而所述對(duì)三相繞組的分布、排 列和連接要求，可繪岀三相單層繞組的展開圖，下ifii舉例說明3種常用的三相單 層繞組的結(jié)構(gòu)及

22、展開圖的繪制方法和步驟。1.鏈?zhǔn)嚼@組鏈?zhǔn)嚼@紐是由和同節(jié)距的線圈組成，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是繞組線圈一環(huán)套一環(huán)，形 如長(zhǎng)鏈，英每及每相椚數(shù)q 般為2椚?！纠?-1國產(chǎn)y90l-4型三相異步電動(dòng)機(jī)，定于繞組為單層鏈?zhǔn)嚼@組，定 子槽數(shù)為24,節(jié)距y二5槽，試?yán)L出其繞組展開圖?！窘狻?1)分極、分相每極所占槽數(shù)。工=6槽2p 2x2每極每相槽數(shù)q =- = 2槽2pm 2x2x3分極：如圖9-9 ( a )所示，將定子全部槽數(shù)按極數(shù)均分則毎極下分有6槽。 磁極按s、n、s、n排列。分相：將每個(gè)磁極下的槽數(shù)按相數(shù)均分為3個(gè)相帶，則每個(gè)相帶占有2槽。 因一個(gè)磁極下有3個(gè)相帶，則每對(duì)極共有6個(gè)相帶，將這6個(gè)相帶按ul

23、、w2、 vi、u2、wl、v2的順序排列,如圖9-9a所示。(2) 標(biāo)岀線圈有效邊的電流方向按相鄰兩個(gè)磁極下線團(tuán)邊中的電流方向相反的原則進(jìn)行.設(shè)s極下線圈邊的 電流方向向上，則n極下線圈邊的電流方向向下，如圖9-9 (a)中箭頭方向所 /ji osnsnu 1 嶺 1 h5 1跆1兒s1 陰 i vi1 1t 11 10.(b)g(c)圖9-9鏈?zhǔn)嚼@組(a)分極、分相;(b) u相繞組;(c)三相繞組。(3) 按繞組節(jié)距的要求把相鄰異極性下同一相的槽中的線圈邊連成線圈由圖9-9 (a)可知,u相繞組包含第1、2、7、8、13、14、19、20共8 個(gè)槽屮的線圈邊。線圈邊1、2與7、8分別處于

24、s極與n極下而，它們的電流方 向相反，做線圈邊1、2中的任意一個(gè)與線圈邊7、8中的任意一個(gè)都可組成一個(gè)線圈；|同樣13、14中任意一個(gè)與19、20中任一個(gè)也都可組成一個(gè)線圈。本題中，/節(jié)距丫二5,故可將u相帶下8個(gè)槽中的導(dǎo)體組成以下4個(gè)線圈：2 7、813、 1419、201,如圖9-9 (b)所示。同理，v相的4個(gè)線圈為611、1217、 18 23、245； w 和的 4 個(gè)線圈為 1015、1621、223、4一9；如圖 9-9(c)所示。(4) 確定各相繞組的出線端批注a1: 1、2為同極同相線圈,串 聯(lián)成為一個(gè)線圈，稱為極相組，而后 1、2的極相組和7、8極相組為并聯(lián)。 所以同極相組

25、內(nèi)的線圈留的引出線 短些，而兩個(gè)極相組間并聯(lián)所留的弓i 出線為此兩個(gè)線圈間蹈離的一半略 長(zhǎng).首尾相連為串聯(lián)。頭一頭，尾 尾相連為并聯(lián)。并聯(lián)路數(shù)小或等與 極對(duì)數(shù)。頭尾頭尾相連為串。各相繞組的出線端彼此相隔120°電角度。由于本題電機(jī)的槽距角為360°x p 360°x 2 oaoa = =30°z124170°則120°電角度相隔凹-=4椚30°將u相繞組出線端的首端u,定在第2槽，則v相首端呂應(yīng)定在第6槽(4+2) ,w和首端m在第10槽，如圖9-9(c)所示。(5) 順著電流方向把同相線圈連接起來將u相各線圈沿電流方向連接

26、起來，便形成u相繞組的展開圖，如圖9-9(b)so因而不同極z間的線圈柑連必須是這種接 法所示。顯然，上述的連接方法是各線圈的“頭接頭、尾接尾”，這種連接方法稱 為反$聯(lián)按同樣的方法，可連成v和繞組和w相繞組,從而得到三相繞組的展”批注a2j：為了形成n.開圖，如圖9-9(c)所示。國產(chǎn)j02-21-4型、j02-22-4型、y802-4型等三相異步電動(dòng)機(jī)的定于繞組都是采用這種鏈?zhǔn)嚼@組。2同心式繞組同心式繞組的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是各相繞組均由不同節(jié)距的同心式線圈連接而成，其 每極毎相槽數(shù)q般為4槽?！纠?-2國產(chǎn)y100l-2型三相異步電動(dòng)機(jī)，定子繞組為單和同心式繞組,泄子榊數(shù)為24,大線圈節(jié)距為11槽

27、，小線圈節(jié)距為9榊，試?yán)L出其繞組展開圖?！窘狻?)分極、分相719424每極每項(xiàng)椚數(shù)"壽r斤r°7椚每極所占椚數(shù)x =- = -12由計(jì)算可知,該電機(jī)每個(gè)極下共有12槽,整個(gè)定子可分為6個(gè)相帶，每相帶內(nèi)冇4槽。采用與【例9-1】相同的方法分極、分相，如圖9-10(a)所示。(2) 標(biāo)出線圈有效邊的電流方向設(shè)s極卜線圈邊的電流方向向上，則n極卜線圈邊電流方向向下，如圖9-10(a)屮箭頭方向所示。w2v, ut wx v.(b)圖9-10同心式繞組(a) u相繞組:(b)三相繞組.(3) 按繞組節(jié)距的要求把同一相的線圈邊按電流方向連成線圈。山于大線圈邊節(jié)距11槽，小線圈邊節(jié)距

28、9槽，則對(duì)u相繞組來說，可將線 圈邊3與14組成一個(gè)大線圈，4與13組成一個(gè)小線圈，大小線圈相套形成-個(gè) 同心式極和組。同理，線圈邊15與2組成大線圈，16與1組成小線圈，形成另 一個(gè)同心式極和組，如圖9-10(b)所示。用同樣的方法可得：v相的4個(gè)線圈為1122> 1221. 2310. 249； w 相的4個(gè)線圈為196、205、718、817,如圖9-10(c)所示。(4) 確定各相繞組的出線端各相繞組的出線端彼此相隔120°電角度。山于本題電機(jī)的槽距角為360°x p 360°xl 1coz124120°則120。電角度相隔等 =8槽15&

29、#176;將u相統(tǒng)組出線端的首端ui定在第三槽，則v相首端仏在第11槽，w 相首端m在第19榊，如圖9-10 (b)所示。(5) 順著電流方向把同相線圈連接起來按照“頭接頭、尾接尾”的方法，將u相各線圈沿電流方向連接起來，便形 成i：相繞組的展開圖，如圖9-10(a)所示。同理，可連成v相繞組和w相繞組， 從而得到三相繞組的展開圖，如圖9-10(c)所示。國產(chǎn)j02-12-2型、j02-31-2型、y112m-2型等三相異步電動(dòng)機(jī)的定于繞組 都是采用這種同心式繞組。3.交叉式繞組交叉式繞組主要用于每極每相槽數(shù)q為3槽的四極或兩極小型三相異步電 動(dòng)機(jī)中。這沖繞組可看成是鏈?zhǔn)嚼@組和同心式繞組的一個(gè)

30、綜合。它采用不等距的 線圈，比同心式繞組的端部矩，且便于布置?！纠?-3】國產(chǎn)y132s-4型三相異步電動(dòng)機(jī)，定于繞組為單層交叉式，定子 槽數(shù)為36,大線圈節(jié)距為8槽，小線圈節(jié)距為7槽，試?yán)L出其繞組展開圖?！窘狻?1)分極、分和每極所占槽數(shù)：z1 36 鈕2p 2x2每極每相槽數(shù)：廠旦= = 3槽2pm 2x2x3采用與【例9-1】相同的方法分極、分相，如圖9-11(a)所示。(2) 標(biāo)出線圈有效邊的電流方向設(shè)s極下線圈邊的電流方向向上，則n極下線圈邊電流方向向下，如圖 9-11 (a)中箭頭方向所示。(3) 按繞組節(jié)距的耍求把同一-相的線圈邊按電流方向連成線圈由于大線圈邊節(jié)距8槽，小線圈邊節(jié)

31、距7椚，則對(duì)u相繞組來說，可將線圈 邊2與10和3與11組成一個(gè)雙聯(lián)(兩個(gè)線圈聯(lián)在一起)的人線圈組，12與19 組成一個(gè)小線圈組；同理，線圈邊20與28和21與29組成另一個(gè)大線圈組，3與1組成另一個(gè)小線圈組，如圖9-11 (a)所示。用同樣的方法可得,v相4個(gè)線圈組為816和917、18-25. 26-34和27 35、36-7； w 相的 4 個(gè)線圈組為 1422 和 1523、24-31、32-4 和 335、6 一13,如圖911 (b)所示。s-n打l,s1pn尸1 1i1-1mi問2(b)圖9-11交叉式繞組(a) uth繞組；(b)三相繞組。(4) 確定各相繞組的出線端各相繞組的

32、出線端彼此相隔120。電角度。由于本題電機(jī)的槽距角為_ 360。"=z136120°則120電。角度相隔 =6槽。20°將u相繞組出線端的首端町定在第2槽,則v相首端£在第8槽,w相首端叭在第m槽，如圖9-11(6)所示。(5) 順著電流方向把同相線圈連接起來按“頭接頭、尾接尾”的方法，將u相各線圈沿電流方向連接起來，便形成 u相繞組的展開圖，如圖9-11 （a）所示。同理，可連成v相繞組和w相繞組，從 而得到三相繞組的展開圖，如圖9-11（b）所示。國產(chǎn)j0z-31-4型、j0z-32-4型、y132m-4型等三和異步電動(dòng)機(jī)的泄子繞組 都是采用這種交叉

33、式繞組°單層繞組的構(gòu)成最主耍的是確定三和繞紐的各個(gè)線圈在定子槽屮的分布規(guī) 律，只耍保證每相繞組所屬的椚號(hào)及電流方向，改變繞組元件的端接形式，對(duì)電 磁效果就基木上沒有影響。上面討論的3種形式的單層繞組，它們從外部結(jié)構(gòu)上 看雖各不相同，但從產(chǎn)牛的電磁效果角度看則基本上是一致的。因此到底選用哪 種結(jié)構(gòu)形式，主要要從縮短端接部分的長(zhǎng)度（即節(jié)省有色金屬）出發(fā)，當(dāng)然也要 考慮嵌線工藝的町能性。同心式繞組因端節(jié)部分較長(zhǎng)，-般只在嵌線比較閑難的 兩極電機(jī)中采用，功率較小的4極、6極、8極電機(jī)采用鏈?zhǔn)嚼@組，少部分的兩 極、四極電機(jī)釆用交叉式繞組。單層繞組的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，嵌線比較方便,槽的利用率高（因

34、無層間絕緣）。 其最人的缺點(diǎn)是產(chǎn)生的磁場(chǎng)和電勢(shì)波形較差（與止弦波相差較人），從而使電機(jī) 鐵損和噪音都較大，起動(dòng)性能不良，故多用于小容量的三相界步電動(dòng)機(jī)中。三、三相雙層三繞組雙層繞組的每個(gè)槽內(nèi)有上層、下層兩個(gè)線圈邊，每個(gè)線圈的一條邊嵌放在某 一槽的上層，另一條邊嵌放在另一槽的下層，整個(gè)繞組線圈數(shù)止好等于槽數(shù)。雙層繞紐可以選擇最有利的節(jié)距，所有線圈具有同樣的形狀和尺寸，便于制 造，端部形狀排列整齊，有利于散熱和增加機(jī)械強(qiáng)度，所以容量較大（10rw以 上）的三相異步電動(dòng)機(jī)的左于繞組一般均釆用雙層繞組。雙層繞組可分為疊繞組和波繞組兩種形式。疊繞組在嵌線時(shí)，兩個(gè)互相串聯(lián) 的線圈，總是后一個(gè)磕在前一個(gè)上血

35、，所以稱為廉繞組。以下僅舉例說明三相雙 層疊繞紐的結(jié)構(gòu)及展開圖的繪制方法和步驟。例9-4 一臺(tái)三相4極異步電動(dòng)機(jī)，定于繞組為雙層疊繞組，定了槽數(shù)為 36,節(jié)距y二7,試?yán)L出其繞組展開圖?！窘猓?）分極、分和每極所占槽數(shù)r = a = jl = 9槽2p 2x2每極每相槽數(shù)g =旦=一=3槽2 pm 2x2x2山計(jì)算可知，該電機(jī)每極下共有9個(gè)槽，整個(gè)定了可分為12個(gè)相帶，每相 帶內(nèi)有3個(gè)槽，采用與【例9-1】相同的方法分極、分相，如圖9-12 ( a )所示。(2) 標(biāo)出i：相線圈有效邊的電流方向圖9-12屮，實(shí)線表示上層邊，虛線表示下層邊，毎個(gè)線圈都由一根實(shí)線和 根虛線組成，各線圈的編號(hào)都用其

36、上層邊所在的槽號(hào)表示。設(shè)s極卜線圈上層 邊的電流方向向上，則n極下線圈上層邊電流方向向下，如圖9-12 ( a )屮箭 頭方向所示。(3) 按繞組節(jié)距的要求把同一相的線圈邊按電流方向連成線圈并組成極相 組對(duì)u相繞組來說，因線圈節(jié)距¥=7槽，則笫1槽的上層邊與笫8拾的下層被 凌蕩起來構(gòu)成線圈1,第2槽的上層邊與第9槽的下層邊連接起來構(gòu)成線圈2, 以此類推，即可構(gòu)成定子繞組u相的全部12個(gè)線圈。將線圈1、2、3串聯(lián)起來，19、20、21串聯(lián)起來，分別纟ii成了兩個(gè)對(duì)應(yīng)于s 極下的極相組;將線圈10、11、12串聯(lián)起來,28、29、30串聯(lián)起來,分別組成 了兩個(gè)對(duì)應(yīng)于n極下的極相組，如圖9

37、-12 ( a )所示。(4) 確定各相繞組的出線端各相繞組的出線端彼此相隔120。電角度。由于本題電機(jī)的槽距角為360° x p 360° x 2“。a = = 20z1361?0°則120°電角度相隔=6槽。20°由于u、v、w三相繞組出線端的首端應(yīng)相隔120°電角度,將u相出線端的 首端u1定在第1槽,則v相首端v】在第7槽,w相首端粘在第13槽如圖9-12 (b) 所示。(5) 順著電流方向把各極相組連接起來u相繞組中各線圈的電流方向如圖9-12 ( a )所示，沿電流方向?qū)相繞組 的4個(gè)極相組按“頭接頭，尾接尾”的方法連接

38、起來，便形成u相繞組的展開圖， 如圖9-12 ( a )所示。同理，可連成v相繞組和w相繞組從而得到三相繞組的 展開圖,如圖9-12(b)所示。(b)圖9-12雙層疊繞組<a） u相繞組；（b）三相繞組。上述繞組的連接，是假定繞組的并聯(lián)支路數(shù)a =1來分析的，即各相繞組的 4個(gè)極相組串聯(lián)成一條支路。若耍求并聯(lián)支路數(shù)a =2,則只耍改變各相繞組的4 個(gè)極相組z間的連接。以u(píng)相為例，把第一對(duì)極中s極下的極相組123與n 極下的極相組10-11-12用“尾接尾”的方法連接起來組成一條支路，而把另 一對(duì)極中s極下的極相組1920-21與n極下的極相組28-29-30用“尾接尾” 的方法連接起來組

39、成另一條支路，然后再把這兩條支路的首端與首端（線圈1 和線圈19的首端）相連,作為u相繞組的首端u”尾端與尾端（線圈10和線圈28的首端）相連，作為u相繞組的尾端th即得到兩條并聯(lián)支路。山上所述可知，雙層疊繞組每相的極相組數(shù)正好等于電機(jī)的極數(shù)。而每個(gè)極相組都可單獨(dú)成為一條支路，因此，雙層疊繞組每相的最大并聯(lián)支路數(shù)等于電機(jī)磁極數(shù)。丨批注a3:并聯(lián)路數(shù)心每個(gè)極相組'內(nèi)的線圈并聯(lián)數(shù)疑x同極的極相組第三節(jié)交流繞組的電勢(shì)和磁勢(shì)并聯(lián)數(shù)量一、三相定于繞組的電勢(shì)通過單層鏈?zhǔn)嚼@組、同心式繞組和交義式繞組等的展開圖，可以看出，這些繞組的線圈是按照一左的規(guī)律分布排列著，且它們的線圈節(jié)距均小于莫極距，也就是說

40、，它們是分布線圈繞組。相比較而言，可以說變壓器原、副邊繞組都是集屮線圈繞組。根據(jù)電磁感應(yīng)定律可以證明，三相異步電動(dòng)機(jī)定子繞組的相電勢(shì)e為：e1=4.44fniomkwo(9-7)式(9-7)中，匚為三相定子繞組中電流的頻率；n為每相定子繞組總的串聯(lián) 匝數(shù)；m為異步電動(dòng)機(jī)的每極磁通；kw=kykq為繞組因數(shù)。k,稱為節(jié)距因數(shù)，它的數(shù)值與線圈節(jié)距有關(guān)，它表示短距線圈和長(zhǎng)距線圈電 勢(shì)的減小程度,短距線圈和長(zhǎng)距線圈的kyvl,整距線圈的ky=lo&稱為分布因數(shù)，它的數(shù)值與線圈分布有關(guān)，它表示分布線圈電勢(shì)的減小程 度,分布線圈的ku<1,集中線圈的k =1二、三相定子繞組的磁勢(shì)1.單相繞組

41、的磁勢(shì)在三相定于繞組中通入三相正弦波的電流，則三相定了繞組中的每一個(gè)單相 繞組所產(chǎn)生的磁勢(shì)為脈動(dòng)磁勢(shì)。所謂脈動(dòng)磁勢(shì)，就是磁勢(shì)的軸線(即磁勢(shì)幅值所 在的位置)在空間固定不動(dòng)，但振幅不斷隨時(shí)間而變化的磁勢(shì)?？梢宰C明，單相繞組脈動(dòng)磁勢(shì)幾(“的數(shù)學(xué)表達(dá)式可以寫成:fit> (x,t) = f® cos x cos cot(9-8)式(9-8)中：耳,為磁勢(shì)的幅值;x為空間坐標(biāo);t為時(shí)間坐標(biāo)；q為繞組中 止弦交流電的角頻率。從式(9-8)可見，在任一瞬間，磁勢(shì)的空間分布為一余弦波，但在空間任 何一點(diǎn)的磁勢(shì)，則又隨時(shí)間作余弦變化?；蛘哒f，該磁勢(shì)既是空間函數(shù)又是時(shí)間 函數(shù)?？梢宰C明，單相繞組

42、脈動(dòng)磁勢(shì)的幅值厲=09兇辭,說明單相統(tǒng)組脈動(dòng)磁p勢(shì)的幅值與繞組中的電流i成正比，與相繞組總的岀聯(lián)匝數(shù)n成正比，與繞組 因數(shù)k“成正比，與電機(jī)的極對(duì)數(shù)p成反比。2.三相繞組的磁勢(shì)三相繞組由3個(gè)單和繞組組成，這三個(gè)單相繞組分別產(chǎn)生脈動(dòng)磁勢(shì)。在三相 界步電動(dòng)機(jī)屮，3個(gè)單相繞組是對(duì)稱的，即u、v、w三相繞組在空間互相間隔的 距離為120°電角度。電機(jī)在對(duì)稱運(yùn)行時(shí)，通入三相繞組屮的三和電流亦是對(duì)稱 的，即其幅值相等，在時(shí)間相位上互差120°電角度，即iv = v2/ cos 69/(9-9)iv =v2/cos(r-120°)(9-10)iw = v2z cos(曲- 24

43、0°)(9-11)因此，u、v、w三相繞組的磁勢(shì)分別為仏=cosxcosx(9-12)f®v =尸 cos(兀-120 ) cos伽一 120°)(9-13)fw = f cos(x -120 ) cos(曲一 120 )(9一14)把九“、九*分別進(jìn)行分解= - cos(曲-x) + - f(i> cos伽 + x)av = £ ® cos® 一 x) + * 厲 cos(曲 + x - 240 ) = *f® cos(曲-x) + -f(t)cos(曲 + x-240 )(9-15)(9-16)(9-17)把上述3

44、個(gè)公式相加，可知前三相余弦互相托加，后三相之和為零。故三相合成磁勢(shì)為f (xj) = 15厲 cos(x-cot)(9-18)上式農(nóng)明，當(dāng)三相對(duì)稱電流流過三相對(duì)稱繞組時(shí)，三和繞組的合成磁勢(shì)為一個(gè)圓形旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)。圓形旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)的幅值為單相繞組脈動(dòng)磁勢(shì)幅值心的1.5倍，其旋轉(zhuǎn)速度稱為同步轉(zhuǎn)速，用x;來表示，莫計(jì)算公式為:(9-19)式中 f三相定子繞組中電流的頻率；p三相異步電動(dòng)機(jī)的磁極對(duì)數(shù)。個(gè)三和對(duì)稱繞組流過三相對(duì)稱電流時(shí)，它所產(chǎn)生的合成磁勢(shì)一定是一個(gè)関 形旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)。這個(gè)概念可以進(jìn)一步用圖9-13來解釋。圖9-13中um、vm、怙2 是定子上的三相繞組，它們?cè)诳臻g互相間隔120°電角度。三

45、相電流的變化仙線 如圖9-14所示。在圖9-13中假設(shè)：a、b、c三相電流分別流入u、v、w三和繞組，正值電 流是從繞組的首端流入(用來表示流入)而從尾端流出(用。來表示流岀)， 負(fù)值電流則從繞組的尾端流入而從首端流出。圖9-13旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)(a)ryt= o時(shí)：(b)a) t =120°時(shí);(c) t =240°時(shí)；(d)(o t =360°時(shí)。在圖9-14屮，當(dāng)。co t =0時(shí)，a相電流具有正的最大值，相應(yīng)地在圖9-13(a )中a相電流是從u相繞組的首端從點(diǎn)流入，而從尾端q點(diǎn)流出，此時(shí)b 相及c相電流均為負(fù)值,所以電流ib和ic分別從v相繞組及w相繞組的尾端v

46、2 和流人，而從首端必和粘流出。從圖9-13(a)中電流的分布情況可以清楚地 看到：合成磁勢(shì)的軸線止好與u相繞組的中心線相巫合。在圖9-14中，當(dāng)。2120“時(shí),b相電流達(dá)到正的最大值,a相及c相電流則 為負(fù)值，因此相應(yīng)地在圖9-13 (b)中上相電流是從v相繞組的首端也點(diǎn)流入，而 從尾端血點(diǎn)流出，a相及c電流分別從它們的尾端u?及也點(diǎn)流入，而從首端ut 及粘點(diǎn)流出，此時(shí)合成磁勢(shì)的軸線便與v相繞組的屮心線相重合。0°120°240°360*圖9-14三相電流根據(jù)同樣的方法可以解釋圖9-13 (c),當(dāng)e t =240°時(shí),c相電流有最大值, 合成磁勢(shì)的軸

47、線便與w和繞組的中心線相重合。分析圖9-13 (a)、(b)、(c) 3個(gè)圖形中磁勢(shì)的位置，可以明顯地看出：合成磁勢(shì)是一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)。旋轉(zhuǎn)磁勢(shì) 的軸線總是電流達(dá)到最大值的那一相繞組的中心線相重合。如果三相繞組流過的是止序電流，則a相電流首先達(dá)到最人值，而后依次是 b相及c相電流達(dá)到最人值，則合成磁勢(shì)的軸線首先與u相繞組的中心線相巫合, 而后再依次同v相繞組和w相繞組中心線相重合。所以合成磁勢(shì)的旋轉(zhuǎn)方向是從 u相到v相、再從v相到w相。也就是說：旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)的轉(zhuǎn)向總是從超前電流的和 轉(zhuǎn)向滯后電流的和。如來三相繞組流過的是負(fù)序電流，則a相電流首先達(dá)到最人值，而后依次是 0相及b相電流達(dá)到最人值，所以合成

48、磁勢(shì)的軸線苗先與u相繞組的中心線相重 合，而后再依次同w相繞組和v相繞組中心線相重合。合成磁勢(shì)的旋轉(zhuǎn)方向是從 u相到w相，再從w相到v相。可見：要改變旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)的轉(zhuǎn)向，只要改變通入電流的相序。也就是說，只要 把三相繞組屮的任何兩個(gè)出線端的位置對(duì)換就可以了。綜上所述，三和繞組合成磁勢(shì)具有以下性質(zhì)：(1) 三相合成磁勢(shì)在任何瞬間保持著怕定的振幅，它是單相脈振磁勢(shì)振幅 的1.5倍；(2) 三相繞組合成磁勢(shì)的轉(zhuǎn)速僅決定于電流的頻率和電機(jī)的極對(duì)數(shù)；(3) 當(dāng)某相電流達(dá)到最人值時(shí)，合成磁勢(shì)波的波幅就與該相繞組的軸線巫合;(4) 合成磁勢(shì)的旋轉(zhuǎn)方向決定于電流的相序o第四節(jié) 三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理及運(yùn)行分析一

49、、三相異步電機(jī)的工作原理三相界步電機(jī)工作原理示意圖如圖9-15所示，定了上的三相繞組接到三相 交流電源上，轉(zhuǎn)子繞組自成閉合回路。三相異步電機(jī)的工作可分為3種情況，以 下分別作介紹。1 .三相異步電機(jī)作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行三相杲步電機(jī)作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行是其最普遍的工作狀態(tài)。三相電流流入三相定 于繞組產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)，并在氣隙屮產(chǎn)生相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)也是以同步轉(zhuǎn) 速11在旋轉(zhuǎn)。為了電角度，即便于說明問題，在圖9-15中用一對(duì)旋轉(zhuǎn)的磁極 來表示該旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。(a)示意圖;(b)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行；(c)發(fā)電機(jī)運(yùn)行；(d)制動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)切割轉(zhuǎn)了導(dǎo)體時(shí)，在其中產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，使轉(zhuǎn)了導(dǎo)體中冇電流流 過。其方向可利用右手定

50、則判斷。轉(zhuǎn)子電流與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用而產(chǎn)牛電磁轉(zhuǎn)矩，使 轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)速n旋轉(zhuǎn)，從而把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，作電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。由左手定則判斷 可知：轉(zhuǎn)子方向與磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)方向相同，如圖9-15 (b)所示。當(dāng)異步電機(jī)作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，為了克服負(fù)載的阻力轉(zhuǎn)矩，三相異步電動(dòng)機(jī) 的轉(zhuǎn)速n總是略低于同步轉(zhuǎn)速n”以便氣隙中的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)能夠切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體而在 英中產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)和感應(yīng)電流，從而能夠產(chǎn)生足夠的電磁轉(zhuǎn)矩來拖動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。 如果轉(zhuǎn)了的轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速相等，轉(zhuǎn)向乂相同，則氣隙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)了導(dǎo)體之間 沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因而轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中就不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)和電流，電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩也 將為零?？梢姡惒诫姍C(jī)產(chǎn)牛電磁轉(zhuǎn)矩的必要條件是，磁場(chǎng)的同步轉(zhuǎn)速

51、n 1和轉(zhuǎn) 子的轉(zhuǎn)速n不相等，即n & n。把同步轉(zhuǎn)速m和轉(zhuǎn)了轉(zhuǎn)速n的差值稱為轉(zhuǎn)差，轉(zhuǎn)差與同步轉(zhuǎn)速n】的比值稱 為轉(zhuǎn)差率，轉(zhuǎn)差率用s來表示，即s(9-20)轉(zhuǎn)差率是界步電機(jī)的一個(gè)基本變量，它可以表示界步電機(jī)的各種不同運(yùn)行狀 態(tài)。(1) 在電機(jī)剛起動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n=0,則s =1,轉(zhuǎn)子切割旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的相對(duì) 速度為最大，轉(zhuǎn)了中的電勢(shì)及電流也最大。如果電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩足以克服 機(jī)械負(fù)載的阻力轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子就開始旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速會(huì)不斷上升。(2) 隨著轉(zhuǎn)了轉(zhuǎn)速n的上升，轉(zhuǎn)差率s減小，轉(zhuǎn)了切割旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的相對(duì)速 度減小，轉(zhuǎn)子中的電勢(shì)及電流也減小。在額定狀態(tài)下，轉(zhuǎn)差率s的數(shù)值通常都是 很小的，屮小型異步電動(dòng)

52、機(jī)的轉(zhuǎn)差率約為0. 010. 07,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速相 差并不很大。而空載時(shí)，因阻力矩很小，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速”很高，轉(zhuǎn)差率則更小，約為 0. 0040. 007,可以認(rèn)為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速近似等于同步轉(zhuǎn)速。(3) 假設(shè)n = ni,則轉(zhuǎn)差率s =0,此時(shí)轉(zhuǎn)子導(dǎo)體不切割旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子 中就沒有感應(yīng)電勢(shì)及電流，也不產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。可見，作電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí),轉(zhuǎn)速n在0葉 的范圍內(nèi)變化,而轉(zhuǎn)差率則在廣0 的范i韋i內(nèi)變化。三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可用轉(zhuǎn)差率來計(jì)算，b|jn = (1-s) n i(921)2. 三相異步電動(dòng)機(jī)作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行若異步電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上不是機(jī)械負(fù)載，而是用一原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)員步電機(jī)的轉(zhuǎn)子以 大于同步轉(zhuǎn)速的速度與旋

53、轉(zhuǎn)磁場(chǎng)同方向旋轉(zhuǎn)，如圖915 (c)所示。此時(shí)，轉(zhuǎn) 子導(dǎo)體相對(duì)于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)方向與圖9-15(b)相反，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中的電勢(shì)及電 流也反向。由左手定則可知，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩也與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相反，起 看制動(dòng)作用。為了克服電磁轉(zhuǎn)矩的制動(dòng)作用，使轉(zhuǎn)子能繼續(xù)旋轉(zhuǎn)下去，并保持n >n 原動(dòng)機(jī)就必須不斷向電機(jī)輸人機(jī)械功率，而電機(jī)則把輸人的機(jī)械功率轉(zhuǎn) 換為電功率輸出給電網(wǎng)，此時(shí)異步電機(jī)成為發(fā)電機(jī)。異步發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)差率 s為負(fù)值。3. 三相異步電機(jī)在制動(dòng)狀態(tài)下運(yùn)行若在外力作用下，使轉(zhuǎn)子逆著旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖915(d)所示。比 較圖9-15 ( b )和圖915(d)可見，此時(shí)，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體相對(duì)于

54、磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)方向 與電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)札i同，故轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中的電勢(shì)和電流方向仍與電動(dòng)機(jī)狀態(tài)相同， 作用在轉(zhuǎn)子上的電磁轉(zhuǎn)矩方向與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)方向一致，但卻與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相反，起了 阻止轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的作用，故稱為三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)運(yùn)行。在這種情況下，它一 方面消耗原動(dòng)機(jī)的機(jī)械功率，同時(shí)也從電網(wǎng)吸收了電功率，這兩部分功率均變?yōu)槿喈惒诫妱?dòng)機(jī)內(nèi)部的損耗。制動(dòng)運(yùn)行時(shí)，山于轉(zhuǎn)了逆著磁場(chǎng)方向旋 轉(zhuǎn)，n<0o則轉(zhuǎn)差率s>lo在3種運(yùn)行狀態(tài)下，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速總是與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速(同步轉(zhuǎn)速)不同，因而 稱為異步電機(jī)。乂由于異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞紐并不直接與電源相接，而是依靠電磁 感應(yīng)的原理來產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)和電流，從而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩使電動(dòng)

55、機(jī)旋轉(zhuǎn)，因而異步 電機(jī)又稱為感應(yīng)電機(jī)。實(shí)際上，異步電機(jī)絕大多數(shù)都是作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行z異步發(fā)電機(jī)的性能不如同 步發(fā)電機(jī)優(yōu)越，因此僅用在特殊場(chǎng)合。制動(dòng)運(yùn)行往往堆吊車等設(shè)備的一種特殊運(yùn) 行狀態(tài)。二、三相異步電動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩平衡關(guān)系1. 三相異步電動(dòng)機(jī)中各個(gè)功率、損耗的含義電機(jī)是機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的機(jī)械，在能量轉(zhuǎn)換過程中必然會(huì)冇功率平衡關(guān)系，必 然會(huì)有損耗。當(dāng)三相異步電動(dòng)機(jī)接在電網(wǎng)上穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，由電網(wǎng)供給的電功率稱為三相異 步電動(dòng)機(jī)的輸人功率p“p 產(chǎn) 3ucos0i(922)式中ut三和異步電動(dòng)機(jī)沱子繞組相電壓；it三相并步電動(dòng)機(jī)定子繞組相電流；0和電壓u,與和電流i】之間的相位角；cos©三相

56、界步電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)。輸入功率中的一小部分將消耗于定了繞組的電阻上，該部分稱為定于繞組銅(923)耗 pculpcul = 312 r式中r.三相異步電動(dòng)機(jī)定于繞組相電阻。輸入功率的另外一小部分將消耗于定子鐵心上，該部分稱為鐵耗preo轉(zhuǎn)子鐵心損耗可忽略不計(jì)。這是因?yàn)檎＿\(yùn)行時(shí)，三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 接近旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的同步轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)差率s很小，轉(zhuǎn)子鐵心中磁通變化的頻率很小，再 加上轉(zhuǎn)子鐵心和定子鐵心都是用硅鋼片造成，因而轉(zhuǎn)子鐵心中洪耗很小。所以， 三相異步電動(dòng)機(jī)的鐵耗主耍是定子鐵心損耗。輸入功率減去定子銅耗和鐵耗以后，余下的功率全部送入轉(zhuǎn)子，這部分功率 稱為電磁功率p"電磁功率是借助電磁感應(yīng)作用通過氣隙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)由泄子傳遞到 轉(zhuǎn)子的。p產(chǎn) pl% p&( 924)傳遞到轉(zhuǎn)子的電磁功率，一部分將消耗于轉(zhuǎn)于繞組中的電阻上，這部分功率 稱為轉(zhuǎn)子繞組銅耗p她=3i；r2(925)式中i2三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)了繞組相電流；r2三相界步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組相電阻。傳遞到轉(zhuǎn)子的電磁功率減去轉(zhuǎn)子銅耗p起余下的功率，稱為全機(jī)械功率p全。p =pm pcu2(926)金