第四章 三相異步電動(dòng)機(jī)

1、三相異步電動(dòng)機(jī)主要由三相異步電動(dòng)機(jī)主要由定子和轉(zhuǎn)子定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。兩大部分組成。1.1.定子部分定子部分定子是電動(dòng)機(jī)的固定部分，主要由定子是電動(dòng)機(jī)的固定部分，主要由機(jī)座、定子鐵心和定子繞組機(jī)座、定子鐵心和定子繞組三個(gè)部分組成的。三個(gè)部分組成的。（1 1）機(jī)座：）機(jī)座：主要起支撐保護(hù)作用。主要起支撐保護(hù)作用。（2 2）定子鐵心：）定子鐵心：是電動(dòng)機(jī)磁路的一部分，裝在機(jī)座里。為了是電動(dòng)機(jī)磁路的一部分，裝在機(jī)座里。為了降低定子鐵心里的鐵損耗，定子鐵心用降低定子鐵心里的鐵損耗，定子鐵心用0.5mm0.5mm厚的硅鋼片疊壓厚的硅鋼片疊壓而成的，在硅鋼片的兩面還應(yīng)途上絕緣漆，以減小渦流損耗。而成的

2、，在硅鋼片的兩面還應(yīng)途上絕緣漆，以減小渦流損耗。（3 3）定子繞組：）定子繞組：三相對(duì)稱(chēng)繞組嵌放在定子鐵心內(nèi)圓的槽內(nèi)，三相對(duì)稱(chēng)繞組嵌放在定子鐵心內(nèi)圓的槽內(nèi)，三相繞組在空間相差三相繞組在空間相差120120電角度電角度，每相繞組的兩端分別用，每相繞組的兩端分別用U1-U1-U2U2、V1-V2V1-V2、W1-W2W1-W2表示，根據(jù)需要結(jié)成表示，根據(jù)需要結(jié)成Y Y形或形或形。形。2.2.轉(zhuǎn)子部分轉(zhuǎn)子部分轉(zhuǎn)子是電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)部分，主要由轉(zhuǎn)子是電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)部分，主要由轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)軸軸組成。組成。（1 1）轉(zhuǎn)子鐵心：）轉(zhuǎn)子鐵心：是電動(dòng)機(jī)磁路的一部分，用來(lái)安放轉(zhuǎn)子繞組，是

3、電動(dòng)機(jī)磁路的一部分，用來(lái)安放轉(zhuǎn)子繞組，它用它用0.5mm0.5mm厚的硅鋼片疊壓而成。鐵心固定在轉(zhuǎn)軸或轉(zhuǎn)子支架厚的硅鋼片疊壓而成。鐵心固定在轉(zhuǎn)軸或轉(zhuǎn)子支架上，整個(gè)轉(zhuǎn)子的外表呈圓柱形。上，整個(gè)轉(zhuǎn)子的外表呈圓柱形。（2 2）轉(zhuǎn)子繞組：）轉(zhuǎn)子繞組：分為分為籠型籠型和和繞線型繞線型兩類(lèi)。兩類(lèi)。籠型繞組：籠型繞組：在轉(zhuǎn)子鐵心的每一個(gè)槽中插入一根銅條，在銅條在轉(zhuǎn)子鐵心的每一個(gè)槽中插入一根銅條，在銅條兩端各用一個(gè)銅環(huán)（稱(chēng)為端環(huán)）把導(dǎo)條聯(lián)結(jié)起來(lái)，稱(chēng)為兩端各用一個(gè)銅環(huán)（稱(chēng)為端環(huán)）把導(dǎo)條聯(lián)結(jié)起來(lái)，稱(chēng)為銅排銅排轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子，如圖所示。也可用鑄鋁的方法，把轉(zhuǎn)子導(dǎo)條和端環(huán)、，如圖所示。也可用鑄鋁的方法，把轉(zhuǎn)子導(dǎo)條和端環(huán)、風(fēng)

4、扇葉片用鋁液一次澆鑄而成，稱(chēng)為風(fēng)扇葉片用鋁液一次澆鑄而成，稱(chēng)為鑄鋁轉(zhuǎn)子鑄鋁轉(zhuǎn)子，如圖所示。，如圖所示。100kW以下的異步電動(dòng)機(jī)一般采用鑄鋁轉(zhuǎn)子?；\型繞組結(jié)構(gòu)以下的異步電動(dòng)機(jī)一般采用鑄鋁轉(zhuǎn)子?；\型繞組結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，堅(jiān)固，成本低。簡(jiǎn)單，堅(jiān)固，成本低?；\型轉(zhuǎn)子鐵籠型轉(zhuǎn)子鐵心和繞組結(jié)心和繞組結(jié)構(gòu)示意圖構(gòu)示意圖 定子和轉(zhuǎn)子配合方式定子和轉(zhuǎn)子配合方式下面是它主要部件的拆分圖。下面是它主要部件的拆分圖。 右圖是一臺(tái)三相籠型感應(yīng)電動(dòng)右圖是一臺(tái)三相籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的外形圖。機(jī)的外形圖。4. 1. 1 三相交流電的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)和旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)三相交流電的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)和旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì) 在三相異步電動(dòng)機(jī)中實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的前提在三相異步

5、電動(dòng)機(jī)中實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的前提是必須產(chǎn)生一種旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。所謂旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)是必須產(chǎn)生一種旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。所謂旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng), ,就是一種就是一種極性不變且以一定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)。根據(jù)理論分析極性不變且以一定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)。根據(jù)理論分析和實(shí)踐證明和實(shí)踐證明, ,在多相對(duì)稱(chēng)繞組中流過(guò)多相對(duì)稱(chēng)電流時(shí)在多相對(duì)稱(chēng)繞組中流過(guò)多相對(duì)稱(chēng)電流時(shí), ,會(huì)產(chǎn)生一種大小恒定的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)即圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)會(huì)產(chǎn)生一種大小恒定的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)即圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)（磁感應(yīng)強(qiáng)度矢量頂點(diǎn)的軌跡為一圓）。（磁感應(yīng)強(qiáng)度矢量頂點(diǎn)的軌跡為一圓）。 三相異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組為三相對(duì)稱(chēng)繞組，三相異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組為三相對(duì)稱(chēng)繞組，只要三相對(duì)稱(chēng)繞組通入三相對(duì)稱(chēng)交流電，就會(huì)在氣只要三

6、相對(duì)稱(chēng)繞組通入三相對(duì)稱(chēng)交流電，就會(huì)在氣隙中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。隙中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。U1iViUiwV2W2W1V1U2i0TiutiViW三相定子三相定子繞組中通繞組中通過(guò)的電流過(guò)的電流120sin120sinsintIitIitIimwmvmuW2t1t2t3t4W1V1W2U1U2V2SNV1V2U1W2W1U2SNW1U2W2V1U1V2SNt1時(shí)刻時(shí)刻W1U1V1U2V2t2時(shí)刻時(shí)刻t3時(shí)刻時(shí)刻三相電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生三相電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生 SNU1W2U2V2W1V1MWMVUIiIiit866. 0866. 000i0TiutiViW SNV1U2V2W2U1W1MWVMUIiiIit8

7、66. 00866. 0120i0TiutiViW SNW1V2W2U2V1U10866. 0866. 0240WMVMUiIiIiti0TiutiViW SNU1W2U2V2W1V1MWMVUIiIiit866. 0866. 00360i0TiutiViW結(jié)論：在通入按正弦規(guī)律變化結(jié)論：在通入按正弦規(guī)律變化的三相交流電流時(shí)，就會(huì)在定的三相交流電流時(shí)，就會(huì)在定子鐵心中產(chǎn)生一個(gè)極性不變，子鐵心中產(chǎn)生一個(gè)極性不變，轉(zhuǎn)速一定的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。轉(zhuǎn)速一定的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。i0TiutiViWSNSNSNSNSNSN在定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的帶動(dòng)下，處于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中的在定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的帶動(dòng)下，處于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中的轉(zhuǎn)子，會(huì)按照定子旋轉(zhuǎn)磁

8、場(chǎng)的方向轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。轉(zhuǎn)子，會(huì)按照定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的形成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的形成 在三相定子繞組空間排序不變的條件下,旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向取決于三相電流的相序取決于三相電流的相序,即從電流超前相轉(zhuǎn)向電流滯后相,若要若要改變旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向，只需將三相電源進(jìn)線中的任意兩相對(duì)改變旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向，只需將三相電源進(jìn)線中的任意兩相對(duì)調(diào)即可調(diào)即可。 U1iViUiwV2W2W1V1U2W2W1U1V1U2V2i0TiutiViW三相定子三相定子繞組中通繞組中通過(guò)的電流過(guò)的電流120sin120sinsintIitIitIimwmvmu式中： 定子交流電流的頻率,單位為Hz； p 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁極

9、對(duì)數(shù)； 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速 , 亦稱(chēng)同步轉(zhuǎn)速同步轉(zhuǎn)速 , 其單位常采用r/min。 國(guó)產(chǎn)的異步電動(dòng)機(jī) , 定子繞組所接交流電源的頻率為50 Hz , 所以不同極對(duì)數(shù)的異步電動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)的同步轉(zhuǎn)速也就不同 , 如下表所示。minr60111單位為單位為pfsrpfn（4-1）1f1np1234n1(r/ min) 3000 1500 1000 750 三相異步電動(dòng)機(jī)定子三相對(duì)三相異步電動(dòng)機(jī)定子三相對(duì)稱(chēng)交流繞組通入三相對(duì)稱(chēng)交流電稱(chēng)交流繞組通入三相對(duì)稱(chēng)交流電流時(shí)，將在電機(jī)氣隙空間產(chǎn)生旋流時(shí)，將在電機(jī)氣隙空間產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子繞組的導(dǎo)體處于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子繞組的導(dǎo)體處于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中 ，轉(zhuǎn)子導(dǎo)

10、體切割磁力，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割磁力線會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，根據(jù)右手定線會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，根據(jù)右手定則可以判斷感應(yīng)電勢(shì)方向則可以判斷感應(yīng)電勢(shì)方向 ，又，又因?yàn)檗D(zhuǎn)子導(dǎo)體通過(guò)端環(huán)自成閉路，因?yàn)檗D(zhuǎn)子導(dǎo)體通過(guò)端環(huán)自成閉路，所以轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中會(huì)通過(guò)感應(yīng)電流。所以轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中會(huì)通過(guò)感應(yīng)電流。感應(yīng)電流與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)感應(yīng)電流與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生電磁力，根據(jù)左手定則可以判生電磁力，根據(jù)左手定則可以判斷電磁力的方向。電磁力作用在斷電磁力的方向。電磁力作用在轉(zhuǎn)子上將產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，并驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子上將產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，并驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。 異步電動(dòng)機(jī)的工作原理示意圖異步電動(dòng)機(jī)的工作原理示意圖轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子(電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī))的轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速 能能等

11、于旋轉(zhuǎn)等于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速嗎？嗎？轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)間沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)間沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)如果如果1nn 轉(zhuǎn)子不切割磁場(chǎng)不能生成感應(yīng)電流轉(zhuǎn)子不切割磁場(chǎng)不能生成感應(yīng)電流轉(zhuǎn)子不是載流導(dǎo)體則不能產(chǎn)生電磁力轉(zhuǎn)子不是載流導(dǎo)體則不能產(chǎn)生電磁力三相對(duì)稱(chēng)定子繞組三相對(duì)稱(chēng)定子繞組對(duì)稱(chēng)三相交流電對(duì)稱(chēng)三相交流電旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)靜止的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體靜止的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割切割感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)感應(yīng)電流感應(yīng)電流電磁力電磁力轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng) %10011nnnsSN=1.5%-5%1)1 (nsn安培定律電磁感應(yīng)定律 例例4.1 某臺(tái)50 Hz的三相異步電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速 =730 r/min , 空載轉(zhuǎn)差率s0=0.267%。

12、試求該電機(jī)的極對(duì)數(shù)、同步轉(zhuǎn)速、空載轉(zhuǎn)速和額定負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)差率。 解解 因?yàn)殡娫搭l率為50 Hz , 同步轉(zhuǎn)速 Nn時(shí)，所以4,300050606011ppppfn,minr730minr750N1nn。已知由于額定轉(zhuǎn)速略低于同步轉(zhuǎn)速，因此該電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速必定為750r/min , 相應(yīng)的極對(duì)數(shù)為p=4。 空載轉(zhuǎn)速為minr748minr%267.017501010snn%67.2%100750730750%1001N1Nnnns額定轉(zhuǎn)差率為風(fēng)風(fēng)罩罩端端蓋蓋定定子子風(fēng)風(fēng)葉葉電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)定子定子定子鐵心定子鐵心機(jī)座機(jī)座定子繞組定子繞組轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子鐵心轉(zhuǎn)子鐵心轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)子繞組定子鐵芯是由定子鐵

13、芯是由0.5mm厚的厚的，在其內(nèi)圓沖有分布的槽。，在其內(nèi)圓沖有分布的槽。定子鐵定子鐵芯芯的的：一是槽內(nèi)可用來(lái)：一是槽內(nèi)可用來(lái)；二是定子鐵心；二是定子鐵心。定子繞組由銅導(dǎo)線繞制而成。構(gòu)成定子繞組由銅導(dǎo)線繞制而成。構(gòu)成。機(jī)座是電動(dòng)機(jī)的機(jī)座是電動(dòng)機(jī)的，是機(jī)械結(jié)構(gòu)的組成部分，一般用鑄鐵或鑄鋼制成。，是機(jī)械結(jié)構(gòu)的組成部分，一般用鑄鐵或鑄鋼制成。123456ABCD654321DCBAT itleN um berR evisionSizeBD ate:13-Jul-2003Sheet of File:F:f電 路 圖 電 工 學(xué)D raw n B y:U 1W 1U 2V 1V 2W 1W 2U 1U 2

14、V 1V 2W 2U 1V 1W 1W 2U 2V 2U 1V 1W 1W 2U 2V 2定子繞組的接法：定子繞組的接法：Y Y形和形和形形 。三相定子繞組由機(jī)殼外面的接線盒引出：三相定子繞組由機(jī)殼外面的接線盒引出： 左下圖為左下圖為Y Y接連線圖；右下圖為接連線圖；右下圖為接連線圖。接連線圖。轉(zhuǎn)子鐵心是也是由轉(zhuǎn)子鐵心是也是由0.5mm厚的厚的，在其外，在其外圓沖有分布的槽。圓沖有分布的槽。轉(zhuǎn)子鐵心可嵌放轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子鐵心可嵌放轉(zhuǎn)子繞組，構(gòu)成電機(jī)子繞組，構(gòu)成電機(jī)磁路的另一部分。磁路的另一部分。轉(zhuǎn)子鐵心轉(zhuǎn)子鐵心籠形轉(zhuǎn)子繞組籠形轉(zhuǎn)子繞組鑄鋁籠形轉(zhuǎn)子鑄鋁籠形轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子繞組大部分是澆轉(zhuǎn)子繞組大部分是澆鑄鋁籠型，

15、大功率也鑄鋁籠型，大功率也有銅條制成的籠型轉(zhuǎn)有銅條制成的籠型轉(zhuǎn)子導(dǎo)體，構(gòu)成電機(jī)電子導(dǎo)體，構(gòu)成電機(jī)電路的一部分。由轉(zhuǎn)軸路的一部分。由轉(zhuǎn)軸輸出機(jī)械能。輸出機(jī)械能。在轉(zhuǎn)子鐵芯的每個(gè)槽內(nèi)插入一根導(dǎo)條, 在伸出鐵心的兩端分別用兩個(gè)導(dǎo)電端環(huán)把所有的導(dǎo)條連接起來(lái),形成一個(gè)自行閉合的短路繞組。如果去掉鐵心, 剩下來(lái)的繞組形狀就像一個(gè)關(guān)松鼠的籠子, 故稱(chēng)之為籠型繞組三相異步電動(dòng)機(jī)三相異步電動(dòng)機(jī)型號(hào) Y132M-4 功率 7.5KW 頻率 50Hz電壓 380V 電流 15.4A 接法 轉(zhuǎn)速 1440r/min 絕緣等級(jí) B 工作方式 連續(xù)標(biāo)準(zhǔn)編號(hào) 工作制 S1 B級(jí)絕緣 年 月 編號(hào) 電機(jī)廠Y表示三相異步機(jī)，表

16、示三相異步機(jī)，132（mm）表示機(jī)）表示機(jī)座中心高度；座中心高度；M代表中機(jī)座（代表中機(jī)座（L長(zhǎng)機(jī)座、長(zhǎng)機(jī)座、S短機(jī)座）；短機(jī)座）；4代表磁極數(shù)。代表磁極數(shù)。(額定額定)功率指的是電動(dòng)機(jī)輸出的功率。功率指的是電動(dòng)機(jī)輸出的功率。(額定額定)電壓、電流均指電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)行電壓、電流均指電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)行情況下的定子線電壓、線電流的數(shù)值。情況下的定子線電壓、線電流的數(shù)值。(額定額定)轉(zhuǎn)速指的是電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速指的是電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n 。123456ABCD654321DCBAT itleN um berR evisionSizeBD ate:13-Jul-2003Sheet of File:F:f電

17、路 圖 電 工 學(xué)D raw n B y:U 1W 1U 2V 1V 2W 1W 2U 1U 2V 1V 2W 2U 1V 1W 1W 2U 2V 2U 1V 1W 1W 2U 2V 2絕緣等級(jí)決定了電動(dòng)機(jī)的允許溫升。絕緣等級(jí)決定了電動(dòng)機(jī)的允許溫升。(AEBFHC) （1）連續(xù)）連續(xù)(S1)：按額定功率長(zhǎng)期連續(xù)使用：按額定功率長(zhǎng)期連續(xù)使用（2）短時(shí)）短時(shí)(S2)：在規(guī)定時(shí)間內(nèi)按額定功率：在規(guī)定時(shí)間內(nèi)按額定功率運(yùn)行運(yùn)行（3）斷續(xù)）斷續(xù)(S3)：以間歇方式運(yùn)行：以間歇方式運(yùn)行額定值關(guān)系有：額定值關(guān)系有：3NNNNNPU I cos例例4. 2 一臺(tái)Y160M22三相異步電動(dòng)機(jī)的額定數(shù)據(jù)如下：PN=

18、15 kW, UN=380 V， =0.88, =88.2%,定子繞組為連接。試求該電動(dòng)機(jī)的額定電流和對(duì)應(yīng)的相電流。 NcosN解解 該電動(dòng)機(jī)的額定電流為相電流為 從此題看,在數(shù)值上有IN2PN , 這也是額定電壓為額定電壓為380 V的的三相異步電動(dòng)機(jī)三相異步電動(dòng)機(jī)的一般規(guī)律。在實(shí)際中, 可以根據(jù)此規(guī)律對(duì)額定電流進(jìn)行估算 , 即每千瓦按每千瓦按2 A電流估算電流估算。A4 .29882. 088. 038031015cos33NNNNNUPIA1734.293NN II 我國(guó)統(tǒng)一設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的異步電動(dòng)機(jī)經(jīng)歷了三次換代。第一次是1953年設(shè)計(jì)的J系列和JO系列；第二次是1958年設(shè)計(jì)的J2系列和

19、JO2系列；第三次是20世紀(jì)70年代設(shè)計(jì)的Y系列, 從20世紀(jì)80年代開(kāi)始,Y（IP23）系列替代J2系列 , Y（IP44）系列替代JO2系列, IP是防護(hù)的英文縮寫(xiě), 指外殼結(jié)構(gòu)防護(hù)形式。 Y系列產(chǎn)品效率高、節(jié)能、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、噪聲低、振動(dòng)小, 其性能指標(biāo)、規(guī)格參數(shù)和安裝尺寸等完全符合國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）標(biāo)準(zhǔn),便于進(jìn)出口產(chǎn)品的配套。常用Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)的型號(hào)、名稱(chēng)、使用特點(diǎn)和場(chǎng)合如表4-2 所示。同心式繞組鏈?zhǔn)嚼@組交叉式繞組整距疊繞組交流繞組單層繞組雙層繞組雙層疊繞組雙層波繞組 單層繞組與雙層繞單層繞組與雙層繞組相比，電氣性能組相比，電氣性能稍差，但槽利用率稍差，但槽利用率高，制造工

20、時(shí)少，高，制造工時(shí)少，因此小容量的電動(dòng)因此小容量的電動(dòng)機(jī)（機(jī)（P PN N10kW10kW），），一般都采用單層繞一般都采用單層繞組。組。 三相異步電動(dòng)機(jī)定子繞組的種類(lèi)很多, 但無(wú)論怎么分類(lèi), 構(gòu)成繞組的原則是一致的, 下面僅以三相單層繞組為例說(shuō)明繞組的排列和連接規(guī)律。 為了便于掌握繞組的排列和連接規(guī)律, 先介紹一些交流繞組的基本術(shù)語(yǔ)。1.電角度與機(jī)械角度電角度與機(jī)械角度 電機(jī)圓周在幾何上度量為360, 這個(gè)角度稱(chēng)為機(jī)械角機(jī)械角度度。從電磁觀點(diǎn)看, 若磁場(chǎng)在空間按正弦規(guī)律分布, 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。若有導(dǎo)體去切割這種磁場(chǎng), 則經(jīng)過(guò)N、S一對(duì)磁極, 導(dǎo)體中所感應(yīng)的正

21、弦電動(dòng)勢(shì)亦變化一個(gè)周期, 變化一個(gè)周期即經(jīng)過(guò)360電角度電角度, 因而一對(duì)磁極占有的空間是一對(duì)磁極占有的空間是 360電角度電角度。若電若電機(jī)有機(jī)有 p 對(duì)磁極對(duì)磁極, 電機(jī)圓周按電角度計(jì)算就為電機(jī)圓周按電角度計(jì)算就為p360電角電角度度, 而其機(jī)械角度總是而其機(jī)械角度總是 360, 因此因此 電角度電角度=p機(jī)械角度機(jī)械角度 2. 線圈線圈 線圈由一匝或多匝串聯(lián)而成, 是組成交流繞組的基本單元。每個(gè)線圈放在鐵心槽內(nèi)的部分稱(chēng)為有效邊有效邊, 槽外的部分稱(chēng)為端端部部,如下圖所示。 3. 極距極距 每個(gè)磁極沿定子鐵心內(nèi)圓所占的范圍稱(chēng)為極距。極距可用磁極所占范圍的長(zhǎng)度或定子槽數(shù)或電角度表示： pD2

22、 或或pz21或或001802360pp式中：D 定子鐵心內(nèi)徑;Z1 定子鐵心槽數(shù)。 4. 節(jié)距節(jié)距y 一個(gè)線圈的兩個(gè)有效邊所跨定子內(nèi)圓上的距離稱(chēng)為節(jié)距, 一般節(jié)距 用槽數(shù)計(jì)算。節(jié)距應(yīng)接近極距。 = 的繞組稱(chēng)為整距繞組整距繞組; 的繞組稱(chēng)為短距繞組短距繞組; 的繞組稱(chēng)為長(zhǎng)距繞組長(zhǎng)距繞組。常用的是整距和短距繞組。 5. 槽距角槽距角 相鄰兩槽之間的電角度稱(chēng)為槽距角,槽距角可表示為yyyy10360zpa 6. 每極每相槽數(shù)每極每相槽數(shù)q 每個(gè)極下每相繞組所占有的槽數(shù)稱(chēng)為每極每相槽數(shù),每極每相槽數(shù)q可表示為式中： 定子繞組的相數(shù)。對(duì)三相定子繞組 , =3。 7. 相帶相帶 每個(gè)極距內(nèi)屬于同一相的槽

23、所連續(xù)占有的區(qū)域稱(chēng)為相帶。因?yàn)橐粋€(gè)極距為180電角度,而三相繞組在每個(gè)極距內(nèi)均分,占有等分相同的區(qū)域,所以在每個(gè)極距內(nèi)每相繞組占有的區(qū)域都是60電角度,即每個(gè)相帶為60電角度,這樣排列的三相對(duì)稱(chēng)繞組稱(chēng)為60相帶繞組相帶繞組。pmzq1121m1m 三相異步電動(dòng)機(jī)一般都采用60相帶繞組。如下圖所示, 其中圖(a)和圖(b)分別對(duì)應(yīng)兩極和四極的60相帶。由于U、V、W三相對(duì)稱(chēng)繞組的軸線在空間互隔120電角度,因此一對(duì)磁極范圍一對(duì)磁極范圍內(nèi)相帶的排列順序?yàn)閮?nèi)相帶的排列順序?yàn)閁1、W2、V1、U2、W1、V2。 圖 4 - 13 60相帶繞組(a) 兩極； (b) 四極 單層繞組的每一個(gè)槽內(nèi)只有一個(gè)線

24、圈邊單層繞組的每一個(gè)槽內(nèi)只有一個(gè)線圈邊,整個(gè)繞組的線整個(gè)繞組的線圈數(shù)等于槽數(shù)的一半圈數(shù)等于槽數(shù)的一半。下面以下面以4極極24槽電機(jī)為例說(shuō)明三相單槽電機(jī)為例說(shuō)明三相單層繞組的排列和連接規(guī)律層繞組的排列和連接規(guī)律。 1. 計(jì)算繞組數(shù)據(jù)計(jì)算繞組數(shù)據(jù)642421pz223224211pmzq極距每極每相槽數(shù) 2.根據(jù)每極每相槽數(shù)q劃分相帶劃分相帶 q=2 說(shuō)明相鄰兩個(gè)槽組成一個(gè)相帶, 兩對(duì)極共有12個(gè)相帶。每對(duì)極按U1、W2、V1、U2、W1、V2的順序給相帶命名, 如表4-3 所示。由表可知, 劃分相帶實(shí)際上是給定子每個(gè)槽劃分相屬, 如屬于U相繞組的槽號(hào)有1、2、7、8、13、14、19、20這8個(gè)

25、槽。 3. 畫(huà)定子繞組展開(kāi)圖畫(huà)定子繞組展開(kāi)圖 在平面上畫(huà)24根垂直線表示定子的24個(gè)槽和槽中的線圈邊, 并且按1、2、3順序編號(hào)。 先畫(huà)U相繞組。如下圖所示,從同屬于U相的1號(hào)槽開(kāi)始, 根據(jù) , 把1號(hào)槽的線圈邊和7號(hào)槽的線圈邊組成一個(gè)線圈, 6y 線圈之間串聯(lián)線圈之間串聯(lián)或線圈組之間串并或線圈組之間串并聯(lián)的原則是聯(lián)的原則是, 同一相同一相的相鄰極下的線圈的相鄰極下的線圈邊電流方向應(yīng)相反邊電流方向應(yīng)相反, 以形成符合要求的以形成符合要求的磁場(chǎng)極數(shù)。磁場(chǎng)極數(shù)。6y4. 單層繞組的改進(jìn)單層繞組的改進(jìn) 上圖所示是一整距等元件繞組，稱(chēng)為單層整距疊繞單層整距疊繞組組。為了縮短端部連線，節(jié)省用銅量和便于嵌

26、線、散熱, 在實(shí)際應(yīng)用中, 單層繞組常采用以下幾種改進(jìn)的形式。6y 1) 鏈?zhǔn)嚼@組 以上例U相繞組為例, 保持保持圖4-14(a)中U相繞組的各線圈邊槽號(hào)相繞組的各線圈邊槽號(hào)及其電流方向不變及其電流方向不變, 如圖4-14(b)所示, 僅將各線圈邊按照 y=-1 的規(guī)律連接起來(lái)組成線圈, 而各線圈之間按尾尾相連, 首首相連的規(guī)律,連成一路串聯(lián),就構(gòu)成了鏈?zhǔn)嚼@組。 從電磁觀點(diǎn)看從電磁觀點(diǎn)看,圖4-14(b)所示的鏈?zhǔn)嚼@組與鏈?zhǔn)嚼@組與圖4-14(a)所示的整距疊整距疊繞組是等效的繞組是等效的。但鏈?zhǔn)嚼@組不僅為等元件繞組, 而且線圈跨距小, 端部短, 可節(jié)省用銅量, 還有 q=2 的兩個(gè)相鄰的線圈各

27、朝兩邊翻, 散熱好。因此 , q=2 的單層繞組常采用鏈?zhǔn)嚼@組。 圖4-14 三相單層(q=2）U相繞組展開(kāi)圖(a) 整距疊繞組；(b) 鏈?zhǔn)嚼@組6y51y 由于定子三相繞組依次相差120電角度, 因此仿照U相繞組, 可分別畫(huà)出滯后于U相120電角度的V相繞組（從6號(hào)槽開(kāi)始）、滯后于V相120電角度的W相繞組（從10號(hào)槽開(kāi)始）, 從而得到三相對(duì)稱(chēng)繞組U1U2、V1V2、W1W2的展開(kāi)圖,如圖4 -15 所示。應(yīng)該注意在實(shí)際嵌線中, 三相繞組并不是一相相分開(kāi)嵌線, 而是三相連續(xù)輪換地嵌線, 從而構(gòu)成三相對(duì)稱(chēng)繞組。圖 4 - 15 三相單層鏈?zhǔn)嚼@組展開(kāi)圖 2) 交叉式繞組 以以4極極36槽電機(jī)為例

28、槽電機(jī)為例分析, 其極距=9, 每極每相槽數(shù)q = 3, 因此相鄰3個(gè)槽組成一個(gè)相帶, 共有12個(gè)相帶。 槽槽 號(hào)號(hào) 與與 相相 帶帶 對(duì)對(duì) 照照 表表 相帶相帶 槽號(hào)槽號(hào)U1W2V1U2W1V2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 圖 4 - 16 三相單層( q = 3）U相繞組展開(kāi)(a) 整距疊繞組； (b) 交叉式繞組81y72y9y 3) 同心式繞組 以以2極極24槽電機(jī)為例槽電機(jī)為例分析,其極距 =12,每極每相槽數(shù)q = 4,

29、因此相鄰4個(gè)槽組成一個(gè)相帶, 共有6個(gè)相帶。槽槽 號(hào)號(hào) 與與 相相 帶帶 對(duì)對(duì) 照照 表表相相 帶帶U1W2V1U2W1V2槽 號(hào)23，24，1，23，4，5，67，8，9，1011，12，13，1415，16，17，1819，20，21，22 圖 4-17 三相單層( q=4）U相繞組展開(kāi)圖(a) 整距疊繞組； (b) 同心式繞組111y92y12y優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)不適宜于大中型電機(jī)元件少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)元件少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，嵌線方便，單，嵌線方便，槽內(nèi)無(wú)層間絕緣槽內(nèi)無(wú)層間絕緣廣泛應(yīng)用于廣泛應(yīng)用于10kW10kW以下的以下的異步電動(dòng)機(jī)定子繞組異步電動(dòng)機(jī)定子繞組單層繞組為單層繞組為整距繞組整距繞組缺點(diǎn)電動(dòng)勢(shì)和磁動(dòng)

30、電動(dòng)勢(shì)和磁動(dòng)勢(shì)波形較差勢(shì)波形較差鐵損和噪鐵損和噪聲較大聲較大起動(dòng)性能較差三相單層繞組的優(yōu)缺點(diǎn)異步電動(dòng)機(jī)氣隙中的磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)時(shí), 定子繞組切割旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì), 經(jīng)推導(dǎo)可得每相定子繞組的基波每相定子繞組的基波感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為式中： 定子繞組的電流頻率,即電源頻率(Hz)； 每極基波磁通(Wb)； 每相定子繞組的串聯(lián)匝數(shù)； 定子繞組的基波繞組因數(shù),它反映了集中、 整距繞組（如變壓器繞組）變?yōu)榉植?、短距繞組后,基波電動(dòng)勢(shì)應(yīng)打的折扣,一般 0.9 1。1w111144. 4kNfE (4 - 4)1f11N1wk1wk 同理可得轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)每相轉(zhuǎn)子繞組的基波感應(yīng)電動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)每相轉(zhuǎn)子繞組的基波

31、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)勢(shì)為式中： 轉(zhuǎn)子繞組的轉(zhuǎn)子電流頻率(Hz)； 每相轉(zhuǎn)子繞組的串聯(lián)匝數(shù)； 轉(zhuǎn)子繞組的基波繞組因數(shù)。1w22s2244. 4kNfE( 4 5 )2f2N2wk 三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的定、轉(zhuǎn)子電路間沒(méi)有直接的電的聯(lián)系，它們之間的聯(lián)系是通過(guò)電磁感應(yīng)關(guān)系而實(shí)現(xiàn)的，這一點(diǎn)和變壓器相似。定子繞組相當(dāng)于變壓器的一次繞組定子繞組相當(dāng)于變壓器的一次繞組 轉(zhuǎn)子繞組相當(dāng)于變壓器的二次繞組轉(zhuǎn)子繞組相當(dāng)于變壓器的二次繞組 三相異步電動(dòng)機(jī)的空載運(yùn)行是指電動(dòng)機(jī)的定子繞組接三相交流電源, 軸上不帶機(jī)械負(fù)載時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)。 空載運(yùn)行時(shí)的電磁關(guān)系空載運(yùn)行時(shí)的電磁關(guān)系如下：1U0I0F111E1EsE202I10rI 與變壓器一

32、樣, 主磁通和漏磁通分別在定子繞組中感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)為式中： X1每相定子繞組的漏電抗, 11111j4.44wkNfE011w1111jj4.44IXkNfE( 4 6 )1112LfX 仿照變壓器的分析方法,可得定子繞組的電動(dòng)勢(shì)平衡方程式為定子繞組的電動(dòng)勢(shì)平衡方程式為： 式中： Z1每相定子繞組的漏阻抗, Z1= r1+jX1 由于I0相對(duì)額定電流很小, I0|Z1| E1, 因此在上式中將 忽略, 得10ZI11EU或1w111144. 4kfNEU1011010110111jZIErIXIErIEEU 上式說(shuō)明,當(dāng)電源頻率一定時(shí)當(dāng)電源頻率一定時(shí),電動(dòng)機(jī)的主磁通電動(dòng)機(jī)的主磁通 僅與外施電僅與

33、外施電壓壓U1成正比。成正比。一般情況下, 由于電壓U1為額定值,因此主磁通 基本恒定, 當(dāng)負(fù)載變化時(shí), 也基本不變。111 另外,與變壓器一樣, 的電磁表達(dá)式也可通過(guò)引入勵(lì)磁參數(shù)而轉(zhuǎn)化為阻抗壓降的形式,即1Em0mm01jXZIrIE式中：rm勵(lì)磁電阻, 是反映鐵心損耗的等效電阻； Xm勵(lì)磁電抗, 是反映鐵心磁化性能的一個(gè)綜合參數(shù),它對(duì)應(yīng)氣隙主磁通 ； Zm勵(lì)磁阻抗, 。1mmmjXrZ 根據(jù)電動(dòng)勢(shì)平衡方程式,可作出與變壓器相似的等效電路, 如圖所示。1E0IrmXmX1r11U西 安電子 科 技大 學(xué) 出 版社 1電磁關(guān)系電磁關(guān)系 負(fù)載運(yùn)行時(shí)的電磁關(guān)系負(fù)載運(yùn)行時(shí)的電磁關(guān)系如下：1U1I1F

34、111E1EsE211rI0F2I2F22E22rI 負(fù)載運(yùn)行時(shí)的磁動(dòng)勢(shì)平衡方程式為：負(fù)載運(yùn)行時(shí)的磁動(dòng)勢(shì)平衡方程式為：021FFF2轉(zhuǎn)子電流頻率和轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)子電流頻率和轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì) 轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)的轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)和電流的頻率為: 與變壓器相似, 主磁通 在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)為 轉(zhuǎn)子漏磁通 在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)的漏電動(dòng)勢(shì)為 式中： X2s轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)每相轉(zhuǎn)子繞組的漏電抗 , 12SXIkNfE222w222S2jj4.441w222S2j4.44kNfE2222LfXS 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí), 轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)的有效值轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)的有效值為 由于轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)的頻率為f2 = s f1 , 當(dāng)轉(zhuǎn)子靜止時(shí)

35、, s =1 , f2 = f1,因此轉(zhuǎn)子靜止時(shí)轉(zhuǎn)子靜止時(shí),轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)的有效值轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)的有效值為 故轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)與轉(zhuǎn)子靜止時(shí)的轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)有以下關(guān)系轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)與轉(zhuǎn)子靜止時(shí)的轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)有以下關(guān)系：1w222244. 4kNfEs1w221244. 4kNfE 21w2211w222244. 444. 4sEkNsfkNfEs 同理, 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的漏電抗轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的漏電抗 X2s 與轉(zhuǎn)子靜止時(shí)的漏電抗與轉(zhuǎn)子靜止時(shí)的漏電抗X2 也有以下關(guān)系也有以下關(guān)系：22122222sXLsfLfXs 我們把 E1 與 E2 的比值稱(chēng)為電動(dòng)勢(shì)比電動(dòng)勢(shì)比電動(dòng)勢(shì)比kew22w111w2211w1112144. 444. 4

36、kNkNkNfkNfEEke 可見(jiàn), 異步電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)勢(shì)比是定、轉(zhuǎn)子繞組的每相有異步電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)勢(shì)比是定、轉(zhuǎn)子繞組的每相有效串聯(lián)匝數(shù)比效串聯(lián)匝數(shù)比,這與變壓器的電壓比是一、二次繞組的匝數(shù)之比有所不同。 1磁動(dòng)勢(shì)平衡方程式磁動(dòng)勢(shì)平衡方程式021FFF 上式中, 每個(gè)磁動(dòng)勢(shì)與對(duì)應(yīng)的相電流的關(guān)系分別為0w11102w22221w111129 . 029 . 029 . 0IpkNmFIpkNmFIpkNmF(4-18)(4-19)式中: m1、m2定、轉(zhuǎn)子繞組的相數(shù)。 把式（4-19）代入式（4-18）中, 可得0211IIkIiw222w111kNmkNmki(4-20)式中: ki異步電動(dòng)機(jī)的電

37、流比, 式（4-20）就是用電流相量表達(dá)的磁動(dòng)勢(shì)平衡方程式, 該式經(jīng)變換可得202011IIIkIIi 上式說(shuō)明負(fù)載運(yùn)行時(shí)負(fù)載運(yùn)行時(shí), 異步電動(dòng)機(jī)的定子電流可看成由兩異步電動(dòng)機(jī)的定子電流可看成由兩部分組成部分組成 , 一部分是勵(lì)磁電流一部分是勵(lì)磁電流 ,用以產(chǎn)生主磁通用以產(chǎn)生主磁通 ； 另一另一部分是負(fù)載電流部分是負(fù)載電流 ,用以抵消轉(zhuǎn)子電流所產(chǎn)生的磁效應(yīng)用以抵消轉(zhuǎn)子電流所產(chǎn)生的磁效應(yīng)。0I12I2電動(dòng)勢(shì)平衡方程式電動(dòng)勢(shì)平衡方程式 仿照變壓器的分析,可得三相異步電動(dòng)機(jī)負(fù)載運(yùn)行時(shí)定、轉(zhuǎn)子繞組的電動(dòng)勢(shì)平衡方程式分別為p2S22p222s22p22s2S21111111111111jjRIZIRIr

38、IXIRrIEEZIErIXIErIEEU式中：Z2s轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)每相轉(zhuǎn)子繞組的漏阻抗 , Z2s= r2 + j X2s Rp轉(zhuǎn)子電路的外串電阻轉(zhuǎn)子電路的外串電阻,若為籠型轉(zhuǎn)子籠型轉(zhuǎn)子, 則Rp=0綜上所述, 異步電動(dòng)機(jī)負(fù)載運(yùn)行時(shí)的基本方程式異步電動(dòng)機(jī)負(fù)載運(yùn)行時(shí)的基本方程式如下：02121m0mm01p22s2p22s222s2111111111jjjIIkIEkEZIXrIERIZIRIXrIEsEZIEXrIEUie 根據(jù)定、轉(zhuǎn)子電路的電動(dòng)勢(shì)平衡方程式，可分別作出電動(dòng)機(jī)的等效定、轉(zhuǎn)子電路,如圖4-21所示。 圖4-21所示的電動(dòng)機(jī)電路因定、轉(zhuǎn)子電路的頻率不同因定、轉(zhuǎn)子電路的頻率不同, 要得

39、到像變壓器要得到像變壓器那樣的那樣的 T 形等效電路形等效電路, 首先必須進(jìn)行頻率歸算首先必須進(jìn)行頻率歸算 , 然后再和變壓器一樣進(jìn)行然后再和變壓器一樣進(jìn)行繞組歸算繞組歸算。圖 4 21 三相異步電動(dòng)機(jī)的定、轉(zhuǎn)子電路 1 頻率歸算頻率歸算 三相異步電動(dòng)機(jī)的頻率歸算實(shí)質(zhì)上就是用一個(gè)具有定子頻率的等效轉(zhuǎn)子電路去代換實(shí)際的轉(zhuǎn)子電路。這里的“等效”包括兩個(gè)含義： (1) 代換以后,轉(zhuǎn)子電路對(duì)定子電路的電磁效應(yīng)不變,即轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)必須保持不變（同轉(zhuǎn)速、同幅值、同相位角）。 (2) 等效轉(zhuǎn)子電路的各種功率必須和實(shí)際轉(zhuǎn)子電路一樣。 因?yàn)閒2=s f1 , 當(dāng)轉(zhuǎn)子靜止時(shí), f2 =f1 , 這說(shuō)明轉(zhuǎn)子頻率和定子

40、頻率相等時(shí),轉(zhuǎn)子是靜止的, 所以要進(jìn)行頻率歸算,就需用一個(gè)靜止的轉(zhuǎn)子電路去代換實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子電路。 經(jīng)過(guò)頻率歸算后的三相異步電動(dòng)機(jī)的定、轉(zhuǎn)子電路，如圖4-22 所示。圖4-22 頻率歸算后的三相異步電動(dòng)機(jī)的定、轉(zhuǎn)子電路 圖4-22 頻率歸算后的三相異步電動(dòng)機(jī)的定、轉(zhuǎn)子電路 圖中, r2 為轉(zhuǎn)子的實(shí)際電阻, (1-s) r2/s 相當(dāng)于轉(zhuǎn)子電路串入的一個(gè)附加電阻, 它與轉(zhuǎn)差率 s 有關(guān)。在附加電阻 (1-s) r2 /s上會(huì)產(chǎn)生損耗 ，而實(shí)際轉(zhuǎn)子電路中并不存在這部分損耗,只產(chǎn)生機(jī)械功率,因此附加電阻就相當(dāng)于等效負(fù)載電阻附加電阻就相當(dāng)于等效負(fù)載電阻, 附附加電阻上的損耗實(shí)質(zhì)上就是異步電動(dòng)機(jī)的總機(jī)械

41、功率加電阻上的損耗實(shí)質(zhì)上就是異步電動(dòng)機(jī)的總機(jī)械功率。srsI2221 2 繞組歸算繞組歸算 與變壓器一樣,三相異步電動(dòng)機(jī)的繞組歸算就是用一個(gè)相數(shù)、每相串聯(lián)匝數(shù)以及繞組因數(shù)和定子繞組一樣的等效繞組去代換參數(shù)分別為m2、N2、kw2 并經(jīng)過(guò)頻率歸算的轉(zhuǎn)子繞組。這里的“等效”與頻率歸算時(shí)的“等效”具有相同的含義。 為了區(qū)別起見(jiàn), 歸算后的各轉(zhuǎn)子物理量均加“”表示。 1) 電流的歸算電流的歸算 22w111w22221IkIkNmkNmIi2) 電動(dòng)勢(shì)的歸算電動(dòng)勢(shì)的歸算22w22w112EkEkNkNEe(4-25) 根據(jù)式（4-25）及式（4-17）可得122122EEEEEkEe3) 阻抗的歸算阻

42、抗的歸算22rkkrie22XkkXie 注意：歸算只改變轉(zhuǎn)子各物理注意：歸算只改變轉(zhuǎn)子各物理量的大小量的大小, 并不改變其相位。并不改變其相位。21EEke22ZkkZie 3 T形等效電路形等效電路 經(jīng)過(guò)頻率歸算和繞組歸算后經(jīng)過(guò)頻率歸算和繞組歸算后, 三相異步電動(dòng)機(jī)負(fù)載運(yùn)行時(shí)的基本方程式如下：m0mm0121021222222222211111111j1j1jZIXrIEEEIIIZIrssIXrIrssIEZIEXrIEU 仿照變壓器的分析方法, 根據(jù)歸算后的基本方程式, 首先可畫(huà)出異步電動(dòng)機(jī)的等效定、轉(zhuǎn)子電路如圖4-23(a)所示, 然后再演變?yōu)閳D4-23(b)所示的 T 形等效電路。

43、 圖 4-23 三相異步電動(dòng)機(jī)的等效電路(a) 等效定、轉(zhuǎn)子電路； (b) T形等效電路 三相異步電動(dòng)機(jī)的 T 形等效電路以電路形式綜合了電動(dòng)機(jī)的電磁過(guò)程, 因此它必然反映電動(dòng)機(jī)的各種運(yùn)行情況。下面我們從從 T 形等效電路去看幾種典型的運(yùn)行情況形等效電路去看幾種典型的運(yùn)行情況。 1) 異步電動(dòng)機(jī)空載運(yùn)行時(shí)異步電動(dòng)機(jī)空載運(yùn)行時(shí) 電動(dòng)機(jī)空載運(yùn)行時(shí), 轉(zhuǎn)差率 s0, T 形等效電路中代表機(jī)械負(fù)載的附加電阻 /s , 轉(zhuǎn)子電路相當(dāng)于開(kāi)路, 這時(shí)轉(zhuǎn)子電流 , , 且 主要用于產(chǎn)生主磁通, 所以空載空載運(yùn)行時(shí)運(yùn)行時(shí), 定子電流即空載電流很小定子電流即空載電流很小, 且且功率因數(shù)很低功率因數(shù)很低。21rs0

44、2I01II0I 2) 異步電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)行時(shí)異步電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)行時(shí) 異步電動(dòng)機(jī)帶有額定負(fù)載時(shí), 轉(zhuǎn)差率 sN0.020.06, 這時(shí) , 轉(zhuǎn)子電路基本上是電阻性的, 所以轉(zhuǎn)子的功率因數(shù) 1,定子電流 由勵(lì)磁分量 和負(fù)載分量 兩部分組成, 且增加到額定值, 定子的功率因數(shù) 0.80.9。22Xsr1I2cos0I2I1cos 3) 異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí) 異步電動(dòng)機(jī)的“啟動(dòng)”瞬間即為轉(zhuǎn)子的“堵轉(zhuǎn)”狀態(tài), 此時(shí), s =1, 代表機(jī)械負(fù)載的附加電阻 , 相當(dāng)于轉(zhuǎn)子電路處于短路狀態(tài), 所以轉(zhuǎn)子電流很大轉(zhuǎn)子電流很大, 轉(zhuǎn)子功率因數(shù)很低轉(zhuǎn)子功率因數(shù)很低, 使定子電流即啟動(dòng)使定子電流即啟動(dòng)電流也很

45、大電流也很大, 定子功率因數(shù)也很低定子功率因數(shù)也很低。012srs 4 近似等效電路近似等效電路 圖4-24(b)所示的 T 形等效電路是一個(gè)混聯(lián)電路, 計(jì)算和分析都比較復(fù)雜。因此在實(shí)際應(yīng)用時(shí),常把勵(lì)磁支路前移到輸入端, 如圖4-25 所示。這樣電路就簡(jiǎn)化為單純的并聯(lián)電路, 使計(jì)算簡(jiǎn)單, 這種等效電路稱(chēng)為異步電動(dòng)機(jī)的近似等效電路。 必須注意：必須注意：三相異步電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)勢(shì)平衡方程式和等效電路都是針對(duì)三相異步電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)勢(shì)平衡方程式和等效電路都是針對(duì)每相繞組而言的每相繞組而言的。r1X11I1U2I21rss2r2XrmXm0I西 安電子 科 技大 學(xué) 出 版社圖4-25 三相異步電動(dòng)機(jī)的近似

46、等效電路 例例4. 3 有一臺(tái) Y 形連接的三相繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī), UN=380 V, fN=50 Hz , nN=1400 r/min , 其參數(shù)為r1= =0.4 , 1= =1 , Xm=40 , 忽略rm , 已知定、轉(zhuǎn)子有效匝數(shù)比為4。 (1) 求額定負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)差率 sN 和轉(zhuǎn)子電流頻率 f2N ; (2) 根據(jù)近似等效電路求額定負(fù)載時(shí)的定子電流I1、轉(zhuǎn)子電流 I2、勵(lì)磁電流 I0 和功率因數(shù) 。2r1cos2X 解解 (1) 額定負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)差率04. 015001440150011nnnsNN25004. 02NNNfsf59.10j210.4j10.040.4j14 . 0j2

47、21XsrZN額定負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)子電流頻率 (2) 根據(jù)近似等效電路可知 負(fù)載支路阻抗10.89 勵(lì)磁支路阻抗j40jmmXZ220 33801U設(shè)以定子相電壓為參考相量, 則00Vr1X11I1U2I21rss2r2XrmXm0I西 安電子 科 技大 學(xué) 出 版社 轉(zhuǎn)子電流A89.1072.2089.1059.100220j2N2112XsrZUI 勵(lì)磁電流Am10905 .5j400220.ZUI 定子電流A65.2322.22905 . 589.1072.20021III 由于定子繞組為 Y 形連接,相電流即是線電流, 所以各線電流有效值為A5 . 5 ,A 22.2201IIA88.827

48、2.20422IkIi 因?yàn)槔@線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)的定、轉(zhuǎn)子相數(shù)相等,所以該電動(dòng)機(jī)的 ke = ki = 4 , 轉(zhuǎn)子線電流有效值為 功率因數(shù)92. 065.23coscos1（滯后） 異步電動(dòng)機(jī)負(fù)載運(yùn)行時(shí), 由電源供給的從定子繞組輸入的電功率為P1 , 由T 形等效電路可以看出 , 1的一小部分用于定子電阻上銅損耗 pCu1 , 還有一小部分用于定子鐵心中的鐵損耗 pFe , 余下的大部分電功率借助于氣隙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)由定子傳送到轉(zhuǎn)子, 這部分功率就是異步電動(dòng)機(jī)的電磁功率Pem。 從定子傳遞到轉(zhuǎn)子的電磁功率扣除轉(zhuǎn)子銅損耗 pCu2 , 便是使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的總機(jī)械功率Pm ?？倷C(jī)械功率扣除機(jī)械損耗 pm 和

49、附加損耗 pad 后,才是軸上輸出的凈機(jī)械功率P2。圖 4 - 25 三相異步電動(dòng)機(jī)的功率流程圖根據(jù)上述功率轉(zhuǎn)換過(guò)程 , 可建立功率平衡方程式如下： em11PppPFeCum2emPpPCu2admmPppP圖 4 - 25 三相異步電動(dòng)機(jī)的功率流程圖綜上可得admCu2Fe1Cu12pppppPPadmCu2FeCu11pppppPpP1三相異步電動(dòng)機(jī)的效率為%10012PP 另外, 由圖4-23等效電路又可知 12111Cum201Fe11111,cosrImprImpIUmPsrImIEmP22212221emcos22 212rImpCusrsImP22 21m1 圖 4-23 三相

50、異步電動(dòng)機(jī)的等效電路(a) 等效定、轉(zhuǎn)子電路； (b) T形等效電路 上式中, U1、I1、cos 分別為定子的相電壓、相電流和功率因數(shù), cos 為轉(zhuǎn)子的功率因數(shù)。12比較可得em2sPpCuemm1PsP 將功率平衡方程式 Pm=P2+pm+pad 兩邊同除以轉(zhuǎn)子的機(jī)械角速度, 可得轉(zhuǎn)矩平衡方程式為ppPPadm2m即02TTT式中：T電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩,;55. 9mmnPPT;55. 9222nPPTT2電動(dòng)機(jī)的輸出機(jī)械轉(zhuǎn)矩, T0電動(dòng)機(jī)的空載轉(zhuǎn)矩, 。nppppTadmadm055. 9因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)額定運(yùn)行時(shí), P2=PN , T2=TN , n=nN , 所以NNN55.

51、9nPT 根據(jù)公式（4-39） Pm=(1-s)Pem 又因?yàn)?=2n/60=2n1(1-s)/60=(1-s)1 所以1em1em1emm55. 911nPPsPsPT例例4. 4 有一臺(tái) Y 形連接的6極三相異步電動(dòng)機(jī) , PN=145 kW, UN=380 V , fN=50 Hz。額定運(yùn)行時(shí)pCu2=3000 W , pm+pad=2000 W, pCu1+pFe=5000 W, cos =0.8。試求： (1) 額定運(yùn)行時(shí)的電磁功率Pem、額定轉(zhuǎn)差率sN、額定效率N和額定電流IN。 (2) 額定運(yùn)行時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩T、額定轉(zhuǎn)矩 TN 和空載阻轉(zhuǎn)矩T0 。 解解 (1) 額定運(yùn)行時(shí)額定運(yùn)行

52、時(shí)的電磁功率1kW150321452admNemCupppPP 由式（4-38）可知額定轉(zhuǎn)差率為02. 01503em2NPpsCu 額定運(yùn)行時(shí)的輸入功率為kW1555150Fe1Cuem1ppPP 額定效率為%5 .93%100155145%1001NNPP 額定電流為A4 .2948 . 0380310155cos331N1NUPI (2) 由于此電機(jī)是 6 極異步電動(dòng)機(jī),因此其同步轉(zhuǎn)速 n1=1000 r/min。minr98002. 01100011NNsnn 額定運(yùn)行時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩為mN5 .143210001015055. 955. 931emnPT額定轉(zhuǎn)速為 額定轉(zhuǎn)矩為mN1413

53、9801014555. 955. 93NNNnPT 空載阻轉(zhuǎn)矩為mN5 .1914135 .1432N0TTT 異步電動(dòng)機(jī)的工作特性是指在額定電壓和額定頻率時(shí), 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 n、定子電流 I1 、功率因數(shù) 、電磁轉(zhuǎn)矩 T、效率 等與輸出功率 P2 的關(guān)系。1cos1. 轉(zhuǎn)速特性轉(zhuǎn)速特性 n = f ( P2 ) 當(dāng)異步電動(dòng)機(jī)空載時(shí) , P2=0 , I20 , 轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速接近于同步轉(zhuǎn)速 , 即 nn； 當(dāng)負(fù)載增加,即輸出功率P2增大時(shí), 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速會(huì)略有下降。因?yàn)橹挥修D(zhuǎn)速降低 ,才能使轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì) E2s 增大 , 從而使轉(zhuǎn)子電流 I2增大 , 以產(chǎn)生更大的電磁轉(zhuǎn)矩去和負(fù)載轉(zhuǎn)矩平衡。所以三相異步

54、電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速特性是一條稍向下傾斜的直線 , 如圖4-26 所示 。0P2PNT0I0I1T2Tncos1n1T, I1, n, cos1西 安電子 科 技大 學(xué) 出 版社圖4-26 三相異步電動(dòng)機(jī)的工作特性曲線2. 定子電流特性定子電流特性 I1=f ( P2 ) 根據(jù)異步電動(dòng)機(jī)的定子電流方程式 可知,空載時(shí), P2 = 0 , 0 , 此時(shí)定子電流幾乎全部為勵(lì)磁電流 , 即 I1 I0 ； 隨著負(fù)載的增加 , 即 P2 增大 , 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速下降 , 轉(zhuǎn)子電流增大 , 定子電流 I1 及磁動(dòng)勢(shì)幾乎隨之成正比地增大 , 來(lái)抵消轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì) , 以保持磁動(dòng)勢(shì)關(guān)系的平衡； 當(dāng) P2 增大到一定

55、數(shù)值時(shí) , 由于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速下降較多 , 轉(zhuǎn)差率較大 , 轉(zhuǎn)子功率因數(shù)較低 , 這時(shí)平衡較大的負(fù)載轉(zhuǎn)矩需要更大的轉(zhuǎn)子電流 , 因而 I1 的增長(zhǎng)比原先更快些。所以三相異步電動(dòng)機(jī)的定子電流特性幾乎是一條向上傾斜的直線 , 只是負(fù)載較大時(shí) , 曲線開(kāi)始向上彎曲 , 如圖4-26 所示。201.III2I3. 功率因數(shù)特性功率因數(shù)特性 = f ( P2 ) 異步電動(dòng)機(jī)空載時(shí), P2 = 0 , 定子電流幾乎全部為勵(lì)磁電流 , 主要用于建立旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),因此定子電流主要是感性無(wú)功分量 , 功率因數(shù) 很低 , 約為0.10.2；當(dāng)負(fù)載增加 , 即 P2 增大時(shí) , 轉(zhuǎn)子電流的有功分量增大 , 定子電流的有功分量

56、也隨之增大 , 使功率因數(shù) 提高 , 在接近額定負(fù)載時(shí) , 功率因數(shù)達(dá)到最高；由于在空載到額定負(fù)載范圍內(nèi) , 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率很小 , 而且變化也很小 , 所以轉(zhuǎn)子功率因數(shù)角 幾乎不變,但負(fù)載超過(guò)額定值時(shí) , 轉(zhuǎn)差率 s 就會(huì)變得較大 , 因此 變大 , 轉(zhuǎn)子電流的無(wú)功分量增大 , 使定子電流的無(wú)功分量也隨著增大,從而使電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù) 又重新下降。三相異步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)特性如圖4-26所示。1cos1cos1cos222arctanrsX21cos4. 電磁轉(zhuǎn)矩特性電磁轉(zhuǎn)矩特性 T = f ( P2 ) 根據(jù)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩平衡方程式T=T0+T2 及公式 T2= 9.55P2/n

57、 可知 , 空載時(shí), P2=0 , 電磁轉(zhuǎn)矩約等于空載阻轉(zhuǎn)矩 , 即 T0； 隨著輸出功率 P2 的增大 , 若轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 n 不變 , 則 T2 隨 P2 成正比地增大 , T2 = f ( P2 )為過(guò)原點(diǎn)的直線。由于考慮到 P2 增大時(shí), 轉(zhuǎn)速n 略有降低 , 因此 T2 隨 P2 的增大略向上偏離直線。因?yàn)榭蛰d阻轉(zhuǎn)矩 T0 很小,而且在負(fù)載不超過(guò)額定值時(shí), T0可認(rèn)為基本不變 , 所以電磁轉(zhuǎn)矩特性 T= f ( P2 )將比 T2= f ( P2)平行上移 T0 數(shù)值 , 如圖4 - 26 所示。5. 效率特性效率特性=f ( P2 ) 根據(jù)效率的定義 , 異步電動(dòng)機(jī)的效率為%100%1

58、00admCu2FeCu12212pppppPPPP 空載時(shí), P2=0 ,=0；當(dāng)負(fù)載增加但數(shù)值較小時(shí), 可變損耗（pCu1+pCu2+pad）增加較慢 , 效率隨負(fù)載的增加而迅速上升； 當(dāng)負(fù)載繼續(xù)增加時(shí),可變損耗隨之增大 , 直至可變損耗等于不變損耗（ pFe+pm )時(shí) , 效率達(dá)到最高； 隨后負(fù)載繼續(xù)增加時(shí), 可變損耗增加很快 , 效率開(kāi)始下降。異步電動(dòng)機(jī)的效率特性如圖4-26 所示 , 和直流電動(dòng)機(jī)的效率特性相似。對(duì)于中小型異步電動(dòng)機(jī) , 最大效率大約出現(xiàn)在額定負(fù)載的 時(shí), 電動(dòng)機(jī)容量越大 , 效率就越高。 由此可見(jiàn) , 效率特性曲線和功率因數(shù)特性曲線都是在額定負(fù)載附近達(dá)到最高 ,

59、因此選擇電動(dòng)機(jī)容量時(shí) , 應(yīng)注意使其與負(fù)載相匹配 , 如果容量選得過(guò)小 , 則電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期過(guò)載運(yùn)行 , 就會(huì)影響其壽命； 如果容量選得過(guò)大 , 則電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期輕載運(yùn)行 , 功率因數(shù)和效率都較低 , 浪費(fèi)能源。 利用異步電動(dòng)機(jī)的等效電路進(jìn)行定量分析和計(jì)算時(shí) , 必須知道等效電路中的參數(shù)。與變壓器一樣,這些參數(shù)可通過(guò)空載試驗(yàn)和堵轉(zhuǎn)(短路)試驗(yàn)來(lái)測(cè)定。4. 8 .1 空載試驗(yàn)空載試驗(yàn)W*AAW*A*M3VTFU*Q西 安電子 科 技大 學(xué) 出 版社 空載試驗(yàn)的目的是通過(guò)測(cè)取異步電動(dòng)機(jī)的空載電流 I0 及空載損耗 p0 分別與電動(dòng)機(jī)空載電壓 U0 的關(guān)系曲線,來(lái)確定電動(dòng)機(jī)的鐵損耗 pFe 和機(jī)械損耗 pm , 勵(lì)磁參數(shù)rm 和 Xm 。 圖 4-27 三相異步電動(dòng)機(jī)的空載試驗(yàn)接線 1. 空載試驗(yàn)空載試驗(yàn) 空載試驗(yàn)接線圖如圖 4-27 所示。 空載試驗(yàn)是在電動(dòng)機(jī)空載時(shí)進(jìn)行的, 定子繞組上施加額定頻率的對(duì)稱(chēng)三相電壓, 將電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后, 先在額定