交流电机基础实用教案

1、2 2、交流电机电枢、交流电机电枢(din sh)(din sh)：定子绕组为电枢：定子绕组为电枢(din sh)(din sh)绕组，定子为电枢绕组，定子为电枢(din sh)(din sh)NSB02NSAXn3 3、机械角度、机械角度 ：电机定子内圆两点间对应的圆心角。：电机定子内圆两点间对应的圆心角。4 4、空间电角度、空间电角度 ：一对主磁极对应的磁场为一个周期：一对主磁极对应的磁场为一个周期 两点间对应这个周期的角度。两点间对应这个周期的角度。第1页/共63页第一页，共64页。5 5、基波、基波(j b)(j b)磁密与谐磁密与谐波磁密：波磁密：B02第2页/共63页第二页，共64

2、页。 导体电动势导体电动势 整距线匝电动势整距线匝电动势 整距线圈整距线圈(xinqun)电动势电动势 短距线圈短距线圈(xinqun)电动势电动势 整距分布线圈整距分布线圈(xinqun)组电动组电动势势 短距分布绕组电动势短距分布绕组电动势 谐波电动势谐波电动势第一节第一节 交流电机交流电机(dinj)电枢绕组电动势电枢绕组电动势第3页/共63页第三页，共64页。一、导体一、导体(dot)电动势（以发电机模型电动势（以发电机模型为例）为例）NSA1n1 A6021npANSB02At1xBttBBmxsintEtEtlvBlvBemmxxsin2sinsin基波最大值基波最大值基波有效值基

3、波有效值导体有效长度导体有效长度第4页/共63页第四页，共64页。11260222fnpvlBBBBBavavmmav线速度：每极磁通：即：每极平均磁密：pfnpnfpnfex111111606060时：极对数的频率：1111122.22212222ffEEffllflBlvBEmavmm第5页/共63页第五页，共64页。二、整距线匝电动势二、整距线匝电动势NSAXnNSB02AXTel144. 42fEEEEEeeeATXATXAT有效值：AEXETE第6页/共63页第六页，共64页。三、整距线圈三、整距线圈(xinqun)电动势电动势线圈是Wy匝串联，两边之间的距离y1叫节距用空间电角度表

4、示，整距时1yyyWfE144. 4四、短距线圈四、短距线圈(xinqun)电动势电动势101yyyAEXEyEB02AXyelyy 1yyAykWfyEE144. 42sin22sinyky基波短距基波短距系数系数第7页/共63页第七页，共64页。五、整距分布五、整距分布(fnb)线圈组电线圈组电动势动势NSA1nXq槽距角分布线圈个数yqyyqEEEE212 sin2yER1yE2yE3yE1yE2yE3yEqE2qR2sin2sin2sin2qEqREyq第8页/共63页第八页，共64页。qyWqykkkqqkyk谐波绕组系数：谐波分布系数：谐波短距系数：2sin2sin2sin基波分布

5、系数2sin2sinqqkqqyyqqkqWfEqkE144. 4六、短距分布六、短距分布(fnb)绕组电动势绕组电动势WyqyykqWfkkqWfE1144. 444. 4基波绕组系数qyWkkk七、谐波七、谐波(xi b)系数系数第9页/共63页第九页，共64页。第二节第二节 交流电机的电枢交流电机的电枢(din sh)绕组绕组一、三相一、三相(sn xin)单层绕组单层绕组AYXBCZ二、三相二、三相(sn xin)单单层分布绕组层分布绕组AYXBCZ第10页/共63页第十页，共64页。第11页/共63页第十一页，共64页。第12页/共63页第十二页，共64页。三、三相三、三相(sn x

6、in)双双层绕组层绕组1、每个槽分上下(shngxi)两层；2、线圈的一个边在上层，另一个边在下层；3、最大a=2p；第13页/共63页第十三页，共64页。第14页/共63页第十四页，共64页。第15页/共63页第十五页，共64页。第16页/共63页第十六页，共64页。第三节第三节 交流电机交流电机(dinj)电枢绕组的磁势电枢绕组的磁势 本节讲述旋转本节讲述旋转(xunzhun)(xunzhun)磁场产生的基磁场产生的基本原理；本原理； 通俗地讲：对称的三相绕组通以三相对称电通俗地讲：对称的三相绕组通以三相对称电流，产生圆形旋转流，产生圆形旋转(xunzhun)(xunzhun)磁势，从磁势

7、，从而在气隙中形成旋转而在气隙中形成旋转(xunzhun)(xunzhun)磁场；磁场； 推而广之：对称的推而广之：对称的m m相绕组通以相绕组通以m m相对称电流，相对称电流，产生圆形旋转产生圆形旋转(xunzhun)(xunzhun)磁势，在气隙磁势，在气隙中形成旋转中形成旋转(xunzhun)(xunzhun)磁场；磁场； 旋转旋转(xunzhun)(xunzhun)磁场的产生可以从物理磁场的产生可以从物理上分析，也可进行数学分析，二者结论一致，上分析，也可进行数学分析，二者结论一致，我们从物理概念上对其进行分析。我们从物理概念上对其进行分析。第17页/共63页第十七页，共64页。分析分

8、析(fnx)的步骤的步骤 整距线圈的磁势整距线圈的磁势 三相绕组的磁势三相绕组的磁势 旋转磁场的形成旋转磁场的形成(xngchng) 同步电机的工作原理同步电机的工作原理第18页/共63页第十八页，共64页。一、整距线圈一、整距线圈(xinqun)的磁势的磁势NSAXOFXAA2223yiW21232cos2222cos22cos2tIWtIWftIiyy第19页/共63页第十九页，共64页。前式用傅氏级数展开，基波磁势为前式用傅氏级数展开，基波磁势为coscos2243coscos31224coscos2241tIWftIWtIWfyyy基波与各谐波基波与各谐波(xi b)磁势的特点：磁势的

9、特点：第20页/共63页第二十页，共64页。第21页/共63页第二十一页，共64页。短距分布绕组的基波磁势短距分布绕组的基波磁势coscoscoscos2241111tFtIpkWfW基波绕组系数每相串联总匝数其中：121WykapqWW 脉振磁势脉振磁势第22页/共63页第二十二页，共64页。111111coscos11coscos22fFtFtFtff1f0t1f1f1f3t1f1f1f2t1f1f0 1f1fFXAA2223yiW210动画联接动画联接1动画联接动画联接2第23页/共63页第二十三页，共64页。111111coscos11coscos22fFtFtFtff第24页/共63

10、页第二十四页，共64页。二、三相二、三相(sn xin)交流电机交流电机的旋转磁场的旋转磁场cosamiIt11111coscoscoscos22afFtFtFt111cos(120 )cos(120 )11coscos24022bfFtFtFt111cos(240 )cos(240 )11coscos120 )22cfFtFtFtcos240cmiItcos120bmiIt第25页/共63页第二十五页，共64页。1111111111coscos2211coscos2402211coscos120223coscos2abcfffFtFtFtFtFtFtFtFt111133 42222wWkFF

11、Ip第26页/共63页第二十六页，共64页。240cos120coscostIitIitIimcmbma时）当（01tNSXBACYZmcmbmaIiIiIi21210t1Af1Af1Af1Bf1Bf1Bf1Cf1Cf1CfF第27页/共63页第二十七页，共64页。时）当（32tNSXBACYZmcmbmaIiIiIi2121A3t1Af1Bf1Cf1Af1Bf1CfFBC时）当（323t连接动画4连接动画3第28页/共63页第二十八页，共64页。小结小结(xioji)三相电流的时间相位变化了多大角度，其合三相电流的时间相位变化了多大角度，其合成磁势也在空间上旋转了多大电角度，合成成磁势也在空

12、间上旋转了多大电角度，合成磁势的幅值不变；磁势的幅值不变；电流变化一个周期电流变化一个周期合成磁势旋转一周；合成磁势旋转一周；磁场转速磁场转速 ，旋转方向，旋转方向(fngxing)(fngxing)由相序确定；由相序确定； 时时1160fnp2pNSXBACYZ ABCXYZSN连接(linji)动画5第29页/共63页第二十九页，共64页。三、交流三、交流(jioli)同步电动机的工作原理同步电动机的工作原理NSSNn1nNSSNn1npfnn1160连接(linji)动画7连接(linji)动画6第30页/共63页第三十页，共64页。 三相(sn xin)异步电动机的结构、工作原理、铭牌

13、数据； 三相(sn xin)异步电动机的电磁关系； 三相(sn xin)异步电动机的转矩。第七章第七章 三相三相(sn xin)(sn xin)异步电异步电动机动机第31页/共63页第三十一页，共64页。第一节第一节 三相三相(sn xin)(sn xin)异步电动机概异步电动机概述述一、特点(tdin)、分类1 1、特点：、特点： 结构简单、价格低廉、运行结构简单、价格低廉、运行(ynxng)(ynxng)可靠、坚固耐用、可靠、坚固耐用、 运行运行(ynxng)(ynxng)效率较高、具有较好的工作特性；效率较高、具有较好的工作特性； 功率因数较差、调速性能相对直流机较差。功率因数较差、调速

14、性能相对直流机较差。2 2、分类：、分类： （1 1）按定子相数分类：二相、三相）按定子相数分类：二相、三相 （2 2）按转子结构分类：绕线式、鼠笼式）按转子结构分类：绕线式、鼠笼式 （3 3）绕线式按结构分类：有换向器、无换向器）绕线式按结构分类：有换向器、无换向器 另外：高压、低压、高起动转矩等。另外：高压、低压、高起动转矩等。第32页/共63页第三十二页，共64页。二、结构(jigu)第33页/共63页第三十三页，共64页。 1 1、定子、定子(dngz)(dngz)第34页/共63页第三十四页，共64页。2 2、转子、转子(zhun (zhun z)z)第35页/共63页第三十五页，共

15、64页。3 3、气隙、气隙第36页/共63页第三十六页，共64页。三、工作(gngzu)原理（以鼠笼式电机为例）1 1、三相定子绕组接三相交流电，气隙中产生旋转磁、三相定子绕组接三相交流电，气隙中产生旋转磁场。场。逆时针同步转速；逆时针同步转速；pfn1160NS1n2 2、相对转子，有旋转的磁极；、相对转子，有旋转的磁极；3 3、转子、转子(zhun z)(zhun z)导体中将产生感应电势和感生导体中将产生感应电势和感生电流；电流；nMf4 4、导体中的电流受力，产生转矩，使转子按旋转磁、导体中的电流受力，产生转矩，使转子按旋转磁场的方向旋转；场的方向旋转；5 5、转子转速、转子转速(zh

16、un s)(zhun s)能否达到同步转速能否达到同步转速(zhun (zhun s)s)？1n6 6、转差率：、转差率：同步转速同步转速 ，转子转速，转子转速 ，转差转差 ，转差率，转差率 。nnnn11nns第37页/共63页第三十七页，共64页。05. 001. 0s正常电动运行时时，电磁制动状态即当时，发电状态即当时，电动状态即当01001011nsnnsnns1n7 7、转差率的含义：、转差率的含义：当同步转速当同步转速 是确定的时候，是确定的时候， 与与 一一对应。一一对应。ns 等，NNNNNNNrnHzHzfAIVUkWPcosmin50四、额定( dng)数据第38页/共63

17、页第三十八页，共64页。例题： 三相异步电动机，三相异步电动机， 求：同步转速求：同步转速 ，极对数，极对数 ， 额定负载时的效率额定负载时的效率 和转差率和转差率 。AIVUkWPNNN11938055，。，89. 0cosmin570NNrn1npNNs解：05.079.0cos325min60060min57011112111nnnsIUPPPprnpfnrnNNNNNNNN）（）（第39页/共63页第三十九页，共64页。 以绕线式异步电机为例以绕线式异步电机为例 分析步骤：分析步骤： （1 1）转子不转，且转子绕组开路；）转子不转，且转子绕组开路； （2 2）转子堵转，且转子绕组短路；

18、）转子堵转，且转子绕组短路； （3 3）转子旋转，正常运行。）转子旋转，正常运行。 分析内容：分析内容： （1 1）惯例；）惯例； （2 2）电磁平衡）电磁平衡(pnghng)(pnghng)关系式；关系式； （3 3）折算与等值电路；）折算与等值电路； （4 4）向量图。）向量图。第二节第二节 三相异步电动机的电磁三相异步电动机的电磁(dinc)(dinc)关关系系第40页/共63页第四十页，共64页。一、转子不转，且转子绕组开路一、转子不转，且转子绕组开路(kil)时的电时的电磁关系磁关系1 1、惯例、惯例(gunl)(gunl)（1 1）1A1Y1X1B1C1Z2A2Y2X2B2C2Z

19、）气隙磁密（同步转速1nB 1nB电磁转矩MM转速nn沿定子内表面的角度11沿转子外表面的角度22方向均以进入转子方向为正、磁势、磁通磁密FB第41页/共63页第四十一页，共64页。惯例惯例(gunl)(gunl)（2 2）1A1B1C2A2B2C1U电枢绕组相电压1U1E电枢绕组相电势1E1I电枢绕组相电流1I1sE电枢绕组相漏电势1sE2U2E2sE2I转子绕组相电压2U转子绕组相电势2E转子绕组相电流2I转子绕组相漏电势2sE第42页/共63页第四十二页，共64页。2 2、电磁、电磁(dinc)(dinc)关系（与变压器空载运行相似）关系（与变压器空载运行相似）01F、磁势）磁通（000

20、0FIIICBA空间合成磁势为、定子通以三相对称电流210211110102min60224231FFFFFdsradfrpfncACBAbIpkWFaW转子磁势定子磁势、，、转速：时，逆时针，、转向：电流相序决定、幅值：第43页/共63页第四十三页，共64页。）感应电势（22020111201212011212011119044. 444. 42121EEkEdBEEckWkWEEkbkWfEkWfEaWWeWW、同相位与，滞后于、相位：、变压比：，、大小：FeIII03）励磁电流（）电压、电势平衡方程（42020101110111011EUzIEjxrIEErIEUs第44页/共63页第四

21、十四页，共64页。3 3、向量图与等值电路、向量图与等值电路(dinl)(dinl)（与变压器空载运行相似）（与变压器空载运行相似）m21 EE1 E0IIFeI1U10rI10 xIj0功率因数角功率因数角0I1U1r1jx1Emrmjx第45页/共63页第四十五页，共64页。4 4、电磁关系、电磁关系(gun x)(gun x)示意图（同变压器空载运行）示意图（同变压器空载运行）21110111001EExI jErIIUss1U20U5 5、功率关系、功率关系(gun x)(gun x)示意图（同变压器空载运行）示意图（同变压器空载运行）输入功率输入功率P1FeCuppIUP10011c

22、os0I1U1r1jx1EmrmjxkEE121201rIpCumFerIp20第46页/共63页第四十六页，共64页。二、转子二、转子(zhun z)堵转，且转子堵转，且转子(zhun z)绕组短路时的电磁关系绕组短路时的电磁关系1 1、惯例、惯例(gunl)(gunl)1A1Y1X1B1C1Z2A2Y2X2B2C2Z 1nBMn121A1B1C2A2B2C1U1E1I1sE2E2sE2I第47页/共63页第四十七页，共64页。2 2、磁势、磁通、磁势、磁通（1 1）磁势）磁势1122222111111min60602242322min6022423121nrpfpfncACBAbIpkWF

23、asradfrpfncACBAbIpkWFaWW、转速：时，逆时针，、转向：电流相序决定、幅值：）转子磁势，、转速：时，逆时针，、转向：电流相序决定、幅值：）定子磁势第48页/共63页第四十八页，共64页。210213FFFFF转子磁势定子磁势）合成磁势（2 2）磁通）磁通2110EEF和主磁通均不饱和表现为表现为漏磁通222111jxIjxIss3 3、定、转子、定、转子(zhun z)(zhun z)回路方程回路方程02222222211111zIEjxrIEUjxrIEU转子：定子：第49页/共63页第四十九页，共64页。4 4、转子、转子(zhun z)(zhun z)绕组的折合（类似

24、变压器的折算）绕组的折合（类似变压器的折算）（1 1）原则）原则(yunz)(yunz)与思路与思路通常异步电机转子通常异步电机转子(zhun z)(zhun z)的相数的相数m2m2与定子的相数与定子的相数m1m1并不相同。并不相同。原则：保持折算前后转子原则：保持折算前后转子(zhun z)(zhun z)绕组的磁势不变。绕组的磁势不变。思路：用假想的转子思路：用假想的转子(zhun z)m1(zhun z)m1、W1W1、kW1kW1代替实际的代替实际的m2m2、W2W2、kW2kW2（2 2）结论：）结论：222222221222221212211222121zkkkIEkIEzEEk

25、EkIIkWkWEEkkWmkWmIIkieieeiWWeWWi电压变比电流变比（3 3）折合前后功）折合前后功率关系不变率关系不变第50页/共63页第五十页，共64页。5 5、基本方程、等值电路、基本方程、等值电路(dinl)(dinl)、向量图（类似变压器副边短路）、向量图（类似变压器副边短路）mzEIIIIEEzIEUzIEU100212122221111m21EE1E1U11rI11xI j1I0IIFeI2I2I22rI22xI j0Imrmjx1I1U1r1jx21EE2I2r2jx第51页/共63页第五十一页，共64页。三、转子三、转子(zhun z)旋转（正常运行）时的电磁旋转

26、（正常运行）时的电磁关系关系11nnns转差率：1 1、转子、转子(zhun z)(zhun z)电势电势sssjxrIE2222转速转速n时的相电动时的相电动势势转速转速n时的相电流时的相电流转速转速n时的相漏电时的相漏电抗抗22fnnB率，此时转子绕组电势频的相对速度为与22212221111122244.4606060sxxEskWfEsfnnnpnnnppnfsWs第52页/共63页第五十二页，共64页。2 2、定、转子、定、转子(zhun z)(zhun z)磁势磁势（1 1）定子磁势）定子磁势 （由（由 产生）不再讨论产生）不再讨论（2 2）转子磁势）转子磁势 （由（由 产生）产生

27、）相对于转子外表面、转速：时，逆时针，、转向：电流相序决定、幅值：min6022422222222rpfncACBAbIpkWmFasW相对于定子内表面12nn 1F2F1IsI2（3 3）合成磁势）合成磁势210FFF第53页/共63页第五十三页，共64页。3 3、转子绕组、转子绕组(roz)(roz)的折合的折合（1 1）频率）频率(pnl)(pnl)折合折合目的：转子和定子绕组中的电流频率不同，计算不方便目的：转子和定子绕组中的电流频率不同，计算不方便原则：保持转子磁势相对于定子的位置、大小、转速不变原则：保持转子磁势相对于定子的位置、大小、转速不变思路：以频率为思路：以频率为 的的假想

28、的假想的转子电势、电流、漏抗、电阻转子电势、电流、漏抗、电阻 替换频率为替换频率为 的的实际的实际的转子电势、电流、漏抗、电阻转子电势、电流、漏抗、电阻 即用静止的等效转子代替旋转的实际转子。即用静止的等效转子代替旋转的实际转子。1f2f222222222222222IjxsrEjsxrEsjxrEIjxrIEssssss22s第54页/共63页第五十四页，共64页。22fEs22fIs2rsjx2 12fE12fIsr22jx 12fE12fI2r2jx21rss21rss的含义分析的含义分析在转子堵转时转子绕组中传入一个电阻在转子堵转时转子绕组中传入一个电阻 后，可以等效旋转的转子后，可以

29、等效旋转的转子srs212221rssI电阻上的功率电阻上的功率 为有功功率，转子旋转的总机械功率为有功功率，转子旋转的总机械功率第55页/共63页第五十五页，共64页。（2 2）绕组）绕组(roz)(roz)折算折算22IIa、电流折算：iWWkIIIpkWmIpkWmFF2222221122224222422122EEb、电势折算：22222221EkEIEmIEme22zzc、阻抗折算：222222xkkxrkkrzkkzieieie第56页/共63页第五十六页，共64页。4 4、基本、基本(jbn)(jbn)方程和等值电路方程和等值电路122222222021210111111rssIzIjxsrIEIIIEEjxrIEjxrIEUmm0Imrmjx1I1U1r1jx21EE2I2r2jx12rssT型等值电路0Imrmjx1I1U1r1jx2I2r2jx12rss1r1jx简化等值电路5 5、向量、向量(xingling)(xingling)图（略）图（略）第57页/共63页第五十七页，共64页。第三节第三节 三相三相(sn xin)(sn xin)异步电