第5章三相交流电动机2

1、电力拖动与控制电力拖动与控制第五章第五章 三相交流电动机三相交流电动机 第第 五五 章章 三三 相相 交交 流流 电电 机机电力拖动与控制电力拖动与控制第五章第五章 三相交流电动机三相交流电动机本章教学基本要求本章教学基本要求1.1.了解三相交流电动机主要结构，注意三相交流电动机的定子了解三相交流电动机主要结构，注意三相交流电动机的定子结构；结构；2.2.熟悉三相交流电动机基本工作原理，理解感应电动势和电磁熟悉三相交流电动机基本工作原理，理解感应电动势和电磁转矩这两个机电能量转换要素的物理意义，掌握求解他们的计转矩这两个机电能量转换要素的物理意义，掌握求解他们的计算方法；算方法；3.3.掌握三

2、相交流电动机的运行原理，电动势、转矩平衡方程式，掌握三相交流电动机的运行原理，电动势、转矩平衡方程式，以及三相交流电动机的工作特性；以及三相交流电动机的工作特性；4.4.了解同步电动机的主要结构和工作原理。了解同步电动机的主要结构和工作原理。重点：重点： 三相交流电动机的基本平衡方程式和工作特性。三相交流电动机的基本平衡方程式和工作特性。电力拖动与控制电力拖动与控制第五章第五章 三相交流电动机三相交流电动机5.1 5.1 交流电机电枢绕组交流电机电枢绕组（1 1）线圈：定子绕组是由线圈按一定的规律嵌入定子槽中，并）线圈：定子绕组是由线圈按一定的规律嵌入定子槽中，并按一定的方式联接起来的。按一定

3、的方式联接起来的。（2 2）极距：极距是指沿定子铁心内圆每个磁极所占的范围，如）极距：极距是指沿定子铁心内圆每个磁极所占的范围，如用长度表示。用长度表示。（3 3）电角度）电角度: :一台电机转子铁心的端面是个圆，从几何的角度一台电机转子铁心的端面是个圆，从几何的角度来说可以分为来说可以分为360360，这样划分的角度为，这样划分的角度为机械角度机械角度，即电机铁心，即电机铁心圆周为机械角度。从磁场角度看，一对磁极是一个交变周期，圆周为机械角度。从磁场角度看，一对磁极是一个交变周期，我们把一对磁极所对应的机械角度定为我们把一对磁极所对应的机械角度定为360360电角度。电角度。 （4 4）线圈

4、节距）线圈节距 一个线圈的两根有效边之间所跨的槽数之间的距离为节距。一个线圈的两根有效边之间所跨的槽数之间的距离为节距。线圈的节距一般总是等于或稍小于极距，如果节距与极距相等，线圈的节距一般总是等于或稍小于极距，如果节距与极距相等，称为称为整距线圈整距线圈，如果节距小于极距，则称为，如果节距小于极距，则称为短距线圈短距线圈。=P*电角度机械角度电力拖动与控制电力拖动与控制第五章第五章 三相交流电动机三相交流电动机5.1 5.1 交流电机电枢绕组交流电机电枢绕组【例例5-15-1】 绘制，并联支路数的三相单层绘制，并联支路数的三相单层链式绕组链式绕组展开图展开图 图图5-1 Z=24,2P=4槽

5、电动势星形图槽电动势星形图图图5-2 单层链式单层链式A相绕组展开图相绕组展开图（5 5）单层及双层绕组：根据定子绕组在槽中的分布情况，可分）单层及双层绕组：根据定子绕组在槽中的分布情况，可分为为单层及双层单层及双层绕组。绕组。容量较大的异步电动机都采用双层绕组容量较大的异步电动机都采用双层绕组。双层绕组在每个槽内的导线分为上下两层，上层和下层线圈之双层绕组在每个槽内的导线分为上下两层，上层和下层线圈之间需要用层间绝缘隔开。对于间需要用层间绝缘隔开。对于小容量异步电动机常采用单层绕小容量异步电动机常采用单层绕组组，这时每槽中只有一层导线。本节介绍几种单层绕组，根据，这时每槽中只有一层导线。本节

6、介绍几种单层绕组，根据每极每相槽数的大小，单层绕组分成每极每相槽数的大小，单层绕组分成链式、交叉式和同心式三链式、交叉式和同心式三种。种。电力拖动与控制电力拖动与控制第五章第五章 三相交流电动机三相交流电动机5.1 5.1 交流电机电枢绕组交流电机电枢绕组【例例5-2】 绘制绘制Z=36，2p=4，a=1的单层的单层交叉式交叉式绕组展开图。绕组展开图。1, 42 ,36apZ图图5-3 Z=36,2P=4槽电动势星形图槽电动势星形图图图5-4 单层交叉式单层交叉式A相绕组展开图相绕组展开图电力拖动与控制电力拖动与控制第五章第五章 三相交流电动机三相交流电动机5.1 5.1 交流电机电枢绕组交流

7、电机电枢绕组【例例5-3】绘制绘制Z=24，2p=2，a=1的三相单层的三相单层同心式绕组同心式绕组展开图展开图 图图5-6 单层同心式单层同心式A相绕组展开图相绕组展开图图图5-5 Z=36,2P=2槽电动势星形图槽电动势星形图电力拖动与控制电力拖动与控制第五章第五章 三相交流电动机三相交流电动机5.2 5.2 旋转磁动势旋转磁动势5.2.1单相脉振磁场单相脉振磁场1 1整距线圈的磁动势整距线圈的磁动势 如图是一台两极电机的示意图。定子及转子铁心是同心的圆如图是一台两极电机的示意图。定子及转子铁心是同心的圆柱体，所以定、转子间的气隙是均匀的。当线圈通入电流时，便柱体，所以定、转子间的气隙是均

8、匀的。当线圈通入电流时，便产生一个两极磁场。按照右手螺旋定则，磁场方向如图中箭头所产生一个两极磁场。按照右手螺旋定则，磁场方向如图中箭头所示。示。图图5-7 整距单线圈产生的矩形磁动势整距单线圈产生的矩形磁动势电力拖动与控制电力拖动与控制第五章第五章 三相交流电动机三相交流电动机5.2 5.2 旋转磁动势旋转磁动势图图5-8 矩形波磁动势随时间变化矩形波磁动势随时间变化 在一个整距集中的线圈中通过余在一个整距集中的线圈中通过余弦变化的交流电时，他所产生的矩形波弦变化的交流电时，他所产生的矩形波磁动势的幅值将随着时间作余弦变化。磁动势的幅值将随着时间作余弦变化。当当w wt=0，电流达到最大值时

9、，矩形波的，电流达到最大值时，矩形波的高度也达到最大值高度也达到最大值Fcm；当当w wt=90度，电流为零时，矩形的高度度，电流为零时，矩形的高度也为零。当电流为负值时，磁也为零。当电流为负值时，磁动动势也随势也随着改变方向；矩形磁动势波随时间变化着改变方向；矩形磁动势波随时间变化的关系如图所示。的关系如图所示。由图可以看出：任何瞬间，磁动势在空由图可以看出：任何瞬间，磁动势在空间的分布为一矩形波；在空间的任何一间的分布为一矩形波；在空间的任何一点，磁动势的大小随时间按余弦规律脉点，磁动势的大小随时间按余弦规律脉振。我们称这种在空间位置固定，而大振。我们称这种在空间位置固定，而大小随时间变化

10、的磁动势为小随时间变化的磁动势为脉振磁动势脉振磁动势。电力拖动与控制电力拖动与控制第五章第五章 三相交流电动机三相交流电动机5.2 5.2 旋转磁动势旋转磁动势2 2矩形波磁动势的谐波分析法矩形波磁动势的谐波分析法 从上面的分析可知，一个整距线圈产生的是矩形波磁动势。从上面的分析可知，一个整距线圈产生的是矩形波磁动势。如果直接利用矩形波磁动势去分析一台电机产生的总磁动势，如果直接利用矩形波磁动势去分析一台电机产生的总磁动势，会遇到很多的不方便。为了简化分析，一般是采用谐波分析法。会遇到很多的不方便。为了简化分析，一般是采用谐波分析法。所谓谐波分析法就是把一个周期变化的非正弦曲线分解成一些所谓谐

11、波分析法就是把一个周期变化的非正弦曲线分解成一些列不同周期的正弦曲线。列不同周期的正弦曲线。图图5-9 矩形波磁动势的分解矩形波磁动势的分解 在异步电动机中，谐波磁动势对在异步电动机中，谐波磁动势对电动机性能有不良影响，例如，会使电动机性能有不良影响，例如，会使电动机耗损增大，启动困难。所以总电动机耗损增大，启动困难。所以总是设法把谐波磁动势削弱到很小，电是设法把谐波磁动势削弱到很小，电机定子采用分布绕组及短距绕组等方机定子采用分布绕组及短距绕组等方法均可削弱谐波磁动势，使磁动势的法均可削弱谐波磁动势，使磁动势的波形非常接近于正弦波。波形非常接近于正弦波。电力拖动与控制电力拖动与控制第五章第五

12、章 三相交流电动机三相交流电动机5.2 5.2 旋转磁动势旋转磁动势图图5-10 基波脉振磁动势基波脉振磁动势电力拖动与控制电力拖动与控制第五章第五章 三相交流电动机三相交流电动机5.2 5.2 旋转磁动势旋转磁动势图图5-11 基波磁动势空间相量图基波磁动势空间相量图 3 3整距线圈组的磁动势整距线圈组的磁动势 交流电机每相绕组都是由若干个线圈组串联或并联组成的，交流电机每相绕组都是由若干个线圈组串联或并联组成的，而每个线圈组是由每极下属于同一相的而每个线圈组是由每极下属于同一相的q q个等匝、等距线圈串联个等匝、等距线圈串联圈串联而成的。因此求出每个圈串联而成的。因此求出每个线圈组的磁动势

13、就不难得到每线圈组的磁动势就不难得到每相绕组的磁动势。由于每个线相绕组的磁动势。由于每个线圈组的各线圈磁动势的谐波含圈组的各线圈磁动势的谐波含量和大小都相同，所不同的是量和大小都相同，所不同的是各线圈在空间错开了一个各线圈在空间错开了一个a a角度，角度，所以各线圈磁动势之间在空间所以各线圈磁动势之间在空间上也相隔上也相隔a a度。现在把各矩形波度。现在把各矩形波都分解成基波和一系列谐波，都分解成基波和一系列谐波，则各基波之间在空间的位移角则各基波之间在空间的位移角度也是度也是a a度。把个线圈的的基波度。把个线圈的的基波磁动势逐点相加，便可求得它磁动势逐点相加，便可求得它们的合成基波磁动势。

14、如下图们的合成基波磁动势。如下图所示。所示。 电力拖动与控制电力拖动与控制第五章第五章 三相交流电动机三相交流电动机5.2 5.2 旋转磁动势旋转磁动势图图5-12 单相双层短距绕组磁动势空间相量图单相双层短距绕组磁动势空间相量图4 4双层短距线圈组的磁动势双层短距线圈组的磁动势 除了分布绕组外，在双层绕组中，还可以采用短距线圈除了分布绕组外，在双层绕组中，还可以采用短距线圈来改善磁动势波形。图表示的是一台三相来改善磁动势波形。图表示的是一台三相2极极18槽电动机的槽电动机的A相绕组的线圈分布相绕组的线圈分布。由于每极每相。由于每极每相槽数槽数q=3，所以，所以每个线圈组由每个线圈组由3个线圈

15、串联组成个线圈串联组成，第一个线圈组，第一个线圈组由线圈由线圈1，2，3组成。现采用短组成。现采用短距绕组，极距距绕组，极距=9槽，槽，y=(8/9) 槽。槽。电力拖动与控制电力拖动与控制第五章第五章 三相交流电动机三相交流电动机5.2 5.2 旋转磁动势旋转磁动势 5.2.2三相绕组的合成旋转磁场三相绕组的合成旋转磁场 三相绕组是由三个单元绕组所构成。把三相绕组是由三个单元绕组所构成。把A，B，C三个单相绕组三个单相绕组产生的磁动势波逐点相加就可以得到三相绕组的合成磁动势。产生的磁动势波逐点相加就可以得到三相绕组的合成磁动势。 上节所述单相绕组流过单相交流电，产生一个基波脉振磁动上节所述单相

16、绕组流过单相交流电，产生一个基波脉振磁动势，下面将证明三相对称绕组流过三相对称电流，将产生一个势，下面将证明三相对称绕组流过三相对称电流，将产生一个圆形旋转磁动势。圆形旋转磁动势。 1、三相绕组中的单相磁动势、三相绕组中的单相磁动势 三相绕组是由三相绕组是由3个单相绕组所组成，这三个单相绕组分别产生个单相绕组所组成，这三个单相绕组分别产生脉振磁动势，要了解他们的合成磁动势，首先必先分析这脉振磁动势，要了解他们的合成磁动势，首先必先分析这3个个单相脉振磁动势的性质。单相脉振磁动势的性质。（1）三相对称电流的幅值相等，而相位相差）三相对称电流的幅值相等，而相位相差120度。度。（2）3个单相绕组的

17、轴线在空间依次相隔个单相绕组的轴线在空间依次相隔120度，所以他们各自度，所以他们各自产生的基波磁动势在空间的分布也依次相隔产生的基波磁动势在空间的分布也依次相隔120度。度。电力拖动与控制电力拖动与控制第五章第五章 三相交流电动机三相交流电动机5.2 5.2 旋转磁动势旋转磁动势 2 2、合成磁动势的推导、合成磁动势的推导 用数学的分析方法可以得出三相基波合成磁动势的表达式用数学的分析方法可以得出三相基波合成磁动势的表达式。根据教材。根据教材128页公式（页公式（5-18）可以画出任意时刻的三相合成磁）可以画出任意时刻的三相合成磁动势的分布波形及位置动势的分布波形及位置 。图图5-13 三相

18、合成磁动势的分布波形及位置三相合成磁动势的分布波形及位置电力拖动与控制电力拖动与控制第五章第五章 三相交流电动机三相交流电动机5.2 5.2 旋转磁动势旋转磁动势 3、三相基波合成磁动势的结论、三相基波合成磁动势的结论 三相对称绕组通过三相对称电流产生的三相基波合成三相对称绕组通过三相对称电流产生的三相基波合成磁动势是一圆形旋转磁动势，当时间变化时，他的波形不磁动势是一圆形旋转磁动势，当时间变化时，他的波形不变，他是单相脉振磁动势振幅的变，他是单相脉振磁动势振幅的3/2倍。倍。 图图5-14 旋转合成磁动势旋转合成磁动势电力拖动与控制电力拖动与控制第五章第五章 三相交流电动机三相交流电动机5.

19、2 5.2 旋转磁动势旋转磁动势5.2.3两相绕组产生的旋转磁动势两相绕组产生的旋转磁动势 交流电机的电枢绕组有时为两组绕组，当两相绕组通入交流电机的电枢绕组有时为两组绕组，当两相绕组通入两相电流时，也会产生磁动势。下面就以两相绕组的两种两相电流时，也会产生磁动势。下面就以两相绕组的两种不同状况来分析其所产生的磁动势情况。不同状况来分析其所产生的磁动势情况。1 1、圆形磁动势：、圆形磁动势：空间相距（空间相距（p p /2）电角度的两相对称绕组，）电角度的两相对称绕组，当通入两相对称电流，即时间相差（当通入两相对称电流，即时间相差（p p /2）电角度、幅值相）电角度、幅值相同的正弦交流电流时

20、，产生的合成基波磁动势为圆形旋转同的正弦交流电流时，产生的合成基波磁动势为圆形旋转磁动势。该旋转磁动势的幅值等于原每相绕组产生的基波磁动势。该旋转磁动势的幅值等于原每相绕组产生的基波脉振磁动势的最大幅值。脉振磁动势的最大幅值。2、椭圆形磁动势：如果两相绕组是对称的，而通入的电流不、椭圆形磁动势：如果两相绕组是对称的，而通入的电流不对称，同样可以可以分析出两相绕组产生的合成基波总磁对称，同样可以可以分析出两相绕组产生的合成基波总磁动势也是椭圆形磁动势。动势也是椭圆形磁动势。 电力拖动与控制电力拖动与控制第五章第五章 三相交流电动机三相交流电动机5.35.3交流绕组的感应电动势交流绕组的感应电动势

21、5.3.1整距线圈感应电动势整距线圈感应电动势 整距线圈的两根导体在空整距线圈的两根导体在空间相隔一个极距，也就是相隔间相隔一个极距，也就是相隔p p电角度。当一根导体处在电角度。当一根导体处在N极极最大磁密处时，另一根导体刚最大磁密处时，另一根导体刚好处在好处在S极的最大磁密处，如图极的最大磁密处，如图所示。所以这两根导体的电动所示。所以这两根导体的电动势总是大小相等而方向相反。势总是大小相等而方向相反。图图5-16 整距线圈感应电动势整距线圈感应电动势电力拖动与控制电力拖动与控制第五章第五章 三相交流电动机三相交流电动机5.35.3交流绕组的感应电动势交流绕组的感应电动势内表面的槽中。图表

22、示内表面的槽中。图表示在电机的定子槽里放在电机的定子槽里放有三个均匀分布的整有三个均匀分布的整距线圈，记作距线圈，记作1-1 、2-2 、3-3，这三个线圈，这三个线圈的匝数彼此相等，依的匝数彼此相等，依头、尾端的顺序联接头、尾端的顺序联接而串联起来，叫分布而串联起来，叫分布线圈组。线圈组。图图5-17 分布线圈组空间位置及连接图分布线圈组空间位置及连接图 5.3.2整距分布线圈感应电动势整距分布线圈感应电动势 在实际电机中，为了充分利用电机定子内圆空间，定子在实际电机中，为了充分利用电机定子内圆空间，定子上不止放置一个线圈，而是放置许多线圈，并均匀分布在定上不止放置一个线圈，而是放置许多线圈

23、，并均匀分布在定子子电力拖动与控制电力拖动与控制第五章第五章 三相交流电动机三相交流电动机5.35.3交流绕组的感应电动势交流绕组的感应电动势a a a a a图图5-18 分布线圈组感应电动势相量图分布线圈组感应电动势相量图n 设相邻线圈的槽距角为设相邻线圈的槽距角为a a。对每个整距线圈来说，他们的基。对每个整距线圈来说，他们的基波电动势有效值相同，但是三个整距线圈由于空间分布不同，波电动势有效值相同，但是三个整距线圈由于空间分布不同，他们切割同一磁力线时，就必然有先有后。因此，三个分布线他们切割同一磁力线时，就必然有先有后。因此，三个分布线圈的基波感应电动势在时间相位上彼此不同。因为三个

24、整距线圈的基波感应电动势在时间相位上彼此不同。因为三个整距线圈空间上依次相距空间电角度圈空间上依次相距空间电角度a a ，所以他们的基波感应电动势，所以他们的基波感应电动势n之间依次相差之间依次相差a a时间电角度。图时间电角度。图5-18(a)是三个整距线圈基波电是三个整距线圈基波电动势相量，图动势相量，图5-18(b)表示出三表示出三个整距线圈基波电动势相量和个整距线圈基波电动势相量和这三个分布的整距线圈组成的这三个分布的整距线圈组成的线圈组基波电动势相量之间的线圈组基波电动势相量之间的关系。关系。电力拖动与控制电力拖动与控制第五章第五章 三相交流电动机三相交流电动机5.35.3交流绕组的

25、感应电动势交流绕组的感应电动势n5.3.3短距线圈感应电动势短距线圈感应电动势 短距线圈每一匝的两短距线圈每一匝的两根导线在空间的距离比整根导线在空间的距离比整距线圈缩短了距线圈缩短了b b电角度，电角度，即相距即相距（p- bp- b ）电角度，电角度，如图如图5-19所示。因此，两所示。因此，两根导线中感应电动势在时根导线中感应电动势在时间相位上也相差间相位上也相差（p- bp- b ）电角度，在图电角度，在图5-19中，根中，根据相量图，可求得短距线据相量图，可求得短距线圈的每匝电动势圈的每匝电动势 。图图5-19 短距线圈相量图短距线圈相量图电力拖动与控制电力拖动与控制第五章第五章 三

26、相交流电动机三相交流电动机5.35.3交流绕组的感应电动势交流绕组的感应电动势n5.3.4 一相绕组感应电动势一相绕组感应电动势n 如果根据每槽内有几个线圈边来划分绕组类型，那么电动如果根据每槽内有几个线圈边来划分绕组类型，那么电动机的定子绕组可以分成单层绕组和双层绕组两种。定子每个机的定子绕组可以分成单层绕组和双层绕组两种。定子每个槽内只有一个线圈边的绕组称为单层绕组，这种绕组适用于槽内只有一个线圈边的绕组称为单层绕组，这种绕组适用于功率较小的电动机。定子每个槽内上、下两层都有线圈边的功率较小的电动机。定子每个槽内上、下两层都有线圈边的绕组称为双层绕组。绕组称为双层绕组。 在双层绕组中，每一

27、极面下就有一个极相组，因而对于在双层绕组中，每一极面下就有一个极相组，因而对于 2p个磁极的电机就有个磁极的电机就有 2p个极相组。在联接时可以串联，也可个极相组。在联接时可以串联，也可以并联，以组成一定数目的支路数，而每相绕组的电动势数值以并联，以组成一定数目的支路数，而每相绕组的电动势数值决定于一条支路的电动势大小。设决定于一条支路的电动势大小。设代表每相的并联支路数，代表每相的并联支路数，那么每相电动势的基波有效值为：那么每相电动势的基波有效值为：1111111144. 444. 422YqYqYqKNKfKKfapqNEapE电力拖动与控制电力拖动与控制第五章第五章 三相交流电动机三相

28、交流电动机5.35.3交流绕组的感应电动势交流绕组的感应电动势n5.3.5绕组的谐波感应电动势绕组的谐波感应电动势 n 前面讨论感应电动势时，是假设气隙中只有正弦分布前面讨论感应电动势时，是假设气隙中只有正弦分布的基波磁动势。但是，在实际电机气隙中除了基波磁动势的基波磁动势。但是，在实际电机气隙中除了基波磁动势外，还存在谐波磁动势，如图所示。外，还存在谐波磁动势，如图所示。图图5-20 谐波磁通密度谐波磁通密度电力拖动与控制电力拖动与控制第五章第五章 三相交流电动机三相交流电动机5.45.4三相异步电动机三相异步电动机n5.4.15.4.1基本结构和铭牌数据基本结构和铭牌数据n1. 1. 三相

29、异步电动机的基本结构三相异步电动机的基本结构n 三相异步电动机主要由定子和转子两部分组成：静止部分三相异步电动机主要由定子和转子两部分组成：静止部分称为定子；转动部分称为转子。三相笼异步电动机的主要部称为定子；转动部分称为转子。三相笼异步电动机的主要部件如图所示。件如图所示。图图5-21 鼠笼式异步电动机的构造鼠笼式异步电动机的构造电力拖动与控制电力拖动与控制第五章第五章 三相交流电动机三相交流电动机5.45.4三相异步电动机三相异步电动机n1 1）定子：）定子： 定子由定子铁心、定子绕组和机座三部分组成。定子由定子铁心、定子绕组和机座三部分组成。n 定子铁心是异步电动机磁路的一部分。他是用厚

30、的硅钢定子铁心是异步电动机磁路的一部分。他是用厚的硅钢片冲制、叠压而成的，紧紧地装在机座的内部。在定子铁心片冲制、叠压而成的，紧紧地装在机座的内部。在定子铁心的内圆上开有均匀的槽，用以放置定子绕组。的内圆上开有均匀的槽，用以放置定子绕组。n 定子绕组是电动机的电路部分。定子绕组是由许多线圈定子绕组是电动机的电路部分。定子绕组是由许多线圈按规律联接而成的。小型三相异步电动机定子绕组通常用高按规律联接而成的。小型三相异步电动机定子绕组通常用高强度漆包线绕制而成。强度漆包线绕制而成。2 2）转子：）转子： 转子由转子铁心、转子绕组和转轴组成。转子由转子铁心、转子绕组和转轴组成。n 转子铁心是异步电动

31、机磁路的一部分。他是用厚的硅钢片转子铁心是异步电动机磁路的一部分。他是用厚的硅钢片冲制、叠压而成的，转子铁心与定子铁心之间有一个很小的冲制、叠压而成的，转子铁心与定子铁心之间有一个很小的气隙。转子铁心的外圆上冲有均匀分布的槽，用来放置转子气隙。转子铁心的外圆上冲有均匀分布的槽，用来放置转子绕组。绕组。电力拖动与控制电力拖动与控制第五章第五章 三相交流电动机三相交流电动机5.45.4三相异步电动机三相异步电动机n2. 2. 三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理n 当定子三相对称绕组加上对称的三相交流电压后，定子三相当定子三相对称绕组加上对称的三相交流电压后，定子三相绕组中便有对称的三

32、相电流流过，它们共同形成定子绕组中便有对称的三相电流流过，它们共同形成定子旋转磁旋转磁场场。假定定子旋转磁场以。假定定子旋转磁场以n n转速沿逆时针方向旋转，则磁力线转速沿逆时针方向旋转，则磁力线将切割转子导体而感应出电动势。在该电动势作用下，转子将切割转子导体而感应出电动势。在该电动势作用下，转子导体内便有电流通过，导体内便有电流通过，电流的有功分量与电动势同相位电流的有功分量与电动势同相位。转。转子导体内电流的有功分量与旋转磁场相互作用，使转子导体子导体内电流的有功分量与旋转磁场相互作用，使转子导体受到电磁力的作用。在该电磁力作用下，电动机转子就转动受到电磁力的作用。在该电磁力作用下，电动

33、机转子就转动起来，其转向与旋转磁场的方向相同。这时，如果在电机轴起来，其转向与旋转磁场的方向相同。这时，如果在电机轴上加载机械负载，电动机便拖动负载运转，输出机械功率。上加载机械负载，电动机便拖动负载运转，输出机械功率。电力拖动与控制电力拖动与控制第五章第五章 三相交流电动机三相交流电动机5.45.4三相异步电动机三相异步电动机n3. 3. 三相异步电动机的铭牌数据三相异步电动机的铭牌数据n 每台异步电动机的机座上都有一块铭牌，上面标有该电动每台异步电动机的机座上都有一块铭牌，上面标有该电动机的主要数据。为了能正确使用电动机，必然要了解铭牌。机的主要数据。为了能正确使用电动机，必然要了解铭牌。

34、下面以下面以Y90S-4B型电动机的铭牌为例说明。型电动机的铭牌为例说明。电力拖动与控制电力拖动与控制第五章第五章 三相交流电动机三相交流电动机5.45.4三相异步电动机三相异步电动机n1 1）型号）型号n电机型号是电机类型、规格等等代号。例如电机型号是电机类型、规格等等代号。例如Y90S-4B三相异步电动机机座中心高磁极数机座长度代号S短机座M中机座L长机座2）额定功率）额定功率 额定功率是电动机在额定运行情况下，其轴上输出的机械功额定功率是电动机在额定运行情况下，其轴上输出的机械功率。又称额定容量。率。又称额定容量。3）额定电压：）额定电压： 额定电压是指电动机在额定运行时定子绕组额定电压

35、是指电动机在额定运行时定子绕组的线电压，他同定子绕组的接法相对应。的线电压，他同定子绕组的接法相对应。电力拖动与控制电力拖动与控制第五章第五章 三相交流电动机三相交流电动机5.45.4三相异步电动机三相异步电动机n4 4）额定电流）额定电流 n 额定电流是电动机在额定运行时定子绕组的线电流。额定电流是电动机在额定运行时定子绕组的线电流。 5 5）额定转速）额定转速 在额定电压下，输出额定功率时的转速称为额定转速在额定电压下，输出额定功率时的转速称为额定转速 6 6）绝缘等级）绝缘等级 绝缘等级是按电动机绕组所用的绝缘材料在使用时允许的绝缘等级是按电动机绕组所用的绝缘材料在使用时允许的极限温度来

36、划分的。极限温度来划分的。 7 7）工作方式）工作方式 工作方式是对电动机按铭牌上等额定功率持续运行时间工作方式是对电动机按铭牌上等额定功率持续运行时间的限制，分为的限制，分为“连续连续”、“短时短时”和和“断续断续”等。等。电力拖动与控制电力拖动与控制第五章第五章 三相交流电动机三相交流电动机5.45.4三相异步电动机三相异步电动机8 8）功率因数：）功率因数： 技术手册中会给出功率因数参数，是指电动机技术手册中会给出功率因数参数，是指电动机在额定运行状态下，定子电路的功率因数。异步电动机在额定运行状态下，定子电路的功率因数。异步电动机空载空载运行时定子电路的功率因数很低运行时定子电路的功率

37、因数很低，只有，只有0.20.20.30.3，随着负载，随着负载的增加，功率因数也增加，在额定负载时一般为的增加，功率因数也增加，在额定负载时一般为0.70.70.90.9，因此要避免空载运行。因此要避免空载运行。9 9）效率：效率是指电动机在额定状态下运行时输出的功率对）效率：效率是指电动机在额定状态下运行时输出的功率对定子输入功率的比值。定子输入功率的比值。 5.4.2转子静止时的异步电动机：分析异步电动机运行原理，着转子静止时的异步电动机：分析异步电动机运行原理，着重在异步电动机内部基本的电磁关系，目的是展示其内在矛盾重在异步电动机内部基本的电磁关系，目的是展示其内在矛盾。在研究电磁关系

38、的同时，还应注意解决定量计算问题，异步。在研究电磁关系的同时，还应注意解决定量计算问题，异步电动机通常所用的电动机通常所用的计算方法与变压器计算方法与变压器类似，即将其化成类似，即将其化成等效电等效电路路，以解电路的方式来解决具体计算问题。因为异步电机的主，以解电路的方式来解决具体计算问题。因为异步电机的主要工作方式是作为电动机，故在分析时以电动机运行作为主要要工作方式是作为电动机，故在分析时以电动机运行作为主要对象。采用的较为简单的分析方法，即对象。采用的较为简单的分析方法，即等效静转子法等效静转子法。电力拖动与控制电力拖动与控制第五章第五章 三相交流电动机三相交流电动机5.45.4三相异步

39、电动机三相异步电动机1 1转子绕组开路转子绕组开路假定电机定子接到相电压假定电机定子接到相电压为为1、频率为、频率为f1的三相交流电源的三相交流电源，转子电路电流为零。设此时，转子电路电流为零。设此时转子电路开路。这一假设的目转子电路开路。这一假设的目的是为了先排除转子电流对定的是为了先排除转子电流对定子的影响，突出定子电路自身子的影响，突出定子电路自身的内在规律。的内在规律。 转子开路的三相异步电动机转子开路的三相异步电动机相当于副边空载的三相变压器相当于副边空载的三相变压器，定子绕组对应于原边绕组，定子绕组对应于原边绕组，转子绕组对应于副边绕组，所转子绕组对应于副边绕组，所不同的是异步电动

40、机的磁路中不同的是异步电动机的磁路中多了多了气隙磁路。气隙磁路。图图5-23 异步电动机电磁模型异步电动机电磁模型 电力拖动与控制电力拖动与控制第五章第五章 三相交流电动机三相交流电动机5.45.4三相异步电动机三相异步电动机 1 1）电磁关系）电磁关系 定子电路在定子电路在1作用作用下引进一电流，因转子下引进一电流，因转子无输出，此电流的主要无输出，此电流的主要作用是在电动机内建立作用是在电动机内建立磁场，可称作励磁电流磁场，可称作励磁电流0。由。由0建立的磁力线建立的磁力线可分作两部分，绝大部可分作两部分，绝大部分磁力线穿过气隙、交分磁力线穿过气隙、交链到转子电路然后回到链到转子电路然后回

41、到定子边自行闭合，这是定子边自行闭合，这是主磁通主磁通m0，也称为也称为互互感磁通感磁通。 图图5-24主磁通与漏磁通示意图主磁通与漏磁通示意图主磁通是一个主磁通是一个恒幅、恒速，恒幅、恒速，在空间作正弦在空间作正弦分布的基波旋分布的基波旋转磁场。转磁场。另一小部分磁力线则仅与定子绕组本身交链，称为另一小部分磁力线则仅与定子绕组本身交链，称为漏磁通漏磁通 s1。漏磁通在电机中远比变压器中复杂。漏磁通在电机中远比变压器中复杂。漏磁通包括：槽漏磁通、端部漏磁通和谐波漏磁通。漏磁通包括：槽漏磁通、端部漏磁通和谐波漏磁通。谐波漏磁通是由定子三相合成磁动势中的高次谐波谐波漏磁通是由定子三相合成磁动势中的

42、高次谐波磁动势产生的，严格说，他是通过气隙与转子绕组磁动势产生的，严格说，他是通过气隙与转子绕组相链绕的磁通，与槽漏磁通和端部漏磁通是有差别相链绕的磁通，与槽漏磁通和端部漏磁通是有差别的，为了表明这种差别，谐波漏磁通又称差别漏磁的，为了表明这种差别，谐波漏磁通又称差别漏磁通，将谐波磁通归为漏磁通中是为了计算上的方便。通，将谐波磁通归为漏磁通中是为了计算上的方便。电力拖动与控制电力拖动与控制第五章第五章 三相交流电动机三相交流电动机5.45.4三相异步电动机三相异步电动机3）等效电路）等效电路 画出转子开路时异步电动机画出转子开路时异步电动机的等效电路如图所示，这个电的等效电路如图所示，这个电路

43、和变压器空载状态路和变压器空载状态完全一致完全一致，所以异步电机在转子方电流所以异步电机在转子方电流为零的工作状态，可称为理想为零的工作状态，可称为理想的空载运行状态。的空载运行状态。 转子开路时异步电动机的等效电路转子开路时异步电动机的等效电路n2 2）电压方程式：）电压方程式：n定子一相电路的电压方程式为：定子一相电路的电压方程式为： 1011010110111ZIEXIXIjErIEEUS-转子电路因转子绕组开路，电压方程式为：转子电路因转子绕组开路，电压方程式为：22 EU电力拖动与控制电力拖动与控制第五章第五章 三相交流电动机三相交流电动机5.45.4三相异步电动机三相异步电动机 4

44、 4）相量图）相量图电流电流0并不是纯粹建立电机磁场所需并不是纯粹建立电机磁场所需的电流，当磁场旋转时，铁心的每一处的电流，当磁场旋转时，铁心的每一处都处在随时间变化的磁场作用下，铁心都处在随时间变化的磁场作用下，铁心中必然出现中必然出现涡流效应和磁滞损耗涡流效应和磁滞损耗，涡流，涡流和磁滞损耗合称为和磁滞损耗合称为铁损耗铁损耗，它消耗了一，它消耗了一部分有功功率使铁心发热。部分有功功率使铁心发热。 在图在图5-27的异步电动机转子的异步电动机转子转速为零转速为零时时的相量图上，清楚地表示了这些电流间的相量图上，清楚地表示了这些电流间的相位关系。的相位关系。 图图5-27 转子绕组开路时的相量

45、图转子绕组开路时的相量图电力拖动与控制电力拖动与控制第五章第五章 三相交流电动机三相交流电动机5.45.4三相异步电动机三相异步电动机2转子绕组短路且转子堵转转子绕组短路且转子堵转 设异步电动机的转子绕组闭路，如笼型绕组。在定子绕设异步电动机的转子绕组闭路，如笼型绕组。在定子绕组接电源的情况下，卡住转子使之转速组接电源的情况下，卡住转子使之转速n=0。这是为了暂。这是为了暂不不计机械功率计机械功率的变化，而突出定、转子两个电路间的相互联系的变化，而突出定、转子两个电路间的相互联系、相互影响的内在规律。、相互影响的内在规律。 在转子短路并在在转子短路并在n=0条件下，转子电动势条件下，转子电动势

46、2和和1具有相同具有相同的频率的频率1。在。在2作用下转子出现频率为作用下转子出现频率为1的电流的电流2，由，由2产生产生的磁效应主要用作于电机的公共磁路，因为转子和定子一样的磁效应主要用作于电机的公共磁路，因为转子和定子一样是静止，双方电流频率又一样，相序排列也相同，结果是双是静止，双方电流频率又一样，相序排列也相同，结果是双方的磁动势在气隙空间方的磁动势在气隙空间同速同向同速同向的旋转，处于相对静止状态的旋转，处于相对静止状态。这表明电流。这表明电流2的出现首先影响了气隙磁场，然后再影响到的出现首先影响了气隙磁场，然后再影响到定子方电流定子方电流1，使之改变。，使之改变。电力拖动与控制电力

47、拖动与控制第五章第五章 三相交流电动机三相交流电动机5.45.4三相异步电动机三相异步电动机1）磁动势平衡方程式）磁动势平衡方程式 图图5-28所示为异步电动机定子绕组接电源，转子绕组短所示为异步电动机定子绕组接电源，转子绕组短路且转子堵转的接线。转子短路时，在路且转子堵转的接线。转子短路时，在转子绕组转子绕组产生的感产生的感应电动势会在转子三相绕组中产生对称的转子电流，从而应电动势会在转子三相绕组中产生对称的转子电流，从而产生合成转子基波旋转磁动势产生合成转子基波旋转磁动势F2，其幅值为：，其幅值为：极）（安匝 /222232222IpkNFwp定子定子基波旋转磁动势幅值为：基波旋转磁动势幅

48、值为： 111122223IpkNFwp图图5-28 异步电动机转子短路且堵转时的接线图异步电动机转子短路且堵转时的接线图气隙中的合成气隙中的合成磁动势为：磁动势为： 021FF F主磁通主磁通m0由合成磁势产生由合成磁势产生电力拖动与控制电力拖动与控制第五章第五章 三相交流电动机三相交流电动机5.45.4三相异步电动机三相异步电动机2 2）电磁关系）电磁关系 假定各物理量的规定正方向如图假定各物理量的规定正方向如图5-29所示，则转子短路所示，则转子短路且且堵转堵转时的电磁关系为图时的电磁关系为图5-29所示：所示：1u222FNi111FNi1i1S1Se0F2i2S2Sem1e2e图图5

49、-29 电磁关系示意图电磁关系示意图电力拖动与控制电力拖动与控制第五章第五章 三相交流电动机三相交流电动机5.45.4三相异步电动机三相异步电动机3 3）电动势平衡方程式）电动势平衡方程式 异步电动机异步电动机转子堵转时转子堵转时定、转子绕组的电路图。如图定、转子绕组的电路图。如图5-30，从图中可以看出，电动机与变压器的电磁状况极为相似，从图中可以看出，电动机与变压器的电磁状况极为相似，参考对变压器的分析方法，可以写出异步电动机转子堵转，参考对变压器的分析方法，可以写出异步电动机转子堵转时电动势或电压方程式如下：时电动势或电压方程式如下：111111111ZIExI jrIEU-202222

50、0 xIjrIE图图5-30 异步电动机转子静止并短路时的定、转子电路图异步电动机转子静止并短路时的定、转子电路图电力拖动与控制电力拖动与控制第五章第五章 三相交流电动机三相交流电动机5.45.4三相异步电动机三相异步电动机（1）转子电动势的折算）转子电动势的折算根据折算前后转子根据折算前后转子功率保持不变功率保持不变为条件，即应满足为条件，即应满足 折算前转子电动势为：折算前转子电动势为： 折算后转子电动势为：折算后转子电动势为： mwkNfE221244. 412111244. 4EEkkNfEemw4 4）转子参数的折算）转子参数的折算 和分析变压器方法相似，为要把定子电压平衡式、转子和

51、分析变压器方法相似，为要把定子电压平衡式、转子电压平衡式和磁动势平衡式组合成一等效电路，需要把转子电压平衡式和磁动势平衡式组合成一等效电路，需要把转子方面的各物理量归算到定子方面。在进行方面的各物理量归算到定子方面。在进行折算折算时，需要相应时，需要相应的电压变比、电流变比和阻抗变比。的电压变比、电流变比和阻抗变比。（2 2）转子电流的折算）转子电流的折算 根据折算前后根据折算前后转子磁动势应保持不变转子磁动势应保持不变为条件，即应满足为条件，即应满足ke异步电动机的电动势变比。电力拖动与控制电力拖动与控制第五章第五章 三相交流电动机三相交流电动机5.45.4三相异步电动机三相异步电动机（3

52、3）转子阻抗的折算）转子阻抗的折算 根据折算前后转子上的铜耗保持不变为条件，即应满足根据折算前后转子上的铜耗保持不变为条件，即应满足22222221rImrIm 由此可求得折算后的转子电阻由此可求得折算后的转子电阻2222211212)(rkkrkNkNmmrieww折算后的转子漏抗折算后的转子漏抗22xkkxie222221119 . 029 . 02IpkNmIpkNmww 由此可求得折算后的转子电流由此可求得折算后的转子电流iwwkIIkNmkNmI221112222ki异步电动机的电流变比。keki异步电动机的阻抗比。电力拖动与控制电力拖动与控制第五章第五章 三相交流电动机三相交流电动

53、机5.45.4三相异步电动机三相异步电动机（4 4）等效电路）等效电路 折算的好处是很明显的，折算后折算的好处是很明显的，折算后可以构建一等效电路，它与副边短路可以构建一等效电路，它与副边短路时的变压器等效电路完全相同，如图时的变压器等效电路完全相同，如图所示。由于对称关系，电路仅考虑了所示。由于对称关系，电路仅考虑了一相，故各种计算量均取每相值。一相，故各种计算量均取每相值。图图5-31 转子堵转、转子绕组短路时的等效电路转子堵转、转子绕组短路时的等效电路 1. 1. 转差率：通常把同步转速转差率：通常把同步转速n1和电动机转子转速和电动机转子转速n二者之间的二者之间的差与同步转速的比值称为

54、转差率（也叫做转差或滑差），用差与同步转速的比值称为转差率（也叫做转差或滑差），用s表表示。示。 s是一个没有单位的数，是一个没有单位的数，它的大小也能反映电动机它的大小也能反映电动机转子的转速。正常运行的转子的转速。正常运行的异步电动机，转子转速异步电动机，转子转速n接接近于同步转速近于同步转速n1，转差率，转差率s很小，一般很小，一般s=0.010.05。-02122222101111IIIx jsrIEEEjxrIEjxrIEUmm电力拖动与控制电力拖动与控制第五章第五章 三相交流电动机三相交流电动机5.45.4三相异步电动机三相异步电动机2. 2. 转子电动势转子电动势 当异步电动机转

55、子以转速当异步电动机转子以转速n恒速运转时，转子回路的电恒速运转时，转子回路的电压方程式为压方程式为)(2222sssjxrIE 转子旋转时转子绕组中感应电动势为转子旋转时转子绕组中感应电动势为212211222244. 444. 4sEkNsfkNfEWWs 3. 3. 定、转子磁动势及磁动势关系定、转子磁动势及磁动势关系 下面对转子旋转时，定、转子绕组电流产生的空间合成磁下面对转子旋转时，定、转子绕组电流产生的空间合成磁动势进行分析。动势进行分析。（1 1）定子旋转磁动势）定子旋转磁动势F1 当异步电动机旋转起来后，定子绕组里流过的电流为当异步电动机旋转起来后，定子绕组里流过的电流为I1

56、，产生旋转磁动势，产生旋转磁动势F1 ，其特点在前面已经分析过了。这里仍，其特点在前面已经分析过了。这里仍假设假设F1相对于定子绕组以同步转速相对于定子绕组以同步转速n1逆时针方向旋转。逆时针方向旋转。E2是转子不转时，绕组中感应电动势电力拖动与控制电力拖动与控制第五章第五章 三相交流电动机三相交流电动机5.45.4三相异步电动机三相异步电动机（2 2）转子旋转磁动势）转子旋转磁动势F2 幅值幅值 当异步电动机以转速当异步电动机以转速n旋转时，由转子电流旋转时，由转子电流I2s产生的三产生的三相合成旋转磁动势的幅值为相合成旋转磁动势的幅值为sWIpkNF222222423p 转向转向 在前面分

57、析转子绕组短路、转速在前面分析转子绕组短路、转速n=0的情况知道，气隙旋的情况知道，气隙旋转磁密转磁密B逆时针旋转时，在转子绕组里感应电动势，产生电流逆时针旋转时，在转子绕组里感应电动势，产生电流相序为相序为A2B2 C2现在情况是，转子已经旋转起来，有一定的现在情况是，转子已经旋转起来，有一定的转速转速n，由于是电动状态，转子的旋转方向与气隙旋转密度，由于是电动状态，转子的旋转方向与气隙旋转密度B同方向，仅仅是转子的转速同方向，仅仅是转子的转速n小于气隙旋转磁密小于气隙旋转磁密B的转速的转速n1。这。这时，如果站在转子上看气隙旋转磁密，它相对于转子的转速为时，如果站在转子上看气隙旋转磁密，它

58、相对于转子的转速为（n1 - n），转向为逆时针方向。这样，由气隙旋转磁密，转向为逆时针方向。这样，由气隙旋转磁密B在转在转子每相绕组感应电动势子每相绕组感应电动势, ,产生电流的相序仍为产生电流的相序仍为A2B2 C2。电力拖动与控制电力拖动与控制第五章第五章 三相交流电动机三相交流电动机5.45.4三相异步电动机三相异步电动机 转速转速 转子电流转子电流I2s的频率为的频率为2，显然有转子电流，显然有转子电流I2s产生的三相合产生的三相合成旋转磁动势成旋转磁动势F2 ，它相对于转子绕组的转速用，它相对于转子绕组的转速用n2表示，为表示，为pfn2260瞬间位置瞬间位置 当转子绕组哪相电流达

59、到正最大值时，当转子绕组哪相电流达到正最大值时， F F2 2正好位于该相正好位于该相绕组的轴线上。绕组的轴线上。 （3 3）合成磁动势：）合成磁动势： 清楚了定、转子三相合成旋转磁动势清楚了定、转子三相合成旋转磁动势F1、F2的特点后，现在希望站在定子绕组的角度上看定、转子旋转磁的特点后，现在希望站在定子绕组的角度上看定、转子旋转磁动势动势F1与与F2。 幅值：关于定、转子磁动势幅值：关于定、转子磁动势F1、F2的幅值，不因站在定子上的幅值，不因站在定子上看而有什么变化，仍为前面分析的结果。看而有什么变化，仍为前面分析的结果。 转向：转向：F1、F2二者的转向相对于定子都为逆时针方向旋转。二

60、者的转向相对于定子都为逆时针方向旋转。电力拖动与控制电力拖动与控制第五章第五章 三相交流电动机三相交流电动机5.45.4三相异步电动机三相异步电动机转速：定子旋转磁动势转速：定子旋转磁动势F1相对于定子绕组的转速为相对于定子绕组的转速为n1。 转子旋转磁动势转子旋转磁动势F2相对于转子绕组的逆时针转速为相对于转子绕组的逆时针转速为n2。由。由于转子本身相对定子绕组有一逆时针转速于转子本身相对定子绕组有一逆时针转速n，为此站在定子绕，为此站在定子绕组上看转子旋转磁动势组上看转子旋转磁动势F2的转速为的转速为n2+ n 。 4. 4. 转子绕组频率的折算转子绕组频率的折算（a）是异步电动机实际运行