三相交流电动机PPT讲稿.ppt

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1、三相交流电动机三相交流电动机第1页，共94页，编辑于2022年，星期三 第第 五五 章章 三三 相相 交交 流流 电电 动动 机机第2页，共94页，编辑于2022年，星期三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；定子结构；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，掌握求解他们的计算方法；握求解他们的计算方法；3.3.掌握三相交流电动机的运行原理

2、，电动势、转矩平衡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；方程式，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。第3页，共94页，编辑于2022年，星期三重点重点重点：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。第4页，共94页，编辑于2022年，星期三5.1 5.1 交流电机电枢绕组交流电机电枢绕组（1 1）线圈）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。定的方

3、式联接起来的。（2 2）极距）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。第5页，共94页，编辑于2022年，星期三5.1 5.1 交流电机电枢绕组交流电机电枢绕组（3 3）电角度）电角度 一台电机转子铁心的端面是个圆，从几何的角度来说可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，这样划分的角度为机械角度，即电机铁心圆周为机以分为，这样划分的角度为机械角度，即电机铁心圆周为机械角度。械角度。（4 4）线圈节距）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一个线圈的两根有效边之间所跨的槽数之间的距

4、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。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，称为整距线圈，如果节距小于极距，则称为短距线距相等，称为整距线圈，如果节距小于极距，则称为短距线圈。圈。第6页，共94页，编辑于2022年，星期三5.1 5.1 交流电机电枢绕组交流电机电枢绕组（5 5）单层及双层绕组）单层及双层绕组 根据定子绕组在槽中的分布情况，可分为单层及双层绕根据定子绕组在槽中的分布情况，可分为单层及双层绕组。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，上层和下层线圈之间需

5、要用层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。对于小容量异步电动机常采用单层绕组，这时间绝缘隔开。对于小容量异步电动机常采用单层绕组，这时每槽中只有一层导线。本节介绍几种单层绕组，根据每极每每槽中只有一层导线。本节介绍几种单层绕组，根据每极每相槽数的大小，单层绕组分成链式、交叉式和同心式三种。相槽数的大小，单层绕组分成链式、交叉式和同心式三种。第7页，共94页，编辑于2022年，星期三5.1 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链式绕组展开图绘制，并联支路数的三相单层链式绕组展开图 图图5-1 Z=24,2P=4槽电动势

6、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第8页，共94页，编辑于2022年，星期三5.1 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的单层交叉式绕的单层交叉式绕组展开图。组展开图。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第9页，共94页，编辑于2022年，星期三5.1 5.1 交流电机电枢绕组交流电机电枢绕组【例例5-3】绘制绘制Z=24，2p=2，a=1的三相单层同心式绕组展的三相单层同心式绕组展开图开图 图图5-6 单层同心式单层同心式

7、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第10页，共94页，编辑于2022年，星期三5.2 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，便产生一个两极磁场。按照右手螺旋定圈通入电流时，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示。则，磁场方向如图中箭头所示。图图5-7 整距单线圈产生

8、的矩形磁动势整距单线圈产生的矩形磁动势第11页，共94页，编辑于2022年，星期三5.2 5.2 旋转磁动势旋转磁动势 在在一一个个整整距距集集中中的的线线圈圈中中通通过过余余弦弦变变化化的的交交流流电电时时，他他所所产产生生的的矩矩形形波波磁磁动动势势的的幅幅值值将将随随着着时时间间作作余余弦弦变变化化。当当w wt=0，电电流流达达到到最最大大值值时时，矩矩形形波波的的高高度度也也达达到到最最大大值值Fcm；当当w wt=90度度，电电流流为为零零时时，矩矩形形的的高高度度也也为为零零。当当电电流流为为负负值值时时，磁磁动动势势也也随随着着改改变变方方向向；矩矩形形磁磁动动势势波波随随时时

9、间间变变化化的的关关系系如如图图所所示示。由由图图可可以以看看出出：任任何何瞬瞬间间，磁磁动动势势在在空空间间的的分分布布为为一一矩矩形形波波；在在空空间间的的任任何何一一点点，磁磁动动势势的的大大小小随随时时间间按按余余弦弦规规律律脉脉振振。我我们们称称这这种种在在空空间间位位置置固固定定，而而大大小小随随时时间间变变化的磁动势为化的磁动势为脉振磁动势脉振磁动势。第12页，共94页，编辑于2022年，星期三5.2 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第13页，共94页，编辑于2022年，星期三5.2 5.2 旋转磁动势旋转磁动势2 2矩形波磁动

10、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。所谓谐波分析法就是把一个周期变化的采用谐波分析法。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列不同周期的正弦曲线。非正弦曲线分解成一些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第14页，共94页，编辑于2022年

11、，星期三5.2 5.2 旋转磁动势旋转磁动势 在在异异步步电电动动机机中中，谐谐波波磁磁动动势势对对电电动动机机性性能能有有不不良良影影响响，例例如如，会会使使电电动动机机耗耗损损增增大大，启启动动困困难难。所所以以总总是是设设法法把把谐谐波波磁磁动动势势削削弱弱到到很很小小，电电机机定定子子采采用用分分布布绕绕组组及及短短距距绕绕组组等等方方法法均均可可削削弱弱谐谐波波磁磁动动势势，使使磁动势的波形非常接近于正弦波。磁动势的波形非常接近于正弦波。第15页，共94页，编辑于2022年，星期三5.2 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第16页，共94页，编辑于

12、2022年，星期三5.2 5.2 旋转磁动势旋转磁动势 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、等距线个等匝、等距线圈串联而成的。因此求出每个线圈组的磁动势就不难得到每圈串联而成的。因此求出每个线圈组的磁动势就不难得到每相绕组的磁动势。由于每个线圈组的各线圈磁动势的谐波含相绕组的磁动势。由于每个线圈组的各线圈磁动势的谐波含量和大小都相同，所不同的是各线圈在空间错开了一个量和大小都相同，所不同的是各线圈在空间

13、错开了一个a a角度，角度，所以各线圈磁动势之间在空间上也相隔所以各线圈磁动势之间在空间上也相隔a a度。现在把各矩形度。现在把各矩形波都分解成基波和一系列谐波，则各基波之间在空间的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度也是位移角度也是a a度。把个线圈的的基波磁动势逐点相加，度。把个线圈的的基波磁动势逐点相加，便可求得它们的合成基波磁动势。如下图所示。便可求得它们的合成基波磁动势。如下图所示。第17页，共94页，编辑于2022年，星期三5.2 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第18页，共94页，编辑于2022年，星期三5.2

14、 5.2 旋转磁动势旋转磁动势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线圈来改善磁动势波形。图表示的是一台三相2极极18槽电槽电动机的动机的A相绕组的线圈分布。由于每极每相槽数相绕组的线圈分布。由于每极每相槽数q=3，所以每个线圈组由，所以每个线圈组由3个线圈串联组成，第一个线圈组个线圈串联组成，第一个线圈组由线圈由线圈1，2，3组成。现采用短距绕组，极距组成。现采用短距绕组，极距=9槽，槽，y=(8/9)槽。槽。第19页，共94页，编辑于2022年，星期

15、三5.2 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第20页，共94页，编辑于2022年，星期三5.2 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。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势，下面将证明三相对称绕组流过三相对波脉振磁

16、动势，下面将证明三相对称绕组流过三相对称电流，将产生一个圆形旋转磁动势。称电流，将产生一个圆形旋转磁动势。第21页，共94页，编辑于2022年，星期三5.2 5.2 旋转磁动势旋转磁动势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，首先必先分析这必先分析这3个单相脉振磁动势的性质。个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

17、组的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他们各自产生的基波磁动势在空间的分布也依次相隔120度。度。第22页，共94页，编辑于2022年，星期三5.2 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。根据教材的表达式。根据教材128页公式（页公式（5-18）可以画出任意）可以画出任意时刻的三相合成磁动势的分布波形及位置时刻的三相合成磁动势的分布波形及位置。图图5-13 三相合成磁动势的分布波形及位置

18、三相合成磁动势的分布波形及位置第23页，共94页，编辑于2022年，星期三5.2 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，波合成磁动势是一圆形旋转磁动势，当时间变化时，他的波形不变，他是单相脉振磁动势振幅的他的波形不变，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第24页，共94页，编辑于2022年，星期三5.2 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

19、旋转磁动势 交流电机的电枢绕组有时为两组绕组，当两相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不同状况来分析其所产生的磁动势两相绕组的两种不同状况来分析其所产生的磁动势情况。情况。第25页，共94页，编辑于2022年，星期三5.2 5.2 旋转磁动势旋转磁动势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，当通入两相）电角度的两相对称绕组，当通入两相对称电流，即时间相差（对称电流，即时间相差（p p/2）电角度、幅值相同的正弦交）电角度、幅值相同的正弦交流电

20、流时，产生的合成基波磁动势为圆形旋转磁动势。该流电流时，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脉振磁动势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。的最大幅值。2、椭圆形磁动势、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动势也是椭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。圆形磁动势。第26页，共94页，编辑于2022年，星期三5.35.3交流绕组的感应电动势交流绕组的感应电动势5.3.1整距线圈感应电动势整距线圈

21、感应电动势 整距线圈的两根导体在整距线圈的两根导体在空间相隔一个极距，也就是空间相隔一个极距，也就是相隔相隔p p电角度。当一根导体处电角度。当一根导体处在在N极最大磁密处时，另一根极最大磁密处时，另一根导体刚好处在导体刚好处在S极的最大磁密极的最大磁密处，如图所示。所以这两根处，如图所示。所以这两根导体的电动势总是大小相等导体的电动势总是大小相等而方向相反。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第27页，共94页，编辑于2022年，星期三5.35.3交流绕组的感应电动势交流绕组的感应电动势 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

22、利用电机定子内圆空间，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，并均匀分布在定子内表面的槽中。图表示在电机的定子槽里放分布在定子内表面的槽中。图表示在电机的定子槽里放有三个均匀分布的整距线圈，记作有三个均匀分布的整距线圈，记作1-1 、2-2 、3-3，这，这三个线圈的匝数彼此相等，依头、尾端的顺序联接而串联起三个线圈的匝数彼此相等，依头、尾端的顺序联接而串联起来，叫分布线圈组。来，叫分布线圈组。图图5-17 分布线圈组空间分布线圈组空间位置及连接图位置及连接图第28页，共94页，编辑于2022年，星期

23、三5.35.3交流绕组的感应电动势交流绕组的感应电动势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，。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，他们切割同一磁力线时，就必然有于空间分布不同，他们切割同一磁力线时，就必然有先有后。因此，三个分布线圈的基波感应电动势在时先有后。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。因为三个整距线圈空间上依次相间相位上彼此不同。因为三个整距线圈空间上依次相距空间电角度距空间电角度a a，所以他们的基波感应电动势之间依，所以他们的基波感应电

24、动势之间依次相差次相差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动是三个整距线圈基波电动势相量，图势相量，图5-18(b)表示出三个整距线圈基波电动势相量表示出三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线圈组基波电动势相量和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关系。之间的关系。第29页，共94页，编辑于2022年，星期三5.35.3交流绕组的感应电动势交流绕组的感应电动势图图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第30页，共94页，编辑于2022年，星期三5.35.3交流绕组的感应电动势交流绕组的感应电动势n5.3.

25、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根短距线圈每一匝的两根导线在空间的距离比整距线导线在空间的距离比整距线圈缩短了圈缩短了b b电角度，即相距电角度，即相距（p-bp-b）电角度，如图电角度，如图5-19所示。因此，两根导线中感所示。因此，两根导线中感应电动势在时间相位上也相应电动势在时间相位上也相差差（p-bp-b）电角度，在图电角度，在图5-19中，根据相量图，可求得中，根据相量图，可求得短距线圈的每匝电动势短距线圈的每匝电动势。图图5-19 短距线圈相量图短距线圈相量图第31页，共94页，编辑于2022年，星期三5.35.3交流绕组的感应电动势交流绕组的感应电动势n

26、5.3.4 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。么电动机的定子绕组可以分成单层绕组和双层绕组两种。定子每个槽内只有一个线圈边的绕组称为单层绕组，这定子每个槽内只有一个线圈边的绕组称为单层绕组，这种绕组适用于功率较小的电动机。定子每个槽内上、下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绕组称为双层绕组。两层都有线圈边的绕组称为双层绕组。第32页，共94页，编辑于2022年，星期三5.35.3交流绕组的感应电动势交流绕组的感应电动势 在

27、双层绕组中，每一极面下就有一个极相组，因而在双层绕组中，每一极面下就有一个极相组，因而对于对于 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决定于一条支路的电动势大小。设绕组的电动势数值决定于一条支路的电动势大小。设代代表每相的并联支路数，那么每相电动势的基波有效值为：表每相的并联支路数，那么每相电动势的基波有效值为：第33页，共94页，编辑于2022年，星期三5.35.3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

28、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外，还存在谐波磁动势，如隙中除了基波磁动势外，还存在谐波磁动势，如图图5-20所示。所示。图图5-20 谐波磁通密度谐波磁通密度第34页，共94页，编辑于2022年，星期三5.45.4三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

29、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件如图5-21所示。所示。图图5-21 鼠笼式异步鼠笼式异步电动机的构造电动机的构造第35页，共94页，编辑于2022年，星期三5.45.4三相异步电动机三相异步电动机n1 1）定子）定子 n 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。他是用厚的硅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。在定子钢片冲制、叠压而成的，紧紧地装在

30、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。铁心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强度漆包线绕制而成。通常用高强度漆包线绕制而成。第36页，共94页，编辑于2022年，星期三5.45.4三相异步电动机三相异步电动机2 2）转子）转子 n 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机磁路的一部分。他是用厚的硅转子铁心是异步电动机

31、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气隙。转子铁心的外圆上冲有均匀分布的槽，个很小的气隙。转子铁心的外圆上冲有均匀分布的槽，用来放置转子绕组。用来放置转子绕组。第37页，共94页，编辑于2022年，星期三5.45.4三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，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相电流流过，它们共同形定子三相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场。

32、假定定子旋转磁场以成定子旋转磁场。假定定子旋转磁场以n n转速沿逆时针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。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，转子导体内便有电流通过，电流在该电动势作用下，转子导体内便有电流通过，电流的有功分量与电动势同相位。转子导体内电流的有功的有功分量与电动势同相位。转子导体内电流的有功分量与旋转磁场相互作用，使转子导体受到电磁力的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，电动机转子就转动起来，作用。在该电磁力作用下，电动机转子就转动起来，其转向与旋转磁场的方向相同。这时，如果在电机轴其转向与

33、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，输出机械上加载机械负载，电动机便拖动负载运转，输出机械功率。功率。第38页，共94页，编辑于2022年，星期三5.45.4三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。下面以解铭牌。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。第39页，共94页，编辑于2022

34、年，星期三5.45.4三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长机座第40页，共94页，编辑于2022年，星期三5.45.4三相异步电动机三相异步电动机n2 2）额定功率）额定功率 n 额定功率是电动机在额定运行情况下，其轴上输出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。的机械功率。又称额定容量。n3 3）额定电压）额定电压 n 额定电压是指电动机在额定运行时定子绕组的线电压，额定电压是指电动机在额定运行时定

35、子绕组的线电压，他同定子绕组的接法相对应。他同定子绕组的接法相对应。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。第41页，共94页，编辑于2022年，星期三5.45.4三相异步电动机三相异步电动机 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划分的。的极限温度来划分的。7 7）工作方式）工作方式 工作方

36、式是对电动机按铭牌上等额定功率持续运行时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，分为间的限制，分为“连续连续”、“短时短时”和和“断续断续”等。等。第42页，共94页，编辑于2022年，星期三5.45.4三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。异步电动在额定运行状态下，定子电路的功率因数。异步电动机空载运行时定子电路的功率因数很低，只有机空载运行时定子电路的功率因数很低，只有0.20.20.30.3，随着负载的增加，功率因数也增加，在额定负载时一，

37、随着负载的增加，功率因数也增加，在额定负载时一般为般为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 效率是指电动机在额定状态下运行时输出的功率对定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。子输入功率的比值。第43页，共94页，编辑于2022年，星期三5.45.4三相异步电动机三相异步电动机5.4.2转子静止时的异步电动机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。在研究电磁关系本的电磁关系，目的是展示其内在矛盾。在研究电磁关

38、系的同时，还应注意解决定量计算问题，异步电动机通常所的同时，还应注意解决定量计算问题，异步电动机通常所用的计算方法与变压器类似，即将其化成等效电路，以解用的计算方法与变压器类似，即将其化成等效电路，以解电路的方式来解决具体计算问题。因为异步电机的主要工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，即等效静转子法。对象。采用的较为简单的分析方法，即等效静转子法。第44页，共94页，编辑于2022年，星期三5.45.4三相异步电动机三相异步电动机1 1转子绕组开路

39、转子绕组开路假定电机定子接到相电压为假定电机定子接到相电压为1、频率为、频率为f1的三相交流电源，转的三相交流电源，转子电路电流为零。设此时转子电路子电路电流为零。设此时转子电路开路。这一假设的目的是为了先排开路。这一假设的目的是为了先排除转子电流对定子的影响，突出定除转子电流对定子的影响，突出定子电路自身的内在规律。子电路自身的内在规律。转子开路的三相异步电动机相当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，定子绕于副边空载的三相变压器，定子绕组对应于原边绕组，转子绕组对应组对应于原边绕组，转子绕组对应于副边绕组，所不同的是异步电动于副边绕组，所不同的是异步电动机的磁路中多了气隙磁路

40、。机的磁路中多了气隙磁路。图图5-23 异步电动机异步电动机电磁模型电磁模型 第45页，共94页，编辑于2022年，星期三5.45.4三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作用下引进一电流，因转子无输出，作用下引进一电流，因转子无输出，此电流的主要作用是在电动机内建立磁场，可称作励磁电此电流的主要作用是在电动机内建立磁场，可称作励磁电流流0。由。由0建立的磁力线可分作两部分，绝大部分磁力线建立的磁力线可分作两部分，绝大部分磁力线穿过气隙、交链到转子电路然后回到定子边自行闭合，这穿过气隙、交链到转子电路然后回到定子边自行闭合，这是主磁通是主磁通m0，也称为

41、互感磁通。，也称为互感磁通。图图5-24主磁通与漏磁主磁通与漏磁通示意图通示意图第46页，共94页，编辑于2022年，星期三5.45.4三相异步电动机三相异步电动机主磁通是一个恒幅、恒速，在空间作正弦分布主磁通是一个恒幅、恒速，在空间作正弦分布的基波旋转磁场。另一小部分磁力线则仅与定子绕组的基波旋转磁场。另一小部分磁力线则仅与定子绕组本身交链，称为漏磁通本身交链，称为漏磁通 s1。漏磁通在电机中远比变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。谐波漏磁通是由定子三相合成磁动势中谐波漏磁通。谐波漏磁通是由定子三相合成

42、磁动势中的高次谐波磁动势产生的，严格说，他是通过气隙与的高次谐波磁动势产生的，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的，为了表明这种差别，谐波漏磁通又称差别有差别的，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漏磁通，将谐波磁通归为漏磁通中是为了计算上的方便。便。转子开路时的电磁关系如教材转子开路时的电磁关系如教材140页图页图525所示所示 第47页，共94页，编辑于2022年，星期三5.45.4三相异步电动机三相异步电动机n2 2）电压方程式）电压方程式n定子一相电路的电

43、压方程式为：定子一相电路的电压方程式为：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：第48页，共94页，编辑于2022年，星期三5.45.4三相异步电动机三相异步电动机3）等效电路）等效电路 根据式（根据式（5-52）和（）和（5-53）可以画出转子开路）可以画出转子开路时异步电动机的等效电路如图时异步电动机的等效电路如图5-26所示，由图可见所示，由图可见，这个电路和变压器空载状态完全一致，所以异步，这个电路和变压器空载状态完全一致，所以异步电机在转子方电流为零的工作状态，可称为理想的电机在转子方电流为零的工作状态，可称为理想的空载运行状态。空载运行状态。图图

44、5-26 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第49页，共94页，编辑于2022年，星期三5.45.4三相异步电动机三相异步电动机4 4）相量图）相量图由上面的论述中可知电流由上面的论述中可知电流0并并不是纯粹建立电机磁场所需的电流，不是纯粹建立电机磁场所需的电流，当磁场旋转时，铁心的每一处都处当磁场旋转时，铁心的每一处都处在随时间变化的磁场作用下，铁心在随时间变化的磁场作用下，铁心中必然出现涡流效应和磁滞损耗，中必然出现涡流效应和磁滞损耗，涡流和磁滞损耗合称为铁损耗，它涡流和磁滞损耗合称为铁损耗，它消耗了一部分有功功率使铁心发热。消耗了一部分有功功率使铁心发热。在图在

45、图5-27的异步电动机转子转速为的异步电动机转子转速为零时的相量图上，清楚地表示了这零时的相量图上，清楚地表示了这些电流间的相位关系。些电流间的相位关系。图图5-27 转子绕组开路时的相量图转子绕组开路时的相量图第50页，共94页，编辑于2022年，星期三5.45.4三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，卡住转子使之转速子绕组接电源的情况下，卡住转子使之转速n=0。这是。这是为了暂不计机械功率的变化，而突出定、转子两个电路间为了暂不计机械功率的变化

46、，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。在转子短路并在的相互联系、相互影响的内在规律。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2和和1具有相同的频率具有相同的频率1。在。在2作作用下转子出现频率为用下转子出现频率为1的电流的电流2，由，由2产生的磁效应主要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是静止，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，结果是双方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同速同向的旋转，处于相对静止的磁动势在气隙空间同速同向的旋转，处于相对静止状态。这表明电

47、流状态。这表明电流2的出现首先影响了气隙磁场，然后再的出现首先影响了气隙磁场，然后再影响到定子方电流影响到定子方电流1，使之改变。，使之改变。第51页，共94页，编辑于2022年，星期三5.45.4三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，在转子绕组组短路且转子堵转的接线。转子短路时，在转子绕组产生的感应电动势会在转子三相绕组中产生对称的转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，从而产生合成转子基波旋转磁动势子电流，从而产生合成转子

48、基波旋转磁动势F2，其幅，其幅值为：值为：定子基波旋转磁动势幅定子基波旋转磁动势幅值为：值为：图图5-28 异步电动机转子短路异步电动机转子短路且堵转时的接线图且堵转时的接线图第52页，共94页，编辑于2022年，星期三5.45.4三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，则转子所示，则转子短路且堵转时的电磁关系为图短路且堵转时的电磁关系为图5-29所示：所示：图图5-29 电磁关系示意图电磁关系示意图第53页，共94页，编辑于2022年，星期三5.45.4三相异步电动机三相异步电动机3 3）电动势平衡方程式）

49、电动势平衡方程式 异步电动机转子堵转时定、转子绕组的电路图。如异步电动机转子堵转时定、转子绕组的电路图。如图图5-30，从图中可以看出，电动机与变压器的电磁状况，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时电动势或电压方程式如下：动机转子堵转时电动势或电压方程式如下：图图5-30 异步电动机转子静止异步电动机转子静止并短路时的定、转子电路图并短路时的定、转子电路图第54页，共94页，编辑于2022年，星期三5.45.4三相异步电动机三相异步电动机4 4）转子参数的折算）转子参数的折算 和分

50、析变压器方法相似，为要把定子电压平衡式、和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。在进行折算要把转子方面的各物理量归算到定子方面。在进行折算时，需要相应的电压变比、电流变比和阻抗变比。时，需要相应的电压变比、电流变比和阻抗变比。第55页，共94页，编辑于2022年，星期三5.45.4三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 根据折算前后转子功率保持不变为条件，即应满根据折算前后转子功率保持不变为条件，即应满足足 折算前转子电动势为：