控制电机第六章.ppt

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1、6-0概述概述异步电动机的种类很多，从不同的角度看，有不同的分类方法。异步电动机的种类很多，从不同的角度看，有不同的分类方法。（1）按转子相数分为单相异步电动机、两相异步电动机、三相异步电）按转子相数分为单相异步电动机、两相异步电动机、三相异步电动机。动机。（2）按转子结构分为绕线式异步电动机、鼠龙式异步电动机。）按转子结构分为绕线式异步电动机、鼠龙式异步电动机。同容量的异步电动机的重量约为直流电动机一半，而价格仅为三分之同容量的异步电动机的重量约为直流电动机一半，而价格仅为三分之一，据统计交流异步电动机的用电量约为总用电量的三分之二左右。一，据统计交流异步电动机的用电量约为总用电量的三分之二

2、左右。第第六六章章 异步电动机异步电动机交流电机主要分为同步和异步电机两大类。交流电机主要分为同步和异步电机两大类。同步电机的转速同步电机的转速n1与所接电网的频率与所接电网的频率f1之间存在严格不变的关系，即当之间存在严格不变的关系，即当极对数一定且电网频率极对数一定且电网频率 f1不变时，转速不变时，转速n1=常数，不随负载大小而变常数，不随负载大小而变;异步电机则不然，电机在固定的电网频率下，转子的转速随负载大小而异步电机则不然，电机在固定的电网频率下，转子的转速随负载大小而变，即转速与电网的频率无不变的关系。变，即转速与电网的频率无不变的关系。1）定子形成旋转磁场）定子形成旋转磁场 定

3、子如何形成旋转磁场？定子如何形成旋转磁场？旋转磁动势旋转磁动势2）转子为磁铁（永磁铁、或励磁绕组）转子为磁铁（永磁铁、或励磁绕组）反映交流电机工作原理的两个实验模型反映交流电机工作原理的两个实验模型原理：一个磁铁拉着另一个磁铁旋转；原理：一个磁铁拉着另一个磁铁旋转；特点：磁极转动的角速度总是等于外部磁铁旋转的角速度特点：磁极转动的角速度总是等于外部磁铁旋转的角速度（同步（同步），但可以有角度差。），但可以有角度差。6-1 三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理同步电动机工作原理同步电动机工作原理：1）定子形成旋转磁场）定子形成旋转磁场（同同步电动机）（同同步电动机）2）转子为）转子为

4、“鼠笼鼠笼”：笼形导体的：笼形导体的圆柱形软磁铁心构成。圆柱形软磁铁心构成。只有在转子转速不等于磁场转只有在转子转速不等于磁场转速的情况下速的情况下（异步（异步），当外部磁），当外部磁场旋转时，其磁力线才能切割转场旋转时，其磁力线才能切割转子导条，并因而在导条中产生子导条，并因而在导条中产生感感应电动势及感生电流应电动势及感生电流；感生电流；感生电流进而受到电磁力的作用，转子才进而受到电磁力的作用，转子才能旋转。正是因为两者转速有差能旋转。正是因为两者转速有差异才能工作，所以这种电机称为异才能工作，所以这种电机称为“异步异步”电机。电机。6-1 三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理

5、异步（鼠笼）电动机工作原理异步（鼠笼）电动机工作原理：图给出了三相异步电动机工作原理的示意图，其中N-S是一对磁极，在两个磁极中间装有一个能 够转动的圆柱形铁心，在铁心外围槽内嵌放导体，导体两端各用一圆环把它们连在一起形成鼠龙状。如使磁极以n1的速度顺时针旋转，形成一个旋转 磁场，转子导体就会切割磁力线而感应电动势e。用右手定则可以判定，在转子上半部导体中，感 应电动势的方向由里向外，用表示；在转子下半部导体中，感应电动势的方向则由外向里，用表示。在感应电动势作用下，导体中就有电流流过，若不计电动势与电流间的相位差，则电流与电动势同方向。载流导体在磁场中将受到电磁力作用，由左手定则可以判定电磁

6、力f 所形成的电磁转矩T，该转矩使转子以n的速度旋转，旋转的方向与磁场的旋转方向相同，这就是异步电动机的基本工作原理。旋转磁场的转速n1称为同步速度。转子转动的方向与磁场的旋转方向一致，如果n=n1，则磁场转子之间就没有相对运动，它们之间就不存在电磁感应关系，也就不能在转子导体中感应电动势，产生电流和形成电磁转矩。所以，感应电动机的转子转速n不可能等于旋转磁场的同步转速n1。异步电动机由此得名 实际三相异步电动机的旋转磁场，是在三相对称的定子绕组中，通入三相对称的交流电后，自动形成一 个旋转磁场，其转速为 。旋转磁场的磁力线被转子导体切割，根据电磁感应原理，转子导体产生感应电动势。转子绕组是闭

7、合的，则转子导体有电流流过。设旋转磁场按顺时针方向旋转，且某时刻为：上为北极N下为南极S，如图所示。根据右手定则，在上半部转子导体的电动势和电流方向由里向外，用表示；在下半部则由外向里，用表示。流过电流的转子导体在磁场中要受到电磁力作用，力F 的方向可用左手定则确定，如图所示。电磁力作用于转子导体上，对转轴形成电磁转矩，使转子按照旋转磁场的方向旋转起来，转速为n。三相电动机的转子转速n始终不会加速到旋转 磁场的转速n1 1。因为只有这样，转子绕组与旋转 磁场之间才会有相对运动而切割磁力线，转子绕 组导体中才能产生感应电动势和电流，从而产生 电磁转矩，使转子按照旋转磁场的方向继续旋转。由此可见

8、n1 1 n 且n n1 1,是异步电动机工作的必 要条件，“异步”的名称也由此得来。交流电机的主要类型及基本结构交流电机的主要类型及基本结构 1 主要类型主要类型按能量转换：按能量转换：按供电：按供电：按转子结构：按转子结构：按原理：按原理：同步电机的转速同步电机的转速n1与所接电网的频率与所接电网的频率f1之间存在严格不变的关系，即当极对数之间存在严格不变的关系，即当极对数一定且电网频率一定且电网频率 f1不变时，转速不变时，转速n1=常数，不随负载大小而变常数，不随负载大小而变;异步电机则不然，电机在固定的电网频率下，转子的转速随负载大小而变，即异步电机则不然，电机在固定的电网频率下，转

9、子的转速随负载大小而变，即转速与电网的频率无不变的关系。转速与电网的频率无不变的关系。同容量的异步电动机的重量约为直流电动机一半，而价格仅为三分之同容量的异步电动机的重量约为直流电动机一半，而价格仅为三分之一，据统计交流异步电动机的用电量约为总用电量的三分之二左右。一，据统计交流异步电动机的用电量约为总用电量的三分之二左右。交流电机的种类很多，从不同的角度看，有不同的分类方法。交流电机的种类很多，从不同的角度看，有不同的分类方法。单相异步电机、两相异步电机、三相异步电机。单相异步电机、两相异步电机、三相异步电机。绕线式异步电机、鼠龙式异步电机。绕线式异步电机、鼠龙式异步电机。交流电动机，交流发

10、电机交流电动机，交流发电机同步电机、异步（感应）电机同步电机、异步（感应）电机2 基本结构基本结构 异步电机的主要结构部件异步电机的主要结构部件鼠笼转子 同其它电机一样，异步电机的静止部分叫定子，旋转部分叫转子。同其它电机一样，异步电机的静止部分叫定子，旋转部分叫转子。在定子上嵌有对称的三相绕组在定子上嵌有对称的三相绕组(空间互差空间互差1200电角，绕组匝数、截面等电角，绕组匝数、截面等均相同均相同)。它的转子多采用笼型绕组。笼型绕组是由安放在转子铁心。它的转子多采用笼型绕组。笼型绕组是由安放在转子铁心槽内的裸导条和两端的端环连接而成，见图槽内的裸导条和两端的端环连接而成，见图6-1(a)。

11、绕组的材料有铜绕组的材料有铜和铝两种，见图和铝两种，见图6-1(b)、(c)。1）定子磁场不旋转，由换向器得到）定子磁场不旋转，由换向器得到“被整流被整流”后的脉动电后的脉动电压电流；压电流；2）采用左、右手定则就可分析原理。）采用左、右手定则就可分析原理。与直流电机的结构比较与直流电机的结构比较异步电动机的转子按结构不同可分为鼠笼型和绕线型两种异步电动机的转子按结构不同可分为鼠笼型和绕线型两种。绕线型转子绕组与定于绕组相似，做成对称三相绕组，在内部接成绕线型转子绕组与定于绕组相似，做成对称三相绕组，在内部接成Y形形(也有也有 形形)，三根引出线分别接在滑环上分别引出，正常运行时，在，三根引出

12、线分别接在滑环上分别引出，正常运行时，在外边予以短接外边予以短接(2)定子三相绕组的模型定子三相绕组的模型 星、三角接法星、三角接法(1)三相绕组的外观图和基本特点三相绕组的外观图和基本特点构成：线圈边：嵌入定子铁心的槽中那构成：线圈边：嵌入定子铁心的槽中那一部分（有效部分）；端接部分；一部分（有效部分）；端接部分；特点：空间位置及其对应出线端的位置特点：空间位置及其对应出线端的位置彼此错开彼此错开120度，度，A、B、C三相绕组在三相绕组在圆周上排列的顺序。圆周上排列的顺序。最简单的三相绕组最简单的三相绕组(定子为例定子为例)(3)三相绕组的简化模型三相绕组的简化模型(以定子绕组为例以定子绕

13、组为例)图图6-2(a)表示一台两极电机，定子上只有一个整距元件表示一台两极电机，定子上只有一个整距元件A-X，当线圈中流过电流当线圈中流过电流 一、交流绕组的磁动势一、交流绕组的磁动势电流由电流由A流进流进(用用 表示表示)由由X流出流出(用用 表示表示)作为电流的参考正方向。作为电流的参考正方向。根据右手螺旋定则决定磁场的方向如图中虚线所示，定子电流建根据右手螺旋定则决定磁场的方向如图中虚线所示，定子电流建立了一个两极这场。立了一个两极这场。由全电流定律可知，每根磁力线都包围着相同的电流由全电流定律可知，每根磁力线都包围着相同的电流 式中式中Ny是元件的匝数，是元件的匝数，iNy 是一对极

14、的总磁动势。如果忽略铁心中是一对极的总磁动势。如果忽略铁心中的磁压降，则元件产生的磁动势就等于两个气隙上的磁压降。由的磁压降，则元件产生的磁动势就等于两个气隙上的磁压降。由于气隙均匀，因此各处气隙磁压降均等于元件磁动势的一半，即于气隙均匀，因此各处气隙磁压降均等于元件磁动势的一半，即为一个极的磁势。为一个极的磁势。为便于分析，将电机从为便于分析，将电机从A处切开，把圆周展开成直线，上面为转子，处切开，把圆周展开成直线，上面为转子，下面为定子，如图下面为定子，如图6-2(b)所示。在定子内表面取直角坐标，纵坐标所示。在定子内表面取直角坐标，纵坐标F与元件与元件A-X的轴线重合，定子内圆周为横坐标

15、的轴线重合，定子内圆周为横坐标X轴。轴。若取磁力线从定子穿过气隙到转子所消耗的磁势若取磁力线从定子穿过气隙到转子所消耗的磁势fy为正方向，反之为负为正方向，反之为负方向，则元件的磁动势沿气隙在空间按矩形规律分布，构成一矩形波，其周方向，则元件的磁动势沿气隙在空间按矩形规律分布，构成一矩形波，其周期为期为2t t。见图见图6-2(c)所示。由于电流随时间正弦变化，矩形波的高度也随时所示。由于电流随时间正弦变化，矩形波的高度也随时间按正弦规律变化。当间按正弦规律变化。当i=0时，两矩形高度等于零；当时，两矩形高度等于零；当i2I时，两矩形高时，两矩形高度达最大值；当电流为负值时，两矩形的高度也随之

16、而改变符号，正的变为度达最大值；当电流为负值时，两矩形的高度也随之而改变符号，正的变为负，负的变为正。这种在空间位置固定不动、幅值大小随时间在正、负最大负，负的变为正。这种在空间位置固定不动、幅值大小随时间在正、负最大值之间变化的磁动势，称为脉振磁势。其频率等于电流的频率。值之间变化的磁动势，称为脉振磁势。其频率等于电流的频率。利用博氏级数将该矩形磁势波进行分解，并取其基波，则有利用博氏级数将该矩形磁势波进行分解，并取其基波，则有取取a a=0处基波磁势的幅值即最大幅值处基波磁势的幅值即最大幅值因此整距元件脉振磁势基波的表达式是因此整距元件脉振磁势基波的表达式是当电流为最大值时，即当电流为最大

17、值时，即w w t900时，元件的矩形波磁动势的幅值为时，元件的矩形波磁动势的幅值为式中，式中，Fm=0.9IN1KN/p为相磁势基波的最大幅值。为相磁势基波的最大幅值。KN为基波绕组系为基波绕组系数。数。上式是两极电机的情况，上式是两极电机的情况，若若p1，则有则有当每相绕组匝数为当每相绕组匝数为N1,并考虑到绕组是短距和分布的情况，则每并考虑到绕组是短距和分布的情况，则每相绕组的基波磁势为相绕组的基波磁势为因此整距元件脉振磁势基波的表达式是因此整距元件脉振磁势基波的表达式是2、三相绕组的旋转磁动势与合成旋转磁场三相绕组的旋转磁动势与合成旋转磁场 三相对称绕组：各相绕组匝数、结构相同，三相对

18、称绕组：各相绕组匝数、结构相同，在空间互差在空间互差120电角度。电角度。在三相对称绕组中通入三相对称交流电，每相绕组中都要产生单相脉振在三相对称绕组中通入三相对称交流电，每相绕组中都要产生单相脉振磁势，这三个脉振磁势在空间和时间上都互差磁势，这三个脉振磁势在空间和时间上都互差120电角度。电角度。三相对称交流电：各相电流幅值、频率等，三相对称交流电：各相电流幅值、频率等，时间相位互差时间相位互差120。现以图现以图6-3所示的两极三相异步电动机为例，说明三相对称所示的两极三相异步电动机为例，说明三相对称绕组通入三相对称电流时产生磁场的情况。最简单的对称三相绕绕组通入三相对称电流时产生磁场的情

19、况。最简单的对称三相绕组是由三个相同的线圈组是由三个相同的线圈A-X，B-Y，C-Z组成，它们在空间彼此组成，它们在空间彼此相隔相隔120。并规定：当电流为正值时，电流从每相线圈的始端。并规定：当电流为正值时，电流从每相线圈的始端(即即A、B、C)流入，用符号流入，用符号 表示，从末端表示，从末端(X、Y、Z)流出，用流出，用符号符号 表示；当电流为负值时，电流从每相线圈的末端流入，从表示；当电流为负值时，电流从每相线圈的末端流入，从始端流出。始端流出。三相绕组通入三相电流后，虽然对每一相来说产生的是脉振三相绕组通入三相电流后，虽然对每一相来说产生的是脉振磁场，但由于每相电流的时间相位差和绕组

20、的空间相位差，使得磁场，但由于每相电流的时间相位差和绕组的空间相位差，使得合成磁场为大小不变、方向随时间而旋转的磁场，称圆形旋转磁合成磁场为大小不变、方向随时间而旋转的磁场，称圆形旋转磁场，见图场，见图6-4。图图6-4(a)、(b)、(c)、(d)中的电流和磁动势与图中的电流和磁动势与图6-3中中w w t=900、2l00、3300、4500各瞬时相对应。各瞬时相对应。下面给出各瞬时电流和磁动势的大小，其磁动势在空间的方下面给出各瞬时电流和磁动势的大小，其磁动势在空间的方向见图中所示。向见图中所示。(a)w t=90o时，时，iA=Im，iB=iC=-Im/2其方向与其方向与A相轴线重合。

21、相轴线重合。其方向与其方向与B相轴线重合。相当于转动了相轴线重合。相当于转动了1200。由于每相绕组磁势的幅值与该相绕组电流成正比，所以此瞬时各相由于每相绕组磁势的幅值与该相绕组电流成正比，所以此瞬时各相脉振磁动势的幅值为脉振磁动势的幅值为其中其中Fm表示表示Im流过一相绕组产生的磁动势幅值，是磁动势的最大流过一相绕组产生的磁动势幅值，是磁动势的最大值。值。三相合成磁动势幅值为三相合成磁动势幅值为(b)w t=2100时，时，iB=Im，iA=iC=-Im/2各相磁动势幅值为各相磁动势幅值为三相合成磁动势幅值为三相合成磁动势幅值为fA=Fm，fB=fC=Fm/2fB=Fm，fA=fC=Fm/2

22、(c)w t=3300时，时，iC=Im，iA=iB=-Im/2其方向与其方向与C相轴线重合，相当于又转动了相轴线重合，相当于又转动了1200。(d)w t=4500时时，时时，情况与，情况与w wt=900时时相同，与相同，与A轴轴又重合在一又重合在一起，相当于起，相当于转过转过了一周。了一周。各相磁动势幅值为各相磁动势幅值为三相合成磁动势幅值为三相合成磁动势幅值为fC=Fm，fA=fB=Fm/2 从从图图6-3(a)、(b)、(c)、(d)四个瞬四个瞬时时可以清楚地看出可以清楚地看出:三相三相对对称称绕组绕组通入三相通入三相对对称称电电流就能流就能产产生一个旋生一个旋转转磁磁场场。归纳归纳

23、起来，起来，该该旋旋转转磁磁场场的特点是：的特点是：1形状：形状：合成磁势的幅值是恒定不变的，为合成磁势的幅值是恒定不变的，为(3/2)Fm。在旋转过程在旋转过程中，合成磁势相量中，合成磁势相量F顶点的轨迹为一个圆，故称为圆形旋转磁场。顶点的轨迹为一个圆，故称为圆形旋转磁场。2转向：转向：旋转磁场的轴线总是与电流达到最大值那相绕组的轴线旋转磁场的轴线总是与电流达到最大值那相绕组的轴线重合。旋转磁场的旋转方向是由电流的相序决定，从超前相位到重合。旋转磁场的旋转方向是由电流的相序决定，从超前相位到落后相位。例如上述三相绕组之磁势的转向是落后相位。例如上述三相绕组之磁势的转向是AB C。若要使若要使

24、之反转，在三相绕组中只要任意将两相绕组的接头互换即可。之反转，在三相绕组中只要任意将两相绕组的接头互换即可。3转速：转速：比较图比较图6-4(a)、(b)、(c)、(d)可以看出，当可以看出，当w wt 变化变化1200电角，合成磁场也旋转电角，合成磁场也旋转1200，即机械角为，即机械角为1200：当：当w wt 变化变化3600电角，即变化一个周期时，合成磁场也就旋转一周。这说明在两电角，即变化一个周期时，合成磁场也就旋转一周。这说明在两极电机中，电流变化一个周期，旋转磁场在空间也正好转一转。极电机中，电流变化一个周期，旋转磁场在空间也正好转一转。电流每秒钟变化电流每秒钟变化 f1 次时，

25、则旋转磁场每秒钟在空间旋转次时，则旋转磁场每秒钟在空间旋转 f1 转。假转。假如电源频率如电源频率f1=400赫兹，则旋转磁场的转速为赫兹，则旋转磁场的转速为 n1=f1=400r/s 或或 n1=60 f1=24000r/min 三相三相对对称称绕组绕组通入三相通入三相对对称称电电流就能流就能产产生一个旋生一个旋转转磁磁场场。归纳归纳起来，起来，该该旋旋转转磁磁场场的特点是：的特点是：若为四极定子绕组，若为四极定子绕组，3600的空间嵌放六的空间嵌放六个线圈，每个线圈在空间相隔个线圈，每个线圈在空间相隔1200电角电角(600空空间角间角)，三相绕组接通电源后，在，三相绕组接通电源后，在18

26、00空间形空间形成一对极，在另成一对极，在另1800空间形成另一对极。如空间形成另一对极。如图图6-5所示。用上述图解法可以看出，当所示。用上述图解法可以看出，当w wt 转过转过1200电角时，旋转磁场相应地在空间顺电角时，旋转磁场相应地在空间顺时针方向转过时针方向转过600空间角。电流变化一个周期，空间角。电流变化一个周期，旋转磁场便在空间旋转半周，对旋转磁场便在空间旋转半周，对 f1=400赫兹赫兹的电源频率，四极电机旋转磁场的转速为的电源频率，四极电机旋转磁场的转速为 n160fl/212000转转/分分 以上分折告诉我们，只要适当地安排绕组，便可以得到三对极、以上分折告诉我们，只要适

27、当地安排绕组，便可以得到三对极、四对极或四对极或 p 对极的旋转磁场，当电源频率仍为对极的旋转磁场，当电源频率仍为400赫兹时，其转速赫兹时，其转速分别为分别为 三对极三对极 n1=60/3=8000转转/分；分；四对极四对极 n1=60fl/4=6000转转/分；分；p 对极对极 转转/分。分。旋旋转转磁磁场场的的转转速速n1称称为为同步同步转转速。速。二、基本工作原理二、基本工作原理 图图6-6（a）画出了异步电动机的原理示意图。当定于磁场以同步画出了异步电动机的原理示意图。当定于磁场以同步转速转速n1顺时针方向旋转时，转子绕组将切割这个磁场而感应电势。根顺时针方向旋转时，转子绕组将切割这

28、个磁场而感应电势。根据右手定则可知，据右手定则可知，N极下导体的电势如图所示为极下导体的电势如图所示为，S极下导体的电势极下导体的电势如图所示为如图所示为。由于转子绕组是互相短路的，因而将有电流流动，若。由于转子绕组是互相短路的，因而将有电流流动，若不考虑电势与电流的相位差，则电梳的方向就是电势的方向。不考虑电势与电流的相位差，则电梳的方向就是电势的方向。根据电磁力定律，定子磁场与转子每根导体中的电流相互作用将产生根据电磁力定律，定子磁场与转子每根导体中的电流相互作用将产生电磁力，其方向可由左手定则确定。在电磁力，其方向可由左手定则确定。在N极下导体上的力向右，在极下导体上的力向右，在S极下的

29、导体上的力向左。极下的导体上的力向左。于是，在转子上构成一个于是，在转子上构成一个顺时针方向的电磁转矩顺时针方向的电磁转矩T，如果电磁转矩大于轴上的如果电磁转矩大于轴上的阻转矩，则转子将与旋转阻转矩，则转子将与旋转磁场同方向旋转而输出机磁场同方向旋转而输出机械能。转子的转速以械能。转子的转速以n表示。表示。它是决定三相异步电动机性能的一个重要参数。从上式可以它是决定三相异步电动机性能的一个重要参数。从上式可以看出，当看出，当s=10时，是电动机工作状态。如图时，是电动机工作状态。如图6-6(a)所示。定子从所示。定子从电网吸收电能，通过电磁关系传递给转子，转变为机械能输出。电网吸收电能，通过电

30、磁关系传递给转子，转变为机械能输出。通常不是直接用转速通常不是直接用转速n来分析异步电动机的性能，而是用转速来分析异步电动机的性能，而是用转速n与与同步转速同步转速nl的差值的差值(nl-n)与同步转速与同步转速nl的比值来表示。这个比值叫转的比值来表示。这个比值叫转差率或转差、滑差，用差率或转差、滑差，用 s 表示表示:或或应该指出，异步电动机的转速应该指出，异步电动机的转速n永远要小于旋转磁场的转速永远要小于旋转磁场的转速n1。若两若两者相等，则转子与旋转磁场之间没有相对运动，导条不切割磁场，也者相等，则转子与旋转磁场之间没有相对运动，导条不切割磁场，也就不感应电势和电流，不能产生电磁转矩

31、，故这种电机称为异步电机。就不感应电势和电流，不能产生电磁转矩，故这种电机称为异步电机。若若n0即即s1，此此时时，转转子在外力子在外力带动带动下逆旋下逆旋转转磁磁场场的旋的旋转转方向而方向而转转，转转子子导导体中感体中感应电势应电势、电电流和流和转转矩的方向与矩的方向与电动电动机机时时相同，相同，见见图图6-6(c)，但但转转矩与矩与转转速方向相反，所以是制速方向相反，所以是制动转动转矩。矩。因此，电机是工作在电因此，电机是工作在电磁制动状态，此时从电磁制动状态，此时从电网吸收电能产生电磁制网吸收电能产生电磁制动转矩来阻止在外力带动转矩来阻止在外力带动下的转子的转动。动下的转子的转动。若若n

32、n1，即，即s0，此时转子转速大于旋转磁场的转速，转子导此时转子转速大于旋转磁场的转速，转子导体与磁场的相对运动发生了变化。由右手手掌法则可知，转子导体体与磁场的相对运动发生了变化。由右手手掌法则可知，转子导体中感应电势和电流的方向将如图中感应电势和电流的方向将如图6-6(b)所示。用符号表示，所示。用符号表示，N极下为极下为，S极下为极下为。用左手定则可知，此时电磁转矩与转子转向相反，。用左手定则可知，此时电磁转矩与转子转向相反，而成为逆时针方向的制动转矩。不难想象，转子能够以逆电磁转短而成为逆时针方向的制动转矩。不难想象，转子能够以逆电磁转短方向旋转，必然要有某原动机带动才行。因此，电机这

33、时是在外力方向旋转，必然要有某原动机带动才行。因此，电机这时是在外力带动下旋转，把机械能转变为电能，因而是工作在发电机状态。带动下旋转，把机械能转变为电能，因而是工作在发电机状态。(1)电角度电角度 极对数极对数p、机械角度机械角度a am 、电角度电角度a au机械角度（机械角速度）机械角度（机械角速度）:1周为周为360度，在地面上看到的转子实际旋转度，在地面上看到的转子实际旋转的角度和速度；的角度和速度；u电角度（电角频率）电角度（电角频率）:1周为周为360度，是以电、或磁信号的角度表示的。度，是以电、或磁信号的角度表示的。关于交流绕组的更多的知识关于交流绕组的更多的知识（了解）（了解

34、）6-2 三相交流三相交流绕组绕组及其及其电动势电动势例：直流电流形成的例：直流电流形成的磁极以及极距。磁极以及极距。槽数ABCXYZq=1 q=12/6=26-2 三相交流三相交流绕组绕组及其及其电动势电动势 一、交流绕组的分布一、交流绕组的分布 我们已知道，在三相对称绕组中通入三相对称电流时会产生旋我们已知道，在三相对称绕组中通入三相对称电流时会产生旋转磁场。从图转磁场。从图6-4和图和图6-5可以看出，不论是两极电机还是四极电机，可以看出，不论是两极电机还是四极电机，三相绕组的线圈三相绕组的线圈A-X、B-Y、C-Z的始边的始边(A、B、C)及末边及末边(X、Y、Z)都是沿圆周依次间隔地

35、排列，它们的顺序都是都是沿圆周依次间隔地排列，它们的顺序都是A、X、B、Y、C、Z。各个线圈的始边各个线圈的始边A、B、C彼此间隔彼此间隔1200电角。同时，由于三相电角。同时，由于三相对称电流的相位互差对称电流的相位互差1200，从图，从图6-3可以看出，除一相电流为零值外可以看出，除一相电流为零值外的任何瞬时，三相电流是两相为正，一相为负，或者是两相为负，的任何瞬时，三相电流是两相为正，一相为负，或者是两相为负，一相为正。现规定电流为正时从绕组的始边一相为正。现规定电流为正时从绕组的始边(A、B、C)流进纸面，流进纸面，而从末边而从末边(X、Y、Z)流出纸面；电流为负时则方向相反。这样，按

36、流出纸面；电流为负时则方向相反。这样，按图图6-4规律排列的定子绕组通入三相对称电流时，电流的流向总是在规律排列的定子绕组通入三相对称电流时，电流的流向总是在半个圆周范围内流进纸面，在另半个圆周范围内流出纸面，从而产半个圆周范围内流进纸面，在另半个圆周范围内流出纸面，从而产生两极磁通。若按图生两极磁通。若按图6-5规律排列的定子绕组通入三相电流时，电流规律排列的定子绕组通入三相电流时，电流的流向总是在的流向总是在1/4圆周内流进纸面，而在相邻的圆周内流进纸面，而在相邻的l/4圆周内流出纸面，圆周内流出纸面，从而产生四极磁通。从而产生四极磁通。图图6-4和图和图6-5所示的是最简单的三相绕组，两

37、极电机只有所示的是最简单的三相绕组，两极电机只有6个槽、个槽、3个线圈。四圾电机只有个线圈。四圾电机只有12个槽、个槽、6个线圈，每相在每个个线圈，每相在每个极下都只占一个槽。实际上电机的槽数较多，例如比较常见的极下都只占一个槽。实际上电机的槽数较多，例如比较常见的两极两极24槽及凹极槽及凹极24槽或槽或36槽电机，只是每相绕组在每极下所占槽电机，只是每相绕组在每极下所占的槽数增多了。例如图的槽数增多了。例如图6-7(a)表示两极表示两极24槽的电机定子，每极每槽的电机定子，每极每相占有相占有4个槽。图个槽。图6-7(b)表示四极表示四极24槽定于，每极每相占有槽定于，每极每相占有2个槽。个槽

38、。而图而图6-7(c)为凹极为凹极36槽的定子，每极每相占有槽的定子，每极每相占有3个槽。一般用符个槽。一般用符号号q来表示每极每相槽数来表示每极每相槽数式中式中Z1为定子的槽数；为定子的槽数；m1为定子的相数；为定子的相数；2p为电机的极数。为电机的极数。q个个槽所占有的区域称为相带。用电角槽所占有的区域称为相带。用电角a a表示，表示，图图6-4、图、图6-5和图和图6-7所示的相带为所示的相带为600电角，故又称电角，故又称600相带绕组。相带绕组。q=l，称为集中绕组，称为集中绕组，ql，称分布绕组。称分布绕组。二、相电动势二、相电动势 在分折三相交流绕组相电势之前，我们先对交流绕组的

39、导体电在分折三相交流绕组相电势之前，我们先对交流绕组的导体电势、线圈电势进行分析。势、线圈电势进行分析。1.导体和线匝的电动势导体和线匝的电动势 三相交流绕组接上电源，在电机气隙中便产生旋转磁场。为三相交流绕组接上电源，在电机气隙中便产生旋转磁场。为了简明清晰起见，我们把旋转磁场画成磁极的形状，它在空间以了简明清晰起见，我们把旋转磁场画成磁极的形状，它在空间以同步转速同步转速n1旋转，图旋转，图6-8(a)表示某电机表示某电机旋转磁场时的瞬时图，其磁旋转磁场时的瞬时图，其磁密沿气隙圆周分布，波形为正弦波，称基波磁密波。见图密沿气隙圆周分布，波形为正弦波，称基波磁密波。见图6-8(b)。该图是将

40、图该图是将图6-8(a)在导体在导体A处沿轴向剖开并展成直线的图，纵坐标处沿轴向剖开并展成直线的图，纵坐标代表磁密代表磁密B的大小，横坐标代表距纵坐标原点的距离，用空间角的大小，横坐标代表距纵坐标原点的距离，用空间角a a表示。图表示。图6-8(b)中还规定气隙磁通中还规定气隙磁通(密密)从定子到转子为正，反之为从定子到转子为正，反之为负，因此基波磁密可以用公式表示为负，因此基波磁密可以用公式表示为因此基波磁密可以用公式表示因此基波磁密可以用公式表示为为式中，式中，Bd dx导体导体A所在处的气隙磁密；所在处的气隙磁密；Bd dm气隙基波磁密最大值。气隙基波磁密最大值。根据电磁感应定律，导体切

41、割磁力线将产生感应电势。显然这里根据电磁感应定律，导体切割磁力线将产生感应电势。显然这里可以看成旋转磁场不动，而导体以同步转速可以看成旋转磁场不动，而导体以同步转速n1向相反方向旋转，向相反方向旋转，如图如图6-8(b)所示直角坐标上，就是沿所示直角坐标上，就是沿+a a 的方向旋转。此外我们规的方向旋转。此外我们规定，导体定，导体A处在坐标原点的瞬时作为时间的起点，即处在坐标原点的瞬时作为时间的起点，即w wt=0。因此因此导导体体A将将产产生正弦交生正弦交变变的感的感应电势应电势，其瞬，其瞬时值为时值为式中，式中，l导导体有效体有效长长度，度，为导为导体垂直切割磁力体垂直切割磁力线线的相的

42、相对对速度；速度；为电势为电势的最大的最大值值，此此处处 为为每每极极最大磁通。最大磁通。当时间经过当时间经过w wt 后，导体移到后，导体移到a a处，这时处，这时a a=w wt，导体导体A所切割所切割的磁密为的磁密为导导体体A中感中感应电势应电势有效有效值为值为式中式中F Fm、单单位是位是韦韦；EA的的单这单这是伏。是伏。此外，此外，认图认图6-8(b)可以看出，可以看出，导导体体A每每经过经过一一对对磁极，其感磁极，其感应电应电势势也交也交变变一次。因此，一次。因此，导导体中感体中感应电势应电势的的频频率等于每秒率等于每秒钟钟内所内所经经过过磁极的磁极的对对数，用公式表示数，用公式表

43、示为为用相量表示每根用相量表示每根导导体的体的电势电势，如，如图图6-9(c)所示，两根所示，两根导导体体电势电势相量之差用相量之差用ET表示表示在在图图6-9(a)中相距一个极距的定子上中相距一个极距的定子上放置了两根放置了两根导导体体A与与X，即是一个整即是一个整距距线线匝，因此当一根匝，因此当一根导导体体处处在在N极中极中心下，另一根心下，另一根导导体必体必处处于于S极中心下。极中心下。它它们们的感的感应电势应电势eA相相ex总总是大小相等，是大小相等，时间时间相位相差相位相差1800，我，我们规们规定定导导体体电电势势及及线线匝匝电势电势正方向如正方向如图图6-9(b)所示所示2.相电

44、动势相电动势即即为为整距整距线线匝匝电势电势相量，如相量，如图图6-9(c)所示。其有效所示。其有效值为值为用相量表示每根用相量表示每根导导体的体的电势电势，如，如图图6-9(c)所示，两根所示，两根导导体体电势电势相量相量之差用之差用ET表示表示如果每个如果每个线线圈圈(或元件或元件)有有Ny匝匝时时，则则每个每个线线圈感圈感应电势应电势有效有效值为值为短距短距线线圈两有效圈两有效边边在空在空间间距离小于极距距离小于极距t t，比整距比整距线线圈圈缩缩短了短了，因因此短距此短距线线圈的圈的电势电势比比整距整距线线圈圈电势电势小小，每相每相绕组绕组的的感应感应电势电势乘上乘上为为绕组绕组系数系数KN。当每相当每相为为N1匝集中整距匝集中整距绕组时绕组时，其相，其相电势为电势为当考虑当考虑线线圈短矩圈短矩和和绕组绕组分布分布时，每相时，每相绕组绕组的的感应感应电势电势应为应为