1、交流电机的共同问题之,第六章 交流电机的绕组 及其感应电动势,交流电机的绕组,交流电机：产生或使用交流电能的旋转电机。两大类：,同步电机速度等于同步速异步电机速度不等于同步速,同步速旋转磁场的转速,对称是指各相绕组的匝数相,例：三相同步电机（磁极对数p=1),定子、转子、空气隙,绕组a-x、b-y、 c-z,等，空间位置彼此相距120,转子绕组通以直流电流,定子上嵌放有对称的三相形成分布磁场，,匝链定子上的各相绕组,设磁场在气隙中按正弦分布,设转子以恒定速度旋转,定子绕组中所匝链的磁通按正弦 规律变化，其感应电势按正弦规 律变化。,由于各相匝数相等，从而各相电 势的大小相等，由于各相绕组空 间
2、分布彼此相距120，从而三 相电势时间相位差120满 足了三相电势对称要求。,三相电势对称,例： p=2,每相两个线圈，a1-x1、a2-x2属于a相，b1-y1、b2-y2属于b相，c1-z1、c2-z2属于c相。各相的两个线圈的分布： 空间上相距一对磁极,电势看两个线圈交链的磁通变化规律完全相同，因而感应电势完全相同（幅值一致，时间上同相位）。,例：三相异步电机,电磁过程（图例）,异步电动机定子上有三相对称的交流绕组；,三相对称交流绕组通入三相对称交流电流时，将在电机气隙空间产 生旋转磁场；,转子绕组的导体处于旋转磁场中；,转子导体切割磁力线，并产生感应电势，判断感应电势方向。转子导体通过
3、端环自成闭路，并通过感应电流。,感应电流与旋转磁场相互作用产生电磁力，判断电磁力的方向。电磁力作用在转子上将产生电磁转矩，并驱动转子旋转。根据以上电磁感应原理，异步电动机也叫感应电动机。,交流绕组的基本概念,绕组：按一定规律排列和连接的线圈的总称,要求磁势和电势的波形为正弦波形；,要求磁势和电势三相对称，三相电压对称；,电力系统都有统一的标准频率，我国规定工业标准,频率为50Hz。,在一定的导体数下，获得较大的基波电势和基,波磁势。,交流绕组的构成原则,均匀原则：每个极域内的槽数（线圈数）要相等，各相 绕组在每个极域内所占的槽数应相等,每极槽数用极距表示每极每相槽数,对称原则：三相绕组的结构完
4、全一样，但在电机的圆周 空间互相错开120电角度。,如槽距角为，则相邻两相错开的槽数为120/。 电势相加原则：线圈两个圈边的感应电势应该相加；线 圈与线圈之间的连接也应符合这一原则。,如线圈的一个边在N极下，另一个应在S极下。,元件(线圈),术语1：电角度,磁场每转过一对磁极，电势变化一个周期，称为 （一个周期）360电角度。在电机中一对磁极 所对应的角度定义为360电角度。（几何上， 把 一 圆 周 所 对 应 的 角 度 定 义 为 360 机 械 角 度。）,磁极对数为p,圆周机械角度为360 电角度为 p*360 ,术语2：相带,为了三相绕组对称，在每个极面下每相绕组应 占有相等的范
5、围相带。,度,则每个相带占有 电角度。三相电机m3， 其相带为60，按60相带排列的绕组称为 60相带绕组。,m,每个极对应于180电角180，如电机有m相，,60相带绕组,把每对极所对应的定子槽等分为六个等分。依次 称为a、c、b、a、c、b相带，各相绕组放在各 自的相带范围内,术语3：每极每相槽数q每个极面下每相占有的槽数。已知总槽数Z、极对数p和 相数m为，则,Z2 pm,q =q1分布绕组 整数槽绕组q为整数 分数槽绕组q为分数,术语4：槽距角相邻两槽之间的电角度已知总槽数Z、极对数p, =,p * 360Z,圆周的电角度, =,术语5：极距相邻两磁极对应位置两点之间的圆周距离几何尺寸
6、每极所对应的定子内圆弧长,设D为定子内圆直径。槽数表示极距：,即基波磁场每极所对应的槽数, =,D2 pZ2 p,术语6：节距 y (跨距),表示元件的宽度。元件放在槽内，其宽度可用 元件两边所跨越的槽数表示。,分析工具：槽导体电势星形图,把电枢上各槽内导体按正弦规律变化的电势分别用矢量表示，构成一辐射 星形图,相距360度电角 度，导体电势 时间上同相位,三相单层绕组,单层每槽中只放置一层元件边，元件数等 于槽数的一半，无需层间绝缘，结构和嵌线较 简单,单层绕组只适用于10kW以下的小型异步电动 机，其极对数通常是pl,2,3,4,单层绕组通常有链式、交叉式和同心式等三种 不同排列方式,单层
7、绕组：构造方法和步骤,分极分相:,将总槽数按给定的极数均匀分开（N,S极相邻分布）并标记假设的感应电势方向。将每个极的槽数按三相均匀分开。三相在空间错开120电角度。,连线圈和线圈组：,将一对极域内属于同一相的某两个圈边连成一个线圈（共有q个线圈，为什么？）将一对极域内属于同一相的q个线圈连成一个线圈组（共有多少个线圈组？）以上连接应符合电势相加原则,连相绕组：,将属于同一相的p个线圈组连成一相绕组，并标记首尾端。串联与并联，电势相加原则。,连三相绕组：,将三个构造好的单相绕组连成完整的三相绕组Y接法或者接法。,例如：相数m3，极数2p,4，槽数Z24,槽距角,极距=Z/2p=24/4=6,Z
8、 每极每相槽数q 22 pm,p * 360=30Z,说明：,属于a相8个槽，即l、2、7、8、13、14、19、20,根据槽导体电势星形图，按电势相加原则构成元件，每个 元件都是整距，y=6槽，即每元件的跨距为6个槽，同 为单层，每相每对极可以连接成一个元件组。,2对极，每相2个元件组，1728，13一19一14 20。,元件组之间可串联或并联形成不同并联支路数,单层绕组每相有p个元件组，如串联方式连接，则并联支 路a1，相电势E=pEq，相电流IIc。每相功率PEI pEqIc。,* 连成三相绕组,y = 5 = 6,一、链式绕组链式绕组适用于q=2，p1的小型异步电机。例如m3，p2，Z
9、=24，q2，a=30,链式绕组的每个元件都是短距。从相电势和磁 势角度看具有整距性质,二、交叉式绕组,交叉式绕组适用于q3的小型异步电机,例如：m3，p=2，q3。,定子槽数Z=2mpq=2*3*2*336槽距角a=p*360/Z=20,属于a相的元件有1、2、3、10、ll、12、19、 20、21、28、29、30共12个元件边,y=8,y=7,210，311相连，是节距为8的（大）线圈 1219相连，节距为7的（小）线圈,2028，2129相连，节距为8的大线圈 301相连，节距为7的小线圈。,依次二大一小交叉布置为交叉式绕组,b相和c相的连接规律与a相完全一样，a=20，相间相差6
10、个槽。如第2槽为a相首端，则b相首端是第8槽，c相首端是 第14槽。,三、同心式绕组,对于pl的小型三相异步电动机和单相异步电动 机，每极每相槽数q较大，采用同心式绕组嵌线,例如：m3，p=1，q4。则定子槽数 Z=2mpq2*3*l*424，槽距角a15,属于a相的有8个元件边，把1与12相连构成一 个大线圈，2与11相连构成一个小线圈。这一 大一小组成一个同心式线圈组。13与24相连， 14与23相连组成另一同心式线圈组。然后把两 个线圈组反向串联，以保证电势相加,属于a相的有8个元件边，把1与12相连构成一个大线圈， 2与11相连构成一个小线圈。这一大一小组成一个同心式 线圈组。13与2
11、4相连，14与23相连组成另一同心式线圈 组。然后把两个线圈组反向串联，以保证电势相加,在外形上有多种绕组型式：元件节距可以整距、短矩或长短，合 理选用绕组型式，可以节省铜线，简化工艺。,分析相电势：采用槽电势星形图。绕组型式不同只不过是元件构 成方式不同、导体连接先后次序不同，而构成绕组的导体所占的 槽号是相同的，都在属两个相差180电角度的相带内，三相单 层绕组的节距因数均为1，具有整距绕组性质,优点：绕组因数中只有分布因数，基波绕组因数较高，无层间绝 缘，槽利用率高,缺点：对削弱高次谐波不利，无法改善电势波形和磁势波形，漏 电抗较大,使用：一般用于10kW以下小功率电机。（功率较大或对波
12、形要 求较高的电机，通常采用双层绕组。）,小结：三相单层绕组,三相双层绕组,双层每槽中有两个元件边，分为上下两层放 置。靠近槽口的为上层，靠近槽底部为下层。每 个元件均有一个边放在上层，一个边放在另一槽 的下层，相隔距离取决于节距。,元件的总数等于槽数，每相元件数即为槽数的三 分之一。,构造方法和步骤（举例：Z1=24,2p=4,整距,m=3)分极分相:,将总槽数按给定的极数均匀分开（N,S极相邻分布）并标记假设的感应电势方向；将每个极域的槽数按三相均匀分开。三相在空间错开120电角度。,连线圈和线圈组：,根据给定的线圈节距连线圈（上层边与下层边合一个线圈）以上层边所在槽号标记线圈编号。,将同
13、一极域内属于同一相的某两个圈边连成一个线圈（共有q个线圈，为什么？）将同一极域内属于同一相的q个线圈连成一个线圈组（共有多少个线圈组？）以上连接应符合电势相加原则,连相绕组：,将属于同一相的2p个线圈组连成一相绕组，并标记首尾端。串联与并联，电势相加原则。 按照同样的方法构造其他两相。,连三相绕组,将三个构造好的单相绕组连成完整的三相绕组Y接法或者接法,例：设相数m3，极数2p4，槽数Z24，则每极每相,槽数q2，槽距角a30,步骤：,绘槽电势星形图,分相使各相电势最大，且三相电势对称 绘绕组元件平面展开图,首先画出等距离的24根平行线段以表示槽号 表示各元件的上层边。在实线近旁画出虚线以表示
14、下 层元件边。把各槽按顺序编号，取槽号作为上层边的 代号，取槽号加注上标作为下层边代号。,槽 上a相8个元件分成4个元件组，各元件组的连接,规律为l-7-2-8，7-13-8-14，13-19-14-20，,整矩绕组：跨距y6，每个元件的上层边与下层边相距6个 。例如第l槽的 层边应与第7槽的下层边接成一个元件。同理2-8，3-9，4-10，.相连，共计有24个元件。,19-1-20-2，分别用I、表示。,当磁场切割绕组时，该四个元件组的电势大小相等，I、组电势时间 上同相，、IV组电势与I、组电势反相。,各元件组可以串联、并联、或一半串联后再并联。相绕组可以有不同 连接方式，当通以电流形成4
15、极磁场。,短距绕组,取y5，每个元件跨5个槽，a相的4个元件组，分别是l-6- 2-7，7-12-8-13，13-18-14-19，19-24-20-l,短距时，在某些槽中，其上层元件边与下层元件边可能不 属一相，在这些槽中，上层与下层之间有较大电位差，应 加强层间绝缘。,短距时，同一相的上、下层导体错开了一个距离，用短距 角表示，表示一个元件的上层导体电势和下层导体电势 的相位差是180-电角度，合成电势时应计及节距因数 kp。,正弦磁场下绕组的感应电势,元件电势,元件组电势绕组相电势,1单层绕组2双层绕组,一、元件的电势电势决定于磁场的大小与分布以及磁场与元件间的相对运动设气隙磁场按正弦规
16、律分布，则每极磁通m = 2 Bml气隙磁场每转过一对磁极，线圈中的电势便经历一个周期。电势的频率用每秒转过的磁极对数表,pn,示。 极对数p，转速n (r/min)，则频率 f =, = m cos t,t=0,元件匝链一个磁极的全部磁通,元件中的感应电势e=-Nd/dt设元件匝数为Nc，感应电 势的瞬时值为,有效值,ddt,ec = N c,= N cm sin t,N cm2,Ec =,= 4.44 fN cm, = m cos t,v = 2 p,m =,Bm l,f =,Ea = = 2 Bml,元件中的感应电势e=Blv设原点在转子上B=0处， 即t=0时，B=0 分析导体a t=
17、0时，Ba=0，ea=Balv 经过时间t，转动了t，Ba=Bmsint，ea=Balv= Bmlvsint,有效值,pn60,Bmlv2,= 2.22 fm, = m cos tn602pn60,度，,ea = Bm lv sin(t 180),元件电势为Eaa ( y = ) = Ea Ea = 2.22 fm 0 2.22 fm 180= 4.44 fm 0,& & &, = m cos tea=Balv= Bmlvsint整距线圈导体a与导体a相距一个极距，即180电角,2,2,= 4.44 fm cos,短距线圈导体a与导体a相距非一个极距（差一短距角）元件电势为Eaa ( y )
18、= Ea Ea = 2.22 fm 0 2.22 fm (180 ),& & &,Ea,- Ea,Eaa ,Ea,4.44 fm cos 2,短距元件电势短距元件的电势小于整距元件的电势设短距角为电角度,节距因数,2,= cos,=,4.44 fm,Eaa ( y )Eaa ( y = ),kp =,Ec = N c Eaa ( y ) = 4.44 fN c k pm,二、元件组电势,电机采用分布绕组，每元件组有q个元件，元 件组电势即为q个元件的电势之和。,通常各元件匝数相等，所以各元件电势的幅值 相等，由于各元件空间位置依次相位差a电角 度，各元件电势的时间相位差也为a角度。,q2 2,
19、Eq = 2R sinEc = 2R sin,p=3的元件组,kd = =,sin,q sin,分布因数 kd元件组各电势的相量和与代 数和的比值,qa2a2,EqqEc,q2 2,Eq = 2R sinEc = 2R sin,绕组因数kN=kdkp，反映分布和短距对电势的影响,=dk,cos=pk,元件组电势,Ncq为一个元件组串联匝数,Eq = kd qEc = 4.44 fN c qk p kd m = 4.44 fN c qk N m,2,2,sin, 2,q sin,q,三、绕组的相电势1单层绕组每对极每相有一个元件组p对极电机，每相有p个元件组，可以串联、并连或混合连接。如有a条并
20、联支路，则每相电势为,单层绕组每相串联匝数,pqN ca,pa,k N m = 4.44 fNk N m,E =,Eq = 4.44 f,pqN ca,N =,绕组的相电势2双层绕组每对极每相有2个元件组p对极电机，每相有2p个元件组，可以串联、并连或混合连接。有a条并联支路,双层绕组每相串联匝数,2 pqN ca,2 pEqa,k N m = 4.44 fNk N m,E =,= 4.44 f,2 pqN ca,N =,Nc=S/2,N为每相实有串联匝数NkN为有效串联匝数，kN反映绕组因采用短距 和分布而使每相电势减小的程度,pqSa,N =,E = 4.44 fNk N m每相串联匝数设
21、每槽导体数为S，对单层绕组Nc=S，双层,感应电势与绕组匝链磁通的相位关系,即感应电势在时间上滞后磁通,90。变压器：主磁通本身随时间变化旋转电机：气隙磁密波大小不变，随时间绕绕 组而旋转,ddt,e = N c,=,= 20,qsin,1202,sinsin 2= =kd,=kd 2分布因数 sinq,0. 0.827= 20sin ,sinq 2,6 sin 2,绕组因数计算举例,电机每极下有9槽，试计算下列情况下的绕组分布因数（1）绕组分布在9槽中；,（2）绕组占每极2/3槽（即120相带）；（3）三个相等绕组分布在60 相带中。,（1）绕组分布在槽中，则槽距角为 9,2 2,分布因数
22、20,（32） 组 三条相件绕 即60q=9q=6 q =120 =20,解：由题中120 相带，相带，q=9/3=3，q =60 ， =20 180,sin,分布因数 = 0.96,q 60,非正弦磁场下,绕组的感应电势,以三相凸极同步电机为例,磁场是由转子电流激励产生的,气隙磁通密度实际是一个平顶波，可分解出基波和,各奇次谐波(由于对称性),基波磁场和各次谐波磁场均随转子而旋转,在定子绕组中不仅感应基波电势，还感应有各次谐 波电势。,1,S,S S,S S,S,N N,N,N N,NN,NS S,= ,= p,f ,m,= Bm l,2 cos ,谐波电势 E = 4.44 f Nk N
23、m,p = p,= f1 22,n1 pn160 602 sin q k N = kd k p =q sin, , =,例6-2 p102,E = 4.44 f Nk N m,谐波电势的影响,高次谐波电势对电势大小影响较小主要影响电势的波形在基波电势上叠加有高次谐波电势使波形变坏引起发电机损耗增加，温升增高、效率降低。在输电线路上，谐波电势产生高频干扰，使输电线路 时近的通信设备不能正常工作。输电线路自身有电感和电容，在某一高频条件下，将 产生自激振荡而产生过电压。在异步电机中产生有害的附加转矩和损耗,消除和减小高次谐波电势的方法,从谐波性质：当接成星形连接时，在线电势中 不可能出现3次及其3
24、的倍数次谐波电势。 从磁场角度：使气隙磁场接近正弦分布，如采 用适当的极靴宽度和不均匀的气隙长度(磁极中 心气隙较小，磁极边缘的气隙较大)、励磁绕组 的分布范围,从绕组方面：采用短距、分布绕组,p103-104,小结,交流绕组的组成原则获得较大的基波电势，尽量减少谐波电势，且保 持三相电势对称，同时考虑节约铜线和具有良好的工艺性。,分析绕组的基本方法槽导体电势星形图，通过槽电势相量的分析可以 了解三相绕组的形成和特性。,交流绕组的型式很多，应该掌握几种常用三相单层、双层绕组的构成方 式和特点。通常小功率电机多采用单层绕组，功率较大的多为双层短距 绕组，以削弱高次谐波、改善电势和磁势波形。,绕组
25、电势的计算公式与变压器线圈电势的相类似。由于绕组型式不同， 相电势计算时必须考虑分布因数和节距因数。,由于气隙磁场并不完全按正弦规律分布，存在谐波电势，对电机运行不 利。,思考题,6-3 为什么单层绕组采用短距（y）只是外形上的短,距，实际上仍是整距性质,6-4 改变每相绕组元件组的连接方式，即串并联数， 相电势有何变化，电机功率如何变化？,6-6 为什么交流电机常采用分布和短距绕组？,作业,6-26-36-7,交流电机共同理论之,第七章 交流绕组的磁势,提示,参考电机学,交流绕组的磁势,流经异步电机定子绕组与转子绕组的电流以 及同步电机定子绕组的电流是交流电流，其所产 生的磁势不仅是空间函数
26、，且是时间函数。,研究磁势的空间分布规律； 研究磁势的时间变化规律。,研究步骤：,单相绕组的磁势；,对称三相电流流过对称三相绕组的基波磁势；不对称三相电流流过对称三相绕组的基波磁势；磁势的高次谐波分量。,假设：,绕组中的电流随时间按正弦规律变化，不考虑 高次谐波电流；,槽内电流集中在槽中心处；,定、转子间气隙均匀，不考虑由于齿槽引起的 气隙磁阻变化，即气隙磁阻是常数；,铁芯不饱和，忽略定、转子铁芯的磁压降。,以电流后：在气隙空和,相同。略,整距元件的磁势,磁力距元件转子铁心，定子铁心,整 线穿过y=，通,两个气隙, 间形成一对磁极，且,相对于气隙而言,由于铁心磁导,率两个气隙的磁通密度可以忽,
27、极大,铁芯消耗的磁势降,不计,一个气隙上消耗的磁势为：,fc=Ncic/2,如果通过线圈的电流为正弦波:,ic=sqrt(2)Iccost,则矩形波的高度也按正弦变化。,整距元件的磁势,（a）两极磁势（b）磁势分布波,每极磁势沿气隙分布呈矩形波，纵坐标的正 负表示极性。,由于电流随时间按正弦规律变化，所以磁势 波的高度也随时间按正弦规律变化，但空间 位置固定不变（磁轴不变）。脉动的频率决定于电流的频率。矩形波可分解为基波及各次谐波。,性质：脉动磁势脉动磁势,N c c sin t sin x + sin 3x + sin 5x + L, ,22,22,Fc1,I,N c I c,1 ,Fc =
28、,Fc1 = 0.9 N c I c,3 5 , 4 1 1 ,f =,= Fc1 sin t sin x + Fc 3 sin t sin 3x + Fc 5 sin t sin 5x + L,则气隙磁势的幅值Fc =傅立叶分解：,脉动磁势的分解设ic = 2 I c sin t,N极下磁密与S极下,磁密对称,由于结构对称，每极下,磁密波对磁极中心线对 称，偶数次谐波对中心 线非对称，因而不存在,基波也是脉动的,基波在空间按正弦分布；在时间上，任何,一个位置的磁势都按正弦变化。所以基波 是一个正弦分布的正弦脉振磁势。,单层绕组的磁势,单层绕组：每对极下由q个元件组成元件组，各,元件在空间依次
29、相距电角度，设各元件的匝数,相等，当流过电流，便产生q个振幅相等、空间,依次相距电角度的矩形磁势波。,把每个矩形波分别进行分解，都含有基波分量和 一系列高次谐波分量,阶梯形,分析：设q=3，a=20 三个矩形磁势波的3个基波磁势分量，它们的振 幅相等，空间相位差20电角度，把三个正弦波 曲线相加得到元件组的磁势基波。元件组（合成）磁势的基波振幅为：,v次谐波振幅：qFc1kd 1,= 0.9qN c K d 1 I c,Fq1 =,I c,N c kd,Fq = qFc kd = 0.9q,双层绕组的磁势,双层绕组：每对极有两个元件组，把两个元件 组的磁势叠加，便得到双层绕组的磁势。双层绕组通
30、常是短矩绕组，从产生磁场的观点 来看，磁势只决定于槽内导体电流的大小和方 向，与元件的组成次序无关。,把实际的短距绕组所产生的磁势，等效地看成 由上、下层整距绕组产生的磁势之和。,双层短距绕组的磁势,在分析磁场分布式时，双层绕组可以等效,为两个整距单层绕组,两个等效单层绕组在空间分布上错开一定,的角度，这个角度等于短距角,之间相差电角度,也相当于分布,2 2,sin qq sin,kd 1 =相当于单层绕组的分布情况, = 2,k p1 = cos,I c,k N,k p kd,I c = 0.9(2qN c ),Fm = 2Fq k p = 0.9(2qN c ),分析：双层绕组磁势的基波振
31、幅：Fm1 = 2 Fq1k p1 = 0.9(2qN c )k p1kd 1 I c = 0.9(2qN c )k N 1 I c磁势的v次谐波振幅：,I sin t kw1 sin x + kw3 sin 3x + kw5 sin 5 x + L,结论：单相绕组的磁势,Np, 1 1 3 5 ,f = 0.9,= Fm1 sin t sin x + Fm 3 sin t sin 3x + Fm 5 sin t sin 5 x + L,Nk N 1p,I sin t sin x = Fm1 sin t sin x,f1 = 0.9, = 3,5,7,L,f = 0.9,I sin t sin
32、x = Fm sin t sinx,Nk Np, =,(1)单相分布绕组的磁势呈阶梯形分布，随时间按正弦规律变化。 (2)磁势的基波分量是磁势的主要成分，谐波次数越高，振幅越小，绕组分布和适当短距有利于改善磁势波形。(3)基波和各次谐波有相同的脉动频率，都决定于电流的频率。,(4) v次谐波的极对数为v次谐波的极距,p = p,Fc 1,1 ,Fc =,f = f1,强调：,磁势是时间函数，呈空间分布，各对磁极分别 有各自的磁路，不能合并不同空间的各对磁极 的磁势。,电势可以合并，有串联或并联,脉动磁势分解成两个旋转磁势,脉动磁势波的节点和幅值的位置是固定不变的。,在空间按正弦规律分布随时间按
33、正弦规律变化的脉动磁势 可以分解为两个旋转磁势分量,每个旋转磁势：振幅为脉动磁势振幅的一半，旋转速度相 同，旋转方向相反。,Fm1 sin t sin x = 12 Fm1 cos(t x ) + 12 Fm1 cos(t + x ),基波分量,性质：,两矢量以相同角速度向相反方向旋转，任何瞬 间合成磁势的空间位置固定不变在该绕组 的轴线处（绕组的轴线为磁轴或定义为相 轴），但大小随时间变化。,脉动磁势的振幅的空间位置在相轴上。,F + =,12,Fm1 cos(t x ),F =,12,Fm1 cos(t + x ),f A = ,f B = ,fC = ,iB sin( x 120) ,对
34、称三相电流流过对称三相绕组的基波磁势设各相的电流瞬时值为iA、iB、iC，各相磁势的 基波分量分别：, iA sin x iC sin( x + 120),1 4 Nk N 1 2 p1 4 Nk N 1 2 p1 4 Nk N 1 2 p,讨论：,三个相绕组有三个 磁轴。,不论iA、iB、ic是否,对称，就每相绕组 而言，均产生一脉 动磁势，作用在各 自的磁轴上。,( )f f F t xm + + cos1,f f A B C= =,对称的情况下，由于各相电流的有效值相等，各 相脉动磁势的最大幅值也相等。各相脉动磁势均 分解成两个相反方向旋转的旋转磁势：,2 2,2 2,2 2,f B =
35、 Fm1 sin(t 120) sin( x 120) = 1 Fm1 cos(t x ) 1 Fm1 cos(t + x + 120) fC = Fm1 sin(t 240) sin( x 240) = 1 Fm1 cos(t x ) 1 Fm1 cos(t + x + 240),f A = Fm1 sin t sin x = 1 Fm1 cos(t x ) 1 Fm1 cos(t + x ),32,各相电流所产生的正向旋转磁势在空间均为 同相，所产生的负向旋转磁势空间相位差 120。合成后，正向旋转磁势直接相加，负 向旋转磁势相互抵消,结论：当对称的三相电流流过对称的三相绕组,时，合成磁势
36、为一旋转磁势,1极数 基波旋转磁势的极数与绕组的极数相同。 2振幅 合成磁势的振幅为每相脉动磁势振幅的3/2倍。 3转速 角速度=2f（电弧度/s）,n1=f/p（r/s）=60f/p (r/min)同步转速，基波转速。,4幅值位置 合成磁势的振幅的位置随时间而变化，出现在t-x0处。当某相电流达到最大值时，旋转磁势的波幅刚好转到该线绕组的轴线上,5旋转方向 由超前电流的相转向滞后电流的相,改变旋转磁场转向的方法：调换任意两相电源线（改变相序）,圆形旋转磁势,当电流为一对称的三相 电流时，合成磁势仅有 正序旋转磁势F。,当矢量F旋转时，端点轨 迹为圆。,不对称三相电流流过对称三相绕组 的基波磁
37、势,将不对称的三相系统分解为三个对称的系统， 即正序系统、负序系统和零序系统。,每相电流分解为三个分量，每相磁势也可分解 为三个分量。,当正序电流流过三相绕组时，产生正向旋转磁 势正序旋转磁势,当负序电流流过三相绕组时，产生负向旋转磁 势,零序电流的磁势：,当绕组为星形联接时，各相零序电流为零，不 存在零序磁场。,当绕组按三角形连接时，各相零序电流为同相 位，由零序电流所产生的各相零序磁势在空间 相位差120电角度，适相抵消，也不产生旋 转磁场。,F u v F F F F t2 cos 2+ + = + = + +,椭圆形旋转磁势,当电流为一不对称的三相电流，合成磁势将有两个 分量：正序分量
38、和负序分量，各以同步速向相反方 向旋转。在任一瞬间的合成磁势仍按正弦分布，用 旋转矢量表示为空间矢量和，不同时刻，有不同的 振幅，其端点轨迹为一椭圆,2 2 2 2,磁势的空间谐波分量,0.9,合成磁势：,基波分量合成为正向的旋转磁势 3次谐波以及以3为倍数的奇次谐波分量，三相合成磁势为零 v6k-1的各次空间谐波均为负向旋转磁势 v=6k+1的各次空间谐波均为正向旋转磁势,=,f = f A + f B + fC,32,32,32,Fm 7 cos(t 7 x ) + L,Fm 5 cos(t + 5x ) +,Fm1 cos(t x ) ,磁势的时间谐波分量,iC = 2I1 sin(t
39、+ 120) + 2I 3 sin 3(t + 120) + 2I5 sin 5(t + 120) + 2I 7 sin 7(t + 120) + L,iB = 2I1 sin(t 120) + 2I 3 sin 3(t 120) + 2I 5 sin 5(t 120) + 2I 7 sin 7(t 120) + L,iA = 2I1 sin t + 2I 3 sin 3t + 2I 5 sin 5t + 2I 7 sin 7t + L,f =,F cos(t x ),32,次谐波电流产生的三相合成磁势：,f ,=,F cos(t x ),32,次谐波电流产生的三相合成磁势(次空间磁势)：,谐
40、波磁场的不良影响:,1. 产生谐波感应电势。谐波电势所产生的附加 损耗不仅降低效率，而且降低功率因数。2.谐波磁势产生的附加力矩。将会影响电动机 的起动力矩和过载能力。,设计时应当尽量设法削弱磁势的高次谐波分 量，特别要削弱其中影响最大的5次谐波和7次 谐波。与削弱谐波电势一样，通常采用适当短 距的分布绕组来削弱空间谐波磁势以改善磁势 的波形，使其接近于正弦分布波。,思考题,7-17-37-47-8,作业,7-27-3,7-6，采用如7-10和7-11式相似的分析方法， 得到各相脉动磁势，然后各分解为两个旋转磁 势，并分别合成。,异步电机的理论分析与运行特性,Polyphase inducti
41、on machine,异步电动机的特点,异步电机，转子转速n与磁场同步转速n1间存在一定差,异。asynchronous,优点：结构简单，制造、使用和维护方便，运行可 靠，效率较高，价格低廉，坚固耐用。缺点：,转速不易调节,鼠笼式异步电动机的起动性能较差功率因数滞后，激磁电流由电网供给,异步电动机的结构,定子stator：固定部分气隙air gap：很小，0.2-1mm对电机性能影响很大转子rotor：旋转部分,一、异步电动机的定子,定子铁心core磁路部分，放置定子绕组。,一般采用导磁性能良好和比损耗小的电工硅钢片叠成。 为了嵌放定子绕组，在定子铁心内圆冲出许多形状相同,的槽定子槽slot。
42、,定子绕组stator winding电路部分感应电势。 机座固定和支撑定子铁心。,1. 定子铁心,2定子槽形,散嵌绕组效率和功率因数较高,绕组嵌线工艺复杂,可嵌放成型线圈,小容量及中型低压电机 大型低压电动机,成型绕组绝缘放置可靠、,绕组下线方便,高压电动机,3定子绕组,定子绕组通常应用双层短距绕组，小型电机可应用单层绕 组。,二、异步电动机的转子,转子铁心磁路，一般由硅钢片叠成。在转 子铁心上开有槽，以供放置或浇注转子绕组。,转子绕组感应电势、流过电流和产生电磁 转矩。,转轴shaft,1. 转子铁心,2转子槽,槽形的选择主要决定于对运行性能和起动性能的要 求。,3转子绕组,鼠笼式转子sq
43、uirrel-cage rotor：焊接，铸铝。,斜槽形式,线绕转子wound rotor：,铁芯上绕有一对称绕组，和定子绕组有相同的 极数，且制成相同的相数。,通常采用对称的三相绕组，连接成星形。 转子的一端装有三个集电环，各与转子绕组的 三个起始端相连接。每个集电环上各有一电 刷，通过电刷把转子绕组与外接变阻器相接。,安装变阻器的目的是改善起动特性(增加起动转短，减小起动电流) 或用以调节电动机的转速。,线绕转子绕组采用波绕组或叠绕组。,设槽数Z24，极数2p4，相数m=3，则每极每相梢数q 2，相距角a=30,4. 转轴 shaft,三、异步电机的气隙air gap,特点气隙很小，在中、
44、小型电机中，气隙一般为 0.2-1.5毫米。,气隙大小对电机性能有很大的影响,气隙大：磁阻大，励磁电流（空载电流）大，功率因数低；气隙磁场谐波含量（漏磁引起附加损耗）减少，改善启动性能。,气隙小：按加工可能及机械安全所限制。,异步电机的铭牌,异步电动机的额定值,额定功率PN，指电动机在额定方式下运行时，转轴上,输出的机械功率（W或kW）。,额定电压UN，指电动机在额定方式运行时定子绕组应,加的线电压（V或kV）。,额定电流IN，指电动机在额定电压和额定功率状态下,运行时，流入定子绕组的额定线电流（A）。 额定频率f，我国工业频率为50HZ。,额定转速nN，指在额定状态下运行时的转子转速（r,m
45、in）。,对三相电动机，额定功率：,三相异步电动机的主要技术指标是指效率、功 率因数、起动性能（堵转转矩、堵转电流和起 动过程中的最小转矩）、最大转矩和噪声、振 动。,PN = 3U N I N N cos N,异步电机的基本原理,三种运行方式,电动机运行 发电机运行 电磁制动,分析时，从作用于转子上的电磁力或电磁转矩 Torque的方向，以及定子电势e和定子电流i有 功分量所产生的电功率的正负来判断电机的运 行状态。,电磁过程,异步电动机定子上有三相对称的交流 绕组；,三相对称交流绕组通入三相对称交流 电流时，将在电机气隙空间产生旋转 磁场；,转子绕组的导体处于旋转磁场中；,转子导体切割磁力线，并产生感应电势，判 断感应电势方向。,转子导体通过端环自成闭路，流过感应电 流。,感应电流与旋转磁场相互作用产生电磁力， 判断电磁力的方向。,电磁力作用在转子上将产生电磁转矩，并驱 动转子旋转。,
