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0电机学4-异步电机11

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第1章电机设计基础理论11电机的主要参数之间的关系111主要尺寸由

第1章电机设计基础理论11电机的主要参数之间的关系111主要尺寸由

第1章电机设计基础理论1.1电机的主要参数之间的关系1.1.1主要尺寸由电机学知识可知，电机的电磁过程主要是在气隙中进行的，也就是说其能量形式的转换则是通过气隙主磁通进行的。

因此, 主要尺寸就必定与气隙有着密切的关系。

实践证明，靠近气隙的电枢直径(D)与铁芯有效长度(lef)是电机的主要尺寸，而气隙可以说是第三个主要尺寸。

对于直流电机而言，电枢直径是指转子外径；对于交流电机而言，电枢直径是指定子内径。

从几何角度看，这些尺寸一经确定，其他尺寸就大体上确定了，而且电机的重量、价格、工作性能和运行可靠性等, 也就基本上确定了。

1. 计算功率电机将电能(机械能)转换成机械能(电能)时，该能量均以电磁能的形式通过定、转子间的气隙进行传递，与之相对应的功率称为电磁功率。

在电机设计中, 电磁功率通常用计算功率P′表示。

不同类型电机的计算功率, 可由给定的额定功率PN来决定，其方法如下。

(1) 对于异步电机P′=mE1I×10-3(kV·A)(1 1)式中，m——电枢绕组相数；图1 1异步电动机的相量图E1——电枢绕组相电势，V；I——电枢绕组相电流，A。

输入功率为P1=mU NI1cosθN×10-3(kW)式中，U N——额定相电压。

额定功率为PN=P1ηN=mU NIcosθNηN×10-3(kW)由此可得P′=E1U N·1ηNcosθNPN=KEηNcosθNPN(1 2)式中，ηN,cosθN——额定负载时的效率和功率因数；KE——满载电势标么值，即额定负载时，感应电势与端电压的比值。

由图1 1所示的异步电机的相量图可知KE=E1U N=1-I1PR1+I1QX1ζU N=1-(i 1PR1+i 1QX1ζ)=1-εL(1 3)式中，I1P、I1Q——定子电流的有功分量和无功分量；i*1P、i*1Q——定子电流有功分量标么值和无功分量标么值；εL——定子绕组阻抗压降的标么值，εL=i 1PR1+i 1QX1ζ。

电机学第四版课后习题答案

电机学第四版课后习题答案

电机学第四版课后习题答案1-1从物理意义上说明变压器为什么能变压，而不能变频率？答：变压器原副绕组套在同一个铁芯上, 原边接上电源后，流过激磁电流I 0， 产生励磁磁动势F 0， 在铁芯中产生交变主磁通ф0, 其频率与电源电压的频率相同， 根据电磁感应定律，原副边因交链该磁通而分别产生同频率的感应电动势 e 1和e 2, 且有 dtd Ne 011φ-=, dtd Ne 022φ-=, 显然，由于原副边匝数不等, 即N 1≠N 2，原副边的感应电动势也就不等, 即e 1≠e 2, 而绕组的电压近似等于绕组电动势,即U 1≈E 1, U 2≈E 2,故原副边电压不等,即U 1≠U 2, 但频率相等。

1-2 变压器一次线圈若接在直流电源上，二次线圈会有稳定直流电压吗？答：不会。

因为接直流电源，稳定的直流电流在铁心中产生恒定不变的磁通，其变化率为零，不会在绕组中产生感应电动势。

1-3变压器的空载电流的性质和作用如何？答：作用：变压器空载电流的绝大部分用来供励磁，即产生主磁通，另有很小一部分用来供给变压器铁心损耗，前者属无功性质，称为空载电流的无功分量，后者属有功性质，称为空载电流的有功分量。

性质：由于变压器空载电流的无功分量总是远远大于有功分量，故空载电流属感性无功性质，它使电网的功率因数降低，输送有功功率减小。

1-4一台220/110伏的变压器，变比221==N N k ，能否一次线圈用2匝，二次线圈用1匝，为什么？答：不能。

由m fN E U Φ=≈11144.4可知，由于匝数太少，主磁通m Φ将剧增，磁密m B 过大,磁路过于饱和，磁导率μ降低，磁阻m R 增大。

于是，根据磁路欧姆定律m m R N I Φ=10可知, 产生该磁通的激磁电流0I 必将大增。

再由3.12fB p m Fe ∝可知，磁密m B 过大, 导致铁耗Fe p 大增， 铜损耗120r I 也显著增大，变压器发热严重，可能损坏变压器。

异步电机等效电路的简化(精)

异步电机等效电路的简化(精)
实部虚部 分开：
2 Xm 2 Rk R1 R2 (Xm X2 ) 2 R2
X k X 1
X m R X X 2 X m 2 2 2 (Xm X2 ) 2 R2
2 2
（ 1 ）对于一般电机， X1＝X 2
利用空载 X 0 X m X 1 试验 X m X 0 X 1
P 1 P 2 pcu1 pFe pcu 2 pmec pad 0 P2 p
cu1
p p
pFe pcu2 pmec pad 0
第五章 异步电机 23
《电机学》
※ 功率流程图
P1
Pem pCu2 pad pmec
P2
pCu1
pFe1
※异步电动机的功率平衡方程：
2 P0 pCu1 P0 m1I 0 R1 pFe
《电机学》
第五章 异步电机
12
4、参数计算
Z0
U 0 I 0
空载时的额定相 电压及相电流
p0 R0 m1 I 02
X 0 Z 02 R02
电动机空载，转子支路近似开路
X 0 X m X 1 X m X 0 X 1
pm1 N1k N 1 cos 2 CM m I 2 cos 2 Tem m I2 2
异步电机
转矩系数：
(电机结构参数所决定的常数)
《电机学》
第五章 异步电机
33
pm1 N1k N 1 cos 2 CM m I 2 cos 2 Tem m I2 2
pCu 2 sPem
or
Pmec Pem
1 s R2 s 1 s R2 s

电机学-概论

电机学-概论

E
注：电压降方向指电压降落方向；电动势方向指电动势升高方向。
概论
§0-3 研究电机常用的电磁定律
电路定律
电路欧姆定律
U R U I Z I
I
U
Z
式中：Z＝R＋jX为电路的复阻抗，X为电抗， 则：
U
U U U I R jX z z U U U 或I R jX z z R2 X 2 X tg 1 R z
变压器（Transformer） 交流电机 同步电机(Synchronous machine) 异步电机(Asynchronous machine)
概论
电机的分类－按用途分类
变压器（Transformer）－将某一等级的交流电压与电流 转变成另一等级的交流电压与电流的静止电器。
概论
§0-1 电机的作用及主要类型
电机是根据电磁感应定律和电磁力定律实现电能和 机械能之间相互转换的机械。
机械 系统 电机 电系统
表示发电机运行 表示电动机运行
电系统
变意图
概论
电机的分类－按电流形式分类
直流电机（Direct current machine）－电机输入或输出 的能量为直流电能。 交流电机（Alternating current machine）－电机输入或 输出的能量为交流电能。主要包括：
概论
三、存在磁滞现象 磁滞回线：磁化曲线可以用实验 测取。在实验中，当H由零上升 到某个最大值Hm后再逐渐减小， 过零后继续反向磁化，直到磁场 强度为-Hm，之后又磁化到+Hm， 如图0-4所示。该闭合曲线称为 铁磁材料的磁滞回线。
注：不同的铁磁材料有不同的磁滞 回线形状。 对于同一铁磁材料，Hm愈大， 则磁滞回线的面积愈大。

异步电机的工作原理

异步电机的工作原理

异步电机的工作原理
异步电机是一种常见的交流电动机，它广泛应用于工业生产、家用电器以及各种机械设备中。

异步电机的工作原理是基于电磁感应和磁场作用的相互作用，下面将详细介绍异步电机的工作原理。

首先，异步电机由定子和转子两部分组成。

定子是由绕组和铁芯构成的，绕组上通有交流电流，产生旋转磁场；而转子则是由绕组和铁芯构成，绕组通有感应电流，感应电流与定子的旋转磁场相互作用，从而产生转矩，使电机转动。

其次，当三相交流电源加在定子上时，定子中会产生旋转磁场。

这个旋转磁场的产生原理是基于三相交流电的相位差，使得定子绕组中的电流产生正弦分布，从而产生旋转磁场。

而转子中的绕组则感应出感应电流，感应电流与旋转磁场相互作用，产生转矩，从而使得转子跟随旋转磁场一起旋转。

再者，根据法拉第电磁感应定律，当磁通量发生变化时，会产生感应电动势。

在异步电机中，由于转子绕组感应出的感应电流是由定子旋转磁场产生的，所以转子绕组中会产生感应电动势。

这个感应电动势会产生感应电流，感应电流与旋转磁场相互作用，从而产生转矩，使得转子跟随旋转磁场一起旋转。

最后，异步电机的工作原理是基于电磁感应和磁场作用的相互作用。

当定子上通有交流电流时，产生旋转磁场；而转子中感应出感应电流，感应电流与旋转磁场相互作用，产生转矩，使得转子跟随旋转磁场一起旋转。

这样，异步电机就能够实现动力传递和机械运动。

总之，异步电机是一种广泛应用的电动机，其工作原理是基于电磁感应和磁场作用的相互作用。

通过定子和转子之间的相互作用，异步电机能够实现动力传递和机械运动，为各种机械设备的正常运行提供了重要的动力支持。

电机学 异步电机

电机学 异步电机

5.2异步电机的基本工作原理
当异步电机定干绕组接到三相电源上时， 定子绕组中将流过三相对称电流，隙中将 建立基波旋转磁动势，从而产生基波旋转 磁场，其同步转速决定于电网频率和绕组 的极对数
这个基波旋转磁场在短路的转子绕组（若是 笼型绕组则其本身就是短路的，若绕线式转子则 通过电刷短路）中感应电动势并在转子绕组中产 生相应的电流，该电流与气隙中的旋转磁场相互 作用而产生电磁转矩。由于这种电磁转矩的性质 与转速大小相关，下面将分三个不同的转速范围 来进行讨论。
电机学
异步电机
第五章 异步电机
异步电机是一种交流电机，也叫感应电
机，主要作电动机使用。异步电动机广泛 用于工农业生产中，例如机床、水泵、冶 金、矿山设备与轻工机械等都用它作为原 动机，其容量从几千瓦到几千千瓦。日益 普及的家用电器，例如在洗衣机、风扇、 电冰箱、空调器中采用单相异步电动机， 其容量从几瓦到几千瓦。在航天、计算机 等高科技领域，控制电机得到广泛应用。 异步电机也可以作为发电机使用，例如小 水电站、风力发电机也可采用异步电机。
将式（5．13）、式（5．14）代人式 （5．1）中，得到
式（517）表明，在al。一0时，转子磁动势人的 大小、性质与a1。＝0时相同，即转子自动势矢 量民与al。无关，只是转于绕组相电动势、相电 流相对于a。。一0的工况均滞后了a1。电角度 （见式（5．15》。；这对研究转子的电气性能
无任何影响。庐于转子是通过转子磁动势而影响 走子，因此可以认定a；。等于任何值时定子方各
放置两个瑞环，分别把所有的导体伸出粮
外部分与端环联接起来。如果去掉铁心， 则剩下来的绕组的形状就像一个松鼠笼子。 这种笼型绕组可以用钢条焊接而成，见图4， 也可以用铝浇铸而成，见图5。

电机学知识点

电机学知识点

气隙线 磁化曲线
2.直流电机的电枢绕组
0
2Ff (I f )
直流电机的电枢绕组是直流电机产生感应电势和电磁转矩，
从而实现机电能量转换的重要部件。直流电机的电枢绕组，
无论什么形式，都是将各元件通过相应的换向片依次连接起
来而构成的闭合绕组。直流电机的电枢绕组通过电刷引入或
引出电流，并在正负极性电刷间形成偶数条并联支路。
影响变压器电压调整率U的因素有：___负__载_的__大__小___、 ___负__载_的__性__质____和_短__路_阻__抗__参__数_R_k_、_X_k _。
2）变压器的损耗和效率
变压器的损耗有铁耗和铜耗。
铁耗不随负载的大小而改变，也称为不变损耗， pPe p0
铜耗随负载的大小而改变，也称为可变损耗， pCu I 2 2
第七章 直流电机的磁路和电枢绕组
基本知识：
1. 直流电机的磁化曲线 2. 单叠绕组和单波绕组的特点 3. 单叠绕组和单波绕组节距的计算方法 4. 直流电机的电枢绕组电动势和电磁转矩
第七章 直流电机的磁路和电枢绕组
1.直流电机的空载磁场和磁化特性
直流电机空载运行时的气隙磁场由励磁磁势建立，该磁势由 主极上的励磁绕组通以直流电流所产生。
k 1 Qu 1
p
p
的一类电枢绕组，它是把
上层元件边在同极性主极下的各元件串联起来成一条支路，
所以单波绕组的并联支路对数_a_=_1______。
直流电机电枢绕组的电势是通过电刷引出的，电刷的位置应 使正负电刷间的感应电动势最大。当元件几何形状对称时， 电刷在换向器表面的位置应对准磁极中心线。此时正、负电 刷间感应电势最大，被电刷短路的元件感应电势为零。
E1 j4.44 fN1 m E2 j4.44 fN 2 m

《电机学课件》PPT课件

《电机学课件》PPT课件
• 难点：电磁关系，磁动势，旋转磁场。
• 使用教材：胡虔生、胡敏强、杜炎生合编《电 机学》，中国电力出版社
• 参考书：汪国梁主编《电机学》
05.12.2020
.
12
《电机学》（二）课程简介
• 课程名称： 中文名称：电机学（二） • 英文名称：Electrical Machinery （Part 2） • 教学对象：电气工程类专业、本科 • 课程定位：《电机学》是本专业的一门主要技
• 使用教材：胡虔生、胡敏强、杜炎生合编《电 机学》，中国电力出版社
•
Stephen J.Chapman, Electric Machinery
Fundamentals, McGRAW-HILL International
Editions
• 参考书：汪国梁主编《电机学》 返回
05.12.2020
.
15
变压器图片、图形、动画
变压器的空载运行 变压器运行特性 三绕组变压器 三绕组变压器向量图 变压器外特性 TR三次谐波磁通路径 YYN变压器组中性点浮动 三相变压器组铁芯磁通波形 相量图
变压器参数测定 变压器暂态运行 自耦变压器 互感器 对称分量合成 变压器并联运行 T形电路 三相变压器
05.12.2020
术基础课，定位为：
* 电气工程的基础 * 电力系统的核心
• 课程特点：课程特点是概念多、理论性强，与 工程联系密切。
05.12.2020
.
13
《电机学》（二）课程简介
主要内容：本课程主要讲述：同步电机的结构， 工作原理、运行等到方面的内容。具体为：
❖同步电机的基本理论与运行特性 ❖同步发电机在大电网上运行 ❖同步发电机不对称运行 ❖同步发电机的突然短路。

《电机学》习题解答(吕宗枢)-11章

《电机学》习题解答(吕宗枢)-11章

《电机学》习题解答(吕宗枢)-11章-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1第11章 思考题与习题参考答案11.1 同步发电机感应电动势的频率和转速有什么关系? 在频率为50H Z 时，极数和转速有什么关系答:频率与转速的关系为：60pn f = 当频率为Hz 50时，30005060=⨯=pn 。

11.2 为什么汽轮发电机采用隐极式转子，水轮发电机采用凸极式转子？答：汽轮发电机磁极对数少（通常p =1），转速高，为了提高转子机械强度，降低转子离心力，所以采用细而长的隐极式转子；水轮发电机磁极对数多,转速低，所以采用短而粗的凸极式转子。

11.3 试比较同步发电机与异步电动机结构上的主要异同点。

答：同步发电机和异步电动机的定子结构相同，都由定子铁心、定子三相对称绕组、机座和端盖等主要部件组成。

但这两种电机的转子结构却不同，同步发电机的转子由磁极铁心和励磁绕组组成，励磁绕组外加直流电流产生恒定的转子磁场。

转子铁心又分为隐极式和凸极式两种不同结构。

异步电动机的转子分为笼型和绕线型两种结构形式，转子绕组中的电流及转子磁场是依靠定子磁场感应而产生的，故也称为感应电动机。

11.4 一台汽轮发电机，极数22=p ，MW 300=N P ，kV 18=N U ，85.0cos =N ϕ，Hz 50=N f ，试求：（1）发电机的额定电流；（2）发电机额定运行时的有功功率和无功功率。

解：（1）A U P I N N NN 6.1132085.010********cos 336=⨯⨯⨯⨯==ϕ（2）MW P N 300= MVA P S N N N 94.35285.0/300cos /===ϕv ar 186527.094.352sin M S Q N N N =⨯==ϕ11.5一台水轮发电机，极数402=p ，MW 100=N P ，kV 813.U N =，9.0cos =N ϕ，Hz 50=N f ，求：（1）发电机的额定电流；（2）发电机额定运行时的有功功率和无功功率；（3）发电机的转速。

电机学第11章

电机学第11章

转子铜耗与电磁功率的关系： pCu2 sPem
总机械功率与电磁功率的关系：Pmec (1 s)Pem
电动机运行时，还会产生轴承以及风阻等摩
擦阻转矩，这也要损耗一部分功率，这部分功率
叫机械损耗，pm用ec 表示。另外，由于定、转子开 槽和定、转子磁动势中的谐波磁动势等，还会产
生一些附加损耗pa，d 用 表示，附加损耗一般不易 计算，往往根据经验估算。一般铜条鼠笼转子异
步电动机，约为P0N.5％ ，铸铝转子异步电动机 为1P％N ~3％ 。
总机械功率减去机械损耗和附加损耗，才是
转轴上真正输出的机械功率，用 P2 表示：
P2 Pmec ( pmec pad)
P2 P1 p
p pCu1 pFe pCu2 pmec pad
11.1 三相异步电动机的功率与转矩
1.功率平衡
三相异步电动机稳定运行时，从电源输入的 电功率为： P1 m1U1I1 cos1
当电流流过定子绕组时，由于定子绕组有电 阻，产生定子铜耗 pCu1 m1I12r1
异步电动机铁耗主要指定子铁耗，即：
pFe m1I02rm
输入电动机的电功率 P1 减去 pCu1 和 pFe 后， 余下的功率通过电磁感应传递到转子侧，为电 磁功率Pem
( x1

x2 )2

I2
U1

r1

r2 s
2


x1

x2
2
2、电磁转矩与转差率关系曲线
图11－2 异步电机的 Tem s 曲线
Tm a x

m1 pU12
4f1
r2 sm
三、电磁转矩的实用表达式

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定子铁芯 气隙
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单层绕组 同心式绕组
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单层链式绕组
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双层绕组 单层绕组
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双层绕组 分极分相
2019/11/3
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67
双层绕组 线圈组
转子静止时等效电路
旋转磁场
脉振磁场
定子冲片
轴
T-S曲线
轴承
单相绕组
定子绕组
转子冲片
风扇滑环
绕组式转子 鼠笼绕组
单层绕组
双层绕组
短距线圈 电机图形
三相异步机机械特性
短距绕组连接
2019/11/3
河海大学 电气学院
12
变压器的空载运行: 变压器运行电磁现象

A I0


E1
U1

E 1
X

0

1
异步电机平衡方程推导图
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异步电动机的起动和调速

异步电动机的起动和调速
1、转子回路串电阻分级起动 、
• r2+r∆→Ist↓、Tst↑ 、 sk=1， Tst=Tmax ， • 起动后把附加电阻逐级切 除，加快起动速度，使正 加快起动速度， 常运行有较高效率。 常运行有较高效率。 • 线绕转子电机起动性能好
TL
r2↑→ sk=1
2.转子回路串频敏变阻器起动 转子回路串频敏变阻器起动
r2↑→Ist↓、Tst↑ 、
笼型：采用特殊结构的转子（深槽、双鼠笼） 笼型：采用特殊结构的转子（深槽、双鼠笼） 绕线型： 绕线型：转子串入附加电阻
第三节 异步电动机的起动
一、起动方法选择依据
负载性质、 负载性质、供电系统的容量 起动频繁程度、 起动频繁程度、用户对起动的要求
1.负载性质对起动方式的要求 负载性质对起动方式的要求
异步电动机的起动、 第十章 异步电动机的起动、调速和制动 第一节 起动电流和起动转矩 异步电动机的起动性能： 异步电动机的起动性能： 1. 2. 3. 4. 5. 起动电流倍数 KI 起动转矩倍数 Kst 起动时间 起动时能量消耗与发热 起动设备的简单性和可靠性
起动： 起动：从静止加速到工作转速的过程 要求：起动时有较大起动转矩， 要求：起动时有较大起动转矩，较小起动电流
曲线1： 要大 曲线 ：Tst要大 曲线2： 可以较小 曲线 ：Tst可以较小 曲线3： 小 增加， 增加 曲线 ：Tst小，随n增加，T增加 增加
2、全压直接起动 、 优点：操作简单。 优点：操作简单。 缺点：起动电流大， 缺点：起动电流大，造成的线路电压下降会影响 到同一变压器下其他电气设备的正常工作。 到同一变压器下其他电气设备的正常工作。 应用条件：不同场合有不同条件，如： 应用条件：不同场合有不同条件， 不频繁起动： 电源容量； 不频繁起动：电机容量 < 30%电源容量； 电源容量 频繁起动： 电源容量； 频繁起动：电机容量 < 20%电源容量； 电源容量 动力与照明共用电源： 动力与照明共用电源：电压降 < 5%。 。

电机学

电机学

第四节 三相异步电动机的型号 及额定值
1.三相异步电动机的型号
电机产品的型号一般采用大写印刷体的汉语 拼音字母和阿拉伯数字组成，它是表示电机主要 技术条件、名称和规格的一种产品代号。如中小 型三相异步电动机表示如下：
大型异步电动机表示为：
我国生产的异步电动机种类很多，Y系列是 小型鼠笼全封闭自冷式三相异步电动机，还有如 JQ2、JS、子铁心、定子绕组和机座 构成。 定子铁心是电机磁路的一部分，为了减小交变 磁场在铁心中引起的铁耗，定子铁心采用导磁性能 好、铁耗小、厚度为0.5mm的硅钢片叠压而成，叠 片间需经绝缘处理。为了嵌放定子绕组，每个硅钢 片上都冲制出一些沿圆周均匀分布、尺寸相同的槽。
图8-3
图8-4
定子绕组接线端子
2.转子
异步电动机的转子由转子铁心、转子绕组和转轴组 成。转轴用于固定和支撑转子铁心，并输出机械功率。 转轴一般用中碳钢做材料，起支撑和固定转子铁 心及传递转矩的作用。
转子绕组是转子的电路部分，在交变的磁场中 感应电动势，流过电流并产生电磁转矩，转子绕组 分为笼型绕组和绕线型绕组两种，所以按转子结构 分类，异步电机可分为笼型电机和绕线式电机。
第三节 笼型转子的极数和相数
任何电机的定子和转子极数都应该相同， 否则，电磁转矩等于零，电机无法工作。绕线型 转子的极数，在设计时通过转子绕组的适当联结， 使其与定子极数一致。笼型转子的绕组由导条加 端环构成，与绕线型转子结构不同，其极数和相 数也有自己的特点，本节就笼型转子的极数和相 数进行讨论。
根据转差率s为正（或负）的大小，三相异步 电动机可分为电动机、发电机和电磁制动三种运 行状态。
（1）电动机运行状态 0＜ s ＜1
电磁转矩T是驱动转矩，电机作为电动机运行，将 从电源吸收(输入)的电能转变为轴上的机械能(输出)。

电机学 第九章异步电机的理论分析与运行特性

电机学 第九章异步电机的理论分析与运行特性
2 2 2 2
转子静止时的异步电机
1、电压平衡式
以下标l和2区别定子和转子电路的各物理量，各种 数量均取每相值。 从电路分析角度来看，转子不动时的异步电机的电 路方程与次级侧短路时的变压器的电路方程相似

U1 E1 I1 r1 jx1 0 E I r jx
可嵌放成型线圈 大型低压电动机
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。
3、机座

作用：主要起固定和支撑定子铁心，要求有足够的 机械强度和刚度
二、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

一、异步电动机的定子

定子铁心——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。

定子绕组——电路部分——感应电势。

机座——固定和支撑定子铁心。
1. 定子铁心
散嵌绕组
2．定子槽形
成型绕组
效率和功率因数较高 绕组嵌线工艺复杂 小容量及中型低压电机

转子绕组有m2相，磁势振幅
N2kN 2 m2 F2 * 0.9 * I2 2 p N1k N 1 m1 励磁磁势 Fm * 0.9 * Im 2 p

静止时：f1=f2（磁势速度为同步速一致），磁 势平衡式
N1kN 1 N1k N 1 N2kN 2 m1 m1 m2 * 0.9 * I m * 0.9 * I1 * 0.9 * I2 2 p 2 p 2 p

《电机学》第04章在线测试

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第一题、单项选择题（每题1分，5道题共5分）1、三相绕线式异步电动机采用转子串电阻起动时（）。

A、起动电流减小，起动转矩增加B、起动电流减小，起动转矩也减小C、起动电流减小，起动转矩可能增大D、起动电流减小，起动转矩不变2、三相异步电动机的空载电流比同容量变压器大的原因是（）。

A、异步电动机是旋转的B、异步电动机的损耗大C、异步电动机有气隙D、异步电动机的漏抗大3、异步电动机负载增大时，转子磁势在空间的转速（）。

A、增大B、不变C、减小D、视负载大小而定4、绕线式异步电动机,如果转子电阻增加一倍,其他条件都不变,最大转矩将（）。

A、增大一倍B、不变C、减小一倍D、增大两倍5、一台三相六极异步电动机，接到50赫兹额定电源上，额定运行时转差率为0.02，此时转子电流的频率（）。

A、0HzB、50HzC、49HzD、1Hz第二题、多项选择题（每题2分，5道题共10分）1、绕线式异步电动机保持负载转矩不变运行,若转子串入电阻,则下列物理量减小的有（）。

A、临界转差率B、转速C、过载能力D、起动转矩E、起动电流2、绕线式异步动电机转子串电阻起动时，起动电流和起动转矩将（）。

A、起动电流增大B、起动电流减小C、起动转矩增大D、起动转矩减小3、异步电动机堵转时（）。

A、堵转电流很大B、堵转电流很小C、堵转转矩并不大D、定转子功率因数都很低4、异步电动机空载运行时（）。

A、定子边的功率因数很高B、定子边的功率因数很低C、转子边的功率因数很高D、转子边的功率因数很低5、异步电动机下面几种情况中，不能加额定电压的有（）。

A、转子绕组闭合并堵转B、转子绕组开路并堵转C、转子正常转动D、抽出转子第三题、判断题（每题1分，5道题共5分）1、异步电机不论处于何种运行状态，只要稳定运行，定转子磁势相对静止。

电机学课件第11章旋转电机交流绕组的电势和磁势

电机学课件第11章旋转电机交流绕组的电势和磁势
至槽的另一壁的漏磁通
端部漏磁通：匝联绕组端部的漏磁通
谐波漏磁通：谐波磁势会产生谐波磁通。电机正常运转时，谐波磁通 不会产生有用的转矩。尽管谐波磁通也能同时匝链定子和转子绕组， 也将其归入漏磁通。
漏电抗:漏磁通在定子绕组中感应漏磁电势,用漏抗压降表示: E1 jX1I1
转子绕组通过电流时，也会有漏磁通。对应的漏抗电势: E2jX2I2
三、影响漏电抗大小的因素
漏电抗对电机的性能有很大的影响。
电抗公式:
X2 fL2 fN 2 fNN i2 fN 2
i
i m m
即 电流频率、绕阻匝数、漏磁路的磁阻是决定漏磁通大小的主要因素。
比如，槽口宽则槽口漏磁通小；匝数多时，则端部漏磁通增大较多。
第11章 旋转电机交流绕组的电势和磁势
内容提要
❖旋转磁场是交流电机工作的基础。 ❖在交流电机理论中有两种旋转磁场：
(1)机械旋转磁场（二极机械旋转磁场，四极机械旋转磁场） (2)电气旋转磁场（二极电气旋转磁场，四极电气旋转磁场）
❖通过原动机拖动磁极旋转可以产生机械旋转磁场。 ❖三相对称的交流绕组通入三相对称的交流电流时会在电机的气隙空间 产生电气旋转磁场。 ❖两种旋转磁场尽管产生的机理不相同，但在交流绕组中形成电磁感 应的效果是一样的。 ❖交流绕组处于旋转磁场中，并切割旋转磁场，产生感应电势。
总串联匝数
N1
2 pqN y a
双层绕组要考虑到短距系数: E p 4 .4 4 f1 N 1 k q k y 1 4 .4 4 f1 N 1 k w 1
绕组系数：kw1= ky kq
5.本节小结：
❖正弦分布的以转速n1旋转的旋转磁场，在三相对称交流绕组中会感应 出三相对称交流电势。 ❖感应电势的波形与磁场分布波形相同，为正弦波。 ❖感应电势的频率为 f = pn/60（Hz） ❖每相电势的大小为 Ep1 =4.44 f N1Φ1Kw1 ❖绕组系数:kw1= ky kq, kq= sin(qα/2) / (q sinα/2) ,ky= cosβ/2

11 异步电机的机械特性和运行特性

11 异步电机的机械特性和运行特性

电机学
异步电机机械特性

Tm∝U12；Tst∝U12；n1和sk与电压无关
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电机学教案， 太原工业学院自动化系
温志明，wasxty_99@
电机学
异步电机机械特性
（2）定子回路串入对称电阻的人为机械特性

当定子电阻r1增大时，同步转速n1不变，但临界
转矩Tm、临界转差率sk、起动转矩Tst都变小
电机学
异步电机机械特性

起动转矩与额定转矩的比值称为起动转矩倍数或 堵转转矩倍数，用kst表示，则有：
Tst k st TN

一般普通异步电动机起动转矩倍数为0.8～1.2。
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电机学
异步电机机械特性
（3）实用表达式
4
电机学教案， 太原工业学院自动化系 温志明，wasxty_99@
电机学
异步电机机械特性
异步电动机的转矩系数：

转子电流折算值：
I2
E2
pm1 N1k N 1 CT 2
r2 s

转子功率因数：
r2 2 ( ) x2 2 s
cos 2
r2 2 ( ) x2 2 s

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电机学
异步电机机械特性
3、人为机械特性

异步电动机的人为机械特性是指人为改变电动机 的电气参数而得到的机械特性。 由参数表达式可知，改变定子电压U1、定子频率 f1、极对数p、定子回路电阻r1和电抗x1、转子回 路电阻r2ˊ和电抗x2ˊ，都可得到不同的人为机 械特性。
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电机学教案， 太原工业学院自动化系
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第11章 单相异步电动机及 11章 异步电机的其它运行方式
第11章 单相异步电动机及异步电机的其它运行方式 11章 第一节 三相异步电动机在不对称电压下运行 第二节 单相异步电动机 第三节 异步发电机 第四节 异步电机的制动运行
第一节 在不对称电压下运行
一,不对称运行的分析方法 不对称运行的分析方法
(
) )
1
r2' ' r1 + c1 + j x1 + c1 x2 2s
(
正,负序的电磁功率和转矩: 负序的电磁功率和转矩: ' P p 2r ' 2 T= M = 1P M 由 M = m I2 P 1 1 ω s
Pm+ = 3I
T+ = 3 p
' 2 2+
r2' , s
r , s
Pm = 3I
T = 3 p I
' 2 2
r2' 2s
ω1
I
' 2 2 ' 2+
ω1
' 2 2
r2' 2s
三 合成转矩: 合成转矩:
' 2 r2 p ' 2 r2' ' T = T+ + T = 3 I 2+ I 2 ω1 s 2 s
由于负序转矩的存在,合成转矩小于正序转矩, 由于负序转矩的存在,合成转矩小于正序转矩,导致 起动性能和过载能力下降 .导致电机的最大转矩和过载能 力下降,起动转矩减小. 力下降,起动转矩减小.因此三相异步电动机不允许长期 在严重不对称电压下运行. 在严重不对称电压下运行. 不对称电压下三相异步电动机的曲线如图11- 不对称电压下三相异步电动机的曲线如图11-2所示
应用对称分量法, 应用对称分量法,把不对称三相电压分解为正序分 量,负序分量和零序分量. 负序分量和零序分量. 分别计算各序系统电流和转矩,然后叠加 . 分别计算各序系统电流和转矩, 一 各相序的等效电路和阻抗: 各相序的等效电路和阻抗: 不同相序电流流经电机和变压器具有不同物理性质, 不同相序电流流经电机和变压器具有不同物理性质, 具有不同阻抗参数. 具有不同阻抗参数.
1,正序等效电路
正序电压 U1+ 作用于定子绕组,便流过正序电流I1+ , 作用于定子绕组, 建立正向旋转磁场,产生正向转矩T1+ ,拖动转子与它同方 建立正向旋转磁场, 向旋转,设转子转速为n ,则正序转差率 向旋转,
n1 n s+ = =s n1
等效电路如图. 等效电路如图. 正序阻抗为: 正序阻抗为:
合成磁势
f = fa + fm
f a = Fa cos x cos ωt =
1 1 Fa cos( x ωt ) + Fa cos( x + ωt ) 2 2 1 1 f m = Fm cos( x 90°) cos(ωt ) = Fm cos(x ωt + 90 ) + Fm cos(x + ωt 90 ) 2 2
可见,较小的负序电压会产生较大的负序电流 . 可见, 例如: 例如:U1-=0.05UN,I1-=(5-7)0.05IN=(0.25—0.35)IN. 它与正序电流叠加,可能使某相电流大大超过额定电流. 它与正序电流叠加,可能使某相电流大大超过额定电流. .(掉相运行 例11—1,一相断线的运行情况.(掉相运行) 11 1 一相断线的运行情况.(掉相运行)
r2' ' Z + = r1 + jx1 + (rm + jxm ) || + jx2 s
2,负序等效电路
负序电压 U1- 作用于定子绕组,便流过正序电流I1- ,建 作用于定子绕组, 立负向旋转磁场, 它与转子方向相反, 立负向旋转磁场,产生反向转矩T1- ,它与转子方向相反,设 则负序转差率: 转速为n ,则负序转差率:
1 1 Fa cos(x ωt ) + Fa cos( x + ωt ) 2 2 1 1 f m = Fm cos( x 90°) cos(ωt ) = Fm cos( x ωt + 90) + Fm cos(x + ωt 90) 2 2 f a = Fa cos x cos ωt =
3,实际的单相异步电动机: 实际的单相异步电动机:
由于单相电机仅一个绕组工作不能自行起动. 由于单相电机仅一个绕组工作不能自行起动.实际的单相 电机往往采用两相电动机的结构形式 . 主绕组m和辅助绕组a 通常它们在空间正交,相差90 主绕组m和辅助绕组a ,通常它们在空间正交,相差 0电 角度,其匝数,线径和匝数分布均不同, 角度,其匝数,线径和匝数分布均不同,通入相位不同的两 相电流,这两相绕组的磁动势为: 相电流,这两相绕组的磁动势为:
2,单相异步电动机的起动问题: 单相异步电动机的起动问题:
观察T 观察T—s曲线. 曲线. ⑴ 起动转矩等于零 当 s = l 时 , T+ = T- , T = 0 , 单相 T+= 电机仅一个绕组工作不能自行起动. 电机仅一个绕组工作不能自行起动. ⑵ 转动后单相电机可以在一个绕组情况下运行 转子转动后, Z+> 转子转动后,则Z+>Z-,T+>T-,T≠O.但由于有负序转矩存在,所 T+> 但由于有负序转矩存在, 以其过载能力和效率均有所降低. 以其过载能力和效率均有所降低. ⑶ 理想空载状态也达不到同步转速 因有负序转矩存在,即使转轴上不带任何负载, 因有负序转矩存在,即使转轴上不带任何负载,转子电流也不可 能为零,单相电机达不到同步转速. 能为零,单相电机达不到同步转速.
a a+ a
设转子的旋转方向为自a相转向m 设转子的旋转方向为自a相转向m相, 由于a相与m相互差90 由于a相与m相互差900,则有
I a + = jI m + I a = jI m
1 I m+ = I m = I m 2
相量图为
电压分量 Um+ = Im+Z+ Um = ImZ
⑵ 电容起动电动机
如图所示, 如图所示,辅助绕组和电容 仅在起动时工作,起动后切除. 仅在起动时工作,起动后切除.
特点:合理选择电容器和主辅绕组匝数,使起动时气隙磁场 特点:合理选择电容器和主辅绕组匝数, 接近圆形旋转磁场.可以有较高的起动转矩 较高的起动转矩. 接近圆形旋转磁场.可以有较高的起动转矩. 电动机起动后,在离心力作用下断开常闭触点,自动 电动机起动后,在离心力作用下断开常闭触点, 切断辅助电路——单相运行 切断辅助电路——单相运行
二,单相异步电动机的起动问题分析: 单相异步电动机的起动问题分析:
分析辅助绕组开路(仅有一相绕组)时的情况. 分析辅助绕组开路(仅有一相绕组)时的情况. 1,用对称分量法计算单相绕组的转矩: 对称分量法计算单相绕组的转矩: 辅助绕组开路时,有 Ia=0 辅助绕组开路时, 分解成对称分量
I m = I m+ + I m I =I +I =0
f = f a + f m = F cos ( x ω t )
合成的气隙磁场圆形旋转磁场
三,单相异步电动机的起动方法和类型
根据起动方法和运行方式不同,单相异步电动机可分为 根据起动方法和运行方式不同, 以下几种类型. 以下几种类型. 1,电容电动机(电容分相) 电容电动机(电容分相) 将主绕组固定接单相电源,辅助绕组串联电容器后接单相 将主绕组固定接单相电源, 电源,电容的作用使主,辅助绕组电流不同相 电容分相. 电源,电容的作用使主,辅助绕组电流不同相——电容分相. 电容分相 合理选择电容器和主辅绕组匝数, 合理选择电容器和主辅绕组匝数,能使起动或额定运行时 气隙磁场接近圆形旋转磁场, 气隙磁场接近圆形旋转磁场,因此它有较高的起动转矩或较好 的运行性能. 的运行性能.根据电容器的不同串接方式电容电动机又可分为 下面三种. 下面三种.
二 各序系统电流和转矩计算: 各序系统电流和转矩计算: 当外施三相不对称电压为已知时, 当外施三相不对称电压为已知时,可计算则可求出各 序的电压分量. 序的电压分量. U 1+, U 1+ 和 U 10=0 并可求得正, 并可求得正,负序定子电流 .
I 1+ = I 1 U 1+ Z+
U 1 = Z
叠加, 叠加,求得三相定子电流 .
I A = I1+ + I 1 = α 2 I + α I IB 1+ 1 I C = α I1+ + α 2 I1
由等效电路求出转子电流, 由等效电路求出转子电流,
' I 2+ =
' I 2 =
U 1+ r2' ' r1 + c1 + j x1 + c1 x2 s U
叠加,有:U = Um+ +Um = I m+ Z+ + I mZ 叠加,
电流分量 等效电路为: 等效电路为:
I m+ = I m =
U Z+ + Z
U = U m + + U m = I m + Z + + I m Z
计算转矩, 计算转矩,由
rm + jxm r2' (rm + jxm ) + + jx2' s rm + jxm ' I 2 = I m r2' ' (rm + jxm ) + + jx2 2s ' I 2+ = I m+
Pm + = 2 I