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第五章 三相异步电动机2

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变压器与三相异步电动机

变压器与三相异步电动机

把此部分（带
负载）看成一
新的负载，用
RL` 表示。忽略 变压器损耗。
则I有12 R：L'

I
2 2
RL
又因为：I1 U2 N1 I2 U1 N2 有：
RL'


N1 N2
2
RL
电路图
此式表明R’L是 RL在变压器一 次侧中的交流
等效电阻
变换阻抗前输出功率小
变换阻抗后输出功率大
第五章 变压器和异步电动机
变压器主要功能是改变交流电压的大
主 小。 电动机改变电流、变换阻抗等。 要
内 电动机主要功能是把电能转换为机
容 械能来拖动生产机械运行。他们在生 产和生活中被广泛应用。
主要内容
§5－1 变压器
变压器的作用及结构 变压器的工作原理 常用变压器
§5－2 三相异步电动机
三相笼型异步电动机的结构 三项笼型异步电动机的工作原理 三相异步电动机铭牌识读及维护
定子——电动机静
止部分，包括机座、定
子铁心和定子绕组。产
生旋转磁场。
结
构
转子——电动机的
旋转部分，包括转轴、
转子铁心和转子绕组。
产生电磁转矩。
三相笼型异步电动机结构图
1．定子
作用是产生旋转磁场
机座 铸铁或铸钢制成。作用是固定铁心和铁心绕组， 通过 前后两个端盖支撑转子轴。机座表面铸有散热 筋，以增加散热面积，提高散热效果。
电焊变压器原理图
为满足上述要求：电弧变压 器二次绕组与一铁心有一定 空隙的电抗器串联，转动螺 杆可改变空隙。空气隙越大， 感抗减小，电流增大；反之 空气隙减小，电流较小。
交流弧焊机
电弧焊对电弧变压器的要求：空载 应有60~75V的引弧电压，带载时二 次电压迅速下降，当焊条与焊件间 产生电弧并稳定燃烧时，维持电弧 正常点压约为25~35V。焊条与工件 相碰瞬间，短路电流不能过大，以 免烧坏电机，且为能适应不同罕件 和焊条，焊接电流大小要能调节。

第五章异步电机

第五章异步电机

原因：起动时 n=0 ，转子导条切割磁力线速度很大。
转子感应电势
转子电流
定子电流
影响： 频繁起动时造成热量积累 大电流使电网电压降低
电机过热
影响其他负载工作
二、三相异步机的起动方法：
（1） 直接起动。二三十千瓦以下的异步电动机一般 采用直接起动。
（2） 降压起动。 Y－ 起动
自耦降压起动 （3）转子串电阻起动。
T U2
单位 （N .m）
5.3.2 机械特性
T
K
sR2 U12 R22 (sX 2s )2
在U1 及R 2 一定时， T 仅随 S 变化
将 s n1 n 代入上式 n1
得特性曲线：
得特性曲线：
T T f (S)
n n f (T )
n
s1
0
1
T
最大转速n=n1时
启动时n=0
三个重要转矩
启动前的漏磁感抗
5 转子功率因数
cos2
R2
R22 X 22
R2 R22 (sX 2s )2
6 定子电流和定子功率因数
空载时，转子电流约为零，定子电流很小主要用来励磁。 当带上负载后，转子电流增加，定子电流随之增加，这 一点与变压器类似。
电动机的功率因数即为定子功率因数，功率因数角即为 U1 与 I1 的夹角。
Tst
K
R2U
2 1
R22
X
2 20
R2 Tst
第五章 异步电机
5.1 三相异步电动机的结构与工作原理 5.2 三相异步电动机的电磁转矩与机械特性 5.3 三相异步电动机的启动、调速和制动
5.1 三相异步电动机的结构及工作原理
电动机的分类 交流电动机

chap5 第5章 三相异步电动机原理2-1

chap5 第5章 三相异步电动机原理2-1
第5章 三相异步电动机 原理-2
第一节 三相异步电动机运行时的电磁过程 当三相异步电动机的定子绕组接到对 称三相电源时，定子绕组中就通过三相 交流电流。若不计谐波和齿槽影响，这 个对称三相交流电流将在气隙内形成按 正弦规律分布、并且以同步转速ns旋转 的旋转磁动势F1，由旋转磁动势F1建立 旋转的气隙主磁场Bm。 这个旋转磁场切割定子、转子绕组， 分别在定子、转子绕组内感应出定子电 动势和转子电动势。在转子电动势作用 下转子回路中有对称三相电流流过。于 是，在气隙磁场和转子电流的相互作用 下，产生了电磁转矩，转子就顺着旋转 磁场的方向转动。
异步电动机 的电流比
励磁电流
m1 N1kW 1 m2 N 2 kW 2 F2 0.9 I 2 0.9 I2 2 p 2 p
（二）电动势平衡方程式
U1 ( E1 ) ( E1 ) I1r1 E2 s ( E2 s ) I 2 (r2 R )
异步电动机带有负载后，转子转速降低，设转子以 转速 旋转，此时显然，旋转磁场的同步转速和转 子转速之间有一个同方向的相对运动，即旋转磁场 以转速差 n n 在切割转子绕组，电磁关系也将发 s 生变化。
n
I2 负载时，不再认为 E 2s 0 ， 0 ，且 I 2 也形成 了磁动势 F 2 ，要弄清异步电机负载的物理情况，首 先要分析转子磁动势的性质。
m1 N1kW 1 m2 N 2 kW 2 m1 N1kW 1 0.9 I1 0.9 I 2 0.9 Im 2 p 2 p 2 p
ki
令 I 1 I 则 2 2
I1 I m ( I 2 )
负载电流
m1 N1kW 1 ki m2 N 2 kW 2

第五章 三相异步电动机

第五章 三相异步电动机

4.2 三相异步电动机的启动
所谓三相异步电动机的启动过程是指三相异步电动机从接入 电网开始转动时起，到达额定转速为止这一段过程。 根据上一节的分析知，三相异步电动机在启动时启动转矩 Tst 并 不大，但转子绕组中的电流 I很大，通常可达额定电流的 4～ 7倍， 从而使得定子绕组中的电流相应增大为额定电流的4～7倍。这么 大的启动电流将带来下述不良后果。 （1）启动电流过大使电压损失过大，启动转矩不够使电动机 根本无法启动。 （2）使电动机绕组发热，绝缘老化，从而缩短了电动机的使 用寿命。 （3）造成过流保护装置误动作、跳闸。 （4）使电网电压产生波动，进而形成影响连接在电网上的其 他设备的正常运行。 因此，电动机启动时，在保证一定大小的启动转矩的前提下， 还要求限制启动电流在允许的范围内。
（三）旋转磁场的转速
定子磁场的转速称为同步转速，大小为： f1 —电网频率； P —磁极对数
60 f1 n1 p
同步转速与极对数之间对应关系 (f1=50HZ)
极对数 p 同步转速 n1（r/min）
1 3000
2 1500
3 1000
4 750
5 600
6 500
二、三相异步电动机的转动原理
7、转速
8、绝缘等级
A
E
120
B 130
极限温度（0C） 105
9. 工作制
铭牌上的“工作制”又称“定额”，按规定分为“连续” （代号为S1）、“短时”（代号为S2）和“断续”（代 号为S3）等。连续工作制的含义为该电动机可以按铭牌上 标定的功率长时间连续运转，而温升不会超过允许值。
10. 防护等级
二、三相电动机的铭牌数据

要正确使用电动机，必须要看懂铭牌。今以 Y132M-4型电动机为例，来说明铭牌上各个数 据的意义。

三相异步电动机教案

三相异步电动机教案

三相异步电动机教案第一章：三相异步电动机概述1.1 学习目标了解三相异步电动机的定义和工作原理掌握三相异步电动机的结构特点和分类理解三相异步电动机在工业中的应用和重要性1.2 教学内容三相异步电动机的定义和工作原理三相异步电动机的结构特点和分类三相异步电动机在工业中的应用和重要性1.3 教学方法采用多媒体教学，展示三相异步电动机的图片和动画通过实物展示三相异步电动机的结构特点案例分析，让学生了解三相异步电动机在实际工业中的应用1.4 教学评估进行小组讨论，让学生分享对三相异步电动机的理解进行小组实验，观察三相异步电动机的工作原理第二章：三相异步电动机的启动和停止2.1 学习目标掌握三相异步电动机的启动和停止方法理解不同启动和停止方法的优缺点和适用场合2.2 教学内容三相异步电动机的启动方法：直接启动、自耦启动、星角启动三相异步电动机的停止方法：直接停止、软停止、反接制动2.3 教学方法通过实验演示不同启动和停止方法的效果采用模拟电路，让学生了解不同启动和停止方法的电路原理2.4 教学评估进行小组实验，让学生实际操作三相异步电动机的启动和停止进行小组讨论，让学生分析不同启动和停止方法的优缺点和适用场合第三章：三相异步电动机的调速3.1 学习目标掌握三相异步电动机的调速方法和原理了解不同调速方法的优缺点和适用场合3.2 教学内容三相异步电动机的调速方法：变频调速、电阻调速、电容调速三相异步电动机的调速原理和电路3.3 教学方法通过实验演示不同调速方法的效果采用模拟电路，让学生了解不同调速方法的电路原理3.4 教学评估进行小组实验，让学生实际操作三相异步电动机的调速进行小组讨论，让学生分析不同调速方法的优缺点和适用场合第四章：三相异步电动机的维护和故障排除4.1 学习目标掌握三相异步电动机的维护方法和故障排除技巧了解三相异步电动机的常见故障和原因4.2 教学内容三相异步电动机的维护方法：定期检查、清洁、润滑三相异步电动机的故障排除技巧：故障诊断、故障分析、故障排除4.3 教学方法通过实验演示三相异步电动机的维护方法案例分析，让学生了解三相异步电动机的常见故障和原因4.4 教学评估进行小组实验，让学生实际操作三相异步电动机的维护进行小组讨论，让学生分享对三相异步电动机故障排除的经验和技巧第五章：三相异步电动机的节能和环保5.1 学习目标掌握三相异步电动机的节能措施和环保意义了解三相异步电动机节能和环保的重要性5.2 教学内容三相异步电动机的节能措施：变频调速、优化运行、减少损耗三相异步电动机的环保意义：减少能源消耗、减少噪音和排放5.3 教学方法通过实验演示三相异步电动机的节能效果案例分析，让学生了解三相异步电动机节能和环保的实际应用5.4 教学评估进行小组实验，让学生实际操作三相异步电动机的节能措施进行小组讨论，让学生分享对三相异步电动机节能和环保的认识和体会第六章：三相异步电动机的保护6.1 学习目标掌握三相异步电动机的保护装置和功能了解三相异步电动机保护的重要性6.2 教学内容三相异步电动机的保护装置：过载保护、短路保护、过电压保护、欠电压保护三相异步电动机保护的功能和工作原理6.3 教学方法通过实验演示三相异步电动机保护装置的作用采用模拟电路，让学生了解不同保护装置的电路原理6.4 教学评估进行小组实验，让学生实际操作三相异步电动机的保护装置进行小组讨论，让学生分析不同保护装置的功能和适用场合第七章：三相异步电动机的选用和安装7.1 学习目标掌握三相异步电动机的选用方法和步骤了解三相异步电动机的安装要求和技术要点7.2 教学内容三相异步电动机的选用方法：根据负载特性、工作环境、转速要求等选择合适的电动机三相异步电动机的安装要求和技术要点：固定、接线、绝缘、防护措施7.3 教学方法通过实验演示三相异步电动机的选用过程现场参观，让学生了解三相异步电动机的安装实际情况7.4 教学评估进行小组实验，让学生实际操作三相异步电动机的选用过程进行小组讨论，让学生分享对三相异步电动机安装的认识和体会第八章：三相异步电动机的运行控制8.1 学习目标掌握三相异步电动机的运行控制方法和电路了解不同运行控制方法的功能和适用场合8.2 教学内容三相异步电动机的运行控制方法：手动控制、自动控制、远程控制三相异步电动机的控制电路和控制元件8.3 教学方法通过实验演示三相异步电动机的运行控制过程采用模拟电路，让学生了解不同运行控制方法的电路原理8.4 教学评估进行小组实验，让学生实际操作三相异步电动机的运行控制进行小组讨论，让学生分析不同运行控制方法的功能和适用场合第九章：三相异步电动机在工业中的应用9.1 学习目标了解三相异步电动机在工业中的典型应用掌握三相异步电动机在不同工业领域的应用特点和优势9.2 教学内容三相异步电动机在工业中的典型应用：机械制造、石油化工、电力系统、交通运输三相异步电动机在不同工业领域的应用特点和优势9.3 教学方法现场参观，让学生了解三相异步电动机在实际工业中的应用情况案例分析，让学生分享对三相异步电动机应用的认识和体会9.4 教学评估进行小组讨论，让学生分享对三相异步电动机在工业中应用的认识和体会进行小组报告，让学生展示对不同工业领域三相异步电动机应用的研究成果第十章：三相异步电动机的未来发展10.1 学习目标了解三相异步电动机的发展趋势和新技术掌握三相异步电动机的节能环保和可持续发展方向10.2 教学内容三相异步电动机的发展趋势：高效节能、智能化、绿色环保三相异步电动机的新技术：变频调速、无级调速、永磁同步电动机10.3 教学方法案例分析，让学生了解三相异步电动机的发展趋势和新技术小组讨论，让学生分享对三相异步电动机未来发展的认识和体会10.4 教学评估进行小组报告，让学生展示对三相异步电动机未来发展的研究成果进行小组讨论，让学生分析三相异步电动机节能环保和可持续发展的重要性重点和难点解析重点环节1：三相异步电动机的定义和工作原理需要重点关注的内容：电动机的结构特点、旋转磁场的作用、转子与旋转磁场的相对运动、电动机的转速与同步速度的关系。

第5章 三相异步电动机的基本原理(电机及拖动基础)

第5章 三相异步电动机的基本原理(电机及拖动基础)

第五章三相异步电动机的基本原理主要讲授内容：三相异步电动机的工作原理、结构、运行特性、等效电路、参数测量、转矩转差的关系等，是必须掌握的内容，使本课程的重点。

是在现代工业中正被大量应用的机电能量转换装置，是后续课程《电力拖动》课程的基础。

讨论：三相异步电动机What？三相异步电动机的用途、结构？How？三相异步电动机的工作原理？第一节三相异步电动机的结构及额定参数一、异步电动机的主要用途和分类用途：异步电机主要用作电动机，拖动各种生产机械。

异步电动机的优点：结构简单、容易制造、价格低廉、运行可靠、坚固耐用、运行效率较高和具有适用的工作特性。

采用现代电力电子功率器件和计算机技术可得到良好的调速性能。

已经取代直流电动机，成为应用广泛的调速系统。

异步电动机的缺点：功率体积比较小。

功率因数较差。

直接接电网运行时，必须从电网里吸收滞后的励磁电流，使它的功率因数总是小于１。

通过控制器可以使这一缺点得到改善。

异步电动机运行时，定子绕组接到交流电源上，转子绕组自身短路，由于电磁感应的关系，在转子绕组中产生电动势、电流，从而产生电磁转矩。

所以，异步电机又叫感应电机。

二、异步电动机的分类从不同角度看，有不同的分类法：（1）按定子相数分有①单相；②三相异步电动机。

（2）按转子结构分有①绕线式；②鼠笼式。

后者又包括单鼠笼、双鼠笼和深槽式异步电动机。

此外，根据电机定子绕组上所加电压的大小，又有高压、低压异步电动机之分。

从其它角度看，还有高起动转矩、高转差率、高转速异步电机等等。

异步电机也可作为异步发电机使用。

单机使用时，常用于电网尚未到达的地区，又没有同步发电机的情况，或用于风力发电等特殊场合上。

在异步电动机的电力拖动中，异步电机回馈制动时，即运行在异步发电机状态。

风叶铁心绕组轴承滑环绕线电动机转子笼型绕组导条端环1、异步电动机的定子：异步电动机的定子是由机座、定子铁心和定子绕组三个部分组成的。

（1）定子铁心：是电动机磁路的一部分，装在机座里。

第5章异步电动机二

第五章 异步电动机（二）—— 三相异步电动机的运行原理及单相异步电动机
以变压器的运行理论为基础，分析异步电动 机运行时的电磁物理过程，导出电动势和磁动势 的平衡方程式，画出相量图，求出真等效电路。 最后分析它的电磁转矩和运行性能。
§5-1 三相异步电动机运行时的电磁过程
一、异步电动机空载运行时的物理情况
N1 N2 为定子、转子绕组一相串联的匝数
f1
是定子通电频率。
Kw 是绕组因数。
在这种运行状态下，转子绕组中呈有感应电动势，
但由于开路转子电流的为？不会产生电磁转矩，转子 呈禁止不动的（ ）n。 0同此转子绕组切割磁场的速 度和定子绕组相同。
由于定子电流除了产生磁通 m 之外，还产生定 子漏磁通 1 ，它必然在定子绕组中产生漏电动势和 变压器一样用漏抗压降来表示：
U1
I0 F10
I2 F2 0
1 E1 Fm0 m
E1 E 20
二、异步电动机负载运行时的物理情况
特点 转子绕组中出线电流,这一电流也要形成磁动
势和磁场。 （一） 转子磁动势的分析
转子磁动势 F2也是一个旋转磁动势，并在空间 按正弦规律分布，以绕线式异步电动机为例。
（二）绕组归算
用一个相数、每相串联的匝数以及绕组因数 和定子绕组一样的绕组代替经过频率归算后的转 子绕组。
归算后转子各量的归算值用加“ ′”表示。
1、转子电流的归算
根据转子磁动势不变，可得
0.9
m1 2
N1Kw1 p
I2

0.9
m2 2
N2Kw2 p
I2
I I I m2N2Kw2
F1 F2 Fm Bm (m )
或
F1 Fm (F2 )

第五章 三相异步电动机的运行原理及单相异步电动机

等效电路法是分析异步电动机的重要手段。在异步电动机中， 作等效电路遇到的两大障碍是： (1)定转子电路的频率不相同； (2)定转子边的相数，匝数，绕组系数等不相等。 （一）频率归算 频率归算—— 保持整个电磁系统的电磁性能不变，把一种频率的 参数和物理量换算成另一种频率的参数和物理量。在这里，就是用 一个具有定子频率而等效于转子的电路去代换实际转子电路。
异步电动机空载运行时，建立气隙磁场Bm的励磁磁场Fm0就是定 子绕组产生的三相基波合成磁动势F10即Fm0=F10
第五章 三相异步电动机的运行原理及单相异步电动机 空载的情况下：n≈ns, I2≈0
当电机带有机械负载后：n<ns, I2增大。 （一）转子磁动势分析 不论转子是绕线型还是笼 型，转子磁动势F2都是一种旋 转磁动势。
f2 60 60 ns sf1
f2为转差频率，转子电流形成的转子磁 动势F2的旋转方向与F1的旋转方向相同， 它相对于转子的转速为Δ n，而相对于 定子的转速为Δ n+n=ns
第五章 三相异步电动机的运行原理及单相异步电动机 （二）磁动势平衡 转子磁动势F2与定子磁动势F1相对静止，得到合成磁动势F1+F2 负载时 F1 F2 Fm Bm (m )
RΩ 为转子电阻的外加电阻
E1 Im Zm Im (Rm jXm )
Zm为表征铁心磁化特性和铁耗的一个综合参数，称为励磁阻 抗；Xm称为励磁电抗；Rm为反映铁耗的励磁电阻。 E1 jI1 X1 E2s jI2 X 2s
定子漏电抗 转子漏电抗
E2s j4.44 f 2 N2kW 2m j4.44 f1N2kW 2m s
异步电动机的负载运 行时的电磁关系

《电机原理及拖动》交流部分习题答案要点

第五章 三相异步电动机原理5-1 什么是空间电角度，它与空间几何角度有什么关系？答：一个圆的空间几何角度（也称机械角度）是360度。

但从电磁的观点来说：电机转子在旋转时每经过一对磁极，其绕组感应的电量（如感应电动势）就相应地变化一个周期，因此，将一对磁极对应的空间几何角度定义为360度电角度。

空间电角度与电机的极对数P 有关，即：空间电角度=空间几何角度⨯P 。

例：一台6极异步电机（P=3），其转子转一周就经过3对磁极，转子绕组中感应电动势交变3个周期，即：空间电角度=360⨯3=1080度电角度。

5-2 绕组的短矩和分布为什么能消减高次谐波？ 答：短距系数：基波： ⎥⎦⎤⎢⎣⎡︒⋅=90sin τy k y 谐波：⎥⎦⎤⎢⎣⎡︒⋅⋅=90sin τννyk y 短距对于基波电动势的影响很小，但对于高次谐波的短距系数可能很小，甚至为零，因此，短距能有效地消减高次谐波。

分布系数：基波：⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛=2sin 2sin ααq q k p谐波：⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛=2sin 2sin νααννq q k p相临元件所夹空间电角度对基波来说是α，对于ν次谐波则为να，因此相临元件的ν次谐波电动势相位差很大，完全可能使相量和大为减小，甚至为零。

所以，分布能有效地消减高次谐波。

5-3 何谓相带，在三相电机绕组中为什么常采用600相带，而很少采用1200相带？ 答：按每相绕组在圆周上连续占有空间的电角度（俗称相带）分类：有120°相带、60°相带和30°相带等绕组。

通常三相交流电机采用 60°相带绕组。

在相同串联导体数下,60°相带绕组感应电动势约比120°相带绕组的感应电动势大 15％以上。

30°相带绕组虽然可以进一步提高绕组利用率，但由于其绕组制造复杂，而感应电动势提高不多，故仅用在一些有特殊要求的场合，例如用于高效率电动机中。

三相异步电动机的基本结构和工作原理ppt课件

可知，此时旋转磁场的旋转方向将变为A→C→B，即向逆时针方向 旋转，如图所示，即与未对调前的旋转方向相反。
由此可见，要改变旋转磁场的旋转方向，只要把定子绕组接到
电源的三根导线中的任意两根对精调选p即pt 可。
17
（一）旋转磁场
（1）旋转磁场的产生
图 6.2.2 精选二pp极t 旋转磁场
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假设每相绕组只有一个线匝，分别嵌放在定子内圆周的6个凹 槽之中。现将三相绕组的末端X、Y、Z相连，首端A、B、C接三相 交流电源。且三相绕组分别叫做A、B、C相绕组。如图所示。
精选ppt
9
假定定子绕组中电流的正方向规定为从首端流向末端，且A相 绕组的电流作为参考正弦量，即 iA的初相位为零，则三相绕组A、B、C的
旋转磁场的旋转方向为从A→B→C，即向顺时针方向旋转。
精选ppt
15
如果将定子绕组接至电源的三根导线中的任意两根线对调，例 如，将B，C两根线对调，使B相与C相绕组中电流的相位对调，如 图所示。
精选ppt
16
此时A相绕组内的电流超前C相绕组内的电流2 /3，而C相绕 组内的电流又超前B相绕组内的电流2 /3，用上述同样的分析方法
此时的合成磁场如图 （d）所示，合成磁场已从 t=0 瞬间所在位置顺时针方
向旋转了 。
精选ppt
14
按以上分析可以证明：当三相电流随时间不断变化时，合成磁 场也在不断旋转，故称旋转磁场。
2．旋转磁场的旋转方向
A相绕组内的电流超前B相绕组内的电流2 /3，而B相绕组内的 电流又超前C相绕组内的电流2 /3，当三相交流电的A→B→C ，
电流（相序为A—B—C）的瞬时值为：
iAImsi nt
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• 考虑到线圈的匝数后：
E y 4.44 fN y1
短距线圈中的感应电势
• 线圈的两个有效边在磁场中相距为y1,其感应电势相位差 是180-β电角度。 • 短距角：

y1 180 0
• 短距线圈的感应电势： E y 2 En1 cos • 短距系数： k y1 短距线圈电势＝
• F＋最高点的运行轨迹为x＝t ，即最高点的位置随时间
以角速度ω运动（速度= x / t ＝ ）。 • F－最高点的运行轨迹为x＝－t ，即最高点的位置随时 间以角速度－ω运动。
• F+波是一个旋转波，在气隙空间以角度 速ω旋转，转速为：
n 60

p 2
60
2f 60 f p 2 p
通常，主极磁场的分布与磁极中心线相对称， 故气隙磁 场中含有奇次空间谐波。 ＝1、3、5…
1、主极磁场产生次谐波的性质
• 极对数为基波的倍，极距为基波的1/ ，随主极一起 以同步转速在空间移动。即
p p;
• 谐波频率：
f
p n pn 1 f1 60 60
线圈组的感应电势
• 矢量式
E yz E y1 E y 2 E y 3
• 分布系数：
分布绕组的感应电势 集中绕组的感应电势 q sin Eq 2 ＝ qEy q sin 2 k q1
• 线圈组的电势：
Eq 4.44 fqN y1 k q1
3、一相绕组的电势
; n n1
• 谐波电动势的有效值： E 4.44 f N k w
为次谐波的磁通量，
k w k y k q (sin y1

2

B l
k w 为次谐波的绕组系数，

900 ) (
sin
q sin
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。 其表达式为：
f y1 Fy1 cos x cos t
2、 （1）整距分布绕组的磁势
• 由q个线圈构成的线圈组，由于线圈与线圈之间错开一个 槽距角，称为分布绕组。
• 取单个线圈的基波进行分析（为正弦脉振磁势），q个 正弦脉振磁势在空间依次错开一个槽距角； • 线圈组的磁势为：
• 单相绕组产生的基波磁势仍然是正弦脉振磁势，磁势幅 值位置与绕组轴线重合，时间上按正弦规律脉振。
f 1 F 1 cos x cos t
考虑单相绕组电流产生的谐波磁势， 其统一表达式为：
I aN1 I N1 F 0.9 2q kq k y 0.9 k w a 2 pq p 1
• 单相正弦脉动磁势可以分解为两个转向 相反的旋转磁势。
三相基波磁势合成旋转磁势
ia
• 三相对称电流：
2 I cos t 2 I cos( t - 120 0 ) 2 I cos( t 120 0 )
ib ic
•三相对称电流通过三相对称绕组时各自产生的磁势：
1 1 f a F1 cos x cos t F 1 cos(x t ) F1 cos(x t ) 2 2 1 1 0 0 f b F1 cos(x 120 ) cos( t 120 ) F 1 cos(x t ) F 1 cos(x t 240 0 ) 2 2 1 1 0 0 f c F1 cos(x 240 ) cos( t 240 ) F1 cos(x t ) F 1 cos(x t 480 0 ) 2 2
双层绕组的电势
• 双层绕组每对极每相有2q个线圈，构成两个线圈组， 共2p个线圈组； • 这2p个线圈组可并可串，总串联匝数
每相总匝数 2 pqNy N1 ＝ 并联支路数 a
• 双层绕组要考虑到短距系数：
E 4.44 fN 11 k y1k q1 4.44 fN 11 k w1
k w1 k y1k q1
§5－4交流绕组建立的磁动势
一、交流电机定子单相绕组的磁势 1、单个整距集中绕组的磁势 • 一个整距线圈在异步电机中产生的磁势
矩形脉振磁势
• 磁力线穿过转子铁心，定子铁心和两个气隙 • 相对于气隙而言，由于铁心磁导率极大，其上消耗的磁 势降可以忽略不计 ，线圈在一个气隙上施加的磁势为：
1 f y N yiy 2
• 单相绕组产生的谐波磁势也是正弦脉振磁势，时间上按 正弦规律脉振。
f F cosx cos t
二、三相基波旋转磁势
单相正弦脉振磁势的分解：
• 设A相绕组通过电流： ia
• 其基波磁势为:
2 I cos t
f a F 1 cos x cos t
1 1 f a F1 cos(x t) F1 cos(x t) F F2 2
q 2 )

2
2、谐波的弊害
高次谐波：
• 对于发电机，电动势波形变坏， 降低供电质量；
• 本身杂散损耗增大， 效率下降， 温升增高；
• 对邻近线路产生干扰。
3、消除谐波的方法
根据 E 4.44 f Nkw 减小 k w 或 可降低谐波。 （1）采用短距绕组 适当地选择线圈的节距， 使得某一次谐波的短距系数 等于或接近零， 达到消除或减弱该次谐波的目的。
§5－3 交流绕组的感应电动势
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 通过原动机拖动磁极旋转可以产生机械旋转磁场；
(2) 电气旋转磁场
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；
交流绕组处于旋转磁场中，并切割旋转磁场，产生感应电势。
k w1 k y1k q1

2 sin(
k y1 cos来自y1 90 0 )
kq1
sin
q 2
q sin

2
二、相绕组中的高次谐波电动势
由于种种原因（定转子铁芯开槽、主极的外形、铁心的饱 和、气隙磁场的非正弦分布）， 主极磁场在气隙中不一 定是正弦分布(见教材图5-6至图5-8）， 此时绕组的感应 电动势中， 除基波外还有一系列高次谐波电动势。
旋转磁场
机械旋转磁场
电气旋转磁场
一、相绕组中的基本电动势
• 交流绕组的构成：导体--线圈--线圈组--一相绕组-三相绕组 。
1、导体中的感应电势
• 感应电势的波形
• 感应电势随时间变化 的波形和磁感应强度在 空间的分布波形相一致。
ex (t ) Bxlv
• 只考虑磁场基波时， 感应电势为正弦波。
感应电势的大小
• 导体感应电势 En max B lv • 导体与磁场的相对速度：
v 2 p n/ 60
• 磁感应强度峰值和平均值之间的关系：
B

2
Bp ;
• 感应电势最大值：
En max

2
B pl 2 f f ( B pl ) f 1
• 感应电势的有效值： En
• 如果通过线圈的电流为正弦波， 则矩形波的高度也 将按正弦变化。 •一个位置固定，幅 值随时间按正弦变 化，矩形脉振磁势。
矩形波脉振磁势的分解
• 脉振磁势可以表示为 2 fy N y I y cos t Fy cos t 2
2 Fy N y I y 为幅值 2
• 按照富立叶级数分解的方法可以把矩形波分解为基波和 一系列谐波 • 基波幅值为： 4 4 2 Fy1 Fy N y I y 0.9 N y I y 2 • 高次谐波的幅值为 1 1 Fy Fy1 0.9 N y I y
整距线圈电势 2 En1 cos 2 En1

2
4.44 fN y1k y1

2 cos sin( y1 90 0 ) 2
• 短距系数小于1，故短距线圈感应电势有所损失；但短距 可以削弱高次谐波.
线圈组的感应电势
• 每对极下属于同一相的q个线圈，构成一个线圈组。图中q=3 • 每个线圈的感应电势由两个线圈边的感应电势矢量相加而成。 • 整个线圈组的感应电势由所有属于该组的导体电势矢量相加。
y1 0 y1 0 2k 0 k yv sin 90 0 90 k 180 y1 (k 1,2,)
跨距的选择（1）
对于
y1
2k


例：为消除5次谐波
2 4 y1 , 或 y1 ， 5 5
从不过分消除基波和用铜考虑， 应选尽可能接近于整距的 短节距。即2k＝－1， 1 y1 此时，

N yiy 2
3、 单相绕组磁势的统一表达式
• 为了统一表示相绕组的磁势，引入每相电流I、每相串联 匝数N1等概念。
2 pqNy pqNy I I y ; N1 (双层绕组）；N1 (单层绕组） a a a
• 统一公式：
I aN1 I N1 F 1 0.9 2q kq1k y1 0.9 k w1 a 2 pq p
换言之， 为了消除第次谐波， 只要选比整距短 的短距线圈
采用分布绕组
4 6 对于5次谐波， 选用 对于7次谐波， 选 5 7 用 5 短距绕组往往采用 , 主要考虑同时减小5次、7次谐波。 6
（2）采用分布绕组
k q
sin q q sin

2

2
就分布绕组来说， 每极每相槽数q越多， 抑制谐波 电动势的效果越好， 但q增多， 意味总槽数增多， 电机成本提高。
感应电势的频率
• 磁场转过一对极，导体中的感应电势变化一个周期； • 磁场旋转一周，转过p（电机的极对数）对磁极； • 转速为n（r/min)的电机，每秒钟转过(pn/60)对极； • 导体中感应电势的频率f=(pn/60)Hz. • 问题：四极电机，要使得导体中的感应电势为50Hz, 转速应为多少？