第3章异步电机的基本理论

电机学
第3章 交流电机的基本理论
河海大学 华侨大学 上海交通大学 南京理工大学
高等教育出版社、高等教育电子音像出版社
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本章主要内容
3.1 交流电机的工作原理 3.2 交流电机的绕组和电动势 3.3 交流电机绕组的磁动势 本章小结

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本章学习要求 基本要求：
1. 掌握旋转电机的基本作用原理。 2. 了解三相交流绕组的构成原则和连接方法，
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3.1.2 异步电机的工作原理 定子绕组 （三相） 1. 三相异步机的结构 A
三相定子绕组：产生旋转 磁场。
Y
定子
Z
转子：在旋转磁场作用下， 产生感应电动势或 电流。
线绕式 鼠笼式 转子
Cபைடு நூலகம்
B
X
鼠笼转子
机 座
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3.1.2 异步电机的工作原理
2. 电动机运行时的基本原理
定子接三相电源上，绕组中流过三相对称电流，气隙中 建立基波旋转磁动势，产生基波旋转磁场，转速为同步速 (后文将详细介绍):
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3.2.3 正弦磁场下交流绕组的感应电动势
3. 一个线圈（Nc 匝）电动势
设线圈匝数为 N C ，其电动势 Ec 为一匝线圈电动 Et 势的 N C 倍，故:
Ec NC Et 4.44 fNC KPΦ
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3.2.3 正弦磁场下交流绕组的感应电动势
（以三相双层绕组为重点）。
3. 掌握交流绕组电动势的分析和计算方法。
了解绕组系数的物理意义及其对改善波形的作用。 4. 理解绕组的谐波电动势，了解其削弱方法。
5. 掌握交流绕组磁动势的性质及其表示和分析方法。
分清脉振磁动势、圆形磁动势和椭圆性磁动势的区别及关系。

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在我国工业用标准频率为50Hz，所以 当
P =1
P=2
时
时
ns = 3000r / min
ns = 1500r / min
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3、导体电动势有效值
E1
2π n s ns πD Q v = ωR = R = 60 60 ns = 2Pτ = 2τ f 60 2 Bav = B1 Bav ：平均磁密
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三、永磁材料 电机中常用的永磁材料有：铁氧体；铝镍钴；稀土钴；钕铁硼。 主要性能指标： 剩磁密度Br：磁场强度为零时的磁通密度，反映永磁体建立磁场的能 力。 矫顽力Hc：磁通密度为零时的磁场强度，反映磁体的抗去磁能力。 最大磁能积(BH)max： 在退磁曲线上B和H乘积的最
(BH ) max
Br
5 y ≈ τ 应为整数 6
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三、三相单层绕组 1. 链式绕组q=2
图1-14 单层链式绕组
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2. 交叉式绕组q=3
图1-15单层交叉式绕组
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3. 同心绕组q=4
图1-16单层同心式绕组
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正弦磁场下交流绕组的感应电动势
在交流电机气隙中有一以ns 转速旋转 的旋转磁场。本节讨论旋转磁场在空 间正弦分布时，交流绕组中感应电动 势的计算公式。 由于旋转的磁场切割定子绕组，所以在定子绕组中将产 生感应电动势。 一相绕组的电动势 = 一条支路的电动势 导体的感应电动势 线圈的感应电动势 线圈组 （极相组）的感应电动势 一相绕组感应电动势
y1
τ
× 180
0
& EC1
γ
τ
y1 × 900 = 4.44 fφ1 K P1
EC1 = 2 E1′ sin

A B C
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三、三相单层绕组
单层绕组的每一个槽内只有一个线圈边，整个绕组 的线圈数等于总槽数的一半。用定子槽数为24，两 极电机的定子绕组为例，说明单层绕组构成。
Q1 24 12 1、计算极距 2 p 2 1 Q1 24 4 2、计算每极每相槽数 q 2m p 2 3 1
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二、交流绕组的排列和联接 假设给定电机极数2p=4，槽数Q1=24（三相单层叠绕组）
1、极距的计算， 若2p=4，Q1=24，则 τ=6
Q1 24 6 2 p 2 2 2、节距， 单层绕组采用整矩
y 6
3、相带—— 每个极距内属于同相的槽所占有的区域称为 度。 p 360 ４、槽距角， 30 “相带”，q=Q1/(2mp)；每个相带为60°电角
C
Y
10,11,12 13,14,15 16,17,18
19,20,21 22,23,24 25,26,27 28,29,30 31,32,33 34,35,36
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组成线圈组
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第四节
三相异步电动机的定子磁动势及磁场
一、单相绕组的磁动势——脉振磁动势 （一）、整距线圈的磁动势
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定子冲片和定子线圈
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机座
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2、转子 异步动机的转子由转子铁心、转子绕组和转轴组成。
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笼型转子
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202）绕线型绕组山东工商学院信电学院21
3、气隙
定子与转子之间的间隙；0.2-2.5mm气隙越大，功率因数 越低。气隙过小，装配困难

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。