交流异步电动机工作原理

每相的基波感应电势有效值为：
E1 4.44 f1N1kq11
双层绕组
双层绕组：采用短距分布形式 每相绕组串联匝数为：
N1 a 每相的基波感应电势有效值为：
2 pqNy
E1 4.44 f1 N1kw11

kw1 kq1 k y1
为基波绕组系数。
绕组的谐波感应电动势
单层绕组
双层绕组
5.2.2 交流绕组的感应电势
1.一根导体感应电势 设定子内表面槽中嵌放导体A，有效长 度为l(m)，转子只有一对磁极，它由原动机 拖动以恒定转速n1(r/min)逆时针旋转，沿气 隙圆周方向分布的基波磁密波形，大小为：
b 1 B 1m sin
式中Bδ1m为基波气隙磁密幅值。
整距集中绕组的磁动势
2.磁动势的空间谐波
矩形波磁动势用傅立叶级数分解得：
N yi 4 1 1 f ( ) (cos cos3 cos5 ) 2 3 5
3.单相绕组基波脉振磁动势 设AX中通入交流电为： i 2I cos1t
则每极磁势表达式为：
f (，t ) 2 N yi 4 1 1 (cos cos3 cos5 ) cost 2 3 5
2、额定转差率：
n1 n 750 730 sN 0.027 n1 750

设ηN为异步电动机的效率，额定功率：


电动机的输入功率为：
PN 3U1N I1NN cos N P U1N I1N cos N 1 3
接线： 高压异步电动机定子绕组采用Y接，只有三根 引出线。中小容量的异步电动机通常将定子三 相绕组的六个端点引出到接线板上，用户根据 铭牌数据和使用电源情况，接成Y接或Δ接。
4
2 Fy1 2 IN y 0.9IN y 为基波磁势最大幅值。
三次谐波磁势为：
f y3 14 2 IN y cos3 cos1t Fy 3 cos3 cos1t 3 2
4
14 2 IN y 0.3IN y Fy 3 3 2
三次谐波磁势最大幅值
绕组的基波分布系数：
k q1
sin q q sin

2 2
基波分布系数含义
基波分布系数是一个小于1的 数，其含义是：分布放置的线圈要 比将各线圈集中放置在一个槽中的 基波感应电势小。可以这样认为： 把实际q个分布放置的整距线圈，看 成是集中放置的，但它们的总等效 匝数为qNykq1，而不是qNy。

2.转子结构
转子铁芯： 一般用0.5mm的硅钢片叠压而成，它是 磁路的一部分。 转子绕组： 是用作产生感应电势、并产生电磁转矩 它分鼠笼式和绕线式两种。 气隙： 中、小容量的电动机气隙一般在0.2~1.5 mm范围。转子鼠笼转子鼠笼转子绕线转子
提刷装置
3.铭牌数据
主要铭牌数据1
(1)额定功率PN：指电动机在额定运行 时，轴上输出的机械功率，单位：W 或kW； (2)额定电压U1N：指电动机额定运行时， 加在定子绕组上的线电压，单位：V； (3)额定电流I1N：指电动机在定子绕组 上加额定电压、轴上输出额定功率时 定子绕组中的线电流，单位：A；
第五章 三相异步电动机原理 The Principles of the Threephase Induction Machines
本章基本教学要求
1.了解异步电动机的结构。 2.理解旋转磁场的概念、圆形旋转磁势的特性和 产生条件，了解分布和短距绕组对消除高次谐波 电势的作用。 3.深入理解并掌握综合表达三相异步电动机电磁 关系的基本方程式、等值电路和相量图，转子转 动时异步电动机的运行原理，转子绕组折算和频 率折算； 4.掌握异步电动机中的功率和转矩平衡方程式， 各功率之间的相互关系，电磁转矩物理表达式； 5.掌握异步电动机的工作特性。
B 1av
2

B 1m
波形
感应电动势频率
在一对磁极情况下，导体A每经过一对主磁 极，其中的感应电势经历一个周期。当电机转子上 有p对主磁极，电机每旋转一圈，导体A中的基波感 应电势变化p周，则导体A中基波感应电势频率为： (5-3) 当电机的极对数p和转速n1一定时，f1频率便为 固定的数值。
转差率
定义：
n1 n s n1
(5-2)
sN (1.5 ~ 6)%, s0 0.5%
举例
有一台50Hz的感应电机，其额定 转速为730r/min，空载转差率为 0.003， 试求该机的空载转速和额定负载时的 转差率。
解
1、空载转速：
n0 n1 (1 s0 ) 750(1 0.003) 747.75r / min
主要铭牌数据2
(4)额定频率f1N：我国规定电网工频为 50Hz； (5)额定转速nN：指电动机在定子额定 电压、额定频率下，轴上输出额定功 率时的转子转速，单位：r/min； (6)额定功率因数cosφN：指电动机在额 定运行时定子侧的功率因数。
主要铭牌数据3
铭牌上还标有绝缘等级、温升、工作 方式、连接方法等，对绕线式异步电动机 还标有转子绕组的额定电压和额定电流。 (7)转子绕组额定电压U2N：指定子绕组加 额定电压、转子绕组开路时，滑环间的线 电压，单位：V； (8)转子额定电流I2N：指电动机额定运行、 转子短路状态下，滑环之间流过的线电流， 单位：A。

本次课程教学要求：
1. 熟悉异步电动机的结构和主要技术
数据； 2. 重点掌握电机堵转时的电磁关系、 基本方程式、等值电路和相量图； 3.掌握绕组折算方法。
5.1三相异步电动机
5.1.1基本结构和铭牌数据
三相鼠笼异步电动机结构图
1.交流电机定子结构
定子铁芯:是电机磁路的一部分，定子铁芯 内圆上均匀开有槽，安放定子绕组。 机座:是用作固定与支撑定子铁芯。 定子绕组:是电机电路部分，它由三个在空 间相差120°电角度、结构相同的绕组连接 而成，按一定规律嵌放在定子槽中。 绕组分类：单层绕组和双层绕组。 绕组应用：单层绕组一般用在10kW以下的 电机，双层短距绕组用在较大容量的电机 中。

重点和难点
重点： 1.三相异步电动机空载和负载运行时的基本电磁 关系，掌握基本方程式、等值电路和相量图三种 分析方法，并注意与变压器的对比，着重分析转 子转动后的情况，转子绕组折算和频率折算； 2.掌握异步电动机功率与转矩的平衡关系、电磁 转矩的表达式。 3.掌握异步电动机机械特性 难点： 转子转动时的基本电磁关系。
5.2.3短距线圈感应电动势
如果线圈的节距y1<τ，则为短距线 圈，令短距线圈的节距y1=yπ，其中 0<y<1，短距线圈基波感应电势有效值：
E y1 2 E A1 sin y

2
4.44 f1 N y 1 sin y

2
4.44 f1 N y k y11
绕组基波短距系数：
k y1 sin y
Ev 4.44 f v N1kwv v
kwv kqv k yv
为υ次谐波绕组系数
课后复习要点：
1 .交流绕组类型、基本术语、联结规律 2. 分布、短距和绕组系数的含义及表达式 3.绕组感应电势的计算 思考题：P178 5-1、5-2 作业：P178 5-6（3）（4） 预习：旋转磁动势
3.谐波分析
对周期性变化的矩形波分布的磁势，用 傅氏级数进行谐波分析，可分解成为：
f y ( , 1t )
C cos cos t
1,3,5 1

式中v=1，3，5…为谐波系数，系数Cv为
2 Cv IN y sin v 2 2 14
基波磁势为：
2 f y1 IN y cos cos1t Fy1 cos cos1t 2

2
基波短距系数含义
基波短距系数，它是一个小于1 的数，其含义是：短距线圈要比整 距线圈的基波感应电势小。可以这 样认为：把实际的短距线圈看成是 整距线圈，则它等效匝数为Nyky1， 而不是Ny。
5.2.4一相绕组感应电动势
单层绕组：采用分布整距形式
每相绕组串联匝数为
pqNy ： N1 a
5.2交流电机的绕组和感应电动势
5.2.1绕组
极距是指每一磁极所占定子内圆周的
距离，即有
Z1 2p
节距y是指线圈两有效边之间的距离。
单层绕组是整距绕组，即有y=τ 每极每相槽数q是指一个磁极下一相绕 组所占有的槽数，即有： Z1 q 2 pm1
交流绕组
相带：是指一相绕组在一个磁极下连

5.3交流电机绕组的磁动势
5.3.1单相脉振磁场 1.整距集中绕组的磁动势 由于空气隙的磁阻远远大于定、转子铁芯中的磁 阻，可认为磁势全部降落在两个气隙上，即作用在每 个空气隙的磁势为全部磁势的一半（iNy/2）磁动势波 形为矩形波。
1 N i ( ) y 2 2 2 f ( ) 1 N i ( 3 ) y 2 2 2
感应电动势
导体A切割磁力线产生感应电动势大小为：
e1 b1x l v B 1m l v sin
E1m sin 1t 2E1 sin 1t
导体的基波感应电动势 最大值为： 2 E1m B 1mlv B 1m l 2 f1 2 B 1av l 2 f1 f11 2 E 1m f11 E1 2.22 f11 (V ) 2 2
eT1 ET1m sin 1t 2ET1 sin 1t
整距线匝基波感应电势有效值为：
ET 1 2EA1 2 2.22 f11 4.44 f11(5-6)
3.整距线圈感应电动势
线圈是由Ny匝线匝串联而成，即匝