第4章 三相异步电动机-1AA
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f A , t F1 cos cost
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----由A相绕组通电产生的圆周上任意点的磁势表达
式
f B , t F1 cos 120 cos t 120
结论
f C , t F1 cos 240 cos t 240
电机及电力拖动基础
异步电动机的用途
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第四章 三相异步电动机
异步电动机广泛应用于工农业及民用电器的各个部门。 异步电动机的容量从几十瓦到数千千瓦，占各种电动机 总数的90%左右。
优点：结构简单、制造方便、价格低廉、运行可靠、
坚固耐用、维修方便、运行效率较高等。
缺点：功率因数较低、调速性能不够好。
第四章 三相异步电机
电机及电力拖动基础
其它的绕组形式
• • • •
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3相单层同心式绕组 3相单层链式绕组 3相单层交叉式绕组 3相双层叠绕组、波绕组
第四章 三相异步电机
电机及电力拖动基础
一、单相绕组的磁动势 单个整距线圈的磁动势
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§4-3 交流绕组的磁动势
H dl i iN
第四章 三相异步电机
电机及电力拖动基础
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４）单相脉振磁动势最大幅值为：
F1 2 2 N1k1 I
p
5 ) 单相绕组产生的磁势是一个脉振磁动势,可以分 解成两个方向相反幅值相同的圆形旋转磁势
第四章 三相异步电机
电机及电力拖动基础
• 三相绕组的合成基波磁动势
iA
iB
3 额定电流IN
第四章 三相异步电机
电机及电力拖动基础
4 额定频率f1=fN=50Hz
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5 额定转速nN ——电动机在额定状态时转子的转速。 单位：r/min。 6 额定功率因数 记住这个公式：对于3相（异步）电机
PN
3U N I NN cos N
第四章 三相异步电机
电机及电力拖动基础
f C1 , t F1 cos(t 240 ) cos( 240 )
第四章 三相异步电机
电机及电力拖动基础
f1 , t f A1 f B1 f C1 3 2
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F1 cost
结论：三相合成磁动势是旋转磁动势，具有如下性质：
2、电动势和磁动势的波形尽量接近正弦波。
3、机械强度、绝缘强度足够，散热好。 5、用铜少、绝缘性能可靠、制造维修方便。
第四章 三相异步电机
电机及电力拖动基础
二、三相单层饶组
定子槽数Z=24，极 数2p=4的交流绕组
电角度：1对N、S对应 360°电角度 3相要对称：每个极下3等 分，ABC各占1份。ABC 互差120 °电角度。
第四章 三相异步电机
电机及电力拖动基础
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当单个整距线圈流过随时间按余弦变化的交流电
流时,它所产生的气隙磁动势在空间上仍沿圆周方向作 矩形分布,但其矩形波的幅值及正负随时间按余弦规律 变化且矩形波的空间位置并不随时间移动----------脉振 磁动势
第四章 三相异步电机
电机及电力拖动基础
第四章 三相异步电机
电机及电力拖动基础
§4-1 §4-2 §4-3 §4-4 §4-5
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三相异步电动机的基本结构、额定数据 交流电机的绕组 交流绕组的磁动势 交流绕组的电动势 转子静止时的运行分析
§4-6
§4-7 §4-8
三相异步电动机转子旋转时的运行分析
三相异步电动机的功率和转矩(重点) 三相异步电动机的工作特性
１）三相合成基波磁动势是一个空间上正弦分布，幅值 大小不变，而幅值位置随时间而移动的旋转磁动势． ２）三相合成基波磁动势的幅值为：
F1 3 2 F1 m 2 0.9 N1k1 p I 安匝 / 极
３）三相合成基波磁动势的幅值（轴线）与电流将要达到 最大值那相饶组的轴线重合，即基波磁动势的转向与电流 的相序相同．
3 2 2
安匝 / 极 安匝 / 极
一般可分解成基波和高次谐波
41 f y iN y cos 2
f y1 , t Fy1 cos t cos Fy1 4 2 IN y 0.9 IN y
2
7
9
11 13 15 17 19 21 23
A Z B X C Y A Z B X C Y
X1 A1 A2 X2
p=2，有2个线圈组，头尾串联，则并联支路数a=1； 若2个线圈组头头并，尾尾并，则a=2
第四章 三相异步电机
电机及电力拖动基础
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单层绕组的特点:
1、一组线圈产生一对磁极 2、 y1
2
分布系数
第四章 三相异步电机
电机及电力拖动基础
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一般表达式 f1 F1 cos t cos
单相绕组产生的磁动势具有以下性质:
１）单相绕组的磁动势沿气隙圆周方向的分布是一个 非正弦的阶梯波形
２）当绕组中电流是随时间按余弦变化的交流电 时，单相绕组的磁动势是一个在空间上的位置固 定不动而其大小及正负随时间交变的脉振磁动势 ３）单相绕组基波磁动势幅值的位置与该相饶 组的轴线相重合，
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定子与转子之间的间隙；0.2~2.5mm
气隙越大，功率因数越低。
第四章 三相异步电机
电机及电力拖动基础
二、额定数据
铭牌上标有额定数据 1 额定功率PN 2 额定电压UN
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——电动机在额定情况下，轴上输出的 机械功率。单位：KW。
——电动机额定运行时加在定子绕组上的 线电压。单位：V或KV。 ——电动机在额定电压下，轴上有额定功 率输出时，定子绕组中的线电流。 单位：A。
1、转轴：
2、转子铁心：由厚0.5mm的硅钢片冲叠而成，铁心 内开有均布的槽，嵌放转子绕组、或浇铸铝。 3、转子绕组：分绕线式绕组、鼠笼式绕组
第四章 三相异步电机
电机及电力拖动基础
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第四章 三相异步电机
电机及电力拖动基础
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第四章 三相异步电机
电机及电力拖动基础
3. 感应电机的气隙
分布饶组 (q>1)
和集中饶组
(q=1)
第四章 三相异步电机
电机及电力拖动基础
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第四章 三相异步电机
电机及电力拖动基础
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第四章 三相异步电机
电机及电力拖动基础
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2、交流绕组的几个术语
线圈 是由单匝或多匝绕制而成,是组成交流饶组的基本单元
极距 是相邻两磁极之间的距离
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三、定子三相绕组建立的磁场
基波磁动势建立的磁场
f1 , t F1 cost
B1 , t c f1 , t
Bm1 cost
如果气隙 均匀，则有基波磁动势在气隙中建立 的基波磁场也是一个以同步转速 n1 旋转的圆形旋 转磁场．
第四章 三相异步电机
电机及电力拖动基础
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第四章 三相异步电机
电机及电力拖动基础
三相绕线式异步电动机结构图
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第四章 三相异步电机
电机及电力拖动基础
三相鼠笼式异步电动机结构图
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第四章 三相异步电机
电机及电力拖动基础
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2. 转子由转轴、转子铁心、转子绕组组成：
A B
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三相异步电动机的接线方法
C
A B
C
Z
X
Y
Z A B C X Y
定子绕组的Y型连接
定子绕组在接线盒中布置
Z
X
基础
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三相异步电机的定子可接成Y或三角形 • 有时铭牌上标“电压380/220，Y/Δ” • 表示： 电压=380V时，应接成Y 电压=220V时，应接成Δ
page ‹#› t3时刻 A
. .Z
N
A
Y
S
.Z .B
C
. .
X N
B
C X
B
C
N
.
X
问题: 1、磁场方向
第四章 三相异步电机
电机及电力拖动基础
2、极对数 N
X1 A1
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最少需要的槽数? S
.
S
A2
.
N
X2
3、旋转方向 4、旋转磁势（磁场）的数学表达式:
第四章 三相异步电机
电机及电力拖动基础
第四章 三相异步电机
电机及电力拖动基础
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交流电机的电枢绕组
交流电机: 异步电机、同步电机（电动机、发电机）
§4-2 交流电机的绕组
一、概述 1、交流绕组的分类
交流电机的绕组由嵌放在定子铁心槽内的线 圈按一定规律联接而成的。 交流电机的绕组分为：单相绕组（m=2） 和三相绕组（m=3） 单层绕组 和双层绕组
Ny
y
是每个线圈的匝数
i
是线圈中电流， 即支路电流 第四章 三相异步电机
电机及电力拖动基础
如果线圈中电流
i
2 IN y cos t 2 f y ，t 2 IN y cos t 2
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2 IN y cos t
2 2
第四章 三相异步电机
电机及电力拖动基础
４）三相合成基波磁动势的转速：
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n1
60 f1 p
5 ) 如果不是对称绕组,如果不是对称电压,则产生的磁 动势就不是圆形旋转磁动势．而是椭圆形旋转磁动势 -------可以分解成两个方向相反幅值大小不同的圆形 旋转磁势
第四章 三相异步电机
电机及电力拖动基础
page ‹#›
Z
A Y
C
B X X B CY AZ
第四章 三相异步电机
电机及电力拖动基础
每极每相槽数q
page ‹#›
q=1：集中绕组 q=2~6：分布绕组
槽距角
Z 24 6 极距 2p 4
单层绕组(整距)
第四章 三相异步电机
电机及电力拖动基础
A相绕组展开图
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1
3
5
第四章 三相异步电机
电机及电力拖动基础
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三、三相异步电动机的工作原理（图解）
定子合成磁场是 旋转的，n1 转子绕组感应出 电动势
N
n1
f
T
n
n总是<n1
n1 60 f1 p
f
S
同步转速
e2 B1 l v 第四章
三相异步电机
电机及电力拖动基础
t1时刻 Y. S A Z t2时刻 Y. S
单相绕组的磁动势
F 1
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N1k1 2 2 N1k1 I 0.9 I p p
I 为相电流的有效值
k1 k y1k q1 为基波饶组系数
sin
90 短距系数
q 2
k y1 sin
y1
kq1 q sin
iC
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二、三相绕组的磁动势
2 I cos t
2 I cos t 120
2 I cos t 240
f A1 , t F1 cos t cos
f B1 , t F1 cos(t 120 ) cos( 120 )
Z1 Z 2 是定、 转子的槽数
每极每相槽数 q 是每个极面下每相所占有的槽数
q
z1 2 mp
p 360 Z1
第四章 三相异步电机
槽距角 是相邻两槽之间的距离
电机及电力拖动基础
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交流电机绕组——三相绕组
3.三相绕组的要求
1、每相交流绕组的阻抗要求相等，即每相绕 组的匝数、形状都是相同的。即必须对称。
第四章 三相异步电机
电机及电力拖动基础
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§4-4 交流绕组的电动势
旋转磁场与三相对称绕组相切割，绕 组产生的3相电动势也是对称的。 由于旋转磁场含有高次谐波，三相电 动势也含有高次谐波。
----三者相加即得旋转磁势表达式：
第四章 三相异步电机
电机及电力拖动基础
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1、只要感应电动机的定子绕组产生旋转磁场， 转子绕组形成闭合回路，电动机就会旋转。 2、转子的旋转方向向电流将要达到最大值的那一相 绕组旋转。 3、转子的旋转速度n始终小于磁场的旋转速度n1。 4、转子速度n与磁场速度n1的转差Δn，与磁场速 度n1的比值叫转差率s。很小，S =0.02~0.05
第四章 三相异步电机
电机及电力拖动基础
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§4-1 三相异步电动机的基本结构、额定数据
一、三相异步电动机的基本结构
⒈ 定子由机座、定子铁心、定子绕组组成：
1、机座：起固定和支撑定子铁心的作用，一般用铸 铁制造。
2、定子铁心：由厚0.5mm的硅钢片冲叠而成，铁心 内开有均布的槽，嵌放定子绕组。 3、定子绕组：由完全相同的三个绕组组成，空间互 差120度，可接成Y、Yn或Δ。
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----由A相绕组通电产生的圆周上任意点的磁势表达
式
f B , t F1 cos 120 cos t 120
结论
f C , t F1 cos 240 cos t 240
电机及电力拖动基础
异步电动机的用途
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第四章 三相异步电动机
异步电动机广泛应用于工农业及民用电器的各个部门。 异步电动机的容量从几十瓦到数千千瓦，占各种电动机 总数的90%左右。
优点：结构简单、制造方便、价格低廉、运行可靠、
坚固耐用、维修方便、运行效率较高等。
缺点：功率因数较低、调速性能不够好。
第四章 三相异步电机
电机及电力拖动基础
其它的绕组形式
• • • •
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3相单层同心式绕组 3相单层链式绕组 3相单层交叉式绕组 3相双层叠绕组、波绕组
第四章 三相异步电机
电机及电力拖动基础
一、单相绕组的磁动势 单个整距线圈的磁动势
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§4-3 交流绕组的磁动势
H dl i iN
第四章 三相异步电机
电机及电力拖动基础
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４）单相脉振磁动势最大幅值为：
F1 2 2 N1k1 I
p
5 ) 单相绕组产生的磁势是一个脉振磁动势,可以分 解成两个方向相反幅值相同的圆形旋转磁势
第四章 三相异步电机
电机及电力拖动基础
• 三相绕组的合成基波磁动势
iA
iB
3 额定电流IN
第四章 三相异步电机
电机及电力拖动基础
4 额定频率f1=fN=50Hz
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5 额定转速nN ——电动机在额定状态时转子的转速。 单位：r/min。 6 额定功率因数 记住这个公式：对于3相（异步）电机
PN
3U N I NN cos N
第四章 三相异步电机
电机及电力拖动基础
f C1 , t F1 cos(t 240 ) cos( 240 )
第四章 三相异步电机
电机及电力拖动基础
f1 , t f A1 f B1 f C1 3 2
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F1 cost
结论：三相合成磁动势是旋转磁动势，具有如下性质：
2、电动势和磁动势的波形尽量接近正弦波。
3、机械强度、绝缘强度足够，散热好。 5、用铜少、绝缘性能可靠、制造维修方便。
第四章 三相异步电机
电机及电力拖动基础
二、三相单层饶组
定子槽数Z=24，极 数2p=4的交流绕组
电角度：1对N、S对应 360°电角度 3相要对称：每个极下3等 分，ABC各占1份。ABC 互差120 °电角度。
第四章 三相异步电机
电机及电力拖动基础
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当单个整距线圈流过随时间按余弦变化的交流电
流时,它所产生的气隙磁动势在空间上仍沿圆周方向作 矩形分布,但其矩形波的幅值及正负随时间按余弦规律 变化且矩形波的空间位置并不随时间移动----------脉振 磁动势
第四章 三相异步电机
电机及电力拖动基础
第四章 三相异步电机
电机及电力拖动基础
§4-1 §4-2 §4-3 §4-4 §4-5
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三相异步电动机的基本结构、额定数据 交流电机的绕组 交流绕组的磁动势 交流绕组的电动势 转子静止时的运行分析
§4-6
§4-7 §4-8
三相异步电动机转子旋转时的运行分析
三相异步电动机的功率和转矩(重点) 三相异步电动机的工作特性
１）三相合成基波磁动势是一个空间上正弦分布，幅值 大小不变，而幅值位置随时间而移动的旋转磁动势． ２）三相合成基波磁动势的幅值为：
F1 3 2 F1 m 2 0.9 N1k1 p I 安匝 / 极
３）三相合成基波磁动势的幅值（轴线）与电流将要达到 最大值那相饶组的轴线重合，即基波磁动势的转向与电流 的相序相同．
3 2 2
安匝 / 极 安匝 / 极
一般可分解成基波和高次谐波
41 f y iN y cos 2
f y1 , t Fy1 cos t cos Fy1 4 2 IN y 0.9 IN y
2
7
9
11 13 15 17 19 21 23
A Z B X C Y A Z B X C Y
X1 A1 A2 X2
p=2，有2个线圈组，头尾串联，则并联支路数a=1； 若2个线圈组头头并，尾尾并，则a=2
第四章 三相异步电机
电机及电力拖动基础
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单层绕组的特点:
1、一组线圈产生一对磁极 2、 y1
2
分布系数
第四章 三相异步电机
电机及电力拖动基础
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一般表达式 f1 F1 cos t cos
单相绕组产生的磁动势具有以下性质:
１）单相绕组的磁动势沿气隙圆周方向的分布是一个 非正弦的阶梯波形
２）当绕组中电流是随时间按余弦变化的交流电 时，单相绕组的磁动势是一个在空间上的位置固 定不动而其大小及正负随时间交变的脉振磁动势 ３）单相绕组基波磁动势幅值的位置与该相饶 组的轴线相重合，
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定子与转子之间的间隙；0.2~2.5mm
气隙越大，功率因数越低。
第四章 三相异步电机
电机及电力拖动基础
二、额定数据
铭牌上标有额定数据 1 额定功率PN 2 额定电压UN
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——电动机在额定情况下，轴上输出的 机械功率。单位：KW。
——电动机额定运行时加在定子绕组上的 线电压。单位：V或KV。 ——电动机在额定电压下，轴上有额定功 率输出时，定子绕组中的线电流。 单位：A。
1、转轴：
2、转子铁心：由厚0.5mm的硅钢片冲叠而成，铁心 内开有均布的槽，嵌放转子绕组、或浇铸铝。 3、转子绕组：分绕线式绕组、鼠笼式绕组
第四章 三相异步电机
电机及电力拖动基础
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第四章 三相异步电机
电机及电力拖动基础
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第四章 三相异步电机
电机及电力拖动基础
3. 感应电机的气隙
分布饶组 (q>1)
和集中饶组
(q=1)
第四章 三相异步电机
电机及电力拖动基础
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第四章 三相异步电机
电机及电力拖动基础
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第四章 三相异步电机
电机及电力拖动基础
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2、交流绕组的几个术语
线圈 是由单匝或多匝绕制而成,是组成交流饶组的基本单元
极距 是相邻两磁极之间的距离
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三、定子三相绕组建立的磁场
基波磁动势建立的磁场
f1 , t F1 cost
B1 , t c f1 , t
Bm1 cost
如果气隙 均匀，则有基波磁动势在气隙中建立 的基波磁场也是一个以同步转速 n1 旋转的圆形旋 转磁场．
第四章 三相异步电机
电机及电力拖动基础
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第四章 三相异步电机
电机及电力拖动基础
三相绕线式异步电动机结构图
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第四章 三相异步电机
电机及电力拖动基础
三相鼠笼式异步电动机结构图
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第四章 三相异步电机
电机及电力拖动基础
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2. 转子由转轴、转子铁心、转子绕组组成：
A B
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三相异步电动机的接线方法
C
A B
C
Z
X
Y
Z A B C X Y
定子绕组的Y型连接
定子绕组在接线盒中布置
Z
X
基础
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三相异步电机的定子可接成Y或三角形 • 有时铭牌上标“电压380/220，Y/Δ” • 表示： 电压=380V时，应接成Y 电压=220V时，应接成Δ
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. .Z
N
A
Y
S
.Z .B
C
. .
X N
B
C X
B
C
N
.
X
问题: 1、磁场方向
第四章 三相异步电机
电机及电力拖动基础
2、极对数 N
X1 A1
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最少需要的槽数? S
.
S
A2
.
N
X2
3、旋转方向 4、旋转磁势（磁场）的数学表达式:
第四章 三相异步电机
电机及电力拖动基础
第四章 三相异步电机
电机及电力拖动基础
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交流电机的电枢绕组
交流电机: 异步电机、同步电机（电动机、发电机）
§4-2 交流电机的绕组
一、概述 1、交流绕组的分类
交流电机的绕组由嵌放在定子铁心槽内的线 圈按一定规律联接而成的。 交流电机的绕组分为：单相绕组（m=2） 和三相绕组（m=3） 单层绕组 和双层绕组
Ny
y
是每个线圈的匝数
i
是线圈中电流， 即支路电流 第四章 三相异步电机
电机及电力拖动基础
如果线圈中电流
i
2 IN y cos t 2 f y ，t 2 IN y cos t 2
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2 IN y cos t
2 2
第四章 三相异步电机
电机及电力拖动基础
４）三相合成基波磁动势的转速：
page ‹#›
n1
60 f1 p
5 ) 如果不是对称绕组,如果不是对称电压,则产生的磁 动势就不是圆形旋转磁动势．而是椭圆形旋转磁动势 -------可以分解成两个方向相反幅值大小不同的圆形 旋转磁势
第四章 三相异步电机
电机及电力拖动基础
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Z
A Y
C
B X X B CY AZ
第四章 三相异步电机
电机及电力拖动基础
每极每相槽数q
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q=1：集中绕组 q=2~6：分布绕组
槽距角
Z 24 6 极距 2p 4
单层绕组(整距)
第四章 三相异步电机
电机及电力拖动基础
A相绕组展开图
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1
3
5
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电机及电力拖动基础
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三、三相异步电动机的工作原理（图解）
定子合成磁场是 旋转的，n1 转子绕组感应出 电动势
N
n1
f
T
n
n总是<n1
n1 60 f1 p
f
S
同步转速
e2 B1 l v 第四章
三相异步电机
电机及电力拖动基础
t1时刻 Y. S A Z t2时刻 Y. S
单相绕组的磁动势
F 1
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N1k1 2 2 N1k1 I 0.9 I p p
I 为相电流的有效值
k1 k y1k q1 为基波饶组系数
sin
90 短距系数
q 2
k y1 sin
y1
kq1 q sin
iC
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二、三相绕组的磁动势
2 I cos t
2 I cos t 120
2 I cos t 240
f A1 , t F1 cos t cos
f B1 , t F1 cos(t 120 ) cos( 120 )
Z1 Z 2 是定、 转子的槽数
每极每相槽数 q 是每个极面下每相所占有的槽数
q
z1 2 mp
p 360 Z1
第四章 三相异步电机
槽距角 是相邻两槽之间的距离
电机及电力拖动基础
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交流电机绕组——三相绕组
3.三相绕组的要求
1、每相交流绕组的阻抗要求相等，即每相绕 组的匝数、形状都是相同的。即必须对称。
第四章 三相异步电机
电机及电力拖动基础
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§4-4 交流绕组的电动势
旋转磁场与三相对称绕组相切割，绕 组产生的3相电动势也是对称的。 由于旋转磁场含有高次谐波，三相电 动势也含有高次谐波。
----三者相加即得旋转磁势表达式：
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电机及电力拖动基础
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1、只要感应电动机的定子绕组产生旋转磁场， 转子绕组形成闭合回路，电动机就会旋转。 2、转子的旋转方向向电流将要达到最大值的那一相 绕组旋转。 3、转子的旋转速度n始终小于磁场的旋转速度n1。 4、转子速度n与磁场速度n1的转差Δn，与磁场速 度n1的比值叫转差率s。很小，S =0.02~0.05
第四章 三相异步电机
电机及电力拖动基础
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§4-1 三相异步电动机的基本结构、额定数据
一、三相异步电动机的基本结构
⒈ 定子由机座、定子铁心、定子绕组组成：
1、机座：起固定和支撑定子铁心的作用，一般用铸 铁制造。
2、定子铁心：由厚0.5mm的硅钢片冲叠而成，铁心 内开有均布的槽，嵌放定子绕组。 3、定子绕组：由完全相同的三个绕组组成，空间互 差120度，可接成Y、Yn或Δ。