三相异步电动机课件讲解

双层绕组分双层叠绕组（如图2a=1）和双层波绕组（略）。
第4章 三相异步电动机
双层绕组的特点：
1）线圈数等于槽数； 2）线圈数组数等于极数，也等于最大并联支路数；
3）每相绕组的电动势等于每条支路的电动势。 可组成较 多的并联 支路 可以选择最有利的节 距，使电动势和磁动 势波形更接近正弦波 端部排列整齐 机械强度高 嵌线 困难
第4章 三相异步电动机
4.1.2 三相异步电动机的基本工作原理 一、转动原理
1、电生磁：三相对称绕组通
往三相对称电流产生圆形旋转 磁场。

n1
V2
W1
2、磁生电：旋转磁场切割
转子导体感应电动势和电流。





U1
n
3、电磁力：转子载流（有功
分量电流）体在磁场作用下受 电磁力作用，形成电磁转矩， 驱动电动机旋转，将电能转化 为机械能。
广泛应用于10kW以下的 异步电动机定子绕组 电动势和磁动 势波形较差 起动性 能较差
缺点
铁损和噪 声较大
不适宜于大 中型电机
第4章 三相异步电动机
4.2.3
三相双层绕组
双层绕组每个槽内放上、下两层线圈的有效边，线圈的每 一个有效边放在某一槽的上层，另一个有效边则放置在相隔为 y 的另一槽的下层。
第4章 三相异步电动机
二、短距绕组、分布绕组对电动势波形的影响
1 对V次谐波： pν νp τ ν τ ν nν n αν να pν nν fν νf 60
y 0 k y sin( 90 ) q
kq E p sin q sin

2
2 4.44 fNk y kq
第4章 三相异步电动机
第4章 三相异步电动机
按转子结构分： 鼠笼型异步电动机 绕线型异步电动机
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第4章 三相异步电动机
右图是一台三相鼠笼型异步电 动机的外形图。 下面是它主要部件的拆分图。
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鼠笼型转子 铁心和绕组 结构示意图
三相绕线型 转子结构图
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三、异步电机的三种运行状态
根据转差率的大小和正负,异步电机有三种运行状态 状态 电动机
定子绕组接对 称电源
电磁制动
外力使电机沿磁 场反方向旋转
发电机
外力使电机快速 旋转
实现 转速 转差率 电磁转矩 能量关系
0 < n < n1
0 s 1
驱动 电能转变为机 械能
n<0 s 1
制动 电能和机械能变 成内能
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二、交流绕组的基本概念
1、极距 两个相邻磁极轴线之间沿定子铁心内表面的距离。若定子的 槽数为Z，磁极对数为p，则极距： Z = 2p 2、线圈节距 y 一个线圈的两个有效边之间所跨的距离称为线圈的节距。
. y 的绕组为整距绕组 . y 的绕组为短距绕组
3、电角度
Fc1 4
基波磁动势为:


2 N c I c 0.9 N c I c 2
整距绕组基波磁动势在空间按余弦分布，幅值位于绕组轴线， 空间每一点的磁动势大小按正弦规律变化——仍然为脉动磁动势。
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二、单相脉动磁动势 1、整距分布绕组的磁动势
每个绕组由q 个线圈串联构成，依次在定子圆周空间错开 槽距角α,绕组的基波磁动势为q个线圈基波磁动势的空间矢量 和： Fq1 qFc1kq1
c
i
忽略铁心磁阻,磁动势完全降落在两 个气隙上.每个气隙的磁动势为: 1 1 f c N c i N c I c sin t Fcm sin t
空间分布为矩形波,随时间按正弦规律变 化.变化频率为电流频率。 空间位置不变而幅值和方向随时间变化的磁动势称为脉动磁 动势。
2
2
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额定转速 nN ( r / min) 额定运行时电 动机的转速.
额定功率因数 cosN 额定频率 fN 额定效率 N
额定值关系有： PN 3 U N I N cos N ηN
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三、接线
三相异步电动机的定子部分在结构上和同步电动机 的定子部分完全相同。 对中、小容量的低压异步电动机，通常定子三相绕 组的六个出线头都引出，这样可根据需要灵活 地接成“Y”形或“D”形。

W2 V1

U2
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二、转差率 同步转速与转子转速之差与同步转速的比值称为转差率，用 s表示，即： n1 n s n1 转差率是异步电机的一个基本物理量，它反映电机的各种 运行情况。
n n1 , s 0. n 0 , s 1; 电机理想空载时， 转子未转动时，
4.2.2
三相单层绕组
单层绕组的每个槽内只放一个线圈边，电机的线圈总数等于 定子槽数的一半。单层绕组分为链式、交叉式和同心式绕组。 一、单层链式绕组 单层链式绕组由形状、几何尺寸和节距相同的线圈连接而 成，整个外形如长链。 链式绕组的每个线 圈节距相等并且制造方 便；线圈端部连线较短 并且省铜。主要用于 q=2的4、6、8极小型三 相异步电动机。
4.5 三相异步电动机的空载运行 4.6 三相异步电动机的负载运行
4.7三相异步电动机的等效电路和相量图. 4.8三相异步电动机的功率平衡、转矩平衡
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4.1三相异步电动机的基本工作原理与结构
4.1.1三相异步电动机的基本结构 一、定子部分 1.定子铁心：由导磁性能很好的硅钢片叠成——导磁部分。 2、定子绕组：放在定子铁心内圆槽内——导电部分。 3、机座：固定定子铁心及端盖，具有较强的机械强度和刚度。 二、转子部分 1、转子铁心：由硅钢片叠成，也是磁路的一部分。 2、转子绕组： 1）鼠笼式转子：转子铁心的每个槽内插入一 根裸导条，形成一个多相对称短路绕组。2）绕线式转子：转 子绕组为三相对称绕组，嵌放在转子铁心槽内。 三、气隙 异步电动机的气隙是均匀的。大小为机械条件所能允许达 到的最小值。
第4章 三相异步电动机
三相异步电机主要用作电动机，拖动各种生产机械。结构简单、 制造、使用和维护方便，运行可靠，成本低，效率高，得以广泛 应用。但是，功率因数低、起动和调速性能差。 4.1 三相异步电动机的基本工作原理和结构 4.2 交流电机的绕组
4.3 交流电机绕组的感应电动势
4.4 交流电机绕组的磁动势
电角度 p 机械角度
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4、槽距角 a 相邻两个槽之间的电角度：
p 3600 = Z
5、每极每相槽数 q 每一个极面下每相所占的槽数为 Z q= 2 pm 6、相带 每个极面下的导体平均分给各相，则每一相绕组在每个极 面下所占的范围，用电角度表示称为相带。
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2、一组双层短距分布绕组的基波磁动势 双层短距分布绕组的基波磁动势为两个等效绕组基波磁动 势的相量和，用短距系数计及绕组短距的影响：
Fp1 2 Fq1k y1 0.9( 2 qNc ) k y1kq1 Ic
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3、相绕组的磁动势 每个极下的磁动势和磁阻构成一条分支磁路。若电机有p 对磁极，就有p条并联的对称分支磁路，所以一相绕组的基波 磁动势就是该绕组在一对磁极下线圈所产生的基波磁动势，若 每相电流为Ip:
第4章 三相异步电动机
二、单层交叉式绕组
单层交叉式绕组由线圈数和节距不相同的两种线圈组构成， 同一组线圈的形状、几何尺寸和节距均相同，各线圈组的端部互 相交叉。
交叉式绕组由 两大一小线圈交叉 布置。线圈端部连 线较短，有利于节 省材料，并且省铜。 广泛用于q>1的且为 奇数的小型三相异 步电动机。
n > n1
s0
制动 机械能转变为电 能
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4.1.3 型号和额定值 一、型号 例:
第4章 三相异步电动机
第4章 三相异步电动机
额定电流 IN ( A )
在额定运行状态下流 入定子绕组的线电流. 额定电压 U N ( kV或V ) 额定功率 PN ( kW ) 额定运行状态时加在 额定条件下转轴上 二、额定值 定子绕组上的线电压. 输出的机械功率。
矩形波磁动势可能分解为基波和一系列高次谐波: 3 f c ( x , t ) Fc1 sin t cos x Fc 3 sin t cos x ... Fc sin t cos x ...
f c1 ( x , t ) Fc1 sin t cos x 基波磁动势最大值为:
作为电动机，转速在 0 ~ n1范围内变化，转差率在0~1范围内变。 负载越大，转速越低，转差率越大；反之，转差率越小。 转差率的大小能够反映电机的转速大小或负载大小。电机的转 速为： n = ( 1 - s)n1 额定运行时，转差率一般在0.01~0.06之间，即电机转速接 近同步速。
第4章 三相异步电动机
第4章 三相异步电动机
改善电动势波形的方法:
１．改善主磁极磁场的分布
２．改善交流绕组的构成，削弱谐波电动势
（１）采用短距绕组来削弱高次谐波
让k y 0尽可能小 . 1 采 用y 时 , k y 0 , E p 0
（２）采用分布绕组来削弱高次谐波
4 y 时 , k y 5 0 , E p 5 0 5
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4.3.2
线圈组的感应电动势及分布系数
一组线圈由q个线圈组成,若q个线圈为集中绕组时,各线圈 电动势大小相等、相位相同，线圈组电动势为: Eq1(q=1 ) = 4.44 fqNc k y1 1 若q个线圈为分布绕组,放在q个槽内,各线圈电动势大小相 同,相位相差α电角度,电动势为:
让kq 尽可能小

３．采用Ｙ接线消除线电动势中的三及其倍数的奇次谐波
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4.4交流电机绕组的磁动势
4.4.1 单相绕组的磁动势 一、整距集中绕组的磁动势 一台两极气隙均匀的交流电机,一个整距 绕组通入交流电流,线圈磁动势在某瞬间的分 布如图,由全电流定律得:
Hdl i N
Eq1( q1 ) 4.44 fqNc k y1kq1 1 4.44 fqNc kw1 1
Eq 1(q>1) Eq 1(q=1) qa sin 2 = a qsin 2
kq 1 =
称为基波分布系数: 线圈组电动势等于集 中线圈组电动势打的 一个折扣.
kw1 = k y 1kq1
称为基波绕组
E y1(y ) Nc Et1 4.44 fNc 1
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三、短距线圈的电动势 每个短距线圈的电动势:
Ey1( y ) 4.44 fNcΦ1k y1
k y1
E y 1(y τ) E y 1(y τ)
y 0 sin( 90 ) τ
称为短距系数： 线圈短距时电动 势比整距时打的 一个折扣．
系数。
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4.3.3
一相绕组的基波感应电动势
一、一相绕组的基波电动势 一绕组有2a条支路，一条支路由若干个线圈组路串联组成。 一相绕组的基波电动势为一条支路的基波电动势
E p1 = 4.44 fNkw1 1
对单层绕组： 对双层绕组：
pqN c N= 2a
2 pqN c N= 2a
U1 W2
V1 U2
W1 V2
U1 W2
V1 U2
W1 V2
Y联结
D联结
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4.2交流电机的绕组
4.2.1 交流绕组的基本知识 一、基本要求和分类 1）三相绕组对称；
2）力求获得最大的电动势和磁动势；
3）绕组的电动势和磁动势的波形力求接近正弦； 4）节省用铜量； 5）绕组的绝缘和机械强度可靠，散热条件好； 6）工艺简单、便于制造、安装和检修。
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三、单层同心式绕组
同心式绕组由几个几何尺寸和节距不等的线圈连成同心 形状的线圈组构成。
同心式绕组端 部连线较长，适用 于q=4、6、8等偶 数的2极小型三相 异步电动机。
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三相 单层 绕组 的优 缺点
元件少，结构简 单，嵌线方便， 槽内无层间绝缘
优点
单层绕组为 整距绕组
缺点
优 点
所有线圈的形状 和尺寸相同，便 于实现机械化
用铜 量大
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4.3交流电机绕组的感应电动势
4.3.1 线圈的感应电动势及短距系数 一、一根导体的电动势 随时间变化的波形 电动势波形: e Blv 取决于气隙磁密在 pn 空间的分布波形 电动势频率: f
60
电动势大小: Ec1 2.22 fΦ1 二、整距绕组的电动势 每个整距绕组由Nc个相同和线匝组成，每个整距线圈的 电动势: