三相异步电动机的工作原理与结构.doc

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1、三相异步电动机的工作原理与结构 作者： 日期：三相异步电动机的工作原理与结构 异步电动机按电源相数分类可分为三相异步电动机与单相异步电动机。三相异步电动机使用三相交流电源，它具有结构简单、使用和维修方便、坚固耐用等优点，在工农业生产中应用极为广泛。 一、三相异步电动机的工作原理 在图1中，假设磁场的旋转是逆时针的，这相当于金属框相对于永久磁铁，以顺时针方向切割磁力线，金属框中感生电流的方向，如图中小圆圈里所标的方向。此时的金属框已成为通电导体，于是它又会受到磁场作用的磁场力，力的方向可由左手定则判断，即图中小箭头所指示的方向。金属框的两边受到两个反方向的力f，它们相对转轴产生电磁转矩 (磁力矩

2、)，使图1 闭合金属框中受力 图1示意图金属框发生转动，转动方向与磁场旋转方向一致，但永久磁铁旋转的速度n1要比金属框旋转的速度n大。 从上述实验中可以看到，在旋转的磁场里，闭合导体会因发生电磁感应而成为通电导体，进而又受到电磁转矩作用而顺着磁场旋转的方向转动；实际的电动机中不可能用手去摇动永久磁铁产生旋转的磁场，而是通过其他方式产生旋转磁场，如在交流电动机的定子绕组(按一定排列规律排列的绕组)通入对称的交流电，便产生旋转磁场；这个磁场虽然看不到，但是人们可以感受到它所产生的效果，与有形体旋转磁场的效果一样。通过这个实验，可以清楚地看到，交流电动机的工作原理主要是产生旋转磁场。 为了更好的说明

3、三相异步电动机的工作原理，用图2进一步进行说明，从中可以很清楚地看到三相交流电产生旋转磁场的现像。图中所示的3个绕组在空间上相互间隔机械角度120(实际的电动机中一般都是相差电角度120)，3个绕组的尾端 (标有U2、V2、W2) 连接在一起(3个绕组的这种连接称为星形(Y)接法。常用接法还有三角形()接法，就是将3个绕组首尾相连，在3个接点上分别引出3根引线的接法。)，将对称的三相交流电iU=Imsinw t、iV=Imsin(w t-120)、iW=Imsin(w t-240)从3个绕组的首端(标有U1、V1、W1)通入，放在绕组中心处的小磁针便迅速转动起来，由此可知旋转磁场的存在。图2三

4、相交流电动机定子 三相交流电是怎样产生旋转磁场的呢？用图3进行分析。当3个绕组跟三相电源接通后，绕组中便通过三相对称的交流电流iU、iV、iW，其波形如图3图所示。现在选择几个特殊的运行时刻，看看三相电流所产生的合成磁场是怎样的。这里规定：电流取正值时，是由绕组始端流进(符号)，由尾端流出(符号)；电流取负值时，绕组中电流方向与此相反。（a） (b) (c) (d)图3 三相交流电产生旋转磁场示意图 当wt=w t1=0，U相电流iU=0，V相电流取为负值，即电流由V2端流进，由V1端流出；W相电流iW为正，即电流从W1端流进，从W2端流出。在图3的定子绕组图中，根据电生磁右手螺旋定则，可以判

5、定出此时电流产生的合成磁场如图3(a)所示，此时好像有一个有形体的永久磁铁的N极放在导体U1的位置上，S极放在导体U2的位置上。当w t=w t2=2时，电流已变化了1/3周期。此时刻i为正，电流由U1端流入，从U2端流出，iV为零；iW为负，电流从W2端流入，从W1端流出。这一时刻的磁场如图3(b)所示。磁场方向较wt=wt1时沿顺时针方向在空间转过了120。 用同样的方法，继续分析电流在wt=wt3、wt=wt4时的瞬时情况，便可得这两个时刻的磁场，如图3(c)、3(d)所示。在wt=wt3=4/3 时刻，合成磁场方向较wt2时刻又顺时针转过120。在wt=wt4=2时刻，磁场较w t3时

6、再转过120，即自t1时刻起至t4时刻，电流变化了一个周期，磁场在空间也旋转了一周。电流继续变化，磁场也不断地旋转。从上述分析可知，三相对称的交变电流通过对称分布的3组绕组产生的合成磁场，是在空间旋转的磁场，而且是一种磁场幅值不变的圆形旋转磁场。三相异步电动机的基本原理把对称的三相交流电通入彼此间隔120电角度的三相定子绕组，可建立起一个旋转磁场。根据电磁感应定律可知，转子导体中必然会产生感生电流，该电流在磁场的作用下产生与旋转磁场同方向的电磁转矩，并随磁场同方向转动二、交流电动机中旋转速度的问题 1. 旋转磁场的旋转速度 旋转磁场的速度也称为“同步转速”，用n1表示，其单位是“r/min”。

7、它的大小由交流电源的频率及磁场的磁极对数决定。图3所举的例子是只能产生一对磁极的电动机，电流变化一个周期，旋转磁场转一圈；若电源电流的频率为f(Hz)，则一对磁极的旋转速度应为n1=60f (r/min)；我国电网供电电流的频率(即工频)为f =50 Hz(即每秒完成50个周期的变化)，则一对旋转磁场的转速就是50 r/min60 r/min =3000 r/min。若定子绕组采用的排列方式不同，那么产生的磁极对数也不同，依照前面分析产生一对磁极的方法，仍然选取几个特殊的时刻，根据图3.3上图各相电流的正、负时刻，画出各个绕组中电流的流向，即可判定出各时刻产生的磁场情况，如图4所示。 w t=

8、w t1=0时，iU=0，U相绕组内没有电流；iV为负值，电流由端流进，由端流出，再由V2端流进，由V1端流出；iW为正值，电流由W1端流进，由W2端流出再由W1端流进。由W2端流出。此时三相电流产生的合成磁场如图4所示。 前面讲过，每当交流电变化一个周期，两极旋转磁场就在空间转过360(即1转)机械角度。从图4中可以看出，四极的旋转磁场在电流变化一周中，在空间只转过180(即1/2转)机械角度。由此类推，当旋转磁场具有P对磁极时，交流电每变化一周，磁场就在空间转过1/p转。故旋转磁场的转速(同步转速)n为 n1=60f/P (r/min) 式中 f电流的频率； P定子绕组产生的磁极对数。2.

9、 旋转磁场的旋转方向 交流电动机旋转磁场的旋转方向，一般与接入定子绕组的电流相序有关。如前面举的两个例子(图3和图4)，磁场都是按顺时针方向旋转的，这与三相电源通入三相绕组的电流相序IUIVIW(正序电流)是一致的。若要使磁场按逆 图4 三相交流异步电动机产生4个磁极旋转磁场 图5 三相绕组通入反(负)序电流时的旋转磁场时针方间旋转，只需改变通入三相绕组中的电流相序，也就是说通入三相绕组的电流相序为IUIVIW是反(负)序的，即只要把三相绕组的3根引出线头任意调换两根后再接电源就可实现，如图5所示。在图4中，使iV流入W1W2绕组，iW流入V1V2绕组，iU仍流入U1U2绕组。三相绕组通入反(

10、负)序电流后，所产生的旋转磁场分析如图5所示。从图中可以明确看到，旋转磁场的旋转方向是逆时针的，与图3所示的旋转磁场的顺时针方向相反。 3. 转子的旋转速度 转子的旋转速度一般称为电动机的转速，用n表示。根据前面的工作原理可知，转子是被旋转磁场拖动而运行的，在异步电动机处于电动状态时，它的转速恒小于同步转速n1，这是因为转子转动与磁场旋转是同方向的，转子比磁场转得慢，转子绕组才可能切割磁力线，产生感生电流，转子也才能受到磁力矩的作用。假如有n = n1情况，则意味着转子与磁场之间无相对运动，转子不切割磁力线，转子中就不会产生感生电流，它也就受不到磁力矩的作用了。如果真的出现了这样的情况，转子会

11、在阻力矩(来自摩擦或负载)作用下逐渐减速，使得nn1。当转子受到的电磁力矩和阻力矩(摩擦力矩与负载力矩之和)平衡时，转子保持匀速转动。所以，异步电动机正常运行时，总是nn1，这也正是此类电动机被称作“异步”电动机的由来。又因为转子中的电流不是由电源供给的，而是由电磁感应产生的，所以这类电动机也称为感应电动机。 4. 转差率 旋转磁场的同步转速与转子转速之差与同步转速的比值，称为异步电动机的转差率，即 s=(n1-n)/n1 式中s为转差率。当异步电动机刚要起动时，n = 0，s = 1；当n = n1时，s = 0。异步电动机正常使用时，电动机转速略小于但接近同步转速，额定转差率一般小于5%。

12、 5. 三相异步电动机的转速与运行状态 图6 异步电动机的3种运行状态如果作用在异步电动机转子的外转矩使转子逆着旋转磁场的方向旋转，即n0，s1如图6(a)中所示，此时转子导条中的电动势与电流方向仍和电动机时一样，电磁转矩方向仍与旋转磁场方向一致，但与外转矩方向相反。即电磁转矩是制动性质，在这种情况下，一方面电动机吸取机械功率，另一方面因转子导条中电流方向并未改变，对定子来说，电磁关系和电动机状态一样，定子绕组中电流方向仍和电动机状态相同，也就是说，电网还对电动机输送电功率，因此异步电动机在这种情况下，同时从转子输入机械功率、从定子输入电功率，两部分功率一起变为电动机内部的损耗。异步电动机的这

13、种运行状态称为“电磁制动”状态，又称“反接制动”状态。 如果用一原动机，或者由其他转矩(如惯性转矩、重力所形成的转矩)去拖动异步电动机，使它的转速超过同步转速，这时在异步电动机中的电磁情况有所改变，因nn1，s0，旋转磁场切割转子导条的方向相反，导条中的电动势与电流方向都反向。根据左手定则所决定的电磁力及电磁转矩方向都是与旋转磁场及转子的旋转方向相反。这种电磁转矩是一种制动性质的转矩，如图6(c)所示，这时原动机就对异步电动机输入机械功率。以后会讲述，在这种情况下，异步电动机通过电磁感应由定子向电网输送电功率，电动机就处在发电动机状态。 三、三相异步电动机的结构 图7 封闭式三相异步电动机的结

14、构 1端盖 2轴承 3机座 4定子绕组 5转子 6轴承 7端盖 8风扇 9风罩 10接线盒异步电动机的结构也可分为定子、转子两大部分。定子就是电机中固定不动的部分，转子是电机的旋转部分。由于异步电动机的定子产生励磁旋转磁场，同时从电源吸收电能，并产生且通过旋转磁场把电能转换成转子上的机械能，所以与直流电机不同，交流电机定子是电枢。另外，定、转子之间还必须有一定间隙(称为空气隙)，以保证转子的自由转动。异步电动机的空气隙较其他类型的电动机气隙要小，一般为0.2 mm2mm。 三相异步电动机外形有开启式、防护式、封闭式等多种形式，以适应不同的工作需要。在某些特殊场合，还有特殊的外形防护型式，如防爆

15、式、潜水泵式等。不管外形如何电动机结构基本上是相同的。现以封闭式电动机为例介绍三相异步电动机的结构。如图7所示是一台封闭式三相异步电动机解体后的零部件图。 1. 定子部分定子部分由机座、定子铁心、定子绕组及端盖、轴承等部件组成。 (1) 机座。机座用来支承定子铁心和固定端盖。中、小型电动机机座一般用铸铁浇成，大型电动机多采用钢板焊接而成。 (2) 定子铁心。定子铁心是电动机磁路的一部分。为了减小涡流和磁滞损耗，通常用0.5mm厚的硅钢片叠压成圆筒，硅钢片表面的氧化层(大型电动机要求涂绝缘漆)作为片间绝缘，在铁心的内圆上均匀分布有与轴平行的槽，用以嵌放定子绕组。 (3) 定子绕组。定子绕组是电动

16、机的电路部分，也是最重要的部分，一般是由绝缘铜(或铝)导线绕制的绕组联接而成。它的作用就是利用通入的三相交流电产生旋转磁场。通常，绕组是用高强度绝缘漆包线绕制成各种型式的绕组，按一定的排列方式嵌入定子槽内。槽口用槽楔(一般为竹制)塞紧。槽内绕组匝间、绕组与铁心之间都要有良好的绝缘。如果是双层绕组(就是一个槽内分上下两层嵌放两条绕组边)，还要加放层间绝缘。 (4) 轴承。轴承是电动机定、转子衔接的部位，轴承有滚动轴承和滑动轴承两类，滚动轴承又有滚珠轴承(也称为球轴承)，目前多数电动机都采用滚动轴承。这种轴承的外部有贮存润滑油的油箱，轴承上还装有油环，轴转动时带动油环转动，把油箱中的润滑油带到轴与

17、轴承的接触面上。为使润滑油能分布在整个接触面上，轴承上紧贴轴的一面一般开有油槽。 2. 转子部分转子是电动机中的旋转部分，如图7中的部件5一般由转轴、转子铁心、转子绕组、 风扇等组成。转轴用碳纲制成，两端轴颈与轴承相配合。出轴端铣有键槽，用以固定皮带轮或联轴器。转轴是输出转矩、带动负载的部件。转子铁心也是电动机磁路的一部分。由0.5mm厚的硅钢片叠压成圆柱体，并紧固在转子轴上。转子铁心的外表面有均匀分布的线槽，用以嵌放转子绕组。三相交流异步电动机按照转子绕组形式的不同，一般可分为笼型异步电动机和绕线型异步电动机。 (1) 笼型转子线槽一般都是斜槽(线槽与轴线不平行)，目的是改善起动与调速性能。

18、其外形如图7中的第5部分；笼型绕组(也称为导条)是在转子铁心的槽里嵌放裸铜条或铝条，然后用两个金属环(称为端环)分别在裸金属导条两端把它们全部接通(短接)，即构成了转子绕组；小型笼型电动机一般用铸铝转子，这种转子是用熔化的铝液浇在转子铁心上，导条、瑞环一次浇铸出来。如果去掉铁心，整个绕组形似鼠笼，所以得名笼型绕组，如图8所示。 图8(a)为笼型直条形式，图8(b)为笼型斜条形式。(a) 直条形式 (b) 斜条形式图8 笼型异步电动机的转子绕组形式(2) 绕线型转子绕组与定子绕组类似，由镶嵌在转子铁心槽中的三相绕组组成。绕组一般采用星形连接，三相绕组绕组的尾端接在一起，首瑞分别接到转轴上的3个铜

19、滑环上，通过电刷把3根旋转的线变成了固定线，与外部的变阻器连接，构成转子的闭合回路，以便于控制，如图9所示。有的电动机还装有提刷短路装置，当电动机起动后又不需要调速时，可提起电刷，同时使用3个滑环短路，以减少电刷摩损。 图9 绕线式异步电动机的转子 两种转子相比较，笼型转子结构简单，造价低廉，并且运行可靠，因而应用十分广泛。绕线型转子结构较复杂，造价也高，但是它的起动性能较好，并能利用变阻器阻值的变化，使电动机能在一定范围内调速；在起动频繁、需要较大起动转矩的生产机械(如起重机)中常常被采用。一般电动机转子上还装有风扇或风翼(如图7中部件8)，便于电动机运转时通风散热。铸铝转子一般是将风翼和绕

20、组(导条)一起浇铸出来，如图8(b)所示。 3. 气隙所谓气隙就是定子与转子之间的空隙。中小型异步电动机的气隙一般为0.2mm1.5mm。气隙的大小对电动机性能影响较大，气隙大。磁阻也大，产生同样大小的磁通，所需的励磁电流Im也越大，电动机的功率因数也就越低。但气隙过小，将给装配造成困难，运行时定、转子容易发生摩擦，使电动机运行不可靠。 四、三相异步电动机的铭牌数据 三相异步电动机在出厂时，机座上都固定着一块铭牌，铭牌上标注着额定数据。主要的额定数据为：(1) 额定功率PN(kW)：指电动机额定工作状态时，电动机轴上输出的机械功率。 (2) 额定电压UN(v)：指电动机额定工作状态时，电源加于

21、定子绕组上的线电压。 (3) 额定电流IN(A)：指电动机额定工作状态时，电源供给定子绕组上的线电流。(4) 额定转速门nN(r/min)：指电动机额定工作状态时，转轴上的每分转速。 (5) 额定频率fN(Hz)：指电动机所接交流电源的频率。 (6) 额定工作制：指电动机在额定状态下工作，可以持续运转的时间和顺序，可分为额定连续工作的定额S1、短时工作的定额S2、断续工作的定额S3等3种。 此外，铭牌上还标明绕组的相数与接法(接成星形或三角形)、绝缘等级及温升等。对绕线转子异步电动机，还应标明转子的额定电动势及额定电流。 三相感应电动机的定子绕组一、对三相交流绕组的基本要求和分类1.对三相交流

22、绕组的基本要求（1）每相绕组的阻抗要求相等，即每相绕组的匝数、形状都是相同的。（2）在一定数目的导体下，能获得较大的电动势和磁动势。（3）电动势和磁动时的波形力求接近正弦波，为此要求电动势和磁动势中的谐波分量应尽可能小。（4）对基波而言，三相电动势和磁动势必须对称。（5）用铜少，绝缘性能可靠，制造、维修方便。 2.三相交流绕组的分类异步电动机定子绕组的种类很多，按相数分，有单相、二相和三相绕组；按槽内层数分，有单层、双层和单双层混合绕组；按绕组端接部分的形状分，单层绕组又有同心式、交叉式和链式之分；双层绕组又有叠绕组和波绕组之分；按每极每相所占的槽数是整数还是分数，有整数槽和分数槽绕组之分等等

23、。但构成绕组的原则是一致的。本章仅以三相单层和双层绕组为例说明绕组的排列和连接。3.关于交流绕组的一些基本量 （1）极距相邻两个磁极轴线之间的距离，称为极距，用字母“”表示。极距的大小可以用长度表示，或用在铁心上线槽数表示，也可以用电角度表示。由于各磁极是均匀分布的，所以极距在数值上也等于每极所占有的线槽数，但极距与磁极所占有槽的空间位置不同。以24槽4极电动机为例，每极所占槽数是24/4=6槽，各极中心轴线到与它相邻的磁极中心轴线的距离，也就是极距，显然也是6糟。一般地说，总槽数为Z1、有2P个磁极的电动机，其极距为 =Z1/2P （2）电角度与槽距角 一个圆周的机械角度是360，在研究电动

24、机问题时，把这种定义的角度称为空间机械角度，用表示。如果铁心圆周上分布有一对磁极，那么沿铁心圆周转1周，则经过了空间机械角360，同时从磁场变化方面来说也完成了一个周期的变化，即N-S-N，或S-N-S，为了更加清晰地描述磁场，我们沿用机械角度变化1周为360空间机械角的描述，就说磁场变化1周在电空间也变化360电角度。这种情况(指有1对磁极情况)下，电角度(用表示)和空间机械角度数是相等的，即 =如果是四极电动机，就是定子内圆上均匀分布着两对磁极，沿铁心圆周转动，每经过1对磁极，从电的方面讲就完成了1对磁场周期的变化，也就是转过了360电角度。沿铁心圆周转1周，转过的空间机械角仍是360，但

25、在电的方面完成了2周变化，转过的电角度就是=3602=720。对于有P对磁极的电动机来说，铁心圆周的空间机械角当然还是360，而对应的电角度则是 =360P 需要注意的是，按式求得的电角度是铁心整个圆周的电角度。在后面的分析中，更多用到的是“槽间电角度”，即铁心上相邻两槽中心间隔的电角度，它也等于每一个槽子所占据的电角度。槽间电角度的计算公式为 =360P/Z1 式中 Z1电动机铁心总槽数。 （3）节距 一个绕组的两条有效边之间相隔的槽数称为节距(也有称跨距、开档的)，用y表示，一般用槽数表示，y的称为长距绕组。常用的是短距与整距绕组。（4）每极每相槽数q 在交流电动机中，每个极距所占槽数一般

26、要均等地分给所有的相绕组，每相绕组在每个磁距下所分到的槽数，称为“每极每相槽数”，用q表示。在三相交流电动机中，相数是3，而单相交流电动机的相数是2。每极每相槽数q的公式即 q=Z1/2Pm=/m 式中 Z1槽数； 2P磁极数； m相数； 极距。（5）相带每相绕组在每一对极下所连续占有的宽度（用电角度表示）称为相带。在三相交流电动机中，一般将每相所占有的槽数均匀地分布在每个磁极下，因为每个磁极所占有的电角度是180，对三相绕组而言，每相占有60的电角度，称为60相带。由于三相绕组在空间彼此相距120电角度，所以相待的划分延定子内圆瑛依次为U1、W1、V1、U2、W2、V2，只要掌握了相带的划分

27、和线圈的节距，就可以掌握绕组的排列规律。二、交流电动机绕组排列的基本原则 图10为三相交流电动机绕组展开图，如何绘制绕组展开图呢？由上一节电动机的工作原理，欲使电动机正常工作，必须要遵循一定的绕组排列原则，进行正确的绕组排列，否则电动机将不能正常的工作。对于普通电动机而言一般都要遵循下列原则。1. 电动机绕组排列的原则(1) 一个极距内所有导体的电流方向必须一致；(2) 相邻两个极距内所有导体的电流方向必须相反；(3) 若为双层绕组，以上层绕组为准，或以下层绕组为准。2. 交流电动机绕组展开图绘制的操作步骤 图10 三相4极24槽交流电动机定子单层链式交叉绕组展开图 (a)绕组的排列形式 (b

28、)槽中绕组边(导体)的位置 (c)各绕组端部的连接 在交流电动机绕组嵌线排列原则的指引下，可以很方便的了解和掌握绕组嵌线排列技术；并且分解出绕组展开图绘制的绘制步骤，方便实际操作。 (1) 计算参数。根据电动机的相数m，已有的槽数Z1与极对数P，计算极距以及每极每相槽数q，即 极距(槽)： =Z1/2P 每极每相槽数(槽/极相)：q=Z1/2Pm 关于绕组的节距以及绕组所采用的形式，可以根据原电动机或手册获得。 (2) 编绘电动机的槽号。根据电动机的槽数，按照展开的形式画出每个槽，即将所有线槽等距离地画出，每一小竖线(竖线中间空出)代表一个线槽(也代表该槽内的导体)，并且按顺序在每个槽(竖线中

29、间空出部分)编上相应的号码，在画槽的时候，一般要多画几个，编号时要考虑到电动机槽的圆周整体性，所以要在展开槽的两端，同时绘出首尾号码。注意在竖线中间上部留出每极每相槽数的位置。(3) 划定极距。在已编绘好槽号的基础上，从第一槽的前面半槽地方起，到最后一槽后面半槽止，在槽的上面划一长线，并根据电动机极距的具体数值，将它分为2P份，每份下面的槽数就是一个极距。注意在划定极距的时候，要预留出一定空间，即为绕组展开图上部绕组绘制留出相应的位置。确定各极距相应的位置，为确定每极每相槽数的位置打下了基础。 (4) 确定每极每相槽的位置。在一个极距下，按照相数m，首先分成m等份(也称作整体分布绕组)，然后根

30、据每极每相槽数的具体数值，在已划定极距相应位置的基础上，确定每个槽属于哪相绕组的位置。三相单层绕组分别用“U”、“V”、“W”表示各槽相绕组边的位置；若为双层绕组，则只标上层边所在槽的位置。以为后期绕组嵌线，确定各相绕组具体绕组所嵌的位置提供方便，不至于搞混。 (5) 标定电流方向。按照交流电动机绕组排列原则的第(1)、(2)两条，即一个极距内所有导体的电流方向必须一致，相邻两个极距内所有导体的电流方向必须相反的原则。在已划分定各极距相应位置的基础上，标定出每个极距内各槽导体的电流方向。为后期各相绕组绕组与绕组间、绕组组与绕组组间的连接提供理论依据，以及操作上的便利。(6) 绕组展开图成图。根

31、据电动机的工作原理，一台交流电动机可以有很多中嵌排方式，但一般都要按照原电动机的绕组形式，即是单层绕组、还是双层绕组，以及叠式、还是波式，链式、还是交叉式等具体情况，先确定绕组的节距y，再绕制绕组。一组绕组之间的连接取决于同属绕组中电流的方向，绕组组之间的连接也取决于绕组中的电流方向，但同时也取决于同属一相绕组的并联支路数。在设计绕组排列时没有考虑电流的因素。有些电动机，尤其是大功率低速电动机，绕组中电流很大，这就要求选用很粗的绕组导线。但粗导线绕组嵌线很困难。为解决这一问题，可以将每相绕组分成两条支路并联起来，再接引出线。同一相绕组中各并联支路必须对称，也就是说各并联支路中串联的绕组数必须相

32、等。 总的来说，在前面各步已绘好的基础上可完成绕组展开图。具体操作中，首先按照绕组的节距，把绕组展开图上部，同属于一相绕组的绕组边，有规则的连接起来构成绕组。然后在绕组展开图的下部，以确保绕组边中的电流方向，连接各相绕组端部线头，以及各相绕组组的端部线头。 例 试绘制三相电动机4极24槽单层绕组展开图。按照上面讲的绕组排列原则的前两条(1)、(2)，以及绕组展开图形绘制操作步骤进行。第(1)步，参数计算。极距： =Z/2P=24/4=6 槽每极每相槽数：q=Z/2Pm=24/43=2 槽/极相在第一步的基础上，把第(2)(5)步的操作内容绘在一起，如图11所示。 图11 三相24槽4极电动机单

33、层绕组槽号绘编标定电流方向的排列展开图 第(6)步，绕组成图，如图12所示。本例采用的是同心交叉式，即大绕组套小绕组，按照电流示意的方向，进行一个绕组组内的连接，如1-8大绕组与2-7小绕组的连接；然后再进行绕组组与绕组组的连接，如U相绕组的两个绕组组之间的连接。 图12 三相24槽4极电动机单层绕组展开图 绕组的感应电动势三相异步电动机定子绕组接到三相电源后，气隙内即建立旋转磁场。这个磁场以同步转速n1旋转，幅值不变。其分布近乎正弦，好像一种旋转的磁极。它同时切割定、转子绕组，在其中产生感应电动势。虽然在定、转子绕组中感应电动势的频率有所不同，但两者定量计算的方法是一样的。本节讨论由正弦分布

34、、以同步转速n1旋转的旋转磁场在定子绕组中所产生的感应电动势。 一、绕组的感应电动势及短矩系数 1. 导体的感应电动势 当磁场在空间作正弦分布，并以恒定的转速n1旋转时，导体感应的电动势为一正弦波，其最大值为导体电势的有效值为而，所以有 2. 整距线圈的感应电动势 在图13(a)中，将相隔一个极距，即相差180空间电角度的位置上放置两根导体U1和U2，并在上端用导线将它们连成一个整距线圈。线匝下面的两个端头分别称头和尾。由于两根导体在空间相间一个极距，则可知，若一根导体处在N极极面下，另一根导体必定处在S极极面下对应的位置，它们切割磁场所感应出的电动势必然大小相等、方向相反。即在时间相位上彼此

35、相差180时间电角度，每根导体的基波电动势相量则如图13(b)所示。每个线匝的电动势为图13 匝电动势的计算 有效值在一个线圈内，每一匝电动势的大小和相位都是相同的，所以整距线圈的电动势为有效值3. 短距绕组的感应电动势 这时线圈节距，则电动势和相位差不是180，而是相差，是线圈节距所对应的电角度。因此匝电势为有效值式中短距因数，。则短距线圈的电动势为 短距系数的物理含义是：由于绕组短距后，两绕组边中感应电动势不再相等。求绕组电动势时不能像整矩绕组那样代数相加，而是相量相加，也就是把绕组看成是整距后所求绕组电动势再做折算。 二、线圈组的感应电动势及分布系数 线圈组是由q个绕组串联组成的，若是集

36、中绕组(q个绕组均放在同一槽中)，则每个绕组的电动势大小、相位都相同，对于分布绕组，q个绕组嵌放在相邻槽距角的q个槽中，对每个绕组而言，它们切割旋转磁场所产生的感应电动势的大小应完全相同。但由于q个绕组在定子空间分布而互差a，则磁场切割它们必然有先有后，这就使得q绕组中产生的感应电动势在时间相位上有超前滞后。显而易见，q个绕组中感应电动势在时间上依次相差电角度，如图3.14(a)所示。线圈组电动势为q个绕组电动势的相量和，即由于q个相量大小相等，又依次位移角，所以它们依次相加就组成一个正多边形。所 以有 图14 分布绕组组基波电动势相量图 式中分布因数，线圈组的电动势为成为绕组因数。三、一相绕

37、组的基波感应电动势 一相绕组有a条支路，一条支路由若干个绕组组串联组，因此一相绕组的电动势等于每一条并联支路的电动势。一般情况下，每条支路中所串联的几个绕组组的电动势都是大小相等、相位相同的，因此，可将该相一条支路所串的几个绕组组电动势直接相加。对于单层绕组，每条支路由P/a个绕组组串联而成。对于双层绕组，每条支路由2p/a个绕组组串联而成。所以每相绕组电动势为 双层绕组 单层绕组以上两式中 和 分别表示双层绕组和单层绕组每条支路的串联匝数，统一用有效匝数N表示，这样就可得到绕组相电动势的一般公式 式中 N每相绕组的串联匝数。上式是计算交流绕组每相电动势有效值的一个普遍公式。它与变压器中绕组感

38、应电动势的计算公式十分相似，仅多一项绕组系数。事实上，因为变压器绕组中每个线匝的电动势大小、相位都相同，因此变压器绕组实际上是一个集中整距绕组。绕组的磁动势在阐述三相异步电动机的工作原理时，曾指出，在三相异步电动机中，实现能量转换的前提是需要产生一种旋转磁场。实际上，这种旋转磁场是由该电动机定子上的对称三相绕组中通入对称三相交流电流时产生的磁动势建立的。因为此旋转磁动势是对称三相绕组中通入对称三相交流电流时所形成的总磁动势，所以这个总磁动势肯定既是空间的函数，又是时间的函数。本节从分析一个绕组的磁动势开始，进而分析一个绕组组以及一个相绕组的磁动势。然后把3个相绕组的磁动势叠加起来，便可得出三相

39、绕组的合成磁动势。 一、单相绕组的磁动势脉振磁动势组成相绕组的单元是绕组，那么合成为单相绕组磁动势的单元就是绕组的磁动势，下面先分析一个绕组所产生的磁动势。 图15 整距绕组产生的磁动势 1. 整距线圈的磁动势图15(a)所示为一台两极异步电动机的磁场分布示意图，定子上有一个匝数为Ny的整距绕组U1-U2，绕组中有电流通过，从U2流入，从U1流出。电流所建立的磁场的磁力线分布如图中虚线所示，为二极磁场。根据全电流定律，每根磁力线所包围的全电流为 式中 绕组匝数，即绕组中每一有效边的导体数。 设想将电动机在放置U1绕组边的地方切开并展平，如图15(b)所示，如确定磁极轴线为y轴，定子内圆周为x轴

40、。若绕组中通入交流电流， ,因为电流是随时间变化的，这里选择 ，这一个合适的时间来分析。在讨论直流电动机电枢磁动势时，分析过这种整距绕组(直流电动机中称为元件)磁动势的分布情况，已确定这种整距线圈所产生的磁动势在空间分布波形是一个矩形波，其周期为两个i极距，其幅值等于磁力线所包围的全电流的一半为，周期为2。则磁动势矩形波幅值的一般表达式为它随时间的变化作正弦变化，当电流为最大值时，矩形波的高度也为最大值，当电流改变方向时，磁动势也随之改变方向。图16表示不同瞬时矩形波幅值随时间变化的关系。这种从空间上看位置固定，从时间上看大小在正负最大值之间变化的磁动势，称之为脉振磁动势。脉振的频率就是交流电

41、流的频率。2.整距线圈组的磁动势定子三相对称绕组不论是双层还是单层，每个绕组组都是由q个相同的绕组串联起来，各绕组之间依次相差一个槽距角a。以q=3的整距绕组组为例，3个绕组产生的磁动势矩形波大小相等，在空间依次相隔a电角度。此线圈组的基波合成磁动势的相量就可用q个(3个)依次相差a电角度的基波磁动势相量之和来表示，幅值为式成为基波的分布因数。它表明具有同样匝数的分布绕组，其基波磁动势比具有同样匝数集中绕组(q个绕组集中在一个槽内的绕组)的基波磁动势减小的倍数，图16 不同瞬间的脉振磁动势或者可理解为把绕组中的各绕组排列成分布以后所引起基波磁动势的一个折扣。 同理对于高次谐波其分布因数为高次谐

42、波磁动势的幅值为采用分布绕组可以削弱磁动势的高次谐波，改善磁动势的波形，使之接近于正弦波。3.短距线圈组的磁动势双层绕组中常采用短矩绕组。由于是短距绕组，所以同一相上、下层导体要移开一个距离，这个距离即是绕组节距所缩短的电角，y1为绕组节矩。由于磁动势大小和波形只取决于槽内线圈组边的分布及电流的情况，而与各线圈组边的连接次序无关。因此可将上层线圈组边等效地看成是一个单层整距分布线圈组，下层线圈组边等效地看成是另一个单层整距分布线圈组上、下两线圈组在空间相差电角度，因此双层短距分布绕组基波磁动势如同电动势一样，其大小为两个等效线圈基波磁动势的相量和，因此，又可引入短距系数来计算绕组短距的影响。短

43、距绕组组的基波合成磁动势幅值为式中 基波的短距因数 同理，短距线圈组产生的n次谐波磁动势幅值为 式中 n谐波磁动势的短距系数。 由以上分析可知，虽然采用分布、短距绕组会使基波磁动势有所减小，但谐波磁动势得到了很大的削弱，有利于改善基波磁动势的波形，使之更接近于正弦波。所以，容量较大的异步电动机定子均采用双层分布短距绕组。 4.相绕组的磁动势根据以上分析，单相绕组产生的磁动势可以很容易地求出来：首先明确，绕组磁动势是用每一个气隙所消耗的磁动势来描述的，所以，相绕组的磁动势并不指整个相绕组的总安匝数，而是指气隙中的合成磁动势，也就是每一对磁极下对应的合成磁动势。综合以上关于整距绕组和绕组组磁动势的分析，可得出一个结论：绕组由集中的改为分布的，基波合成磁动势应打一个折扣 ；绕组由整距的改为短距的，基波合成磁动势幅值也应打一个折扣，那么，如果绕组由整距的、集中的改为短距、分布的时候，基波合成磁动势则应打折扣；换句话说，由短距绕组组成的分布绕组的基波合成磁动势幅值等于具有相同匝数的整距集中绕组的基波合成磁动势幅值乘以系数。把分布因数与短距因数 的乘积称为基波绕组因数并以 表示。单相绕组在每对磁极下产生的磁动势就等于每对磁极下绕组组所产生的磁动势。但在表达式中，要用每相绕组串联总匝数N1和相电流I1来表示，所以，只要导出每相绕组串联总匝数N1