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第五章第五章 三相异步电动机基本工作原理和结构三相异步电动机基本工作原理和结构5-1 三相异步电动机为什么会转，怎样改变它的极性？ 答：（1）电生磁：定子三相绕组通以三相正弦交流电流产生一个以同步速 n1、转向与相序一致（顺 时针方向）的旋转磁场假定此瞬间旋转磁场极性由上到下（如图所示） （2） （动）磁生电：由电磁感应理论：静止的转子绕组切割定子旋转磁场而感应电动势，其方向由”右手发电机”定则确定，如图所示（转子上面三个导体为 ⊙ ,下面三个导体为⊕ ） 由于转子绕组自身闭合，便有电流通过，并假定电流与电动势同相（即为有功分量电流） 3) 电磁力（矩）：转子载（有功）电流导体在定子旋转磁场作用下受到电磁力的作用，其方向由”左 手电动机”定则确定（转子上面三个导体受力方向向右，下面三个导体受力方向向左） ，这些力对转轴 形成电磁转矩（顺时针方向）Tem，它与旋转磁场方向相同（即与相序一致） ，于是在该转矩驱动下， 转子沿着转矩方向旋转，从而实现了能量转换 改变相序即可改变三相异步电动机的转向5-2 为什么异步电动机的转速一定小于同步转速？若转子电流和转子电动势之间有相位差，这里所 有转子导体上的电磁力的方向是否都和转向相同，画图分析说明。

答： 由上题知，异步电动机的转向 n 与定子旋转磁场的转向 n1相同，只有 n0） ，n> n1时转差率为负（sn>0 时，转差率 sn>∞时，转差率 s>1; 当+∞>s>1 时为电磁制动运行状态，当 1>s>0 时为电动机运行状态，当 0>s>-∞时为发电机运行 状态5-5 假如一台接到电网的异步电动机用其它原动机带着旋转，使其转速高于旋转磁场的转速，如图 5- 9 所示，试画出转子导体中感应电动势、电流和相序的方向这时转子有功电流和定子旋转磁场作用 产生的转矩方向如何？如把原动机去掉，情况又会怎样？ 答：当转子由电动机驱动，且 n>n1，此时转子导体以逆时针方向切割旋转磁场（相对切割速度为 n- n1）,而感应电动势 e2方向如图所示（由”右手发电机”定则判定）,其相序由转子导体的切割方向决定， 由于转子导体切割旋转磁场在时间上有先后顺序，如将先切割 N 极轴线的一相定义为 U 相，则后切 割的那两相（互差 1200空间电角度）分别为 V 相和 W 相，可见，其相序与转向相反，如图所示 如果电流 i2与电动势 e2同相（即有功分量电流） ，则转子有功电流和旋转磁场相互作用产生电磁 力，并形成转矩 Tem，由”左手电动机”定则判得，其方向与转子转向相反，为制动性质转矩。

实际上，此时电动机已处于发电运行状态（011nnns ） 如果把原动机去掉，转速将下降，不再大于 n1了，这时因为已处于发电机运行的电机在旋转过程中，绕组电阻有铜损耗，通风、轴承、磨擦等有机 械损耗，致使转速逐渐下降，直至 n1)和对各线圈都集中在同一槽 时电动势代数和 Eq(q=1)的比值，即：)1()1( qEEk ;由数学知：相量和总是小于（或等于）其代数和，即)()(ytytEE及)1()1(EE, 故其比值 即 Ky及 Kq总是小于 1. 6-4 在交流发电机定子槽的导体中感应电动势的频率、波形、大小与哪些因素有关？这些因素中哪 些是由构造决定的，哪些是由运行条件决定的？答： (1) 频率60pnf  频率 f 与磁极对数 p 和发电机的转速 n 有关，p 是由构造决定，n 是由运行条件决定 （2） 波形与电机气隙磁通密度沿气隙圆周分布的波形有关，它由电机结构决定 （3）大小 Ec=2.22fΦ 导体电动势 Ec大小与频率 f 及每极磁通 Φ 有关，f 及 Φ 由电机的运行条件决定6-5 总结交流发电机定子电枢绕组相电动势的频率、波形和大小与哪些因素有关？这些因素中哪些是 由构造决定的，哪些是由运行条件决定的？答： (1)频率 ：同上题（同槽导体感应电动势的频率） (2)波形：与绕组结构（是短距还是整距绕组，是分布还是集中绕组）有关，由构造决定。

3)大小： wfNKE44. 4相绕组电动势 EΦ大小与频率 f、一条支路匝数 N、绕组系数 KW及每极磁通 Φ 有关，其中 N、Kw 由构造决定，f、Φ 由运行条件决定6-6 试从物理和数学意义上分析，为什么短距和分布绕组能削弱或消除高次谐波电动势？答： 因谐波电动势qyKNKfE44. 4，欲要消除或削弱某次谐波电动势，只需使某次谐波的短距系数 Kyυ或分布系数 Kqυ为零（或很小）即可如短距绕组，欲消除 υ 次谐波，可令 kyυ=0，得1y ,即其节距只需缩短 υ 次谐波的一个节距欲消除 5 次谐波电动势，取节距54y .由图(a)知，此时线圈的两个有效边在 5 次谐波磁场中，正处于同一极性的相同磁场位置下，因此，两有效边的 5 次谐波电动势恰好抵消 通过计算可得：ky1=0.951, ky3=-0.588, ky5=0, ky7=0.588 等，可知采用短距绕组后基波电动势 也有所削弱，但谐波电动势削弱程度远远超过基波电动势 又如分布绕组，可取 q=2,算出 kq1=0.966, kq3=0.707, kq5=0.259, kq7=0.259 等，可知：采用 分布绕组，基波电动势也有所削弱，但谐波电动势削弱程度远远超过基波电动势。

从波形图(b)可看出，本来相邻两线圈电动势波形为不同相的梯形波，其合成后的波形比原梯形 波更接近于正弦波y=τ54yN N NS S See1e2(a) (b)6-7 同步发电机电枢绕组为什么一般不接成△形，而变压器却希望有一侧接成△接线呢？答：同步发电机无论采用 Y 接线还是△接线，都能改善线电动势波形，而问题是接△接线后，△接的 三相线圈中，会产生 3 次及 3 的奇次倍谐波环流，引起附加损耗，使电机效率降低，温升升高，所以 同步发电机一般不采用△接来改善电动势波形而变压器无论在哪一侧接成△接，都可提供 3 次谐波 励磁电流通路，使主磁通波形为正弦波，感应的相电动势为正弦波，改善变压器相电动势的波形6-8 额定转速为每分钟 3000 转的同步发电机，若将转速调整到 3060 转/分运行，其它情况不变，问定 子绕组三相电动势大小、波形、频率及各相电动势相位差有何改变？答：本题题意为转速升高(升高02. 130003060 倍)（1）（1） 频率 60pnf f∝n (p=c), 故频率增加 1.02 倍。

2）大小 044. 4wfNKEEΦ∝f(N、kw、Φ0=C),电动势增加 1.02 倍 （3）（3） 波形和各相电动势相位差不变，因它们与转速无关6-9 一台 4 极，Z=36 的三相交流电机，采用双层迭绕组，并联支路数 2a=1， 97y ，每个线圈匝数 NC=20，每极气隙磁通1=7.5×10-3韦，试求每相绕组的感应电动势？解： 极距 9436 2pZ节距 7997 97y每极每相槽数 33436 2pmZq槽距角 000120363602360Zp用空间电角度表示节距 00 1140207y基波短距系数 94. 02140sin2sin0 1 1yK基波分布系数 96. 0220sin32203sin2sin2sin001 Kq每条支路匝数 匝24012034 221apqNNc基波相电动势 VKfNKEqy6 .360105 . 796. 094. 02405044. 444. 4311116-10 有一台三相异步电动机，2P=2，n=3000 转/分，Z=60，每相串联总匝数 N=20，fN=50 赫，每极气隙基波磁通1=1.505 韦，求：（1）（1） 基波电动势频率、整距时基波的绕组系数和相电动势； （2）（2） 如要消除 5 次谐波，节距 y 应选多大，此时的基波电动势为多大？解：(1) 基波电动势频率 HZpnf506030001 60极距 30260 2pZ每极每相槽数 103260 2pmZq槽距角 00016603601360Zp整距绕组基波短距系数 11yK基波分布系数 9553. 026sin102610sin2sin2sin00111 Kq基波绕组系数 9553. 09553. 01111qywKKK基波相电动势 VfNKEw5 .6383505. 19553. 0205044. 444. 4111(2) 取  54 5151y用空间电角度表示节距 00 1114418054y基波短距系数 951. 02144sin2sin0 1 1yK基波相电动势 VKfNKEqy7 .6070505. 19553. 0951. 0205044. 444. 411116-11 总结交流电机单相磁动势的性质、它的幅值大小、幅值位置、脉动频率各与哪些因素有关？这 些因素中哪些是由构造决定的，哪些是由运行条件决定的？答： 幅值 IpNKFw m1 19 . 0单相绕组基波磁动势幅值大小： 与一条支路匝数 N、绕组系数 Kw1、磁极对数 p 及相电流 I 有关， 其中 N、Kw1及 p 由构造决定，I 由运行条件决定。

幅值位置： 恒于绕组轴线上，由绕组构造决定 频率： 即为电流频率，由运行条件决定6-12 总结交流电机三相合成基波圆形旋转磁动势的性质、它的幅值大小、幅值空间位置、转向和转速 各与哪些因素有关？这些因素中哪些是由构造决定的，哪些是由运行条件决定的？答：幅值 IpNKFw m1 135. 1三相合成基波圆形旋转磁动势幅值大小，其决定因素与单相基波磁动势同 空间位置：沿气隙圆周旋转当哪相电流最大，三相合成基波圆形旋转磁动势就转至哪相绕组轴 线上，绕组由构造决定，电流由运行条件决定转速： pfn601转速与电流频率 f 及磁极对数 p 有关，p 由构造决定，f 由运行条件决定 转向： 与电流相序有关（与电流相序一致） ，由运行条件决定6-13 一台 50Hz 的交流电机，今通入 60Hz 的三相对称交流电流，设电流大小不变，问此时基波合成 磁动势的幅值大小、转速和转向将如何变化？答： 本题题意为频率增加（增加倍2 . 15060 ）由上题知，基波合成磁动势幅值大小及转向与频率无关 而转速 n1与频率成正比，故转速增加 1.2 倍6-14 一交流电机如图 6-17，当在不动的转子上的单相绕组中通入 50Hz 交流电流后，将在定子绕组中 感应电动势。

如果将定子三相绕组短接，问此时绕组中通过的电流产生的合成磁动势是脉动还是旋转 的，为什么？ 答： 在不转的转子单相绕组中通以正弦交流电流产生脉动磁动势，它可以分解为大小相等（原脉动磁动势最大幅值的一半） 、转速相同（pf60）而转向相反的两个旋转磁动势，它们分别切割定子三相绕组，在三相绕组中感应出大小相等（因两旋转磁动势的幅值相等） 、频率相同（因切割速度相等） 而相序相反（因转向相反）的三相对称感应电动势，分别称。