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異步電動機交流繞組的電勢和磁勢
異步電動機交流繞組的電勢和磁勢
一、三相定于繞組的電勢
通過單層鏈式繞組、同心式繞組和交叉式繞組等的展開圖，可以看出，這些繞組的線圈是按照一定的規(guī)律分布排列著，且它們的線圈節(jié)距均小于其極距，也就是說，它們是分布線圈繞組。相比較而言，可以說變壓器原、副邊繞組都是集中線圈繞組。根據(jù)電磁感應定律可以證明，三相異步電動機定于繞組的相電勢E1為：
式中,f1為三相定子繞組中電流的頻率；N1為每相定子繞組總的串聯(lián)匝數(shù)；Φm為異步電動機的每極磁通；
為繞組因數(shù)。
Ky稱為節(jié)距因數(shù)，它的數(shù)值與線圈節(jié)距有關，它表示短距線圈和長距線圈電勢的減小程度，短距線圈和長距線圈的Ky＜１，整距線圈的Ky=1。
Kq稱為分布因數(shù)，它的數(shù)值與線圈分布有關，它表示分布線圈電勢的減小程度，分布線圈的Kq＜1，集中線圈的Ｋq=1
二、三相定子繞組的磁勢
1．單相繞組的磁勢
在三相定于繞組中通入三相正弦波的電流，則三相定子繞組中的每一個單相繞組所產生的磁勢為脈動磁勢。所謂脈動磁勢，就是磁勢的軸線（即磁勢幅值所在的位置）在空間固定不動，但振幅不斷隨時間而變化的磁勢。
可以證明，單相繞組脈動磁勢
的數(shù)學表達式可以寫成：
式中： 
為磁勢的幅值;x為空間坐標;t為時間坐標； 
為繞組中正弦交流電的角頻率。
從式可見，在任一瞬間，磁勢的空間分布為一余弦波，但在空間任何一點的磁勢，則又隨時間作余弦變化。或者說，該磁勢既是空間函數(shù)又是時間函數(shù)。
可以證明，單相繞組脈動磁勢的幅值
，說明單相統(tǒng)組脈動磁勢的幅值與繞組中的電流Ｉ成正比，與相繞組總的串聯(lián)匝數(shù)
成正比，與繞組因數(shù)
成正比，與電機的極對數(shù)p成反比。
2、三相繞組的磁勢
三相繞組由3個單相繞組組成，這三個單相繞組分別產生脈動磁勢。在三相異步電動機中，3個單相繞組是對稱的，即U、V、W三相繞組在空間互相間隔的距離為120°電角度。電機在對稱運行時，通入三相繞組中的三相電流亦是對稱的，即其幅值相等，在時間相位上互差120°電角度，即
因此，U、V、W三相繞組的磁勢分別為
把 
分別進行分解
把上述3個公式相加，可知前三相余弦互相托加，后三相之和為零。故三相合成磁勢為
上式表明，當三相對稱電流流過三相對稱繞組時，三相繞組的合成磁勢為一個圓形旋轉磁勢。
圓形旋轉磁勢的幅值為單相繞組脈動磁勢幅值 的1.5倍，其旋轉速度稱為同步轉速，用
來表示，其計算公式為：
式中 f--三相定子繞組中電流的頻率；p——三相異步電動機的磁極對數(shù)。
一個三相對稱繞組流過三相對稱電流時，它所產生的合成磁勢一定是一個圓形旋轉磁勢。這個概念可以進一步用圖1來解釋。圖1中U1U2、V1V2、W1W2是定子上的三相繞組，它們在空間互相間隔120°電角度。三相電流的變化曲線如圖2所示。
在圖1中假設：A、B、C三相電流分別流入U、V、W三相繞組，正值電流是從繞組的首端流入（用⊕來表示流入）而從尾端流出（用⊙來表示流出），負值電流則從繞組的尾端流入而從首端流出。
(a) 
＝0時；(b)
=120°時；(c)=240°時；(d)=360°時。
在圖9-14中，當＝0時，A相電流具有正的最大值，相應地在圖1（ａ）中A相電流是從U相繞組的首端U1點流入，而從尾端U2點流出，此時B相及C相電流均為負值，所以電流IＢ和ＩC分別從V相繞組及W相繞組的尾端V2和W2流人，而從首端V1和W1流出。從圖1(a)中電流的分布情況可以清楚地看到：合成磁勢的軸線正好與U相繞組的中心線相重合。
在圖2中，當=120°時,B相電流達到正的最大值,A相及C相電流則為負值，因此相應地在圖1(b)中上相電流是從V相繞組的首端V1點流入，而從尾端V2點流出，A相及C電流分別從它們的尾端U2及W2點流入，而從首端Uｌ及W1點流出，此時合成磁勢的軸線便與V相繞組的中心線相重合。
根據(jù)同樣的方法可以解釋圖1（c），當=240°時，C相電流有最大值，合成磁勢的軸線便與W相繞組的中心線相重合。分析圖1（ａ）、（ｂ）、（c）3個圖形中磁勢的位置，可以明顯地看出：合成磁勢是一個旋轉磁勢。旋轉磁勢的軸線總是與電流達到最大值的那一相繞組的中心線相重合。
如果三相繞組流過的是正序電流，則A相電流首先達到最大值，而后依次是B相及C相電流達到最大值，則合成磁勢的軸線首先與U相繞組的中心線相重合，而后再依次同V相繞組和W相繞組中心線相重合。所以合成磁勢的旋轉方向是從U相到V相、再從V相到W相。也就是說：旋轉磁勢的轉向總是從超前電流的相轉向滯后電流的相。
如果三相繞組流過的是負序電流，則A相電流首先達到最大值，而后依次是C相及B相電流達到最大值，所以合成磁勢的軸線首先與U相繞組的中心線相重合，而后再依次同W相繞組和V相繞組中心線相重合。合成磁勢的旋轉方向是從U相到W相，再從W相到V相。
可見：要改變旋轉磁勢的轉向，只要改變通入電流的相序。也就是說，只要把三相繞組中的任何兩個出線端的位置對換就可以了。
綜上所述，三相繞組合成磁勢具有以下性質：
（1）三相合成磁勢在任何瞬間保持著恒定的振幅，它是單相脈振磁勢振幅的1.5倍；
（2）三相繞組合成磁勢的轉速僅決定于電流的頻率和電機的極對數(shù)；
（3）當某相電流達到最大值時，合成磁勢波的波幅就與該相繞組的軸線重合；
（4）合成磁勢的旋轉方向決定于電流的相序。