电机拖动基础异步电动机原理

1、电子科技大学机械电子工程学院电子科技大学机械电子工程学院 电机与拖动基础电机与拖动基础 异步电动机结构简单、容易制造、价格异步电动机结构简单、容易制造、价格 低廉、运行可靠、坚固耐用、运行效率高且低廉、运行可靠、坚固耐用、运行效率高且 适用性强，但功率因数较低，用于调速系统适用性强，但功率因数较低，用于调速系统 时控制方式复杂时控制方式复杂 电子科技大学机械电子工程学院电子科技大学机械电子工程学院 电机与拖动基础电机与拖动基础 7.1 异步电动机结构、额定数据、工作原理异步电动机结构、额定数据、工作原理 7.1.1 三相异步电动机的结构三相异步电动机的结构 p三相异步电动机主要是由三相异步电动

2、机主要是由定子定子和和转子转子两部分组成。两部分组成。 p根据转子的结构可以分为：根据转子的结构可以分为：绕线式绕线式和和鼠笼式鼠笼式 p异步电动机的定子异步电动机的定子 n机座机座 n定子铁心定子铁心用用0.5mm厚的硅钢片叠压而成厚的硅钢片叠压而成 n定子绕组定子绕组用绝缘的铜（或铝）导线绕成用绝缘的铜（或铝）导线绕成 p异步电动机的转子异步电动机的转子 n转子铁心转子铁心用用0.5mm厚的硅钢片叠压而成厚的硅钢片叠压而成 n转子绕组转子绕组绕线式转子、鼠笼式转子绕线式转子、鼠笼式转子相间短路相间短路 转轴转轴支撑转子铁心的作用支撑转子铁心的作用 电子科技大学机械电子工程学院电子科技大学机

3、械电子工程学院 电机与拖动基础电机与拖动基础 1. 定子定子 (1) 定子铁心：属于电机磁路，用于嵌放定子绕组，采用导定子铁心：属于电机磁路，用于嵌放定子绕组，采用导 磁性能良好、比损耗小的磁性能良好、比损耗小的0.5mm厚低硅钢片叠成。厚低硅钢片叠成。 定子铁心硅钢片定子铁心硅钢片 电子科技大学机械电子工程学院电子科技大学机械电子工程学院 电机与拖动基础电机与拖动基础 (2) 定子绕组：属于电机电路部分，用绝缘导线制成的三相定子绕组：属于电机电路部分，用绝缘导线制成的三相 对称绕组。小型异步电机绕组用圆导线绕成，低压中型异步对称绕组。小型异步电机绕组用圆导线绕成，低压中型异步 电机绕组为成型

4、线圈，高压大中型异步电机绕组是用绝缘带电机绕组为成型线圈，高压大中型异步电机绕组是用绝缘带 包扎并浸漆处理过的成型线圈。包扎并浸漆处理过的成型线圈。 (3) 机座：用于固定和支撑定子铁心，由铸铁或铸钢制成。机座：用于固定和支撑定子铁心，由铸铁或铸钢制成。 (4) 端盖：用于支持转子和防护外物侵入，由铸铁或铸钢制端盖：用于支持转子和防护外物侵入，由铸铁或铸钢制 成。成。 电子科技大学机械电子工程学院电子科技大学机械电子工程学院 电机与拖动基础电机与拖动基础 2. 转子转子 (1) 转子铁心：属于电机磁路，用于嵌放转子绕组，采用转子铁心：属于电机磁路，用于嵌放转子绕组，采用 0.5mm厚硅钢片冲制

5、后叠压而成。厚硅钢片冲制后叠压而成。 转子铁心硅钢片转子铁心硅钢片 电子科技大学机械电子工程学院电子科技大学机械电子工程学院 电机与拖动基础电机与拖动基础 (2) 转子绕组：结构型式有笼型和绕线型转子绕组：结构型式有笼型和绕线型相间短路相间短路 笼型绕组笼型绕组：自行闭合的对称多相绕组，形状象鼠笼。：自行闭合的对称多相绕组，形状象鼠笼。100kW 以上采用铜条焊接鼠笼，以上采用铜条焊接鼠笼，100kW以下采用注铝鼠笼。以下采用注铝鼠笼。 电子科技大学机械电子工程学院电子科技大学机械电子工程学院 电机与拖动基础电机与拖动基础 绕线型绕组绕线型绕组：与定子绕组相似，为对称三相绕组，一般星形：与定子

6、绕组相似，为对称三相绕组，一般星形 联结。三出线端分别接到转轴上三个滑环上，通过电刷引出联结。三出线端分别接到转轴上三个滑环上，通过电刷引出 电流。其特点是可以通过滑环电刷在转子回路接入附加电阻电流。其特点是可以通过滑环电刷在转子回路接入附加电阻 电子科技大学机械电子工程学院电子科技大学机械电子工程学院 电机与拖动基础电机与拖动基础 电子科技大学机械电子工程学院电子科技大学机械电子工程学院 电机与拖动基础电机与拖动基础 绕线型异步电动机的转子绕线型异步电动机的转子 电子科技大学机械电子工程学院电子科技大学机械电子工程学院 电机与拖动基础电机与拖动基础 (3) 转轴与风扇：转轴用于支撑转子铁心和

7、输出机械转矩，转轴与风扇：转轴用于支撑转子铁心和输出机械转矩， 由钢材料制成，风扇安装在转轴上，起冷却作用。由钢材料制成，风扇安装在转轴上，起冷却作用。 3. 气隙：定、转子间空气隙，中小型异步电机一般为气隙：定、转子间空气隙，中小型异步电机一般为 0.21.5mm。为了降低电机空载电流和提高电机功率，气隙。为了降低电机空载电流和提高电机功率，气隙 应尽可能小，但气隙太小又可能造成定、转子在运行中发生应尽可能小，但气隙太小又可能造成定、转子在运行中发生 摩擦，因此摩擦，因此异步电机气隙长度应为定、转子在运行中不发生异步电机气隙长度应为定、转子在运行中不发生 机械摩擦所允许的最小值机械摩擦所允许

8、的最小值。 电子科技大学机械电子工程学院电子科技大学机械电子工程学院 电机与拖动基础电机与拖动基础 三相笼型异步电动机的部件图三相笼型异步电动机的部件图 电子科技大学机械电子工程学院电子科技大学机械电子工程学院 电机与拖动基础电机与拖动基础 三相绕线型异步电动机的结构三相绕线型异步电动机的结构 电子科技大学机械电子工程学院电子科技大学机械电子工程学院 电机与拖动基础电机与拖动基础 三相异步电动机的外形三相异步电动机的外形 电子科技大学机械电子工程学院电子科技大学机械电子工程学院 电机与拖动基础电机与拖动基础 7.1.2 异步电动机的主要分类异步电动机的主要分类 p按定子相数分按定子相数分：单相

9、异步电动机；两相异步电动机；：单相异步电动机；两相异步电动机； 三相异步电动机三相异步电动机 p按转子结构分按转子结构分：绕线式异步电动机；鼠笼式异步电动：绕线式异步电动机；鼠笼式异步电动 机（单鼠笼异步电动机、双鼠笼异步电动机、深槽式机（单鼠笼异步电动机、双鼠笼异步电动机、深槽式 异步电动机）异步电动机） p按有无换向器分按有无换向器分：无换向器异步电动机；换向器异步：无换向器异步电动机；换向器异步 电动机电动机 电子科技大学机械电子工程学院电子科技大学机械电子工程学院 电机与拖动基础电机与拖动基础 7.1.3 异步电动机的结构形式异步电动机的结构形式 p防护式防护式能够防止外界的杂物落入电

10、机内部，并能在与垂能够防止外界的杂物落入电机内部，并能在与垂 直线成直线成45角的任何方向防止水滴、铁屑等掉入电机内部。角的任何方向防止水滴、铁屑等掉入电机内部。 冷却方式：电动机轴上装有风扇。冷却方式：电动机轴上装有风扇。 p封闭式封闭式电动机内部的空气和机壳外面的空气彼此相互隔电动机内部的空气和机壳外面的空气彼此相互隔 开。冷却方式：机壳外表面散热（风扇、冷却片）。用于开。冷却方式：机壳外表面散热（风扇、冷却片）。用于 灰尘较多的场合。灰尘较多的场合。 p防爆式防爆式全封闭电动机，把电动机内部和外界的易燃、易全封闭电动机，把电动机内部和外界的易燃、易 爆气体隔开。爆气体隔开。 电子科技大学

11、机械电子工程学院电子科技大学机械电子工程学院 电机与拖动基础电机与拖动基础 7.1.4 异步电动机的铭牌异步电动机的铭牌 p额定功率额定功率 PN：电动机额定运行时轴上输出的机械功率：电动机额定运行时轴上输出的机械功率(kW) p额定电压额定电压 UN：额定运行状态下加在定子绕组上的：额定运行状态下加在定子绕组上的线电压线电压 (kV) p额定电流额定电流 IN：电动机在定子绕组上加额定电压、轴上输出：电动机在定子绕组上加额定电压、轴上输出 额定功率时，定子绕组中的额定功率时，定子绕组中的线电流线电流(A) p额定频率额定频率 f1：工业用电频率为：工业用电频率为50Hz，定子边频率为，定子边

12、频率为f1，转子，转子 边频率为边频率为f2 p额定转速额定转速 nN：电动机加额定频率的额定电压，且轴上输出：电动机加额定频率的额定电压，且轴上输出 额定功率时的电机的转速额定功率时的电机的转速(r/min) p额定功率因数额定功率因数 cos：指电动机在额定负载时，定子边的功：指电动机在额定负载时，定子边的功 率因数率因数 电子科技大学机械电子工程学院电子科技大学机械电子工程学院 电机与拖动基础电机与拖动基础 p绝缘等级与温升绝缘等级与温升 p电动机工作方式电动机工作方式（连续、短时等），（连续、短时等），连接方法（连接方法（Y或或）。 对绕线式异步电动机还要标明对绕线式异步电动机还要标明

13、转子绕组的接法转子绕组的接法、转子绕组额、转子绕组额 定电动势定电动势 E2N（指定子绕组加额定电压、转子绕组开路时滑（指定子绕组加额定电压、转子绕组开路时滑 环之间的电动势）和转子的额定电流环之间的电动势）和转子的额定电流 I2N 三相异步电动机三相异步电动机PN、UN、IN、cos、N、nN、T2N 的关系：的关系： NNNNN IUP cos3 N N N n kWP T )( 9550 2 电子科技大学机械电子工程学院电子科技大学机械电子工程学院 电机与拖动基础电机与拖动基础 三相异步电动机三相异步电动机 型型 号号 Y132S6 功功 率率 3 kW 频频 率率 50Hz 电电 压压

14、 380 V 电电 流流 7.2 A 联联 结结 Y 转转 速速 960r/min 功率因数功率因数 0.76 绝缘等级绝缘等级 B 2p = 6 电子科技大学机械电子工程学院电子科技大学机械电子工程学院 电机与拖动基础电机与拖动基础 如何根据电动机的铭牌进行定子的接线？如何根据电动机的铭牌进行定子的接线？ p假设定子绕组有六个引线端子，且首尾端已知假设定子绕组有六个引线端子，且首尾端已知 n铭牌铭牌“电压电压380V/220V，接法，接法Y/” p若电源电压为若电源电压为380V，则接成，则接成Y p若电源电压为若电源电压为220V，则接成，则接成 n铭牌铭牌“电压电压380V，接法，接法”

15、 p只有只有接法，但在电动机起动时，可以接成接法，但在电动机起动时，可以接成Y Y型，起动完型，起动完 毕后再接为毕后再接为型。型。 p定子绕组有三根引出线端子，只要电源电压符合电动机铭定子绕组有三根引出线端子，只要电源电压符合电动机铭 牌电压值，即可。牌电压值，即可。 电子科技大学机械电子工程学院电子科技大学机械电子工程学院 电机与拖动基础电机与拖动基础 7.1.5 异步电动机的工作原理异步电动机的工作原理 F 1 n N S T 1 nn p利用利用感应原理感应原理进行工作，因此也进行工作，因此也 称为感应电动机称为感应电动机 p工作的条件工作的条件 p空间有空间有旋转的磁场旋转的磁场 p

16、转子与磁场有相对运动，即转子与磁场有相对运动，即 nn1 转子转子导条或转子三相绕组导条或转子三相绕组短路短路 电子科技大学机械电子工程学院电子科技大学机械电子工程学院 电机与拖动基础电机与拖动基础 7.2 三相异步电动机三相异步电动机 转子不转转子不转、转子绕组开路转子绕组开路 时的电磁关系时的电磁关系 7.2.1 规定正方向规定正方向 p绕线式三相异步电动机，定、转子绕组都是绕线式三相异步电动机，定、转子绕组都是 Y 接，定子接，定子 绕组接在三相对称电源上，转子绕组开路。绕组接在三相对称电源上，转子绕组开路。 p由于三相绕组对称，则讨论由于三相绕组对称，则讨论A相定、转子绕组相定、转子绕

17、组中的电量与中的电量与 合成磁通势合成磁通势之间的关系。之间的关系。 pU1,E1,I1分别是定子绕组的相电压、相电动势和相电流；分别是定子绕组的相电压、相电动势和相电流； U2,E2,I2分别是转子绕组的相电压、相电动势和相电流，分别是转子绕组的相电压、相电动势和相电流， 正方向如图所示正方向如图所示。转子绕组开路时，。转子绕组开路时，I2=0。 电子科技大学机械电子工程学院电子科技大学机械电子工程学院 电机与拖动基础电机与拖动基础 )( 1 nB IE , 1 A 1 X 1 B 1 Y 1 C 1 Z 2 A 2 X 2 B 2 Y 2 C 2 Z n 2 1 2 1 A A 2 A 2

18、 B 2 C 0 2 I 2 E 2 U 1 A 1 B 1 C 1 I 1 1 s E E 1 U p 由电流正向确定磁通势方向。由电流正向确定磁通势方向。 磁通势、磁通和磁密正方向为磁通势、磁通和磁密正方向为 定子到转子定子到转子，A 相绕组的轴线相绕组的轴线 处处定为定为空间空间 0点。点。 电动机电动机 惯例惯例 发电机发电机 惯例惯例 0 电子科技大学机械电子工程学院电子科技大学机械电子工程学院 电机与拖动基础电机与拖动基础 p励磁磁通势励磁磁通势只有定子三相电流产生的磁场只有定子三相电流产生的磁场 假设定子假设定子A相电流：相电流： 由三相定子电流形成的旋转磁通势为：由三相定子电流

19、形成的旋转磁通势为： 7.2.2 磁通及磁通势磁通及磁通势 tIi cos2 0 )cos( 2 3 10 tFf 合成旋转磁通势合成旋转磁通势 的特点：的特点： l 幅值：幅值： l 转向：由转向：由落后领先相相落后领先相相 l 转速（相对定子）：转速（相对定子）： 0 11 0 2 24 2 3 I p kW F W p f n 1 1 60 0 F 转子绕组开路时，作用转子绕组开路时，作用 在磁路上只有定子磁通在磁路上只有定子磁通 势，因此，势，因此， 也称为也称为励励 磁磁通势磁磁通势，电流，电流 叫叫 励磁电流励磁电流。 0 F 0 I 电子科技大学机械电子工程学院电子科技大学机械电

20、子工程学院 电机与拖动基础电机与拖动基础 j 0 I 1 0t )0(, 21 AA 0 F 1 为了方便，把为了方便，把时间轴时间轴 +j，空间坐标轴空间坐标轴+A1，+A2三者重三者重 叠在一起，称为叠在一起，称为时间空间相矢量图时间空间相矢量图，简称，简称时空相矢量图时空相矢量图。 （没有任何物理意义，但作图方便，电磁关系明确）（没有任何物理意义，但作图方便，电磁关系明确） A相电流相电流时间相量图时间相量图和磁通势和磁通势空间向量图空间向量图 j 21 AA 0 F 1 0 I B 电子科技大学机械电子工程学院电子科技大学机械电子工程学院 电机与拖动基础电机与拖动基础 p主磁通与定子漏

21、磁通主磁通与定子漏磁通 p主磁通主磁通：通过气隙同时链着定、转子两个绕组的磁通：通过气隙同时链着定、转子两个绕组的磁通 叫主磁通，用叫主磁通，用 表示，为气隙每极平均磁通。表示，为气隙每极平均磁通。 p主磁通所对应的主磁通所对应的气隙磁密气隙磁密用空间矢量表示为用空间矢量表示为 ，为最，为最 大值向量。大值向量。 p定子绕组漏磁通定子绕组漏磁通：把不链转子绕组而只链定子绕组本：把不链转子绕组而只链定子绕组本 身的磁通叫定子绕组漏磁通，简称定子漏磁通，用身的磁通叫定子绕组漏磁通，简称定子漏磁通，用 表示。表示。 1 1S B 不考虑主磁路里不考虑主磁路里磁滞磁滞、涡流涡流的影响，的影响，气隙磁密

22、气隙磁密 应与应与 励磁磁通势励磁磁通势 同方向同方向。 B 0 F 电子科技大学机械电子工程学院电子科技大学机械电子工程学院 电机与拖动基础电机与拖动基础 电压变比电压变比 22 11 2 1 1221211111 44. 4;44. 4 W W e WW kW kW E E k kWfEkWfE 7.2.3 主磁通感应电动势主磁通感应电动势 旋转着的气隙每极主磁通在定、转子绕组中感应电动旋转着的气隙每极主磁通在定、转子绕组中感应电动 势有效值分别为：势有效值分别为： f1为定、转子绕组中感应电动势的频率为定、转子绕组中感应电动势的频率 n1为合成磁场相对定子和转子的转速为合成磁场相对定子和

23、转子的转速 60 1 1 pn f 电子科技大学机械电子工程学院电子科技大学机械电子工程学院 电机与拖动基础电机与拖动基础 主磁通感应电动势在时空相矢量图中的位置主磁通感应电动势在时空相矢量图中的位置 j 21 AA 2 E 0 F 1 E 1 0 I B )( 1 nB 21,E E 1 A 1 X 1 B 1 Y 1 C 1 Z 2 A 2 X 2 B 2 Y 2 C 2 Z n 2 1 2 1 A A 0 B 在空间在空间0时，时，A相绕组感应电动势为零相绕组感应电动势为零 B 在空间在空间90时（即沿时（即沿 正方向转过正方向转过90 ），），A相绕组感应电相绕组感应电 动势为正最大值

24、动势为正最大值 1 E B B 电子科技大学机械电子工程学院电子科技大学机械电子工程学院 电机与拖动基础电机与拖动基础 7.2.4 励磁电流励磁电流 p与变压器一样，在定子、转子铁心与变压器一样，在定子、转子铁心 中会产生中会产生磁滞和涡流损耗磁滞和涡流损耗，即，即铁损铁损。 因此，气隙磁密的变化滞后于励磁因此，气隙磁密的变化滞后于励磁 磁通势的变化。可以等效地把励磁磁通势的变化。可以等效地把励磁 电流分成两部分：电流分成两部分：有功分量有功分量和和无功无功 分量分量。 j 21 AA 2 E 1 E 1 B 0 F 0 I a I 0 r I 0 ra III 000 电子科技大学机械电子工

25、程学院电子科技大学机械电子工程学院 电机与拖动基础电机与拖动基础 定子绕组定子绕组 每相电阻每相电阻 定子定子 漏电漏电 动势动势 定子每相漏电抗定子每相漏电抗 定子每相漏阻抗定子每相漏阻抗 7.2.5 电压方程式电压方程式 p定子一相回路的电压方程定子一相回路的电压方程 小结论：异步电动机小结论：异步电动机转子绕组开路转子绕组开路 时的电压方程式及相量图，与时的电压方程式及相量图，与三相三相 变压器二次侧开路变压器二次侧开路时的情况完全一时的情况完全一 样。样。 1 A 1 B 1 C 0 I 11,s EE 1 U 101 1101 10101 11011 zIE jxrIE xI jrI

26、E ErIEU s 电子科技大学机械电子工程学院电子科技大学机械电子工程学院 电机与拖动基础电机与拖动基础 7.2.6 等值电路及相量图等值电路及相量图 22 10 1100 11011 EU zzI jxrIjxrI jxrIEU m mm 1 U 0 I 1 E 1 r 1 jx m r m jx B 2 E 20 U 1 E 0 I a I 0 r I 0 10r I 10 x I j 1 U 0 90 1 E 异步电动异步电动 机空载功率因机空载功率因 数很低。数很低。 电子科技大学机械电子工程学院电子科技大学机械电子工程学院 电机与拖动基础电机与拖动基础 7.3 三相异步电动机三相异

27、步电动机转子堵转转子堵转时的电磁关系时的电磁关系 1 A 1 B 1 C 1 I 1 1 s E E 1 U 2 A 2 B 2 C 2 I 2 2 s E E n 三相异步电动机转子堵转时的电磁关系类似与第五章三相异步电动机转子堵转时的电磁关系类似与第五章 介绍过的介绍过的变压器二次侧短路变压器二次侧短路 的情况。的情况。 电子科技大学机械电子工程学院电子科技大学机械电子工程学院 电机与拖动基础电机与拖动基础 7.3.1 磁通势与磁通磁通势与磁通 p磁通势磁通势 ) 60 ( ) 60 ()( 1 11 1 1111 pn fE p f nFfI 相相对对定定转转子子转转速速 ) 6060

28、( )() 60 ( 12 22 121 1 22 p f p f nF fIf pn fE 相相对对于于定定转转子子转转速速 假设令定子三相绕组中先通入三相对称电流，由于转假设令定子三相绕组中先通入三相对称电流，由于转 子堵转，则子堵转，则定子和转子都是静止定子和转子都是静止的。的。 电子科技大学机械电子工程学院电子科技大学机械电子工程学院 电机与拖动基础电机与拖动基础 三相对称电流三相对称电流 产生的产生的定子空间旋转磁通势定子空间旋转磁通势 ： p幅值：幅值： p转向：从领先相绕组轴线到落后相绕组轴线转向：从领先相绕组轴线到落后相绕组轴线 p转速：相对于转速：相对于定子绕组定子绕组的转速

29、为的转速为 瞬间位置：当瞬间位置：当A A相电流相电流 达正最大值时，定子磁通势达正最大值时，定子磁通势 应在相绕组轴线处。应在相绕组轴线处。 1 I 1 F 1 11 1 2 24 2 3 I p kW F W p f n 1 1 60 1 I 1 F 结论：结论： 和和 相对于定转子同向、同速旋转。定子和相对于定转子同向、同速旋转。定子和 转子绕组中感应电动势和感应电流频率相同。转子绕组中感应电动势和感应电流频率相同。 1 F 2 F 电子科技大学机械电子工程学院电子科技大学机械电子工程学院 电机与拖动基础电机与拖动基础 和和 同步旋转同步旋转（相对于定子转速相同，转向相同），（相对于定子

30、转速相同，转向相同）， 合成磁通势为合成磁通势为 。由合成磁通势产生气隙空间的。由合成磁通势产生气隙空间的 主磁通主磁通 。 021 FFF 1 F 2 F 1 三相对称电流三相对称电流 产生的产生的转子空间旋转磁通势转子空间旋转磁通势 ： p幅值幅值： p转向转向：从领先相绕组轴线到落后相绕组轴线：从领先相绕组轴线到落后相绕组轴线 p转速转速：相对于：相对于转子绕组转子绕组的转速为的转速为 瞬间位置瞬间位置：当：当A A相电流相电流 达正最大值时，转子磁通势达正最大值时，转子磁通势 应在相绕组轴线处。应在相绕组轴线处。 2 I 2 F 2 22 2 2 24 2 3 I p kW F W 1

31、 12 2 6060 n p f p f n 2 I 2 F 电子科技大学机械电子工程学院电子科技大学机械电子工程学院 电机与拖动基础电机与拖动基础 2 I 2 E B 0 F 1 F 21 AAj 2 2 F 2 F 转子堵转时转子电动势、电流及磁通势时空相矢量图转子堵转时转子电动势、电流及磁通势时空相矢量图 电子科技大学机械电子工程学院电子科技大学机械电子工程学院 电机与拖动基础电机与拖动基础 p定子绕组定子绕组电流为电流为 I1 时，产生的漏磁通，表现的漏电抗为时，产生的漏磁通，表现的漏电抗为x1 p转子绕组转子绕组电流为电流为 I2 时，也要产生漏磁通，表现的漏电抗为时，也要产生漏磁通

32、，表现的漏电抗为 x2（转子不转时，转子一相的漏电抗转子不转时，转子一相的漏电抗） p无论无论 x1 还是还是 x2 都是都是三相电流三相电流 在产生一相漏电抗时起的作在产生一相漏电抗时起的作 用用 px1 和和 x2 一般情况下为常数一般情况下为常数。只有当定、转子电流非常大，。只有当定、转子电流非常大， 漏磁路出现饱和时，漏磁路出现饱和时，x1 和和 x2 数值才会变小。数值才会变小。 p漏磁通漏磁通 电子科技大学机械电子工程学院电子科技大学机械电子工程学院 电机与拖动基础电机与拖动基础 p 转子回路电压方程：转子回路电压方程： p 定子回路电压方程：定子回路电压方程： p 定转子磁通势合

33、成关系式：定转子磁通势合成关系式： 转子绕组每转子绕组每 相漏阻抗相漏阻抗 2 2 2 222222 r x arctg zIjxrIE 7.3.2 定、转子回路方程定、转子回路方程 11111 jxrIEU 021 FFF 转子绕组回路的功转子绕组回路的功 率因数角率因数角 电子科技大学机械电子工程学院电子科技大学机械电子工程学院 电机与拖动基础电机与拖动基础 7.3.3 转子绕组的折合转子绕组的折合转子折合到定子转子折合到定子 折合原则折合原则：维持转子旋转磁通势维持转子旋转磁通势 F2 的大小和相位不变的大小和相位不变。 我们设想把实际的转子抽出，换上一个新转子，其我们设想把实际的转子抽

34、出，换上一个新转子，其相数相数、 每相串联匝数每相串联匝数以及以及绕组系数绕组系数都分别和定子一样，即也是都分别和定子一样，即也是 三相、三相、W1、kW1。每相感应的电动势为。每相感应的电动势为E2、电流为、电流为I2、 转子漏阻抗为转子漏阻抗为z2，但，但产生的转子磁通势却和原转子产生产生的转子磁通势却和原转子产生 的一样的一样。如此替换并不影响整个定子边，符合折合的依。如此替换并不影响整个定子边，符合折合的依 据。据。 电子科技大学机械电子工程学院电子科技大学机械电子工程学院 电机与拖动基础电机与拖动基础 e W W i iW W WW WW k mkWm kW k I k I kW k

35、Wm I IkWIkWm I p kW I p kWm F 2222 11 22 11 222 2 2112222 2 11 2 222 2 33 1 3 3 2 24 2 3 2 24 2 转子每相电流的折合转子每相电流的折合 电流变比电流变比 电子科技大学机械电子工程学院电子科技大学机械电子工程学院 电机与拖动基础电机与拖动基础 021 0 11 2 11 1 11 021 2 24 2 3 2 24 2 3 2 24 2 3 III I p kW I p kW I p kW FFF WWW 将磁通势平衡关系变为了电流关系。将磁通势平衡关系变为了电流关系。 电子科技大学机械电子工程学院电子

36、科技大学机械电子工程学院 电机与拖动基础电机与拖动基础 转子每相电动势及阻抗参数的折合转子每相电动势及阻抗参数的折合 和变压器的折和变压器的折 合过程一样，属于合过程一样，属于 比例折合，折合前比例折合，折合前 后后漏阻抗的阻抗角漏阻抗的阻抗角 和和功率关系功率关系都不变。都不变。 222111112 44. 4EkEEkEkWfE eew 22 2 22 2 2 2 2 222 xkjkrkk zkk jxrkk k I Ek I E x jrz ieie ie ie i e 电子科技大学机械电子工程学院电子科技大学机械电子工程学院 电机与拖动基础电机与拖动基础 7.3.4 基本方程式、等值

37、电路和相量图基本方程式、等值电路和相量图 m z E I IIIEE x jrIE jxrIEU 1 0 02121 2222 11111 ; 1 U 1 I 21 EE 1 r 1 jx m r m jx 2 r 2 x j 2 I 0 I 2 I 22x I j 21 EE B 2 I 0 I 1 I 1 E 11x I j 1 U 2 22r I 1 11r I 电子科技大学机械电子工程学院电子科技大学机械电子工程学院 电机与拖动基础电机与拖动基础 p从等值电路和相量图可以看出：从等值电路和相量图可以看出： p定、转子漏阻抗都很小，若在原边加额定电压，这时定、定、转子漏阻抗都很小，若在原

38、边加额定电压，这时定、 转子电流都很大，约为额定值的转子电流都很大，约为额定值的47倍，即倍，即在转子堵转时，在转子堵转时， 有可能将电机烧坏有可能将电机烧坏。 在堵转时，在堵转时，感应电动势感应电动势基本上是基本上是定子电压定子电压的一半，而在电的一半，而在电 动机正常工作状态下，动机正常工作状态下，感应电动势感应电动势与与定子电压定子电压基本相等。基本相等。 因此，在堵转时气隙磁场约为正常运行时的一半。因此，在堵转时气隙磁场约为正常运行时的一半。 电子科技大学机械电子工程学院电子科技大学机械电子工程学院 电机与拖动基础电机与拖动基础 例题例题：有一台三相四极：有一台三相四极50Hz的绕线式

39、异步电动机，转子每相的绕线式异步电动机，转子每相 电阻电阻 r2=0.02，转子不转时每相的漏电抗，转子不转时每相的漏电抗 x2=0.08，电压，电压 变比变比 ke=E1/E2=10。当。当 E1=200V时，求转子不转时的转子一时，求转子不转时的转子一 相电动势相电动势E2、转子相电流、转子相电流 I2 以及转子功率因数以及转子功率因数cos2。 解：解：(1)转子相电动势为转子相电动势为 电动机堵转时，转子绕组电流很大，很容易损坏电机。电动机堵转时，转子绕组电流很大，很容易损坏电机。 (2)转子相电流为转子相电流为 (3)功率因数为功率因数为 VkEE e 2010200 12 243.

40、0 08.002.0 02.0 cos 222 2 2 2 2 2 xr r AxrEI5 .24208.002.020 222 2 2 222 电子科技大学机械电子工程学院电子科技大学机械电子工程学院 电机与拖动基础电机与拖动基础 例题：一台绕线式三相异步电动机，当定子加额定电压而转例题：一台绕线式三相异步电动机，当定子加额定电压而转 子开路时，滑环上电压为子开路时，滑环上电压为 260V ，转子绕组为，转子绕组为 Y 接，不转时接，不转时 转子每相漏阻抗为转子每相漏阻抗为 0.06+j0.2(设定子每相漏阻抗设定子每相漏阻抗Z1=Z2)。 (1)定子加额定电压，求转子堵转时转子相电流；定子

41、加额定电压，求转子堵转时转子相电流； (2)当在转子回路串入三相对称电阻，每相阻值为当在转子回路串入三相对称电阻，每相阻值为0.2时，计时，计 算转子每相电流。算转子每相电流。 1 U 0 I 1 E 1 r 1 jx m r m jx 解：解：(1)根据转子开路时的等值电路，可知根据转子开路时的等值电路，可知 121 EEU V V EU1 .150 3 260 21 则，定子每相额定电压的折合则，定子每相额定电压的折合 值近似为值近似为 电子科技大学机械电子工程学院电子科技大学机械电子工程学院 电机与拖动基础电机与拖动基础 因此，电动机转子绕组中串入电阻，可以减小转子电流。因此，电动机转子

42、绕组中串入电阻，可以减小转子电流。 (2)串电阻后的转子电流为串电阻后的转子电流为 A z U I2 .359 2 . 0206. 02 1 .150 2 22 2 1 2 根据异步电动机堵转的等值电路，则转子绕组电流有效值为根据异步电动机堵转的等值电路，则转子绕组电流有效值为 1 U 21 II 1 r 1 x j 2 r 2 jx A Rz U I293 2 . 022 . 006. 02 1 .150 2 22 2 1 2 电子科技大学机械电子工程学院电子科技大学机械电子工程学院 电机与拖动基础电机与拖动基础 7.4 三相异步电动机三相异步电动机转子旋转转子旋转时的电磁关系时的电磁关系

43、p三相异步电动机正常稳态运行时，三相异步电动机正常稳态运行时，nn1； p当产生的当产生的电磁转矩电磁转矩 T=作用于转轴上的作用于转轴上的负载转矩负载转矩 TL时，异步时，异步 电动机的转速电动机的转速n为某一确定值；为某一确定值； p可以用可以用转差率转差率 s 衡量衡量 n 与与 n1 之间的差距。之间的差距。 p转子各电量的大小均与转子各电量的大小均与转差率转差率 s 有关，因此分析三相异步电有关，因此分析三相异步电 动机转子旋转时各量的大小，首先要定义转差率。动机转子旋转时各量的大小，首先要定义转差率。 电子科技大学机械电子工程学院电子科技大学机械电子工程学院 电机与拖动基础电机与拖

44、动基础 7.4.1 转差率转差率 转差率转差率（转差转差或或滑差滑差）：其大小可以反映电动机转子的）：其大小可以反映电动机转子的 转速转速 1 2 1 1 n n n nn s 当当n1和和n转向相同：转向相同： 当当n1和和n转向相反：转向相反： 1 2 1 1 n n n nn s 异步电动机正常运行时，异步电动机正常运行时，s=0.010.09(多多0.030.06) 其中，其中，n1和和n都取绝对值，都取绝对值，n2表示转表示转 子相对于磁场的转速。子相对于磁场的转速。 s 0 1 n1与与n同向同向, 且且|n|n1| 电子科技大学机械电子工程学院电子科技大学机械电子工程学院 电机与

45、拖动基础电机与拖动基础 转子旋转时的转子旋转时的定转子磁通势转速定转子磁通势转速及及定转子电量频率定转子电量频率关系关系 假设假设n1与与n同向（结论适用于同向（结论适用于n1与与n反向的情况）反向的情况） n fE p f nFfI 转转子子转转速速为为 11 1 1111 60 相相对对定定子子相相对对转转子子 和和 反反向向）和和（或或相相对对转转子子的的转转速速 nnn p f nF pn fIE nnnnnnnnF ss 21 2 22 2 222 112121 60 60 , 电子科技大学机械电子工程学院电子科技大学机械电子工程学院 电机与拖动基础电机与拖动基础 转子绕组中的各电量

46、的频率是变化的。正常运行时，转子转子绕组中的各电量的频率是变化的。正常运行时，转子 频率一般为频率一般为 Hzf5 .25 .0 2 f1 和和 f2 之间的关系：之间的关系： 结论：结论： 和和 相对于定子同向、同速旋转（同步旋转）相对于定子同向、同速旋转（同步旋转） 1 F 2 F 。，转转子子转转速速，即即时时，当当01 606060 1212 1 1 1112 2 nnnffs sf n nnpnnnppn f 电子科技大学机械电子工程学院电子科技大学机械电子工程学院 电机与拖动基础电机与拖动基础 7.4.2 定、转子磁通势及磁通势关系定、转子磁通势及磁通势关系 三相对称电流三相对称电

47、流 产生的气隙空间旋转磁通势产生的气隙空间旋转磁通势 ： p幅值：幅值： p转向：从领先相绕组轴线到落后相绕组轴线转向：从领先相绕组轴线到落后相绕组轴线 p转速：相对于定子绕组的转速为转速：相对于定子绕组的转速为 瞬间位置：当瞬间位置：当 达正最大值时，转子磁通势达正最大值时，转子磁通势 应应 在相绕组轴线处。在相绕组轴线处。 1 I 1 F 1 11 1 2 24 2 3 I p kW F W p f n 1 1 60 1 I 1 F 电子科技大学机械电子工程学院电子科技大学机械电子工程学院 电机与拖动基础电机与拖动基础 三相对称电流三相对称电流 产生的气隙空间旋转磁通势产生的气隙空间旋转磁

48、通势 ： p幅值：幅值： p转向：从领先相绕组轴线到落后相绕组轴线转向：从领先相绕组轴线到落后相绕组轴线 p转速：相对于转子绕组的转速为转速：相对于转子绕组的转速为 瞬间位置：当瞬间位置：当 达正最大值时，转子磁通势达正最大值时，转子磁通势 应应 在相绕组轴线处。在相绕组轴线处。 s I 2 2 F s W I p kW F 2 22 2 2 24 2 3 1 12 2 6060 sn p sf p f n 2 I 2 F 电子科技大学机械电子工程学院电子科技大学机械电子工程学院 电机与拖动基础电机与拖动基础 合成磁通势（异步电动机正常运行时的励磁磁通势）合成磁通势（异步电动机正常运行时的励磁

49、磁通势） p幅值：幅值： p转向：从领先相绕组轴线到落后相绕组轴线转向：从领先相绕组轴线到落后相绕组轴线 p转速：相对于定子绕组的转速为转速：相对于定子绕组的转速为 p当三相异步电动机转子以转速当三相异步电动机转子以转速n n旋转时，旋转时，定转子磁定转子磁 通势同步旋转通势同步旋转，只是磁通势的大小及相互之间的相，只是磁通势的大小及相互之间的相 位有所不同。位有所不同。 对应的电流为励磁电流，约为对应的电流为励磁电流，约为2050%2050%额定值。额定值。 0 11 0 2 24 2 3 I p kW F W 1 n 电子科技大学机械电子工程学院电子科技大学机械电子工程学院 电机与拖动基础

50、电机与拖动基础 7.4.3 定、转子感应电动势定、转子感应电动势 电机正常运行时气隙电机正常运行时气隙 里每极磁通量里每极磁通量 转子不转开路时转子转子不转开路时转子 绕组中的感应电动势绕组中的感应电动势 2 1221 12222 44. 4 44. 4 sE kWsf kWfE W Ws 转子边感应电动势：转子边感应电动势： 定子边感应电动势：定子边感应电动势： 11111 44. 4 W kWfE 电子科技大学机械电子工程学院电子科技大学机械电子工程学院 电机与拖动基础电机与拖动基础 的的频频率率和和、时时，转转子子转转速速为为 ）（正正常常运运行行时时， 电电抗抗时时，转转子子绕绕组组一

51、一相相的的漏漏转转子子转转速速为为 时时，转转子子绕绕组组的的相相电电流流转转子子转转速速为为 势势时时，转转子子绕绕组组的的相相电电动动转转子子转转速速为为 sss ss s s s xIEnf xxsxx nx nI nE 2222 2222 2 2 2 p当异步电动机以转速当异步电动机以转速 n 恒速运转时，恒速运转时，转子回路方程转子回路方程 sss jxrIE 2222 电子科技大学机械电子工程学院电子科技大学机械电子工程学院 电机与拖动基础电机与拖动基础 例题：一台三相异步电机，定子绕组接到频率为例题：一台三相异步电机，定子绕组接到频率为 f1=50Hz 的的 三相对称电源上，已知

52、它运行在额定转速三相对称电源上，已知它运行在额定转速 nN=960r/min。求：。求： (1)该电动机的极对数该电动机的极对数 p，额定转差率，额定转差率 sN，额定转速运行，额定转速运行 时，转子电动势的频率时，转子电动势的频率 f2。 (2)当它的转子转向、转速当它的转子转向、转速 n有下述情况时，试分别求它有下述情况时，试分别求它 们的转差率。们的转差率。 a.转子转向与磁场转向相同，转速转子转向与磁场转向相同，转速 n 分别为分别为 950r/min， 1000r/min，1040r/min和和0 b.转子转向与磁场转向相反，转速转子转向与磁场转向相反，转速 n=500r/min 解

53、：解：(1)若在求解若在求解n1的过程中未给出极对数的过程中未给出极对数p，可以假定极对数，可以假定极对数， 根据电机铭牌的额定转速进行求解。求解的原则为：根据电机铭牌的额定转速进行求解。求解的原则为：额定运额定运 行转速是最接近同步转速的速度，但要小于同步转速行转速是最接近同步转速的速度，但要小于同步转速。 电子科技大学机械电子工程学院电子科技大学机械电子工程学院 电机与拖动基础电机与拖动基础 根据铭牌数据，电动机同步转速为根据铭牌数据，电动机同步转速为 (2)a.转子转向与磁场转向相同时，转子转向与磁场转向相同时， 转速为转速为950r/min时的转差率时的转差率 min/1000 3 5

54、06060 1 1 r p f n 05. 0 1000 9501000 1 1 n nn s 该电动机的极对数为该电动机的极对数为3，额定转差率为，额定转差率为 04. 0 1000 9601000 1 1 n nn s N 转子电动势的频率为转子电动势的频率为 Hzsff25004. 0 12 电子科技大学机械电子工程学院电子科技大学机械电子工程学院 电机与拖动基础电机与拖动基础 转速为转速为0r/min时的转差率时的转差率 1 1000 01000 1 1 n nn s b.转子转向与磁场转向相反，转速为转子转向与磁场转向相反，转速为500r/min时的转差率时的转差率 5 . 1 10

55、00 5001000 1 1 n nn s 转速为转速为1040r/min时的转差率时的转差率 04. 0 1000 10401000 1 1 n nn s 转速为转速为1000r/min时的转差率时的转差率 0 1000 10001000 1 1 n nn s 电子科技大学机械电子工程学院电子科技大学机械电子工程学院 电机与拖动基础电机与拖动基础 例题：例题：Y180M2 型三相异步电动机，型三相异步电动机， PN=22 kW，UN=380 V， 三角形联结，三角形联结，IN = 42.2 A， N = 0.89，fN = 50Hz，nN = 2940 r/min。求额定运行时的：。求额定运

56、行时的：(1) 转差率；转差率；(2) 定子绕组的相电流；定子绕组的相电流； (3) 输入有功功率；输入有功功率； (4) 效率。效率。 解解：(1) 由型号可知，由型号可知，p=1，则同步转速，则同步转速 min/3000 1 506060 1 r p f n N 02. 0 3000 29403000 1 1 n nn sN 额定转差率额定转差率 电子科技大学机械电子工程学院电子科技大学机械电子工程学院 电机与拖动基础电机与拖动基础 A I I N 36.24 3 2 .42 3 1 kWIUP NNNN 72.2489. 02 .4238033 1 %0 .89%100 72.24 22

57、 %100 1 N N P P (2) 定子绕组相电流定子绕组相电流 (3) 输入有功功率输入有功功率 (4) 效率效率 电子科技大学机械电子工程学院电子科技大学机械电子工程学院 电机与拖动基础电机与拖动基础 例题：某绕线型三相异步电动机，例题：某绕线型三相异步电动机， nN=2880r/min，fN=50 Hz， 转子绕组转子绕组Y接，开路时的额定线电压接，开路时的额定线电压 U2N=254 V。求该电动。求该电动 机在额定状态下运行时机在额定状态下运行时转子每相绕组转子每相绕组的电动势的电动势E2s 和转子频率和转子频率 f2 。 解解：(1) 同步转速的求解同步转速的求解 min/300

58、0 1 rn 根据额定转速根据额定转速nN=2880r/min，得同步转速，得同步转速 电子科技大学机械电子工程学院电子科技大学机械电子工程学院 电机与拖动基础电机与拖动基础 额定转差率额定转差率 04. 0 3000 28803000 1 1 n nn s N N Hzfsfsf NN 25004. 0 112 V U ssEE N S 87. 5 3 25404. 0 3 2 22 额定状态下的转子频率额定状态下的转子频率 额定状态下转子每相绕组电动势额定状态下转子每相绕组电动势 电子科技大学机械电子工程学院电子科技大学机械电子工程学院 电机与拖动基础电机与拖动基础 例题：一台绕线式三相异

59、步电动机，当定子加例题：一台绕线式三相异步电动机，当定子加50Hz额定电压额定电压 而转子开路时，转子滑环上感应电动势为而转子开路时，转子滑环上感应电动势为 260V ，转子绕组为，转子绕组为 Y 接。不转时转子每相漏阻抗为接。不转时转子每相漏阻抗为 0.06+j0.2，电动机额定转，电动机额定转 差率差率 sN=0.04。求这台电动机额定运行时转子相电动势。求这台电动机额定运行时转子相电动势E2sN， 转子相电流转子相电流 I2sN的有效值及频率的有效值及频率f2。 解：解：额定运行时的转子频率额定运行时的转子频率 Hzfsf N 25004. 0 12 V U sEsE N NNNSN 0

60、 . 6 3 26004. 0 3 2 22 额定运行时的相电动势额定运行时的相电动势 电子科技大学机械电子工程学院电子科技大学机械电子工程学院 电机与拖动基础电机与拖动基础 A xr E z E I S SN S SN SN 1 .99 008. 006. 0 0 . 6 222 2 2 2 2 2 2 2 额定运行时的漏电抗额定运行时的漏电抗 额定运行时的转子相电流额定运行时的转子相电流 008. 02 . 004. 0 22 xsx NS 电子科技大学机械电子工程学院电子科技大学机械电子工程学院 电机与拖动基础电机与拖动基础 7.4.4 转子绕组的频率折合转子绕组的频率折合 p频率折合频