电动机_工作原理

1、第五章第五章 三相异步电动机原理三相异步电动机原理The Principles of the Three-phase Induction Machines本章基本教学要求本章基本教学要求n1.了解异步电动机的结构。了解异步电动机的结构。n2.理解旋转磁场的概念、圆形旋转磁势的特性和理解旋转磁场的概念、圆形旋转磁势的特性和产生条件，了解分布和短距绕组对消除高次谐波产生条件，了解分布和短距绕组对消除高次谐波电势的作用。电势的作用。n3.深入理解并掌握综合表达三相异步电动机电磁深入理解并掌握综合表达三相异步电动机电磁关系的基本方程式、等值电路和相量图，转子转关系的基本方程式、等值电路和相量图，转子转

2、动时异步电动机的运行原理，转子绕组折算和频动时异步电动机的运行原理，转子绕组折算和频率折算；率折算；n4.掌握异步电动机中的功率和转矩平衡方程式，掌握异步电动机中的功率和转矩平衡方程式，各功率之间的相互关系，电磁转矩物理表达式；各功率之间的相互关系，电磁转矩物理表达式；n5.掌握异步电动机的工作特性。掌握异步电动机的工作特性。重点和难点重点和难点n重点重点：n1. .三相异步电动机空载和负载运行时的基本电磁三相异步电动机空载和负载运行时的基本电磁关系，掌握基本方程式、等值电路和相量图三种关系，掌握基本方程式、等值电路和相量图三种分析方法，并注意与变压器的对比，着重分析转分析方法，并注意与变压器

3、的对比，着重分析转子转动后的情况，转子绕组折算和频率折算；子转动后的情况，转子绕组折算和频率折算；n2. .掌握异步电动机功率与转矩的平衡关系、电磁掌握异步电动机功率与转矩的平衡关系、电磁转矩的表达式。转矩的表达式。n3.3.掌握异步电动机机械特性掌握异步电动机机械特性n难点难点：n转子转动时的基本电磁关系。转子转动时的基本电磁关系。本次课程教学要求本次课程教学要求：n1.熟悉异步电动机的结构和主要技术数据；n2.重点掌握电机堵转时的电磁关系、基本方程式、等值电路和相量图；n3.掌握绕组折算方法。5.1三相异步电动机三相异步电动机5.1.1基本结构和铭牌数据基本结构和铭牌数据三相鼠笼异步电动机

4、结构图1.交流电机定子结构交流电机定子结构n定子铁芯定子铁芯:是电机磁路的一部分，定子铁芯内圆上均匀开有槽，安放定子绕组。n机座机座:是用作固定与支撑定子铁芯。n定子绕组定子绕组:是电机电路部分，它由三个在空间相差120电角度、结构相同的绕组连接而成，按一定规律嵌放在定子槽中。n绕组分类：绕组分类：单层绕组和双层绕组。n绕组应用：绕组应用：单层绕组一般用在10kW以下的电机，双层短距绕组用在较大容量的电机中。转子铁芯转子铁芯： 一般用一般用0.5mm的硅钢片叠压而成，它是的硅钢片叠压而成，它是磁路的一部分。磁路的一部分。转子绕组转子绕组： 是用作产生感应电势、并产生电磁转矩是用作产生感应电势、

5、并产生电磁转矩它分鼠笼式和绕线式两种。它分鼠笼式和绕线式两种。气隙气隙： 中、小容量的电动机气隙一般在中、小容量的电动机气隙一般在0.21.5mm范围。范围。2.转子结构转子结构转子转子鼠笼转子鼠笼转子鼠笼转子绕线转子绕线转子提刷装置提刷装置3.铭牌数据铭牌数据主要铭牌数据主要铭牌数据1(1)额定功率额定功率PN：指电动机在额定运行时，轴上输出的机械功率，单位：W或kW；(2)额定电压额定电压U1N：指电动机额定运行时，加在定子绕组上的线电压，单位：V；(3)额定电流额定电流I1N：指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线电流，单位：A；主要铭牌数据主要铭牌数据2(4)

6、额定频率额定频率f1N：我国规定电网工频为50Hz；(5)额定转速额定转速nN：指电动机在定子额定电压、额定频率下，轴上输出额定功率时的转子转速，单位：r/min；(6)额定功率因数额定功率因数cosN：指电动机在额定运行时定子侧的功率因数。 铭牌上还标有绝缘等级、温升、工作方式、连接方法等，对绕线式异步电动机还标有转子绕组的额定电压和额定电流。n(7)转子绕组额定电压转子绕组额定电压U2N：指定子绕组加额定电压、转子绕组开路时，滑环间的线电压，单位：V；n(8)转子额定电流转子额定电流I2N：指电动机额定运行、转子短路状态下，滑环之间流过的线电流，单位：A。主要铭牌数据主要铭牌数据3转差率转

7、差率11nnns定义： (5-2) %5 . 0)%,65 . 1 (0ssN举例举例 有一台有一台50Hz的感应电机，其额定的感应电机，其额定转速为转速为730r/min，空载转差率为，空载转差率为 0.003，试求该机的空载转速和额定负载时的试求该机的空载转速和额定负载时的转差率。转差率。解解1、空载转速：空载转速：2、额定转差率：额定转差率：027. 075073075011nnnsNmin/75.747)003. 01 (750)1 (010rsnnn设设N为异步电动机的效率，额定功率：为异步电动机的效率，额定功率： n电动机的输入功率为：电动机的输入功率为：n n接线：接线：n高压异

8、步电动机定子绕组采用高压异步电动机定子绕组采用Y接，只有三根接，只有三根引出线。中小容量的异步电动机通常将定子引出线。中小容量的异步电动机通常将定子三相绕组的六个端点引出到接线板上，用户三相绕组的六个端点引出到接线板上，用户根据铭牌数据和使用电源情况，接成根据铭牌数据和使用电源情况，接成Y接或接或接。接。NNNNNIUPcos311NNNIUPcos3111小型鼠笼异步电动机小型鼠笼异步电动机三相异步电动机的引出线4.接线图接线图n国产电机型号由汉语拼音字母和阿拉伯数国产电机型号由汉语拼音字母和阿拉伯数字组成，大写汉语拼音字母表示电机的类字组成，大写汉语拼音字母表示电机的类型、结构特征和使用范

9、围，数字表示设计型、结构特征和使用范围，数字表示设计序号和规格，例如：序号和规格，例如：Y2 160 L 1-2 5.1.2主要系列主要系列Y和和YR系列系列n一般用途三相异步电动机应用最广的一般用途三相异步电动机应用最广的产品是产品是Y系列和系列和YR系列，其中系列，其中Y系列为系列为鼠笼式转子三相异步电动机，鼠笼式转子三相异步电动机，YR系列系列为绕线式转子三相异步电动机。为绕线式转子三相异步电动机。5.2交流电机的绕组和感应电动势交流电机的绕组和感应电动势5.2.1绕组绕组n极距极距是指每一磁极所占定子内圆周的距离，即有 n节距节距y是指线圈两有效边之间的距离。单层绕组是整距绕组，即有y

10、=n每极每相槽数每极每相槽数q是指一个磁极下一相绕组所占有的槽数，即有：pZ21112pmZq 交流绕组交流绕组n相带相带：是指一相绕组在一个磁极下连：是指一相绕组在一个磁极下连续所占的范围。续所占的范围。n机械角机械角：电机圆周空间角度为：电机圆周空间角度为360或或为为2弧度，称这种角度为机械角。对弧度，称这种角度为机械角。对于一对磁极由于一对磁极由NSN变化一周相当变化一周相当于于360电角度或为电角度或为2电弧度。当电机电弧度。当电机有有p对磁极时，电角度对磁极时，电角度=p机械角。机械角。n分析分析：每一磁极占：每一磁极占180电角度，三相电角度，三相绕组的每相绕组在一个极下只占三分

11、绕组的每相绕组在一个极下只占三分之一，即之一，即60相带。相带。单层绕组单层绕组双层绕组双层绕组5.2.2 交流绕组的感应电势交流绕组的感应电势1.一根导体感应电势一根导体感应电势 设定子内表面槽中嵌放导体设定子内表面槽中嵌放导体A，有效长，有效长度为度为l(m)，转子只有一对磁极，它由原动机，转子只有一对磁极，它由原动机拖动以恒定转速拖动以恒定转速n1(r/min)逆时针旋转，沿气逆时针旋转，沿气隙圆周方向分布的基波磁密波形，大小为：隙圆周方向分布的基波磁密波形，大小为：式中式中B1m为基波气隙磁密幅值。为基波气隙磁密幅值。sin11mBb感应电动势感应电动势导体导体A切割磁力线产生感应电动

12、势大小为：切割磁力线产生感应电动势大小为：sin111vlBvlbemxtEtEm1111sin2sin导体的基波感应电动势导体的基波感应电动势最大值为：最大值为：1111222flBlvBEmmmmavBB112)(22. 222111111VffEEm111122fflBav波形波形感应电动势频率感应电动势频率 在一对磁极情况下，导体在一对磁极情况下，导体A每经过一对主磁每经过一对主磁极，其中的感应电势经历一个周期。当电机转子上极，其中的感应电势经历一个周期。当电机转子上有有p对主磁极，电机每旋转一圈，导体对主磁极，电机每旋转一圈，导体A中的基波感中的基波感应电势变化应电势变化p周，则导体

13、周，则导体A中基波感应电势频率为：中基波感应电势频率为： n (5-3) 当电机的极对数当电机的极对数p和转速和转速n1一定时，一定时，f1频率便为频率便为固定的数值。固定的数值。）（Hzpnf60112.整距线匝感应电势整距线匝感应电势 两导体两导体A、X就构成了整距线匝。就构成了整距线匝。它们中的感应电势总是大小相等，方向它们中的感应电势总是大小相等，方向相反。整距线匝基波感应电势为：相反。整距线匝基波感应电势为： 用相量表示时：用相量表示时：111XATeee11112AXATEEEE整距线匝基波感应电动势整距线匝基波感应电动势整距线匝基波感应电势瞬时表达式为：整距线匝基波感应电势瞬时表

14、达式为： 整距线匝基波感应电势有效值为：整距线匝基波感应电势有效值为： (5-6)tEtEeTmTT11111sin2sin11111144. 422. 222ffEEAT3.整距线圈感应电动势整距线圈感应电动势 线圈是由线圈是由Ny匝线匝串联而成，即匝匝线匝串联而成，即匝数数Ny整距线圈的基波感应电势瞬时整距线圈的基波感应电势瞬时值为：值为： (5-7)tEtEeymyy11111sin2sin)(44. 4111VNfEyy4.整距分布线圈感应电动势整距分布线圈感应电动势 如果在定子内圆表面槽中均匀嵌放三个匝如果在定子内圆表面槽中均匀嵌放三个匝数为数为Ny的整距线圈头尾连接，相互串联形成线

15、的整距线圈头尾连接，相互串联形成线圈组，称为整距分布线圈，相邻线圈的槽距角圈组，称为整距分布线圈，相邻线圈的槽距角是是。整距分布线圈的基波感应电动势整距分布线圈的基波感应电动势整距分布线圈的基波感应电势为：整距分布线圈的基波感应电势为：绕组的基波分布系数：绕组的基波分布系数： 11111144. 4qyqyqkqNfkqEE2sin2sin1qqkq基波分布系数含义基波分布系数含义 基波分布系数是一个小于基波分布系数是一个小于1的的数，其含义是：分布放置的线圈要数，其含义是：分布放置的线圈要比将各线圈集中放置在一个槽中的比将各线圈集中放置在一个槽中的基波感应电势小。可以这样认为：基波感应电势小

16、。可以这样认为：把实际把实际q个分布放置的整距线圈，看个分布放置的整距线圈，看成是集中放置的，但它们的总等效成是集中放置的，但它们的总等效匝数为匝数为qNykq1，而不是，而不是qNy。5.2.3短距线圈感应电动势短距线圈感应电动势 如果线圈的节距如果线圈的节距y1，则为短距线，则为短距线圈，令短距线圈的节距圈，令短距线圈的节距y1=y，其中，其中0y1，短距线圈基波感应电势有效值：，短距线圈基波感应电势有效值：绕组基波短距系数：绕组基波短距系数：111111144. 42sin44. 42sin2yyyAykNfyNfyEE2sin1yky基波短距系数含义基波短距系数含义 基波短距系数，它是

17、一个小于基波短距系数，它是一个小于1的数，其含义是：短距线圈要比整的数，其含义是：短距线圈要比整距线圈的基波感应电势小。可以这距线圈的基波感应电势小。可以这样认为：把实际的短距线圈看成是样认为：把实际的短距线圈看成是整距线圈，则它等效匝数为整距线圈，则它等效匝数为Nyky1，而不是而不是Ny。5.2.4一相绕组感应电动势一相绕组感应电动势n单层绕组：采用分布整距形式单层绕组：采用分布整距形式n每相绕组串联匝数为每相绕组串联匝数为 ：n每相的基波感应电势有效值为：每相的基波感应电势有效值为： apqNNy11111144. 4qkNfE双层绕组双层绕组n双层绕组：采用短距分布形式双层绕组：采用短

18、距分布形式n每相绕组串联匝数为：每相绕组串联匝数为：n每相的基波感应电势有效值为：每相的基波感应电势有效值为： n 为基波绕组系数。为基波绕组系数。apqNNy211111144. 4wkNfE111yqwkkk绕组的谐波感应电动势绕组的谐波感应电动势 绕组采用分布、短距后虽削弱些基绕组采用分布、短距后虽削弱些基波感应电势，但可使各次谐波电势大大波感应电势，但可使各次谐波电势大大削弱，使绕组感应电势接近正弦波。削弱，使绕组感应电势接近正弦波。 三相交流绕组三相交流绕组Y接或接或接时，由于接时，由于三次谐波以及三的倍数次谐波电势在时三次谐波以及三的倍数次谐波电势在时间相位上同相，故三相线电势中无

19、三次间相位上同相，故三相线电势中无三次或三的倍数次谐波。或三的倍数次谐波。谐波感应电动势谐波感应电动势 设设v为谐波次数，则谐波感应电为谐波次数，则谐波感应电势频率为：势频率为： 每相绕组每相绕组v次感应电势有效值：次感应电势有效值： 为为次谐波绕组系数次谐波绕组系数 1fvfvvwvvvkNfE144. 4yvqvwvkkk课后复习要点：课后复习要点：n1 .交流绕组类型、基本术语、联结规律n2. 分布、短距和绕组系数的含义及表达式n3.绕组感应电势的计算n思考题：P178 5-1、5-2n作业：P178 5-6（3）（4）n预习：旋转磁动势5.3交流电机绕组的磁动势交流电机绕组的磁动势5.

20、3.1单相脉振磁场单相脉振磁场1.整距集中绕组的磁动势整距集中绕组的磁动势 由于空气隙的磁阻远远大于定、转子铁芯中的磁由于空气隙的磁阻远远大于定、转子铁芯中的磁阻，可认为磁势全部降落在两个气隙上，即作用在每阻，可认为磁势全部降落在两个气隙上，即作用在每个空气隙的磁势为全部磁势的一半（个空气隙的磁势为全部磁势的一半（iNy/2）磁动势波）磁动势波形为矩形波。形为矩形波。)232(21)22(21)(iNiNfyy整距集中绕组的磁动势整距集中绕组的磁动势2.磁动势的空间谐波磁动势的空间谐波 矩形波磁动势用傅立叶级数分解得：矩形波磁动势用傅立叶级数分解得：3.单相绕组基波脉振磁动势单相绕组基波脉振磁

21、动势设设AX中通入交流电为：中通入交流电为： 则每极磁势表达式为：则每极磁势表达式为：)5cos513cos31(cos42)(iNfytIi1cos2tiNtfycos)5cos513cos31(cos422)(，3.谐波分析谐波分析 对周期性变化的矩形波分布的磁势，用对周期性变化的矩形波分布的磁势，用傅氏级数进行谐波分析，可分解成为：傅氏级数进行谐波分析，可分解成为： 式中式中v=1，3，5为谐波系数，系数为谐波系数，系数Cv为为tCtfy11,3,51coscos),(2sin2241vINCyvn基波磁势为：基波磁势为：n 为基波磁势最大幅值为基波磁势最大幅值。n三次谐波磁势为：三次谐

22、波磁势为： n 三次谐波磁势最大幅值三次谐波磁势最大幅值tFtINfyyy1111coscoscoscos224yyyININF0.92241tFtINfyyy1313cos3coscos3cos22431yyyININF0.3224313五次谐波和高次谐波五次谐波和高次谐波tFtINfyyy1515cos5coscos5cos22451yyyININF0.18224515n五次谐波磁势为：五次谐波磁势为： n 五次谐波磁势最大幅值五次谐波磁势最大幅值。n还有七次、九次、十一次等高次谐波磁势。还有七次、九次、十一次等高次谐波磁势。 谐波次数越高，其幅值就越小。谐波次数越高，其幅值就越小。 为了

23、改善波形，除基波以外，考为了改善波形，除基波以外，考虑消除三、五、七次谐波，由于三次虑消除三、五、七次谐波，由于三次谐波及三的倍数次谐波在绕组连接成谐波及三的倍数次谐波在绕组连接成三相对称绕组时就已相互抵消，而三相对称绕组时就已相互抵消，而五、七次谐波可通过短距和分布绕组五、七次谐波可通过短距和分布绕组来基本消除。因此当连成三相绕组来基本消除。因此当连成三相绕组后，只考虑基波磁势就可以了。后，只考虑基波磁势就可以了。 分析分析：每相绕组产生基波磁势幅值每相绕组产生基波磁势幅值：)/(0.91111极安匝wkNpIF单层apqNNy1双层apqNNy21I1为相电流的有效值，为相电流的有效值，k

24、w1=kq1ky1称为基波绕组系数，称为基波绕组系数，基波分布系数为：基波分布系数为：基波短距系数为：基波短距系数为：2sin2sin1qqkq2sin11yky每相绕组产生的谐波磁动势幅值为：每相绕组产生的谐波磁动势幅值为：wkNpIF1110.9kw=kqky称为称为v次谐波绕组系数次谐波绕组系数v次谐波分布系数为：次谐波分布系数为：v 次谐波短距系数为：次谐波短距系数为：2sin2sinvqvqkqv2sin1yvkyv（安匝/极）脉振磁动势的分解推导脉振磁动势的分解推导 根据三角函数的和差与积的关系：根据三角函数的和差与积的关系：)(cos)(coscoscos2)cos(21)cos

25、(21),(111111tFtFtf11ff)(cos21111tFf)(cos21111tFfv结论结论： 一个脉振磁势可以分解为两个一个脉振磁势可以分解为两个幅值相等，转速相同，转向相反的幅值相等，转速相同，转向相反的两个旋转磁势，它们的幅值是原脉两个旋转磁势，它们的幅值是原脉振磁势最大幅值的一半。振磁势最大幅值的一半。5.3.2三相绕组的合成旋转磁场三相绕组的合成旋转磁场 三相对称绕组：各相绕组匝数、结构相同，三相对称绕组：各相绕组匝数、结构相同，在空间互差在空间互差120电角度。电角度。 三相对称交流电：三相对称交流电： 在三相对称绕组中通入三相对称交流电，每在三相对称绕组中通入三相对

26、称交流电，每相绕组中都要产生单相脉振磁势，这三个脉振磁相绕组中都要产生单相脉振磁势，这三个脉振磁势在空间和时间上都互差势在空间和时间上都互差120电角度。电角度。)240(cos2)120(cos2cos2111tIitIitIiCBA图示图示三个脉振磁动势表达式三个脉振磁动势表达式)120(cos2)(cos2)240(cos)240(cos)240(cos2F)(cos2)120(cos)120(cos)(cos2)(cos2coscos111111111111111111tFtFtFfttFtFftFtFtFfCBA合成磁动势合成磁动势)(cos23),(1111tFffftfCBAIp

27、kNFw1110.9pfn1160IpkNIpkNFwwm111135. 19 . 023结论结论 在三相对称绕组通以三相对称交流电产生在三相对称绕组通以三相对称交流电产生的旋转磁势具有以下特点：的旋转磁势具有以下特点：旋转磁势的幅值为：旋转磁势的幅值为： 旋转磁势的转速为同步转速：旋转磁势的转速为同步转速： 旋转磁势的转向：由电流的相序决定（即电流旋转磁势的转向：由电流的相序决定（即电流达到最大值的顺序），它总是从电流领先的一相达到最大值的顺序），它总是从电流领先的一相绕组向电流滞后的一相绕组方向转动。绕组向电流滞后的一相绕组方向转动。每极安匝/35. 111IpkNFwmmin)/(601

28、1rpfn n旋转磁动势产生的条件和旋转磁动势特点旋转磁动势产生的条件和旋转磁动势特点n思考题：思考题：P179 5-10、5-11、5-14n作业：作业：P179 5-13课后复习要点：课后复习要点： 电动机在转子静止分两种情况：一种电动机在转子静止分两种情况：一种是转子绕组开路，另一种是转子绕组短路。是转子绕组开路，另一种是转子绕组短路。5.4.1定子绕组接电源，转子开路定子绕组接电源，转子开路注意注意：转子开路的三相异步电动机相当于副：转子开路的三相异步电动机相当于副边空载的三相变压器，定子绕组对应于原边边空载的三相变压器，定子绕组对应于原边绕组，转子绕组对应于副边绕组，所不同的绕组，转

29、子绕组对应于副边绕组，所不同的是异步电动机的磁路中多了气隙磁路。是异步电动机的磁路中多了气隙磁路。5.4转子静止时的异步电动机转子静止时的异步电动机定子绕组接电源转子绕组开路时的异步电动机定子绕组接电源转子绕组开路时的异步电动机转子绕组开路转子绕组开路 将定、转子空间坐标纵轴选在将定、转子空间坐标纵轴选在A相绕组的轴相绕组的轴线上，并使线上，并使+A1与与+A2重合，这样重合，这样+A1、+A2也是也是定、转子定、转子A相磁通的正方向。相磁通的正方向。n转子开路时的电磁关系为：转子开路时的电磁关系为：1011210011001rieeeFkNiiussmw（定子漏磁通）（主磁通）（相电流）（相

30、电压）（1）电磁关系）电磁关系转子开路时主磁通与漏磁通路径转子开路时主磁通与漏磁通路径主磁通与漏磁通主磁通与漏磁通 漏磁通包括：槽漏磁通、端部漏磁通和谐波漏漏磁通包括：槽漏磁通、端部漏磁通和谐波漏磁通。磁通。槽漏磁通和端部漏磁通槽漏磁通和端部漏磁通说明说明n 谐波漏磁通是由定子三相合成磁谐波漏磁通是由定子三相合成磁势中的高次谐波磁势产生的，严格说，势中的高次谐波磁势产生的，严格说，它是通过气隙与转子绕组相链绕的磁它是通过气隙与转子绕组相链绕的磁通，与槽漏磁通和端部漏磁通是有差通，与槽漏磁通和端部漏磁通是有差别的，为了表明这种差别，谐波漏磁别的，为了表明这种差别，谐波漏磁通又称差别漏磁通，将谐波

31、磁通归为通又称差别漏磁通，将谐波磁通归为漏磁通中是为了计算上的方便。漏磁通中是为了计算上的方便。定子绕组每相基波感应电势的有效值为：定子绕组每相基波感应电势的有效值为：n （5-15）式中式中N1、kw1分别为定子每相绕组的串联匝数和分别为定子每相绕组的串联匝数和基波绕组系数。基波绕组系数。n转子绕组每相基波感应电势的有效值为：转子绕组每相基波感应电势的有效值为：n （5-15）n式中式中N2、kw2分别为转子每相绕组的串联匝数和分别为转子每相绕组的串联匝数和基波绕组系数。基波绕组系数。mwkNfjE111144. 4(2)电压方程式电压方程式mwkNfjE22124.44 定、转子每相基波感

32、应电势之比为：定、转子每相基波感应电势之比为： （5-16）式中）式中ke为电压变比。为电压变比。 定子漏电势定子漏电势Es1为：为： 定子一相电路的电压方程式为：定子一相电路的电压方程式为： （5-17）221121wwekNkNEEk101xI jEs1011010110111zIErIxI jErIEEUs111jxrz定子漏阻抗：定子漏阻抗： 与变压器相似，与变压器相似，-1用励磁电流用励磁电流0在励磁在励磁阻抗阻抗zm上的压降表示时有：上的压降表示时有： 式中式中rm为励磁电阻，为励磁电阻，xm为励磁电抗。为励磁电抗。)(001mmmjxrIzIE励磁电流由两部分组成：励磁电流由两部

33、分组成： 一部分产生主磁通一部分产生主磁通m0为无功分为无功分量；另一部分反应包括定子铁损和转子量；另一部分反应包括定子铁损和转子铁损的铁损电流，是有功分量铁损的铁损电流，是有功分量Fe，有：，有： 转子电路因转子绕组开路，电压方转子电路因转子绕组开路，电压方程式为：程式为： FeIII022EU转子开路时异步电动机等值电路转子开路时异步电动机等值电路（3）等值电路等值电路转子开路时异步电动机的时间向量图（4）相量图相量图 如果磁势坐标轴选在如果磁势坐标轴选在+A轴线上，再选取时轴线上，再选取时间与空间参考轴一致，则时间相量间与空间参考轴一致，则时间相量0与空间相量与空间相量F0具有同相位性质

34、，可将时间相量图与空间相具有同相位性质，可将时间相量图与空间相量图画在一起为时空相量图。量图画在一起为时空相量图。磁势向量与A的关系转子开路时异步电动机时空相量图转子开路时异步电动机时空相量图时空向量图时空向量图（5）功率关系）功率关系 转子开路时，无功率输出，转子开路时，无功率输出，P2=0，输入的功率为：，输入的功率为： 说明说明：输入功率一部分消耗在定子：输入功率一部分消耗在定子铜损上，另一部分消耗在定、转子铜损上，另一部分消耗在定、转子的铁损上。的铁损上。12020121001133cos3rIrIpppIUPmCuFeFe5.4.2定子绕组接电源，转子绕组定子绕组接电源，转子绕组短接

35、且转子堵转短接且转子堵转 将定、转子空间坐标纵轴选在将定、转子空间坐标纵轴选在A相绕组相绕组的轴线上，并使的轴线上，并使+A1与与+A2重合。重合。异步电动机转子短路且堵转时的接线图异步电动机转子短路且堵转时的接线图（1）磁势平衡方程式磁势平衡方程式 转子短路时，在转子绕组产生的感应转子短路时，在转子绕组产生的感应电势会在转子三相绕组中产生对称的转子电电势会在转子三相绕组中产生对称的转子电流，从而产生合成的转子基波旋转磁势流，从而产生合成的转子基波旋转磁势F2，其幅值为：其幅值为： 式中式中I2为转子绕组每相电流有效值，为转子绕组每相电流有效值，N2为转为转子一相绕组串联匝数，子一相绕组串联匝

36、数，kw2为转子绕组的基为转子绕组的基波绕组系数。波绕组系数。每极安匝/224232222IpkNFw磁场磁场 设设F2相对于转子的转速为：相对于转子的转速为：n2=60f2/p由于转子堵转时电流的频率由于转子堵转时电流的频率f2=f1，则，则n2=n1 由于由于+A1、+A2重合，定、转子电流相重合，定、转子电流相序一样，则定子电流产生合成的定子基波序一样，则定子电流产生合成的定子基波旋转磁势旋转磁势F1与转子旋转磁势与转子旋转磁势F2同速、同方同速、同方向在空间一前一后同步旋转，故可以合向在空间一前一后同步旋转，故可以合成。成。定子基波旋转磁势定子基波旋转磁势F1 定子基波旋转磁势定子基波

37、旋转磁势F1其幅值为：其幅值为：I1为定子绕组每相电流有效值，为定子绕组每相电流有效值，N1为定为定子一相绕组串联匝数，子一相绕组串联匝数，kw1为定子绕组的为定子绕组的基波绕组系数。基波绕组系数。每极安匝/224231111IpkNFw气隙中合成磁势为气隙中合成磁势为： （5-20） 定、转子磁势平衡方程式说明气定、转子磁势平衡方程式说明气隙中的主磁通隙中的主磁通m是由合成磁势是由合成磁势F0产产生，此外，定、转子的电流分别要产生，此外，定、转子的电流分别要产生定子漏磁通生定子漏磁通s1和转子漏磁通和转子漏磁通s2，与定子漏磁通类似，转子漏磁通也包与定子漏磁通类似，转子漏磁通也包含槽漏磁通、

38、端部漏磁通和谐波漏磁含槽漏磁通、端部漏磁通和谐波漏磁通。通。021FFF 1111111111FkNieriiuwss210222222222rieFkNiiss（2）电磁关系）电磁关系转子短路且堵转时的电磁关系为：（3）电压平衡方程式）电压平衡方程式定子：定子： 转子一相电路的电压方程式为：转子一相电路的电压方程式为： 式中式中z2为转子漏阻抗，或写成：为转子漏阻抗，或写成： 转子绕组回路漏阻抗的功率因数角为：转子绕组回路漏阻抗的功率因数角为： 1111111111111zIErIxI jErIEEUs222222)(zIjxrIE22222IEjxrz222rxarctg（4）转子电势、电

39、流、电阻、漏抗的折算转子电势、电流、电阻、漏抗的折算 与变压器相似，异步电动机定、与变压器相似，异步电动机定、转子之间没有电的联系，只有磁的耦转子之间没有电的联系，只有磁的耦合。为了工程计算方便，在不改变电合。为了工程计算方便，在不改变电动机的电磁性能的条件下，将无电的动机的电磁性能的条件下，将无电的联系的定、转子电路变换成纯电路的联系的定、转子电路变换成纯电路的等值电路，就要进行转子绕组的折等值电路，就要进行转子绕组的折算。算。转子绕组折算的方法是：转子绕组折算的方法是： 用一个相数为用一个相数为m1、匝数为、匝数为N1kw1的绕组，代替原来的转子绕组（转的绕组，代替原来的转子绕组（转子绕组

40、原来的相数为子绕组原来的相数为m2，匝数为，匝数为N2kw2）。）。转子绕组折算的方法转子绕组折算的方法折算的原则折算的原则 保持折算前后电动机磁势平衡保持折算前后电动机磁势平衡关系不变，即关系不变，即F2的大小以及与的大小以及与F1之之间在空间位置不变。间在空间位置不变。n折算前转子电势为：折算前转子电势为：n折算后转子电势为：折算后转子电势为：n式中式中ke为电势比：为电势比：mwkNfE22124.44mwkNfE111244. 412222112EEkEkNkNEeww转子电势转子电势2211wwekNkNk 转子电流转子电流n根据折算前后电动机磁势平衡关系不变的根据折算前后电动机磁势

41、平衡关系不变的原则，有：原则，有： n则：则： 为异步电动机的电流比。为异步电动机的电流比。222221119 . 029 . 02IpkNmIpkNmww2211122221IkIkNmkNmIiww222111wwikNmkNmk 转子电阻、转子电抗、转子漏阻抗转子电阻、转子电抗、转子漏阻抗)(1222222222222jxrkkzkkIEkkIkEkIEx jrzieieieie222222rkkrxkkxzkkzieieie（5）基本方程式、等值电路、相量）基本方程式、等值电路、相量n折算后的基本方程式折算后的基本方程式22221201011111)(zIEEEIIIzIEzIEUm异

42、步电动机转子短路且堵转时的等值电路异步电动机转子短路且堵转时的等值电路等值电路等值电路相量图 将时间与将时间与空间参考轴选空间参考轴选取一致，则取一致，则+j、+A1、+A2重合重合异步电动机转子短路且堵转时的时空相量图异步电动机转子短路且堵转时的时空相量图E1=E2mFe-E1I1r1jI1x1U1I0F0-I2-F2F1I1I2I2r2jI2x2（6）功率关系）功率关系n转子堵转时，输出功率转子堵转时，输出功率P2=0n输入功率输入功率P1为：为：n注：定子功率因数在转子短路且堵转时很低为：注：定子功率因数在转子短路且堵转时很低为： 11111111cos3cosIUIUmP25. 0co

43、s1铁损和铜损铁损和铜损n定、转子铁损为：定、转子铁损为：n定、转子铜损为：定、转子铜损为：mmFeFeFerIrImppp202012132221212133rIrIpppCuCuCu电磁功率电磁功率n体现机电能量转换的电磁功率为：体现机电能量转换的电磁功率为： 222222211cos33IErIpppPPCuCuFeem堵转情况分析堵转情况分析 堵转时，异步电动机的输入全部堵转时，异步电动机的输入全部消耗在定、转子的铁损和铜损上，它消耗在定、转子的铁损和铜损上，它相当于变压器的短路运行状态，它是相当于变压器的短路运行状态，它是异步电动机在起动瞬间的状况。异步电动机在起动瞬间的状况。堵转情

44、况分析堵转情况分析 异步电动机定、转子的漏阻抗比异步电动机定、转子的漏阻抗比较小，如果在定子绕组加额定电压，较小，如果在定子绕组加额定电压，则定、转子的起动电流相当大，约为则定、转子的起动电流相当大，约为额定电流的额定电流的47倍，过大的定、转子电倍，过大的定、转子电流会使电动机铜损加大，绕组过热，流会使电动机铜损加大，绕组过热，危及绕组绝缘，如果电动机长期工作危及绕组绝缘，如果电动机长期工作在这种状态下，将使电动机损坏。在这种状态下，将使电动机损坏。课后复习要点：课后复习要点：n电机堵转时的电磁关系、等值电路、相量电机堵转时的电磁关系、等值电路、相量图以及绕组折算方法图以及绕组折算方法n预习

45、转子运行的电磁关系预习转子运行的电磁关系本次课程教学要求本次课程教学要求n1.重点掌握电机旋转时的电磁关系、基本方程式、等值电路和相量图； n2.掌握绕组折算和频率折算方法； n3.掌握电动机功率与转矩平衡关系。5.5转子转动时的异步电动机转子转动时的异步电动机运转时的接线图运转时的接线图转子转动时的电磁关系转子转动时的电磁关系 1111111111FkNieriiuwss2s1022222222s2srieFkNiisssw规定规定 当异步电动机定子绕组接三相对称电源当异步电动机定子绕组接三相对称电源且且转子绕组短路时，定、转子绕组中都有电流流转子绕组短路时，定、转子绕组中都有电流流过，在气

46、隙中产生以同步转速过，在气隙中产生以同步转速n1旋转的合成磁旋转的合成磁场，而转子绕组电流与气隙旋转磁场会产生作场，而转子绕组电流与气隙旋转磁场会产生作用于转子的电磁转矩，使电动机以异步转速用于转子的电磁转矩，使电动机以异步转速n旋转，拖动负载。为了与转子不转时的感应电旋转，拖动负载。为了与转子不转时的感应电势势2、电流、电流2和漏电抗和漏电抗x2相区别，转子转动时相区别，转子转动时的转子感应电势、电流和漏电抗分别用的转子感应电势、电流和漏电抗分别用2s、电流电流2s和漏电抗和漏电抗x2s表示。表示。1.转子各量与转差率的关系转子各量与转差率的关系转差率转差率是指气隙中旋转磁场的同步转速和转子

47、转速是指气隙中旋转磁场的同步转速和转子转速之差与同步转速的比值，即为：之差与同步转速的比值，即为： (5-2)转差率是异步电动机的重要参数，当电动机作电动转差率是异步电动机的重要参数，当电动机作电动运行时，运行时，0PN继续增大继续增大转差率转差率s增大增大转子感转子感应电势与电流的相位角应电势与电流的相位角2增大增大定子功率因数定子功率因数cos1开始减小。定子功率因数特性开始减小。定子功率因数特性cos1=(P2)如图曲线如图曲线3所示的曲线。所示的曲线。4.输出转矩特性输出转矩特性T2=(P2)定性分析：定性分析： 异步电动机空载时，输出转矩异步电动机空载时，输出转矩T2=0，当负载，当

48、负载P2增大，由于转速变化增大，由于转速变化不大，不大，P2T2输出转矩随着输出转矩随着P2增大增大而增大，输出转矩特性而增大，输出转矩特性T2=(P2)如图如图曲线曲线4所示为一条过原点的近似直线所示为一条过原点的近似直线的曲线。的曲线。5.效率特性效率特性=(P2)定性分析：定性分析： 异步电动机从空载到负载运行时，主磁异步电动机从空载到负载运行时，主磁通通m和转速和转速n变化较小，所以铁损变化较小，所以铁损pFe和机械和机械损耗损耗pm变化很小，这两种损耗之和是异步电变化很小，这两种损耗之和是异步电动机的不变损耗，而定、转子铜损动机的不变损耗，而定、转子铜损pCu与负载与负载电流平方成正

49、比，它随负载变化而变化，是电流平方成正比，它随负载变化而变化，是异步电动机的可变损耗。与变压器相似，当异步电动机的可变损耗。与变压器相似，当不变损耗与可变损耗相等时，效率为最高。不变损耗与可变损耗相等时，效率为最高。 效率特性效率特性 空载时，输出功率空载时，输出功率P2=0，所以效，所以效率率=0，当随着负载，当随着负载P2增大增大效率效率增增大，普通异步电动机在大，普通异步电动机在P2=0.75时时效率效率最大最大=max；当负载；当负载P2继续增大继续增大效效率率反而下降，效率特性反而下降，效率特性=(P2)如图如图曲线曲线5所示的曲线。所示的曲线。说明说明： 对中、小型异步电动机，工作

50、特性可用对中、小型异步电动机，工作特性可用直接负载法测出，对大容量异步电动机由于直接负载法测出，对大容量异步电动机由于受设备等因数的限制，工作特性的取得可通受设备等因数的限制，工作特性的取得可通过空载、短路实验测出电动机参数，再利用过空载、短路实验测出电动机参数，再利用等值电路计算求得。等值电路计算求得。5.7异步电动机参数测定异步电动机参数测定1.空载试验空载试验 通过空载试验可测得励通过空载试验可测得励磁参数（磁参数（rm、xm、zm）、铁）、铁损损pFe、机械损耗、机械损耗pm。空载实验空载实验 试验时，异步电动机定子通过调压器接三相交试验时，异步电动机定子通过调压器接三相交流电源，转子轴上不带负载，加额定电压使电动机流电源，转子轴上不带负载，加额定电压使电动机运行在空载状态，稳定运行一段时间后，电动机的运行在空载状态，稳定运行一段时间后，电动机的机械损耗达到稳定值，然后调节调压器使定子电压机械损耗达到稳定值，然后调节调压器使定子电压从从(1.11.3)UN开始，逐渐下调直至电动机转速有明开始，逐渐下调直至电动机转速有明显变化为止，同时测取电动机的相电压显变化为止，同时测取电动机的相电压U1、空载电、空载电流流I0、空载功率、空载功率P0和电动机转速和电动机转速n，接线图是用二功，接线图是用二功率法测取功率所以两功率表率法测取功率所以