《异步电动机》ppt课件

1、淮北职业技术学院机电工程系第五章第五章 异步电动机异步电动机5.1 异步电动机的构造和任务原理5.2 异步电动机的运转分析5.3 三相异步电动机的机械特性5.5 三相异步电动机参数的测定5.4 三相异步电动机的任务特性5.7 单相异步电动机5.6 三相异步电动机的起动、制动与调速淮北职业技术学院机电工程系5.1 5.1 异步电动机的构造和任务原理异步电动机的构造和任务原理5.1.1 5.1.1 异步电动机的主要用途和分类异步电动机的主要用途和分类一、异步电机主要用作电动机，去拖动各种消费机械。 异步电动机的优点:构造简单、容易制造、价钱低廉、运转可靠、巩固耐用、运转效率较高和具有适用的任务特征

2、。 异步电动机的缺陷:功率因数较差。异步电动机运转时，必需从电网里吸收落后性的无功功率，它的功率因数总是小于。二、异步电动机的种类很多，从不同角度看，有不同的分类法： 1按定子相数分有 单相异步电动机； 两相异步电动机； 三相异步电动机。 2按转子构造分有 绕线式异步电动机； 鼠笼式异步电动机。后者又包括单鼠笼异步电动机、双鼠笼异步电动机和深槽式异步电动机。 此外，根据电机定子绕组上所加电压的大小，又有高压异步电动机、低压异步电动机之分。从其它角度看，还有高起动转矩异步电机、高转差率异步电机、高转速异步电机等等。淮北职业技术学院机电工程系5.1.2 异步电动机的主要构造异步电动机的主要构造异步

3、电动机在构造上主要由定子、转子、气隙组成。异步电动机在构造上主要由定子、转子、气隙组成。淮北职业技术学院机电工程系 一、异步电动机的定子：一、异步电动机的定子： 异步电动机的定子是由机座、定子铁心和定异步电动机的定子是由机座、定子铁心和定子绕组三个部分组成的。子绕组三个部分组成的。 1、定子铁心：是电动机磁路的一部分，装在机、定子铁心：是电动机磁路的一部分，装在机座里。为了降低定子铁心里的铁损耗，定子铁座里。为了降低定子铁心里的铁损耗，定子铁心用用心用用0.5mm厚的硅钢片叠压而成的，在硅钢厚的硅钢片叠压而成的，在硅钢片的两面还应途上绝缘漆。以下图所示为定子片的两面还应途上绝缘漆。以下图所示为

4、定子槽槽,其中其中(a)是开口槽，用于大、中型容量的高压是开口槽，用于大、中型容量的高压异步电动机中；异步电动机中；(b)是半开口槽，用于中型是半开口槽，用于中型500V以下的异步电动机中；以下的异步电动机中；(c)是半闭口槽，用于低是半闭口槽，用于低压小型异步电动机中。压小型异步电动机中。淮北职业技术学院机电工程系3、机座：主要是为了固定与支撑定子铁心。假设是端盖轴承电机，还要支撑电机的转子部分。因此，机座应有足够的机械强度和刚度。对中、小型异步电动机，通常用铸铁机座。对大型电机，普通采用钢板焊接的机座，整个机座和座式轴承都固定在同一个底板上。2、定子绕组： 高压大、中型容量的异步电动机定子

5、绕组常采用Y接，只需三根引出线，如图(a)所示。对中、小容量低压异步电动机，通常把定子三相绕组的六根出线头都引出来，根据需求可接成Y形或形，如图(b)所示。定子绕组用绝缘的铜或铝导线绕成，嵌在定子槽内。淮北职业技术学院机电工程系三、异步电动机的转子：三、异步电动机的转子： 异步电动机的转子是由转子铁心、转子绕组和转异步电动机的转子是由转子铁心、转子绕组和转轴组成的轴组成的 。 1、转子铁心：是电动机磁路的一部分，它用、转子铁心：是电动机磁路的一部分，它用0.5mm厚的硅钢片叠压而成。铁心固定在转轴或转厚的硅钢片叠压而成。铁心固定在转轴或转子支架上，整个转子的外表呈圆柱形。子支架上，整个转子的外

6、表呈圆柱形。 2、转子绕组：分为笼型和绕线型两类。、转子绕组：分为笼型和绕线型两类。 1笼型转子：笼型绕组是一个本人短路的绕组。笼型转子：笼型绕组是一个本人短路的绕组。在转子的每个槽里放上一根导体，在铁心的两端用在转子的每个槽里放上一根导体，在铁心的两端用端环衔接起来，构成一个短路的绕组。假设把转子端环衔接起来，构成一个短路的绕组。假设把转子铁心拿掉，那么可看出，剩下来的绕组外形像个松铁心拿掉，那么可看出，剩下来的绕组外形像个松鼠笼子，如图鼠笼子，如图a) 所示，因此又叫鼠笼转子。导条所示，因此又叫鼠笼转子。导条的资料有用铜的，也有用铝的。的资料有用铜的，也有用铝的。二、气隙：二、气隙： 异步

7、电动机的气隙比同容量直流电动机的气隙小异步电动机的气隙比同容量直流电动机的气隙小得多，在中、小型异步电动机中，气隙普通为得多，在中、小型异步电动机中，气隙普通为0.21.5mm左右。左右。淮北职业技术学院机电工程系 2绕线型转子：绕线型转子的槽内嵌放有用绝缘绕线型转子：绕线型转子的槽内嵌放有用绝缘导线组成的三相绕组，普通都联接成导线组成的三相绕组，普通都联接成Y形。转子形。转子绕组的三条引线分别接到三个滑环上，用一套电绕组的三条引线分别接到三个滑环上，用一套电刷安装引出来，如下图。这就可以把外接电阻串刷安装引出来，如下图。这就可以把外接电阻串联到转子绕组回路里去，以改善电动机的启动性联到转子绕

8、组回路里去，以改善电动机的启动性能或调理电动机的转速。能或调理电动机的转速。 与笼型转子相比较，绕线型转子构造稍复杂，价与笼型转子相比较，绕线型转子构造稍复杂，价钱稍贵，因此只在要求起动电流小，起动转距大，钱稍贵，因此只在要求起动电流小，起动转距大，或需平滑调速的场所运用。或需平滑调速的场所运用。淮北职业技术学院机电工程系 三相异步电动机的铭牌上标明电机的型号、三相异步电动机的铭牌上标明电机的型号、额定数据等。额定数据等。一、异步电动机的型号：一、异步电动机的型号： 电机产品的型号普通采用大写印刷体的电机产品的型号普通采用大写印刷体的汉语拼音字母和阿拉伯数字组成。其中汉汉语拼音字母和阿拉伯数字

9、组成。其中汉语拼音字母是根据电机的全称号选择有代语拼音字母是根据电机的全称号选择有代表意义的汉字，再用该汉字的第一个拼音表意义的汉字，再用该汉字的第一个拼音字母组成。例如字母组成。例如Y系列三相异步电动机表示系列三相异步电动机表示如下：如下： Y 100 L 1 2 异步电动机 极数 铁心长度代号 机座中心高 机座长度代号5.1.3 异步电动机的铭牌数据异步电动机的铭牌数据淮北职业技术学院机电工程系我国消费的异步电动机种类很多，下面列出一些常见的产品系列。Y系列为小型鼠笼全封锁自冷式三相异步电动机。用于金属切削机床、通用机械、矿山机械、农业机械等。也可用于拖动静止负载或惯性负载较大的机械，如紧

10、缩机、传送带、磨床、锤击机、粉碎机、小型起重机、运输机械等。JQ2 和JQO2系列是高起动转矩异步电动机，用在起动静止负载或惯性负载较大的机械上。JQ2 是防护式和JQO2是封锁式的。JS系列是中型防护式三相鼠笼异步电动机。JR系列是防护式三相绕线式异步电动机。用在电源容量小、不能用同容量鼠笼式电动机起动的消费机械上。JSL2 和JRL2系列是中型立式水泵用的三相异步电动机，其中JSL2 是鼠笼式，JRL2是绕线式。JZ2 和JZL2系列是起重和冶金用的三相异步电动机，JZ2是鼠笼式，JZL2是绕线式。JD2 和JDO2系列是防护式和封锁式多速异步电动机。BJO2 系列是防爆式鼠笼异步电动机。

11、JPZ系列是旁磁式制动异步电动机。JZZ系列是锥形转子制动异步电动机。JZT系列是电磁调速异步电动机。其他类型的异步电动机可参阅产品目录。淮北职业技术学院机电工程系Ncos二、异步电动机的额定值：二、异步电动机的额定值：异步电动机的额定值包含以下内容：异步电动机的额定值包含以下内容：1额定功率额定功率 PN 指电动机在额定运转时轴上输出指电动机在额定运转时轴上输出的机械功率，单位是的机械功率，单位是kw。2额定电压额定电压 UN 指额定运转形状下加在定子绕指额定运转形状下加在定子绕组上的线电压，单位为组上的线电压，单位为V。3额定电流额定电流IN 指电动机在定子绕组上加额定电指电动机在定子绕组

12、上加额定电压、轴上输出额定功率时，定子绕组中的线电流，压、轴上输出额定功率时，定子绕组中的线电流，单位为单位为A。4额定频率额定频率f 指我国规定工业用电的频率是指我国规定工业用电的频率是50Hz。5额定转速额定转速n 指电动机定子加额定频率的额定指电动机定子加额定频率的额定电压，且轴端输出额定功率时电机的转速，单位为电压，且轴端输出额定功率时电机的转速，单位为r/min 。6额定功率因数额定功率因数 指电动机定子加额定负指电动机定子加额定负载时，定子边的功率因数。载时，定子边的功率因数。淮北职业技术学院机电工程系5.1.4 5.1.4 异步电动机的任务原理异步电动机的任务原理 三相异步电动机

13、定子接三相电源后，电机内便构成圆形旋转磁动势，圆形旋转磁密，设其方向为逆时针转，如下图。假设转子不转，转子鼠笼导条与旋转磁密有相对运动，导条中有感应电动势e，方向由右手定那么确定。由于转子导条彼此在端部短路，于是导条中有电流，不思索电动势与电流的相位差时，电流方向同电动势方向。这样，导条就在磁场中受力f，用左手定那么确定受力方向，如下图。动画淮北职业技术学院机电工程系 转子受力，产生转矩T，为电磁转矩，方向与旋转磁动势同方向，转子便在该方向上旋转起来。转子旋转后，转速为n，只需nn1n1为旋转磁动势同步转速，转子导条与磁场仍有相对运动，产生与转子不转时一样方向的电动势、电流及受力，电磁转矩T仍

14、旧为逆时针方向，转子继续旋转，稳定运转在T=TL情况下。11nnns转差率是异步电机的一个根本物理量，它反映电机的各种运转情况。 转子未转动时，; 1,0sn电机理想空载时，.0,1snn作为电动机，转速在10n范围内变化，转差率在01范围内变化。负载越大，转速越低，转差率越大；反之，转差率越小。转差率的大小可以反映电机的转速大小或负载大小。电机的转速为：1)1 (nsn 额定运转时，转差率普通在额定运转时，转差率普通在0.010.060.010.06之间，即电机转速之间，即电机转速接近同步转速。接近同步转速。sn)nn(nn为转差率的比值称与同步转速之差和转子转速同步转速111淮北职业技术学

15、院机电工程系异步电机的三种运转形状根据转差率的大小和正负,异步电机有三种运转形状机械能转变为电机械能转变为电能能电能和机械能变电能和机械能变成内能成内能电能转变为机电能转变为机械能械能能量关系制动制动制动制动驱动驱动电磁转矩转差率转速外力使电机快速旋转外力使电机沿磁场反方向旋转定子绕组接对称10nn 0n1nn 10 s1s0s形状形状电动电动电磁制动电磁制动发电发电实现淮北职业技术学院机电工程系5.2 5.2 异步电动机的运转分析异步电动机的运转分析5.2.1 5.2.1 三相异步三相异步电动电动机机转转子不子不转转、转转子子绕组绕组开路开路时时的的电电磁关系磁关系 正常情况下，电机转子总是

16、旋转的，但是为了分析问题的方便，在这里我们首先从转子静止出发进展分析。一、正方向的规定：一、正方向的规定：淮北职业技术学院机电工程系二、二、 磁通及磁动势：磁通及磁动势：1、励磁磁动势：我们给异步电动机通入对称的三、励磁磁动势：我们给异步电动机通入对称的三相交流电时，将会在气隙中会产生一个旋转的气隙相交流电时，将会在气隙中会产生一个旋转的气隙磁场，这个旋转的磁场会同时切割定转子绕组，这磁场，这个旋转的磁场会同时切割定转子绕组，这样，在两个绕组内会产生相应的感应电动势，但是样，在两个绕组内会产生相应的感应电动势，但是由于转子绕组是开路的所以，没有电流，即没有磁由于转子绕组是开路的所以，没有电流，

17、即没有磁动势，由此可见，在这种情况下，整个气隙磁场全动势，由此可见，在这种情况下，整个气隙磁场全部是由定子绕组内的三相对称电流产生，为此，定部是由定子绕组内的三相对称电流产生，为此，定子磁动势又叫励磁磁动势，定子电流亦叫励磁电流。子磁动势又叫励磁磁动势，定子电流亦叫励磁电流。 而由于整个分析过程是完全对称的，所以我们在分析时仅以A相为例来进展讲解。可见，由电流产生的旋转磁场的磁动势的特点是：1幅值：2转向：逆时针转向。A1B1C13转速：相对于定子绕组以角频率 旋转。4瞬间位置：正如前面所分析的，当A相电流到达正最大 时，他所对应的磁动势也到达正最大。011022423IpkNFN60/211

18、pn淮北职业技术学院机电工程系 转子不转的三相异步电机，相当于一台副边开路的三相变压器，其转子不转的三相异步电机，相当于一台副边开路的三相变压器，其中定子绕组是原绕组，转子绕组是副绕组，只是在磁路中，异步电机定、中定子绕组是原绕组，转子绕组是副绕组，只是在磁路中，异步电机定、转子铁心中多了一个空气隙磁路而已。转子铁心中多了一个空气隙磁路而已。2、主磁通和漏磁通： 主磁通：同时交链定子、转子、气隙构成闭和回路的磁通，气隙里每极主磁通量用1 表示； 漏磁通：只交链定子绕组就构成闭合回路，用 表示。1淮北职业技术学院机电工程系 由于气隙是均匀的，励磁磁动势F0产生的主磁通1所对应的气隙磁密是一个在气

19、隙中旋转、在空间按正弦分布的磁密。用空间向量表示为 ， 的位置载其最大值处， 为是气隙磁密的最大值。气隙里每极主磁通为： 气隙磁密和励磁磁动势同方向，这是由于磁动势到达最大值时，该处的磁密也为最大。不思索磁滞、涡流的影响 BBBlB21三、感应电动势三、感应电动势: 旋转磁场同时切割定转子绕组旋转磁场同时切割定转子绕组,在定、转子绕组内将在定、转子绕组内将会产生感应电动势会产生感应电动势E1、E2。 定子、转子每相电动势之比叫电压变比，用定子、转子每相电动势之比叫电压变比，用ke表示，表示，即即:1111144.4NkNfE1221244.4NkNfE221121NNekNkNEEk淮北职业技

20、术学院机电工程系四、励磁电流：四、励磁电流： 和前面分析变压器的情况是一样的，励磁电流也是和前面分析变压器的情况是一样的，励磁电流也是由由IFe 和和I两分量组成。两分量组成。IIIFe0 有功分量IFe很小，因此 领先 一个不大的角度。在时间空间向量图上， 与 相位一样，与 相位一样， 和 领先 一个不大的角度。OIIOIOFBIOIOF五、电压方程式：五、电压方程式： 从前面的图中，我们可以得到相应的电动势平衡方从前面的图中，我们可以得到相应的电动势平衡方程式，但是在这里需求留意的一点是：定子绕组的程式，但是在这里需求留意的一点是：定子绕组的漏磁通在定子绕组内也会产生一个电动势，我们称漏磁

21、通在定子绕组内也会产生一个电动势，我们称之为定子漏电动势，用之为定子漏电动势，用 表示，表示，所以，电压方程式为：所以，电压方程式为：1E101xI jE11011ERIEU10101xI jRIE)(1101jxRIE101ZIE式中Z1=R1+j 为定子一相绕组的漏阻抗。1x淮北职业技术学院机电工程系六、等值电路：六、等值电路： 与三相变压器空载时一样，异步电动机也能找出与三相变压器空载时一样，异步电动机也能找出并联或串联的等值电路。知：并联或串联的等值电路。知：于是，电压平衡方程为于是，电压平衡方程为 mmmZIjxRIE00111011jxRIEU1100jxRIjxRImm10ZZI

22、m所以，可得等值电路如右图示：转子回路电压方程为：转子回路电压方程为：22EU淮北职业技术学院机电工程系一、磁动势和磁通一、磁动势和磁通:1、磁动势、磁动势: 异步电动机转子被短路的情况和变压器副边短路的异步电动机转子被短路的情况和变压器副边短路的情况类似。由于转子被短路情况类似。由于转子被短路,所以所以,当在定子绕组内通当在定子绕组内通入三相对称电流后入三相对称电流后,产生的沿逆时针方向旋转的磁场产生的沿逆时针方向旋转的磁场,不仅在定子绕组内产生磁动势不仅在定子绕组内产生磁动势,在转子绕组内也会产生在转子绕组内也会产生磁动势。磁动势。5.2.2 5.2.2 三相异步三相异步电动电动机机转转子

23、堵子堵转时转时的的电电磁关系磁关系 在三相对称的转子绕组里流过三相对称电流 时，产生的转子空间旋转磁动势 的特点： 1幅值： 2转向：假设气隙旋转磁密是逆时针方向旋转，在转子绕组内感应产生的电动势及电流的相序就应为A2B2C2。2F222222423IPkNFN 3转速：相对于转子绕组为 留意：如今定转子被同一个磁通所交链，所以产生的电流的频率是相等的。11226060npfpfn2I淮北职业技术学院机电工程系 可见，转子绕组短路的三相异步电机，作用在磁路上的磁动势有两个：一为定子旋转磁动势；一为转子旋转磁动势。由于它们的旋转方向一样，转速又相等，只是一前一后地旋转着，我们称它们为同步旋转。

24、既然它们是同步旋转，又作用在同一个磁路上，把它们按向量的关系加起来，得到合成的磁动势仍用 表示。即:0F021FFF 这个合成的旋转磁动势 ，才是产生气隙每极主磁通 的磁动势。主磁通 在定、转子相绕组里感应电动势 和 。0F111E2E2、漏磁通：这种情况下,除定子侧的漏磁通外,转子侧也要产生漏磁通,表现为留意：变压器中的主磁通是脉振的， 是它的最大振幅。在异步电动机中，气隙里主磁通的却是旋转的，它对应的磁密波沿气隙圆周方向是正弦分布的，以同步转速相对于定子旋转， 表示气隙里每极的磁通量。2x11淮北职业技术学院机电工程系二、定转子回路方程二、定转子回路方程:1、定子回路的电压方程：、定子回路

25、的电压方程：)(11111jxrIEU2、转子回路的方程：、转子回路的方程： 根据前面的分析可知: 式中: 为转子绕组的一相漏阻抗。 转子相电流为:2222222)(0zIEjxrIE222jxrz2222222222jexrEjxrEI淮北职业技术学院机电工程系222rxarctg 式中： 为转子绕组回路的功率因数角。 显然，上式中的转子侧的感应电动势和电流、电抗等的频率都是 ，转子电流在相位上滞后与电动势 时间电角度。根据定、转子磁动势合成关系，有： 或改写成： 212ff2021FFF 可见，当转子侧电流不为零时，它也会产生一个磁动势，而此时定子侧的磁动势此时变成了 ，这就可以以为定子旋

26、转磁动势里包含着两个分量：一个分量是大小等于 ，而方向与 相反，用 表示，它的作用是抵消转子旋转磁动势对主磁通的影响；另一个分量就是励磁磁动势 。它是用来产生气隙旋转磁密的。由于这种情况下定子磁动势已变为 了，定子绕组里的电流也就变为 了。)(201FFF2F2F2F0F1I1F)(201FFF淮北职业技术学院机电工程系三、转子绕组的折合折算：三、转子绕组的折合折算： 从前面的分析我们可以看出，分别对定转子进展分从前面的分析我们可以看出，分别对定转子进展分析太过费事，异步电动机定、转子之间没有电路上的析太过费事，异步电动机定、转子之间没有电路上的结合，只需磁路的联络，这点和变压器的情况相类结合

27、，只需磁路的联络，这点和变压器的情况相类似似 ，所以在这里我们仍采用折算的方法，把转子折，所以在这里我们仍采用折算的方法，把转子折算到定子侧，用一个新转子，它的相数、每相串联匝算到定子侧，用一个新转子，它的相数、每相串联匝数以及绕组系数都分别和定子的一样三数以及绕组系数都分别和定子的一样三相、相、 、 。1N1Nk 但是关键的一点是：要保证转子侧在折算前后对整个磁场的影响不能发生改动，即折算前后转子的总视在功率、有功功率、转子的铜耗和漏磁场储能均坚持不变。简单的说就是转子侧的磁动势没有改动，不影响定子边。 根据定、转子磁通势的关系： 可以写成021FFF2222111224222423IpkN

28、mIpkNNN01122423IpkNN淮北职业技术学院机电工程系可得：2112222224232242IpkNIpkNmNN令2111112242322423IpkNIpkNNN01122423IpkNN021III可简化为：而折算前后的电流的关系为：211222213IkIkNkNmIiNNeNNikmkNmkNIIk2222112233称为电流变比。 式中 是转子绕组的相数，只需绕线式三相异步电动机转子绕组是三相，鼠笼式异步电动机转子绕组普通不是三相，而是 相。 经过折算，从外表上看，好似定、转子之间真的在电路上有了联络。 2m2m淮北职业技术学院机电工程系 这样就可以对相关的量进展折算

29、，折算后的量我们全部用“来表示。 转子回路的电压方程：)(2222x jrIEo)(22222222jxrkkkIEkIEx jrzieie22xkjkrkkieie折合后转子漏阻抗与折合前转子漏阻抗的关系为：22rkkrie22xkkxie222222rkkxkkarctgrxarctgieie折合前后的功率关系转子铜耗、无功功率不变。淮北职业技术学院机电工程系四、根本方程式、等值电路和相量图：四、根本方程式、等值电路和相量图：整理可得根本方程式为：)(11111jxrIEU)(01mmjxrIE021222221)(IIIx jrIEEE由此可画出其等值电路、相量图为： 淮北职业技术学院机

30、电工程系5.2.3 5.2.3 三相异步电动机转子旋转时的电磁关系三相异步电动机转子旋转时的电磁关系一、转差率：一、转差率： 当转子以转速 开场旋转时，气隙磁场不再以同步转速 切割转子绕组，同步转速和转子转速之间有一个同方向的相对运动，即此时的气隙磁场是以一个 切割转子绕组：n1nnn 111nnnss是一个没有量纲的数，它的大是一个没有量纲的数，它的大小也能反映电动机转子的转速。小也能反映电动机转子的转速。 二、转子电动势：二、转子电动势： 当异步电动机转子以转速当异步电动机转子以转速 恒速运转时，此时一恒速运转时，此时一些相应的物理量将要结合转差率发生相应的变化转些相应的物理量将要结合转差

31、率发生相应的变化转子回路的电压方程式为：子回路的电压方程式为：n)(2222sssjxRIE淮北职业技术学院机电工程系nnn12sfnnnpnnnppnf11111226060)(601222244. 4NskNfE2122144.4sEkNsfN上式阐明：当转子旋转时，每相感应电动势与转差率s成正比。 转子漏抗 是对应转子频率时的漏电抗。它与转子不转时转子漏电抗 (对应于频率 Hz)的关系为： = ssx2501f2xsx22x正常运转的异步电动机，22xxs淮北职业技术学院机电工程系三、定、转子磁动势及磁动势关系：三、定、转子磁动势及磁动势关系： 下面对转子旋转时，定、转子绕组电流产生的空

32、间下面对转子旋转时，定、转子绕组电流产生的空间合成磁动势进展分析。合成磁动势进展分析。 1、定子磁动势、定子磁动势 ：同前：同前 2、转子旋转磁动势、转子旋转磁动势 ： 1幅值：幅值：1F2FsNIpkNF222222423 2转向：由于如今的气隙磁场在切割转子绕组时仅是切割速度发生了变化，而它的旋转方向并没有发生改动，所以此时是以 的速度沿逆时针方向切割转子绕组，因此产生电流的相序依然是 ，由转子电流入产生的三相合成旋转磁动势的转向，相对于转子绕组而言，仍为逆时针方向旋转。 3转速：222CBA11226060snpsfpfn)(1nn 4瞬间位置：当转子绕组哪相电流达正最大值时，正好位于该

33、相绕组的轴线上。淮北职业技术学院机电工程系 3、合成磁动势：、合成磁动势： 1幅值：关于定、转子磁势的幅值，不因站在定子上看而有什么改幅值：关于定、转子磁势的幅值，不因站在定子上看而有什么改动，仍为前面分析的结果。动，仍为前面分析的结果。 2转向：二者的转向相对于定子都为逆时针方向旋转。转向：二者的转向相对于定子都为逆时针方向旋转。 3转速：相对与定子绕组而言，定子磁动势 的转为 ，而转子我们分开看，首先转子磁动势相对于转子的转速为 ，而转子本身又是以转速 n 旋转，为此站在定子上看转子旋转磁动势的转速那么为于是，转子旋转磁动势相对于定子绕组的转速为： 1F1n2nnn 2nsnnn12111

34、1nnnnnn0F021FFF 可见，转子磁动势和定子磁动势的转速在空间总是等于同步转速，一直坚持相对静止，即定、转子磁势之间没有相对运动！所以，感应电机在任何异步转速下均能产生恒定的电磁转矩，并实现机电能量转换。所以，合成的总磁动势仍用 来表示。即淮北职业技术学院机电工程系四、转子绕组频率的折合四、转子绕组频率的折合: 经过对转子旋转的分析可知经过对转子旋转的分析可知,转子旋转后转子旋转后,转子频率转子频率的大小仅仅影响转子旋转磁动势相对于转子本身的转的大小仅仅影响转子旋转磁动势相对于转子本身的转速速 ,转子旋转磁动势相对于定子的转速永远为同步转转子旋转磁动势相对于定子的转速永远为同步转速速

35、,与转子电流的频率无关与转子电流的频率无关,另外另外,定转子之间是经过磁定转子之间是经过磁动势相联络的动势相联络的,所以只需坚持转子旋转磁动势的大小不所以只需坚持转子旋转磁动势的大小不变变,至于电流的频率是多少无所谓至于电流的频率是多少无所谓.根据这个概念根据这个概念,我们我们对下式进展变换对下式进展变换:2n2222222jsxrEsjxrEIsss2222IjxsrEsrxarctgrsxrxarctgs2222222arg 同时，在频率变换的过程中，除了电流有效值坚持不变外，转子电路的功率因数角也没有发生任何变化。即淮北职业技术学院机电工程系 由此可见,频率折算是用一个静止的电阻为 的等

36、效转子去替代电阻为r2的实践旋转的转子,等效转子将与实践转子具有一样的转子磁动势。sR2 而把上式得到的电阻的方式再进展变形，分解成 ，很明显和转子不转时相比，转子侧多了一个电阻。2221rssrsr 此时，转子电路虽然经过这种变换，但是从定子边看转子旋转磁通势并没有发现任何不同，两个情况下产生的磁通势的幅值大小是完全一样的，这就是转子电路的频率折算，即：把转子旋转时实践频率为f2的电路，变成了转子不转、频率为f1的电路。 我们知道在转子旋转时有机械能产生，在经过了频率折算后，得到转子侧的频率和定子侧的频率相等，而我们知道在转子静止转子短路的情况下，我们得到两侧的频率相等的情况，能量是不能凭空

37、消逝的，所以，显然，此时我们是用一个静止的转子电阻来替代旋转的转子电阻，即用在静止的转子上耗费的电功率来等值替代旋转的时候产生的机械能。淮北职业技术学院机电工程系 再思索把转子绕组的相数、匝数以及绕组系数都折合到定子边，转子回路的电压方程式那么变为：)(2222xjsrIE222222242IpkNmFN 当异步电动机转子电路进展了频率折合后，转子旋转磁通势的幅值可写成: 再思索转子绕组的相数、匝数折合，又可写成:211222423IpkNFN 这样一来，由定、转子旋转磁动势的关系 又可得到 :021FFF021III淮北职业技术学院机电工程系五、根本方程式、等值电路和时五、根本方程式、等值电

38、路和时-空相量图空相量图 : 1、异步电动机转子旋转时的根本方程式、异步电动机转子旋转时的根本方程式 与异步电动机转子绕组短路并把转子堵住不转时与异步电动机转子绕组短路并把转子堵住不转时相比较，在根本方程式中，只需转子绕组回路的电相比较，在根本方程式中，只需转子绕组回路的电压方程式有所差别，其他几个方程式都一样。于是压方程式有所差别，其他几个方程式都一样。于是得到异步电动机转子旋转时的根本方程式为得到异步电动机转子旋转时的根本方程式为:021222221011111)()(IIIx jsrIEEEjxrIEjxrIEUmm淮北职业技术学院机电工程系2 2、异步电动机转子旋转时的等值电路、异步电

39、动机转子旋转时的等值电路: : 从等值电路图上可以看出，转子电路中多了一个表征机械负载的等效电阻 而在这个电阻上耗费的电功率在数值上刚好和转子旋转时的机械功率相等。2)1(rss2r2I 异步电动机空载时，转子的转速接近同步转速，转差率s很小， /s趋于 ，电流 可以为等于零,这时定子电流就是励磁电流,电动机的功率因数很低。 当电动机运转于额定负载时，转差率 ， /s 约为 的20倍左右，等值电路里转子边呈电阻性，功率因数COS 较高。这时定子边的功率因数COS 也比较高，可达0.80.85.1205.0s2r2r淮北职业技术学院机电工程系 由于异步电动机定子漏阻抗不大,异步电动机从空载到额定

40、负载运转时，由于定于电压不变，主磁通1根本上也是固定的数值。因此励磁电流也差不多是个常数。但是，当异步电动机刚起动时，转速n0s=1，这时定子电压全部降落在定、转子的漏阻抗上，知定、转子漏阻抗 ，这样，定、转子漏阻抗上的电压降近似为定子电压一半左右。也就是说，近似是的一半左右，气隙主磁通1也将变为空载时的一半左右,这样,根据上述五个根本方程式画出的异步电动机时-空相量图，与三相变压器带纯电阻负载运转时的相量图类似。3 3、异步电动机时、异步电动机时- -空相量图空相量图淮北职业技术学院机电工程系5.3 5.3 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性5.3.1 5.3.1 三相异步电动

41、机的功率与转矩三相异步电动机的功率与转矩一、功率关系一、功率关系: : 三相异步电动机以转速三相异步电动机以转速n n稳定运转时，从电稳定运转时，从电源输入的电功率为：源输入的电功率为： 定子铜损耗为定子铜损耗为: :1111cos3IUP12113rIpCumFeFerIpp2013 正常情况下，转子转速接近与同步转速，转子回路铁耗很小，可忽略，因此只计定子回路的铁耗： 从等值电路看，传输给转子回路的电磁功率等于转子回路全部电阻的耗费。 电磁功率也可表示为 ：srIppPPFeCuM2221132222222coscos3IEmIEPM淮北职业技术学院机电工程系 转子绕组中的铜损耗为： 这样

42、电磁功率减去转子铜耗，剩下的就是等效电阻上的损耗，而此损耗实践上是电机转轴上总的机械功率，用 表示，即： 电动机在运转时，会产生轴承以及风阻等摩擦阻转矩，这也要损耗一部分功率，把这部分功率叫做机械损耗，用 表示，当然除了这些损耗外，还有一些附加损耗等， 因此，输出功率为： MCusPrIp22223MCuMmPsrssIpPP)1 (132222mPmp 所以整个功率传送过程中的功率关系为： admmppPP2admFeCuppppPP!12 从以上功率关系定量分析中看出，异步电动机运转时电磁功率、转子回路铜损耗和机械功率三者之间的关系是：)1(:1:2ssPpPmCuM功率流程图：淮北职业技

43、术学院机电工程系二、转矩关系：二、转矩关系： 机械功率机械功率 除以轴的角速度除以轴的角速度就是电磁转矩就是电磁转矩 ，即：，即：mPT11602)1(602MmmmPnsPnPPT 式中1为同步角速度用机械角表示，故对功率表达式进展变形可得：02TTTT0为空载转矩，00pppTadm三、电磁转矩的物理表达式：三、电磁转矩的物理表达式： 电磁功率除以同步机械角速度电磁功率除以同步机械角速度 可得电磁转矩的物可得电磁转矩的物理表达式为：理表达式为：1602312221nrIPTM602cos31222nIE602cos231222112nnIkNfN22122cos23IkpNN221cosI

44、CjM2223NMjkpNC 式中 ： 是一常数，叫转矩系数。 淮北职业技术学院机电工程系5.3.2 5.3.2 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性 三相异步电动机的机械特性是指在定子电压、频率和参数固定的条件三相异步电动机的机械特性是指在定子电压、频率和参数固定的条件下，电磁转矩下，电磁转矩T T 与转速与转速 或转差率或转差率 之间的函数关系。之间的函数关系。一、机械特性的参数表达式一、机械特性的参数表达式: :nspfsrInsrIT2360232221222 异步电机等值电路中，由于励磁阻抗比定、转子漏阻抗大很多，把T 型等值电路中励磁阻抗这一段电路前移来计算 ，误差很小

45、,故有:22122112)(xxsrrUI2I2212211221)(6023xxsrrfsrUT由前所述，可得，2212211221)(23xxsrrfsrpU 这就是机械特性的参数表达式。固定这就是机械特性的参数表达式。固定 U1U1、f1 f1 及阻抗等参数，画成及阻抗等参数，画成曲线便为曲线便为T Ts s曲线。曲线。淮北职业技术学院机电工程系 三相异步电动机在电压、频率均为额定值不变，定、转子回路不串入任何电路元时的机械特性称为固有机械特性。二、固有机械特性二、固有机械特性: 1、固有机械特性曲线、固有机械特性曲线:固有机械特性曲线固有机械特性曲线 从图上可以看出相异步电动机固有机械

46、特性不是一条直线，它具有以下特点： 1在 0S1，即 n 1n0 的范围内，特性在第象限，电磁转矩 T 和转速 n 都为正，从正方向规定判别，T 与 n 同方向。电动机任务在这范围内是电动形状。 2在 S0范围内，n n 1 ，特性在第象限，电磁转矩为负值，是制动性转矩，电磁功率也是负值，是发电形状，机械特性在 S0 和 S0 两个范围内近似对称。 3在 S 1范围内，nO，特性在第象限，T 0，也是一种制动形状，在第象限电动形状的特性上，B点为额定运转点，其电磁转矩与转速均为额定值。A点，n = n 1 ，T =0,为理想空载运转点；C点是电磁转矩最大点，D点 n =0，转矩为TS，为起动点

47、见图 。淮北职业技术学院机电工程系2、最大电磁转矩、最大电磁转矩: 正、负最大电磁转矩可以从参数表达式求得，令正、负最大电磁转矩可以从参数表达式求得，令 :得到最大电磁转矩得到最大电磁转矩:最大转矩对应的转差率称为临界转差率最大转矩对应的转差率称为临界转差率0dsdT221211121)(2321xxrrfpUTm221212xxrrsm 普通地， 值不超越 的5%，可忽略，那么有: 也就是说，异步发电机形状和电动机形状的最大电磁转矩绝对值可近似以为相等，临界转差率也近似以为相等，机械特性具有对称性。21r221xx)()(232121221121xxrsxxfpUTmm淮北职业技术学院机电工

48、程系 过载倍数：最大电磁转矩与额定电磁转矩的比值，或称最大转矩倍数，过载倍数：最大电磁转矩与额定电磁转矩的比值，或称最大转矩倍数，用用表示。即：表示。即：NmTT普通三相异步电动机=1.62.2,起重、冶金用的异步电动机=2.22.8。 3、起动转矩： 对应 n =0，S =1的电磁转矩，用Ts 表示。表示。2212211221)()(23xxrrfrpUTs 可见，TS 与电压平方成正比，而且转子电阻越大，起动转矩越大，漏电抗越大，起动转矩越小。 起动转矩倍数:起动转矩与额定转矩的比值，用 表示，即： 电动机起动时，只需 TS 大于(1.11.2)倍的负载转矩才可以顺利起动。普通异步电动机起

49、动转矩倍数 =0.81.2。TKNsTTTKTK淮北职业技术学院机电工程系三、人为机械特性：三、人为机械特性： 从机械特性表达式上可以看出：可以经过改动一些参数使得从机械特性表达式上可以看出：可以经过改动一些参数使得特性曲线更满足用户的需求特性曲线更满足用户的需求,这样就得到了异步电动机的人为这样就得到了异步电动机的人为机械特性曲线。机械特性曲线。 1、降低定子端电压的人为机械特性：、降低定子端电压的人为机械特性：2212211221)(6023xxsrrfsrUT 从表达式上可以看出：异步电机的同步转速与电压无关，电磁转矩T 与 U12 成正比，为此最大转矩以及起动转矩都要随 U1 的降低而

50、按 U1 2 的平方减小。而最大转矩对应的转差率 Sm 不变。2转子回路串入三相对称电阻的人为机械特性转子回路串入三相对称电阻的人为机械特性: 绕线式三相异步电动机经过滑环，可以把三相对称电阻串入转子回路而绕线式三相异步电动机经过滑环，可以把三相对称电阻串入转子回路而后三相再短路。从表达式上可以看出后三相再短路。从表达式上可以看出,最大电磁转矩与转子每相电阻值无关，最大电磁转矩与转子每相电阻值无关，即转子串入电阻后，即转子串入电阻后，Tm 不变。转子回路串电阻并不改动同步转速不变。转子回路串电阻并不改动同步转速,转子回转子回路串入一些电阻，可以增大起动转矩路串入一些电阻，可以增大起动转矩 。淮

51、北职业技术学院机电工程系四、电磁转矩的适用表达式四、电磁转矩的适用表达式ssssTTmmmaxem2 工程上常根据电机的额定功率、额定转速、过载才干来求出适用表达式。方法是：NNNnPT9550NmmaxTkT11nnnsNN)k(kssmmNm12将Tmax和sm代入即可得到机械特性方程式。 假设用额定任务点的 和 ，将其代入上式可得：NsNTNmmNssss21)1(2Nmss故有：淮北职业技术学院机电工程系 异步电动机的任务特性是指异步电动机的任务特性是指 ， 时电动机的转速时电动机的转速n n、定子、定子电流电流 , ,功率因数功率因数 ， 电磁转矩电磁转矩T T、效率、效率等与输出功

52、率等与输出功率P2P2的关系。可的关系。可以经过直接给异步电动机带负载测得，也可以利用等值电路计算而得。以经过直接给异步电动机带负载测得，也可以利用等值电路计算而得。5.4 5.4 三相异步电动机的任务特性三相异步电动机的任务特性NUU1Nff 11I1cos一、转速特性一、转速特性 : : 三相异步电动机空载时，转子的转速三相异步电动机空载时，转子的转速 n n 接近于同步转速接近于同步转速 。随着负载的添加，转速。随着负载的添加，转速 n n 要略微降低，这时转子电动势要略微降低，这时转子电动势 增大，增大，转子电流转子电流 增大，以产生大的电磁转矩来增大，以产生大的电磁转矩来平衡负载转矩

53、。因此，随着平衡负载转矩。因此，随着 P2 P2 的添加，转子的添加，转子转速转速 n n 下降，转差率下降，转差率 s s 增大。增大。二、定子电流特性二、定子电流特性 ： 空载时空载时, ,转子电流根本上为零转子电流根本上为零, ,此时的定此时的定子电流就是励磁电流子电流就是励磁电流 I0, I0, 随着负载的添加随着负载的添加, ,转转速降低速降低, ,转子电流增大转子电流增大, ,定子电流也增大。定子电流也增大。)(2Pfn 1nSE2SI2)(21PfI 淮北职业技术学院机电工程系三、定子侧功率因数三、定子侧功率因数 ： 空载时定子侧的功率因数很低，不超空载时定子侧的功率因数很低，不

54、超越越0.20.2，接近额定负载时，定子电流中的有功，接近额定负载时，定子电流中的有功电流添加，使功率因数提高，接近负载时，功电流添加，使功率因数提高，接近负载时，功率因数接近于率因数接近于1 1；但是假设进一步增大负载，；但是假设进一步增大负载，由于转差率的增大，使功率因数角增大，那么由于转差率的增大，使功率因数角增大，那么功率因数减小。功率因数减小。)(cos21Pf四、电磁转矩特性四、电磁转矩特性 ： 稳定运转时异步电动机转矩方程为稳定运转时异步电动机转矩方程为输出功率输出功率 ，所以，所以 。 电动机空载时，电动机空载时， ，随着负载添加，随着负载添加， 增增大，由于机械角速度大，由于

55、机械角速度变化不大，电磁转矩变化不大，电磁转矩 T T 随随 的变化近似地为一条直线。的变化近似地为一条直线。)(2PfT 20TTT22TP20PTT0TT 2P2P五、效率特性五、效率特性 ：pPpPP2121)(2Pf 空载时，空载时， = 0= 0， 0 0，随着输出功率，随着输出功率的添加，效率也添加。当不变损耗等于可变损的添加，效率也添加。当不变损耗等于可变损耗时，电动机的效率到达最大。对中、小型异耗时，电动机的效率到达最大。对中、小型异步电动机，大约步电动机，大约 时，效率最高。时，效率最高。假设负载继续增大，效率反而要降低。普通来假设负载继续增大，效率反而要降低。普通来说，电动

56、机的容量越大，效率越高。说，电动机的容量越大，效率越高。 NPP75.022P淮北职业技术学院机电工程系5.5 5.5 三相异步电动机参数的测定三相异步电动机参数的测定5.5.1 5.5.1 短路短路( (堵转堵转) )实验实验 短路实验又叫堵转实验，即把绕线式异步电机的转子绕组短路，并把转子卡住，不使其旋转，鼠笼式电机转子本身已短路。 实验过程:从 开场,逐渐降低电压。记录定子绕组加的端电压、定子电流 和定子输入功率 。实验时，还应量测定子绕组每相电阻 的大小。根据实验的数据，画出异步电动机的短路特性 、 。 NUU4 . 01KI1KP11r)(11UfIK)(11UfPK 根据测得的数据

57、，可以算出短路阻抗、短路电阻和短路电抗。即：22211113,kkkkkkKkrzxIPrIUz2121,xxxrrrkk221kxxx淮北职业技术学院机电工程系 5.5.2 5.5.2 空载实验空载实验 实验目的：测励磁阻抗实验目的：测励磁阻抗 机机械损耗械损耗 pm pm ，铁心损耗，铁心损耗 pFe pFe 。 实验过程：转轴上不加任何负载，即电动机实验过程：转轴上不加任何负载，即电动机处于空载运转，把定子绕组接到额定频率的三相对称处于空载运转，把定子绕组接到额定频率的三相对称电源上，当电源电压为额定值时，让电动机运转一段电源上，当电源电压为额定值时，让电动机运转一段时间，使其机械损耗到

58、达稳定值。用调压器改动加在时间，使其机械损耗到达稳定值。用调压器改动加在电动机定子绕组上的电压，使其从电动机定子绕组上的电压，使其从1.11.11.31.3 开场，逐渐降低电压开场，逐渐降低电压 ，直到电动机的转速发生明显，直到电动机的转速发生明显的变化为止。记录电动机的端电压、空载电流、空载的变化为止。记录电动机的端电压、空载电流、空载功率功率P P。和转速。和转速 n n ，并画成曲线。，并画成曲线。,mmxrNU 定子加额定电压时，根据空载实验测得的数据 和 ，可以算出:0I0P20000103,IpPrIUzm20200rzx10 xxxm10rrrm淮北职业技术学院机电工程系5.6

59、5.6 三相异步电动机的起动、制动与调速三相异步电动机的起动、制动与调速5.6.1 5.6.1 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动一、三相异步电动机的直接起动一、三相异步电动机的直接起动 在额定电压下直接起动三相异步电动机，由于最初在额定电压下直接起动三相异步电动机，由于最初起动瞬间主磁通约减少到额定值的一半，功率因数起动瞬间主磁通约减少到额定值的一半，功率因数cos 很低，起动电流相当大而起动转矩并不大。如普通鼠很低，起动电流相当大而起动转矩并不大。如普通鼠笼式三相异步电动机，起动电流笼式三相异步电动机，起动电流 ，起动转矩起动转矩 。2NNIsIIKI74NNTsTTKT)3 . 1

60、9 . 0( 普通地说，容量在7.5kw 以下的小容量鼠笼式异步电动机都可直接起动。淮北职业技术学院机电工程系 三相异步电动机直接起动在下面两种情况下是不可行的： 变压器与电动机容量之比缺乏够大； 起动转矩不能满足要求。 第种情况下需求减小起动电流，第种情况下需求加大起动转矩。而由前面的分析可知： 所以，降低起动电流的方法有：降低电源电压；加大定子边电抗或电阻；加大转子边电阻或电抗。加大起动转矩的方法只需适当加大转子电阻，但不能过份，否那么起动转矩反而能够减小。 总之，起动必需满足的条件是： 起动电流要足够小；起动转矩要足够大。 221221121)()(rrUIIss)()(23221221