第六章交流异步电机

1、1 了解三相异步电动机的结构，分清鼠笼式和绕线式两种转了解三相异步电动机的结构，分清鼠笼式和绕线式两种转 子的结构特点；子的结构特点；2 理解三相异步电动机的铭牌数据的意义；理解三相异步电动机的铭牌数据的意义； 3 理解旋转磁场和三相异步电动机的工作原理；理解旋转磁场和三相异步电动机的工作原理；4 掌握三相异步电动机改变转子转向的方法；掌握三相异步电动机改变转子转向的方法； 理解三相异步电动机的转矩和功率平衡关系；理解三相异步电动机的转矩和功率平衡关系；5 6 理解三相异步电动机的工作特性；理解三相异步电动机的工作特性；基本要求基本要求: :第六章第六章 感应电机（异步电机）感应电机（异步电机

2、）7 理解三相异步电动机的机械特性以及额定状态、临界状理解三相异步电动机的机械特性以及额定状态、临界状态和起动状态的意义；态和起动状态的意义；6.1 6.1 感应电机的结构和工作原理感应电机的结构和工作原理n感应电机的主要结构n感应电机的定子绕组n感应电机的工作原理一、电机的分类一、电机的分类:1. 发电机发电机2 .电动机电动机直流电动机直流电动机交流电动机交流电动机同步电动机同步电动机异步电动机异步电动机鼠笼型鼠笼型6.1.1 三相异步电动机的基本结构三相异步电动机的基本结构将机械能转换为电能；将机械能转换为电能；将电能转换为机械能。将电能转换为机械能。线绕型线绕型二、三相异步电动机的基本

3、结构二、三相异步电动机的基本结构鼠笼式鼠笼式绕线式绕线式转子转子定子（固定部分）定子（固定部分） 转子（旋转部分）转子（旋转部分）分为两个基本部分分为两个基本部分：气隙气隙 构成：由机座、铁心和定子绕组组成构成：由机座、铁心和定子绕组组成 机座是用铸铁或铸刚制成，铁心由机座是用铸铁或铸刚制成，铁心由 互相绝缘的硅钢片叠成，内圆周表互相绝缘的硅钢片叠成，内圆周表面冲有槽，用以放置对称三相绕组；面冲有槽，用以放置对称三相绕组；对称三相绕组有的联接成星形、有对称三相绕组有的联接成星形、有的联接成三角形的联接成三角形 作用：作用： 产生旋转磁场产生旋转磁场 机座机座定子绕组定子绕组铭牌数据铭牌数据出线

4、端子出线端子鼠笼式电动机构造简单、价格低鼠笼式电动机构造简单、价格低廉、工作可靠、使用方便廉、工作可靠、使用方便 构成构成：由铁心和绕组两部分构成：由铁心和绕组两部分构成 铁心也用硅钢片叠成，表面冲有槽，铁心也用硅钢片叠成，表面冲有槽，装在转轴上，轴上加机械负载；因绕组装在转轴上，轴上加机械负载；因绕组不同，可分为鼠笼式和绕线式两种。不同，可分为鼠笼式和绕线式两种。作用作用：在旋转磁场作用下，产生感：在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电流。应电动势或电流。鼠笼式转子鼠笼式转子转轴转轴轴承轴承转子转子绕线式转子绕线式转子 铁心铁心绕组绕组转轴转轴特点：与鼠笼型转特点：与鼠笼型转子相比较，结构稍子

5、相比较，结构稍复杂，价格稍贵。复杂，价格稍贵。应用：只在要求起应用：只在要求起动电流小，起动转动电流小，起动转矩大，或需平滑调矩大，或需平滑调速的场合使用。速的场合使用。U1V1W1U2V2W2集电环集电环绕线型转子绕线型转子6.1.2 6.1.2 三相异步电动机的铭牌数据三相异步电动机的铭牌数据 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 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 B1 1、型号型号 Y132S6Y系列异步机系列异步机机座中心高度机

6、座中心高度机座长度代号机座长度代号 2p = 6n1 = 1000 r/min2、额定功率、额定功率PN PN = 3kW轴上输出机械功率的额定值轴上输出机械功率的额定值3、额定电压、额定电压UN UN = 380V定子三相绕组应施加的定子三相绕组应施加的线电压线电压 单位：单位：V或或KV磁极数磁极数4、额定电流、额定电流IN IN = 7.2A 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 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定子三相绕组的

7、额定定子三相绕组的额定线电流线电流，单位：单位：A5、额定功率因数、额定功率因数N= cos NP1N = 3 UNIN cos NPN = NP1N = 3 UNIN cos NN6、额定转速、额定转速 nN 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 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 B8、绝缘等级、绝缘等级我国规定标准电源频率为我国规定标准电源频率为50Hz7、额定频率、额定频率指三相电动机所采用的绝缘材料的耐热能力，它指三相电动机所采

8、用的绝缘材料的耐热能力，它表明三相电动机允许的最高工作温度。表明三相电动机允许的最高工作温度。9. 联接方式联接方式 ： Y/ D接法接法 Y 接法：接法： D接法：接法：U1V1W1W2U2V2V1U1W1U2V2W2U1V1W1U2V2W2接线盒：接线盒：U1V1W1W2U2V2U1V1W1U2V2W2 2 2）如铭牌上标有）如铭牌上标有“380V380V、D D联结联结”时，表示电时，表示电机正常运行时只能采用机正常运行时只能采用“D”D”联结，但是在电动机起联结，但是在电动机起动过程中可接动过程中可接380V380V电源，绕组采用电源，绕组采用“Y”Y”联结，起动联结，起动完毕，恢复完

9、毕，恢复“D”D”联结。联结。对高压电动机：对高压电动机： 定子绕组只有三根出线，只要电源电压符合电定子绕组只有三根出线，只要电源电压符合电动机铭牌电压值便可使用。动机铭牌电压值便可使用。对于中低压电动机：对于中低压电动机： 1 1）如铭牌上标有）如铭牌上标有“380/220V380/220V、Y/DY/D联结联结”时，时，表示电源电压为表示电源电压为380V380V时，电机绕组采用时，电机绕组采用“Y”Y”联结；联结；电源电压为电源电压为220V220V时，采用时，采用“D”D”联结。联结。6.2 定子绕组定子绕组6.2.16.2.1、定子绕组的分类、定子绕组的分类 按相数分，有单相、两相和

10、三相绕组；按相数分，有单相、两相和三相绕组； 按槽中绕组数量的不同，有单层、双层和单双按槽中绕组数量的不同，有单层、双层和单双层混和绕组；层混和绕组； 按绕组端接部分的形状分，单层绕组有同心式按绕组端接部分的形状分，单层绕组有同心式、交叉式和链式之分；双层绕组有叠绕组和波绕、交叉式和链式之分；双层绕组有叠绕组和波绕组之分；组之分； 按每极每相所占的槽数是整数还是分数，有整按每极每相所占的槽数是整数还是分数，有整数槽和分数槽之分等。数槽和分数槽之分等。 （1 1）、线圈）、线圈 它有两个引出线，一个叫首端，另一个叫末端它有两个引出线，一个叫首端，另一个叫末端，在简化实际线圈的描述时，可用一匝线圈

11、来等，在简化实际线圈的描述时，可用一匝线圈来等效多匝线圈，其中，铁心槽内的直线部分称为有效多匝线圈，其中，铁心槽内的直线部分称为有效边，槽外部分称为端部。效边，槽外部分称为端部。1 1、三相异步电动机定子绕组的几个基本概念、三相异步电动机定子绕组的几个基本概念（2 2）、电角度与机械角度）、电角度与机械角度机械角度机械角度-电机圆周在几何上分电机圆周在几何上分成成360360。 导体切割磁场时，经过导体切割磁场时，经过N, SN, S一一对磁极，导体中所感应产生的正对磁极，导体中所感应产生的正弦电动势的变化也为一个周期，弦电动势的变化也为一个周期，变化一个周期即经过变化一个周期即经过36036

12、0电角度电角度，因而一对磁极占有的空间是，因而一对磁极占有的空间是360360电角度。若电机有电角度。若电机有p p对磁极对磁极，电机圆周期按电角度计算就为，电机圆周期按电角度计算就为p p360360。 电角度电角度= =p p机械角度。机械角度。（4 4）、每极每相槽数）、每极每相槽数q q 每一个极下每相所占有的槽数称为每极每相槽数每一个极下每相所占有的槽数称为每极每相槽数，以，以q q表示。表示。 （3 3）、节距）、节距y y与极距与极距 一个线圈的两个有效边所跨定子内圆上的距离一个线圈的两个有效边所跨定子内圆上的距离称为节距。每个磁极沿定子铁心内圆所占的范围称称为节距。每个磁极沿定

13、子铁心内圆所占的范围称为极距。为极距。 的绕组为的绕组为整距绕组整距绕组， 的绕组的绕组为为短距绕组短距绕组。pmQq2yQ 定子槽数； p 极对数； m 相数。y （5 5）、槽距角）、槽距角 相邻两槽之间的电角度称为槽距角。相邻两槽之间的电角度称为槽距角。 （6 6）、相带）、相带 每相绕组在一个极距中所占有的区域，以电每相绕组在一个极距中所占有的区域，以电角度表示。角度表示。Qp360此角亦是相邻槽中导体感应电动势的相位差。（7 7）、槽电势星形图）、槽电势星形图当把电机电枢上各槽内导体的基波感应电势分别当把电机电枢上各槽内导体的基波感应电势分别用相量表示时，这些相量将构成一个辐射星形图

14、，用相量表示时，这些相量将构成一个辐射星形图，称为称为槽电势星形图槽电势星形图。 三相双层绕组的槽电动势星形图三相双层绕组的槽电动势星形图(36,24)Qp（1 1）可以选择最有利的节距，并同时采用分布绕组，）可以选择最有利的节距，并同时采用分布绕组， （3 3）端部形状排列整齐，有利于散热和增强机械强度。）端部形状排列整齐，有利于散热和增强机械强度。（2 2）所有线圈具有相同的尺寸，便于制造；）所有线圈具有相同的尺寸，便于制造；主要优点：主要优点：特点：绕组的线圈数等于槽数。特点：绕组的线圈数等于槽数。 6.2.2 6.2.2 三相双层绕组三相双层绕组以改善电动势和磁动势的波形；以改善电动势

15、和磁动势的波形；通常通常10kW10kW以上的三相交流电机的定子交流绕组均采用以上的三相交流电机的定子交流绕组均采用双层绕组，双层绕组还可分为叠绕组和波绕组两类双层绕组，双层绕组还可分为叠绕组和波绕组两类 。 一、叠绕组的绕组展开图一、叠绕组的绕组展开图3m42p36Q 体（槽号）是如何分配的。体（槽号）是如何分配的。 现以一台相数现以一台相数 ，极数，极数 ，槽数，槽数 的定子来说明槽内导体的感应电动势和属于各相的导的定子来说明槽内导体的感应电动势和属于各相的导1 1、先计算绕组数据、先计算绕组数据20363602360Qp94362pQ32323621pmQq每极每相槽数每极每相槽数相邻两

16、槽间电角度：相邻两槽间电角度：节距节距2 2、划分相带、划分相带A相带： 1、2、3线圈组（ ） 与19、20、21（ ）X相带： 10、11、12 （ ） 与28、29、30（ ） 1X2X1A2A同理，同理，B B相距离相距离A A相相 120 120 电角度处，电角度处，C C相距离相距离A A相相240240电角度处。电角度处。相带相带槽号槽号极极 对对ABCXYZ1,2,34,5,67,8,910,11,12 13,14,15 16,17,1819,20,2122,23,24 25,26,27 28,29,30 31,32,33 34,35,36第一对极下第一对极下（1槽槽18槽）槽

17、）第二对极下第二对极下（19槽槽36槽）槽）各个相带的槽号分布各个相带的槽号分布 1 35 7 9 11 13151719 21232527 293133351 2 310 11 1219 20 2128 29 30N NN NS SS S三相双层叠绕组的A绕组的展开图3 3、画绕组展开图、画绕组展开图 -1-2-3- -10-11-12-19-20-21- -28-29-30-A相绕组线圈的连接图（一条并联支路）相绕组线圈的连接图（一条并联支路）123192021101112282930A相绕组线圈的连接图（两条并联支路）1A1X2A2XXXAA1A1X2A2X 6.2.2 6.2.2三相单

18、层绕组三相单层绕组1. 等元件式等元件式在功率较小的三相电机中常采用单层绕组，单层绕组的每个槽在功率较小的三相电机中常采用单层绕组，单层绕组的每个槽内只有一条线圈边，所以整个绕组的线圈数等于总槽数的一半。内只有一条线圈边，所以整个绕组的线圈数等于总槽数的一半。单层绕组的形式很多，根据线圈的形状和端部的连接方式不同，单层绕组的形式很多，根据线圈的形状和端部的连接方式不同，单层绕组可分为等元件式、同心式、和交叉式等单层绕组可分为等元件式、同心式、和交叉式等 。特点：每个特点：每个线圈的节距线圈的节距都是相等的都是相等的 12.4 三相单层绕组三相单层绕组2. 同心式和交叉式同心式和交叉式同心式绕组

19、的特同心式绕组的特点：同一线圈组点：同一线圈组的线圈大小不同，的线圈大小不同，但其中心线是重但其中心线是重合的。合的。交叉式绕组与等交叉式绕组与等元件绕组比较，元件绕组比较，只改变了同一相只改变了同一相中各线圈边电势中各线圈边电势相加的先后次序，相加的先后次序，并不影响相电势并不影响相电势的大小，但比等的大小，但比等元件式绕组省铜。元件式绕组省铜。 6.3 三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理对称三相绕组对称三相绕组通入对称三相电流通入对称三相电流旋转磁场旋转磁场(磁场能量磁场能量)磁场绕组切磁场绕组切割转子绕组割转子绕组转子绕组中转子绕组中产生产生e和和 i转子绕组在磁场中转子绕

20、组在磁场中受到电磁力的作用受到电磁力的作用转子旋转起来转子旋转起来机械负载机械负载旋转起来旋转起来三相交流电能三相交流电能输出机械能量输出机械能量1n( )电流入电流入U1V2W1V1W2U2()电流出电流出240sin120sinsin321tIitIitIimmm1i2i3imIt（一）旋转磁场（一）旋转磁场（1）旋转磁场的产生旋转磁场的产生2iU1U2V1V2W1W21i3i1i2i3imItU1U2V2W1V1W2NS0t合成磁场方向：合成磁场方向：向下向下同理分析，可得同理分析，可得其它电流角度下其它电流角度下的磁场方向：的磁场方向： 60tU1U2V2W1V1W2SN1n60180

21、tU2V1W21nU1V2W1A120tU2V2W1V1W21n1U1i2i3imIt极对数极对数（p）的概念的概念1p即：即：（2）旋转磁场的转速）旋转磁场的转速旋转磁场转速旋转磁场转速 n1 同步转速同步转速如何改变旋转磁场的转速？如何改变旋转磁场的转速？U1U2V1V2W1W2i3i1i2 以以Y型接法为例，当每相绕组只型接法为例，当每相绕组只有一个线圈时，按右下图放入有一个线圈时，按右下图放入定子槽内，合成的旋转磁场只定子槽内，合成的旋转磁场只有一对磁极，则极对数为有一对磁极，则极对数为1。U1U2V1V2W2W1i2W2V4U1V1W1U2V2W3U3U4V3W4i1i3 以以Y型接

22、法为例，将型接法为例，将每相绕组都改用两个线圈每相绕组都改用两个线圈串联组成。串联组成。即即 p = 2 按右图放入定子槽内。按右图放入定子槽内。形成的磁场则是两对磁极。形成的磁场则是两对磁极。1U4U2U3UNSSN2W1W4W3W1V2V3V4V 0t 60t3U1n1UZ4U2UC ZCSNSN304W1V1W2V2W3V3W4V电流变化一周电流变化一周 旋转磁场转一圈旋转磁场转一圈电流每秒钟变化电流每秒钟变化 50 周周 旋转磁场转旋转磁场转 50 圈圈旋转磁场转旋转磁场转 3000 圈圈电流每分钟变化电流每分钟变化 (5060) 周周p = 1 时时电流变化一周电流变化一周 旋转磁场

23、转半圈旋转磁场转半圈电流每秒钟变化电流每秒钟变化 50 周周 旋转磁场转旋转磁场转 25 圈圈旋转磁场转旋转磁场转 1500 圈圈电流每分钟变化电流每分钟变化 (2560) 周周p = 2 时时三相异步电动机的同步转速三相异步电动机的同步转速601pf1n min）r/( p 1 2 3 4 5 6n1/(r/min)3000 1500 1000 750600 50050Hz 时时,不同极对数时的同步转速如下不同极对数时的同步转速如下f1表表4.3.1 4.3.1 同步转速同步转速p为任意值时为任意值时旋转方向：取决于三相电流的相序。旋转方向：取决于三相电流的相序。mIt（3）旋转磁场的转向）

24、旋转磁场的转向旋转磁场是沿着旋转磁场是沿着U1V1W1与三相绕组中的三与三相绕组中的三相电流的相序相电流的相序一致一致U1U2V1V2W1W2i3i1i2U1U2V1V2W2W1i1L1L1i2L2L3i3L3L2NS（二）工作原理（二）工作原理（1）电磁转矩的产生）电磁转矩的产生* 用右手定则判断转子用右手定则判断转子绕组中感应电流的方绕组中感应电流的方向向* 用左手定则判断转子用左手定则判断转子绕组受到的电磁力的绕组受到的电磁力的方向方向电磁力电磁力电磁转矩电磁转矩TT与与 n1 同方向。同方向。n1n电动机转速和旋转磁场同步转速的关系电动机转速和旋转磁场同步转速的关系电机转子转动方向与磁

25、场旋转的方向一致，电机转子转动方向与磁场旋转的方向一致， 但但n1n电动机转速电动机转速n 旋转磁场的转速为旋转磁场的转速为n1转差率转差率 :11nnns起动时起动时: n = 0 s = 1额定运行时额定运行时: s = 0.015 0.05 称异步电动机或感应电动机称异步电动机或感应电动机例例某三相异步电动机的额定转速某三相异步电动机的额定转速n n=570r/min=570r/min。求电动机的极数和额定时的转差率求电动机的极数和额定时的转差率( (f f1 1=50Hz)=50Hz)。解：由于电动机的额定转速应接近且略小于同步由于电动机的额定转速应接近且略小于同步转速转速 n n0

26、0，而，而 n n0 0 对应于磁极对数对应于磁极对数p p有一系列有一系列固定值。显然，与固定值。显然，与570r/min570r/min最接近的是最接近的是min/6000rn 因此，额定时的转差率为因此，额定时的转差率为5%600570600nnns005p异步电动机的运行状态异步电动机的运行状态电能电能机械能机械能机械能机械能电能电能机械能和电能机械能和电能热能热能一、导体的感应电动势一、导体的感应电动势1 1、电动势的波形、电动势的波形tEtlvBblvesin2sin112 2、正弦电动势的频率、正弦电动势的频率感应电动势的频率： 60pnf pfn606.4 6.4 正弦磁场下交

27、流绕组的感应电动势正弦磁场下交流绕组的感应电动势3 3、导体电动势的有效值、导体电动势的有效值 ）（602222111DnvlfBflBlvBE1122. 2222flBflBlBav12二二 线圈的感应电势线圈的感应电势 1. 整距线圈的电势整距线圈的电势1144. 4fNEcc短距用电角度表示时，短距线圈节距为短距用电角度表示时，短距线圈节距为1801y2 2、短距线圈的电动势，节距因数、短距线圈的电动势，节距因数单匝线圈的电动势为单匝线圈的电动势为 111110EEEEEc90sin)()(111111yyEyEkccy11y1111c44. 490sin22180cos2fkyEEE基

28、波短距系数基波短距系数或节距因数或节距因数3 3、线圈组的感应电势、线圈组的感应电势 2sin21qREq2sin21cER 11111144. 444. 4fkqNfkkqNEwcqycq绕组系数-111qywkkk111112sin2sin2sin2sinqcccqkqEqqqEqEE绕组分布系数4 4、相电动势和线电动势、相电动势和线电动势 11144. 4wfNkEapqNNc2apqNNcY型型N为每相串联的总匝数为每相串联的总匝数（双层绕组）（双层绕组） （单层绕组）（单层绕组） 线电动势：线电动势：相电动势：相电动势：型型EEl3 EEl6.5.1 6.5.1 正弦电流激磁时单相

29、绕组的磁势正弦电流激磁时单相绕组的磁势 1. 整距线圈的磁势整距线圈的磁势 AXNSAX02cciN)(cfAtIicccos2tINiNfccccccos2221tFtfcccoscos,11cccccININF9 . 02241设线圈内电流设线圈内电流 则气隙磁势为则气隙磁势为 其基波表达式为其基波表达式为基波幅值为基波幅值为 2. 线圈组的磁势线圈组的磁势 整距线圈组：整距线圈组：111qcqkqFF2sin2sin1qqkq111111129 . 029 . 090sin2wccyqccqcqkqNIkkqNIykqFF单层：单层：双层：双层：1112qcqkqFF短距线圈组：短距线圈

30、组：3. 单相绕组的基波磁势单相绕组的基波磁势 相绕组的磁势也就是线圈组的磁势相绕组的磁势也就是线圈组的磁势 如果绕组的并联支路数为如果绕组的并联支路数为a，则，则 。双层绕组中每相串联匝。双层绕组中每相串联匝数数 ，整理后可得，整理后可得 。则相绕组的基波合成磁势的。则相绕组的基波合成磁势的幅值为：幅值为： 基波磁势瞬时值的表达式为：基波磁势瞬时值的表达式为： aIIcapqNNc2paNqNc211119 . 09 . 029 . 0wwccqkpINpaNaIkqNIFFtFtfcoscos,116.5.2三相对称绕组流过三相对称电流的合成磁势三相对称绕组流过三相对称电流的合成磁势1.

31、数学分析法数学分析法 A相绕组轴线C相绕组轴线B相绕组轴线AXBYCZ图14-7 两极交流电动机的定子示意图)240cos(2)120cos(2cos2tIictIitIiBA)240cos()240cos(,)120cos()120cos(,coscos,111111tFtftFtftFtfCBA480coscos2,240coscos2,coscos2,111111ttFtfttFtfttFtfCBA若三相对称电流：若三相对称电流： IpNkIpNkFFww111135. 19 . 02323tFtFffftfCBAcoscos23),(111111幅值：幅值： -绕组系数绕组系数 1wk

32、三相异步电动机的三相异步电动机的“电磁电磁”关系：关系： i2转、定子电路转、定子电路R1R2i1u1e1e 1e2e 2 ：漏磁通：漏磁通产生的漏感应电动产生的漏感应电动势。势。 ：主磁通产：主磁通产生的感应电动势。生的感应电动势。e1e2、e 1e 2、6.6 6.6 三相异步电动机的电路分析三相异步电动机的电路分析+-一、定子电路一、定子电路电动机内旋转磁场的磁感应强度在沿定子与转子电动机内旋转磁场的磁感应强度在沿定子与转子间气隙应是接近于正弦规律变化分布。因此，通间气隙应是接近于正弦规律变化分布。因此，通过每想定子绕组的磁通也应是随时间作正弦规律过每想定子绕组的磁通也应是随时间作正弦规

33、律变化的，即变化的，即=m msintsint因此，每相定子绕组中由旋转磁场产生的感应电因此，每相定子绕组中由旋转磁场产生的感应电动势为动势为dtdNe11也是正弦量，其有效值为也是正弦量，其有效值为11144. 4NfE f f1 1 是是 e e1 1 的频率，由同步转的频率，由同步转速可得速可得6011pnf 1e1e1u1i2i2e2e1f2f每相绕组的电路图+-+-+-定子电路分析定子电路分析定子电流不仅产生主磁通定子电流不仅产生主磁通，还将产生漏磁通，还将产生漏磁通 主磁通要通过转子绕组，而漏磁通将不通过转子主磁通要通过转子绕组，而漏磁通将不通过转子绕组。这样在原绕组的电压约束方程

34、为绕组。这样在原绕组的电压约束方程为)()(11111eeRiu)(11111edtdiLRi如用相量表示，则可认为如用相量表示，则可认为)(111111EXIjRIU式中式中R R1 1和和X X1 1=2=2 f f1 1L L 1 1分别为定子分别为定子每相绕组的电阻和漏磁感抗。每相绕组的电阻和漏磁感抗。它们都很小，对于主磁通产生它们都很小，对于主磁通产生的感应电动势可忽略，则的感应电动势可忽略，则11EU或11EU 1e1e1u1i2i2e2e1f2f每相绕组的电路图+-+-+二、转子电路二、转子电路根据电动机的转动原理，异步电动机之所以能够转根据电动机的转动原理，异步电动机之所以能够

35、转动，是因为转子绕组在旋转磁场中要产生动，是因为转子绕组在旋转磁场中要产生感应电动感应电动势势e e2 2，进而产生，进而产生转子电流转子电流i i2 2，而与旋转磁场作用产，而与旋转磁场作用产生生电磁转矩电磁转矩T T 。下面讨论转子电路中的各物理量：。下面讨论转子电路中的各物理量：1. 转子绕组中的感应电动势转子绕组中的感应电动势旋转磁场的主磁通旋转磁场的主磁通在每相转子在每相转子绕组产生感应电动势绕组产生感应电动势dtdNe2222244. 4NfE其有效值为 f2为转子绕组中电流的频率。1e1e1u1i2i2e2e1f2f每相绕组的电路图+-因为旋转磁场和转子之间的相对转速为因为旋转磁

36、场和转子之间的相对转速为 ( (n n1 1 n n) )，所以，所以 1111126060)(fspnnnnnnpf可见，转子电流频率与转差率可见，转子电流频率与转差率 s s 有关，也就是有关，也就是与转速与转速n n 有关。有关。在在 s s=1=1 即即( (n n =0)=0)时，转子电流频率最大时，转子电流频率最大 f f2 2= =f f1 1。对额定转速时，对额定转速时， s s为为1-9%1-9%，则，则f f2 2= 0.5-4.5 Hz= 0.5-4.5 Hz。由此，进而可得转子感应电动势的有效值为由此，进而可得转子感应电动势的有效值为2021244. 4sENfsEE

37、E2020为为 s s = 1 (= 1 (或或n n=0)=0)时转子所产生的感应电动时转子所产生的感应电动势的有效值，势的有效值，212044. 4NfE3. 转子绕组中的电流转子绕组中的电流 转子电流也要产生漏磁通转子电流也要产生漏磁通 2 2，每相绕组中的感，每相绕组中的感应电动势为应电动势为dtdiLe222对转子电路应用对转子电路应用KVLKVL，有，有dtdiLRieRie22222222)(若用相量表示，则为若用相量表示，则为22222222)(XIjRIERIEX X2 2与转子频率与转子频率f f 2 2有关，有关，即即202122222XsLfsLfX可见，转子感抗与转差

38、率有关。其中可见，转子感抗与转差率有关。其中X X2020是是s=1(s=1(或或n=0)n=0)时的转子感抗时的转子感抗21202LfX1e1e1u1i2i2e2e1f2f每相绕组的电路图+-将感抗将感抗X X2 2代如上式，可得转子电流为代如上式，可得转子电流为22222222)(XI jRIERIE2202220222222)(sXRsEXREI可见，转子电流可见，转子电流I I2 2也与转差率也与转差率s s有关，如图曲线所有关，如图曲线所示。转差率示。转差率s s增加增加( (转速转速n n减小减小) )时，转子切割磁力线时，转子切割磁力线加剧，于是加剧，于是E E2 2增加，增加，

39、I I2 2也增加。也增加。0I2, cos 2s1I2cos 2由于转子漏磁通的存在，呈电由于转子漏磁通的存在，呈电感性，因此感性，因此 I I2 2 比比 E E2 2 滞后滞后 2 2角。转子绕组的功率因数为角。转子绕组的功率因数为220222222222)(cossXRRXRR也与转差率也与转差率s s有关有关( (见图示曲线见图示曲线) )。起动时：起动时：n = 0, n = n1 转子电磁感应最强转子电磁感应最强转子电路电量的频率转子电路电量的频率 f2 = f1n n 转子电路电量的频率转子电路电量的频率 f2 （ f1）稳定运行时：稳定运行时： n = n1n很小很小转子电路

40、频率的变化转子电路频率的变化 f2 = f1很小很小电路总结电路总结1 1 转子不动（转差率转子不动（转差率s=1s=1）（1 1）感应电动势频率）感应电动势频率（2 2）每相感应电动势）每相感应电动势（3 3）电抗）电抗（4 4）电流）电流（5 5）功率因数）功率因数120ff12212044. 4NkNfE212202022LfLfX220222020XREI2202222cosXRR2 2 转子转动转子转动转子与旋转磁场的相对转速为转子与旋转磁场的相对转速为（1 1）感应电动势和电流的频率）感应电动势和电流的频率（2 2）感应电动势）感应电动势（3 3）电抗）电抗nnn111111260

41、60)(sfpnnnnnnpf2012211222244. 444. 4sEkNsfkNfENNS202122222sXLsfLfXS（4 4）电流）电流（5 5）功率因数）功率因数 注意：转子电路的各个物理量，如电动注意：转子电路的各个物理量，如电动势、电流、频率、感抗及功率因数等都势、电流、频率、感抗及功率因数等都与转差率有关，亦即与转速有关。与转差率有关，亦即与转速有关。2202220222222)(sXRsEXREISS2202222)(cossXRR三相异步电动机的电压方程和等效电路三相异步电动机的电压方程和等效电路1）电动势平衡方程 )(11111jXRIEU)(02222SSjX

42、RIEmmmZIjXRIE10101)()(0202220SjXRISE或2）等效电路折算折算原则：保持保持f f不变，只要使等效前后转子电流的不变，只要使等效前后转子电流的大小和相位相等即可；大小和相位相等即可；等效前后转子电路的功率和损耗相等等效前后转子电路的功率和损耗相等。频率折算绕组折算频率不同注意：注意：频率折算方法：频率折算方法：零转速时频率相等零转速时频率相等220220202202022022221 RssjXREjXsREjsXREsjXREISS绕组折算方法：绕组折算方法：电流折算：iNNkIIkNmkNmI221112222电动势折算：2222112EkEkNkNEeNN

43、电阻和电抗折算： 22RkkRie22XkkXieT型等效电路1R1jX2R 2Xj mjXmR2R 10I21EE6.7 三相异步电动机的功率和电磁转矩三相异步电动机的功率和电磁转矩1R1jX2R 2Xj mjXmR2R 10I1P1cupFep2cupmPMP（一）功率关系（一）功率关系P1 = 3 U1lI1lcos 1 定子铜损耗定子铜损耗: 电磁功率电磁功率:定子铁心的铁耗定子铁心的铁耗:12113RIpCumFeRIp2103sRIIEIEppPPFecuM222222222113cos3cos3 输入的电功率输入的电功率:转子绕组中的铜损耗为：转子绕组中的铜损耗为：MCusPss

44、RIRIp222222233电机转轴上总的机械功率为：电机转轴上总的机械功率为：输出功率为：输出功率为：smecmppPP2)1 ( :1:2ssPpPmCuMMCuMmPsRssIpPP)1 (132222摩擦损耗为摩擦损耗为mecp附加损耗为附加损耗为sp1PMPmP2P1CuP2CuPFePecPPmS练习：一台三相异步电动机，额定功率 ，额定电压 ，额定转速 ，额定功率因数 ，定子三角形联结。额定负载运行时，定子铜损耗 ，铁损耗 ，机械损耗 ，附加损耗 ，求额定负载运行时：（1）转子电流频率；（2）转子铜损耗；（3）电磁功率；（4）定子电流；（5）效率。kWPN5 . 7VUN380m

45、in/971rnN786. 0cosNWPCu3861WPFe5 .214WPmec100WPs5 .112解：（1）、Hzsff5 . 15003. 01203. 01000971100011nnns（）（）、由smecCuMppPPP22MCusPP2smecMPPPPs2)1 (WPM34.796103. 015 .1121107500WPCu84.2382（）、WPPPPMFeCu84.856134.79615 .21438611AIIUPNNNN55.16786. 0380384.8561cos31相电流AIINa56. 931（）、%6 .87%10084.85617500%100

46、12PP有（1 1）电磁转矩的方向）电磁转矩的方向 转子旋转的方向转子旋转的方向 与旋转磁场的转向相同。与旋转磁场的转向相同。电磁转矩的方向与旋转磁场的转向一致电磁转矩的方向与旋转磁场的转向一致（二）电磁转矩（二）电磁转矩（2）电磁转矩）电磁转矩T的大小的大小221T11cosIC 602)1(602MmmmPnsPnPPT式中式中1为同步角速度（用机械角表示）为同步角速度（用机械角表示）TN = 9.55PN(W) nN= 9550PN(kW) nN1)1 (s（3）转矩平衡方程式）转矩平衡方程式对功率表达式进行变形：对功率表达式进行变形：02TTTT T0 0是空载转矩是空载转矩00ppp

47、Tsmec功率表达式：功率表达式：)(2smecmppPP练习：一台四极三相异步电动机，额定功率 ，额定电压 ，额定负载运行时，电动机的输入功率 ，定子定子铜损耗 ，铁损耗 ，机械损耗 ，附加损耗 ，求额定负载运行时：（1）额定转速；（2）电磁转矩；（3）输出转矩；（4）空载转矩；kWPN55VUN380WPCu10911WPFe972WPmec600WPs1100kWP5 .591解：（1）、先求各功率关系MCusmecMsPPPPPP1 . 16 . 05522kWPPPPPMFeCuM437.57972. 0091. 15 .5911013. 0smin/150025060601rpfn

48、min/1480)1 (1rnsnNmNnPPTMMe84.36560/150028. 61000437.5760/211mNnPPT05.35560/148028. 65500060/2222mNnPPPTsmec97.1060/148028. 6110060060/200由此可解得同步转速额定转速（2）、电磁转矩（3）、输出转矩（4）、空载转矩练习：一台四极三相异步电动机，额定功率 ，额定电压 ，额定负载运行时，电动机的各种损耗 ， ， ， ，求额定负载运行时：（1）总机械功率；（2）电磁功率；（3）转差率；（4）负载转矩；（5）空载转矩；（6）电磁转矩。kWPN10VUN380WPCu3

49、142WPmec50WPs200WPCu2271解：（1）、总机械功率kWPPPPsmecm25.102 . 005. 0102kWPPPCumM564.10314. 025.10203. 0564.10314. 02MCuPPsmin/150025060601rpfnmin/1455)1 (1rnsnNmNnPPTMMe34.6760/150028. 61000564.1060/211mNnPPT7 .6560/145528. 61000060/2222mNPTs64. 160/1455225000（3）、转差率同步转速额定转速（2）、电磁功率（4）、负载转矩（5）、空载转矩（6）、电磁转矩

50、mNTTT34.6764. 17 .6502或感应电机的电磁转矩感应电机的电磁转矩1. 转矩转矩-转差率特性转差率特性 sRIPTssee2223)()(212112112XcXjsRcRUZcZUI221221221)()(3XcXsRcRsRUTse(由近似等效电路）由近似等效电路） 17.2 感应电机的电转矩感应电机的电转矩2. 最大转矩最大转矩0dsdTe221212)(cXXRcRsm)(2221211211maxcXXRRcUmTs(1) 当电源的频率和电机的参当电源的频率和电机的参数不变时，感应电机的最大电数不变时，感应电机的最大电磁转矩的大小与电源电压的平磁转矩的大小与电源电压

51、的平方成正比，与转子电阻无关。方成正比，与转子电阻无关。(2) (2) 达到最大转矩时的临界转达到最大转矩时的临界转差率的大小与转子电阻成正比。差率的大小与转子电阻成正比。 过载能力：过载能力： NTTTkmax 0 . 18 . 06 . 04 . 02 . 00s50100150020025030012R22R32R42R图17-4 转子电阻变化时的Te-s 曲线 12223242RRRRTe Tmax 3. 起动转矩起动转矩221221221)()(3cXXcRRRUTsst21221212)(1XXcXXRcRRstNststTTk起动转矩倍数起动转矩倍数 mssn1 图 17-5 感

52、应电动机的机械特性 有一有一Y225M-4Y225M-4型三相异步电动机，其额定数据如型三相异步电动机，其额定数据如下：试求：（下：试求：（1 1）额定电流；（）额定电流；（2 2）额定转差率）额定转差率S SN N；（3 3）额定转矩）额定转矩T TN N；最大转矩；最大转矩Tmax;Tmax;起动转矩起动转矩TstTst练习练习1480r/min功率功率45KW转速转速电压电压效率效率 功率因数功率因数NstII /NstTT /NTT/max380V92.3%0.887.01.92.2（2）013. 015001480150000nnnSN（3）mNnPTN.4 .29014804595

53、5095502mNTTN.9 .6384 .2902 . 22 . 2maxm.N8 .5514 .2909 . 1T9 . 1TNst解：解：（1 1）4-100KW4-100KW的电动机通常都是的电动机通常都是380V380V、联接。联接。AUPIN2 .84923. 088. 038031045cos310332)cosUI3P( 练习二：练习二：在上题中，若负载转矩为在上题中，若负载转矩为510.2N.m510.2N.m，试，试问在问在U=UU=UN N和和U=0.9 UU=0.9 UN N两种情况下，能否起动？两种情况下，能否起动？ U=0.9 UN时，起动转矩与电压的平方成正比。

54、U=UU=UN N时时6.8 三相异步电动机的工作特性三相异步电动机的工作特性和参数测定和参数测定 三相异步电动机的工作特性是指，三相异步电动机在三相异步电动机的工作特性是指，三相异步电动机在NNffUU ,1条件下，异步电动机物理量条件下，异步电动机物理量 , ,cos , ,11TIn分别对输出功率分别对输出功率P2之间的关系，即：之间的关系，即： )( , ,cos , ,211PfTIn1.1.定子电流特性定子电流特性 )( 21PfI 3.3.转速特性转速特性)(2Pfn 4. 4. 功率因数特性功率因数特性)(cos21Pf5.5.效率特性效率特性)(2Pf2.2.电磁转矩特性电磁

55、转矩特性)(2PfT 6.8.1 6.8.1 工作特性工作特性6.8.2 6.8.2 感应电机的参数测定感应电机的参数测定 1. 空载实验空载实验: 确定电动机的激磁参数、铁耗和机械损耗确定电动机的激磁参数、铁耗和机械损耗BTWWAAAMVK1 空载、短路试验原理图空载、短路试验原理图2103IpRFem2010120200)(RIURZX10XXXm2. 短路实验短路实验 (堵转实验堵转实验):确定感应电动机的漏阻抗。确定感应电动机的漏阻抗。2X1UkI10mI021 EEmRmX1R1X2R2I221 kkkkkk21 k11 km22 k11 kkm2 jj12UPZ, R, XZRIm

56、IX( Rj X)ZRj XRXRj ( XX) kRRR2121kXXX2121参数测定参数测定10110IUXXXm2101ImPRFem23KKKIPR 1 1、空载试验、空载试验KKKIUZ121222XXXRZXKKK2 2、短路试验（堵转实验）、短路试验（堵转实验）固有特性固有特性人为特性人为特性 在额定电压、额定频率，定子在额定电压、额定频率，定子和转子电路不外串参数时的和转子电路不外串参数时的在改变电压、频率及定子在改变电压、频率及定子电路、转子电路参数时的电路、转子电路参数时的 n = f (T)机械特性机械特性 三相异步电动机三相异步电动机n，s与与T之间的关系之间的关系s

57、 = f (T)n = f (T)s = f (T)n = f (T)6.9 6.9 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性6.9.1 6.9.1 机械特性的表达式机械特性的表达式1) 1) 参数表达式参数表达式已知已知: :pfsRInsRIPTM12221222123602322122112)(XXsRRUI又又2212211221)(23XXsRRfsRpUT所以所以说明：电磁转矩与电源参数（1、f）、结构参数（R、X、p）和运行参数（s）有关。msTstmaxT固有机械特性固有机械特性 第第象限象限: :0, )0( 101nTnns正向电动运行状态正向电动运行状态第第象限象

58、限: :回馈制动运行状态回馈制动运行状态0, 0 )( 01nTnns第第象限象限: :0, )0( 101nTnns反向电动运行状态反向电动运行状态第第象限象限: :0, 0 )0, 0( 11nTnns反接制动运行状态反接制动运行状态回馈制动回馈制动反接制动反接制动同步同步转速点转速点额定电磁额定电磁转矩点转矩点最大电磁最大电磁转矩点转矩点起动起动转矩点转矩点临界转差率临界转差率sn0nNsNnmsm10TNTstTmaxTDCBAB 、 C、D代表四个重要的工作状态代表四个重要的工作状态B B、额定状态、额定状态 C C、临界状态临界状态D D、起动状态起动状态A A、理想空载、理想空载

59、 （1 1）额定状态）额定状态 在额定在额定UN 下下，以额定以额定 nN 运行运行，输出额定输出额定 PN 时时，电动机转轴上输出的转矩电动机转轴上输出的转矩n0Tn0机械特性机械特性 TstTNnNTmaxnmCD额定状态说明了电动机额定状态说明了电动机长期运行能力长期运行能力TN= 9.55PN(W) nNB临界转速临界转速（2 2）临界状态）临界状态n0Tn0机械特性机械特性 TstTNnNBTmaxnmCD临界转差率临界转差率s sm令令0dsdT得得212221212)(XXRXXRRsm最大电磁转矩最大电磁转矩T Tmax)(43)(4321121221211211maxXXfp

60、UXXRRUfpT（因为（因为)(211XXR故可忽略故可忽略R R1 1）由两个表达式可见当其它参数一定时：1 1、最大电磁转矩与电源电压平方成正比；、最大电磁转矩与电源电压平方成正比； 临界转差率与电源电压无关临界转差率与电源电压无关。3 3、频率越高，最大电磁转矩和临界转差率越小；频率越高，最大电磁转矩和临界转差率越小； 漏抗越大，最大电磁转矩和临界转差率越小漏抗越大，最大电磁转矩和临界转差率越小；2 2、转子回路电阻越大，临界转差率越大；、转子回路电阻越大，临界转差率越大； 最大电磁转矩与转子电阻无关最大电磁转矩与转子电阻无关。NmTTmax4 4、过载能力过载能力)(43)(4321