第七章异步电动机原理(1)

1、第七章第七章 异步电动机原理异步电动机原理The Principles of asynchronous 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.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关系的基本方程式、等效电路和相量图基本方程式、等效电路和相量图，转子转，转子转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；n3.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；

2、各功率之间的相互关系，电磁转矩物理表达式；n4.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、等效电路和相量图三种关系，掌握基本方程式、等效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

3、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。交流电动机交流电动机电动机电动机直流电动机直流电动机鼠笼式鼠笼式绕线式绕线式异步机异步机同步机同步机他励、并励、串励、复励他励、并励、串励、复励电动机的分类电动机的分类7.1异步电动机结构、额定数据与工异步电动机结构、额定数据与工作原理作原理n异步电机是一种交流电机，也叫感应电机，主要作电动机使用。n异步电动机广泛用于工农业生产中，例如机床、水泵、冶金、矿山设备与轻工机械等都用它作为原动机，其容量从几千瓦到几千千瓦。n日益普及的家用电器，例如在洗衣机、风扇、电冰箱、空调器中采用单相异步电

4、动机，其容量从几瓦到几千瓦。n在航天、计算机等高科技领域，控制电机得到广泛应用。n异步电机也可以作为发电机使用，例如小水电站、风力发电机也可采用异步电机。7.1异步电动机结构、额定数据异步电动机结构、额定数据与工作原理与工作原理一、异步电机主要用作电动机，去拖动各种一、异步电机主要用作电动机，去拖动各种生产机械。生产机械。 异步电动机的异步电动机的优点优点:结构简单、容易制造、结构简单、容易制造、价格低廉、运行可靠、坚固耐用、运行效率价格低廉、运行可靠、坚固耐用、运行效率较高和适用性强的工作特征。较高和适用性强的工作特征。 异步电动机的异步电动机的缺点缺点:功率因数较差。异步电功率因数较差。异

5、步电动机运行时，必须从电网里吸收落后性的无动机运行时，必须从电网里吸收落后性的无功功率，它的功率因数总是小于功功率，它的功率因数总是小于。调速性。调速性能不够好。能不够好。7.1.1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 异步电动机运行时，定子绕组接到交流电源上，转子异步电动机运行时，定子绕组接到交流电源上，转子绕组自身短路，由于电磁感应的关系，在转子绕组中绕组自身短路，由于电磁感应的关系，在转子绕组中产生电动势、电流，从而产生电磁转矩。所以，产生电动势、电流，从而产生电磁转矩。所以，异步异步电机又叫感应电机。电机又叫感应电机。二、异步电动机的种类很多，从不同角度看，有不同的二、

6、异步电动机的种类很多，从不同角度看，有不同的分类法：分类法：（1）按）按定子相数定子相数分有分有 单相异步电动机；单相异步电动机； 两相两相异步电动机；异步电动机； 三相异步电动机。三相异步电动机。（2）按）按转子结构转子结构分有分有 绕线式异步电动机；绕线式异步电动机； 鼠笼鼠笼式异步电动机。后者又包括单鼠笼异步电动机、双鼠式异步电动机。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。笼异步电动机和深槽式异步电动机。n此外，根据电机定子绕组上所加电压的大小，又此外，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。从其有高压异步电动机、低压异步电动机之

7、分。从其它角度看，还有高起动转矩异步电机、高转差率它角度看，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。异步电机、高转速异步电机等等。n异步电机也可作为异步发电机使用。单机使用时，异步电机也可作为异步发电机使用。单机使用时，常用于电网尚未到达的地区，又找不到同步发电常用于电网尚未到达的地区，又找不到同步发电机的情况，或用于风力发电等特殊场合上。在异机的情况，或用于风力发电等特殊场合上。在异步电动机的电力拖动中，异步电机回馈制动时，步电动机的电力拖动中，异步电机回馈制动时，即运行在异步发电机状态。即运行在异步发电机状态。7.1.2 三相异步电动机的结构YBZXAC转子转子定子定

8、子定子绕组定子绕组（三相）（三相）机机 座座线绕式线绕式鼠笼式鼠笼式鼠笼转子鼠笼转子 转子：在旋转磁场作用下，转子：在旋转磁场作用下， 产生感应电动势或产生感应电动势或 电流。电流。三相定子绕组：产生旋转三相定子绕组：产生旋转 磁场。磁场。 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异步电动机的定子是由机座机座、定子铁心定子铁心和和定子绕组定子绕组三三个部分组成的。个部分组成的。 1、定子铁心：、定子铁心： 是电动机磁路的一部分，装在机座里。为了降低定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，定子铁心用用子铁心里的铁损耗，定子铁心用用0.5mm厚的硅

9、钢片厚的硅钢片叠压而成的，在硅钢片的两面还应途上绝缘漆。下图叠压而成的，在硅钢片的两面还应途上绝缘漆。下图所示为定子槽所示为定子槽,其中其中(a)是开口槽，用于大、中型容量是开口槽，用于大、中型容量的高压异步电动机中；的高压异步电动机中；(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。定子铁心定子铁心定子槽定子槽定子铁心定子铁心定子冲片定子冲片定子线圈铁心和机座 2、定子绕组：、定子绕组： 高压大、中型容量的异步电动机高压大、中型容量的异步电动机定子绕组常采用定子绕组

10、常采用Y接，只有三根引出线，如图接，只有三根引出线，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，根据需要可子三相绕组的六根出线头都引出来，根据需要可接成接成Y形或形，如图形或形，如图(b)所示。定子绕组用绝缘所示。定子绕组用绝缘的铜（或铝）导线绕成，嵌在定子槽内。的铜（或铝）导线绕成，嵌在定子槽内。 3、机座：、机座： 主要是为了固定与支撑定子铁心。主要是为了固定与支撑定子铁心。 如果是端盖轴承电机，还要支撑电机的转子部分。如果是端盖轴承电机，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。因此，机座

11、应有足够的机械强度和刚度。 对中、对中、小型异步电动机，通常用铸铁机座。对大型电机，小型异步电动机，通常用铸铁机座。对大型电机，一般采用钢板焊接的机座，整个机座和座式轴承都一般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。固定在同一个底板上。二、气隙：二、气隙： 异步电动机的气隙比同容量直流电动机的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，气气隙小得多，在中、小型异步电动机中，气隙一般为隙一般为0.21.5mm左右。左右。n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

12、转轴组成的轴组成的 。 1、转子铁心：、转子铁心： 是电动机磁路的一部分，它用是电动机磁路的一部分，它用0.5mm厚的厚的硅钢片叠压而成。铁心固定在转轴或转子支架硅钢片叠压而成。铁心固定在转轴或转子支架上，整个转子的外表呈圆柱形。上，整个转子的外表呈圆柱形。 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）笼型转子：笼型绕组是一个自己短路的绕组自己短路的绕组。在转子的每个槽里放上一根导体，在铁心的两在转子的每个槽里放上一根导体，在铁心的两端用端环连接起来，形成一个短路的绕组。如端用端环连接起来，形成一个短路的绕组。如果把转子铁心拿掉，则可看

13、出，剩下来的绕组果把转子铁心拿掉，则可看出，剩下来的绕组形状像个松鼠笼子，如图（形状像个松鼠笼子，如图（a) 所示，因此又叫所示，因此又叫鼠笼转子鼠笼转子。导条的材料有用铜的，也有用铝的。导条的材料有用铜的，也有用铝的。 如果用的是铜料，就需要把事先做好的裸铜条插入如果用的是铜料，就需要把事先做好的裸铜条插入转子铁心上的槽里，再用铜端环套在伸了两端的转子铁心上的槽里，再用铜端环套在伸了两端的铜条上，最后焊在一起，如图铜条上，最后焊在一起，如图(b)所示。如果用的所示。如果用的是铸铝，就连同端环、风扇一次铸成，如图是铸铝，就连同端环、风扇一次铸成，如图(c)所所示示 。笼型转子结构简单、制造方便

14、、是一种经济、。笼型转子结构简单、制造方便、是一种经济、耐用的电机，所以应用极广。耐用的电机，所以应用极广。鼠笼转子照片笼形铸铝转子笼形铸铝转子绕组定子定子stator转子转子Rotor定子绕组定子绕组通过电流通过电流定子铁心定子铁心导磁作用导磁作用机座机座机械支撑、导磁机械支撑、导磁机械部分、绝缘部分、冷却部分、机械部分、绝缘部分、冷却部分、保护部分（如：转轴、轴承、风扇、保护部分（如：转轴、轴承、风扇、绝缘工件）绝缘工件）电磁部分电磁部分绕组绕组铁心铁心导磁作用导磁作用绕线型绕线型鼠笼型鼠笼型导电作用导电作用n 2）绕线型转子：绕线型转子的槽内嵌放有用绝）绕线型转子：绕线型转子的槽内嵌放有

15、用绝缘导线组成的三相绕组，一般都联接成缘导线组成的三相绕组，一般都联接成Y形。形。转转子绕组的三条引线分别接到三个滑环上，用一套子绕组的三条引线分别接到三个滑环上，用一套电刷装置引出来电刷装置引出来，如图所示。这就可以把外接电，如图所示。这就可以把外接电阻串联到转子绕组回路里去，以改善电动机的启阻串联到转子绕组回路里去，以改善电动机的启动性能或调节电动机的转速。动性能或调节电动机的转速。n 与笼型转子相比较，绕线型转子结构稍复杂，与笼型转子相比较，绕线型转子结构稍复杂，价格稍贵，因此只在要求起动电流小，起动转距价格稍贵，因此只在要求起动电流小，起动转距大，或需平滑调速的场合使用。大，或需平滑调

16、速的场合使用。绕线转子照片定子定子stator转子转子Rotor定子绕组定子绕组通过电流通过电流定子铁心定子铁心导磁作用导磁作用机座机座机械支撑、导磁机械支撑、导磁机械部分、绝缘部分、冷却部分、机械部分、绝缘部分、冷却部分、保护部分（如：转轴、轴承、风扇、保护部分（如：转轴、轴承、风扇、绝缘工件）绝缘工件）电磁部分电磁部分绕组绕组铁心铁心导磁作用导磁作用绕线型绕线型鼠笼型鼠笼型导电作用导电作用7.1.4 异步电动机的铭牌数据异步电动机的铭牌数据n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。n1 异步电动机的型号：异步电动机的型号： 电机产

17、品的型号一般采用大写印刷体的汉语电机产品的型号一般采用大写印刷体的汉语拼音字母和阿拉伯数字组成。其中汉语拼拼音字母和阿拉伯数字组成。其中汉语拼音字母是根据电机的全名称选择有代表意音字母是根据电机的全名称选择有代表意义的汉字，再用该汉字的第一个拼音字母义的汉字，再用该汉字的第一个拼音字母组成。例如组成。例如Y系列三相异步电动机表示如下：系列三相异步电动机表示如下：异步电动机 极数 Y 100 L 1 2 铁心长度代号 机座中心高 机座长度代号2 异步电动机的额定值：异步电动机的额定值：n异步电动机的额定值包含下列内容：异步电动机的额定值包含下列内容：（1）额定功率）额定功率 PN 指电动机在额定

18、运行指电动机在额定运行时轴上输出的时轴上输出的机械功率机械功率，单位是，单位是kw。（2）额定电压）额定电压 UN 指额定运行状态下指额定运行状态下加在加在定子绕组上的线电压定子绕组上的线电压，单位为，单位为V。（3）额定电流）额定电流IN 指电动机在定子绕组指电动机在定子绕组上加额定电压、轴上输出额定功率时，上加额定电压、轴上输出额定功率时，定子绕组中的线电流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指我国规定工业用电的频率是的频率是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率的额

19、定电压，且轴端输出额定功率时电机的转速，单位为电机的转速，单位为r/min 。（6）额定功率因数）额定功率因数 指电动机加指电动机加额定负载时，额定负载时，定子边的功率因数定子边的功率因数。Ncosn 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动势和额定电流。n(7)转子绕组额定电动势转子绕组额定电动势E2N：指定子绕组加额定电压、转子绕组开路时，滑环间的线电动势动势，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。NNNNNNNNNNnPTPIUP9550cos321功率、额定

20、转速计算：可由额定电动机的额定输出转矩的关系式：功率与电压、电流之间CZBXYA定子绕组在接线盒中布置定子绕组在接线盒中布置定子绕组的定子绕组的Y型连接型连接ZXYCBA定子绕组的定子绕组的型连接型连接CBAZXY 如果电动机定子绕组有六根引出线，并已知其首、如果电动机定子绕组有六根引出线，并已知其首、末端，分几种情况讨论。末端，分几种情况讨论。n（1）当电动机铭牌上标明）当电动机铭牌上标明“电压电压380/220V，接法，接法Y/”时，这种情况下，究竟是接成时，这种情况下，究竟是接成Y或，要看电或，要看电源电压（线电压）的大小。如果电源电压为源电压（线电压）的大小。如果电源电压为380V，则

21、接成则接成Y接；电源电压为接；电源电压为220V时，则接成接。时，则接成接。n（2）当电动机铭牌上标明）当电动机铭牌上标明“电压电压380V，接法，接法”时，则只有这一种接法。但是在电动机起动过程时，则只有这一种接法。但是在电动机起动过程中，可以接成中，可以接成Y接，接在接，接在380V电源上，起动完毕，电源上，起动完毕，恢复接法。恢复接法。n对有些高压电动机，往往定子绕组有三根引出线，对有些高压电动机，往往定子绕组有三根引出线，只要电源电压符合电动机铭牌电压值，便可使用。只要电源电压符合电动机铭牌电压值，便可使用。如何根据铭牌进行定子接线？三相异步电机的定子可接成Y或 7.1.5 异步电动机

22、的工作原理异步电动机的工作原理n工作原理：工作原理：n三相异步电动机定子接三相电源后，电机内便三相异步电动机定子接三相电源后，电机内便形成圆形旋转磁动势，圆形旋转磁密，设其方形成圆形旋转磁动势，圆形旋转磁密，设其方向为逆时针转，如图所示。若转子不转，转子向为逆时针转，如图所示。若转子不转，转子鼠笼导条与旋转磁密有相对运动，导条中有感鼠笼导条与旋转磁密有相对运动，导条中有感应电动势应电动势e，方向由右手定则确定。由于转子，方向由右手定则确定。由于转子导条彼此在端部短路，于是导条中有电流，不导条彼此在端部短路，于是导条中有电流，不考虑电动势与电流的相位差时，电流方向同电考虑电动势与电流的相位差时，

23、电流方向同电动势方向。这样，导条就在磁场中受力动势方向。这样，导条就在磁场中受力f，用，用左手定则确定受力方向，如图所示。左手定则确定受力方向，如图所示。n11s0s0n00nn1按转差率的正负、大小，异步电机可分为电动机、按转差率的正负、大小，异步电机可分为电动机、发电机、电磁制动三种运行状态发电机、电磁制动三种运行状态7.4.2 转子电动势：转子电动势： 当转子旋转时，转子绕组的电动势、电流的频率决定于气隙中的旋转磁场和转子的相对转速。气隙中旋转磁场以n2=n1-n的转速切割转子，故转子绕组中电动势和电流的频率f2为:为此为此转子频率也叫转子频率也叫转差频率转差频率slip frequen

24、cy。正常运行的异步电动机，转子频率约为正常运行的异步电动机，转子频率约为0.52.5Hz。sfnnnpnnnppnf11111226060)(60 当异步电动机转子以转速当异步电动机转子以转速n 恒速运转时，恒速运转时，此时一些相应的物理量将要结合转差率发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子回路的电压方程式为：生相应的变化转子回路的电压方程式为：)(2222sssjXRIE上式说明了上式说明了当转子旋转时，每相感应电动势与转当转子旋转时，每相感应电动势与转差率差率s成正比成正比。 转子漏抗转子漏抗 X2s 是对应转子频率是对应转子频率f2时的漏电抗时的漏电抗（rotor le

25、akage reactance at slip frequency）。）。它与转子不转时转子漏电抗它与转子不转时转子漏电抗 X2 (对应于频率对应于频率 f1=50Hz )的关系为：的关系为：n 1222244. 4dpskNfE2122144. 4sEkNsfdp22sXXs转子旋转时转子绕组中感应电动势为：转子旋转时转子绕组中感应电动势为：n正常运行的异步电动机，正常运行的异步电动机，22XXs为了与转子不转时的感应电势为了与转子不转时的感应电势2、电流、电流2和漏电抗和漏电抗X2相区别，转子转动时的相区别，转子转动时的转子感应电势、电流和漏电抗分别用转子感应电势、电流和漏电抗分别用2s、

26、电流、电流2s和漏电抗和漏电抗X2s表示表示。 转子旋转时，定、转子绕组中电转子旋转时，定、转子绕组中电流频率不同，故不能将定、转子平衡流频率不同，故不能将定、转子平衡方程式联立求解。方程式联立求解。7.4.3 定、转子磁势及磁势关系定、转子磁势及磁势关系 下面对转子旋转时，定、转子绕组电流下面对转子旋转时，定、转子绕组电流产生的空间合成磁势进行分析。产生的空间合成磁势进行分析。1定子磁动势定子磁动势 ： 前面我们多次详细的介绍了，在这里不前面我们多次详细的介绍了，在这里不在重复。在重复。2、转子旋转磁势、转子旋转磁势 ：（1）幅值：）幅值：1F2FsdpIpkNF222222423n（2）转

27、向：由于现在的气隙磁场在切割转）转向：由于现在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变，所以此时是的旋转方向并没有发生改变，所以此时是以以 的速度沿逆时针方向切割转子的速度沿逆时针方向切割转子绕组，因此：产生电流的相序仍然是绕组，因此：产生电流的相序仍然是n 由转子电流产生的三相合成由转子电流产生的三相合成旋转磁动势的转向，相对于转子绕组而言，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。仍为逆时针方向旋转。n（3）转速）转速（注意是（注意是相对于转子绕组的转速相对于转子绕组的转速）)(1nn 222CBA1

28、1226060snpsfpfnn（4）瞬间位置：当转子绕组哪相电流达正）瞬间位置：当转子绕组哪相电流达正最大值时，正好位于该相绕组的轴线上。最大值时，正好位于该相绕组的轴线上。n3合成磁势：搞清楚了定、转子三相合成合成磁势：搞清楚了定、转子三相合成旋转磁势的特点后，现在希望旋转磁势的特点后，现在希望站在定子绕站在定子绕组的角度上看定、转子旋转磁动势组的角度上看定、转子旋转磁动势（1）幅值：关于定、转子磁势的幅值，不因）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变，仍为前面分站在定子上看而有什么改变，仍为前面分析的结果。析的结果。（2）转向：二者的转向）转向：二者的转向相对于定子都

29、为逆时相对于定子都为逆时针方向旋转。针方向旋转。 n（3）转速：相对于定子绕组而言，定子磁）转速：相对于定子绕组而言，定子磁动势动势 的转速为的转速为 ，而转子我们分开看：，而转子我们分开看：首先转子磁动势相对于转子的转速为首先转子磁动势相对于转子的转速为n而转子本身又是以转速而转子本身又是以转速n 旋转，为此站在旋转，为此站在定子绕组上看转子旋转磁动势的转速为定子绕组上看转子旋转磁动势的转速为n于是，转子旋转磁动势相对于定子绕组的于是，转子旋转磁动势相对于定子绕组的转速为：转速为： 1n1F2nnn 2nsnnn121111nnnnnn 这就是说，站在定子绕组上看转子磁通势也是这就是说，站在

30、定子绕组上看转子磁通势也是逆时针方向，转速为逆时针方向，转速为n1。可见，可见，定子旋转磁势定子旋转磁势F1与转子旋转磁势与转子旋转磁势F2，它们，它们相对于定子来说，都是同转向、以相同的转速相对于定子来说，都是同转向、以相同的转速n1一前一后旋转着，称为同步旋转。一前一后旋转着，称为同步旋转。所以：合成的总磁势，仍用所以：合成的总磁势，仍用 来表示。即来表示。即 这种情况下的合成磁磁势，就实质来说都一样，这种情况下的合成磁磁势，就实质来说都一样，都是产生气隙每极主磁通的励磁磁势。就大小都是产生气隙每极主磁通的励磁磁势。就大小来说，不一定都一样大。来说，不一定都一样大。 0F021FFF 在三

31、相异步电动机转子以转速在三相异步电动机转子以转速n转动转动时，定、转子磁势关系仍未改变，只是每时，定、转子磁势关系仍未改变，只是每个磁势的大小和相位有所不同。这里所讨个磁势的大小和相位有所不同。这里所讨论的合成磁势论的合成磁势F0是异步电动机运行时的励是异步电动机运行时的励磁磁势，与其对应的电流磁磁势，与其对应的电流I0是励磁电流，是励磁电流，对于一般异步电动机，励磁电流对于一般异步电动机，励磁电流I0约为额约为额定定子电流定定子电流I1N的（的（2050）%。7.4.4 转子绕组频率的折算转子绕组频率的折算:n转子旋转时，定、转子绕组中电流频率不同，转子旋转时，定、转子绕组中电流频率不同，故

32、不能将定、转子平衡方程式联立求解。由于故不能将定、转子平衡方程式联立求解。由于异步电机定、转子无电的直接联系，转子只是异步电机定、转子无电的直接联系，转子只是通过其磁动势通过其磁动势F2对定子作用，因此只要保证对定子作用，因此只要保证F2不变，可以不变，可以用一个静止的转子来代替旋转的转用一个静止的转子来代替旋转的转子，而定子方各物理量不发生任何变化，即对子，而定子方各物理量不发生任何变化，即对电网等效。电网等效。22222222222222s1sjXRRsEjXREjsXREsjXREIsss 上式告诉我们，不能简单地将旋转的转子上式告诉我们，不能简单地将旋转的转子堵住，而应在转子回路中串入

33、一个堵住，而应在转子回路中串入一个(1-s)R2/s的的电阻，使得回路电阻变为电阻，使得回路电阻变为R2/s，再将其堵转，再将其堵转，这样才能保证这样才能保证I2=I2s。 上述分析说明，在转子回路中串入一个上述分析说明，在转子回路中串入一个(1-s)R2/s的模拟电阻并堵转起来，与原旋转的的模拟电阻并堵转起来，与原旋转的转子相比，转子相比，F2不变，这种变换称为频率折算。不变，这种变换称为频率折算。经过频率折算，可以用一个等效的静止的转子来代经过频率折算，可以用一个等效的静止的转子来代替原来旋转的转子，定子方各物理量不变，但替原来旋转的转子，定子方各物理量不变，但旋转的旋转的转子产生的总机械

34、功率在静止的转子中如何体现呢转子产生的总机械功率在静止的转子中如何体现呢?转子绕组频率折算的目的：转子绕组频率折算的目的： 把定、转子两个不同频率的电路转换成同把定、转子两个不同频率的电路转换成同一频率的电路。一频率的电路。 转子绕组频率的折算方法：转子绕组频率的折算方法： 用一等效的静止转子代替实际转动的转子用一等效的静止转子代替实际转动的转子原则原则： 保持转子磁势保持转子磁势F2的大小不变（即的大小不变（即2s大小不大小不变）；变）；F2与与F1之间在空间相差的空间电角度不之间在空间相差的空间电角度不变（即变（即2s的相位不变），的相位不变），F2对对F1的影响不变。的影响不变。n同时，

35、在频率变换的过程中，除了电流有同时，在频率变换的过程中，除了电流有效值保持不变外，转子电路的功率因数角效值保持不变外，转子电路的功率因数角 也没有发生任何变化。即也没有发生任何变化。即n在上式的推导过程中，并没做任何的假设，在上式的推导过程中，并没做任何的假设，结果证明了两个电流结果证明了两个电流 和和 的有效值以的有效值以及初相角完全相等及初相角完全相等,但此时的频率已从但此时的频率已从变成变成 。2sRXarctgRsXRXarctgs2222222argsI22I2f1fn由此可见由此可见,频率折算是频率折算是用一个静止的电阻为用一个静止的电阻为 的等效转子去代替电的等效转子去代替电阻为

36、阻为R2的实际旋转的的实际旋转的转子转子,等效转子将于实等效转子将于实际转子具有相同的转际转子具有相同的转子磁动势子磁动势.sR2R2jX2SjX2R2/s)(22fEs)(12fE2IsI2转子频率折算 此时，转子电路虽然经过这种变换，但是此时，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大小是完全一样的，这就是转子电路的频率折算，即：率折算，即：把转子旋转时实际频率为把转子旋转时实际频率为f2的电路，变成了转子不转，频率为的电

37、路，变成了转子不转，频率为f1的电的电路。路。 而把上式得到的电阻的形式再进行变形，而把上式得到的电阻的形式再进行变形，可以分解成，可以分解成，很明显和转子不转时相比，转子侧多了一个很明显和转子不转时相比，转子侧多了一个电阻。电阻。2221RssRsR 注意注意:它的电动势为转子不转时它的电动势为转子不转时 （注意不（注意不是转子堵转时的电动势），转子回路的电是转子堵转时的电动势），转子回路的电阻变成阻变成 ，漏电抗变成，漏电抗变成 。对其中转。对其中转子回路电阻来说，除了原来转子绕组本身子回路电阻来说，除了原来转子绕组本身电阻电阻 外，相当于多串一个大小为外，相当于多串一个大小为 的电阻的电

38、阻,由等效电路可见由等效电路可见.而这个电阻很重要！而这个电阻很重要！ 2EsR22X2R2)1(Rss转子旋转时的定、转子电路图经过频率折算后的定、转子电路图频率折算后异步机的等效电路频率折算后异步机的等效电路 经频率折算后的异步电动机等效电路经频率折算后的异步电动机等效电路R1jX1R2jX2R2分析分析 频率折算后，转子回路电阻由两部分频率折算后，转子回路电阻由两部分组成，第一部分组成，第一部分R2是转子绕组一相的实际是转子绕组一相的实际电阻，其上产生的损耗就是转子电路的铜电阻，其上产生的损耗就是转子电路的铜损损 ；第二部分是附加是附加电阻；第二部分是附加是附加电阻 ，其上产生的损耗，其

39、上产生的损耗 是虚拟损是虚拟损耗，实际转子中并不存在但它却是表征耗，实际转子中并不存在但它却是表征实实际转动的转子的总机械功率。际转动的转子的总机械功率。2222RIm21Rss22221RssIm显然，此时我们是用一个静止的转子电阻显然，此时我们是用一个静止的转子电阻来代替旋转的转子电阻，即来代替旋转的转子电阻，即用在静止的用在静止的转子上消耗的电功率来等值代替旋转的转子上消耗的电功率来等值代替旋转的时候产生的机械能。时候产生的机械能。 再考虑把转子绕组的相数、匝数以及绕组再考虑把转子绕组的相数、匝数以及绕组系数都折合到定子边，转子回路的电压系数都折合到定子边，转子回路的电压方程式则变为方程

40、式则变为 ：)(2222XjsRIE7.4.5 基本方程式、等值电路和时间空间向基本方程式、等值电路和时间空间向量图量图 : 与异步电动机转子绕组短路并把转子堵住与异步电动机转子绕组短路并把转子堵住不转时相比较，在基本方程式中，只有转不转时相比较，在基本方程式中，只有转子绕组回路的电压方程式有所差别，其他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。几个方程式都一样。0212222210111111)()(IIIXjsRIEEEjXRIEjXRIEUmm经过频率折算、绕组折算后定、转子电路如下图所示n转子转动时异步电动机的转子转动时异步电动机的T形等效电路形等效电路n从等效电路图上我们

41、可以看出，转子电路从等效电路图上我们可以看出，转子电路中多了一个表征机械负载的等效电阻中多了一个表征机械负载的等效电阻n ，而，而在这个电阻上消耗的电功率在这个电阻上消耗的电功率在在n数值上刚好和转子旋转时的机械功率相等。数值上刚好和转子旋转时的机械功率相等。2)1(Rss讨论讨论1n当异步电动机当异步电动机空载空载时：时： 等值电路中的转子回路相当于等值电路中的转子回路相当于开开路，转子电流为路，转子电流为 因此因此功率因数很低功率因数很低。 2110Rsssnn，0120III，讨论讨论2 当异步电动机当异步电动机额定运行额定运行时：时：n这时的转子电流主要由这时的转子电流主要由 决定，转

42、子电路基本上决定，转子电路基本上为电阻性电路，所以电动机的为电阻性电路，所以电动机的功率因数较高功率因数较高。22222222)(.060.015XsREIXRsssssnnNNN，而），（一般，sR2讨论讨论3n当异步电动机当异步电动机起动瞬间起动瞬间：n 电动机没有输出，电动机没有输出， 相当于短路，这时相当于短路，这时就是前面所分析的堵转情况，定、转子电流就是前面所分析的堵转情况，定、转子电流都很大，从都很大，从T形等值电路看，此时的形等值电路看，此时的感应电势感应电势和主磁通约为空载运行时的一半。和主磁通约为空载运行时的一半。，01102Rsssn21Rss转子转动时的电磁关系转子转动

43、时的电磁关系11111FRIIU2s110)(EEBF22FIs1111XI jEss2222XI jEsss)(11111jXRIEU)(2222sssjXRIE(3)相量图相量图异步电动机对异步电动机对电网来说是感电网来说是感性负载。性负载。一般取主磁通一般取主磁通为参考相量为参考相量2E22IXj2I22IsR10I2I1I1E11IjX1U11IRn7.4.6 鼠笼转子鼠笼转子:n笼型转子相数等于转子导条数，即笼型转子相数等于转子导条数，即m2=Z2 。n每相只有一根导条，故匝数等于每相只有一根导条，故匝数等于1/2匝，绕组匝，绕组系数为系数为1，即，即N2=1/2，kN2=1 。n笼

44、型转子的极对数始终等于定子的极对数笼型转子的极对数始终等于定子的极对数。n 对于鼠笼转子的整个分析过程和前面我们所对于鼠笼转子的整个分析过程和前面我们所用的方法相同用的方法相同,所以所以,在这里我们不在进行详细在这里我们不在进行详细的分析的分析.7.5 三相异步电动机的功率和转矩三相异步电动机的功率和转矩7.5.1、功率平衡方程式功率变换和传递是电动机的主要功用,结合等效电路分析异步电动机功率流向。异步电动机从电源获取电功率，即输入功率：1111cos3IUP 此一功率首先通过定子绕组，产生定子铜耗：12113RIpcu 此功率产生的旋转磁场掠过定转子铁心，产生铁耗。定子铁心与旋转磁场相对转速

45、为n1较大，转子铁心与旋转磁场相对转速为n2=sn1较小，故铁耗主要为定子铁耗：mFeRIp203 剩余功率将通过气隙磁场感应到转子绕组，此一功率称为电磁功率。22222222211coscos332IEmIEPsRIppPPMFecuM功率传递（1） 电磁功率首先提供转子铜耗；22223IRpcu 剩余的电磁功率全部转化为机械功率；22213IRssPm 机械功率一部分克服机械损耗和附加损耗)%35 . 0(NsmPpp 其余功率为输出的机械功率smmppPP2 异步电动机的功率平衡方程式：pPpppppPPsmcuFecu12112功率传递（2）流程图几个重要的关系)1 ( :1:1 ;3

46、212222ssPpPnns)(PP s;Pp IsRPmcuMMmMcuMP1PMP2pcu1pFepcu2pm+ps P m三相异步电动机的效率三相异步电动机的效率 三相异步电动机的效率为：三相异步电动机的效率为： 异步电动机的总损耗：异步电动机的总损耗：%100)1 (%100%10021112pPpPpPPPsmCuFeCupppppp217.5.2转矩平衡方程式转矩平衡方程式 电磁转矩电磁转矩T为总机械功率为总机械功率Pm除以转子机械角速除以转子机械角速度度,有：有： 转矩平衡方程式为：转矩平衡方程式为：T2=P2/为电动机轴上输出转矩；为电动机轴上输出转矩；T0=(pm+ps)/为

47、为电动机的空载转矩，转矩的单位为：牛电动机的空载转矩，转矩的单位为：牛米米（Nm）。）。smmppPP202TTT各转矩表达式各转矩表达式n 为同步机械角速度为同步机械角速度。nppnppppTnPnPPTnPnPnPPsPsPTsmsmsmmMMMMm55. 960255. 960255. 955. 9602)1 ()1 (02222111160211n注意 7.5.3 电磁转矩的物理表达式：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 得电磁转矩：得电磁转矩：1602312221nsRIPTM602cos31222nIE602cos231222112nIkNf

48、dp22122cos23IkpNdp221cosICjT 式中式中 ： 是一常数，叫转矩系数。是一常数，叫转矩系数。 2223dpTjkpNC例：转矩及电磁转矩。电流、输出转矩、空载输入功率、效率、定子功率、转子铜损耗、转子电流频率、总机械转差率、试求电机额定运行时的，行时：定子星形连接，额定运：步电动机，有关参数为一台三相六极鼠笼型异.5 .82,231,474824. 0cos,50min,/960,380,5 . 701111WpWpWpHZfrnVUKWPFecuNNNN872. 044.860394.31515 .758225004. 004. 0100096010001211201

49、2PPWpppPPWPSSPspWpPPHZfsfsNNcuFecummNNMNcuNmNN解：mNTTTmNnpTmNnPTAUPINNNNNNNNN.43.75.82. 09550.61.74955086.15cos3020021117.6 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三相异步电动机的机械特性是指在定子电定子电压、频率和参数固定压、频率和参数固定的条件下，的条件下，电磁转矩电磁转矩T与转速与转速 n(或转差率或转差率 s)之间的函数之间的函数关系。关系。7.6.1 机械特性的参数表达式机械特性的参数表达式:已知已知:pfsRInsRIPT

50、M23602322212221n异步机等值电路中，由于励磁阻抗比定、异步机等值电路中，由于励磁阻抗比定、转子漏阻抗大很多，把转子漏阻抗大很多，把T型等值电路中励磁型等值电路中励磁阻抗这一段电路开路来计算阻抗这一段电路开路来计算 ，误差很小，误差很小,故故:代入上面电磁转矩公式中去，得到代入上面电磁转矩公式中去，得到:2I 22122112)(XXsRRUI2212211221)(6023XXsRRnsRUT n 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 U1、f1 及阻抗等参数，及阻抗等参数，T=f(s) 画成曲线便为画成曲线便为Ts曲线。曲线。n7.6.2 固有机械特

51、性固有机械特性 1 固有机械特性曲线固有机械特性曲线2212211221)(23XXsRRfsRpUT 有了机械特性的表达式有了机械特性的表达式,我们就可以作出相应我们就可以作出相应的特性曲线的特性曲线.根据条件根据条件 的不同的不同,特性曲线又可特性曲线又可以分为以分为固有机械特性曲线固有机械特性曲线和和人为特性曲线人为特性曲线:固有机械特性曲线固有机械特性曲线:三相异步电动机三相异步电动机在电压、在电压、频率均为额定值不变，定、转子回路不串入频率均为额定值不变，定、转子回路不串入任何电路元件时任何电路元件时的机械特性称为固有机械特的机械特性称为固有机械特性，如图性，如图.从图上我们可以看出

52、三从图上我们可以看出三相异步电动机固有机相异步电动机固有机械特性不是一条直线，械特性不是一条直线，它具有以下特点：它具有以下特点：（1）在）在0S1，即，即0 nn1的范围内，特性的范围内，特性在第在第象限，电磁转象限，电磁转矩矩T和转速和转速n都为正，都为正，从正方向规定判断，从正方向规定判断，T与与n同方向，同方向，n与与n1同方向。电动机工作同方向。电动机工作在这范围内是在这范围内是电动状电动状态。态。 （2）在）在s0范围内，范围内，n ，特性在第，特性在第象限，象限，电磁转矩为负值，是制动性转矩电磁转矩为负值，是制动性转矩，电磁功率也是负值，是发电状态电磁功率也是负值，是发电状态，如

53、图左，如图左上部所示上部所示,机械特性在机械特性在 s0和和s0两个范围两个范围内近似对称。内近似对称。（3）在）在s1范围内，范围内，n0，特性在第，特性在第象象限，限，T0，也是一种，也是一种制动状态制动状态，如图右下，如图右下部所示。部所示。在第在第象限电动状态的特性上，象限电动状态的特性上，B点为额定点为额定运行点，其电磁转矩与转速均为额定值。运行点，其电磁转矩与转速均为额定值。A点，点， T=0, 为理想空载运行点。为理想空载运行点。C点是电磁转矩最大点。点是电磁转矩最大点。D点点n=0，转矩为，转矩为TS，是起动点（见图，是起动点（见图 ）。）。1n1nn 三相异步电动机的固有机械

54、特性sn0nNsNnmsm10TNTstTmaxTABCDn1B点：额定运行点点：额定运行点A点：理想空载运行点点：理想空载运行点（T=0, n=n1 ）。）。C点：电磁转矩最大点。点：电磁转矩最大点。D点：起动点点：起动点 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，正、负最大电磁转矩可以从参数表达式求得，令令 :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 一般情况下，一般情况下， 值不超过值不超过 的的5%，可以，可以忽略

55、。这样一来，有忽略。这样一来，有: 也就是说，异步发电机状态和电动机状态的也就是说，异步发电机状态和电动机状态的最大电磁转矩绝对值可近似认为相等，临最大电磁转矩绝对值可近似认为相等，临界转差率也近似认为相等，机械特性具有界转差率也近似认为相等，机械特性具有对称性。对称性。21R221XX)()(232121221121XXRsXXfpUTmm很重要！上两式表明：上两式表明： 最大电磁转矩与最大电磁转矩与电压平方电压平方成正比，与成正比，与定转子漏电抗成定转子漏电抗成反比；反比； 临界转差率与临界转差率与转子电阻转子电阻成正比，与成正比，与定定转子漏电抗转子漏电抗成反比，与成反比，与电压大小电压

56、大小无关。无关。)()(232121221121XXRsXXfpUTmmn过载倍数过载倍数:最大电磁转矩与额定电磁转矩的最大电磁转矩与额定电磁转矩的比值即最大转矩倍数，又称比值即最大转矩倍数，又称过载倍数过载倍数，用，用表示为表示为 一般三相异步电动机一般三相异步电动机=1.62.2,起重、冶金起重、冶金用的异步电动机用的异步电动机=2.22.8。 3.堵转转矩堵转转矩: 满足满足n=0，s=1的电磁转矩的电磁转矩,将将s1代入式中，代入式中，得到堵转转矩为得到堵转转矩为:NmTT2212211221)()(23XXRRfRpUTsn从式中看出，从式中看出，TS与电压平方成正比与电压平方成正比

57、，漏电，漏电抗越大，堵转转矩越小。抗越大，堵转转矩越小。 堵转转矩倍数堵转转矩倍数:堵转转矩与额定转矩的比值堵转转矩与额定转矩的比值称为堵转转矩倍数，用称为堵转转矩倍数，用 表示，表示， 电动机起动时，电动机起动时，TS大于大于(1.11.2)倍的负载倍的负载转矩才可顺利起动。一般异步电动机堵转转矩才可顺利起动。一般异步电动机堵转转矩倍数转矩倍数 =0.81.2。 TKNsTTTKTK 4.稳定运行问题稳定运行问题: 从三相异步电动机机械特性上看：从三相异步电动机机械特性上看： 当当 ， 机械特性下斜，拖动恒转矩负机械特性下斜，拖动恒转矩负载和泵类负载运行时均能稳定运行。载和泵类负载运行时均能

58、稳定运行。 当当 ，机械特性上翘，拖动恒转矩，机械特性上翘，拖动恒转矩负载不能稳定运行。拖动泵类负载时，满足负载不能稳定运行。拖动泵类负载时，满足 处处 的条件，即可以稳定运行。但是由于这的条件，即可以稳定运行。但是由于这时候转速低，转差率大，转子电动势时候转速低，转差率大，转子电动势 比正比正常运行时大很多，造成转子电流、定子电流均很大，常运行时大很多，造成转子电流、定子电流均很大，不能长期运行。不能长期运行。 因此三相异步电动机稳定运行在因此三相异步电动机稳定运行在 范围范围内，内，长期稳定长期稳定运行在运行在 范围内。范围内。mss 01 ssmLTT dndTdndTL22sEEsNs

59、s 0mss 0n 7.6.3 人为机械特性人为机械特性:n从机械特性表达式上可以看出：可以通过改变一些从机械特性表达式上可以看出：可以通过改变一些参数使得特性曲线更满足用户的需要参数使得特性曲线更满足用户的需要,这样就得到这样就得到了人为机械特性曲线了人为机械特性曲线. 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: 保持其它量都不变，只改变定子电压的大小，保持其它量都不变，只改变定子电压的大小，研究这种情况下的机械特性。由于异步电机的磁路研究这种情况下的机械特性。由于异步电机的磁路在额定电压下已有点饱和了，故不宜再升高电压。在额定电压下已有点饱和了，故不宜再升高电压。221

60、2211221)(6023XXsRRnsRUTn异步电机的同步转速与电压无关。不同电异步电机的同步转速与电压无关。不同电压的人为机械特性，都得通过压的人为机械特性，都得通过 点。点。n电磁转矩电磁转矩T与与 成正比，为此最大转矩成正比，为此最大转矩 以及起动转矩以及起动转矩TS都要随都要随 的降低而按的降低而按 的的平方减小。平方减小。n而最大转矩对应的转差率而最大转矩对应的转差率 不变。如图所示。不变。如图所示。问题问题:拖动额定负载的异步电动机能否长期处拖动额定负载的异步电动机能否长期处于低压下运行？半载或轻载呢？于低压下运行？半载或轻载呢？ 1n21UmT1U1Ums1.三相异步电动机降