电机与电力拖动第五章三相异步电动机2

1、旋转磁场旋转磁场是是交流电机交流电机工作的基础。在交流电机理论中有两种旋工作的基础。在交流电机理论中有两种旋转磁场：转磁场： (1) 机械旋转磁场机械旋转磁场 通过原动机拖动磁极旋转可以产生通过原动机拖动磁极旋转可以产生机械旋转磁场；机械旋转磁场；(2) 电气旋转磁场电气旋转磁场 三相对称的交流绕组通入三相对称的交流电流时会在电机三相对称的交流绕组通入三相对称的交流电流时会在电机的气隙空间产生电气旋转磁场；的气隙空间产生电气旋转磁场； 交流绕组处于旋转磁场中，并切割旋转磁场，产生感应电势。交流绕组处于旋转磁场中，并切割旋转磁场，产生感应电势。53 交流绕组的感应电动势交流绕组的感应电动势电气旋

2、转磁场电气旋转磁场机械旋转磁场机械旋转磁场旋转磁场旋转磁场 交流绕组的构成：导体交流绕组的构成：导体-线圈线圈-线圈组线圈组-一相绕组一相绕组-三相绕组三相绕组 。一、相绕组中的基本电动势一、相绕组中的基本电动势 感应电势随时间变化感应电势随时间变化的波形和磁感应强度在的波形和磁感应强度在空间的分布波形相一致。空间的分布波形相一致。 只考虑磁场基波时，只考虑磁场基波时，感应电势为正弦波。感应电势为正弦波。 lvBtexx)(1、导体中的感应电势、导体中的感应电势 感应电势的波形感应电势的波形 磁场转过一对极，导体中的感应电势变化一个周期；磁场转过一对极，导体中的感应电势变化一个周期； 磁场旋转

3、一周，转过磁场旋转一周，转过p（电机的极对数）对磁极；（电机的极对数）对磁极； 转速为转速为n（r/min)的电机，每秒钟转过的电机，每秒钟转过(pn/60)对极；对极； 导体中感应电势的频率导体中感应电势的频率f=(pn/60)Hz. 问题：四极电机，要使得导体中的感应电势为问题：四极电机，要使得导体中的感应电势为50Hz,50Hz,转速应为多少？转速应为多少？ 感应电势的频率感应电势的频率感应电势的大小感应电势的大小 导体感应电势导体感应电势 导体与磁场的相对速度：导体与磁场的相对速度： lvBEn max60 2n/pv 磁感应强度峰值和平均值之间的关系：磁感应强度峰值和平均值之间的关系

4、： 感应电势最大值：感应电势最大值： 感应电势的有效值：感应电势的有效值：;2pBB1max22. 22fEEnn1max )( 22flBfflBEppn绕组中均匀分布着许多导体，这些导体中的感应电绕组中均匀分布着许多导体，这些导体中的感应电势势有效值，频率，波形有效值，频率，波形均相同；但是他们的均相同；但是他们的相位相位不不相同。相同。 导体感应电势小结：导体感应电势小结：整距线圈中的感应电势整距线圈中的感应电势 2、线圈中的感应电势、线圈中的感应电势 线圈的两个有效边处线圈的两个有效边处于磁场中相反的位置，于磁场中相反的位置，其感应电势相差其感应电势相差180电电角度。角度。 1212

5、nnnyEEEE 整距线圈的感应电势：整距线圈的感应电势： 考虑到线圈的匝数后：考虑到线圈的匝数后：144.4yyfNEy 线圈的两个有效边在磁场中相距为线圈的两个有效边在磁场中相距为y1,其感应电势相位差其感应电势相位差是是180-电角度。电角度。 短距线圈中的感应电势短距线圈中的感应电势 短距角：短距角：01180y 短距线圈的感应电势：短距线圈的感应电势： 11144.42cos2yynykfNEE 短距系数：短距系数：)90sin(2cos22cos201111yEEknny整距线圈电势短距线圈电势 短距系数小于短距系数小于1，故短距线圈感应电势有所损失；但短距，故短距线圈感应电势有所

6、损失；但短距可以削弱高次谐波可以削弱高次谐波. 每对极下属于同一相的每对极下属于同一相的q个线圈，构成一个线圈组。图中个线圈，构成一个线圈组。图中q=3 每个线圈的感应电势由两个线圈边的感应电势每个线圈的感应电势由两个线圈边的感应电势矢量相加矢量相加而成。而成。 整个线圈组的感应电势由所有属于该组的导体电势矢量相加。整个线圈组的感应电势由所有属于该组的导体电势矢量相加。 线圈组的感应电势线圈组的感应电势 矢量式矢量式321yyyyzEEEE 分布系数：分布系数：2sin2sin1qqqEEkyqq集中绕组的感应电势分布绕组的感应电势 线圈组的电势线圈组的电势：q11k 44.4yqfqNE线圈

7、组的感应电势线圈组的感应电势3、一相绕组的电势、一相绕组的电势单层绕组的相电势单层绕组的相电势 单层绕组每对极每相单层绕组每对极每相q个线圈，组成一个线圈组，共个线圈，组成一个线圈组，共p个线圈组。个线圈组。 若若p个线圈组全部并联则相电势个线圈组全部并联则相电势=线圈组的电势线圈组的电势 若若p个线圈组全部串联则相电势个线圈组全部串联则相电势=p 倍倍 线圈组电势线圈组电势 实际线圈组可并可串，总串联匝数实际线圈组可并可串，总串联匝数 apqNNy并联支路数每相总匝数1111444q kfN.E 相电势：相电势： 双层绕组每对极每相有双层绕组每对极每相有2q个线圈，构成两个线圈组，个线圈，构

8、成两个线圈组，共共2p个线圈组；个线圈组； 这这2p个线圈组可并可串，总串联匝数个线圈组可并可串，总串联匝数 双层绕组的电势双层绕组的电势apqNNy21并联支路数每相总匝数 双层绕组要考虑到短距系数双层绕组要考虑到短距系数： 1 1111 1144. 444. 4wqykfNkkfNE为绕组系数：为绕组系数：111qywkkk 三相绕组由在空间错开三相绕组由在空间错开120电角度对称分布的三个单相绕组电角度对称分布的三个单相绕组构成，三相相电势在构成，三相相电势在时间上相差时间上相差120度电角度度电角度。 三相线电势与相电势的关系：三相线电势与相电势的关系： 三角形接法，线电势三角形接法，

9、线电势=相电势相电势； 星形接法星形接法，三相绕组的电势三相绕组的电势相电势线电势 3 正弦分布的以转速正弦分布的以转速n旋转的旋转磁场，在三相对称交流旋转的旋转磁场，在三相对称交流绕组中会感应出三相对称交流电势；绕组中会感应出三相对称交流电势； 感应电势的波形同磁场波形，为正弦波；感应电势的波形同磁场波形，为正弦波； 感应电势的频率为感应电势的频率为 f=(pn/60)Hz ；2sin2sin1qqkq)90sin(2cos011yky1 1111 1144. 444. 4wqykfNkkfNE 相电势的大小为相电势的大小为 111qywkkk 绕组系数绕组系数三相绕组电势总结三相绕组电势总

10、结二、相绕组中的高次谐波电动势二、相绕组中的高次谐波电动势由于种种原因（定转子铁芯开槽、主极的外形、铁心的饱由于种种原因（定转子铁芯开槽、主极的外形、铁心的饱和、气隙磁场的非正弦分布），和、气隙磁场的非正弦分布）， 主极磁场在气隙中不一主极磁场在气隙中不一定是正弦分布定是正弦分布(见教材图见教材图5-6至图至图5-8），）， 此时绕组的感应此时绕组的感应电动势中，电动势中， 除基波外还有一系列高次谐波电动势。除基波外还有一系列高次谐波电动势。 通常，主极磁场的分布与磁极中心线相对称，通常，主极磁场的分布与磁极中心线相对称， 故气隙磁故气隙磁场中含有奇次空间谐波。场中含有奇次空间谐波。 1、3、

11、5 1、主极磁场产生、主极磁场产生 次谐波的性质次谐波的性质 极对数为基波的极对数为基波的 倍，极距为基波的倍，极距为基波的1/ 1/ ，随主极一起，随主极一起以同步转速在空间移动。即以同步转速在空间移动。即 ; ; 1 nn pp 谐波频率：谐波频率：11 6060fpnnpf 谐波电动势的有效值：谐波电动势的有效值：wkNfE44.4为为 次谐波的磁通量，次谐波的磁通量， lB2wk为为 次谐波的绕组系数，次谐波的绕组系数，)2sin2sin()90(sin01qqykkkqyw2、谐波的弊害、谐波的弊害高次谐波：高次谐波： 对于发电机，电动势波形变坏，对于发电机，电动势波形变坏， 降低供

12、电质量；降低供电质量； 本身杂散损耗增大，本身杂散损耗增大， 效率下降，效率下降， 温升增高；温升增高； 对邻近线路产生干扰。对邻近线路产生干扰。3、消除谐波的方法、消除谐波的方法wNkfE44. 4根据根据减小减小 或或 可降低谐波。可降低谐波。wk（1）采用短距绕组）采用短距绕组适当地选择线圈的节距，适当地选择线圈的节距， 使得某一次谐波的短距系数使得某一次谐波的短距系数等于或接近零，等于或接近零， 达到消除或减弱该次谐波的目的。达到消除或减弱该次谐波的目的。 ), 2 , 1(2 18090 090sin100101kkykyykyv例：为消除例：为消除5次谐波次谐波 ，或54 ,521

13、1yy从不过分消除基波和用铜考虑，从不过分消除基波和用铜考虑， 应选尽可能应选尽可能接近于整距的接近于整距的短节距短节距。即。即2k 1， ky21对于对于此时，此时， 11y换言之，换言之， 为了消除第为了消除第 次谐波，次谐波， 只要选比整距短只要选比整距短 的短距线圈的短距线圈跨距的选择（跨距的选择（1）短距绕组往往采用短距绕组往往采用 , 主要考虑同时减小主要考虑同时减小5次、次、7次谐波。次谐波。 65对于对于5次谐波，次谐波， 选用选用54对于对于7次谐波，次谐波， 选选用用76（2）采用分布绕组）采用分布绕组就分布绕组来说，就分布绕组来说， 每极每相槽数每极每相槽数q越多，越多，

14、 抑制谐波抑制谐波电动势的效果越好，电动势的效果越好， 但但q增多，增多， 意味总槽数增多，意味总槽数增多， 电机成本提高。电机成本提高。 2sin2sinqqkq采用分布绕组采用分布绕组54交流绕组建立的磁动势交流绕组建立的磁动势一、交流电机定子单相绕组的磁势一、交流电机定子单相绕组的磁势1、单个整距集中绕组的磁势、单个整距集中绕组的磁势 一个整距线圈在异步电机中产生的磁势一个整距线圈在异步电机中产生的磁势 磁力线穿过转子铁心，定子铁心和两个气隙磁力线穿过转子铁心，定子铁心和两个气隙 相对于气隙而言，由于铁心磁导率极大，其上消耗的磁相对于气隙而言，由于铁心磁导率极大，其上消耗的磁势降可以忽略

15、不计势降可以忽略不计 ，线圈在一个气隙上施加的磁势为：，线圈在一个气隙上施加的磁势为： yyyiNf21 如果通过线圈的电流为正弦波，如果通过线圈的电流为正弦波， 则矩形波的高度也则矩形波的高度也将按正弦变化。将按正弦变化。 一个位置固定，幅一个位置固定，幅值随时间按正弦变值随时间按正弦变化，化，矩形脉振磁势。矩形脉振磁势。矩形脉振磁势矩形脉振磁势 脉振磁势可以表示为脉振磁势可以表示为 tcosF tcos22yyyyINfyyyINF22为幅值为幅值 按照富立叶级数分解的方法可以把矩形波分解为基波和按照富立叶级数分解的方法可以把矩形波分解为基波和一系列谐波一系列谐波 基波幅值为基波幅值为：y

16、yyyyyININFF9 . 022441 高次谐波的幅值为高次谐波的幅值为yyyyINFF9 . 011 1矩形波脉振磁势的分解矩形波脉振磁势的分解基波在空间按正弦分布；在时间上，任何一个位置的磁势基波在空间按正弦分布；在时间上，任何一个位置的磁势都按正弦变化。所以基波是一个正弦分布的正弦脉振磁势。都按正弦变化。所以基波是一个正弦分布的正弦脉振磁势。其表达式为：其表达式为： tcoscos11xFfyy2、 （1）整距分布绕组的磁势）整距分布绕组的磁势 由由q个线圈构成的线圈组，由于线圈与线圈之间错开一个个线圈构成的线圈组，由于线圈与线圈之间错开一个槽距角，称为槽距角，称为分布绕组分布绕组。

17、 取单个线圈的基波进行分析（为正弦脉振磁势），取单个线圈的基波进行分析（为正弦脉振磁势），q个个正弦脉振磁势在空间依次错开一个槽距角；正弦脉振磁势在空间依次错开一个槽距角； 线圈组的磁势为：线圈组的磁势为：11119 . 0qyyqyqkqNIkqFF2sin2sin111qqqFFkyqq双层短距绕组的磁势为：双层短距绕组的磁势为：111111)2(9 . 022cos2yqyyyqqkkqNIkFFF)90sin(2cos22cos201111yFFkqqy（2）双层短距绕组的磁势）双层短距绕组的磁势如果只看每对极产如果只看每对极产生的磁动势，生的磁动势， 与上面与上面的两极电机完全一样，

18、的两极电机完全一样， 所以多极电机只研究所以多极电机只研究每对极磁动势就行了。每对极磁动势就行了。 一相绕组的总磁动一相绕组的总磁动势平均作用于各个磁势平均作用于各个磁极，极， 单相绕组磁动势，单相绕组磁动势， 不是一相绕组的总磁不是一相绕组的总磁动势，动势， 而是作用于一而是作用于一个磁极的磁动势。个磁极的磁动势。 2yyiN2yyiN-90090027003、 单相绕组磁势的统一表达式单相绕组磁势的统一表达式 为了统一表示相绕组的磁势，引入每相电流为了统一表示相绕组的磁势，引入每相电流I、每相串联每相串联匝数匝数N1等概念。等概念。单层绕组）双层绕组）；(2 ;11apqNNapqNNaI

19、Iyyy 统一公式：统一公式：1111119 . 0229 . 0wyqkpNIkkpqaNqaIF 单相绕组产生的基波磁势仍然是正弦脉振磁势，磁势幅单相绕组产生的基波磁势仍然是正弦脉振磁势，磁势幅值位置与绕组轴线重合，时间上按正弦规律脉振。值位置与绕组轴线重合，时间上按正弦规律脉振。 tcoscos11xFfwyqkpNIkkpqaNqaIF119 . 0229 . 01 单相绕组产生的谐波磁势也是正弦脉振磁势，时间上按单相绕组产生的谐波磁势也是正弦脉振磁势，时间上按正弦规律脉振。正弦规律脉振。 tcoscosxFf 考虑单相绕组电流产生的谐波磁势，考虑单相绕组电流产生的谐波磁势， 其统一表

20、达式为：其统一表达式为：二、三相基波旋转磁势二、三相基波旋转磁势单相正弦脉振磁势的分解：单相正弦脉振磁势的分解： 设设A相绕组通过电流：相绕组通过电流： tcos2Iia 其基波磁势为其基波磁势为: tcoscos1xFfa-11FF t)cos(21 t)cos(21xFxFfa F最高点的运行轨迹为最高点的运行轨迹为x t ，即最高点的位置随时间，即最高点的位置随时间以角速度以角速度运动（速度运动（速度= x / t ）。）。 F最高点的运行轨迹为最高点的运行轨迹为x t ，即最高点的位置随时，即最高点的位置随时间以角速度间以角速度运动。运动。 F+波是一个旋转波，在气隙空间以角度波是一个

21、旋转波，在气隙空间以角度速速旋转，转速为：旋转，转速为：pfpfpn602260260 单相正弦脉动磁势可以分解为两个转向单相正弦脉动磁势可以分解为两个转向相反的旋转磁势。相反的旋转磁势。三相基波磁势合成旋转磁势三相基波磁势合成旋转磁势 三相对称电流：三相对称电流：三相对称电流通过三相对称绕组时各自产生的磁势：三相对称电流通过三相对称绕组时各自产生的磁势：)480 cos(21) cos(21)240 cos()240cos()240 cos(21) cos(21)120 cos()120cos() cos(21) cos(21 coscos011001011001111txFtxFtxFft

22、xFtxFtxFftxFtxFtxFfcba)120 tcos(2)120- tcos(2 tcos200IiIiIicba三相合成磁势为三相合成磁势为) cos(2311txFffffcba 三相对称交流绕组通过三相三相对称交流绕组通过三相对称电流时将产生旋转磁势。对称电流时将产生旋转磁势。关于旋转磁势的进一步讨论关于旋转磁势的进一步讨论 三相对称交流绕组通过三相对称交流电流时，三个反向旋三相对称交流绕组通过三相对称交流电流时，三个反向旋转磁势在空间错开转磁势在空间错开120电角度相互抵消，三个正向旋转磁势电角度相互抵消，三个正向旋转磁势在空间同相位，合成一个圆形旋转磁势。在空间同相位，合成

23、一个圆形旋转磁势。 圆形旋转磁势的幅值为圆形旋转磁势的幅值为：111135. 119 . 023231wwkpNIkpNIFF 圆形旋转磁势的转速为圆形旋转磁势的转速为：pfn60 当某相电流达到最大值时，旋转磁势的波幅刚好转到该当某相电流达到最大值时，旋转磁势的波幅刚好转到该线绕组的轴线上，旋转磁势的转向线绕组的轴线上，旋转磁势的转向:由带有超前电流的相由带有超前电流的相转向带有滞后电流的相。转向带有滞后电流的相。)120 tcos(2)120- tcos(2 tcos200IiIiIicba) cos(2311txFf 改变旋转磁场转向改变旋转磁场转向的方法：调换任意的方法：调换任意两相电

24、源线（改变两相电源线（改变相序）相序）旋转磁势旋转磁势 t=1200 t=00 t=2400 t=3600三相绕组的合成三相绕组的合成 次谐波磁动势次谐波磁动势（1）三次谐波磁动势的极对数是基波的三倍，）三次谐波磁动势的极对数是基波的三倍， 三相三相绕组各自建立的三次谐波磁动势表达式绕组各自建立的三次谐波磁动势表达式)240 cos(3cos)240 cos()240( 3cos)120 cos(3cos)120 cos()120( 3cos cos3cos03003303003333txFtxFftxFtxFftxFfcba三相合成的三次谐波磁动势三相合成的三次谐波磁动势03333cbaff

25、ff三相合成的三次谐波磁动势为零。三相合成的三次谐波磁动势为零。 这个结论可推广到这个结论可推广到 6k3的谐波次数。的谐波次数。 （2）五次谐波磁动势的极对数是基波的五倍，）五次谐波磁动势的极对数是基波的五倍， 三相三相绕组各自建立的五次谐波磁动势表达式绕组各自建立的五次谐波磁动势表达式) 5cos(21)240 5cos(21 )240 cos()240(5cos) 5cos(21)120 5cos(21 )120 cos()120(5cos) 5cos(21) 5cos(21 cos5cos505005550500555555txFtxFtxFftxFtxFtxFftxFtxFtxFfc

26、ba五次谐波磁势五次谐波磁势三相合成五次谐波磁动势三相合成五次谐波磁动势)5cos(2355txff五次谐波磁动势性质：五次谐波磁动势性质：转速为基波转速的转速为基波转速的1/5 （速度（速度= x / t - / 5） ；转向与基波转向相反；转向与基波转向相反；幅值：幅值：IpkNFFw515535. 15123结论可推广到结论可推广到 6k1次的谐波。次的谐波。（3）七次谐波磁动势的极对数是基波的七倍，）七次谐波磁动势的极对数是基波的七倍， 三相三相绕组各自建立的七次谐波磁动势表达式绕组各自建立的七次谐波磁动势表达式)120 5cos(21) 7cos(21 )240 cos()240(7

27、cos)240 7cos(21) 7cos(21 )120 cos()120(7cos) 7cos(21) 7cos(21 cos7cos077007707700777777txFtxFtxFftxFtxFtxFftxFtxFtxFfcba七次谐波磁势七次谐波磁势三相合成七次谐波磁动势三相合成七次谐波磁动势)7cos(2377txff七次谐波磁动势性质：七次谐波磁动势性质：转速为基波转速的转速为基波转速的1/7 （速度（速度= x / t / 7） ；转向与基波转向相同；转向与基波转向相同；幅值幅值IpkNFFw717735. 17123结论可推广到结论可推广到 6k1次的谐波。次的谐波。交流

28、绕组建立的磁动势总结交流绕组建立的磁动势总结1135. 11wkpNIF t)cos(xFfpfn601 同步转速的概念：同步转速的概念：电源频率电源频率f=50Hz,旋转磁势的转速旋转磁势的转速为某些固定值，如二为某些固定值，如二极电机为极电机为3000r/min;这些固定的转速这些固定的转速叫同步转速叫同步转速。 同步转速同步转速pfn601同步转速：同步转速：三、定子三相绕组建立的磁场三、定子三相绕组建立的磁场 在气隙中以同步速在气隙中以同步速n1旋转的基波磁动势及一系列以各旋转的基波磁动势及一系列以各种不同转速旋转的谐波磁动势在气隙中形成各自的旋转种不同转速旋转的谐波磁动势在气隙中形成

29、各自的旋转磁场。磁场。基波磁场为：基波磁场为：)cos(),(),(1101txBtxftxBm 若气隙均匀，若气隙均匀， 基波磁场也是以同步速旋转的圆形磁场；基波磁场也是以同步速旋转的圆形磁场； 忽略铁耗，忽略铁耗， 基波磁密波的幅值位置与产生它的基波磁动基波磁密波的幅值位置与产生它的基波磁动势波的幅值位置重合；势波的幅值位置重合； 考虑铁耗，基波磁密波的幅值位置落后于产生它的基波考虑铁耗，基波磁密波的幅值位置落后于产生它的基波磁动势波的幅值位置一个铁耗角。磁动势波的幅值位置一个铁耗角。 主磁通和漏磁通主磁通和漏磁通基波旋转磁场产生的经过气隙，同时交链定子和转子绕组基波旋转磁场产生的经过气隙

30、，同时交链定子和转子绕组的磁通叫的磁通叫主磁通主磁通。 转子绕组切割主磁通并在转子中产生感应电流；转子绕组切割主磁通并在转子中产生感应电流； 感应的转子电流在磁场中受到电磁力的作用而形感应的转子电流在磁场中受到电磁力的作用而形成驱动转矩，使电机旋转。成驱动转矩，使电机旋转。谐波磁动势建立的谐波磁场也交链定转子，谐波磁动势建立的谐波磁场也交链定转子， 但是但是对转子的作用不会产生有效的转矩，对转子的作用不会产生有效的转矩， 对定子绕组产生的感应电动势的频率与基波频率一致，对定子绕组产生的感应电动势的频率与基波频率一致， 影响定子回路的电压平衡，影响定子回路的电压平衡， 作为漏磁场处理。作为漏磁场

31、处理。116060fnpnpf主磁通主磁通槽漏磁通：由槽的一壁横越至槽漏磁通：由槽的一壁横越至槽的另一壁的漏磁通。槽的另一壁的漏磁通。端部漏磁通：交端部漏磁通：交链链绕组端部的绕组端部的漏磁通。漏磁通。谐波漏磁通：谐波磁势会产生谐波漏磁通：谐波磁势会产生谐波磁通。谐波磁通。 漏磁通漏磁通定子绕组的定子绕组的漏磁通漏磁通电机正常运转时，谐波磁通不会电机正常运转时，谐波磁通不会产生有用的转矩。产生有用的转矩。 漏电抗：漏磁通在定子绕组中会感应漏磁电势，该电势用漏电抗：漏磁通在定子绕组中会感应漏磁电势，该电势用漏抗压降表示漏抗压降表示:111XI jE1X称为漏电抗。称为漏电抗。 转子绕组通过电流时

32、，也会有漏磁通。对应的漏抗电势转子绕组通过电流时，也会有漏磁通。对应的漏抗电势222XI jE 漏电抗漏电抗电抗公式：电抗公式： mmRNfRNiiNfiNffLLX2 2)( 2)( 2 2影响漏电抗大小的因素影响漏电抗大小的因素漏电抗对电机的性能有很大的影响。漏电抗对电机的性能有很大的影响。电流频率，绕阻匝数，漏磁路的磁阻是决定漏磁电流频率，绕阻匝数，漏磁路的磁阻是决定漏磁通大小的主要因素。通大小的主要因素。 比如，槽口宽，在槽口漏磁通小；端部长，则比如，槽口宽，在槽口漏磁通小；端部长，则端部漏磁通大。端部漏磁通大。 转差率转差率 切割磁力线是产生转子感应电流和电磁转矩的必要条件。切割磁力

33、线是产生转子感应电流和电磁转矩的必要条件。 转子必须与旋转磁场保持一定的速度差，才可能切割磁力转子必须与旋转磁场保持一定的速度差，才可能切割磁力线。线。 旋转磁场的转速用旋转磁场的转速用n1表示，称为同步转速；转子的实际转表示，称为同步转速；转子的实际转速用速用n表示，转差表示，转差n=n1-n。 转差率转差率是异步电动机的一个基本变量，在分析异步电动机是异步电动机的一个基本变量，在分析异步电动机运行时有着重要的地位。运行时有着重要的地位。 11nnns转差率：转差率： 起动瞬间，起动瞬间，n = 0,s=1 理想空载运行时：理想空载运行时：n=n1,s=0 作为电动机运行时，作为电动机运行时

34、，s 的范围在的范围在0-1之间。之间。 转差率一般很小，如转差率一般很小，如 s = 0.03。 制动运行时，电磁转矩方向与转速方向相反，即制动运行时，电磁转矩方向与转速方向相反，即n1与与n反向，反向，s1 发电运行时，发电运行时，n 高于同步转速高于同步转速n1, s0. S值与电机运行状态的关系值与电机运行状态的关系11nnns转差率：转差率：5-5 异步电动机的等效电路异步电动机的等效电路一、异步电动机电势平衡方程式一、异步电动机电势平衡方程式1、定子绕组电势平衡方程式、定子绕组电势平衡方程式定子绕组接到交流电源上，与电源电压相平衡的电势（压定子绕组接到交流电源上，与电源电压相平衡的

35、电势（压降）包括：主电势、漏磁电势和电阻压降。降）包括：主电势、漏磁电势和电阻压降。 主电势（感应电势）：主电势（感应电势）： 定子绕组通入三相对称交流电流时，将会产生旋转的定子绕组通入三相对称交流电流时，将会产生旋转的主磁通，同时被定子绕组和转子绕组切割，并在其中产主磁通，同时被定子绕组和转子绕组切割，并在其中产生感应电势。生感应电势。 定子绕组感应电势的有效值：定子绕组感应电势的有效值： 1111144.4wkNfE漏磁电势（漏抗压降）漏磁电势（漏抗压降） 定子漏磁通：仅与定子绕组相交链。定子漏磁通：仅与定子绕组相交链。 漏抗压降：漏抗压降： 电阻压降：电阻压降： 定子电势平衡方程式：定子

36、电势平衡方程式： 111XI jE11IR11111111)(IZEIjXREU转子绕组的感应电势转子绕组的感应电势 转子绕组切割主磁通的转速转子绕组切割主磁通的转速 主磁通以同步速度旋转主磁通以同步速度旋转 转子以转速转子以转速n旋转旋转 转子绕组导体切割主磁通的相对转速为转子绕组导体切割主磁通的相对转速为(n1-n)=sn1 转子绕组中感应电势的频率转子绕组中感应电势的频率： 公式：公式： 结论：由于结论：由于s很小，转子感应电势频率很低。很小，转子感应电势频率很低。0.5-3Hz 1111126060)(sfpnnnnnnpf2、转子绕组的电势及电流、转子绕组的电势及电流 感应电势与转差

37、率正比。感应电势与转差率正比。 对绕线式异步电机，转子绕组每相串联匝数，相数计算方法同对绕线式异步电机，转子绕组每相串联匝数，相数计算方法同定子绕组的计算。定子绕组的计算。 对笼形转子来说，由于每个导条中电流相位均不一样，所以，对笼形转子来说，由于每个导条中电流相位均不一样，所以，每个导条即为一相，可见相数等于导条数即转子槽数；每相串每个导条即为一相，可见相数等于导条数即转子槽数；每相串联匝数为半匝即联匝数为半匝即1/2。 注意转子不动时（注意转子不动时（s=1)时的感应电势与转子旋转时感应电势的时的感应电势与转子旋转时感应电势的关系。关系。 22121212121222)44.4( 44.4

38、44.4sEkNfskNsfkNfEwwws转子感应电势的有效值转子感应电势的有效值转子绕组的阻抗转子绕组的阻抗由于转子绕组是闭合的，所以有转子电流流过。同样由于转子绕组是闭合的，所以有转子电流流过。同样会产生漏磁电抗压降。会产生漏磁电抗压降。 漏抗公式：漏抗公式： 漏抗也与转差漏抗也与转差率成正率成正比。转速越高，漏抗越小。比。转速越高，漏抗越小。 考虑到转子绕组的相电阻后：考虑到转子绕组的相电阻后： 22122222sXLsfLfXs222jsXRZs转子绕组中的电流转子绕组中的电流222222222222)( ,sXRsEIjsXREsZEIss 转子绕组短路，转子电压为转子绕组短路，转

39、子电压为0，感应电势全部加在转，感应电势全部加在转子阻抗上子阻抗上, 转子回路方程：转子回路方程： 转子电流：转子电流： ssZIE222二、磁势平衡方程式二、磁势平衡方程式激磁电流激磁电流 Im 和激磁磁势和激磁磁势Fm 产生主磁通产生主磁通 所需要的电流称为激磁电流所需要的电流称为激磁电流 Im ； 对应的磁势称为激磁磁势：对应的磁势称为激磁磁势： pkINmFwmm1119 .02电势方程式：电势方程式： 电源电压不变，阻抗压降很小，电势近似不变；电源电压不变，阻抗压降很小，电势近似不变； 由公式：由公式： 1 近似不变；近似不变； 11111111)(IZEjXRIEU1111144.

40、4wkNfE结论：激磁磁势和激磁电流几乎不变结论：激磁磁势和激磁电流几乎不变理想空载运行时，激磁磁势全部由定子磁势理想空载运行时，激磁磁势全部由定子磁势F1提供，提供，即：即：FmF1负载运行时，转子绕组中有电流负载运行时，转子绕组中有电流I2流过，产生一个同步旋转流过，产生一个同步旋转磁势磁势F2 (F2旋转方向、旋转速度与旋转方向、旋转速度与F1相同），为了保持相同），为了保持Fm不不变，定子磁势变，定子磁势F1除了提供激磁磁势除了提供激磁磁势Fm 外，还必须抵消转子磁外，还必须抵消转子磁势势F2的影响，即：的影响，即：mmFFFFFF)(21111112)(6060 2nnnnnsnnp

41、sfnpfnF：注异步电动机的磁势平衡方程：异步电动机的磁势平衡方程： 结论：理想空载运行时，转子电流为结论：理想空载运行时，转子电流为0，定子电流等于激磁，定子电流等于激磁电流；负载时，定子电流随负载增大而增大。电流；负载时，定子电流随负载增大而增大。miwwmwwwmIkIIIkNmkNmIIpkNmIpkNmIpkNmFFF21211122211112222111121;9 . 029 . 029 . 02;三、异步电动机的等效电路三、异步电动机的等效电路等效电路法是分析异步电动机的重要手段。在异步电动机等效电路法是分析异步电动机的重要手段。在异步电动机中，作等效电路遇到的两大障碍是：中

42、，作等效电路遇到的两大障碍是：(1)定转子电路的频率不相同；定转子电路的频率不相同；(2)定转子边的相数，匝数，绕组系数等不相等。定转子边的相数，匝数，绕组系数等不相等。1、频率折算、频率折算 转差率为转差率为s的异步电动机转子电路频率：的异步电动机转子电路频率：1111126060)(sfpnnnnnnpf转子静止时转子静止时s=1；则转子频率等于定子频率。；则转子频率等于定子频率。频率折算即是用静止的转子代替旋转的转子。频率折算即是用静止的转子代替旋转的转子。 频率折算后，希望磁势平衡不变，即转子电流不变。频率折算后，希望磁势平衡不变，即转子电流不变。222222222jXsREjsXRE

43、sZEIss222222222jXsREjsXREsZEIss转子不动，转子电阻为转子不动，转子电阻为 的异步电动机的转的异步电动机的转子电流，和转子以转差率子电流，和转子以转差率s旋转的，转子电阻为旋转的，转子电阻为R2的异步电动的异步电动机转子电流相等。机转子电流相等。2221RRsssR 推论：推论：频率折算的方法：给转子绕组电阻中，计入一个附加电阻，频率折算的方法：给转子绕组电阻中，计入一个附加电阻， 即可以把原来旋转的转子看成静止的转子。即可以把原来旋转的转子看成静止的转子。21Rss等效图等效图 不论静止或者旋转的转子，其转子磁势总以同步转速旋转，不论静止或者旋转的转子，其转子磁势

44、总以同步转速旋转，即转子磁势的转速不变，大小相位又没有变，故电机的磁势即转子磁势的转速不变，大小相位又没有变，故电机的磁势平衡依然维持。平衡依然维持。 静止的转子不再输出机械功率，即电机的功率平衡中少了静止的转子不再输出机械功率，即电机的功率平衡中少了一大块机械功率。一大块机械功率。 静止的转子中多了一个附加电阻，而电流没有变，所以多静止的转子中多了一个附加电阻，而电流没有变，所以多了一个电阻功率。了一个电阻功率。 附加电阻上消耗的电功率等于电机总的机械功率。附加电阻上消耗的电功率等于电机总的机械功率。 对频率折算的讨论对频率折算的讨论2、绕组折算、绕组折算用绕组（用绕组（m1、N1、kw1）

45、等效替代绕组（）等效替代绕组（ m2、N2、kw2 ）代替的原则是：代替的原则是： 磁势平衡不变磁势平衡不变 功率平衡不变功率平衡不变 电流折算：根据磁势不变：电流折算：根据磁势不变：221112222211122221 9 . 029 . 02IkIkNmkNmIpIkNmpIkNmiwwww电势、阻抗折算电势、阻抗折算 电势折算：磁通应不变电势折算：磁通应不变。22221122121211112 44. 4,44. 4EkEkNkNEkNfEkNfEewwww 阻抗折算：功率不变。阻抗折算：功率不变。22222211112222212222222221RkKRkNmkNmmmRIImmRR

46、ImRImeiww电抗和漏阻抗可同样折算电抗和漏阻抗可同样折算。3、异步电动机方程式、异步电动机方程式22222222XjsRIEkkXjkskRIkkEeieiie经过频率折算和绕组折算后异步电动机的方程式经过频率折算和绕组折算后异步电动机的方程式折算后转子电路方程式：折算后转子电路方程式：mmmmmmZIjXRIEIIIXjsRIEEjXRIEU)(;);(12122212111114、T形等效电路形等效电路5、简化等效电路、简化等效电路四、相量图四、相量图 异步电动机的相量图类异步电动机的相量图类似于变压器相量图似于变压器相量图,从转子电从转子电路方程出发可以一步一步作路方程出发可以一步

47、一步作出异步电机相量图。出异步电机相量图。12EE 22IXj2I22IsR1mI2I1I1E11IjX1U11IR5-6异步电动机的功率平衡和转矩平衡关系异步电动机的功率平衡和转矩平衡关系一、功率平衡方程式一、功率平衡方程式功率变换和传递是电动功率变换和传递是电动机的主要功用机的主要功用,结合等效结合等效电路分析异步电动机功电路分析异步电动机功率流向。率流向。异步电动机从电源获取电功率，即输入功率：异步电动机从电源获取电功率，即输入功率：11111cosIUmP 此一功率首先通过定子绕组，产生定子铜耗：此一功率首先通过定子绕组，产生定子铜耗：12111RImpcu 此功率产生的旋转磁场掠过定

48、转子铁此功率产生的旋转磁场掠过定转子铁心，产生铁耗。心，产生铁耗。 定子铁心与旋转磁场相对转速为定子铁心与旋转磁场相对转速为n n1 1较大，转子铁心与旋转较大，转子铁心与旋转磁场相对转速为磁场相对转速为snsn1 1较小，故铁耗主要为定子铁耗：较小，故铁耗主要为定子铁耗：mmFeRImp21 剩余功率将通过气隙磁场感应到转子绕组，此一功率称为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电磁功率。sRImPIEmppPPMFecuM2221222111cos或功率传递（功率传递（1） 电磁功率首先提供转子铜耗；电磁功率首先提供转子铜耗；McusPIRmp22212 剩余的电磁功率

49、全部转化为机械功率；剩余的电磁功率全部转化为机械功率；222111IRssmPssPPPMMMm 机械功率一部分克服机械损耗和附加损耗机械功率一部分克服机械损耗和附加损耗)%35 . 0(NadmPpp 其余功率为输出的机械功率其余功率为输出的机械功率admmppPP2 异步电动机的功率平衡方程式：异步电动机的功率平衡方程式：pPpppppPPadmcuFecu12112功率传递（功率传递（2）功率流程图功率流程图几个重要的关系几个重要的关系1222211 ;nns)(PP s;Pp IsRmPMmMCuMP1PMP2pcu_spFepcu_rpm+pad P m二、转矩平衡方程二、转矩平衡方

50、程转矩由机械功率产生转矩由机械功率产生转矩平衡方程为（转矩平衡方程为（T为电磁转矩）为电磁转矩）admmppPP2022)(TTTppPPadmm11)1 ()1 (MMmPsPsPT三、电磁转矩物理表达式三、电磁转矩物理表达式22122111111122211coscos244. 4/2cosICIfkNpfmpfIEmPTTwM反映了异步电动机的电磁转矩与气隙每极磁通和转子反映了异步电动机的电磁转矩与气隙每极磁通和转子电流有功分量的乘积成正比的物理本质。电流有功分量的乘积成正比的物理本质。5-7 异步电动机的参数测定异步电动机的参数测定要计算工作特性，要计算工作特性， 事先要知道电机参数。

51、事先要知道电机参数。 和变压器一样，和变压器一样， 通过做空载和短路试验，通过做空载和短路试验， 求出求出 、 、 、 、 和和 。1R1x2R2xmRmx一、空载实验一、空载实验目的：测定目的：测定Zm（Rm+jxm)、铁耗铁耗pFe和机械损耗；和机械损耗；方法：方法： 在额定频率下，在额定频率下， 转子轴端不带负载；转子轴端不带负载； 用调压器调节电源电压，用调压器调节电源电压， 使定子端电压从使定子端电压从1.2UN开始降开始降落，落， 直至速度明显降落，直至速度明显降落， 电流开始回升为止。电流开始回升为止。 测定：相电压测定：相电压U1、空载相电流、空载相电流I0、空载输入总功率、空载输入总功率P0。计算：画出计算：画出 和和)(10UfI )(10UfP mFemFeppRImPPppRImP12010012010 pFe的大小近似地与外施电压的平方成正比，的大小近似地与外施电压的平方成正比， 即即