第5章异步电动机的运行原理

1、第第5 5章章 异步电动机的运行原理异步电动机的运行原理5.1 5.1 异步电动机结构、额定数据与工作原理异步电动机结构、额定数据与工作原理 5.2 5.2 三相异步电动机转子不转、转子绕组开路时三相异步电动机转子不转、转子绕组开路时 的电磁关系的电磁关系 5.3 5.3 三相异步电动机转子堵转时的电磁关系三相异步电动机转子堵转时的电磁关系 5.4 5.4 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 5.5 5.5 三相异步电动机的功率与转矩三相异步电动机的功率与转矩 5.6 5.6 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性 5.7 5.7 三相异步电动机的工

2、作特性及其测试方法三相异步电动机的工作特性及其测试方法 5.8 5.8 三相异步电动机的参数测定三相异步电动机的参数测定 5.1.1 5.1.1 异步电动机基本类型和主要结构异步电动机基本类型和主要结构上一页 下一页返回（1 1）按定子相数分有：）按定子相数分有：（2 2）按转子结构分有：）按转子结构分有：此外，根据电机定子绕组上所加电压的大小，又有高此外，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，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

3、等。速异步电机等等。 上一页下一页返回由定子、转子、气隙组成。由定子、转子、气隙组成。上一页下一页返回机座、定子铁心和定子绕组机座、定子铁心和定子绕组上一页下一页返回图图5-2 定子铁心定子铁心 图图5-3 定子槽定子槽 上一页下一页返回定子绕组： 高压大、中型容量的异步电动机定子绕组常采用Y接，只有三根引出线，如图插图插图5-1(5-1(a 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，根据需要可接成Y形或形，如图插图插图5-15-1(b)所示。定子绕组用绝缘的铜（或铝）导线绕成，嵌在定子槽内。定子绕组如下面照片所示。 Y形和形接法时电压、电流的关系如插图

4、5-2所示。 上一页下一页返回上一页下一页返回上一页下一页返回上一页下一页返回上一页下一页返回插图插图5-1插图插图5-2 Y形和形和形接法时电压、电流的关系形接法时电压、电流的关系 其他部件：机座，端盖，风罩，铭牌等。 机座主要是为了固定与支撑定子铁心。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（见下面照片）；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固定在同一个底板上。 上一页下一页返回上一页下一页返回2）气隙： 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，气隙一般为0.2-1.5mm左右。如下

5、图：上一页下一页返回思考：为什么异步电动机的气隙比较小？思考：为什么异步电动机的气隙比较小？上一页下一页返回上一页下一页返回转子铁心、转子绕组和转轴转子铁心、转子绕组和转轴上一页下一页返回A 笼型转子：笼型绕组是一个自己短路的绕组。在转子的每个槽里放上一根导体，在铁心的两端用端环连接起来。如果把转子铁心拿掉，则可看出，剩下来的绕组形状像个松鼠笼子，如图下所示，因此又叫鼠笼转子。导条的材料有用铜的，也有用铝的。B 绕线式转子：其绕组为三相对称绕组，通过滑环与外串电阻连接，如图5-4所示。 n笼型转子和绕线式转子的结构如下面照片所示。上一页下一页返回 图图5-4 绕线式异步电动机接线方式绕线式异步

6、电动机接线方式 上一页下一页返回上一页下一页返回上一页下一页返回鼠笼式异步电动机：结构简单、坚固、鼠笼式异步电动机：结构简单、坚固、成本低，但运行性能不如绕线式。成本低，但运行性能不如绕线式。绕线式异步电动机：通过外串电阻可改绕线式异步电动机：通过外串电阻可改善电机的起动、调速等性能。善电机的起动、调速等性能。 上一页下一页返回上一页下一页返回（5 5）额定转速）额定转速n nN N ：额定运行时电机的转速，单位为：额定运行时电机的转速，单位为r/min r/min 。（6 6）额定功率因数）额定功率因数coscosN N：额定运行时电动机定子边的：额定运行时电动机定子边的功率因数。功率因数。

7、 P PN N与与U UN N 、I IN N之间的关系：之间的关系：NNNNNNNNNIUIUP cos3cos3上一页下一页返回5.1.2 5.1.2 异步电动机的工作原理异步电动机的工作原理 三相异步电动机定子接三相电源后，电机内便形成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场。圆形旋转磁场。若转子不转，转子鼠笼导条与旋转磁密有相对运动，导条中有感应电动势e，方向由右手定则确定。 由于转子导体通过端环自成闭路（见前面照片），于是导条中有电流，不考虑电动势与电流的相位差时，电流方向同电动势方向。这样，导条就在磁场中受力f，用左手定则确定受力方向如图下所示: 上一页下一页返回图

8、图5-65-6异步电动机的工作原理异步电动机的工作原理 上一页下一页返回 转差率（为什么叫异步电动机？）切割磁力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，才可能切割磁力线。可见，异步电动机转子转速总是小于同可见，异步电动机转子转速总是小于同步转速的步转速的。（所以叫异步电动机） 旋转磁场的转速用n1表示，称为同步转速；转子的实际转速用n表示，转差：n=n1-n 转差率：s=n/ n1 上一页下一页返回转差率是异步电动机的一个重要参数转差率是异步电动机的一个重要参数 异步电动机运行时，定子绕组接到交异步电动机运行时，定子绕组接到交流电源上，转子绕组自身短路，由

9、于电流电源上，转子绕组自身短路，由于电磁感应的关系，在转子绕组中产生电动磁感应的关系，在转子绕组中产生电动势、电流，从而产生电磁转矩。所以，势、电流，从而产生电磁转矩。所以，异步电机又叫感应电机。异步电机又叫感应电机。上一页下一页返回退出 5.2 5.2 三相异步电动机转子不转、转子绕组开路三相异步电动机转子不转、转子绕组开路 时的电磁关系时的电磁关系 5.2.1 5.2.1 正方向的规定正方向的规定 上一页下一页返回退出图图5-7 5-7 三相异步电动机的正方向三相异步电动机的正方向 上一页下一页返回上一页下一页返回 0F0F OIBOIB1E2E1E2E1 1 1 +A1，+A2 +j +

10、j +A1，+A2 （a a） （b b） （c c） 插图插图5-3 5-3 励磁电流、励磁磁动势以及定、转子绕组电动势向量图励磁电流、励磁磁动势以及定、转子绕组电动势向量图 上一页下一页返回 定子合成旋转磁通势用F0表示。其特点如下：（1）幅值为（2）转向 由于定子电流的相序为A1B1C1的次序，所以磁动势 的转向是从+A1+B1+C1。011022423IpkNFN上一页下一页返回 （3）转速 相对于定子绕组以角频率1=2pn1/60（rad / s）旋转，n1是磁动势的同步转速，单位是r/min 。 （4）瞬间位置 插图5-3（a）中定子A1相电流再过90时间电角度，就转到+j轴上，即

11、达到正最大值，那时三相合成旋转磁动势就应在+A1的轴上。所以画图的瞬间，三相合成旋转磁通势就应画在插图5-3(b) + A1的轴后面90空间电角度的地方。 上一页下一页返回把时间参考轴+j，空间坐标轴+A1，+A2三者重叠在一起，磁动势 正好与 同方向。见插图5-3(c)。 由于转子绕组是开路的，不会产生转子磁动势。这时作用在磁路上只有定子磁动势，于是就要在电机的磁路里产生磁通。为此， 也叫励磁磁动势，电流 叫励磁电流。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，只是在磁路中多了一个空气隙磁路而已。 0FOI上一页下一页返回0I0F0I2.主磁通与定子漏磁通把通过气隙同时链着定、转

12、子两个绕组的磁通叫主磁通，气隙里每极主磁通量用1表示。把只链定子绕组的磁通叫定子绕组漏磁通，用 表示。漏磁通主要有槽部漏磁通和端接漏磁通，见图5-8。由于气隙是均匀的，励磁磁动势产生的主磁通1表所对应的气隙磁密是一个在空间正弦分布的旋转波 。 。 1B上一页下一页返回 图图5-8 5-8 异步电机的主磁通与漏磁通异步电机的主磁通与漏磁通 上一页下一页返回5.2.3 感应电动势旋转着的气隙磁通1在定、转子绕组中感应电动势的有效值分别为E1和 E2（理解为A1相和A2相的相电动势）。定子、转子每相电动势之比叫电压变化： 1111144. 4NkNfE1221244. 4NkNfE上一页上一页下一页

13、下一页返回221121NNekNkNEEk只要是+j轴与绕组轴线+A1、A2重合，气隙磁密向量一定领先电动势 、 两相量90。为了分析问题方便，采用折合算法把转子绕组向定子边折合，即把转子绕组原来的即把转子绕组原来的N N2 2k kN2N2看成和定子边的看成和定子边的N N1 1k kN1N1一样，一样，转子绕组每相感应电动势便为 1E2E212EkEEe上一页上一页下一页下一页返回5.2.4 5.2.4 励磁电流励磁电流 由于气隙磁密与定子，转子都有相对运动，定子、转子铁心中产生磁滞和涡流损耗，即铁损耗。与变压器一样，这部分损耗是电源送入的，励磁电流也由 和 两分量组成。 IIIIFe0上

14、一页上一页下一页下一页返回FeI有功分量有功分量I IFeFe很小，因此很小，因此 领先领先 一个不大的角度。一个不大的角度。在时空向量图上在时空向量图上 ， 与与 相位相同，相位相同， 与与 相位一相位一样，样， 和和 领先领先 一个不大的角度。一个不大的角度。 0II0I0FIB0I0FB上一页上一页下一页下一页返回图图5-9 5-9 计及铁损耗后的时空向量图计及铁损耗后的时空向量图 5.2.5 电压方程式、等效电路及相量图定子绕组的漏磁通在定子绕组里的感应电动势，用表示。漏磁通本身比较小，并且由漏磁通产生的漏电动势其大小与定子电流I0成正比。把漏磁通在定子绕组里的感应漏电动势看成是定子电

15、流I0在漏电抗上的压降 1E101xI jE上一页上一页下一页下一页返回定子绕组电阻R1上的压降为I0R1 。定子回路的电压方程式为 式中Z1=R1+ j 是定子一相绕组的漏阻抗。转子一相回路的电压方程式为 10 xI11011ERIEU10101xI jRIE)(1101jxRIE101ZIE上一页上一页下一页下一页返回22EU 根据上式可以得到异步电机转子绕组开路时的相量图和等效电路。它们与三相变压器副绕组开路时的情况相同（见图3-11、图3-12）。上一页上一页 下一页下一页返回5.3 5.3 三相异步电动机转子堵转时的电磁关系三相异步电动机转子堵转时的电磁关系 5.3.1 5.3.1

16、磁动势与磁通磁动势与磁通1定、转子磁动势定子接额定电压，转子堵住不转，各量的正方向标在图5-10中。既然转子绕组自己短路，它的线电压为零，由于对称，相电压也为零。转子绕组感应电动势在转子三相绕组里产生三相对称电流，每相电流的有效值用 表示。这种情况与变压器副边短路情况相类似。 2I上一页上一页 下一页下一页返回 图图5-10 5-10 转子短路并堵转的三相异步电动机转子短路并堵转的三相异步电动机 上一页上一页 下一页下一页返回1）转子空间旋转磁动势的特点：（l）幅值 （2）转向 假设气隙旋转磁密逆时针方向旋转，在转子绕组里感应电动势及产生电流的相序为 则磁动势也是逆时针方向旋转的，即从十 转到

17、十 ，再转到十 。 （3）转速 相对于转子绕组的转速为222222423IpkNFN222CBA2A2B2C上一页上一页 下一页下一页返回11226060npfpfn转子电流的频率 。（4）瞬间位置 同样把转子电流 理解为转子边相绕组里的电流。当 达正最大值时，即在十j轴上，那时转子旋转磁动势 应转到 相绕组的轴线处。可见，画时空向量图时，应该使磁动势与 重合。12ff 2I2A2I2F2A上一页上一页 下一页下一页返回2)定子磁动势用F1表示，其特点如下：（1）幅值为（2）转向 由于定子电流的相序为A1B1C1的次序，所以磁动势的转向是从+A1 +B1+C1。转速 相对于定子绕组以角频率1=

18、2pn1/60（rad / s）旋转，n1是磁动势的同步转速，单位是r/min 。（4）瞬间位置 当定子A1相电流达到正的最大值时,F1应在A1相绕组的轴线处。111122423IpkNFN上一页下一页返回3)气隙合成磁动势： 对于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相同，转速又相等，称它们为同步旋转。把它们按向量的关系加起来，得到合成的磁动势仍用 表示,见图5-11。即0F021FFF上一页上一页 下一页下一页返回 图图5-115-11转子堵转时转子堵转时的向量图的向量图上一页上一页 下一页下一页返回0F这个合成的旋转

19、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。2.漏磁通定子电流产生的漏磁通，表现的漏电抗仍为 ，由于漏磁路是线性的， 为常数。转子绕组中有电流时,也要产生漏磁通(见图5-12)，表现的电抗为 。1x1x2x上一页上一页 下一页下一页返回图图5-12 5-12 漏磁通漏磁通 上一页上一页 下一页下一页返回n一般情况下，转子漏电抗也是一个常数。只有当定、转子电流非常大时，例如直接起动异步电动机，由于起动电流很大（约为额定电流的47倍；），这时定、转子的漏磁路也会出现饱和现象，使定、转子漏电抗数值变小。n注意：n变压器中的主磁通是脉振磁通，变压器中的主磁通是脉振磁

20、通，1 1是它的最大振幅。是它的最大振幅。n在异步电动机中，气隙里主磁通的却是旋转磁通。在异步电动机中，气隙里主磁通的却是旋转磁通。 1 1表示气隙里每极的磁通量。表示气隙里每极的磁通量。 上一页上一页 下一页下一页返回2222222222jexrEjxrEI22rI22xI j2222222)(0zIEjxrIE上一页上一页 下一页下一页返回222arctanrx2是转子绕组回路的功率因数角。是转子绕组回路的功率因数角。根据定、转子磁动势合成关系，有 改写成 这就可以认为定子旋转磁动势里包含着两个分量：一个分量是 ，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

21、是产生气隙旋转磁密 的 。021FFF)(201FFF2F2F0FB上一页上一页 下一页下一页返回定子回路的电压方程式为 5.3.3 转子绕组的折合 从定子边看转子只有转子旋转磁动势对定子旋转磁通势起作用，只要维持转子旋转磁动势的大小、相位不变，至于转子边的电动势、电流以及每相串联有效匝数是多少都无关紧要。 )(11111jxrIEU上一页上一页 下一页下一页返回设想把实际电动机的转子抽出，换上一个新转子，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（也是三相、 、 ）在新换的转子中，每相的感应电动势为 、电流为 ，转子漏阻抗为 虽然换成了新转子，但转子旋转磁动势并没有改变，所以对定子

22、边的影响不变，这就是进行折合的依据 。 1N1Nk2E 2I222x jrz上一页上一页 下一页下一页返回1.转子电流的折算：根据定、转子磁通势的关系可以写成令 021FFF2222111224222423IpkNmIpkNNN01122423IpkNN2112222224232242IpkNIpkNmNN上一页上一页 下一页下一页返回可得简化为 可以得到 式中 称为电流变比 .2111112242322423IpkNIpkNNN01122423IpkNN021III2211222213IkIkNkNmIiNNeNNikmkNmkNIIk2222112233上一页上一页下一页下一页返回2.2.

23、转子阻抗的折算： 转子回路的电压方程式变为 与 的关系为折合后转子漏阻抗与折合前转子漏阻抗的关系为 )(2222x jrIEo2z2z22rkkrie22xkkxie上一页上一页 下一页下一页返回)(/222222222jxRkkkIEkIEx jRZieie阻抗角 折合前后的有功功率、无功功率关系不变 222222arctanarctan rkkxkkrxieie222222222)( 33rImrkkkIrIiei 222222222)(33xImxkkkIxIiei上一页上一页 下一页下一页返回5.3.4 基本方程式、等效电路和相量图异步电动机进行折合后，转子不转而转子短路时的五个基本方

24、程式列写如下： )(11111jxrIEU)(01mmjxrIE021222221)(IIIx jrIEEE上一页上一页 下一页下一页返回图图5-13 5-13 转子不转、转子绕组短路时的等值电路转子不转、转子绕组短路时的等值电路上一页上一页 下一页下一页返回图图5-14 5-14 转子不转、转子不转、转子绕组短路时的转子绕组短路时的向量图向量图上一页上一页 下一页下一页返回 异步电动机定、转子的漏阻抗标幺值都是比较小的，如果在它的定子绕组加上额定电压，这时定、转子的电流很大，是额定电流的47倍。如果使电动机长期工作在这种状态，则有可能将电机烧坏。 有时为了测量异步电动机的参数，采用转子绕组短

25、路并堵转实验。为了不使电动机定转子过电流，必须把加在定子绕组上的电压降低，以限制定、转子绕组中的电流。 上一页上一页 下一页下一页返回02. 02R 08. 02x1021EEke2001E201020012ekEE5 .24208. 002. 02022222222xREI243. 008. 002. 002. 0cos22222222xRR5.4 5.4 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5.4.1 5.4.1 转差率转差率 转子绕组与气隙旋转磁密之间要有相对运动，才能在转于绕组里感应电动势、电流，产生电磁转矩。可见，异步电动机转子转速总是小于同步转速的。

26、上一页上一页下一页下一页返回退出把同步转速和电动机转子转速二者之差与同步转速的比值叫做转差率（也叫转差或者滑差），用s表示。s是一个没有量纲的数，它的正负和大小不仅能反映电它的正负和大小不仅能反映电动机转子的转速，还能反映异步电动机的运行状态，动机转子的转速，还能反映异步电动机的运行状态，如图如图5-15所示。所示。正常运行的异步电动机，转子转速接近于同步转速，转差率很小，一般 。11nnns05. 001. 0Ns上一页上一页下一页下一页返回图图5-15 异步电机的三种运行状态异步电机的三种运行状态 5.4.2 转子电动势当异步电动机转子以转速恒速运转时，转子回路的电压方程式为 是转子转速为

27、 时，转于绕组的相电动势； 是上述情况下转子的相电流； 是转子转速为时，转子绕组一相的漏电抗。 )(2222sssjxRIEsE2nsI2sx2上一页上一页下一页下一页返回转子以转速恒速旋转时，转子绕组的感应电动势、电流和漏电抗的频率用 表示： 转子旋转时转子绕组中感应电动势为 sfnnnpnnnppnf11111226060)(602f1222244. 4NskNfE21221444sEkNsfN上一页上一页下一页下一页返回上一页上一页下一页下一页式中式中 是转子不转时转子绕组中感应电动势。是转子不转时转子绕组中感应电动势。值得注意的是值得注意的是，电动势电动势 并不是异步电机堵转时真正并不

28、是异步电机堵转时真正的电动势的电动势, ,因为电机堵转时，气隙主磁通因为电机堵转时，气隙主磁通1 1的大小要的大小要发生变化发生变化 。上式中的上式中的1则是电机正常运行时气隙里则是电机正常运行时气隙里每极磁通量，认为是常数。每极磁通量，认为是常数。转子漏抗转子漏抗 是对应转子频率是对应转子频率 时的漏电抗。它与时的漏电抗。它与转子不转时转子漏电抗转子不转时转子漏电抗 的关系为：的关系为： 。正常运行的异步电动机，正常运行的异步电动机， 。 2E2Esx22f 22sxxs2x22xxs上一页上一页下一页下一页返回5.4.3 5.4.3 定、转子磁动势及磁动势关系定、转子磁动势及磁动势关系 1

29、定于磁动势当异步电机旋转起来后，定于绕组里流过的电流为产生旋转磁通势 。2转子旋转磁动势（1）幅值:当异步电动机以转速旋转时，由转子电流产生的三相合成旋转磁动势的幅值为1I1FsNIpkNF222222423上一页上一页下一页下一页返回（2）转向：转子的转速 ，由于是电动机状态，转子旋转的方向与气隙旋转磁密 同方向，仅仅是转子的转速小于气隙旋转磁密的转速。 站在转子上看气隙旋转磁密：它相对于转子的转速为 ，转向为逆时针方向。这样，由气隙旋转磁密在转子每相绕组感应电动势，产生电流的相序，仍为 。nB)(1nn 222CBA上一页上一页下一页下一页返回（3）转速：转子电流 的频率为 ，显然由转子电

30、流的产生的三相合成旋转磁动势 ，它相对于转子绕组的转速用 表示为 sI22f2F2n11226060snpsfpfn上一页上一页下一页下一页返回（4）瞬间位置：当转子绕组哪相电流达正最大值时，）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。正好位于该相绕组的轴线上。 3定、转子磁动势的合成 现在站在定子绕组的角度上看定、转子旋转磁动势，现在站在定子绕组的角度上看定、转子旋转磁动势，显然它们的幅值和转向不会改变。下面分析它们的转显然它们的幅值和转向不会改变。下面分析它们的转速：转子磁动势相对于转子绕组的转速为速：转子磁动势相对于转子绕组的转速为n2。由于转。由于转子本身相对

31、于定子绕组有一同方向转速子本身相对于定子绕组有一同方向转速n，为此站在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 nsnnn12上一页上一页下一页下一页返回1111nnnnnn可见，定子旋转磁动势与转子旋转磁动势，它们相对定子来说，仍为同步旋转。定子旋转磁动势与转子旋转磁动势向量加起来，得到一个合成的总磁动势，仍用 来表示。即 现在介绍的励磁磁动势，才是异步电动机正现在介绍的励磁磁动势，才是异步电动机正常运行时的励磁磁动势，对应的电流是励磁电常运行时的励磁磁动势，对应的电流是励磁电流。流。对于一般的异步电动机， 的大小约为（2050）% 。 0F021FFF0

32、INI上一页上一页下一页下一页返回5.4.4 5.4.4 转子绕组频率的折合转子绕组频率的折合定、转子之间的联系是通过磁通势相联系，只要保持转子旋转磁通势的大小不变，至于电流的频率是多少无所谓. （频率为 ） （频率为 ） 2222222jsxrEsjxrEIsss2f2222IjxsrE1f上一页上一页下一页下一页返回srxrsxrxs2222222arctanarctanarctansI22I上一页上一页下一页下一页返回 电流 和 它们的频率分析：sI22I图图5-16 5-16 转子绕组频率的折合转子绕组频率的折合 上一页上一页下一页下一页返回两个电流的频率虽然不同，由于有效值和相位相等

33、，在产生转子旋转磁通势的幅值和相位上又都是一样的。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。这就是转子电路的频率折合，即把转子旋转时实际频率为 的电路，变成了转子不转，频率为 的电路，如图5-15所示。2f1f上一页上一页下一页下一页返回再把转子绕组的相数、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则变为当异步电动机转子电路进行了频率折合后，转子旋转磁通势的幅值可写成 )(2222x jsrIE222222242IpkNmFN上一页上一页下一页下一页返回再考虑转子绕组的相数、匝数折合， 为 则定、转子磁动势的关系 ，又可写成即为电流关系了： 2F211

34、222423IpkNFN021FFF021III上一页上一页下一页下一页返回5.4.5 5.4.5 基本方程式、等值电路和时空向量图基本方程式、等值电路和时空向量图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，只有转子绕组回路的电压方程式有所差别,在转子回路里增加了一项电阻，其值为： 于是得异步电动机转子旋转时的基本方程式： 21rss上一页上一页下一页下一页返回021222221011111)()(IIIxjsrIEEEjxrIEjxrIEUmm上一页上一页下一页下一页返回图图5-17 5-17 异步电动机的异步电动机的T T型等效电路型等效电路上一页上一页下一页下一页返

35、回根据以上五个方程式，可以画出如图根据以上五个方程式，可以画出如图5-17的等效电路。的等效电路。 图图5-18是根据上述五个基是根据上述五个基本方程式画出的异步电动本方程式画出的异步电动机时间空间相量图。机时间空间相量图。功率因数变化特点：1）空载时，转子电流近似为零,定子电流就是励磁电流, 功率因数很低。2）额定负载后，等值电路里转子边呈电阻性，功率因数较高。这时定子边的功率因数也比较高，可达0.80.85。 图图5-185-18三相异步电动机三相异步电动机时空向量图时空向量图上一页上一页下一页下一页返回由于异步电动机定子漏阻抗不大，所以从空载到额定负载时，在定子漏阻抗上产生的压降也是较小

36、的，即U1E1成立。这就是说，异步电动机从空载到额定负载运行时，由于定于电压不变，主磁通1也基本上固定。但当异步电起动时，转速n0（s=1），这时定子电压全部降落在定、转子的漏阻抗上。这样，定、转子漏阻抗上的电压降分别近似为定子电压一半左右。气隙主磁通1也将变为正常运行时的一半左右。上一页下一页返回图图5-19 5-19 异步电动机的简化等效电路异步电动机的简化等效电路上一页上一页下一页下一页返回为简化计算，工程上常采用图为简化计算，工程上常采用图5-19的的 型等效电路。型等效电路。5. 4. 65. 4. 6 鼠笼转子鼠笼转子 鼠笼转子每相邻两根导条电动势（电流）相位相差的电角度与它们空间

37、相差的电角度是相同的，导条是均匀分布的。 若一对磁极范围内有 根鼠笼条，转子就感应产生 相对称的感应电动势和电流。若一对磁极范围内鼠笼条不为整数，则取 。rZm 22m2m上一页上一页下一页下一页返回图5-20上一页上一页下一页下一页返回退出图图5-20 5-20 鼠笼转子的极数鼠笼转子的极数1fmin/r2fmin/r1nmin/r3100050606011nfp04. 0100096010001nnnsNN25004. 012fsfN异步电动机异步电动机5.5.1 5.5.1 功率关系功率关系P1：从电源输入的功率定子铜损耗：铁损耗：定子铁心与旋转磁场相对转速为n1较大，故铁耗主要为定子铁

38、耗：1111cos3IUP 12113rIpCumFeFerIpp2013上一页上一页下一页下一页返回 电磁功率：通过电磁感应由定子传输给转子回路的功率，即或转子绕组中的铜损耗srIppPPFeCuM2221132222222coscos3IEmIEPMMCusPrIp22223上一页上一页 下一页下一页返回转子回路全部电阻上的功率。转子回路全部电阻上的功率。机械损耗p pm m ：运行时产生的轴承以及风阻等摩擦阻转矩。附加损耗p padad ：定、转子开了槽和定、转子磁通势中含有谐波磁通势而产生。根据经验估算，约为输出额定功率的0.5%；而在小型异步电动机中，满载时，可达输出额定功率的（13

39、）%或更大些。MCuMmPsrssIpPP)1 (132222上一页上一页 下一页下一页返回 转轴上的输出的功率P P2 2： 图图5-21 5-21 异步电动机的功率流程异步电动机的功率流程admmppPP2上一页上一页 下一页下一页返回 异步电动机运行时电磁功率、转子回路铜损耗和机械功率三者之间的定量关系： 若电磁功率一定，转差率S越小，转子回路铜损耗越小，机械功率越大，效率越高。)1 (:1:2ssPpPmCuMadmFecuCupppppPP2121上一页上一页下一页下一页返回mPT11602)1 ()1 (602MMmmPnsPsnPPT上一页上一页下一页下一页返回两边除以角速度，得

40、出 式中 为空载转矩， 为输出转矩。02TTT0T00pppTadm2T上一页上一页下一页下一页返回5.5.3 5.5.3 电磁转矩物理表达关系电磁转矩物理表达关系电磁功率除以同步机械角速度得电磁转矩602312221nrIPTM602cos31222nIE22122cos23IkpNN221cosICjM上一页上一页下一页下一页返回式中n为转矩系数。2223NMjkpNC上一页上一页 下一页下一页返回从上看出，异步电动机的电磁转矩从上看出，异步电动机的电磁转矩T T与气隙每极磁通、与气隙每极磁通、转子电流以及转子功率因数成正比；或者说与气隙每转子电流以及转子功率因数成正比；或者说与气隙每极磁

41、通和转子电流的有功分量乘积成正比。极磁通和转子电流的有功分量乘积成正比。VUN3801kWPN100min/950rnNkWpm105. 01000950100011nnnsNmin/10001rn 1n22CumMppPPMNCuPsp2kWspPPNmM3 .10605. 011100)1 (2MNCuPsp210003 .10695509550602111nPnPPTNMMN950100955095502NmNNNnPPT950195500NmpT5.6 5.6 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性pfsrInsrIT2360232221222上一页上一页下一页下一页返回22

42、122112)(xxsrrUIn得到电磁转矩公式:2212211221)(6023xxsrrfsrUT上一页上一页下一页下一页返回2212211221)(23 xxsrrfsrpU（5-38）n这就是异步电动机机械特性的参数表达式。当、及漏这就是异步电动机机械特性的参数表达式。当、及漏阻抗等参数一定时，画成曲线便是异步电动机的阻抗等参数一定时，画成曲线便是异步电动机的Ts曲线曲线(见图见图5-21)。 三相异步电动机在电压、频率均为额定值，定、转子回路不串入任何电路元件时的机械特性。上一页上一页返回下一页下一页固有机械特性：固有机械特性：5.5.2 5.5.2 固有机械特性固有机械特性上一页上

43、一页 下一页下一页返回图图5-21三相异步电动机三相异步电动机固有机械特性固有机械特性 1）电动状态：在0S1，即n1n0的范围内，特性在第象限，电磁转矩T和转速n都为正，T与n同方向。2）发电状态：在s0范围内，nn1，特性在第象限，电磁转矩为负值，是制动性转矩。机械特性在S0和s0两个范围内近似对称。3）制动状态：在s1范围内，n0，特性在第象限，T0，是制动性转矩。 上一页上一页 下一页下一页返回n A点：理想空载运行点；B点：额定运行点 C点：电磁转矩最大点；D点：起动运行点最大电磁转矩：令 dT/ds=0，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221212xxrrsm上

44、一页上一页 下一页下一页返回几个特殊运行点：几个特殊运行点：)(2321221211121xxRRfpUTm（5-39）上式十号为电动机状态；号为发电机状态。一般情况下， 不超过 的5%，可以忽略。则有 21r221xx)()(232121221121xxrsxxfpUTmm上一页上一页 下一页下一页返回 最大转矩倍数：最大电磁转矩与额定电磁转矩的比值称为过载能力，用表示为一般三相异步电动机=1.62.2,起重、冶金用的异步电动机=2.22.8。NmTT上一页上一页下一页下一页返回上式说明最大电磁转矩与电压平方成正比，与漏电抗上式说明最大电磁转矩与电压平方成正比，与漏电抗成反比；临界转差率与转

45、子电阻成正比，与漏电抗成成反比；临界转差率与转子电阻成正比，与漏电抗成反比，与电压大小无关。反比，与电压大小无关。3. 起动转矩电动机起动时n=0，s=1，起动转矩为可知，TS与电压平方成正比；转子电阻越大，起动转矩越大；漏电抗越大，起动转矩越小。起动转矩与额定转矩的比值称为起动转矩倍数，用 表示：2212211221)()(23xxrrfrpUTsNsTTTK/TK上一页上一页下一页下一页返回NUNnmin/r12. 31x53. 12R25. 42xmin/975rnNmin/10001rn 043. 01000957100011nnnsNNmNxxsRRfsRpUTNNN5 .33)25

46、. 412. 3(043. 0/53. 108. 2502043. 0/53. 1)3380(33)(2/32222212211221)(232121121xxfpUTmmN.94)25. 412. 3(502)3380(332128 . 25 .33/94NmTT2 . 0)25. 412. 3(53. 1)(212xxRsm2212211221)()(23xxRRfRpUTSmN 5 .31)25. 412. 3()53. 108. 2(50253. 1)3380(3322294. 05 .33/5 .31NsTTTK5.5.3 5.5.3 人为机械特性人为机械特性 1.降低定子端电压的人

47、为机械特性 U1不宜从UN升高电压，只能降低定子端电压。不同电压的人为机械特性，都得通过n1点; 电磁转矩T与U12成正比，为此最大转矩Tm以及起动转矩TS都要随U1的降低而按U1的平方减小。而最大转矩对应的转差率Sm不变。（见图（见图5-235-23）上一页上一页下一页下一页返回上一页上一页下一页下一页返回图图5-23 降低定子端电压的人为特性降低定子端电压的人为特性 2.转子回路串入三相对称电阻的人为机械特性 最大电磁转矩与转子电阻无关，即转子串入电阻后，Tm不变，临界转差率为 （r2+R）转子回路串入适当电阻，可以增大起动转矩。若使如下图5-24所示。则起动转矩为最大电磁转矩。ms121

48、2 xxRrsm上一页上一页下一页下一页返回上一页上一页下一页下一页返回图图5-24 转子回路串电阻的人为特性转子回路串电阻的人为特性 5.5.4 机械特性的实用公式用式（5-39）去除式（5-38）得2212212212112)()(2xxsrrsxxrrrTTm上一页上一页下一页下一页返回因有msrxxr222121)(qssssqsrrsssssrrTTmmmmmmm22)1 (22121上一页上一页下一页下一页返回式中其中 大约在0.10.2范围内，上式中，显然在任何s值时，都有 ， 而q 2可忽略，这样上式可简化为三相异步电动机机械特性的实用公式 （5-46）mmssrrq2221m

49、s2/ssssmmssssTTmmm/2上一页上一页下一页下一页返回2实用公式的使用1)1) 若在额定点运行，忽略空载转矩，近似认为 ；过载能力可从产品目录中查到，故 ；临界转差率的计算公式：2)若知道在人为机械特性上某点运行，则NNTT2NmTT)1(2Nmss上一页上一页下一页下一页返回1)(22TTTTssNNm 当三相异步电动机在额定负载范围内运行时，（ 0.010.05）， 。 忽略s /sm，则式（5-46）变为直线方程:Nsssssmm/ssTTmm25.5.5 5.5.5 稳定运行问题稳定运行问题msNmss2不过，在应用该公式时，不过，在应用该公式时， 应应按下式计算按下式计

50、算 电动机机械特性与负载转矩特性的交点即电动机的运行点，如图5-25中的a、b、c、d点。从三相异步电动机机械特性上看，当0ssm，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，如图5-25中的a、c点。 仍可以稳定运行，如图5-25中的d点。但对恒转矩负载，b点为不稳定运行点。LTT 图图5-255-25电动机运行的稳定性分析电动机运行的稳定性分析dndTdndTLNPNU1fNnmin/r1n027. 015001460155011nnnsNTNss mNTssTNN.8 .7262 .981027. 002. 00237. 0027. 02 .981

51、860NNsTTsmin/14641500)0237. 01 ()1 (1rnsn5.7.1工作特性的分析 异步电动机的工作特性是 、 时 的关系曲线，如图5-26所示。NUU 1Nff 1上一页上一页下一页下一页返回）（、211cosPfTIn 上一页上一页下一页下一页返回图图 5-26 异步电动机的工作特性异步电动机的工作特性 1. 转速特性三相异步电动机空载时，转子的转速n接近于同步速。随着负载的增加，转速n要略微降低，这时转子电动势增大，转子电流增大，以产生大的电磁转矩来平衡负载转矩。2定子电流特性 当电动机空载时，转子电流差不多为零；定子电流等于励磁电流。随着负载的增加，转速下降，转子电流增大，定子电流也增大。上一页上一页下一页下一页返回）（2Pfn ）（21PfI 3定子边功率因数特性 空载时，定子功率因数很低，不超过0.2。 当负载增大时，定子电流中的有功电流增加，使功率因数提高。接近额定负载时功率因数最高。如果负载进一步增大，由于转差率S的增