第四章异步电动机原理复习习题答案

1、异步电动机原理异步电机原理1异步电机结构及额定数据2三相异步电动机的电磁关系及等效电路3三相异步电动机的功率和转矩4三相异步电动机参数测定5三相异步电机的工作特性和机械特性6三相异步电机的起动、调速和制动1异步电机结构及额定数据异步电机的基本结构异步电动机的额定数据异步电动机的用途三相异步电动机的转差率及运行状态异步电机外形图 异步电机结构图转子 定子 风扇 冷空气流 罩 壳（非驱动端） 端盖（驱动端）1.1 异步电机的基本结构三相异步电机的基本结构(1)定子1）定子铁心2）定子绕组3）机座(2)转子 1）转子铁心2）转子绕组 （笼型绕组、绕线型绕组）(3)气隙(4)装配 (1)定子 定子铁心

2、：电机主磁路的组成部分，并嵌放定子绕组。由厚度为0.5mm的硅钢片叠装而成。 为了嵌放定子绕组，在定子冲片内圆周上均匀地冲制若干个形状相同的槽。半闭口槽适用于小型异步电机，其绕组是用圆导线绕成半开口槽适用于低压中型异步电机，其绕组是成型线圈开口槽适用于高压大中型异步电机，其绕组是用绝缘带包扎并浸漆处理过的成型线圈。定子铁心槽形定子绕组：构成电路部分。其作用是感应电动势、流过电流、形成磁场，实现机电能量转换。 机座：固定和支撑定子铁心。要求有足够的机械强度。A B CZ X Y星形(Y)联结三角形()联结定子接线盒(a) (2)转子 转子铁心：电机主磁路的组成部分，并放置转子绕组。由厚度为0.5

3、mm的硅钢片叠装而成，在转子外圆周上冲制均匀分布的形状相同的槽。 转子绕组：构成电路部分。有两种结构型式：笼型绕组和绕线型绕组。 转轴：支撑转子铁心和输出、输入机械转矩。 转子铁心槽形绕线式转子槽形单鼠笼转子槽形双鼠笼转子槽形 笼型绕组 在转子铁心均匀分布的每个槽内各放置一根导体，在铁心两端放置两个端环，分别把所有的导体伸出槽外部分与端环联接起来。可用铜条加铜端环制成；也可用铝浇铸的。对中大型电机为减小损耗、提高效率，往往采用铜条焊接而成。14 绕线型绕组：与定子绕组相似、极数相同的三相对称绕组。一般接成星形。将三相绕组的三个引出线分别接到转轴上三个滑环上，再通过电刷与外电路接通。绕线型转子的

4、特点是可以通过滑环电刷在转子回路中接入附加电阻，以改善电动机的起动性能、调节其转速。 三相绕线型异步电动机的结构定子Y接转子接头穿过轴孔集电环（滑环）电刷转子绕组出线端电阻转子Y接 (3)气隙 定、转子之间的间隙，也是电机主磁路的组成部分。气隙大小对异步电机的性能影响很大。为减小电机主磁路的磁阻，降低电机的励磁电流，提高电机的功率因数，气隙应尽可能小。 中、小型异步电机中，气隙长度一般为0.21.5mm。三相笼型异步电动机的部件图(4) 三相异步电动机的装配笼型异步电动机拆卸和装配P1N = 3 UNIN cosN PN =NP1N = 3 UNIN cosN N额定功率 ：额定运行状态下的轴

5、上输出功率，kW。额定电压 ：额定运行状态下加在定子绕组上的线电压，V。额定电流 ：额定运行状态下电动机定子绕组的线电流，A。额定转速 ：额定运行状态下电动机的转速， r/min。额定频率 ：电动机电源电压标准频率，Hz。额定效率额定功率因数1.2 三相异步电动机的额定数据此外铭牌上还标有定子绕组相数、联结方法、功率因数、效率、温升、绝缘等级和质量等。绕线转子异步电动机还标有转子额定电压（指定子绕组加额定电压，转子开路时滑环之间的线电压）和转子额定电流。 三相异步电动机 型 号 Y132S6 功 率 3 kW 频 率 50Hz 电 压 380 V 电 流 7.2 A 联 结 Y 转 速 960

6、r/min 功率因数 0.76 绝缘等级 B 2p = 6三相异步电动机的铭牌 异步电机主要用作电动机，是应用最广泛的一种电动机，厂矿企业，交通工具，娱乐，科研，农业生产，日常生活都离不开异步电动机 1.3 异步电动机的用途国产异步电动机的主要系列J2、JO2系列 老系列的一般用途小型笼型异步电动机，它取代了更早的J、JO系列。J、J2系列是防护式，JO、JO2系列是封闭自扇冷式。Y系列 80年代新设计投产的取代J2、JO2系列的新系列小型通用笼型异步电动机，它符合国际电工协会（IEC）标准，具有国际通用性YR系列 新系列绕线转子异步电动机，对应的老系列为JR。YQ系列 新系列高起动转矩异步电

7、动机，对应的老系列为JQ。YB系列 小型防爆笼型异步电动机。YCT系列电磁调速异步电动机。YZ、YZR系列 起重运输机械和冶金专用异步电动机，YZ为笼型，YZR为绕线转子型。【例】Y180M2 型三相异步电动机， PN = 22 kW，UN = 380 V，三角形联结，IN = 42.2 A，fN = 50 Hz，nN = 2940 r/min, cosN = 0.89 。求额定运行时的：(1) 转差率； (2) 定子绕组的相电流； (3) 输入有功功率； (4) 效率。 解：(1) 由型号知 2p = 2，即 p = 1， 因此 n0 = 3 000 r/min，故 sN = n0nN n0

8、= 30002940 3000 = 0.02 (2) 由于定子三相绕组为三角形联结，故相电流为 I1p =IN 3 42.2 3 = A = 24.4 A(3) 输入有功功率P1N = 3 UNIN cosN = 1.73238042.20.89 W = 24719.2 W = 24.72 kW (4) 效率N = 100% PN P1N = 100% = 89 % 22 24.72 定子加电源 定子电流 旋转磁通势 气隙磁场 转子感应电动势 转子电流 和气隙磁场相互作用 电磁转矩 电动机转动起来1.4 三相异步电动机的转差率及运行状态（1）三相异步电动机工作原理分析异步电动机模型0 机械负载

9、 旋转起来对称三相绕组 通入对称三相电流 旋转磁场 （磁场能量） 磁感线切割 转子绕组 转子绕组中 产生 e 和 i 转子绕组在磁场中 受到电磁力的作用 转子旋转起来 三相 交流 电能电磁 转矩感 应感应电机原理特点：旋转磁场(实现能量转换的前提)转子导体形成回路（ei0，产生电流）建立转矩的电流由感应产生（称为感应电机）旋转磁场与转子导体存在转速差，即n0（必要条件，异步）同步转速n1 定子绕组中流过频率为f1的三相对称电流，在气隙中产生的基波旋转磁场相对于定子绕组的转速为n1。该转速大小取决于电流的频率f1和绕组的极对数p，转向为从超前电流相绕组转向滞后电流相绕组。 转差率s -同步转速n

10、1与转子转速n之差对同步转速n1之比值 （2）异步电机的转差率转子转速n 转子的机械转速。感应电机最重要的参数：转差率异步： nn0 ， n-n0n0转差率：通常异步电机的空载时s00.5%，额定sN5%。n略低于n0（3）异步电机的运行状态运行状态判断：转差率的正负与大小、功率的传递 0ns0：电动机状态 转子侧：Tem与n同转向，Tem为驱动转矩，Tem0，发出机械功率 定子侧：E1与I1的有功电流I1a反方向 ，E1I1an0 s0：发电机状态 转子侧：Tem与n反转向，Tem为制动转矩，Tem0，吸收机械功率 定子侧：E1与I1的有功电流I1a反方向， E1I1a0，吸收电功率 吸收电

11、功率吸收机械功率转子电阻热损耗。 。 。 。 。 转子侧：Tem与n反转向，Tem为制动转矩，Tem0，发出电功率 吸收机械功率发出电功率 n1：电磁制动状态电磁制动状态电动机状态发电机状态s11s0s0n00nn1 可见，异步电机只有定子侧是外加电源的，转子侧的电动势和电流，均是由气隙旋转磁场感应产生的，因此称作为“感应电机”，而这一感应作用，只有在转子与气隙旋转磁场不同步，即“异步”转差率s不等于0的情况下，才可以产生，因此“感应电机”又称作“异步电机”。异步电机可以作电动机运行，也可以作发电机运行和电磁制动运行:一般作电动机运行 异步发电机很少使用电磁制动是异步电机在某一过程中出现的短时

12、运行状态例如，起重机下放重物时，为了安全、平稳，需限制下放速度时，使异步电动机短时处于电磁制动状态（4）异步电机的运行状态小结2三相异步电动机的电磁关系及等效电路异步电动机原理导引转子静止时的异步电机转子旋转时的异步电机定转子基波磁动势空间相对关系电磁关系电动势、磁动势平衡方程式转子绕组折算与等效电路先对照变压器的电磁关系及研究方法再得出异步电机的电磁关系及研究方法先分析转子不转时的电磁关系再分析转子旋转时的电磁关系先分析绕线式三相异步电动机再推广到鼠笼式异步电动机先分析一相再推广到三相2.1 异步电动机原理导引(1) 规定正方向转子绕组开路时三相绕线式异步电动机的规定正方向2.1 异步电动机

13、原理导引变压器的正方向一次绕组按电动机惯例定向二次绕组按发电机惯例定向磁通正方向与产生它的电流的正方向符合右手关系感应电动势为电流方向变压器基本方程磁势方程：电势方程：(2) 异步电机与变压器比较变压器：主磁通，脉振磁通， m表示振幅原、副绕组静止，磁通幅值按正弦变化，产生感应电势。主磁路中无气隙，主磁通由原副边绕组电流共同决定，存在漏磁通。原、副绕组匝数分别为N1，N2异步电机：主磁通，旋转磁通，沿气隙按正弦分布且以同步转速n0旋转主磁通与转子有相对运动，（磁通幅值不变化），转子中交链磁链变化，产生感应电势。主磁路中有气隙，主磁通由定转子绕组电流共同决定，存在漏磁通。原、副绕组匝数分别为N1

14、KW1，N2KW2变压器的负载运行分析分析步骤：电磁关系基本方程等效电路相量图(3) 空间矢量 和时间向量 间的关系 -时空矢量图 电流（时间）相量的性质：当A相电流达到最大值时， 在+j轴线上旋转角频率: f：定子电流频率 n:转子转速磁势（空间）矢量的性质： 当A相电流达到最大值时， 在A相绕组轴线上 ;旋转角速度:f：定子电流频率 n:转子转速时空矢量关系： 取 A相电流的时轴与该相相轴重合，则 磁势和电流有相同的初相，且在任一瞬 时二者均保持相同的相位。 此关系不因定、转子绕组轴线不重合而 改变。 定、转子绕组间的磁势合成：2.2 转子静止时异步电动机电磁关系2.2 转子静止时异步电动

15、机电磁关系特点：定转子基波磁动势空间相对静止 将异步电动机转轴卡住，转子绕组短路，在定子方施加三相对称电压，此时称其为转子静止时的异步电机。绕线式转子注意两类物理量：空间矢量、时间矢量(1)物理过程：变压器负载运行时的物理关系注：磁场由一次、二次电流共同确定。s2Es1E1E2E22RI11RIsF2sF1mF1N2NLZ2I2N1N1N2F1F1I1U定子三相对称绕组中，流过频率为f1的三相对称电流I1，产生圆形旋转基波磁动势F1，相对于定子绕组的转速为同步转速n1，n160f1/p，转向为从超前电流相绕组轴线转向滞后电流相绕组轴线。定子旋转磁场切割转子绕组，产生频率为f2（ f2 pn1

16、/60= f1 ）的三相对称感应电动势在闭合的转子绕组中产生三相对称电流I2产生圆形旋转基波磁动势F2，相对于转子绕组的转速为n2，n260f2/pn1，转向为从超前电流相绕组轴线转向滞后电流相绕组轴线，即与定子旋转磁动势F1同转向。 F2与F1同转速、同转向，故空间保持相对静止：n2 n1 (2)磁动势转子电流 的性质a、合成磁动势仍是旋转磁通势；b、与定子旋转磁动势有相同的转速；c、旋转磁势转向相同所以：定子和转子旋转磁动势空间相对静止 可合成矢量（空间坐标、三相）： 感应电势转子绕组短路转子电流产生电机磁场由定、转子磁动势共同建立。由于定、转子磁动势F1与F2空间保持相对静止，故可以合成

17、为一等效的励磁磁动势： (3)磁动势平衡方程式与电流变比 I1L称为定子电流的负载分量。在负载运行时，异步电动机定子电流I1分成Im和I1L两个分量： Im是励磁电流用于建立电机铁心中的主磁通m I1L是负载分量用于建立磁动势F1L去抵消转子磁势F2。(4)转子反应 转子反应的作用：使气隙磁场的大小和空间相位发生变化，从而引起定子感应电动势E1变化，并使定子电流I1发生变化。负载时，定子电流中除了激磁分量Im以外，还有一个补偿转子磁动势的“负载分量”I1L，即I1=Im+I1L，此I1L产生的磁动势F1L与转子磁动势F2大小相等，且方向相反，以维持气隙内主磁通基本不变，并使定子感应电动势-E1

18、加上定子漏阻抗压降后，仍能与电源电压平衡，即F1L=-F2。与主磁场相互作用，产生所需要的电磁转矩，以带动轴上的机械负载。负载时，感应电机的转子磁动势基波对气隙磁场的影响，称为转子反应。 定、转子绕组间的磁势合成：(5)转子静止时的磁动势时空矢量图 (6)电动势平衡方程式与电动势变比因磁通势实现了相分离，故三相绕组可用一相为代表讨论，延用变压器负载运行各电磁量的假定正向，有：back R1、R2和X1、X2分别为定、转子绕组的电阻和漏电抗。 主磁通在定、转子绕组的感应电动势 定、转子绕组电动势之比称为电动势变比ke对三相绕线型异步电机(7)转子静止时的基本方程式组 定子侧：转子侧：定转子关联方

19、程：定子主电动势方程：Zm=Rm+jXm为励磁阻抗，Rm为励磁电阻，它是一个代表铁耗的等效电阻；Xm为励磁电抗。变压器绕组的折算绕组折算：将一、二次绕组匝数变换为同一匝数的方法。折算原则：磁场不变；能量关系不变。折算方式：二次一次；一次二次。折算关系（二次一次）：电势、电压的折算：电流的折算（磁场不变）：阻抗的折算（能量不变）： 折算处理： n=0：无频率折算； 仅做绕组折算。(8)绕组折算和等效电路 折算到定子侧的方程式组为 变压器绕组折算后的基本方程式 等效电路 经折算后，同变压器类似，可得异步电动机在转子静止时的T型等效电路。变压器的T型等值电路(9)相量图转子堵转、转子绕组短路时的相量

20、图注意：异步电动机定、转子漏阻抗比较小，若定子加额定电压，则定转子电流都很大，大约为额定电流的47倍。等效异步电动机加额定电压直接起动，而转速等于0的瞬间情况，若长期工作在此状态，则电机可能烧坏。若做堵转实验，应把定子上所加电压降低，限制电流。【例】一台绕线式三相异步电动机，当定子加额定电压而转子开路时，滑环上电压为260V，转子绕组为Y接，不转时，转子每相漏阻抗为0.06+j0.2（设定子每相漏阻抗Z1=Z2）。（1）定子加额定电压，求转子不转时转子相电流（2）当在转子回路串入三相对称电阻，每相阻值为0.2 时，计算转子每相电流。 解:计算转子相电流，可采用下图本题计算的量为转子边的量，可采

21、用把异步电机定子边向转子边折合的数值来计算（1）定子加额定电压，转子不转时相电流的计算转子开路时每相电动势为定子每相额定电压的折合值为的有效值为（2）串电阻后转子相电流的计算式中，R=0.2，是转子一相绕组里 外串的电阻，转子电流的有效值 将转子绕组短路，在定子方施加三相对称电压，此时称其为转子旋转时的异步电机。绕线式转子2.3 转子转动时异步电动机内的电磁关系n特点：定转子基波磁动势空间相对静止 (1)物理过程： 转子导体扫过一对磁极空间的时间变长，使转子电势频率减小为： 定子旋转磁场切割转子导体的相对速度下降为：(2)转子电势的变化 转子系统频率f2s 转子相绕组感应电动势E2s 转子相绕

22、组漏阻抗 转子相电流转子电势、漏电抗和电流的变化： (3)电动势平衡方程：（三相绕组用一相为代表讨论） R1、R2和X1、X2分别为定、转子绕组的电阻和漏电抗。 主磁通在定、转子绕组的感应电动势 (4)转子转动时的磁动势平衡方程式 在转子上的转速为：转子转速为n，则 相对于定子的转速为 ： 与 空间相对静止，与n无关 。 转子磁通势 的性质：a、是旋转磁通势；b、与定子旋转磁通势有相同的转速；c、旋转方向一致 ；d、空间相对 静止，与n无关 。 与 仍可空间矢量合成，等效为一等效合成的激磁磁动势 在转子上的转速为： 转子转速为n， 相对于定子的转速为 ： 定转子磁动势空间仍相对静止 与 空间上

23、始终保持相对静止(5)定、转子绕组间的磁势合成（时空矢量图）问题：定、转子电流频率不同不能相加？ （引入频率折算） (6)转子转动时磁势平衡方程 ？(7)转子系统的折算与等效电路 转子系统频率的折算 转子系统的频率f2s sf1与定子系统的频率f1不相同，导致二者的基本方程式和等效电路均无法实现直接连通，得到统一的等效电路。 因此，需将转子系统的频率f2s折算为定子系统的频率f1 。转子旋转时，电势和电流的频率为 ，和转子不转时相比，其大小的数值为：频率折算：转子转动转子不转动旋转静止 频率折算后的等效电路频率折算后的方程组零速等效：把一个旋转转子看成静止的转子，并在不转动的转子中接入等效电阻

24、：两者旋转磁通势相对静止的性质并不改变；转子静止时电流在大小和相位上正好和转子旋转时的数值一致。从定子的角度看：两者没有区别。等效电阻Req上消耗的功率为机械功率绕组折算 异步电机频率折算后的方程式组与变压器的完全相对应，因此可以再通过绕组折算，得到转子旋转时异步电机的等效电路。 折算的目的、方法和条件 目的：为了简化计算，便于导出一体化的等效电路。 方法：把转子绕组折算到定子侧。用一个相数为m1、匝数为N1、绕组系数为kW1(与定子相同的)的等效转子绕组来替代实际的转子绕组。 条件：折算前后磁动势F2不变；折算前后转子的各种功率不变。各物理量的折算值 根据折算条件，按以下方法将转子侧的物理量

25、和参数折算到定子侧，折算后的物理量加号标记。转子绕组的电压、感应电动势乘以电动势变比ke。转子绕组电流除以电流变比ki。转子绕组阻抗乘以电动势变比ke和电流变比ki。绕组折算后的方程式组频率折算和绕组折算后的等效电路(8)等效电路的得出过程转子旋转时定转子磁耦合电路频率折算后时定转子等效电路频率折算和绕组折算后的等效电路T型等效电路T型等效电路（1）异步电动机的空载运行 n接近n0，s0代表机械负载的附加电阻转子电路相当于开路定子电路中的电流 滞后于外加电压 近90，功率因数滞后，且很低2.4 等效电路分析和相量图（2）异步电动机的额定负载运行sN5%，代表机械负载的附加电阻转子电路基本上为阻

26、性，故转子电路功率因数较高定子电流 分为励磁电流 和负载分量 ，定子电路功率因数取决于这两部分电流的滞后程度，由于 比 大的多，故阻性起主要，（3）异步电动机起动/堵转无论起动还是堵转，n=0，则s=1代表机械负载的附加电阻电路成短路状态起动电流很大，功率因数也较低（4）异步发电机运行异步电机作发电机运行，nn0，s0。代表机械负载的附加电阻此时为原动机拖动转子转动，输入机械功率，每相功率分配为转子机械功率输入=转子铜耗+传给定子的功率（5）异步电机电磁制动运行异步电机作电磁制动运行，n1。代表机械负载的附加电阻此时为原动机反向（与n0相反）拖动转子转动，输入机械功率转子机械功率输入+定子的功

27、率=转子铜耗既吸收电功率又吸收机械功率，都供给转子铜耗，称为电磁制动。简化等效电路图相量图补充绕线转子结论完全适用于笼型转子笼型转子的多相绕组可等效为三相绕组笼型转子的极对数自动跟随定子极对数笼型转子的相数和极对数设转子总导条数为Z2(即转子槽数)，在转子圆周上均匀分布，导条两端被端环短路，整个结构是对称的。当一极对数为p的旋转磁场Bm在气隙中旋转时，它依次切割转子各导条，构成一个对称的Z2/p相电动势系统，该电动势作用在结构对称的笼型绕组上，产生对称的Z2/p相电流。笼型转子相数等于每对极下转子导条数，即m2=Z2/p。每相只有一根导条，故匝数等于1/2匝，绕组系数为1，即N2=1/2，kN

28、2=1 。 笼型转子的极对数始终等于定子的极对数p 。【例】 一台三相 4 极笼型异步电动机，UN =380 V，三角形联结，fN = 50 Hz，nN = 1 452 r/min，R1 = 1.33 ，X1 = 2.43 ， R2 = 1.12 ，X2 = 4.4 ，Rm = 7 ， Xm = 90 。试用 T 型和简化等效电路计算额定状态下运行 时的定子相电流 、转子相电流 和励磁电流 。I2I1Im解： (1) 应用 T 型等效电路 sN = n0nN n0= 1 5001 452 1 500 = 0.032 Z1 = R1jX1 = (1.33j 2.43) Z2 = R2 /s jX

29、2 = (1.12/0.032j 4.4) = 2.77 61.3o = 35.28 7.17o Zm = RmjXm = (7j90) = 90.27 85.55o 设 U1 = 380 0o V = 11.47 29.43O A = 10.02 170.11O A Im = I1I2 = 3.91 88.27O A I1 = U1 Z1 Zm Z2 ZmZ2I2 = Zm ZmZ2I1 或 Im = Z2 ZmZ2I1 = 3.91 88.27O A (2) 应用简化等效电路I2 =U1 Z1Z2 = 10.28 169.35O A Im = U1 Zm = 4.21 85.55O A =

30、 A 380 0O 90.27 85.55o I1 = ImI2 = 12.08 30.32o A = 4.21 85.55O 10.28 169.35O A 3三相异步电动机的功率和转矩3.1 功率关系3.2 转矩关系 异步电机的功率和损耗在T型等效电路中的反映（1）功率关系示意3.1 功率 输入功率 P1 P1 = 3 U1I1cos1= 3 U1LI1Lcos1 定子铜损耗 pCu1 pCu1 = m1R1I12 = 3R1I12 铁损耗 pFe（转子铁损耗忽略不计） pFe = m1RmIm2 = 3RmIm2（2）各功率含义：R2 s = m1 I22 电磁功率 Pem Pem =

31、P1pCu1pFe Pem = m2 E2 I2cos2 = m1 E2 I2 cos2 转子铜损耗 pCu2 pCu2 = m2 R2 I22 = m1 R2 I2 2 = s Pem = m1 R2I2 2 + m1 R2I2 2 1s s输出功率 P2 P2 = PMp0 = PempCu2p0 = P1pCu1pFepCu2p0总机械功率 PM PM = PempCu21s s PM = m1 R2I22 = (1s ) Pem 空载损耗 p0 p0 = pmecp机械损耗附加损耗P1pCu1+pFePempCu2p0P2PM总损耗 pal pal = pFepCupmecp = pF

32、e(pCu1pCu2) pmec p 功率平衡方程式 P2 = P1pal 效率 = 100% P2 P1 名称符号计算公式输入电功率P1 P1=m1U1I1cos1 定子绕组铜耗pCu1 pCu1 =m1 I12 R1 铁耗pFe pFe=m1 Im2 Rm，在正常运行时，异步电动机的转速接近同步转速，转子电流频率很低(0.52)Hz，转子铁耗可以忽略，因此异步电动机的铁耗可近似认为等于定子铁耗。电磁功率Pem Pem= P1-pCu1-pFe =pCu2+PM=m2 I22 R2s 借助于气隙中旋转磁场由定子传递给转子的功率转子绕组铜耗pCu2 pCu2=m2 I22 R2 名称符号计算公

33、式总机械功率PM PM=m2 I22 R2(1-s)s 机械损耗pmec 包括轴承摩擦损耗和通风损耗，主要与转速有关附加损耗p 难以准确计算，通常估算约为电机额定功率的0.5%1%。输出机械功率P2 转子轴上输出的机械功率（3）功率流图：Mempmec+p（4）功率平衡方程：几个功率量间的关系：电磁功率、转子绕组回路铜耗、总机械功率三者之间的关系为：Pem：PM：pCu2=1：1-s：s异步电动机机械功率平衡关系式 PM=P2+pmec+p=P2+p0 两边同除以转子机械角速度=2n/60，即得对应的转矩平衡方程式。 Tem= PM 为电磁转矩；T2= P2为负载制动转矩；T0=(pmec+p

34、) 为空载制动转矩。（1）异步电机转矩平衡方程式Tem=T2+T03.2 转矩上式说明，电磁转矩等于电磁功率除以同步机械角速度，也等于总机械功率除以转子机械角速度。转矩平衡方程：空载转矩 ：轴上输出转矩 ： T2 = TL 若 TL T2TL n s E2s I2s (I1) Tem T2 = TL 重新稳定运行( n 较高, I1 较小) T0 Tem 因此 T em= T2 = TL （2）异步电机转矩平衡过程电动机的负载转矩为 TL，稳定运行时 一般 T0 很小 ，在满载或接近满载时 （3）电磁转矩的另外表现形式【例】 一台三相异步电动机，UN = 380 V，Y 形联结。在拖动 TL

35、= 140 Nm 的负载运行时，定子电流I1 = 42 A，转速 n = 1 440 r/min。铁损耗 pFe = 800 W，铜损耗 pCu = 1 200 W，空载损耗 p0 = 750 W。求：(1) 转矩 T2、T0 和 Tem ；(2) 功率 P2、Pem、PM 和 P1 ； (3) 效率 和功 率因数 cos 。解：(1) 求转矩 T2 = TL = 140 NmT0 = 60 p0 2 n = Nm = 5 Nm 60 750 2 1 440 T em= T0T2 = 145 Nm p0 =(2) 求功率 由 n = 1 440 r/min 可知 n0 = 1 500 r/mi

36、n 因此 s = n0n n0= 1 5001 440 1 500 = 0.04 P2 = T2 n 2 60 = 1401 440 kW = 21.1 kW 2 60Pem = Tem n02 60 = 1451 500 kW = 22.77 kW 2 60PM = (1s ) Pem = (10.04 )22.77 kW = 21.85 kW P1 = P2pFepCup0 = (21.10.81.20.75) kW = 23.85 kW (3) 求效率和功率因数 = 100% P2 P1 = 100% = 88.47% 21.1 23.85 cos1 =P1 3 U1 I1 = = 0.

37、86 23.85 1.73238042 4 三相异步电动机参数测定4.1空载试验4.2短路试验三相异步电机参数测定电路空载状态励磁参数Zm,Rm,Xm 空载堵转状态漏阻抗Z1、r1、x1，Z2、r2、x2 堵转（短路）4.1空载试验试验目的：测定励磁电阻Rm、励磁电抗Xm、铁耗pFe、机械损耗pmec。具体试验方法：试验时电机轴上不带负载，用三相调压器对电机供电，使定子端电压从(1.11.3)UN开始，逐渐降低电压，空载电流逐渐减少，直到电动机转速发生明显下降，空载电流明显回升为止。在此过程中，记录电动机的端电压U1、空载电流I10、空载损耗p0、转速n。绘制空载特性曲线。（1）空载试验方法

38、空载运行试验：试验在接线边做；电压由高调节到低时，测量电压、电流和功率损耗的相应数据；一定要测量出额定电压时的相对应数据P10I10P10I10（2）空载试验曲线由于异步电动机空载运行时转子电流小，转子铜耗可以忽略不计。在这种情况下，定子输入功率消耗在定子铜耗m1I102R1、铁耗pFe、机械损耗pmec，空载附加损耗p0上 P10=m1I102R1+pFe+pmec+p0 从输入功率P10中扣除定子铜耗，得p10 p10=P10-m1I102R1=pFe+pmec+p0（3）空载试验数据分析损耗分离 在p10的三项损耗中，机械损耗pmec与电压U1无关，在电动机转速变化不大时，可以认为是常数

39、。pFe+p0可近似认为与磁密的平方成正比，因而可近似认为与电压的平方成正比。故p10与U12的关系曲线近似为一直线，其延长线与纵轴交点即为机械损耗pmec。空载附加损耗p0相对较小，可忽略，或用其它试验将之与铁耗分离，也可根据统计值估计，从而得到铁耗pFe机械损耗的求法pFe+p0p10 励磁参数的确定式中，定子漏电抗X1将由短路试验测出。 4.2短路试验试验目的测定短路阻抗、转子电阻、定、转子漏抗。 具体试验方法：将转子堵住，在定子端施加电压，从0.4UN开始逐渐降低，记录定子绕组端电压Uk、定子电流I1k、定子端输入功率P1k，作出短路特性I1k=f(Uk)，Pk=f(Uk)根据短路特性

40、曲线，取额定电流点的Uk(相电压)、I1k(相电流)、P1k(三相短路损耗)。（1）短路试验方法 试验在接线边做； 电压由高调节到低时，测量电压、电 流和功率损耗的相应数据； 一般要求测量出： a、额定电流时的相对应数据； b、额定电压时的相对应数据； c、（23）倍额定电流时的相对应数据；（2）短路试验曲线参数计算 堵转(1)时的等效电路如图所示（3）短路试验参数计算参数计算 堵转(1)时的等效电路如图所示大中型异步电机小型异步电机堵转实验测量数据处理5 三相异步电机工作特性和机械特性5.1工作特性5.2机械特性异步电动机的工作特性是指在额定电压、额定频率下异步电动机的转速n、定子电流I1、

41、电磁转矩Tem、功率因数cos1、效率等与输出功率P2的关系曲线。 异步电动机的工作特性可以用计算方法获得在已知等效电路各参数、机械损耗、附加损耗的情况下，给定一系列的转差s，可以由计算得到工作特性。对于已制成的异步电动机，其工作特性也可以通过试验求得。 5.1 异步电动机的工作特性（1）工作特性：1、转速特性：2、效率特性：3、功率因数特性：4、转矩特性：5、定子电流特性：（2）异步电动机的工作特性曲线（3）三相异步电机工作特性的求取负载实验UN，fN工作条件加负载、减负载，分别测量P1、I1、n，计算cos1、Tem及，测几组，绘制曲线根据等效电路计算求得5.2.1电磁转矩的三种表达式实用

42、表达式:参数表达式:物理表达式:5.2 异步电动机的机械特性(1)电磁转矩的物理公式 Pem = m1 E2 I2 cos2 E2 = 4.44 f1 kw1N1m Tem = Pem 060Pem 2n0 = Tem = CTm I2 cos2 转矩常数: p Pem 2 f1 = 4.44 pm1kw1N1 2 CT = 60Pem 2(60f1 /p) = (2)电磁转矩的参数公式规律异步电机电磁转矩的参数表达式描述了电磁转矩与参数的关系，由简化等效电路推导出表达式如下i) Tem与U12成正比。 ii) f1 Tem 。 iii)漏电抗Xk Tem。机械特性图形表示电磁制动状态电动状态

43、发电机状态电磁制动状态电动状态发电机状态Tem-s曲线 在电压U1、频率f1为常数时，电机的参数可以认为是常数，Tem仅与s有关.Tem有最大值Tmaxa)从物理角度看b)从数学角度看令临界转差率最大转矩“+”：电动状态；“-”：发电状态i)各参数及 f 固定时，则Tmax与U12成正比，与（X1+X2）成反比，与R2无关ii)f及U1不变时，则sm与R2成正比，与（ X1+X2）成反比，与U1无关iii)对绕线式异步电机，当转子串联恰当电阻Rs，可使sm=1（相当于n=0），则启动时达到最大转矩Tmax。参数起动转矩倍数： 一般为0.81.2 转矩过载倍数： 一般为1.62.2（3）电磁转矩

44、的实用公式 由于 忽略R1，公式Tmax Tem = 1 s sm ( )2Tmax Tem 若忽略 T0，则60 2 TN =PN nN 将Tmax=TTN和 s = sN代入求sm简化条件电动机在额定负载以下运行，ssm,电动机在额定负载以下运行，Tem与s成正比，机械特性为一条直线。此时，nsn00sm10TTmaxTL图形表示ssm：曲线部分非工作部分不能稳定运行针对恒转矩、恒功负载（4）异步电动机的电磁转矩小结实用表达式： 物理表达式：参数表达式：定性分析分析参数影响工程计算nsn00sm10TTmaxTL 当 且电机定子和转子电路中不外接电阻（电抗、电容）时的机械特性。5.2.2

45、固有的机械特性固有的机械特性的绘出：起动点；额定工作点；同步点；最大转矩点； 起动点：s =1 ，n = 0，转子静止， Tem= Tst ，I1st=（47）I1N 额定点：s = sN ，n = nN，Tem=TN，I1=I1N四个特殊点： 同步点：s = 0，n = n0，旋转磁场相对于转子静止， Tem=0。 该点是电动状态与电磁制动的转折点。 最大转矩点：a）电动状态最大转矩点 Tem=Tmax，s=sm b）发电状态最大转矩点 Tem= -Tmax，s= -sm Tem= -Tmax，s= -sm |-Tmax|Tmax5.2.3 人为机械特性定子端电压降低；转子电路内串入对称电阻

46、；定子电路串联对称电抗；定子电路串联对称电阻；转子电路接入并联阻抗；改变极对数改变频率(1) 降低定子电压U1时的人为特性 n0不变 Tmax及Tst 与U12成正比下降 sm不变sMnT OUN0.8UN0.5UNTm0.64Tm0.25Tmn0R2+Rs1(2) 转子电阻增加时的人为特性Ts OTMsM1sM1TstTst1Tst3Tst2Rs1Rs2Rs3 n0不变，Tmax不变 sm随转子电阻 增大而增大 Tst 开始随 R2 增大而增大； 当R2=Rst,Tst=Tm； 若R2继续增大， Tst将减小。(3) 定子电路串联对称电抗s OsM1nn0 n0不变 Tmax, Tst, s

47、m 随定子串联 电抗增大 而减小TTmTstTst1Tm1X1+Xs1X1sM1(4) 定子电路串联对称电阻s OsM1sM1nn0 n0不变 Tm,Tst,sm随定子 串联电阻增大 而减小TTmTstTst1Tm1R1+Rs1R1(5) 转子电路接入并联阻抗s OsM1nn0 n0不变 起动时，s大， 电抗器感抗X大， 转子电流主要 流过电阻RTTmTstTst1X1 转速高时，s很小， 电抗器感抗X很小， 转子电流主要流过X(6) 定子频率改变时的人为特性 f1 fN E1 4.44 f1 kw1N1m = U1 4.44 f1 kw1N1为保持 m = 常数 = 常数U1 f1 因为 n

48、0 f1 ,sm 1 f1所以 n = n0nm = sm n0 （不变） ( )因为 Tmax U1 f12所以 Tmax 不变。 f1fN n0f1n0 T nOfNTM f1fN ， U1L = UN（不变） 调频时：f1 m 因为 n0 f1 ，sm 1 f1所以 n = n0nm = sm n0 (不变) Tmax 1 f1 2而且： f1fN n0f1n0 T nOfN(7) 改变磁极对数时的人为特性U1 U2 U3 U4 (a) p = 2S N N SU1 U2 U3 U4 N S (b) p = 1(a) YY(p ) (b) Y(2p ) (c) (2p ) 定子绕组常用的接法 YYY 变极 p 2p， n0