电机学课件-异步电机概要

1、 异步电机主要用作电动机，将电能转换为机械能，拖动各种生产机械。结构简单、制造、使用和维护方便，运行可靠，成本低，效率高，得以广泛应用。但是，功率因数低、起动和调速性能差。 感应电机（异步电机）：定、转子间靠电磁感应作用，在转子内感应电流以实现机电能量转换。 异步电机主要用作电动机，将电能转换为机械能，拖第一节 三相异步电动机的基本工作原理一、转动原理1、电生磁：三相对称绕组通以三相对称电流产生圆形旋转磁场。2、磁生电：旋转磁场切割转子导体感应电动势，产生感生电流。3、电磁力：转子载流（有功分量电流）体在磁场作用下受电磁力作用，形成电磁转矩，驱动电动机旋转，将电能转化为机械能。XAZBCYSa

2、nxiangboxingtu A相B相C相第一节 三相异步电动机的基本工作原理一、转动原理1、电生磁：异步电机外形图 异步电机结构图第二节 异步电机的基本结构异步电机外形图 电机学课件异步电机概要电机学课件异步电机概要一.定子 定子铁心：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。一.定子定子铁心定子铁心 定子铁心的槽形主要有三种：半闭口槽适用于小型异步电机，其绕组是用圆导线绕成的。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

3、型线圈。 定子铁心的槽形主要有三种：半闭口槽适用于小型异步一. 定子 定子绕组：构成电路部分。其作用是感应电动势、流过电流、实现机电能量转换。一. 定子外壳和机座 机座：固定和支撑定子铁心。因此要求有足够的机械强度。外壳和机座 机座：固定和支撑定子铁心。因此要求有足够二. 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0.5mm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。 第二节 异步电机的基本结构二. 转子第二节 异步电机的基本结构二. 转子 笼型绕组：在

4、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。这种笼型绕组一般为铝浇铸的，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。二. 转子二. 转子 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。 二. 转子 三. 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。 为了减小电机主磁路的磁阻，降低电机的励磁

5、电流，提高电机的功率因数，气隙应尽可能小。异步电机气隙长度应为定、转子在运行中不发生机械摩擦所允许的最小值。 中、小型异步电机中，气隙长度一般为0.21.5mm。 三. 气隙额定功率PN：是转轴上输出的机械功率，单位为W或kW。 额定电压UN：施加在定子绕组上的线电压，单位为V。 额定电流IN：电动机在额定电压、额定频率下，轴端输出额 定功率时，定子绕组的线电流，单位为A。 额定频率fN：我国电网频率fN=50Hz。 额定转速nN：电动机在额定电压、额定频率、轴端输出额定 功率时，转子的转速，单位为r/min。额定效率N额定功率因数cosN 四、异步电动机的额定值三相异步电动机额定值之间的关系

6、额定功率PN：是转轴上输出的机械功率，单位为W或kW。 四、五、异步电机的转差率同步转速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。转子转速n-转子的机械转速。转差率s-同步转速n1与转子转速n之差对同步转速n1之比值五、异步电机的转差率同步转速n1-定子绕组中流过频率为根据转差率的大小和正负,异步电机有三种运行状态机械能转变为电能电能和机械能变成内能电能转变为机械能能量关系制动制动驱动电磁转矩 转差率 转速外力使电机快速旋转外力使电机沿磁场反方向旋

7、转定子绕组接对称电源实现发电机电磁制动电动机状态六、异步电机的三种运行状态根据转差率的大小和正负,异步电机有三种运行状态机械能电能和机第三节 交流电机的绕组一、三相交流绕组的构成原则 交流绕组是电机实现能量转换的一个主要部件。按槽内层数分有单层、双层绕组；单层又分等元件式、同心式、链式和交叉式等；双层又有叠绕和波绕之分；按每极每相所占槽数又分为整数槽和分数槽绕组。三相绕组遵循的原则（1）均匀原则：各相绕组在每极下所占的槽数应相等；（2）对称原则：三相绕组的结构完全一样，在电机的空间上 互相错开1200电角度；（3）电动势相加原则：线圈两个边的电动势应相加；线圈与 线圈之间的连接也应符合这一原则

8、。（4）在产生一定大小电动势和磁动势、且保证绝缘性能和机 械强度可靠的条件下，尽量减少用铜量，并且制造检修方便。第三节 交流电机的绕组一、三相交流绕组的构成原则 线圈（绕组元件）：是构成绕组的基本单元。绕组就是线圈按一定规律的排列和联结。线圈可以区分为多匝线圈和单匝线圈。与线圈相关的概念包括：有效边；端部；线圈节距等二、三相交流绕组的基本概念 线圈（绕组元件）：是构成绕组的基本单元。绕组就是线圈按一 极距：沿定子铁心内圆每个磁极所占的范围； 用长度表示/用槽数表示； 电角度： 转子铁心的横截面是一个圆，其几何角度为360度。 从电磁角度看，一对NS极构成一个磁场周期，即1 对磁极为360电角度

9、； 电机的极对数为p时，气隙圆周的角度数为p 360电角度。电角度机械角度P 极距：沿定子铁心内圆每个磁极所占的范围； 电角度： 单层绕组一个槽中只放一个元件边； 双层绕组一个槽中放两个元件边。 单层绕组一个槽中只放一个元件边； 一个槽所占的电角度数称为槽距角，用表示； 每个极域内每相所占的槽数称为每极每相槽数，用q表示。槽距角，相数，每极每相槽数 一个槽所占的电角度数称为槽距角，用表示；槽距角，相数，交流绕组单层绕组双层绕组同心式绕组链式绕组交叉链式绕组等元件式整距叠绕组双层叠绕组双层波绕组三、交流绕组的形式交流绕组单层绕组双层绕组同心式绕组链式绕组交叉链式绕组等元件整距单层叠绕组整距单层叠

10、绕组同心式绕组同心式绕组链式绕组链式绕组交叉链式绕组交叉链式绕组双层叠绕组双层叠绕组四、单层叠绕组的构成1. 分极分相：将总槽数按给定的极数均匀分开（N、S极相邻分布）并标记假设的感应电势方向。 将每个极域的槽数按三相均匀分开。三相在空间错开120电角度。 实例：Z24（槽）、m3（相）、2p4（极）的单层叠绕组基本步骤：每极每相槽数四、单层叠绕组的构成1. 分极分相：实例：Z24（槽）、m电机学课件异步电机概要2. 连线圈和线圈组： 将一对极域内属于同一相的某两个线圈边连成一个线 圈，共有q个线圈。 将一对极域内属于同一相的q个线圈连成一个线圈组；（共有多少个线圈组？） 以上连接应符合电势相

11、加原则。 电机学课件异步电机概要线圈组连接线圈组连接 将属于同一相的q个线圈组连成一相绕组，并标记首尾端。 串联与并联：电势相加原则。最大并联支路数ap。连相绕组 将属于同一相的q个线圈组连成一相绕组，并标记 将三个构造好的单相绕组连成完整的三相绕组； 接法或Y接法；连三相绕组连三相绕组第四节 交流绕组建立的磁动势一、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 一个整距线圈在异步电机中产生的磁势第四节 交流绕组建立的磁动势一、交流电机定子单相绕组的磁势1 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，其上消耗的磁势降可以忽略不计 ，线圈在一个气隙上施加的

12、磁势为： 如果通过线圈的电流为正弦波， 则矩形波的高度也将按正弦变化。 一个位置固定，幅值随时间按正弦变化，矩形脉振磁势。矩形脉振磁势 磁力线穿过转子铁心，定子铁心和两个气隙 如果通过线圈的电 脉振磁势可以表示为为幅值 按照富立叶级数分解的方法可以把矩形波分解为基波和一系列谐波 基波幅值为： 高次谐波的幅值为矩形波脉振磁势的分解 脉振磁势可以表示为为幅值 按照富立叶级数分解的方法可以把矩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（驻波） 。其表达式为：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电机学课件异步电机概要 由

13、q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，称为分布绕组。2、 （1）整距分布绕组的磁势 分布绕组有利于削弱谐波 由q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， 取单个线圈的基波进行分析（为正弦脉振磁势），q个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： 取单个线圈的基波进行分析（为正弦脉振磁势），q个正弦脉振磁（2）双层短距绕组的磁势 双层整距绕组可以等效为两个整距单层绕组 两个等效单层绕组在空间分布上错开一定的角度，这个角度等于短距角； 双层短距绕组的磁势等于错开一个短距角的两个单层绕组的磁势在空间叠加。短距绕组有利于削弱谐波分布系数短矩系数（2）双层短

14、距绕组的磁势 双层整距绕组可以等效为两个整距单层多极电机：如果只看每对极产生的磁动势，与上面的两极电机完全一样，所以多极电机只研究每对极磁动势即可。 一相绕组的总磁动势平均作用于各个磁极， 单相绕组磁动势，不是一相绕组的总磁动势， 而是其作用于一个磁极的磁动势。 -9009002700需澄清的两个概念多极电机：如果只看每对极产生的磁动势，与上面的两极电机完全一二、三相基波旋转磁势 单相正弦脉振磁势的分解： 设A相绕组通过电流： 其基波磁势为: F最高点的运行轨迹为xt ，即最高点的位置随时间 以角速度运动。 F最高点的运行轨迹为xt ，即最高点的位置随时间以角速度运动。二、三相基波旋转磁势 单

15、相正弦脉振磁势的分解： 设A相绕组通脉振驻波分解为两个行波xA脉振驻波右行行波左行波波脉振驻波分解为两个行波xA脉振驻波右行行波左行波波结论:（1）单相绕组的基波磁动势为脉动,它可以分解为大小相等、转速相同而转向相反的两个旋转磁势。（2）反之,满足上述性质的两个旋转磁动势的合成即为脉动磁动势.（3）正反两个旋转磁动势在旋转过程中，大小不变，所以称这两个磁动势为圆形旋转旋转磁动势。结论:（1）单相绕组的基波磁动势为脉动,它可以分解为大小相等 三相基波磁势合成旋转磁势 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： 三相基波磁势合成旋转磁势 三相对称电流：三相对称电流通过三三相合成磁

16、势为 三相对称交流绕组通过三相对称电流时将产生旋转磁势。三相合成磁势为 三相对称交流绕组通过三相对称电流时将产生旋转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，三个反向旋转磁势在空间错开120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。 圆形旋转磁势的幅值为： 圆形旋转磁势的转速为： 当某相电流达到最大值时，旋转磁势的波幅刚好转到该相绕组的轴线上，旋转磁势的转向:由带有超前电流的相转向带有滞后电流的相。N1为每相的串联匝数，/p为每极每相的匝数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 改变旋转磁场转向的方法：调换任意两相电源线（

17、改变相序） 旋转磁势 改变旋转磁场转向的方法：调换任意两相电源线（改变相序） 旋三相（m相，m3）对称绕组通入三相（m相，m3）对称电流，产生的基波合成磁动势是一个幅值恒定不变的圆形旋转磁动势，它有以下主要性质(1)幅值是单相脉动磁动势最大幅值的3/2倍（m/2倍）。(2)转向由电流相序决定,从超前电流相转到滞后电流相。(3)转速决定于电流的频率和电机的磁极对数。(4)当某相电流达最大值时,旋转磁动势的波幅位置与该相绕组的 轴线重合。总结三相（m相，m3）对称绕组通入三相（m相，m3）对称电流三相绕组的合成次谐波磁动势讨论三次谐波磁动势的极对数是基波的三倍， 三相绕组各自建立的三次谐波磁动势表

18、达式三相合成的三次谐波磁动势三相合成的三次谐波磁动势为零。这个结论可推广到6k3的谐波次数。 三相绕组的合成次谐波磁动势讨论三次谐波磁动势的极对数是基波第五节 交流绕组的感应电动势电势：这里我们指在基波磁场的作用下而感生的电势。（变压器）：（电机）： ky1：基波短距系数 y1/18/95/67/93/42/3ky110.9850.9660.940.9250.866 kq1：基波分布系数 q123456 kq110.9660.960.9580.9570.957第五节 交流绕组的感应电动势电势：这里我们指在基波磁场的作用第六节 转子静止时的异步电动机 将异步电动机转轴卡住，转子绕组短路，在定子方

19、施加三相对称电压，此时称其为转子静止时的异步电机。第六节 转子静止时的异步电动机 将异步电动机一、定、转子基波磁动势空间相对静止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 /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

20、转向。 F2与F1同转速、同转向，故空间保持相对静止：n2 n1 一、定、转子基波磁动势空间相对静止定子三相对称绕组中，流过频二、电磁关系二、电磁关系1. 电压平衡方程式与电动势变比三、电压、磁动势平衡方程式1. 电压平衡方程式与电动势变比三、电压、磁动势平衡方程式R1、R2和X1、X2分别为定、转子绕组的电阻和漏电抗。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，它反映了主磁通在电路中的作用。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KeR1、R2和X1、X2分别为定、转子绕组的电阻和漏电抗。 2. 磁动势平衡方程式与

21、电流变比由于定、转子磁动势F1与F2空间保持相对静止，故可以合成为一等效的励磁磁动势：电流变比：（三相合成基波磁势的幅值： ） 2. 磁动势平衡方程式与电流变比由于定、转子磁动势F1与 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I0和I1L两个分量：I0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去抵消二次侧磁势F2。2. 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，3. 转子静止时的基本方程式组定子侧：转子侧：定转子关联方程：定子主电动势方程：5个方程式，5个未知量：模型完备，可以定解3. 转子静止时的基

22、本方程式组定子侧：转子侧：定转子关联方四、绕组折算和等效电路 1. 折算到定子方的方程式组为 四、绕组折算和等效电路 1. 折算到定子方的方程式组为 四、绕组折算和等效电路 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。2. 等效电路四、绕组折算和等效电路 经折算后，同变压器类似，可得异步电动第七节 转子旋转时的异步电动机（4） 转子相电流一、转子旋转对转子侧各量的影响（1） 转子系统频率f2s（2） 转子相绕组感应电动势E2s（3） 转子相绕组漏阻抗f2s=p(n1-n)/60第七节 转子旋转时的异步电动机（4） 转子相电流一、转子旋转子旋转磁动势相对定子的速度为 可见,

23、无论转子转速怎样变化,定、转子磁动势总是以同速、同向在空间旋转，在空间上总是保持相对静止，共同建立稳定的气隙主磁场。二、定转子磁动势空间仍相对静止F1与F2s仍可空间矢量合成，等效为合成的激磁磁动势 转子旋转磁动势相对定子的速度为 可见,无论转子转定子侧：转子侧：（2）磁动势方程式三、基本方程式（1）电压方程式定子侧：转子侧：（2）磁动势方程式三、基本方程式（1）电压方 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，做等效电路遇到的两大障碍：(1)定转子电路的频率不相同；(2)定转子边的相数，匝数，绕组系数不相等。 折算的目的：求出等值电路。 折算的内容：频率、匝数、相数。 折算的原则

24、：等效。四、 转子系统的折算与等效电路 等效电路法是分析异步电动机的重要手段。在 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 。 转子系统的频率f2s sf1与定子系统的频率f1不电机学课件异步电机概要 转差率为s的异步电动机转子电路频率：转子静止时s=1；则转子频率等于定子频率。频率折算即是用静止的转子等效代替旋转的转子。 频率折算后，磁势平衡不变。频率折算转子电流不变。 转差率为s的异步电动机转子电路频率：转子静止时s=1；则转结论：频率折算的方法：给转

25、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。结论：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，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。 静止的转子不再输出机械功率，即电机的功率平衡中少了机械功率。 静止的转子中多了一个附加电阻，而电流没有变，所以多了一个电阻功率。 附加电阻上消耗的电功率等于电机输出的机械功率。 对频率折算的讨论 不论静止或者旋转的转子，其转子磁势总以同步转速旋转，即转子 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。1. 折算的目的、方法和

26、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。绕组折算 异步电机频率折算后的方程式组与变 电流折算：根据磁势不变：绕组折算 电流折算：根据磁势不变：绕组折算 电势折算：磁通应不变。 阻抗折算：功率不变。电抗和漏阻抗可同样折算。电势、阻抗折算 电势折算：磁通应不变。 阻抗折算：功率不变。电抗和漏阻抗可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：经过频率折算和绕组折算后异步电动机的方程式折

27、算后转子电路方程T形等效电路T形等效电路简化等效电路简化等效电路相量图相量图1）异步电动机主磁场为旋转磁场，变压器主磁场为脉动磁场4）由于存在气隙,异步电动机漏抗较变压器的大。5)异步电动机通常采用短距和分布绕组,计算时需考虑绕组系数,变压器则为整距集中绕组,可认为绕组系数为1。2）异步电动机空载时E20,I20,变压器E20，I2=0 。3）由于存在气隙，异步电动机I0为(2030)I1N，而变压器仅为210。异步电动机与变压器的差别1）异步电动机主磁场为旋转磁场，变压器主磁场为脉动磁场4）由功率平衡关系五、功率平衡方程和转矩平衡方程 功率平衡关系五、功率平衡方程和转矩平衡方程 输入功率定子

28、铜损定子铁损电磁功率转子铜损机械功率输出功率输入功率定子铜损定子铁损电磁功率转子铜损机械功率输出功率P1PemP2pcu1pFepcu2p0 Pmec流程图P1PemP2pcu1pFepcu2p0 Pmec流程图在式 的两边同时除以机械角速度 得：即：或电磁转矩转矩平衡关系在式 的两边同时除1、物理表达式2、参数表达式3、实用表达式电磁转矩的三种表达方式1、物理表达式2、参数表达式3、实用表达式电磁转矩的三种表达表明：三相异步电动机的电磁转矩是由主磁通 与转子电流的有功分量 相互作用产生的。1. 物理表达式表明：三相异步电动机的电磁转矩是由主磁通 与转子电2、参数表达式根据简化电路得到的转子电

29、流转子侧功率因数2、参数表达式根据简化电路得到的转子电流转子侧功率因数2. 参数表达式说明：电磁转矩与电源参数（、f）、结构参数（r、x、m、p）和运行参数（s）有关。1. Tem与U12成正比。2. f1 Tem 。3. 漏电抗Xk Tem。2. 参数表达式说明：电磁转矩与电源参数（、f）、结构参数1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0 300250200150100 50 011ST起动最大值额定1.0 0.8 0.6 最大转矩可以根据高等数学中求极值的方法求得。 代入转矩公式，得过载能力：最大转矩与额定转矩之比：（1.62.2)临界转差率最大转矩可以根据高等数学中求极值的方法求得。

30、代入转矩公式，最大转矩与电网电压的平方成正比； 最大转矩近似与漏电抗成反比； 最大转矩的位置可以由转子电阻的大小来调整； 最大转矩的值与转子电阻值没有关系；频率越高，最大电磁转矩和临界转差率越小；异步电动机调节转子电阻机械特性变化（软硬特性的变化）。最大转矩与电网电压的平方成正比； 当其它参数一定时:1、起动转矩与电源电压平方成正比；2、频率越高，起动转矩越小； 漏抗越大，起动转矩越小；4、起动转矩倍数起动转矩Tst和起动转矩倍数Kst3、绕线式异步电动机在转子回路串入适当的电阻可以增大起动转矩（转子回路电阻越大，起动转矩先增后减 ）。 当 时，起动转矩最大当其它参数一定时:1、起动转矩与电源

31、电压平方成正比；2、频率三个重要关系式 可见，从气隙传递到转子的电磁功率分为两部分，一小部分变为转子铜损耗，绝大部分转变为总机械功率。转差率越大，转子铜损耗就越多，电机效率越低。因此正常运行时电机的转差率均很小。2221;IsRmPem=三个重要关系式 可见，从气隙传递到转子的电磁功已知电机的额定功率、额定转速、过载能力忽略空载转矩，有将Tm和sm代入即可得到机械特性方程式实用表达式已知电机的额定功率、额定转速、过载能力忽略空载转矩，有将Tm电动机组原来运行于某一转速，由于受到外界扰动而使转速发生变化，当外界扰动消失时，机组仍能恢复到原来的转速运行的，则称机组能稳定运行。稳定运行：分析特性曲线

32、：A点 A点 A点 C点： C点 ?点 TS01TmABCAC六机械特性和运行稳定性分析电动机组原来运行于某一转速，由于受到外界扰动而使转速发生变化如变压器一样，对于已制成的异步电机可以通过空载试验和短路试验来测定其参数。试验目的：测定励磁电阻Rm、励磁电抗Xm、铁耗pFe、机械损耗pmec。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。在这个过程中，记录电动机的端电压U1、空载电流I0、空载损耗p0、转速n。绘制空载特性曲线如图所示。空载试验 七、 异步电动机

33、的参数测定如变压器一样，对于已制成的异步电机可以通过空载试验和短路试验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m1I02R1、铁耗pFe、机械损耗pmec，空载附加损耗pad0上 p0=m1I02R1+pFe+pmec+pad0从输入功率p0中扣除定子铜耗，得p0 p0=p0-m1I02R=pFe+pmec+pad0空载试验 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。在损耗分离：在p0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。pFe+pad0可以近似认为与磁密的平方成正比，因而

34、可近似认为与电压的平方成正比。故p0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。空载附加损耗相对较小，可以用其它试验将之与铁耗分离，也可根据统计值估计pad0，从而得到铁耗pFe。机械损耗的求法 损耗分离：在p0的三项损耗中，机械损耗pmec与电压U1无试验目的：测定短路阻抗、转子电阻、定、转子漏抗。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Ik、定子端输入功率Pk，作出异步电机的短路特性Ik=f(Uk)，Pk=f(Uk)，如图所示。根据短路特性曲线，取额定电流点的Uk(相电压)、Ik(相电流)、Pk(三相短路

35、损耗)。短路试验试验目的：测定短路阻抗、转子电阻、定、转子漏抗。短路试验 Zk =UkIk Rk=Pk3Ik2 Xk=(Zk2-Rk2)1/2根据短路时的等效电路，由于XmRm，忽略Rm，并近似认为X1=X2。考虑到X0=Xm+X1(空载试验)，可推导出对于大中型异步电机，由于Xm很大，励磁支路可以近似认为开路，这时 Rk=R1+R2 X1 =X2=Xk2短路等效阻抗计算 Zk =UkIk 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、效率、功率因数cos1、输出转矩T2、定子电流I1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、

36、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。 八 异步电动机的工作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电机学课件异步电机概要九、三相异步电动机的起动 一、起动特点 当异步电动机直接投入电网起动时，其特点是：起动电流大（47倍额定电流），而起动转矩并不大。原因：从等效电路看，起动瞬时s=1，异步电动机对电网呈现短路阻抗，等效阻抗小，故起动电流大；从电磁转矩的物理表达式看，因起动时转子的功率因数很低，因此转子电流的有功分量并不大，同时起动时的主磁通较正常工作时小，故起动转矩不大。九、三相异

37、步电动机的起动 一、起动特点 二、直接起动 直接起动适用于小容量电动机带轻载的情况，起动时，将定子绕组直接接到额定电压的电网上。能否直接起动的判定依据为：对于经常起动的电动机，起动时引起的母线电压降不大于10%，对于偶尔起动的电动机，此压降不大于15%。一般7.5KW以下电机允许直接起动。三、降压起动 当电源容量不能承受直接起动的电流时，就需采用降压起动来减小起动电流，但相应地起动转矩也将减小，因此一般用于轻载起动工况。 二、直接起动三、降压起动采用自耦变压器起动时，电动机的起动转矩、起动电流为全压直接起动的1/a2。a为自耦变压器的变比。1. 自耦变压器起动采用自耦变压器起动时，电动机的起动

38、转矩、起动电流为全压直接起只有正常运行时定子绕组三角形接法，且三相绕组首尾六个端子全部引出来的电动机才能采用Y-起动器起动。采用Y-起动器起动时，起动电流降为直接起动的1/3，起动转矩亦降为直接起动时的1/3。2. 星-三角起动器起动只有正常运行时定子绕组三角形接法，且三相绕组首尾六个端子全部重载起动工况，绕线式异步电动机，容量较大时，起动电流对电网的冲击较大；又因带重载，负载要求电机提供较大的起动转矩。只要转子回路串的电阻合适，就既可减少起动电流又可增加起动转矩。因而电机容量大、重载这两个要求可同时满足。绕线式异步电动机转子回路串电阻起动的原理可通过Tem-s曲线说明。3、绕线型异步电动机转

39、子串电阻起动注：转子串入的电阻以“频敏变阻器”更为有力。起动时，f2很高，频敏变阻器的铁耗和等效电阻较大；转速升高，f2降低，频敏变阻器的铁耗和等效电阻随之减小。重载起动工况，绕线式异步电动机，容量较大时，起动电流对电网的 异步电动机具有结构简单、价格便宜、运行可靠、维护方便等优点，但在调速性能上尚比不上直流电动机。但人们已研制出各种各样的异步电动机的调速方式，并广泛应用于各个领域。根据异步电动机的转速公式 n=（1S）n1=(1 S)60f1p 异步电动机的调速方式有三种： (1) 变极调速。 (2) 变频调速。 (3) 改变转差率s调速。 十、异步电动机的调速方法 异步电动机具有结构简单、

40、价格便宜、运行可靠、对于异步电动机定子而言，为了得到两种不同极对数的磁动势，可以采用两套绕组或一套绕组来实现。为了提高材料利用率，一般采用一套绕组的单绕组变极，即通过改变一套绕组的联接方式而得到不同极对数的磁动势，以实现变极调速。至于转子，一般采用笼型绕组，它的极对数能自动与定子磁场极对数相一致。变极调速方法简单、运行可靠、机械特性较硬，但只能实现有极调速。单绕组三速电机绕组接法已相当复杂，故变极调速不宜超过三种速度。1、变极调速对于异步电动机定子而言，为了得到两种不同极对数的磁动势，可以单绕组双速电机：一套定子绕组具备两种极对数而得到两个不同同步转速；三速或四速电机： 定子内放两套独立的绕组

41、；A1X1A2X2A1X1A2X2A1X1A2X2单绕组双速电机原理： A1X1和A2X2串联形成四极磁场； A1X1和A2X2串联， A2X2反向， 形成两极磁场单绕组双速电机：一套定子绕组具备两种极对数而得到两个不同同步2、变频调速 异步电动机的转速n= (1-s)(60f1/p) ，当转差率变化不大时，n近似正比于频率f1，可见改变电源频率就能改变异步电动机的转速。 在变频调速时，希望主磁通m保持不变。若主磁通大于正常运行时的主磁通，则磁路过饱和而使励磁电流增大，功率因数降低；若主磁通小于正常运行时的主磁通，则电机转矩下降。在忽略定子漏阻抗的情况下，有 U1E1=4.44f1N1kw1m

42、 为了使变频时m维持不变，则U1f1应为定值。 2、变频调速 异步电动机的转速n= (1-s)(60f1 当电机变频前后额定电磁转矩相等，即恒转矩调速时，有：电压随频率成正比变化（U1f1应为定值），则主磁通m不变，电机饱和程度不变，电机过载能力也不变。电机在恒转矩变频调速前后性能都能保持不变。恒转矩调速过载能力：最大转矩与额定转矩之比： 当电机变频前后额定电磁转矩相等，即恒转矩调速恒功率调速 电机带有恒功率负载时，在变频前后，它的电磁功率相等。 (1)若要维持主磁通不变，即令电压随频率作正比变化则 电机过载能力随频率成正比变化。(因TN也随之变化) (2) 若保持过载能力不变，则主磁通要发生变化。 变频调速的优点是调速范围大，平滑性好，变频时电压按不同规律变化可实现恒转矩调速或恒功率调速，以适应不同负载的要求。这是异步电机最有前途的一种调速方式，其缺点是目前控制装置价格仍比较贵。恒功率调速 电机带有恒功率负载时，在变频前后，它的电3、转子回路串电阻调速 绕线式转子回路串电阻调速属于改变转差率s的调速方式。 恒转矩负载时，R2s保持不变，调速前后，定子各物理量保持不变，转子电流不变，电磁功率不变，最大电磁转矩不变，转子回路铜耗增加，输出功率下降，效率下降。3、转子回路串电阻调速 绕线式转子回路串电阻调速