电动机的电磁特性和机械特性分析解析课件

回顾内容：三相异步电动机的工作原理概述第6章电动机机械负载旋转起来对称定子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LFChun制作大连理工大学电气工程系回顾内容：三相异步电动机的工作原理概述第6章电16.2三相异步电动机的工作过程

（定子电路和转子电路分析）一、每相的等效电路＋U1－I1R1jX1－E1＋－E2s＋jX2sR2I2sf1f2

定子每相电路

转子每相电路

※R1、X1——定子每相绕组的电阻和漏磁感抗。※R2、X2s——转子每相绕组的电阻和漏磁感抗。（下标“s”表示其值与转差率即转速有关）

定子相当于变压器的一次绕组转子相当于变压器的二次绕组转子电路通常是短路的LFChun制作大连理工大学电气工程系6.2三相异步电动机的工作过程

（定子电路和转子电路26.2三相异步电动机的工作过程

（定子电路和转子电路分析）LFChun制作大连理工大学电气工程系6.2三相异步电动机的工作过程

（定子电路和转子电路3定子绕组中通入的是三项正弦交流电，所以通过每相绕组的磁通Φ也是按正弦规律变化的，即Φ=Φmsinωt，有主磁通和漏磁通。1.定子绕组中的电动势旋转磁场以n1的转速在空间旋转，定子绕组以n1的速度切割磁力线，因此，主磁通Φ在定子每相绕组中产生的感应电动势为：其有效值为：E1定子电流除产生旋转磁通（主磁通）外，还产生漏磁通。这个磁通只围绕定子绕组和周围空气，而不通过转子绕组，因此定子每相绕组中还要产生漏磁电动势：定子每相绕组的等效电路如下：LFChun制作大连理工大学电气工程系定子绕组中通入的是三项正弦交流电，所以通过每相绕组的磁通Φ也4＋U1－I1R1jX1－E1＋－E2s＋jX2sR2I2sf1f2

定子每相电路

转子每相电路

※R1、X1——定子每相绕组的电阻和漏磁感抗。※R2、X2s——转子每相绕组的电阻和漏磁感抗。（下标“s”表示其值与转差率即转速有关）

定子绕组相当于变压器的一次绕组转子绕组相当于变压器的二次绕组转子电路通常是短路的定子、转子每相绕组的等效电路如下：LFChun制作大连理工大学电气工程系＋I1R1jX1－－jX2s5忽略R1和X1，则U1≈－E1有效值为：U1=E1=4.44f1

N1

绕组的材质为铜线，上面会产生一定的压降沿非磁性材料-空气闭合的，与i之间是线性关系，可以用线性电感元件L代表，则漏磁感抗X1=ΩL，LFChun制作大连理工大学电气工程系忽略R1和X1，则U1≈－E1有效值为：U1=E6U1=E1=4.44f1

N1※N1——定子每相绕组的等效匝数；※

——定子每相绕组交链磁通的最大值，即旋转磁场每极的磁通；

※f1——e1的频率，即定子电路的频率。f1=pn160——与交流电源同频率。和

U1建立了联系，当f1、N1为固定值时，由电源电压U1决定。LFChun制作大连理工大学电气工程系U1=E1=4.44f1N1※N1——定72、定子电流和定子功率因数当电动机空载时，轴上受到的摩擦阻力极小，转速n接近于同步转速n1，可以认为旋转磁场不切割转子绕组，因此e2≈0和i2≈0。此时，旋转磁场仅由定子电流i10建立，空载时的主磁通Φ0与之相对应。当电动机带上负载时n<n1，转子电流i2不再为零，旋转磁场由i1和i2共同建立。为简化分析，习惯常认为定子电流i1由两部分组成，一部分为励磁分量i10，其作用是产生气隙主磁通Φ0；另一部分是负载分量，其作用是抵消（或称为平衡）转子电流所产生的磁效应。从此角度出发，能方便地理解当i2增加时，i1便相应增加这种能量的传递和转换作用。LFChun制作大连理工大学电气工程系2、定子电流和定子功率因数当电动机空载时，轴上受到的8转子电路分析

主要研究转子电流i2和转子功率因数cos2

，以便后来分析电磁转矩T在旋转磁场的作用下，转子绕组也要切割磁力线，从而产生感应电动势e2，而转子绕组是通过短路环闭合的，从而有感应电流i2，而这电流同旋转磁通作用产生电磁转矩T。

定子每相绕组的等效电路如下：定子电流的产生过程：LFChun制作大连理工大学电气工程系转子电路分析

主要研究转子电流i2和转子功率因数cos29＋U1－I1R1jX1－E1＋－E2s＋jX2sR2I2sf1f2

定子每相电路

转子每相电路

※R1、X1——定子每相绕组的电阻和漏磁感抗。※R2、X2s——转子每相绕组的电阻和漏磁感抗。（下标“s”表示其值与转差率即转速有关）

定子相当于变压器的一次绕组转子相当于变压器的二次绕组转子电路通常是短路的定子、转子每相绕组的等效电路如下：LFChun制作大连理工大学电气工程系＋I1R1jX1－－jX2s10转子电路产生感应电动势e2

U2=E2－Z2I2

三项异步电动机0=E2s－(R2＋jX2s)

I2s0=E2s－Z2sI2s1.感应电动势e2，和变压器分析方法相同e2是转子相对于旋转磁场运动而产生的，所以f2是和转速、转差率有关的量。下面具体研究一下f29.3三相异步电动机的电路分析

变压器LFChun制作大连理工大学电气工程系转子电路产生感应电动势e2U2=E2－Z2I2三112、转子感应电动势（电流）的频率f2把它换算成每一秒钟转多少转已知，当P=1时，i变化一周期→旋转磁场转一圈。当P=2时，i变化一周期→旋转磁场转半圈。可得，当磁极对数为P时，旋转磁场转一圈→i变化P个周期。又因为正弦交流电每秒内变化的次数称为频率f则f2的表达式如下：f1是电源电压的频率，是固定不变的，所以f2和s有关.LFChun制作大连理工大学电气工程系2、转子感应电动势（电流）的频率f2把它换算成每一秒钟转多12在电动机启动瞬间，n=0，s=1，此时f2与f1相同，f2数值最大。当异步电动机正常运行时，s=1%～9%，则f2=0.5～4.5Hz（f1=50Hz）。※

正常运行时

f2很低。设此时转子的感应电动势用e20来表示，则其有效值为：E20=

4.44f1N2即起动瞬间转子的感应电动势最大。

此时转子的感应电动势用e2s来表示，则其有效值为：E2s=

4.44f2N2=

4.44s

f1N2则E2s=

sE20LFChun制作大连理工大学电气工程系在电动机启动瞬间，当异步电动机正常运行时，※正常运行时f133.转子的漏磁感抗，等效电路如下所示：电动机起动瞬间n=0（S=1）转子的感抗用X20来表示：X20=2

f1L2——转子起动瞬间的漏电抗最大。X2s=

ω2L2

=2f2L2=2s

f1L2

漏磁感抗是由漏磁通产生的，漏磁通沿着空气闭合，是非磁性材料，可以用一个线性电感L2来表示。电动机正常运行后，X2s=

s

X20L2LFChun制作大连理工大学电气工程系3.转子的漏磁感抗，等效电路如下所示：电动机起动瞬间n=144.转子电路的电流I2s=E2sR2＋jX2s=sE2R2＋jsX2可见，i2是S的函数，用下面的曲线图来表示：用有效值来表示：LFChun制作大连理工大学电气工程系4.转子电路的电流I2s=E2s=sE2可见，i2是S的函15理想空载时，n≈n1，s=0，e2=0,i2=0,所以从坐标原点开始。当s较小时，

＜，近似可以省略，I2随S的增加近似成正比增加。当s较大时，

＞，近似可以省略，I2近似与S无关，是一个比较大的常数。现分析i2与S的关系：横坐标为s，纵坐标为i2LFChun制作大连理工大学电气工程系理想空载时，n≈n1，s=0，当s较小时，＜165.转子电路功率因数cos2=R2R2＋X2s22

=R2R2＋(sX2)

22由于转子电路存在感抗，因此i2与e2之存在一个相位差ψ2结论：cosΨ2随着s的增加而减小，启动瞬间的最小。LFChun制作大连理工大学电气工程系5.转子电路功率因数cos2=R222=R222176.2三相异步电动机的功率第9章电动机一、三相异步电动机的功率1.功率流程图（功率的变换过程）=3U1LI1Lcos12.输入功率P1P1=3U1I1cos1P1PCu1+PFe1(定子损耗)PePCu2+PFe2(转子损耗)P0(空载损耗)P2Pm输入电功率输出机械功率LFChun制作大连理工大学电气工程系6.2三相异步电动机的功率第9章电动机一、183.定子损耗9.4三相异步电动机的功率和转矩包括定子三相绕组的铜损耗PCu1和定子铁心的损耗PFe1。4.电磁功率PePe=P1－PCu1－PFe1

即从定子传送到转子上的功率。5.转子损耗

包括转子绕组的铜损耗PCu1和转子铁心的损耗PFe2。由于转子转速很接近于同步转速，因此，转子铁损耗PFe2可忽略不计。LFChun制作大连理工大学电气工程系3.定子损耗9.4三相异步电动机的功率和转矩196.总机械功率Pm9.4三相异步电动机的功率和转矩Pm=Pe－PCu2－PFe2=Pe－PCu2=P1－PCu1－PFe1－PCu27.空载损耗P0

P0=Pme＋Pad8.输出功率P2

P2=Pm－P0=P1－PCu1－PFe1－PCu2－P09.电动机的效率（约80%~90%）机械损耗附加损耗P2P1=×100%

LFChun制作大连理工大学电气工程系6.总机械功率Pm9.4三相异步电动机的功率和转矩201.异步电动机的电磁转矩产生6、3异步电动机的电磁转矩和机械特性

异步电动机的电磁转矩等于转子中各载流导体在旋转磁场作用下，受到电磁力所形成的转矩之总和。磁场越强，转子电流越大，转矩也就越大。由此可得电磁转矩的物理式为此公式没有反映出T和U的关系，以及T和S的关系。LFChun制作大连理工大学电气工程系1.异步电动机的电磁转矩产生6、3异步电动机的电磁转矩和21LFChun制作大连理工大学电气工程系LFChun制作大连理工大学电气工程系22LFChun制作大连理工大学电气工程系LFChun制作大连理工大学电气工程系23LFChun制作大连理工大学电气工程系LFChun制作大连理工大学电气工程系24

电磁转矩T正比电源电压U12的平方，反映了电动机的电磁转矩在负载不变情况下，其大小取决于电源电压的高低。但这并不意味电动机的工作电压越高，电动机实际输出的电磁转矩就越大。电动机拖动机械负载运行时，输出机械转矩的大小，实际上决定于来自于电动机轴上负载阻转矩的大小。换言之，当电磁转矩T等于负载阻转矩TL时，电动机就会在某一速度下稳定运行；若T>TL，电动机就会加速运行；若T<TL，电动机则要减速运行直至停转。LFChun制作大连理工大学电气工程系电磁转矩T正比电源电压U12的平方，反映了电动机25Tc是电动机转轴上的总的阻转矩；T0是空载转矩，通常是摩擦转矩、空气阻力转矩等形成的；T2是机械负载转矩；通常T0这个值很小，可以忽略不计，近似认为Tc≈T22.转矩平衡关系

利用异步电动机的转矩特性曲线来研究一下电动机的自适应负载能力。电动机的电磁转矩可以随负载的变化而自动调整，这种能力称为自适应负载能力。LFChun制作大连理工大学电气工程系Tc是电动机转轴上的总的阻转矩；T0是空载转矩，通常是摩擦转26现在假定转轴上所加的负载转矩是一个恒定的负载转矩，用T2来表示，如图所示，它与转矩特性曲线有两个交点，c点和d点，这两点表面上看来都满足转矩平衡的关系，T=T2，但是电动机在c点和d点都能够稳定运行吗？这两点的运行状态有什么不同呢?下面就做具体分析。LFChun制作大连理工大学电气工程系现在假定转轴上所加的负载转矩是一个恒定的负载转矩，用T2来表27C点情况分析说明

LFChun制作大连理工大学电气工程系C点情况分析说明LFChun制作大连理工大学电气工程系28首先看c点的运行情况：在c点T=T2，恒速运行。假设某些因素使T2突然增大了，这种情况是经常发生的，比如金属切削机床在加工工件的时候，由于持刀量的增加，或者加工材料的不均匀，又或者起重机起吊重物的时候，也可能造成负载转矩突然增加，从图上来看，它从T2增加为T2′，在这一瞬间，T＜T2′，n就会下降，s会增大，根据转矩特性曲线，在这一段（ob段）内，s增大，T相应会增大，这样就可以达到T=T2′，重新满足转矩平衡的条件。这样电动机就在一个新的、比较低的转速下运行，那就对应着图中的c′点。同理，可以分析T2突然减小的情况，T＞T2′，n就会上升，s会减小，在ob段，s减小，T相应会减小，这样就可以达到T=T2′，重新满足转矩平衡的条件。这样电动机就在一个新的、比较高的转速下运行，那就对应着图中的c′′点。C点情况分析说明

LFChun制作大连理工大学电气工程系首先看c点的运行情况：在c点T=T2，恒速运行。C点29LFChun制作大连理工大学电气工程系LFChun制作大连理工大学电气工程系30d点情况分析说明

LFChun制作大连理工大学电气工程系d点情况分析说明LFChun制作大连理工大学电气工程系31d点的运行情况：在d点T=T2，恒速运行。假设某些因素使T2突然增大了，从图上来看，它从T2增加为T2′，在这一瞬间，T＜T2′，n就会下降，s会增大，根据转矩特性曲线，在ba段内，s增大，T相应会减小，T进一步小于负载转矩，n进一步下降，s进一步增加，T再进一步减小，T再进一步小于负载转矩，n再进一步下降，s再进一步增加，最后电动机就停转了。同理，可以分析T2突然减小的情况，T＞T2′，n就会上升，s会减小，在ba段，s减小，T相应会增加，T进一步大于负载转矩，最后n会上升到b点，进入稳定运行区。d点情况分析说明

小结：B点是电动机稳定运行的临界点；ba段不是电动机的稳定运行区。LFChun制作大连理工大学电气工程系d点的运行情况：在d点T=T2，恒速运行。d点情况分32异步电动机电磁转矩特性电磁转矩有三个重要值，分别为：额定转矩TN最大转矩TM起动转矩TstTmsm1T0sn=0n=n0最大电磁转矩对应最大电磁转矩的临界转差率。(1)额定转矩TN（单位N·m）电动机在额定电压下以额定转速nN运功率单位若为W时，9550改为9.55行，输出额定机械功率PN时，电机转轴上对应输出的机械转矩为额定电磁转矩TN。计算可根据M铭牌上的数值

LFChun制作大连理工大学电气工程系异步电动机电磁转矩特性电磁转矩有三个重要值，分别为：Tmsm33最大转矩反映了电动机带最大负载的性能.TMT0s最大电磁转矩起动电磁转矩(2)最大转矩TMTst下图为不同U1下的转矩特性曲线LFChun制作大连理工大学电气工程系最大转矩反映了电动机带最大负载的性能.TMT0s最大34

在M运行过程中，如果电源电压U1下降比较多，会出现最大转矩TM＜负载转矩T2的情况，M带不动负载了，将会出现M的停机现象（闷车）。如果此时不及时断开电源，M中将会产生很大的i，会使M温升过高，甚至造成设备的损坏，为了保证M在电源电压发生波动的时候仍然能够正常工作，一般规定TM比TN大很多，用过载系数λ来表示这个特性。λ的大小既反应了M稳定运行的特性，也反应了M允许短时过载的能力。一般Y系列异步电动机的过载系数为1.8～2.2，λ越大，过载能力越强。我们把最大转矩与额定转矩的比值称为电动机的过载能力，即LFChun制作大连理工大学电气工程系在M运行过程中，如果电源电压U1下降比较多，35电源电压不变的情况下：此图表明Tmax与转子电阻R2无关；Sm与R2有关。

这就决定了绕线式三项异步电动机有较好的启动特性和调速特性。（以后分析）LFChun制作大连理工大学电气工程系电源电压不变的情况下：此图表明Tmax与转子电阻R236TMT0s最大电磁转矩起动电磁转矩

起动转矩反映了异步机带负载起动时的性能。起动转矩与额定电磁转矩之比称作电动机的起动能力，即：Tst(3)起动转矩Tst

λst通常在0.8～2.2之间。如果电机的起动转矩Tst小于电动机轴上的负载阻转矩TL时，电动机将无法起动。n=0（s=1），T=Tst，是启动工作点。Tst称为启动转矩。s=1，f1=f2,此时转子的频率最高，故X20＞R2，分母中的R2可省略。LFChun制作大连理工大学电气工程系TMT0s最大电磁转矩起动电磁转矩起动转矩反映了异步376、3、2异步电动机的机械特性

显然，把转矩特性曲线旋转90°后即可得到机械特性曲线。机械特性曲线可分为稳定运行区ab段和非稳定运行区bc段两部分。

当转矩从0增加到额定转矩TN时，对应的转速从n1下降到nN，转速的下降很少，这种特性就是硬特性。适合于金属切削机床，通风机，压缩机等，这些设备要求T变化大时，n变化不大。LFChun制作大连理工大学电气工程系6、3、2异步电动机的机械特性显然，把转矩特性曲线38LFChun制作大连理工大学电气工程系LFChun制作大连理工大学电气工程系39LFChun制作大连理工大学电气工程系LFChun制作大连理工大学电气工程系40LFChun制作大连理工大学电气工程系LFChun制作大连理工大学电气工程系41LFChun制作大连理工大学电气工程系LFChun制作大连理工大学电气工程系426.4三相异步电动机的使用6.4.1三相异步电动机的铭牌和技术数据主要介绍以下几个，其它自己看教材。LFChun制作大连理工大学电气工程系6.4三相异步电动机的使用主要介绍以下几个，其它自己看教43

异步电动机的铭牌数据1.型号

Y132S－29.1三相异步电动机的基本结构和额定值Ｙ表示异步机机座中心高度（mm）磁极数机座长度代号S——短机座M——中机座L——长机座

三相异步电动机型号Y132S－2功率7.5kW频率50Hz电压380V电流15A接法转速2900r/min绝缘等级B工作方式连续LFChun制作大连理工大学电气工程系异步电动机的铭牌数据1.型号9.1三相异步电449.1三相异步电动机的基本结构和额定值2.额定功率PN（单位：KW）

指转轴上输出的机械功率3.额定电压UN（单位：V）指定子三相绕组应施加的额定线电压ULN

。通常有：380V，3kV，6kV。4.额定电流IN（单位：A）电动机额定运行时的线电流ILN。

三相异步电动机型号Y132S－2功率7.5kW频率50Hz电压380V电流15A接法转速2900r/min绝缘等级B工作方式连续LFChun制作大连理工大学电气工程系9.1三相异步电动机的基本结构和额定值2.额定455.额定频率fN

我国工频为50Hz6.额定转速nN（单位：r/min）指的是电动机转子的转速n。7、工作方式：

连续工作制S1、短时工作制S2、间歇工作制S3。9.1三相异步电动机的基本结构和额定值

三相异步电动机型号Y132S－2功率7.5kW频率50Hz电压380V电流15A接法转速2900r/min绝缘等级B工作方式连续LFChun制作大连理工大学电气工程系5.额定频率fN9.1三相异步电动机的基本结构和468.接法：指定子三相绕组的接法。

定子绕组有两种接法：Y形和Δ形

。通常：PN≤3kW为Y接法，

PN≥4kW为

接法。

LFChun制作大连理工大学电气工程系8.接法：指定子三相绕组的接法。LFChun制作大连理工47LFChun制作大连理工大学电气工程系LFChun制作大连理工大学电气工程系48为强化对名牌数据的了解，可结合教材P133第5题来做一下练习。LFChun制作大连理工大学电气工程系为强化对名牌数据的了解，可结合教材P133第5题来做一下练习49LFChun制作大连理工大学电气工程系LFChun制作大连理工大学电气工程系50LFChun制作大连理工大学电气工程系LFChun制作大连理工大学电气工程系51启动瞬间，n=0,s=1，转子绕组以同步转速n1切割磁力线，此时相对速度最大，此时e2和i2最大，和变压器原理相类似，i2大会使i1也增大，相应的输电线路的电流也加大了。LFChun制作大连理工大学电气工程系启动瞬间，n=0,s=1，转子绕组以同步转速n1切割磁力线，52LFChun制作大连理工大学电气工程系LFChun制作大连理工大学电气工程系53课堂讨论第9章电动机

9.1三相异步电动机的同步转速决定于(

)。a.电源频率 b.磁极对数 c.电源频率和磁极对数c

9.2旋转磁场的转速n0与极对数p和电源频率f的关系是(

)ba.n0=60pfb.n0=60fpc.n0=60f

2p

9.3三相异步电动机的旋转方向决定于(

)。a.电源电压大小 b.电源频率高低 c.定子电流的相序cLFChun制作大连理工大学电气工程系课堂讨论第9章电动机9.154课堂讨论

9.5某三相异步电动机采用变频调速时，若降低频率，则转速将（

）。a.提高b.不变c.降低c9.6运行中的三相异步电动机负载转矩从T1增到T2时，将稳定运行在图示机械特性曲线的(

)。a.Q1点 b.Q2点c.Q3点

nTOT1T2Q1

Q2

Q3

b9.4三相异步电动机是由于(

)而产生电磁转矩的。a.定子磁场与定子电流的相互作用 b.转子磁场与转子电流的相互作用c.旋转磁场与转子电流的相互作用cLFChun制作大连理工大学电气工程系课堂讨论9.5某三相异步电动55课堂讨论

9.8额定电压为380/220V的三相异步电动机，在接成

形和接成△

形两种情况下运行时，其额定输出功率PY和P△

的关系是（

）。a.PY=P△

b.PY=3P△

c.P△=3PYd.PY=3P△e.P△=3PYaLFChun制作大连理工大学电气工程系课堂讨论9.8额定电压为356课堂讨论

9.9

三相电动机在额定运行状态下，如果断了一根电源线，则电动机（

）。a.仍将继续转动，但电流增大，若时间长会使电机烧坏b.仍将继续转动，工作状态不会改变c.停止转动a9.10某三相绕线转子异步电动机，在临界转差率sm＜1的范围内增加转子电阻R2时，起动电流Ist和起动转矩Tst的变化情况是(

)。a.Ist和Tst都减小b.Ist减小，Tst增加c.Ist增加，Tst减小d.Ist和Tst都增加bLFChun制作大连理工大学电气工程系课堂讨论9.9三相电动机在额57课堂讨论

9.11三相异步电动机在额定负载下欠电压运行时，其定子线电流将(

)。a.小于额定电流 b.大于额定电流 c.等于额定电流b

9.12在起动重设备常选用的异步电动机为(

)。a.鼠笼式 b.绕线式 c.单相b

9.14一台三相异步电动机在额定电压下运行，当负载增加时，其转子电流I2和转速n的变化规律是（

）。a.I2和n都减小。b.I2减小、n增加。c.I2增加、n减小。d.I2和n都增加。cLFChun制作大连理工大学电气工程系课堂讨论9.11三相异步电动58第6章

结束

下一章LFChun制作大连理工大学电气工程系第6章

结束下一章LFChun制作大59回顾内容：三相异步电动机的工作原理概述第6章电动机机械负载旋转起来对称定子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LFChun制作大连理工大学电气工程系回顾内容：三相异步电动机的工作原理概述第6章电606.2三相异步电动机的工作过程

（定子电路和转子电路分析）一、每相的等效电路＋U1－I1R1jX1－E1＋－E2s＋jX2sR2I2sf1f2

定子每相电路

转子每相电路

※R1、X1——定子每相绕组的电阻和漏磁感抗。※R2、X2s——转子每相绕组的电阻和漏磁感抗。（下标“s”表示其值与转差率即转速有关）

定子相当于变压器的一次绕组转子相当于变压器的二次绕组转子电路通常是短路的LFChun制作大连理工大学电气工程系6.2三相异步电动机的工作过程

（定子电路和转子电路616.2三相异步电动机的工作过程

（定子电路和转子电路分析）LFChun制作大连理工大学电气工程系6.2三相异步电动机的工作过程

（定子电路和转子电路62定子绕组中通入的是三项正弦交流电，所以通过每相绕组的磁通Φ也是按正弦规律变化的，即Φ=Φmsinωt，有主磁通和漏磁通。1.定子绕组中的电动势旋转磁场以n1的转速在空间旋转，定子绕组以n1的速度切割磁力线，因此，主磁通Φ在定子每相绕组中产生的感应电动势为：其有效值为：E1定子电流除产生旋转磁通（主磁通）外，还产生漏磁通。这个磁通只围绕定子绕组和周围空气，而不通过转子绕组，因此定子每相绕组中还要产生漏磁电动势：定子每相绕组的等效电路如下：LFChun制作大连理工大学电气工程系定子绕组中通入的是三项正弦交流电，所以通过每相绕组的磁通Φ也63＋U1－I1R1jX1－E1＋－E2s＋jX2sR2I2sf1f2

定子每相电路

转子每相电路

※R1、X1——定子每相绕组的电阻和漏磁感抗。※R2、X2s——转子每相绕组的电阻和漏磁感抗。（下标“s”表示其值与转差率即转速有关）

定子绕组相当于变压器的一次绕组转子绕组相当于变压器的二次绕组转子电路通常是短路的定子、转子每相绕组的等效电路如下：LFChun制作大连理工大学电气工程系＋I1R1jX1－－jX2s64忽略R1和X1，则U1≈－E1有效值为：U1=E1=4.44f1

N1

绕组的材质为铜线，上面会产生一定的压降沿非磁性材料-空气闭合的，与i之间是线性关系，可以用线性电感元件L代表，则漏磁感抗X1=ΩL，LFChun制作大连理工大学电气工程系忽略R1和X1，则U1≈－E1有效值为：U1=E65U1=E1=4.44f1

N1※N1——定子每相绕组的等效匝数；※

——定子每相绕组交链磁通的最大值，即旋转磁场每极的磁通；

※f1——e1的频率，即定子电路的频率。f1=pn160——与交流电源同频率。和

U1建立了联系，当f1、N1为固定值时，由电源电压U1决定。LFChun制作大连理工大学电气工程系U1=E1=4.44f1N1※N1——定662、定子电流和定子功率因数当电动机空载时，轴上受到的摩擦阻力极小，转速n接近于同步转速n1，可以认为旋转磁场不切割转子绕组，因此e2≈0和i2≈0。此时，旋转磁场仅由定子电流i10建立，空载时的主磁通Φ0与之相对应。当电动机带上负载时n<n1，转子电流i2不再为零，旋转磁场由i1和i2共同建立。为简化分析，习惯常认为定子电流i1由两部分组成，一部分为励磁分量i10，其作用是产生气隙主磁通Φ0；另一部分是负载分量，其作用是抵消（或称为平衡）转子电流所产生的磁效应。从此角度出发，能方便地理解当i2增加时，i1便相应增加这种能量的传递和转换作用。LFChun制作大连理工大学电气工程系2、定子电流和定子功率因数当电动机空载时，轴上受到的67转子电路分析

主要研究转子电流i2和转子功率因数cos2

，以便后来分析电磁转矩T在旋转磁场的作用下，转子绕组也要切割磁力线，从而产生感应电动势e2，而转子绕组是通过短路环闭合的，从而有感应电流i2，而这电流同旋转磁通作用产生电磁转矩T。

定子每相绕组的等效电路如下：定子电流的产生过程：LFChun制作大连理工大学电气工程系转子电路分析

主要研究转子电流i2和转子功率因数cos268＋U1－I1R1jX1－E1＋－E2s＋jX2sR2I2sf1f2

定子每相电路

转子每相电路

※R1、X1——定子每相绕组的电阻和漏磁感抗。※R2、X2s——转子每相绕组的电阻和漏磁感抗。（下标“s”表示其值与转差率即转速有关）

定子相当于变压器的一次绕组转子相当于变压器的二次绕组转子电路通常是短路的定子、转子每相绕组的等效电路如下：LFChun制作大连理工大学电气工程系＋I1R1jX1－－jX2s69转子电路产生感应电动势e2

U2=E2－Z2I2

三项异步电动机0=E2s－(R2＋jX2s)

I2s0=E2s－Z2sI2s1.感应电动势e2，和变压器分析方法相同e2是转子相对于旋转磁场运动而产生的，所以f2是和转速、转差率有关的量。下面具体研究一下f29.3三相异步电动机的电路分析

变压器LFChun制作大连理工大学电气工程系转子电路产生感应电动势e2U2=E2－Z2I2三702、转子感应电动势（电流）的频率f2把它换算成每一秒钟转多少转已知，当P=1时，i变化一周期→旋转磁场转一圈。当P=2时，i变化一周期→旋转磁场转半圈。可得，当磁极对数为P时，旋转磁场转一圈→i变化P个周期。又因为正弦交流电每秒内变化的次数称为频率f则f2的表达式如下：f1是电源电压的频率，是固定不变的，所以f2和s有关.LFChun制作大连理工大学电气工程系2、转子感应电动势（电流）的频率f2把它换算成每一秒钟转多71在电动机启动瞬间，n=0，s=1，此时f2与f1相同，f2数值最大。当异步电动机正常运行时，s=1%～9%，则f2=0.5～4.5Hz（f1=50Hz）。※

正常运行时

f2很低。设此时转子的感应电动势用e20来表示，则其有效值为：E20=

4.44f1N2即起动瞬间转子的感应电动势最大。

此时转子的感应电动势用e2s来表示，则其有效值为：E2s=

4.44f2N2=

4.44s

f1N2则E2s=

sE20LFChun制作大连理工大学电气工程系在电动机启动瞬间，当异步电动机正常运行时，※正常运行时f723.转子的漏磁感抗，等效电路如下所示：电动机起动瞬间n=0（S=1）转子的感抗用X20来表示：X20=2

f1L2——转子起动瞬间的漏电抗最大。X2s=

ω2L2

=2f2L2=2s

f1L2

漏磁感抗是由漏磁通产生的，漏磁通沿着空气闭合，是非磁性材料，可以用一个线性电感L2来表示。电动机正常运行后，X2s=

s

X20L2LFChun制作大连理工大学电气工程系3.转子的漏磁感抗，等效电路如下所示：电动机起动瞬间n=734.转子电路的电流I2s=E2sR2＋jX2s=sE2R2＋jsX2可见，i2是S的函数，用下面的曲线图来表示：用有效值来表示：LFChun制作大连理工大学电气工程系4.转子电路的电流I2s=E2s=sE2可见，i2是S的函74理想空载时，n≈n1，s=0，e2=0,i2=0,所以从坐标原点开始。当s较小时，

＜，近似可以省略，I2随S的增加近似成正比增加。当s较大时，

＞，近似可以省略，I2近似与S无关，是一个比较大的常数。现分析i2与S的关系：横坐标为s，纵坐标为i2LFChun制作大连理工大学电气工程系理想空载时，n≈n1，s=0，当s较小时，＜755.转子电路功率因数cos2=R2R2＋X2s22

=R2R2＋(sX2)

22由于转子电路存在感抗，因此i2与e2之存在一个相位差ψ2结论：cosΨ2随着s的增加而减小，启动瞬间的最小。LFChun制作大连理工大学电气工程系5.转子电路功率因数cos2=R222=R222766.2三相异步电动机的功率第9章电动机一、三相异步电动机的功率1.功率流程图（功率的变换过程）=3U1LI1Lcos12.输入功率P1P1=3U1I1cos1P1PCu1+PFe1(定子损耗)PePCu2+PFe2(转子损耗)P0(空载损耗)P2Pm输入电功率输出机械功率LFChun制作大连理工大学电气工程系6.2三相异步电动机的功率第9章电动机一、773.定子损耗9.4三相异步电动机的功率和转矩包括定子三相绕组的铜损耗PCu1和定子铁心的损耗PFe1。4.电磁功率PePe=P1－PCu1－PFe1

即从定子传送到转子上的功率。5.转子损耗

包括转子绕组的铜损耗PCu1和转子铁心的损耗PFe2。由于转子转速很接近于同步转速，因此，转子铁损耗PFe2可忽略不计。LFChun制作大连理工大学电气工程系3.定子损耗9.4三相异步电动机的功率和转矩786.总机械功率Pm9.4三相异步电动机的功率和转矩Pm=Pe－PCu2－PFe2=Pe－PCu2=P1－PCu1－PFe1－PCu27.空载损耗P0

P0=Pme＋Pad8.输出功率P2

P2=Pm－P0=P1－PCu1－PFe1－PCu2－P09.电动机的效率（约80%~90%）机械损耗附加损耗P2P1=×100%

LFChun制作大连理工大学电气工程系6.总机械功率Pm9.4三相异步电动机的功率和转矩791.异步电动机的电磁转矩产生6、3异步电动机的电磁转矩和机械特性

异步电动机的电磁转矩等于转子中各载流导体在旋转磁场作用下，受到电磁力所形成的转矩之总和。磁场越强，转子电流越大，转矩也就越大。由此可得电磁转矩的物理式为此公式没有反映出T和U的关系，以及T和S的关系。LFChun制作大连理工大学电气工程系1.异步电动机的电磁转矩产生6、3异步电动机的电磁转矩和80LFChun制作大连理工大学电气工程系LFChun制作大连理工大学电气工程系81LFChun制作大连理工大学电气工程系LFChun制作大连理工大学电气工程系82LFChun制作大连理工大学电气工程系LFChun制作大连理工大学电气工程系83

电磁转矩T正比电源电压U12的平方，反映了电动机的电磁转矩在负载不变情况下，其大小取决于电源电压的高低。但这并不意味电动机的工作电压越高，电动机实际输出的电磁转矩就越大。电动机拖动机械负载运行时，输出机械转矩的大小，实际上决定于来自于电动机轴上负载阻转矩的大小。换言之，当电磁转矩T等于负载阻转矩TL时，电动机就会在某一速度下稳定运行；若T>TL，电动机就会加速运行；若T<TL，电动机则要减速运行直至停转。LFChun制作大连理工大学电气工程系电磁转矩T正比电源电压U12的平方，反映了电动机84Tc是电动机转轴上的总的阻转矩；T0是空载转矩，通常是摩擦转矩、空气阻力转矩等形成的；T2是机械负载转矩；通常T0这个值很小，可以忽略不计，近似认为Tc≈T22.转矩平衡关系

利用异步电动机的转矩特性曲线来研究一下电动机的自适应负载能力。电动机的电磁转矩可以随负载的变化而自动调整，这种能力称为自适应负载能力。LFChun制作大连理工大学电气工程系Tc是电动机转轴上的总的阻转矩；T0是空载转矩，通常是摩擦转85现在假定转轴上所加的负载转矩是一个恒定的负载转矩，用T2来表示，如图所示，它与转矩特性曲线有两个交点，c点和d点，这两点表面上看来都满足转矩平衡的关系，T=T2，但是电动机在c点和d点都能够稳定运行吗？这两点的运行状态有什么不同呢?下面就做具体分析。LFChun制作大连理工大学电气工程系现在假定转轴上所加的负载转矩是一个恒定的负载转矩，用T2来表86C点情况分析说明

LFChun制作大连理工大学电气工程系C点情况分析说明LFChun制作大连理工大学电气工程系87首先看c点的运行情况：在c点T=T2，恒速运行。假设某些因素使T2突然增大了，这种情况是经常发生的，比如金属切削机床在加工工件的时候，由于持刀量的增加，或者加工材料的不均匀，又或者起重机起吊重物的时候，也可能造成负载转矩突然增加，从图上来看，它从T2增加为T2′，在这一瞬间，T＜T2′，n就会下降，s会增大，根据转矩特性曲线，在这一段（ob段）内，s增大，T相应会增大，这样就可以达到T=T2′，重新满足转矩平衡的条件。这样电动机就在一个新的、比较低的转速下运行，那就对应着图中的c′点。同理，可以分析T2突然减小的情况，T＞T2′，n就会上升，s会减小，在ob段，s减小，T相应会减小，这样就可以达到T=T2′，重新满足转矩平衡的条件。这样电动机就在一个新的、比较高的转速下运行，那就对应着图中的c′′点。C点情况分析说明

LFChun制作大连理工大学电气工程系首先看c点的运行情况：在c点T=T2，恒速运行。C点88LFChun制作大连理工大学电气工程系LFChun制作大连理工大学电气工程系89d点情况分析说明

LFChun制作大连理工大学电气工程系d点情况分析说明LFChun制作大连理工大学电气工程系90d点的运行情况：在d点T=T2，恒速运行。假设某些因素使T2突然增大了，从图上来看，它从T2增加为T2′，在这一瞬间，T＜T2′，n就会下降，s会增大，根据转矩特性曲线，在ba段内，s增大，T相应会减小，T进一步小于负载转矩，n进一步下降，s进一步增加，T再进一步减小，T再进一步小于负载转矩，n再进一步下降，s再进一步增加，最后电动机就停转了。同理，可以分析T2突然减小的情况，T＞T2′，n就会上升，s会减小，在ba段，s减小，T相应会增加，T进一步大于负载转矩，最后n会上升到b点，进入稳定运行区。d点情况分析说明

小结：B点是电动机稳定运行的临界点；ba段不是电动机的稳定运行区。LFChun制作大连理工大学电气工程系d点的运行情况：在d点T=T2，恒速运行。d点情况分91异步电动机电磁转矩特性电磁转矩有三个重要值，分别为：额定转矩TN最大转矩TM起动转矩TstTmsm1T0sn=0n=n0最大电磁转矩对应最大电磁转矩的临界转差率。(1)额定转矩TN（单位N·m）电动机在额定电压下以额定转速nN运功率单位若为W时，9550改为9.55行，输出额定机械功率PN时，电机转轴上对应输出的机械转矩为额定电磁转矩TN。计算可根据M铭牌上的数值

LFChun制作大连理工大学电气工程系异步电动机电磁转矩特性电磁转矩有三个重要值，分别为：Tmsm92最大转矩反映了电动机带最大负载的性能.TMT0s最大电磁转矩起动电磁转矩(2)最大转矩TMTst下图为不同U1下的转矩特性曲线LFChun制作大连理工大学电气工程系最大转矩反映了电动机带最大负载的性能.TMT0s最大93

在M运行过程中，如果电源电压U1下降比较多，会出现最大转矩TM＜负载转矩T2的情况，M带不动负载了，将会出现M的停机现象（闷车）。如果此时不及时断开电源，M中将会产生很大的i，会使M温升过高，甚至造成设备的损坏，为了保证M在电源电压发生波动的时候仍然能够正常工作，一般规定TM比TN大很多，用过载系数λ来表示这个特性。λ的大小既反应了M稳定运行的特性，也反应了M允许短时过载的能力。一般Y系列异步电动机的过载系数为1.8～2.2，λ越大，过载能力越强。我们把最大转矩与额定转矩的比值称为电动机的过载能力，即LFChun制作大连理工大学电气工程系在M运行过程中，如果电源电压U1下降比较多，94电源电压不变的情况下：此图表明Tmax与转子电阻R2无关；Sm与R2有关。

这就决定了绕线式三项异步电动机有较好的启动特性和调速特性。（以后分析）LFChun制作大连理工大学电气工程系电源电压不变的情况下：此图表明Tmax与转子电阻R295TMT0s最大电磁转矩起动电磁转矩

起动转矩反映了异步机带负载起动时的性能。起动转矩与额定电磁转矩之比称作电动机的起动能力，即：Tst(3)起动转矩Tst

λst通常在0.8～2.2之间。如果电机的起动转矩Tst小于电动机轴上的负载阻转矩TL时，电动机将无法起动。n=0（s=1），T=Tst，是启动工作点。Tst称为启动转矩。s=1，f1=f2,此时转子的频率最高，故X20＞R2，分母中的R2可省略。LFChun制作大连理工大学电气工程系TMT0s最大电磁转矩起动电磁转矩起动转矩反映了异步966、3、2异步电动机的机械特性

显然，把转矩特性曲线旋转90°后即可得到机械特性曲线。机械特性曲线可分为稳定运行区ab段和非稳定运行区bc段两部分。

当转矩从0增加到额定转矩TN时，对应的转速从n1下降到nN，转速的下降很少，这种特性就是硬特性。适合于金属切削机床，通风机，压缩机等，这些设备要求T变化大时，n变化不大。LFChun制作大连理工大学电气工程系6、3、2异步电动机的机械特性显然，把转矩特性曲线97LFChun制作大连理工大学电气工程系LFChun制作大连理工大学电气工程系98LFChun制作大连理工大学电气工程系LFChun制作大连理工大学电气工程系99LFChun制作大连理工大学电气工程系LFChun制作大连理工大学电气工程系100LFChun制作大连理工大学电气工程系LFChun制作大连理工大学电气工程系1016.4三相异步电动机的使用6.4.1三相异步电动机的铭牌和技术数据主要介绍以下几个，其它自己看教材。LFChun制作大连理工大学电气工程系6.4三相异步电动机的使用主要介绍以下几个，其它自己看教102

异步电动机的铭牌数据1.型号

Y132S－29.1三相异步电动机的基本结构和额定值Ｙ表示异步机机座中心高度（mm）磁极数机座长度代号S——短机座M——中机座L——长机座

三相异步电动机型号Y132S－2功率7.5kW频率50Hz电压380V电流15A接法转速2900r/min绝缘等级B工作方式连续LFChun制作大连理工大学电气工程系异步电动机的铭牌数据1.型号9.1三相异步电1039.1三相异步电动机的基本结构和额定值2.额定功率PN（单位：KW）

指转轴上输出的机械功率3.额定电压UN（单位：V）指定子三相绕组应施加的额定线电压ULN

。通常有：380V，3kV，6kV。4.额定电流IN（单位：A）电动机额定运行时的线电流ILN。

三相异步电动机型号Y132S－2功率7.5kW频率50Hz电压380V电流15A接法转速2900r/min绝缘等级B工作方式连续LFChun制作大连理工大学电气工程系9.1三相异步电动机的基本结构和额定值2.额定1045.额定频率fN

我国工频为50Hz6.额定转速nN（单位：r/min）指的是电动机转子的转速n。7、工作方式：

连续工作制S1、短时工作制S2、间歇工作制S3。9.1三相异步电动机的基本结构和额定值

三相异步电动机型号Y132S－2功率7.5kW频率50Hz电压380V电流15A接法转速2900r/min绝缘等级B工作方式连续LFChun制作大连理工大学电气工程系5.额定频率fN9.1三相异步电动机的基本结构和