第06章-三相感应电动机的运行原理

第六章三相异步电动机的运行原理及工作特性1第一节转子不动时的异步电动机一般异步电动机转子总是旋转的，转子不动是它的一种特殊情况，即电机处于堵转状态。此时，异步电动机的运行方式与变压器二次侧短路时的运行状态非常相似。其定子侧相当于变压器的一次侧，转子侧相当于变压器的二次侧，变压器的二次侧和异步电机的转子侧电动势、电流都是电磁感应产生的。其不同之处在于，异步电机三相合成磁动势为旋转磁动势，变压器为脉动磁动势；异步电机定、转子之间有气隙，空载励磁电流较大，而变压器一、二次绕组之间磁路无气隙，空载励磁电流较小；异步电机的绕组是分布绕组，而变压器的绕组为集中绕组。2定子绕组在外加电压和内部感应电动势共同作用下，流过电流；转子绕组在转子电动势作用下，流过电流，整个电机处于电磁平衡状态。当异步电动机定子三相绕组接到三相对称电源时，定子绕组中流过三相对称电流，在电机中建立旋转磁动势，产生以同步转速旋转的旋转磁场。该磁场同时切割定子绕组和转子绕组，并在其中感应电动势。因为转子绕组是闭合的，在转子感应电动势作用下，转子绕组中有电流流过，转子电流建立转子旋转磁动势。转子旋转磁动势的旋转方向与定子的旋转磁动势相同。转子不动时，转子感应电动势的频率，即转子感应电动势频率与定子电流频率相同。因此，转子旋转磁场的速度。可见，转子旋转磁动势和定子旋转磁动势在空间以同转向、同速度旋转，即二者相对静止。一、转子不动时异步电动机运行的电磁关系

3二、电动势平衡方程转子不动时，主磁通以同步转速切割定子和转子绕组，感应电动势，其有效值为：同样，漏磁通也在绕组中感应漏电动势，与变压器类似，漏电动势用漏抗压降来表示，有：4定、转子回路电动势方程为：5三、磁动势平衡方程，称为异步电机的电流变比；，为定子绕组电流的负载分量。6四、转子绕组的折算

电流的折算保持折算前后磁动势2.电动势及电压的折算保持折算前后电磁功率不变，有：为电动势变比。73.阻抗的折算折算前后绕组的铜耗不变，有：根据折算前后功率因数不变的原则，有：8经过折算后异步电机的基本方程为：9五、等效电路10第二节转子旋转时的异步电动机

当转子以转速旋转后，电机主磁通仍以同步转速切割定子绕组，产生感应电动势，所以定子回路电动势平衡方程不变。而转子绕组以相对速度切割主磁通，所以转子中感应电动势的频率、大小及漏抗都将发生变化。、转子感应电动势转子绕组感应电动势的频率为：，称为转差频率。由于异步电动机在额定转速下运行时，转差率s很小，所以正常运行时，转子频率很低，为1～3Hz。由于频率改变，所以转子感应电动势也变化，有效值为：11二、转子电动势平衡方程因为转子回路不变，所以电动势方程形式不变，为：

此时，转子漏抗为：

三、磁动势平衡方程转子旋转时，磁动势平衡方程仍为：

12频率折算的物理意义是：用一个静止的具有电阻为的等效转子去代替电阻为的实际旋转转子，等效转子与实际转子具有相同的转子磁动势。四、频率折算转子转动后转子电流为：只要等效的静止转子满足，则完成了频率折算。13频率折算后，转子电阻分解为两项：经过频率折算后，再考虑转子绕组的折算，最终得到异步电机的基本方程为；14五、等效电路15输入电动机的电功率减去和后，余下的功率通过电磁感应传递到转子侧，为电磁功率当电流流过定子绕组时，由于定子绕组有电阻，产生定子铜耗第三节异步电动机的电磁转矩及机械特性、功率平衡方程三相异步电动机稳定运行时，从电源输入的电功率为：异步电动机铁耗主要指定子铁耗，即：

16电磁功率可以表示为：也可表示为：转子绕组的铜耗附加电阻上的损耗附加电阻上的损耗，这部分损耗实际上就是传递到电机转子上的机械功率，称为总机械功率，它是转子绕组中电流与气隙磁场共同作用产生的电磁转矩，带动转子旋转所对应的功率，有：17转子铜耗与电磁功率的关系：总机械功率与电磁功率的关系：18二、转矩平衡方程—转子机械角速度

—输出转矩—电磁转矩—与负载无关的空载转矩19，称为旋转磁场的同步角速度。

三、电磁转矩表达式1.物理表达式利用异步电动机等效电路可知，电磁功率还可以表示为：电磁转矩为：

202.参数表达式物理表达式常用于定性分析，深入分析时并不方便，根据异步电动机等效电路可推导出电磁转矩的参数表达式（推导从略）如下：

，为异步电动机的短路电抗。21四、机械特性当异步电动机电源电压恒定，电机参数已知时，可根据电磁转矩的参数表达式得到转差率s与电磁转矩T之间的关系曲线，即曲线，称为异步电动机的机械特性曲线。22五、最大电磁转矩、起动转矩、额定转矩1.最大电磁转矩令可求出产生最大转矩的转差率，称为临界转差率，为：得到最大电磁转矩表达式：

23定子绕组电阻很小，可忽略，这样，临界转差率和最大转矩公式可近似为：讨论：当电源频率和电机参数不变时，最大电磁转矩与电源电压的平方成正比；当电源电压和频率一定时，最大电磁转矩与短路电抗成反比；最大电磁转矩与转子电阻无关，但临界转差率与转子电阻有关，转子电阻增大，临界转差率增大，T-s曲线的最大值向s增大方向偏移。24转子电阻对临界转差率的影响252.起动转矩起动转矩（又叫堵转转矩）的大小决定了电动机的起动性能，将代入电磁转矩计算公式，可求出起动转矩为：讨论：起动转矩与外加电压的平方成正比，电压减小，起动转矩成平方倍减小。要增大起动转矩，可在转子回路串电阻，随着所串电阻的增大，起动转矩也增加。但是，随着转子电阻增加，转差率增大，转子铜耗也将增大。26要使电动机起动时有最大转矩，可令，则起动转矩为最大转矩时转子回路所串的电阻应为：3.额定转矩额定转矩是异步电动机带额定负载时输出的机械转矩，此时的转差率为额定转差率,可根据电动机铭牌标出的额定机械功率和额定转速求出，为27六、过载能力和起动转矩倍数1.过载能力电动机带负载运行时，如果最大电磁转矩较负载转矩大得越多，电动机承受短时过载能力越强，将最大电磁转矩与额定电磁转矩之比称为过载能力，用表示，为：如果电动机的负载制动转矩大于最大转矩，电动机将停转。为保证电动机不会因为短时过载而停转，要求电动机具有一定的过载能力。一般异步电动机的，特殊要求时。

282.起动转矩倍数如果起动转矩太小，在一定负载下电动机可能无法起动。起动转矩越大，电动机起动越容易。通常用和的比值来表示电动机起动转矩的倍数，为：起动转矩倍数是电动机的又一个重要性能指标，我国生产的Y系列三相笼型异步电动机，为1.2～2.4（中小型）和0.5～0.8（大中型）。29六、稳定运行问题异步电动机稳定运行的条件为：30七、人为机械特性三相异步电动机在改变电源电压、电源频率、定子极对数或增大定、转子阻抗的情况下，所得到的机械特性称为人为机械特性。

1.降低定子端电压的人为机械特性在电磁转矩的参数表达式中，保持其它量都不变，只改变定子电压Us的大小。由于异步电动机的磁路在额定电压下工作于近饱和点，故不宜再升高电压，所以只讨论降低定子电压Us时的人为机械特性。31

2.转子回路串三相对称电阻的人为机械特性绕线式三相异步电动机通过滑环，可以把三相对称电阻串入转子回路后再三相短路。转子回路串入电阻并不影响同步转速n1。又因为最大电磁转矩与转子回路电阻无关，即转子串入电阻后，Tm不变。由于临界转差率与转子回路电阻成正比，当转子串入电阻后sm增大。转子回路串三相对称电阻的人为机械特性如