第五章异步电机

感应电机（异步电机）（教材P166）感应电机（也叫异步电机）是一种交流旋转电机，它的转速除与电网频率有关外，还随负载而变。主要作电动机使用，如：机床；水泵；家用电器；5.1异步电动机的结构和运行状态

一、感应电机的结构1.定子：定子铁心：0.5mm厚硅钢片叠压而成,磁路的一部分定子绕组：电线制而成,电路一部分（三相有6个出线端，可接为Y或Δ）机座：铸铁或钢板焊接而成，支撑定子铁芯。2.转子：转轴:支撑转子转子铁心：0.5mm硅钢片叠压而成,磁路一部分转子绕组：笼型绕组铸铜铜条绕线式绕组：电磁线制而成，Y接，滑环引出，外接电阻（作用？）。3.气隙：磁路的一部分，δ↓→Im↓，但易发生扫膛现象。

二、感应电机的运行状态1.转差率定义当0<n<n1时,即0<s<1时,电机为电动运行状态(电能→机械能)当n>n1时,即0>s时,电机为发电运行状态(机械能→电能)当n<0时,即s>0时,电机为电磁制动运行状态(机械能和电能→热能)2.分析电机运行状态发电运行状态电磁制动运行状态例如：Y112S-6极数6极短机座规格代号：中心高112mm产品代号：异步电动机2.额定值①额定功率Pn:电动机在额定情况下运行，由轴端输出的机械功率，单位为W，kW。②额定电压Un:电动机在额定情况下运行,施加在定子绕组上的线电压，单位为V。③额定频率fn：50Hz。④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。⑤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。5.2三相感应电动机的磁动势和磁场一、空载运行时的磁动势和磁场1.主磁通Φ0：①作用：传递能量的媒介作用；②路径：定子—气隙—转子—气隙—定子。2.漏磁通Φσ：①不起传递能量的媒介作用，只起电抗压降的作用；②包括：槽部漏磁通、端部漏磁通和高次谐波。二、负载运行时的磁动势和磁场1.转子电动势的频率：2.转子绕组的感应电动势3.转子绕组的电阻和漏抗：忽略集肤效应，认为不变；4.转子绕组的电流：正常运行时，转子端电压U2=0，有效值：*结论：转子电流I2随S的增加而增加。5.转子绕组的功率因数：结论：转子功率因数随S的增加而减小。6.转子磁动势的转速：相对转子速度：相对定子速度：三、磁动势平衡方程1.磁动势形式：2.电流形式：5.3三相感应电动机的电压方程和等效电路一、电动势平衡方程二、等效电路1、折算折算原则：①保持F2不变，只要使等效前后转子电流的大小和相位相等即可；②等效前后转子电路的功率和损耗相等。折算方法：电流折算：

电动势折算：电阻和电抗折算：3.T型等效电路三、近似等效电路与变压器的近似等效电路相同，但须引入一修正系数C1，对于40kW以上，可取C1=1。5.4感应电动机的功率方程和转矩方程功率平衡关系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

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流的有功分量相互作用产生的。转矩平衡关系2.参数表达式：说明：电磁转矩与电源参数（Ｕ、f）、结构参数（r、x、m、p）和运行参数（s）有关。临界转差率sm和最大电磁转矩Tmax由两个表达式可见当其它参数一定时：1、最大电磁转矩与电源电压平方成正比；临界转差率与电源电压无关。3、频率越高，最大电磁转矩和临界转差率越小；

漏抗越大，最大电磁转矩和临界转差率越小；2、转子回路电阻越大，临界转差率越大；最大电磁转矩与转子电阻无关。4、过载能力起动转矩Tst和起动转矩倍数Kst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；3、绕线式电动机，转子回路电阻越大，起动转矩先增后减。4、起动转矩倍数3.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和sm代入即可得到机械特性方程式5.7感应电动机的转矩-转差率曲线

sn0nNsNnmsm10TNTstTmaxTemABCD感应电动机降压时的人为机械特性snsm10TLUN0TstTmaxTemn1A0.8UN0.64Tst0.64Tmax转子回路串电阻时的机械特性r2+Rs3Tst2sm2r2+Rs2Tst1sm1r2+Rs110TstTmTems

n0n1smr2定子串接电抗器时的机械特性10TmTemsms

n0n1Tm’xstsm’5.8感应电动机的工作特性一、转速特性由Pcu2=sPem得是一条稍向下倾斜的曲线。二、输出转矩特性异步电动机的输出转矩：是一条过原点稍向上翘的曲线。三、定子功率因数特性空载：很小；负载时，随↑，↑。四、效率特性空载时，P2=0，η=0；负载时，随着P2的增加，η也增加，当负载增大到可变损耗与不变损耗相等时，η最大；负载继续增大，铜损增加很快，η反而下降。5.9三相异步电动机的起动，深槽和双笼电动机一、三相异步电动机的起动（一）、概述1.起动定义：电动机接到电源上，从静止状态到稳定运行状态的过程；2.起动电流：n=0,S=1时的电流。3.起动电流大的原因：此时处于短路。4.起动转矩不大的原因：1）减少；2）减小；使Tst不大。5.起动要求：①起动电流尽量小，以减小对电网的冲击；②起动转矩尽量大，以缩短起动时间；③起动设备简单，可靠。（二）、鼠笼式异步电动机的起动1.直接起动①优点：设备简单，操作方便；②缺点：起动电流大，须足够大的电源；③适用条件：小容量电动机带轻载的情况起动。2.降压起动如果电源容量不够大，可采用降压起动。即起动时，降低加在电动机定子绕组电压，起动时电压小于额定电压，待电动机转速上升到一定数值后，再使电动机承受额定电压，可限制起动电流。定子回路串电抗器起动用Y-Δ起动自耦补偿器（自耦变压器）起动（三）、绕线式异步电动机的起动转子：一般均接成Y形，正常三相绕组通过滑环短接，若转子绕组直接短接情况下起动，与鼠笼一样，Ist大，Tst不大。1.在转子回路串起动变阻器起动2.在转子回路串接频敏变阻器起动二、深槽和双笼感应电动机1、深槽式异步电动机结构：定子：与普通鼠笼电动机一样；转子：槽深而窄,2、双鼠笼式异步电动机结构：定子：与普通鼠笼电动机一样；转子：有两套鼠笼上层笼：ρ大，黄铜或青铜，截面小，∴r2上大→起动笼下层笼：ρ小，紫铜，截面大，∴r2下小→工作笼运行原理①起动时，s=1，f2最大，转子漏抗x2大，电流分布取决于x2，∵x2下>x2上，∴转子电流集中于上笼（趋肤效应）----起动笼起主要作用，又∵r2上大→↑→Tst↑；②正常运行：Sn=0.01～0.06很小→f2s很小→x2很小→电流取决于r2，∵r2下小→电流分布在下笼，此时漏抗x2小，↑→Tem↑优缺点①优点：较大的Tst和较小Ist；②缺点：漏抗较大，其功率因数、最大转矩和过载能力较普通的笼型电动机小。5.10感应电动机的调速一、变极调速可以采用两套绕组，但为了提高材料的利用率，一般采用单绕组变极，即通过改变一套绕组的连接方式而得到不同极对数的磁动势，以实现变极调速。2.变极绕组的连接方法：Δ→YY(2p→p)；顺串Y→反串Y（2p→p）；Δ→YY(2p→p)。说明：变极前后，三相绕组的相序发生改变，为保证电动机的转向不变，须对调定子两相绕组的出线端。二、变频调速1.概述异步电动机的转速：当转差率S变化不大时，n近似正比于频率，可见改变电源频率就可改变异步电动机的转速。2.恒转矩调速电机变频调速前后额定电磁转矩相等，即恒转矩调速时，有3.恒功率调速电机变频调速前后它的电磁功率相等，即三、转子回路串电阻调速串电阻前后保持转子电流不变，则有：电磁转矩为：保持不变，即属于恒转矩调速。异步电动机的制动（P206）制动的方式：机械、电磁。电磁制动就是使得M的电磁转矩方向与n相反。电磁制动常用方法：反接制动、能耗制动、回馈制动。一、反接制动正转反接制动认为将定子电流的相序改变，使得M气隙旋转磁场反向旋转，最终使得转子电流产生的电磁转矩方向与转子方向相反，起制动作用。性能特点：制动电流很大，对同一供电母线上的其他设备有影响。可以采取措施弥补：降压；对绕线型：转子回路串联电阻。反接制动正接反转制动用外力使得电动机转子的转向反向，但电源相序不变，即电磁转矩的方向不变。如：起重机重物的下落状态。二、能耗制动能耗制动：电动机断开三相交流电源后，在定子绕组上加一直流电压，即定子绕组通以直流电流，产生静止的磁场。在利用转子感应电流与静止磁场的作用达到制动目的。由于转子是旋转的，相当于磁场反向旋转。转子旋转时候的动能全部消耗在铁损和铜损耗中。性能特点：高速时效果好，低速则不好。三、回馈制动主要用来限制速度，如：电力机车下坡时。总结、课题练习P207：思考题单相异步电动机

一、结构：定子为单相绕组（有起动和工作绕组）；转子为鼠笼式。二、工作原理单相交流绕组通入单相交流电流产生脉动磁动势，其可分解为F+、F-，建立起正转和反转磁场Φ+、Φ-，这两个磁场切割转子导体，产生感应电动势和感应电流，从而形成正反向电磁转矩T+、T-，叠加后即为推动转子转动的合成转矩T。设电动机转速为n，则对正转磁场而言，转差率s+为对反转磁场而言，转差率s-为单相异步电动机的特点转子静止时，合成转矩为0，即单相异步电动机无起动转矩。当s≠