第四章异步电机

Page1异步电机本章内容

三相异步电动机的基本理论

三相异步电动机的运行原理三相异步电机的磁场、主磁通、漏磁通和漏抗转子静止时的三相异步电动机的运行转子旋转时的三相异步电动机的运行

三相异步电动机转子侧各物理量的折算三相异步电动机的等效电路及相量图三相异步电动机的功率和转矩Page2三相异步电机的结构及额定值三相异步电机的三种运行状态Page3

单相异步电动机三相异步电动机的电磁转矩三相异步电动机的工作特性三相异步电动机参数的测定笼型转子的相数、极数*本章内容本章教学基本要求1.

了解异步电动机的基本工作原理、基本结构和额定值。2.掌握综合表达三相异步电动机电磁关系的基本方程、等效电路和相量图，异步电动机的运行原理，转子绕组折算和频率折算。5.了解三相异步电动机参数的测定。

Page44.熟悉异步电动机的工作特性。

6.了解笼型转子的相数、极数。

本章教学基本要求1．熟悉三相异步电动机负载运行时的基本电磁关系，基本方程、等效电路和相量图，转子绕组折算和频率折算。2．掌握异步电动机功率与转矩的平衡关系。重点：

转子转动时的基本电磁关系。难点：

Page5Page6提问交流电动机是将交流电能转换为机械能的一种旋转装置。什么是交流电动机？有什么作用？其作用是作为原动机拖动生产机械。异步电动机由定子和转子组成，如图4-1所示，定、转子之间有气隙，定子上内嵌互差120°的三相对称绕组AX、BY、CZ，将定子三相对称绕组接入三相对称交流电，会产生圆形旋转磁场，设磁场以同步转速n1逆时针方向旋转切割转子导体。Page74.1三相异步电动机的基本理论4.1.1三相异步电动机的基本工作原理

转子与旋转磁场之间存在相对运动，若将旋转磁场看作静止磁场，则转子上半部分导体是顺时针切割静止磁场的，根据电磁感应定律，转子导体内产生感应电动势，用右手定则判定其方向如图4-2所示，转子上半部分导体中的感应电动势方向是指向纸面的，下半部分导体中感应电动势方向从纸面指向外。图4-1三相异步电动机工作原理示意图

转子导体是闭合回路，在感应电动势的作用下，转子导体内产生电流I2，方向与感应电动势方向一致。根据电磁力定律，转子的载流导体在旋转磁场中要受电磁力作用，其方向由左手定则确定，如图所示转子上半部分导体受力fem向左，下半部分导体受力fem向右，转子在这对力偶的作用下产生逆时针方向的电磁转矩T，从而使转子以转速n逆时针旋转。Page84.1.1三相异步电动机的基本工作原理

图4-1三相异步电动机工作原理示意图

4.1三相异步电动机的基本理论在正常情况下，异步电动机转子转速n达不到旋转磁场的同步转速n1，电动机的转速n总是略小于同步转速n1，即与旋转磁场异步转动，所以称为异步电动机，由于异步电动机转子中的电流是感应产生的，故又可称为感应电动机。Page9图4-1三相异步电动机工作原理示意图

4.1.1三相异步电动机的基本工作原理

4.1三相异步电动机的基本理论（二）工作原理对称三相绕组通入对称三相电流旋转磁场(磁场能量)磁场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机械负载旋转起来三相交流电能输出机械能量上一页下一页返回上一节下一节1．基本结构图4-2所示为三相笼型异步电动机结构示意图。它主要由定子和转子两部分组成，定、转子之间是气隙。

4.1.2基本结构和铭牌数据图4-2三相笼型异步电动机结构示意图Page114.1三相异步电动机的基本理论转子铁心：

一般用0.5mm的硅钢片叠压而成，它是磁路的一部分。转子绕组：

用作产生感应电动势、并产生电磁转矩，它分笼型和绕线转子两种。气隙：

中、小容量的电动机气隙一般在0.2~1.5mm范围。1．基本结构Page124.1三相异步电动机的基本理论

4.1.2基本结构和铭牌数据按转子结构分：鼠笼型异步电动机绕线转子异步电动机1．基本结构

图4-3笼型转子示意图图4-4绕线转子异步电动机定转子接线示意图Page134.1三相异步电动机的基本理论

4.1.2基本结构和铭牌数据1．基本结构Page144.1三相异步电动机的基本理论

4.1.2基本结构和铭牌数据1．基本结构Page154.1三相异步电动机的基本理论

4.1.2基本结构和铭牌数据提刷装置1．基本结构Page164.1三相异步电动机的基本理论

4.1.2基本结构和铭牌数据1．基本结构优点：结构简单、制造容易、价格低廉、运行可靠、坚固耐用、运行效率较高并具有适用的工作特性。缺点：功率因数较差，电机在运行过程中必须从电网吸收感性无功功率，因此它的功率因数总小于1。Page174.1三相异步电动机的基本理论

4.1.2基本结构和铭牌数据2．铭牌数据

Page184.1三相异步电动机的基本理论

4.1.2基本结构和铭牌数据①额定功率PN：指电动机在额定运行时，轴上输出的机械功率，单位：W或kW；②额定电压U1N：指电动机额定运行时，加在定子绕组上的线电压，单位：V；③额定电流I1N：指电动机在定子绕组上加额定电压、轴上输出额定功率时定子绕组中线电流，单位：A。④额定频率f1N：我国规定电网工频为50Hz；2．铭牌数据

Page194.1三相异步电动机的基本理论

4.1.2基本结构和铭牌数据⑤额定转速nN：指电动机在定子额定电压、额定频率下，轴上输出额定功率时的转子转速，单位：r/min；⑥额定功率因数cosjN：

指电动机在额定运行时定子侧的功率因数。

设hN为异步电动机的效率，额定功率如下输入功率为：输出功率为：输出转矩为：2．铭牌数据

Page204.1三相异步电动机的基本理论

4.1.2基本结构和铭牌数据

铭牌上还标有绝缘等级、温升、工作方式、连接方法等，对绕线式异步电动机还标有转子绕组的额定电压和额定电流。⑦转子绕组额定电压U2N：

指定子绕组加额定电压、转子绕组开路时，集电环间的线电压，单位：V；⑧转子额定电流I2N：

指电动机额定运行、转子短路状态下，集电环之间流过的线电流，单位：A。2．铭牌数据

Page214.1三相异步电动机的基本理论

4.1.2基本结构和铭牌数据2．铭牌数据

异步电动机定子三相绕组有六个端点，高压异步电动机定子绕组采用Y联结，只有三根引出线。中小容量的异步电动机通常将定子三相绕组的六个端点引出到接线板上，用户根据铭牌数据和使用电源情况接成Y联结或Δ联结，如图4-5所示。a）D接b）Y接图4-5三相异步电动机定子绕组引出线Page224.1三相异步电动机的基本理论

4.1.2基本结构和铭牌数据Y2160L1-2系列代号设计序号机座中心高（mm）机座长度代号（S,M,L）铁心长度代号（1,2,3）极数3．主要系列

国产电机型号由汉语拼音字母和阿拉伯数字组成，大写汉语拼音字母表示电机的类型、结构特征和使用范围，数字表示设计序号和规格。Page234.1三相异步电动机的基本理论

4.1.2基本结构和铭牌数据Y系列为鼠笼型转子三相异步电动机。

YR系列为绕线型转子三相异步电动机。3．主要系列

一般用途三相异步电动机应用最广的产品是Y系列和YR系列。Page244.1三相异步电动机的基本理论

4.1.2基本结构和铭牌数据【例题4-1】

注意：变压器的电压比是指一、二次侧相电压之比。

已知三相异步电动机额定数据：PN=60kW，UN=380V，nN=577r/min，cosjN=0.77，hN=89%，p=5，试求该异步电动机额定输入功率、额定定子电流、额定输出转矩和同步转速。

解：额定输入功率：额定定子电流：

额定输出转矩：

Page254.1三相异步电动机的基本理论

4.1.2基本结构和铭牌数据【例题4-1】

同步转速：Page264.1三相异步电动机的基本理论

4.1.2基本结构和铭牌数据Page274.1三相异步电动机的基本理论

4.1.3三相异步电动机的转差率与三种运行状态1.转差率：旋转磁场的转速与转子转速之差称为转差，转差与同步转速的比值称为转差率。是表征异步电机运行状态的一个基本变量。转差率是异步电机的一个基本物理量，它反映了电机的各种运行情况。电动机起动瞬间，n=0,S=1;电机理想空载时，电动机正常运行时，其额定转速与同步转速接近，所以一般S很小，S=0.01——0.06。电机的转速为：Page28例：一台三相异步电动机，其额定转速

nN=975r/min，电源频率f=50Hz。空载转差率为0.003，试求电动机的极对数、空载转速和额定负载下的转差率。4.1三相异步电动机的基本理论根据S的正负和大小可以判断异步电机的运行状态Page294.1三相异步电动机的基本理论2.三相异步电动机的三种运行状态转差率：图4-6异步电机的三种运行状态根据S的正负和大小可以判断异步电机的运行状态4.2三相异步电动机的运行原理4.2.1三相异步电动机空载时的电磁关系Page30

为了便于分析，根据磁通路径和性质不同，异步电动机的磁通分为主磁通和漏磁通。1.主磁通：由基波旋转磁势所产生的通过气隙，并与定、转子绕组同时交链的基波磁通称为主磁通。其路径为：定子铁心→气隙→转子铁心→气隙→定子铁心。主磁通起传递能量的作用。一、主磁通、漏磁通和漏抗Page314.2三相异步电动机的运行原理2.漏磁通：由定子三相电流产生，仅与定子绕组交链，称定子漏磁通。Page32转子漏磁通：仅与转子绕组交链，也包括这三种漏磁通。4.2三相异步电动机的运行原理主磁通Fm在定子绕组每相基波感应电动势的有效值为定子漏磁通Fs1在定子绕组中产生的感应电动势为定子漏感电动势Es1，由于漏磁通走的磁路主要是气隙，故它基本不受磁饱和影响，只与定子电流I1成正比，与变压器分析相似，用漏抗压降表示。将其看成定子电流I1在定子漏电抗x1上的压降，则，式中，，为定子漏电感。

Page334.2三相异步电动机的运行原理3.漏抗概念与变压器一样，空载电流由两部分组成：一部分产生主磁通Fm为无功分量Ìm，另一部分反应铁损的铁损电流，为有功分量ÌFe，则，

Page344.2三相异步电动机的运行原理二、空载电流和空载磁动势异步电动机空载运行时的定子电流称为空载电流。由于ÌmÌfe

所以I0基本为一无功性质电流。即空载时的定子流I0产生的合成磁动势基波分量幅值为N1、kw1分别为定子每相绕组的串联匝数和基波绕组系数。Page354.2三相异步电动机的运行原理4.2.2空载运行时的电压平衡方程一、感应电动势与变压器一样,主、漏磁通在定子绕组上感应的电动势分别为：Page364.2三相异步电动机的运行原理综上所述，异步电机空载运行时的电磁过程如下：图：

异步电动机空载时的电磁关系

Page374.2三相异步电动机的运行原理4.2.2空载运行时的电压平衡方程Page384.2三相异步电动机的运行原理二、电压平衡方程与等效电路与变压器一样，根据基尔霍夫电压定律，可列出空载时定子每相电压方程式：（变形的变压器）式中，z1为定子漏阻抗，。由于E1>>I0z1，可认为Ù1≈－È1，当电源电压和频率f1一定时，U1∝Fm，即主磁通Fm基本上也为一定值，与变压器情况相同。因磁场切割转子速度为零，则转子电压方程为图

异步电动机空载时等效电路根据空载时电压方程，可画出异步电动机空载时的等效电路如图所示。Page394.2三相异步电动机的运行原理Page40尽管异步电动机的电磁关系与变压器相似，但它们之间还是有差别的：4.2三相异步电动机的运行原理1）主磁场性质不同：异步电动机为旋转磁场，变压器为脉动磁场.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。Page411负载时的电磁关系4.2三相异步电动机的运行原理4.2.3三相异步电动机的负载运行Page424.2三相异步电动机的运行原理1电磁关系4.2.3三相异步电动机的负载运行转差率:指气隙中旋转磁场的同步转速和转子转速之差与同步转速的比值，即转差率是异步电动机的重要参数，当电动机作电动运行时，0<s≤1。Page434.2三相异步电动机的运行原理2转子各量与转差率的关系4.2.3三相异步电动机的负载运行Page444.2三相异步电动机的运行原理2转子各量与转差率的关系（1）转子电动势的频率转子不转时，转子中的感应电势、电流频率与定子电流频率相同；负载时，转子转速为n，而气隙中旋转磁场的转速为n1，两者转向相同，转速差为Δn=(n1-n)，则旋转磁场以(n1-n)切割转子绕组。故而转子绕组感应电势和电流的频率为：可见，转子不转时即起动时，频率高，转子电抗大。

正常运行时，s=(0.015~0.06)，f2小，一般1～3Hz，转子铁心中主磁通的交变频率很低，可略。理想空载时

（2）转子绕组感应电动势E2s。因为，电动机额定运行时，额定转差率一般在sN=0.015~0.06之间，所以转子转动时，转子电流频率很低，感应电动势也很小。Page454.2三相异步电动机的运行原理2转子各量与转差率的关系转子旋转时的感应电动势:转子不转时的感应电动势:二者关系为:起动时，转子电势大，正常时，电势小。（4）转子电流Page464.2三相异步电动机的运行原理2转子各量与转差率的关系（3）转子绕组的漏阻抗电抗与频率正比于,转子旋转时转子漏电抗:∵异步电机转子绕组自成闭路，处于短路状态，此时端电势U2为零，因此

转子电流为:当转速降低时,转差率增大,转子电流也增大.Page474.2三相异步电动机的运行原理2转子各量与转差率的关系（5）转子绕组的功率因数转子绕组的感应电流转子电路的功率因数

结论：转子转动时，转子电路中的各量均与转差率

s有关，即与转速n有关。O4.2三相异步电动机的运行原理Page49例：三相异步电动机，p=2，n=1440r/min，转子R2=0.02，X2=0.08，E2=20V，f1=50Hz。4.2三相异步电动机的运行原理起动时I2（st）额定转速下的I2（N）Page504.2三相异步电动机的运行原理例2：某三相异步电动机，极对数p=2，定子绕组三角形联结，接于50Hz、380V的三相电源上工作，当负载转矩TL=91N·m时，测得I1l

=30A，P1=16kW，n=1470r/min，求该电动机带此负载运行时的s

、P2

、ŋ

和cosφ。解：Page514.2三相异步电动机的运行原理3定、转子磁动势平衡方程关系

转子磁势

由于转子绕组也是一对称的多相绕组，∴转子绕组中流过电流时也会产生旋转磁场。下面分析转子磁势的转向。（1）转子磁势的转向

若定子磁场逆时间转，则它在转子绕组中感应电势，电流的相序为A2—B2—C2，且由于旋转磁场总是从超前电流相转向滞后电流相，故转子磁势的转向也是逆时针，即二者同方向。Page524.2三相异步电动机的运行原理（2）转子磁势的转速左图，定、转子磁势转速关系。—定子磁势F1的转速，相对于定子结论：无论转子转速如何变化，F1和F2总是相对静止的。Page534.2三相异步电动机的运行原理负载运行时，气隙中的合成旋转磁场，是由定子绕组磁动势和转子绕组磁动势共同产生的，这一点和变压器相似。由于定、转子磁动势在空间相对静止，因此可以合并为一个合成磁动势，即Fm（3）转子磁势的幅值一般说，定、转子级数必须相同，但相数可以不同，设转子的相数为m2，则转子基波磁势的幅值为转子绕组流过三相或多相对称电流时产生圆形旋转磁动势.例：一台三相八极异步电动机，额定转差率sN=0.04，额定频率f1N=50Hz，试求：（1）该异步电动机同步转速、额定转速、转子频率；（2）若电动机在额定运行时，突然将电源相序改变，反接瞬间的转差率。解（1）同步转速：额定转速：转子频率：Page544.2三相异步电动机的运行原理（2）突然将电源相序改变，则同步转速n1=－750r/min：反接瞬间的转差率：Page554.2.4三相异步电动机的基本方程式、等效电路与相量图一、三相异步电动机的基本方程式4.2三相异步电动机的运行原理1.磁势平衡方程式Page564.2三相异步电动机的运行原理

上式为以电流形式表示的磁势平衡方程式，表明了定、转子电路相互间的影响及依存。Page57前式可写成：根据基尔霍夫电压定律可写出定、转子侧负载时电动势平衡方程2.电压平衡方程式4.2三相异步电动机的运行原理Page58

同变压器等效电路推导方法一样，根据异步电机电压及磁势平衡方程式得转子转动时的等效电路如图如下：4.2三相异步电动机的运行原理Page59

由于转子电路中电势的大小及频率均不相等，故定、转子电路之间不能直接连接起来而得到等效电路。同变压器类似为了得到异步电机等效电路，须进行折算，即频率和绕组电势折算。转子绕组频率折算的目的：

把定、转子两个不同频率的电路转换成同一频率的电路。方法：就是用一个等效的转子电路代替实际旋转的转子系统,而等效的转子回路应与定子电路有相同的频率。由于转子静止时

，故需将实际转动的转子折算到转子不动时的转子回路（进行这种折算纯属电路需要，它不应该变定子电流大小和相位，输入及输出功率和各种损耗大小。）1．频率折算Page604.2三相异步电动机的运行原理4.2.5三相异步电动机转子侧各物理量的折算Page611．频率折算4.2三相异步电动机的运行原理4.2.4三相异步电动机转子侧各物理量的折算由前知：看起来好像是一种简单的数学变换，但二者物理意义不同：前者代表转子转动时的实际情况，频率为，后者代表转子转换为不动时的等效情况，频率为，其图如下Page624.2三相异步电动机的运行原理Page634.2三相异步电动机的运行原理与变压器相似，异步电动机定、转子之间没有电的联系，只有磁的耦合。为了工程计算方便，在不改变电动机的电磁性能的条件下，将无电的联系的定、转子电路变换成纯电路的等效电路，需进行转子绕组的折算。转子绕组折算方法：用一个相数为m1、匝数为N1kw1的绕组，代替原来的转子绕组（转子绕组原来的相数为m2，匝数为N2kw2）。绕组折算原则：保持折算前后电动机磁动势平衡关系不变，即F2的大小以及与F1之间的空间位置不变。

Page642．绕组折算4.2三相异步电动机的运行原理1）转子电动势折算。折算前转子电动势为折算后转子电动势为则转子电动势折算值为式中，ke为电动势比，。Page652．绕组折算4.2三相异步电动机的运行原理2）转子电流折算。根据折算前后电动机磁动势平衡关系不变的原则，应有则转子电流折算值为式中，ki为异步电动机的电流比，。定、转子电流之间存在。Page662．绕组折算4.2三相异步电动机的运行原理3）转子电阻、转子电抗、转子漏阻抗折算。转子电阻、转子电抗、转子漏阻抗折算值分别为Page672．绕组折算4.2三相异步电动机的运行原理异步电动机经转子频率和绕组折算后，得负载运行时的基本方程为Page684-14频率和绕组折算后异步电动机的等效电路

等效1．等效电路4.2三相异步电动机的运行原理4.2.6三相异步电动机的等效电路及相量图异步电动机负载运行时的“T”形等效电路如图4-15所示。Page691．等效电路4.2三相异步电动机的运行原理它和变压器接纯电阻负载时的等效电路相似。——纯电阻1）当异步电动机空载（理想空载）时：等效电路中的转子回路相当于开路，转子电流为因此功率因数很低。Page704.2三相异步电动机的运行原理由T型等效电路可以得出如下结论：2）当异步电动机额定运行时转子电流主要由决定，转子电路基本上为纯电阻性电路，故定子侧的功率因数较高。一般为0.8～0.85。且永远滞后。Page714.2三相异步电动机的运行原理3）当异步电动机起动（或堵转）瞬间：电动机没有输出，相当于短路，这时就是前面所分析的起动瞬间情况，定、转子电流都很大。Page724.2三相异步电动机的运行原理4）附加电阻不能用电感或电容来代替。5）在等效电路中负载的变化是用转差率s来体现的。

为了简化计算，将T形等效电路中的励磁支路左移到输入端，使电路简化成单纯的并联电路。图4-16异步电动机简化等效值电路Page73励磁支路左移问题：能否与变压器一样将励磁支路去掉？等效电路的简化4.2三相异步电动机的运行原理

“T”形等效电路可作出异步电动机的时空相量图如图4-17所示。图4-17异步电动机的时空相量图

异步机对电网是感性负载。一般取主磁通为参考相量。Page742.相量图4.2三相异步电动机的运行原理Page754.2三相异步电动机的运行原理Page764.2三相异步电动机的运行原理4.2.7三相异步电动机的功率和转矩

1.功率平衡方程和转换效率Page774.2三相异步电动机的运行原理

1.功率平衡方程和转换效率由等效电路图——转子的功率因数角Page78

1.功率平衡方程和转换效率4.2三相异步电动机的运行原理

1.功率平衡方程和转换效率定子侧的功率平衡方程为

转子侧的功率平衡方程为式中，U1为定子相电压，I1为定子相电流，cosj1为定子功率因数，r1为定子电阻。cosj2为转子功率因数，r2为转子电阻，pad为附加损耗（又称杂散损耗）一般很难用公式计算，通常根据经验估算，对大型异步电动机约为0.5%PN；对中、小型异步电动机约为1%~3%PN。

Page794.2三相异步电动机的运行原理图4-18三相异步电动机的功率流程图Page80

1.功率平衡方程和转换效率4.2三相异步电动机的运行原理三相异步电动机的效率为

式中，∑p为异步电动机的总损耗，即Page81

1.功率平衡方程和转换效率4.2三相异步电动机的运行原理异步电动机的电磁转矩T为总机械功率Pm除以转子机械角速度W，即转矩平衡方程为式中，T2=P2/W为电动机轴上的输出转矩（N·m）；T0=(pm+pad)/

W为电动机的空载转矩（N·m）。Page822.转矩平衡方程4.2三相异步电动机的运行原理电磁转矩：（转子获得的总机械转矩）2.转矩平衡方程

各转矩也可分别表示为式中，W1为同步角速度，。Page834.2三相异步电动机的运行原理

说明：电磁转矩等于电磁功率除以同步角速度，也等于总机械功率除以转子的机械角速度。

Page844.2三相异步电动机的运行原理Page854.2三相异步电动机的运行原理Page864.2三相异步电动机的运行原理Page874.2三相异步电动机的运行原理Page884.2三相异步电动机的运行原理2.电磁功率Page894.2三相异步电动机的运行原理3.定子铜耗：4.铁耗5.转子铜耗6.机械损耗和附加损耗7.由上例子知道：P1=11382W，则电机效率

【例题3】

注意：变压器的电压比是指一、二次侧相电压之比。

一台三相异步电动机，额定电压U1=380V，额定频率f1N=50Hz，额定功率PN=7.5kW，额定转速nN=962r/min，定子Δ联结，额定功率因数cosjN=0.83，定子铜损pCu1=470W，铁损pFe=234W，空载损耗p0=125W，试求：（1）额定转差率；（2）转子电流频率；（3）转子铜损；（4）效率；（5）定子电流。解：（1）额定转差率额定转差率为：

额定转速nN=962r/min，同步转速n1=1000r/min。

Page904.2三相异步电动机的运行原理（2）转子电流频率（3）转子铜损总机械功率为：转子铜损为：（4）效率（5）定子电流

Page91【例题3】

4.2三相异步电动机的运行原理Page924.2.8三相异步电动机的电磁转矩4.2三相异步电动机的运行原理1.物理表达式Tem异步电动机就是由于转子电流与旋转磁场的相互作用而产生电磁力和电磁转矩，从而使电动机运转。已知Page934.2三相异步电动机的运行原理Page944.2.8三相异步电动机的电磁转矩4.2三相异步电动机的运行原理2.电磁转矩的参数表达式电磁功率电磁转矩Page954.2三相异步电动机的运行原理转矩—转差率特性注：在T-S曲线中，有两个数值对电动机运行特性特别重要。最大转矩、起动转矩。Page964.2.8三相异步电动机的电磁转矩4.2三相异步电动机的运行原理转矩转速（机械）特性#曲线几个特殊运行点Page974.2三相异步电动机的运行原理令那么（正号对应于电动机状态，负号对应于发电机状态）近似值为考虑到实际电机，可忽略。（1）最大电磁转矩（临界运行点）转差率的函数Page984.2三相异步电动机的运行原理结论：Page994.2三相异步电动机的运行原理∴转子回路串入电阻，可以改变电机的转速。自然特性：转子不串电阻的机械特性。人为机械特性：转子串电阻的机械特性。Page1004.2三相异步电动机的运行原理Page1014.2三相异步电动机的运行原理（2）起动转矩。Page1024.2三相异步电动机的运行原理表明：Page1034.2三相异步电动机的运行原理（3）额定运行点（TN,nN）（4）同步运行点（理想空载点）：此时n=n1,s=0。因转子电流I2=0，定子电流I1=I0，所以电磁转矩Tem=0。

例：三相异步电动机，额定功率PN=10kW，额定转速nN=1450r/min，启动能力Tst/TN=1.2，过载系数=1.8。（1）额定转矩TN（2）启动转矩Tst（3）最大转矩Tm4.2三相异步电动机的运行原理Page1054.2三相异步电动机的运行原理

三相异步电动机的机械特性可分为两个运行区域：稳定运行区域；不稳定运行区域。（注：稳定条件上册讲过）n0TnOTNnNTsTMnMPage1064.2三相异步电动机的运行原理n0TnOTNnNTsTMnMPage1074.2三相异步电动机的运行原理求：额定转速时的电磁转矩、最大转矩、起动电流和起动转矩。解：1.额定转速时电磁转矩Page1082.最大转矩3.起动电流：4.起动转矩4.2三相异步电动机的运行原理Page1094.2三相异步电动机的运行原理Page1104.2三相异步电动机的运行原理Page1113.机械特性的实用表达式

工程实际中，要利用参数表达式计算异步电动机的机械特性，就需要知道定、转子结构参数，但一般电机的产品目录往往不提供这些结构参数。∴实际中就用机械特性实用表达式进行近似计算。其推导过程如下由4.2三相异步电动机的运行原理Page112忽略R1，得实用表达式该式简单易记，是估算机械特性的一个好方法。4.2三相异步电动机的运行原理Page113于是：可建立机械特性4.2三相异步电动机的运行原理Page114解：1）求最大转矩时的转速根据即：4.2三相异步电动机的运行原理Page115求得：2）求起动转矩倍数根据实用公式：则：∴4.2三相异步电动机的运行原理Page1163）求75%TN负荷时的转速求得：对应转速：4.2三相异步电动机的运行原理Page1174.2三相异步电动机的运行原理4.2.9三相异步电动机的人工机械特性

固有机械特性：指在UN，fN下，按规定的接线方式接线，定子及转子回路不外接电阻（或电抗）时的机械特性。

人为机械特性：指人为地改变电源参数或电动机参数而得到的机械特性。Page1184.2三相异步电动机的运行原理1.降低定子电压的人为机械特性∴特性如图。特点：1）降压后，同步转速不变。2）降压后，成比例下降，3）降压后，Page1194.2三相异步电动机的运行原理2.定子绕组串对称电抗的人为机械特性特点：2）串电抗后，最大转矩Tmax下降，临界转差率<Page1203.转子绕组串电阻时的人为机械特性4.2三相异步电动机的运行原理转子串入对称三相电阻的方法应用于绕线式异步电动机的起动和调速Page121特点：2）转子串电阻后，线性段斜率增大，特性变软。

除了上述人工机械特性外，三相异步电动机在改变定子频率、改变极对数以及转子回路串频敏电抗等条件下也可以获得相应的人工机械特性。有关内容在其他课程专门研究。4.2三相异步电动机的运行原理异步电动机的工作特性，能反映异步电动机的运行情况，是合理选择、使用电动机的依据。

异步电动机的工作特性是指电动机在额定电压U1N、额定频率ƒ1N运行时，转子转速n、定子电流I1、定子功率因数cosj1、电磁转矩T、效率h随输出功率P2的变化曲线。

Page1224.2.10三相异步电动机的工作特性4.2三相异步电动机的运行原理定性分析n=ƒ(P2)：

转速特性n=ƒ(P2)如图曲线1所示为一略微下降的曲线。异步电动机空载转速n≈n1转速n略降负载P2增大转子感应电势E2s增大转子电流I2s增大电磁转矩T增大平衡负载（1）转速特性n=ƒ(P2)

Page1234.2.10三相异步电动机的工作特性4.2三相异步电动机的运行原理Page1244.2三相异步电动机的运行原理异步电动机空载转速n≈n1转差率s≈0转子电流I2ˊ≈0I1≈I0较小转速n下降负载P2增大转子电流I2ˊ增大定子电流I1增大补偿转子电流产生磁动势的影响磁动势平衡定性分析I1=ƒ(P2)：定子电流特性I1=ƒ(P2)如图曲线2所示为一条由I0开始逐渐上升的曲线。（2）定子电流特性I1=ƒ(P2)

Page1254.2.10三相异步电动机的工作特性4.2三相异步电动机的运行原理Page1264.2三相异步电动机的运行原理异步电动机空载cosj1=cosj0≈0.2很低定子电流I1有功电流分量增大负载P2增大cosj1提高功率因数最高cosj1=cosj1max转差率s增大转子感应电动势与电流相位角j2增大P2=PNP2＞PNcosj1减小定子功率因数特性cosj1=ƒ(P2)如图曲线所示的曲线。定性分析cosj1=ƒ(P2)：（3）定子功率因数特性cosj1=ƒ(P2)

Page1274.2.10三相异步电动机的工作特性4.2三相异步电动机的运行原理Page128（3）定子功率因数特性cosj1=ƒ(P2)

4.2三相异步电动机的运行原理异步电动机空载输出转矩T2=0转速n略降P2∝T2负载P2增大T2随P2增大输出转矩特性T2=ƒ(P2)如图曲线4所示为一条过原点的近似直线的曲线。定性分析T2=ƒ(P2)：（4）输出转矩特性T2=ƒ(P2)

Page1294.2.10三相异步电动机的工作特性4.2三相异步电动机的运行原理Page130（4）输出转矩特性T2=ƒ(P2)

的关系为转矩特性。4.2三相异步电动机的运行原理异步电动机空载输出功率P2=0效率h=0h增大负载P2增大h最大h

=h

max

h反而下降异步电动机P2=0.75P2继续增大效率特性

h=ƒ(P2)如图曲线5所示的曲线。定性分析h=ƒ(P2)：（5）效率特性h=ƒ(P2)

Page1314.2.10三相异步电动机的工作特性4.2三相异步电动机的运行原理Page132（5）效率特性h=ƒ(P2)

4.2三相异步电动机的运行原理Page133（5）效率特性h=ƒ(P2)

4.2三相异步电动机的运行原理对中、小型异步电动机，工作特性可用直接负载法测出，对大容量异步电动机由于受设备等因数的限制，工作特性的取得可通过空载、短路试验测出电动机参数，再利用等效电路计算求得。Page1344.2.10三相异步电动机的工作特性4.2三相异步电动机的运行原理在异步机选型时，为了获得较高的运行效率和功率因数，应尽量避免“大马拉小车”的现象，即异步电动机的容量与负载匹配。对已出现“大马拉小车”的场合，可通过外加变频器调整电动机的运行状态，使电动机运行在高效、节能状态。Page1354.2三相异步电动机的运行原理4.2.11三相异步电动机参数测定

为了利用等效电路对异步电机进行分析计算，就需知道等效电路的参数。

同变压器一样，对已制成的异步电机可以通过空载和短路（堵转）试验来测定参数。4.2.11三相异步电动机参数测定

1．空载试验试验接线图（2）方法和步骤：1)轴上不带负载；2）定子接额定频率的三相对称电源上，通过三相调压器对电机供电，使定子端电压从(1.1～1.3)UN开始；3）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，空载电流开始明显回升为止。4）记录电动机的相对应的电压U1、空载电流I0、空载损耗p0。5）绘制空载特性曲线。Page1364.2三相异步电动机的运行原理（1）目的：测定铁耗pFe、机械损耗pmec和激磁参数Zm，Rm，Xm。图4-24试验接线图接线图是用二功率法测取功率，所以两个功率表P1、P2的读数之和为空载功率，即有P0=P1+P2。图4-25电动机空载特性注意试验时一定要含U1N这一点。根据试验数据作出P0=ƒ(U1)和I0=ƒ(U1)曲线，如图4-25所示。Page1374.2.11三相异步电动机参数测定

1．空载试验4.2三相异步电动机的运行原理

由于电动机空载时，转速n≈n1，转子电流I2≈0，转子铜损pCu≈0，可忽略转子铜损，这时电动机的空载损耗为：在输入功率P0中扣除定子铜损后，剩下的功率为P0′，则有：上式中有三部分：铁损、机械损耗和附加损耗，其中机械损耗pm只与转速大小有关，而与电压U1大小无关。Page1381．空载试验4.2三相异步电动机的运行原理（3）铁耗和机械损耗的确定铁损pFe和附加损耗pad则与磁通的平方成正比，即与U12成正比。若想精确测得励磁参数，还需将铁损和空载时的附加损耗分离。一般可近似认为：Page1391．空载试验4.2三相异步电动机的运行原理作P0′=ƒ(U12)曲线故P0′对的关系曲线基本上是一直线。延长此直线与纵轴交点即为pm，从而得到pFe+pad，虚线之下是pm。当U1=0，即不加电压，pFe+pad=0根据电压U1=U1N时，测得的空载试验数据P0和I0可计算参数：式中U1N、I0分别为额定相电压和相电流；P0为测得的三相功率；P0、I0应取额定电压所对应的数据。Page1401．空载试验4.2三相异步电动机的运行原理式中r1为定子电阻，可用电桥测得；x1为定子漏电抗，可从堵转试验测得。空载时，转速n≈n1，转差率s≈0，“T”形等效电路中的附加电阻，转子可认为开路，这样就有：Page1411．空载试验4.2三相异步电动机的运行原理从等效电路上看，短路试验是在电动机转子堵住不转动的条件下进行的，故又称堵转试验。图4-25试验接线图试验接线与空载试验相同如图4-25所示，只是电流表和功率表的电流线圈量程要变大，对于绕线转子，应将转子绕组短路。（1）目的：可测得短路参数（rk、xk、zk）、定、转子铜损。Page1424.2.9三相异步电动机参数测定

2．短路（堵转）试验4.2三相异步电动机的运行原理Page1432．短路试验4.2三相异步电动机的运行原理（2）方法和步骤：

1）将转子堵住；2）定子加电压，（使定子电流达到1.25I1N）从0.4UN开始逐渐降低（若加额定电压，短路电流

达（4～7）I1N；3）记录定子相电压Uk、定子相电流Ik、定子端输入功率Pk；4）根据试验数据作出短路特性Ik=ƒ(Uk)、Pk=ƒ(Uk)如图所示。（3）短路特性漏磁磁路主要是空气部分的磁阻而空气的磁导为常数，式中rk=r1+r2′为短路电阻，从而有：Page1442．短路试验4.2三相异步电动机的运行原理（4）根据定子电流

时的短路电压Uk和短路损耗pk，并利用电动机短路时（即s=1）的等效电路（见右图），可得对于大、中型异步电动机，一般可近似认为：Page1454.2.9三相异步电动机参数测定

2．短路试验4.2三相异步电动机的运行原理起动性能起动：

n=0，s=1,接通电源。电动机从接通电源到开始转动，转速逐渐增高，一直到达稳定转速为止，这一过程称为起动过程。起动过程的时间虽然只有几秒至几十秒但对电网电压及电动机的转矩影响很大。

异步电动机的起动性能包括：起动电流、起动转矩、起动时间、起动的可靠性。其中最重要的是起动电流和起动转矩。

4.3三相异步电动机的起动

对电动机起动的一般要求(1)起动转矩尽量大些

Tst＞TL

Tst≥(1.1~1.2)TL(2)

起动电流在允许范围内

异步电动机的实际起动情况起动电流大：Ist=scIN=(5.5～7)IN

起动转矩小：Tst=stTN=(1.6～2.2)TN

。

4.3三相异步电动机的起动

不利影响①大的Ist使电网电压降低，影响自身及其他负载工作。②频繁起动时造成热量积累，易使电动机过热。

(3)起动所需的设备简单、经济，操作方便。

4.3三相异步电动机的起动

Page1494.3.1三相笼型异步电动机的起动

4.3三相异步电动机的起动

1.直接起动利用刀闸或交流接触器把电机定子绕组接电源上(1)小容量的电动机（PN≤7.5kW）(2)电动机容量满足如下要求：优点：操作方便，简单经济。缺点：起动电流大（4～7IN）Page150

4.3三相异步电动机的起动

2.降压起动

降压起动方式是指在起动过程中降低其定子绕组端的外施电压，起动结束后，再将定子绕组的两端电压恢复到额定值。

这种方法虽然能达到降低起动电流的目的，但起动转矩也减小很多，故此法一般只适用于电动机的空载或轻载启动，具体方法包括：

U1Ist，但Tst。适用于轻载起动。4.3.1.笼型异步电动机的起动(1)定子串联电阻或电抗减压起动M3~3~RSS1FUS2起动运行

4.3三相异步电动机的起动

如图：串电阻（电抗）起动时，开关S2开。当转速上升到一定值时，切除电阻（电抗）由于电阻耗能大，多采用串电抗降压起动。评价：这种起动方法不受电动机定子绕组接法形式的限制，但由于起动电阻的存在，将使设备体积增大，电能损耗大，目前已较少采用。适用于：正常运行为△联结的电动机。(2)星形－三角形降压起动（Y－

起动）3~UNS1FUS2U1U2V1V2W1W2

4.3三相异步电动机的起动

起动时，S2投向Y接，起动后投向接。适用于：正常运行为△联结的电动机。(2)星形－三角形降压起动（Y－

起动）3~UNS1FUS2U1U2V1V2W1W2Y起动

4.3三相异步电动机的起动

(2)星形－三角形降压起动（Y－

起动）运行S23~UNS1FUU1U2V1V2W1W2

定子相电压比U1YU1△UN

3UN==13UU(2)（Y－

起动）设电机电压U，每相漏阻抗Z，

、Y接时的起动电流Page156∴只能用在轻载或空载起动。(2)（Y－

起动）

4.3三相异步电动机的起动

(3)自耦变压器降压起动TA3~UNS1FUS2M3~

4.3三相异步电动机的起动

有2～3个抽头3~UNS1FUS2TAM3~起动(3)自耦变压器降压起动

4.3三相异步电动机的起动

(3)自耦变压器降压起动TA3~UNS1FUS2M3~运行

4.3三相异步电动机的起动

Page160

4.3三相异步电动机的起动

设自耦变压器的变比为k。评价：（1）比Y－

起动强。（∵不同

抽头，k可选择）∴具有灵活性。

（2）不经济（起动设备费用高）起动结束，要切除k，否则烧毁。(3)自耦变压器降压起动

三相绕线形异步电动机转子中有三相绕组，可以通过滑环和电刷串接外加电阻。在前面分析转子串电阻的人为机械特性时已知：适当增加转子串接电阻，可以减小启动电流并提高电动机的启动转矩，绕线形异步电动机正是利用了这一特性。按照绕线形异步电动机启动过程中转子串接装置的不同，有串电阻起动和串频敏电阻器起动两种方法。4.3.2绕线式异步电动机的起动

4.3三相异步电动机的起动

RRR滑环电刷定子转子起动时将适当的R串入转子电路中，起动后将R短路。起动电阻

1.转子串电阻分级起动•

1．转子串电阻分级起动

在这种起动方式中，由于电阻是常数，所以为了获取较平滑的起动过程，将起动电阻分为几级，在起动过程中逐级切除。右图是绕线形异步电动机转子串电阻起动的原理图。

工作情况为：

合开关Q后，接触器KM1，KM2，KM3的主触点断开，全部电阻接入电路，对应的机械特性曲线为右图中曲线1，从a点开始起动，转速逐渐升高。当转速升高到b点时，令KM1闭合，R1被短接，由于电阻减小而转速不能突变，特性曲线瞬间过渡到曲线2上的c点并沿曲线2继续加速。

1．转子串电阻分级起动当加速到f点时，令KM3闭合，R1,R2,R3被短接，由于电阻减小而转速不能突变，特性曲线瞬间过渡到固有机械特性曲线上的g点并沿固有机械特性曲线继续加速，直到稳定运行，起动过程结束。当加速到d点时，令KM2闭合，R1,R2被短接，R3仍串入电路，由于电阻减小而转速不能突变，特性曲线瞬间过渡到曲线3上的e点并沿曲线3继续加速。Page165

4.3三相异步电动机的起动

1．转子串电阻分级起动缺点：1费用高；2转子串电阻功率损耗大；3电阻逐级切除、操作维护不变，且易对生产机械造成冲击。

Page166

4.3三相异步电动机的起动

2.转子串频敏变阻器起动频敏变阻器：铁心由几片或十几片较厚（30～50mm）的钢板叠成，并在铁心柱上绕有线圈的电抗器，其结构如图所示。它是一个铁耗很大的三相电抗器，如果忽略绕组的电阻和漏抗时，其一相的等效电路如下图所示。当有交流电通过频敏变阻器时，涡流损耗大，

Rm由于频敏变阻器的磁密取得较高，铁芯处于饱和状态，励磁电流较大，则较小；而铁芯较厚，滞涡流损耗较大，则较大。XmPage167转子串频敏变阻器起动的三相绕线式异步电动机接线原理图如图所示，起动开始，开关K断开，电动机转子串入频敏变阻器起动。电机转速达到稳定值后，开关K接通，切除频敏变阻器，电动机进入正常运行。2.转子串频敏变阻器起动起动过程分析：Page168这就相当于起动过程中电阻的无级切除。当转速上升到接近于稳定值时，将频敏电阻器短接，起动过程结束。可见，频敏变阻器的电阻是自动变化（由大小）小）2.转子串频敏变阻器起动综上所述，绕线式异步电动机转子串电阻分级起动或转子串频敏变阻器适用于大、中容量电动机的重载起动。但转子串频敏变阻器起动具有结构简单，价格便宜，运动可靠，维护方便，能自动操作等优点，目前已获广泛应用，而转子串分级变阻器起动对于大容量电动机、要求级数较多，故设备投资较大，维护不太方便。

Page169沿各点槽高度电流密度4.2.3高起动性能的特殊鼠笼式异步电动机1.深槽式异步电动机结构特点：转子槽深且窄。转子绕组为铜条绕组。槽深h与槽宽b之比为：h/b=8~12槽底漏磁通多，漏抗大槽口漏磁通少，漏抗小。电流分布与各小支路的漏抗成反比的分布，如图。这种现象称集肤效应。

4.3三相异步电动机的起动

Page170起动过程分析：1.深槽式异步电动机这种电机与普通笼型电机相比机械强度弱。Page1712.双鼠笼异步电动机4.2.3高起动性能的特殊鼠笼式异步电动机上笼：电阻大，截面积小，电阻率大，黄铜；漏抗小下笼：电阻小，截面积大，电阻率小，紫铜；漏抗大。下笼——工作笼。Page172

4.3三相异步电动机的起动

Page173

4.3三相异步电动机的起动

解：(1)异步电机的额定转矩Page174

4.3三相异步电动机的起动

Page175例：有一台鼠笼式三相异步电动机

＝28

,△接，

＝380

,

＝58

,cos

＝0.88,

＝1455

,起动电流倍数

＝6，起动转矩倍数

＝1.1,过载倍数

＝2.3。供电变压器要求起动电流≤150

，负载起动转矩为73.5

。请选择一个合适的降压起动方法，写出必要的计算数据。若采用自耦变压器降压起动，抽头有55%、64%、73%三种，需要算出用哪个抽头；若采用定子边串接电抗起动，需要算出电抗的具体数值；能用ㄚ－△起动方法时，不用其他方法。解:电动机额定转矩为

＝9550

＝9550×

＝183.78（

）正常起动要求起动转矩不小于

，大小为

＝1.1

＝1.1×73.5＝80.85（

）

4.3三相异步电动机的起动

Page176首先，校核是否能采用ㄚ－△起动方法：ㄚ－△起动时的起动电流为

＝

＝

×6×58＝116（

）

＜

＝150

ㄚ－△起动时的起动转矩为

＝

＝

×1.1×183.78＝67.39（

）

＜

,不能采用ㄚ－△起动。最后校核是否能采用自耦变压器起动：抽头为55%