第五章 感应电机1改

第五章感应电机5.1三相感应电机的结构和运行状态5.2三相感应电动机的磁动势和磁场5.3三相感应电动机的电压方程和等效电路5.4感应电动机的功率方程和转矩方程5.6感应电动机参数的测定5.8感应电动机的工作特性5.7感应动机的转矩—转差率曲线5.5笼形转子的极数、相数和参数的归算5.10感应电动机的调速5.9感应电动机的起动、深槽和双笼感应电动机5.11单相感应电动机5.12感应发电机和直线感应电机异步电动机用途及特点异步电动机的用途异步电机是一种交流电机，主要作为电动机使用。异步电动机分为三相和单相两种。异步电动机广泛应用于工农业及民用电器的各个部门。异步电动机的容量从几十瓦到数千千瓦，占各种电动机总数的90%左右，占电网总负荷的60%。优点：结构简单、制造方便、价格低廉、运行可靠、 坚固耐用、维修方便、运行效率较高等。缺点：功率因数较低、调速性能不够好。.3

各式异步电动机防爆电动机鼠笼式电动机绕线式电动机高压电动机气隙——较小为宜(气隙小，磁阻小，则励磁电流小)定子①机座②定子铁心③定子绕组转子⑴绕线式转子⑵鼠笼式转子①转子铁心②转子绕组③转轴一、感应电机的结构5.1感应电机的结构和运行状态三相感应电机的结构笼型异步电机剖面图转轴定子绕组转子定子铁心端盖接线盒下图是一台三相鼠笼型异步电动机主要部件的拆分图。动画1.定子①机座②定子铁心③定子绕组①机座:固定和支撑定子铁心②定子铁心作用：定子磁路的一部分、嵌放定子绕组。构成：为减少铁耗，铁心一般采用导磁性能好、磁滞损耗小的0.5mm厚的硅钢片叠成。

——定子冲片定子冲片为嵌放定子绕组，定子冲片中均匀地冲制若干个形状相同的槽。半闭合开口槽半开口半闭合（小型机，绕组为圆导线）、半开口（低压中型机，绕组为成型线圈）、开口槽（高压大、中型机，绕组为用绝缘带包扎并浸漆处理过的成型线圈）。槽形：作用：是电机的电路，它可感应电动势、流过电流、实现机电能量转换。③定子绕组线圈又称为绕组元件，是组成交流绕组的基本元件。大连理工大学电气工程系

定子接线盒U1V1

W1W2U2V2U1V1

W1U2V2

W2星形(Y)联结U1V1

W1W2

U2V23~三角形()联结U1V1

W1W2

U2V23~2.转子①转子铁心②转子绕组⑵绕线式转子⑴鼠笼式转子③转轴绕线型异步电动机鼠笼型异步电动机①转子铁心：0.5mm厚的硅钢片冲制叠压而成。作用：电机磁路的一部分、嵌放转子绕组。②转子绕组：感应电动势、流过电流、产生电磁转矩。斜槽形式鼠笼式转子绕组自己短路的绕组，在转子在每个槽中放有一根导体，导体比铁芯长，在铁芯两端用两个端环将导体短接，形成短路绕组。若将铁芯去掉，剩下的绕组形状似松鼠笼子，故称鼠笼式绕组。了解知识：铜料：需要把事先做好的裸铜条插入转子铁心上的槽里，再用铜端环套在伸出两端的铜条上，最后焊在一起。铝料：熔化的铝液直接浇铸在转子铁心上的槽里，连同端环、风扇一次铸成。铸铝鼠笼转子可节约用铜，工艺简单，可提高生产率，所以容量在100kW以下的小型异步机一般采用。绕线式绕组为对称三相绕组，一般接成星形，出线端经滑环、电刷引出电流。特点：可在转子回路串入附加电阻，改善起动性能、调节转速。了解知识：三相末端联接在一起，三相始端分别与装在转轴上但与转轴绝缘的三个滑环相联接，沿环外缘又与三个静止的电刷相接触，电刷再和外电路联接。借此，转子绕组既能自身闭合又能把附加电阻引入转子电路以改善电动机的运行性能。绕线式转子绕组异步电动机绕线转子③转轴

支撑转子铁心，输出机械转矩。3.气隙定转子之间的间隙，很小，0.2-1mm。对电机的性能影响很大。气隙大小对电机性能有很大的影响气隙大：磁阻大，励磁电流大，功率因数低。气隙小：为了降低电机的空载电流（励磁电流），提高电机的功率因数，气隙应尽可能地小。如果把感应电机看作变压器，显然，气隙愈小则定子和转子之间的相互感应作用就愈好。

但是气隙过小，将使装配困难和运行不可靠，因此允许采用的最小气隙是受加工可能性及机械安全考虑所能达到的最小值所限制。问题１：随着磁场的转动，闭合线圈是如何运动的？问题2：闭合线圈的转动方向与磁场的旋转方向有什么关系？二、三相异步电动机的工作原理（一）旋转磁场1.旋转磁场的产生W2

W1V2

V1U1U2

对称三相(多相)电流

→对称三相(多相)绕组→旋转磁场。三相绕组二、感应电机的工作原理横截面U1U2V1V2W2W1U1V1

W1U2V2

W2

流出

流入规定电流正方向：首端到末端U←V←W←U1U2V1V2W2W1i1=Imsin

ti2=Imsin(

t－120O)i3=Imsin(

t＋120O)i1

i2

i3

t=0O

时i1=0，i2＜0，i3

＞0××NSIm

tOi1规定电流正方向：首端到末端120O240O

360O0Ot=0O

时i1=0，i2＜0，i3＞0U1U2V1V2W2W1NSt=120O

时i1＞0，i2=

0，i3＜

0U1U2V1V2W2W1NSU1U2V1V2W2W1U1U2V1V2W2W1NSt=240O

时i1＜

0，i2＞0，i3=0t=360O

时i1=0，i2＜0，i3＞0NS观察：旋转磁场转向如何?结论：当空间彼此相差1200的三个相同的线圈通入对称三相交流电时，就能够产生与电流有相同角速度的旋转磁场。i

变化一周i每秒钟变化50周i每分钟变化(50×60)周→旋转磁场转一圈→旋转磁场转50圈→旋转磁场转3000圈2.旋转磁场的转速ns

同步转速ns

ns

=3000=60f1(r/min)

同步转速ns的大小怎样改变？磁极对数p=1U1U2V1V2W2W1每相绕组由一个线圈组成U1V1W1U2V2

W2U3V3

W3U4V4

W4U1U2U3U4V1V4V2V3W4W1W2W3每相绕组由两个线圈串联组成U1U2U3U4V1V4V2V3W4W1W2W3××××t=0O

时

i1=0，i2＜0，i3

＞0NSNS

磁极对数p=2

电流变化一周→旋转磁场转半圈

ns

=1500

当磁极对数p=3时

ns

=100060f12=60f13=60f1pns=

f1

=50Hz时：

123456300015001000750600500pns/(r/min)

3.旋转磁场的转向

U(i1)→V(i2)→W(i3)※由超前相转向滞后相。※由通入绕组中的电流的相序决定。U(i1)→W(i2)→

V(i3)问题：怎样改变ns

的方向?方法：把接到三相绕组上的任意两根电源线对调，就可实现旋转磁场的反转。问题：如果三相异步电动机的定子接入三相电源,则转子将处于一个旋转的磁场当中，会产生什么效果呢？（二）感应电机工作原理

机械负载旋转起来对称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

转子旋转起来电磁转矩感应

三相交流电能nsns1.电磁转矩的产生×

××

×转子电流的有功分量与旋转磁场相互作用，产生同一个方向的电磁转矩。NS特点：·电动机内必须有一个以ns旋转的磁场——实现能量转换的前提；

·电动运行时n恒不等于ns

（异步）——必要条件n<ns；

·转子上是无源的，建立转矩的电流由感应产生——感应名称的来源。

三、电磁转矩及三相感应电机的运行状态n转差率:s=

ns－nns转子转速:n=(1－s)ns

起动时n=0，s=1

理想空载时n=ns，s=0

正常运行时0＜n＜ns，1＞s＞0

额定运行时sN=0.01~0.092nsns0-ns210-1sn1）电动机状态：0<n<n1；1>s>0转子：i2与e2同方向；Tem与转向n相同，为驱动转矩；定子上：从电网吸收电功率。转子上：输出机械功率Tem顺着转子转向，“拉”着转子“跑”n1即nS

；Tem即Te2）发电机状态：n>n1；s<0转子：i2、e2与电动机状态相反；

Tem与转子转向相反，为制动转矩；转子上：吸收机械功率定子上：输出电功率。Tem逆着转子转向，“拽”着转子电动机状态发电机状态3）制动状态：

n<0；s>1转子：Tem与n1转向相同，与n方向相反,

为制动转矩转子上：吸收机械功率定子上：从电网吸收电功率两者吸收的能量全转变为热能消耗掉Tem逆着转子转向，“拽”着转子电动机状态制动状态三种工作状态的应用现代感应电机主要作为电动机。电磁制动往往只是感应电动机在完成某一生产过程而出现的短时运行状态，例如交流起重机下放重物时，为限制下放速度，往往使感应电机运行于电磁制动状态；感应发电机，有时用于农业小型水电站和风力发电站。旋转磁场与电磁转矩同向——电网向电机输入电能转子转向与电磁转矩同向——电机向外界输出机械能2.电磁转矩的大小

Te=CTΦm

I2cosψ23.电磁转矩的方向(电动状态时)与旋转磁场的转向相同。顺时针方向旋转问题：怎样改变转子的转向?3~M3~UVW3~M3~UVW逆时针方向旋转四、额定值（感应电动机）额定功率PN——电动机在额定情况下，轴上输出的机械功率。单位：KW。额定电压UN额定电流IN额定频率fN——50Hz额定转速nN额定功率因数——电动机额定运行时加在定子绕组上的线电压。单位：V或KV。——电动机在额定电压下，轴上为额定功率输出时，定子绕组中的线电流。单位：A。——电动机在额定状态时转子的转速。 单位：r/min。——电动机在额定状态时定子的功率因数注意以下问题：1、输入电功率，输出机械功率（电动机）P1N=3

UNINcosN

PN=NP1N=3

UNINcosN

N额定输入功率额定输出功率2、感应电机的额定转速一般多大？-特点：不能连续变化，没有2000r/min的感应电机3、如何判断感应电机的极对数和同步转速？一般额定点都在sN=0.01~0.09左右——

可以根据上页的表格，根据nN倒推三相异步电动机的定子部分在结构上和同步电动机的定子部分完全相同。对中、小容量的低压异步电动机，通常定子三相绕组的六个出线头都引出，这样可根据需要灵活地接成“Y”形或“D”形。U1V1W1U1V1W1W2U2V2W2U2V2D联结Y联结五、接线5.2三相感应电动机的磁动势和磁场空载运行时，其转子速度n接近同步转速nS，此时，定子磁动势F1基本上就是产生气隙主磁场Bm的激磁磁动势Fm，定子电流I10就近似等于激磁电流Im。计及铁心损耗时，磁场在空间滞后于磁动势以铁心损耗角，如图5-7所示。一、空载运行时的磁动势和磁场

1.空载运行时的磁动势I10(Im)

→F1

(Fm)

→

Bm

2.主磁通和激磁阻抗主磁通是通过气隙并同时与定、转子绕组相交链的磁通，它经过的磁路(称为主磁路)包括气隙、定子齿、定子轭、转子齿、转子轭等五部分，主磁通用符号Φm表示。如图5-8所示。主磁通Φm是旋转磁通，其磁密波Bm沿气隙圆周按正弦规律分布，以同步转速ns旋转，Φm在数值上等于磁密每半波（每极）的磁通。

nsn气隙中的主磁场以同步转速旋转时，主磁通将在定子每相绕组中感生电动势

由于旋转的主磁通与定、转子之间存在相对运动，它与定、转子绕组交链的磁通链数是随时间交变的。从电磁感应定律公式来看，异步电机的工作原理与变压器并无本质的区别，也称异步电机为旋转的变压器。若主磁路的磁化曲线用一条线性化的磁化曲线来代替，则主磁通将与激磁电流成正比；于是可认为与之间具有下列关系：因为、，所以，有如右曲线关系：激磁阻抗激磁电阻激磁电抗Zm=Rm

+jXm为励磁阻抗，Rm是反映铁耗的等效励磁电阻，Xm是反映磁通变化的励磁电抗。气隙越小，励磁电抗就越大，在同一定子电压下，激磁电流就越小。

Im=（25%~50%）I1N主磁路的磁化曲线3.定子漏磁通和漏抗定子漏磁通又可分为槽漏磁、端部漏磁和谐波漏磁等三部分，槽漏磁和端部漏磁如图5-10a）和b）所示。定子漏磁通将在定子绕组中感应漏磁电动势。把作为负漏抗压降来处理，可得漏抗电磁关系：可见，异步电动机空载时的电磁关系与变压器非常相似。10m定子转子定子定子4.空载时定子的电压方程异步电动机空载时，每相电压平衡方程与变压器空载时的方程类似：

为定子绕组的漏阻抗：异步电动机的空载运行的等效电路：AX.异步电动机空载运行时的等效电路是在忽略了微弱的转子绕组感应电流和感应电动势得到的，与变压器空载运行时的等效电路近似。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：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)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。1、电磁过程-定子绕组通电-形成基波旋转磁场-同时切割定、转子绕组-产生定、转子电势-产生定、转子电流、磁势-合成磁场二、负载运行时的磁动势和磁场n结果——产生了相对独立的一个定子电流系统，和一个转子电流系统——二个电流产生两个磁动势：F1（定子磁动势）和F2（转子磁动势）负载后转子侧的情况•关键-转子转速：n-定子磁场转速：ns-相对转速：Δn=ns-n=sns转子不转时,理想空载时,“转差频率”转子电势和电流的频率•转子是多相对称系统→产生多相对称电势•频率：n1)幅值2)转向因为定子旋转磁动势与定子电流相序方向相同；而F2由I2产生，所以转子旋转磁动势的方向与转子电流相序一致。3)速度转子旋转磁动势F2相对于转子本身的转速为n2转子本身又以转速n在旋转，因此从定子侧观察时，F2在空间的转速应为结论：无论转子转速怎样变化，定、转子磁动势F1、F2总是以同速、同向在空间旋转，两者在空间上总是保持相对静止转子磁动势F2定子和转子磁动势之间的速度关系，如右图所示。图5-12表示三相绕线型转子的转子磁动势的空间相位。例题5-2snssns时间相量-空间矢量图（以三相绕线式转子为例）转子为纯电阻电路时实际转子具有电阻和漏抗负载时转子磁动势的基波对气隙磁场的影响，称为转子反应。转子反应有两个作用：2）定子和转子合成为气隙主磁场，在转子绕组上产生电磁转矩，以带动轴上的机械负载。1）影响气隙磁场的大小和空间相位，从而引起定子感应电动势

和定子电流发生变化。2.转子反应产生的磁动势与转子产生的磁动势大小相等、方向相反，使气隙内的主磁通基本保持不变。负载分量3.负载时的磁动势方程转子反应的两个作用合在一起，体现了通过电磁感应作用，实现机电能量转换的机理。由此可以进一步导出负载时的磁动势方程：图5-13示出了负载时定、转子磁动势间的关系，以及定子电流与激磁电流和转子电流的关系。图5-13注意：定转子极对数一定相同的，因为转子磁势就相当于定子磁势的“影子”。其中，和取同一方向，因此和为同一方向，和为同一方向。用转子漏抗来反应漏磁通的变化：4、转子漏磁通、漏抗和漏感电势转子电流除产生

和转子反应外，还将产生漏磁通，•注意：-：转子中电流频率是

f1时的漏抗（转子不转）-与s成正比，即：转子n↑，则漏抗↓每相转子的漏电感在转子绕组中感应的漏感电势用漏电抗上的压降来表示：——转子静止时的漏感电势负载后（转子旋转），漏感电势为负载运行时的电磁关系5.3三相感应电动机的电压方程和等效电路1.定子电压方程一、电压方程定子每相电压方程：其中•注意：-E2：转子中电流频率f2=

f1时的电势（即转子不转、s=1）-E2s与s成正比转子中的电势（Φm产生）转子转动时的感应电动势:转子静止时的感应电动势:二者关系为:2.转子电压方程转子每相电压方程：转子电阻转子绕组的电流•结论：-转子越慢，s↑，则I2s↑-何时最慢？s=1时，即启动瞬间。此时I2s最大。•结论：-转子越慢，s↑，

cosψ2s↓-何时功率因数最小？s=1时：起动时！转子绕组的功率因数图5-15电压方程相应的定、转子的耦合电路图（取A，a相）定子转子定子绕组内转子绕组内频率归算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。在归算的过程中，电机的电磁效应不变。因而有两个归算的条件：一个是保持转子磁动势不变；二是转子回路的功率不变。转子回路电流二、等效电路1.频率归算转子转动时，定、转子有关物理量的频率不同，从电路角度看，不同频率物理量的表达式是不能联立求解的。

频率归算的物理含义只要保持频率折算前后转子电流的大小和相位不变，即可保持磁势平衡不变，从而保持定子电流的大小和相位不变，也保持了损耗和功率不变。方法：用一个静止的、电阻为R2/s的等效转子去代替电阻为R2的实际旋转的转子。R2s=R2+

1－ssR2＋U1－I1R1jX1σ－E1＋－

E2＋jX2σ

R2I2f1f1m1、

kw1N1m2、

kw2N21－sR2s转子所产生的机械功率相对应的模拟等效电阻频率归算后的等效电路E2

f1转轴不输出机械功率向输出电功率转动时的等效电路＋U1－I1R1jX1σ

－E1＋－

E2s＋jX2sσR2I2s＋U1－I1R1jX1σ－E1＋－

E2＋jX2σR2I2f1f1m1、

kw1N1m2、

kw2N21－sR2sE2s=sE2

f2=sf1转轴输出机械功率f1f2m1、

kw1N1m2、

kw2N2

1－ssR2实际的旋转转子轴上有机械损耗和机械功率输出。频率折算后，转子静止，没有机械损耗和机械功率输出，但电路中多了一个附加电阻。根据能量守恒关系，该电阻消耗的功率等效于机械损耗和机械功率之和——“总的机械功率”。从等效电路角度，可以把看成是异步电动机的”电阻负载”。2、绕组归算绕组归算就是用与定子绕组具有相同m1、N1、kw1的转子绕组去等效代替实际m2、N2、kw2的转子绕组。折算的方法与变压器基本相同。等效的原则：保证电磁效应和功率关系不变。(1)电流的折算折算前：折算后：F2=0.9m2kw2N2

I22pF2'=0.9m1kw1N1

I2'2p电流比：=m1kw1N1m2kw2N2I2I2'ki

=0.9m2kw2N2

I22p=0.9m1kw1N1

I2'2pI2kiI2'

=已知：

(2)

电动势的折算折算前：折算后：=kw1N1kw2N2E2'E2ke

=E1E2=E2=

4.44f1

kw2N2Φm

E2'

=

4.44f1

kw1N1Φm=E1定、转子的电动势之比：E2'

=E1=ke

E2(3)阻抗的折算折算前：Z2=+jX2σR2s=E2I2折算后：Z2'

=+jX2σ'R2's=E2'I2'阻抗比：Z2'Z2=E2'

I2E2

I2'=ke

ki

Z2'

=ke

ki

Z2R2'

=ke

ki

R2X2σ'

=ke

ki

X2σ•将转子侧的量归算到定子侧：电势、电压×

ke电流×

1/ki阻抗×

ke

ki绕组归算的方法转子转动时，频率以及绕组归算后的等效电路基本方程式：U1=－E1+(R1+jX1σ)

I1

I1+I2'

=ImR2's+jX2σ'

)

I2'E2'=(E2'=E1=－ImZm3.T形等效电路及相量图－

E1=E2'＋＋U1－I1R1jX1σjX2σ'

R2'I2'1－sR2'sRmjXmIm当n=0

时，s=1,＝0，机械功率为0，堵转或静止

1－ssR2'

1－ssR2'当n=ns时，s=0,

＝∞，机械功率为0，理想空载结论：感应电动机相当于一台带电阻性负载的变压器！！特点：工作过程中n变化，s变化——负载是可变的。I2'R2'sI2'相量图E1=E2'ψ2jX2σ'I2'－I2'ImI1－E1R1I1jX1σI1U1

设E1=E2'=E10oΦm1αFe由T形等效电路知其中：修正系数，一般在1.03~1.08电动机正常工作时则又已知可以画出Γ形近似等效电路。－

E1=E2'＋＋U1－I1I2'Im异步电机的励磁电流较大（约20%～50%IN），把励磁支路直接移至端点可得到近似等效电路。只能前移，不能略去。4、Γ形近似等效电路

1－scR2'sR1jX1σjcX2σ'

cR2'cRmjcXm修正系数，范围1.03~1.08从等效电路的分析可知:3)三相异步电动机的功率因数永远滞后；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的变化来体现的。1.输入功率P1P1=3U1I1cos1=3U1LI1Lcos12.

定子铜损耗pCu1pCu1=m1R1I12=3R1I123.

铁损耗pFe（转子铁损耗忽略不计，因为转子频率低）

pFe=m1RmIm2=3RmIm25.4感应电动机的功率方程和转矩方程一、三相异步电动机的功率R2's=m1I2'24.电磁功率PePe=P1－pCu1－pFePe

=m2E2I2cosψ2=m1E2'

I2'cosψ25.转子铜损耗pCu2

pCu2=m2R2I22=m1R2'

I2'

2=s

Pe=m1R2'I2'

2+m1R2'I2'

2

1－ss(从定子通过气隙传送到转子)8.输出功率P2P2=PΩ－p0=Pe－pCu2－p0=P1－pCu1－pFe－pCu2－p06.总机械功率PΩ

PΩ=Pe－pCu21－ss

PΩ=m1R2'I2'2=(1－s

)Pe7.空载损耗p0

p0=pΩ＋pΔ

机械损耗杂散损耗P1pCu1+pFePepCu2p0P2PΩ

总损耗pal

pal=pFe＋pCu＋p0=pFe＋(pCu1＋pCu2)＋（pΩ＋pΔ）

功率平衡方程式

P2=P1－pal

效率=×100%P2P1＝pΩ＋pΔ电磁功率、机械功率和转子铜耗之间的关系－

E1=E2'＋＋U1－I1R1jX1σjX2σ'

R2'I2'1－sR2's

RmjXmImPePΩPeR2's=m1I2'2pCu2=m1R2'

I2'

21－ss

PΩ=m1R2'I2'2pCu2=s

Pe=(1－s

)PePΩPΩ=P2＋p0Te

=T2＋T0÷Ω1.电磁转矩TeTe

=PΩPΩn

=9.55

=60PΩ2nTe

=Pes

=60Pe2nsPens

=9.55=(1－s

)PePΩn=(1－s)ns二、转矩方程和电磁转矩有功分量转矩常数电磁转矩的分析与结论1、要产生转矩Te，Φ和I2缺一不可2、比直流机复杂，相当于电流的有效分量，是I2cosψ2

决定了Te的大小-即使I2

很大，但是如果cosψ2很小，那么转矩也很小！-何时cosψ2最大？cosψ2=1时，对应s=0的时候。显然，在感应电机里面注定不可能，永远无法实现稳定运行！！-何时cosψ2最小？cosψ2=0时，

对应s=1起动时。即起动时候电流很大但转矩却不大。2.空载转矩T0T0

=p0

=60p02np0n

=9.553.输出转矩T2T2

=P2

=60P22nP2n

=9.55

电动机的负载转矩为TL，稳定运行时T2=TL→T2＞TL→n

→s→E2s→I2s

(I1)Te→T2=TL→重新稳定运行(n较高,I1较小)。

一般T0很小，在满载或接近满载时，T0

Te

因此Te≈T2=TL若TLsNsN？sN，sNsN=sNsN+pCu2sN1.极数转子极数=定子极数p1=

p2=pNSSNNS

如果两者不相等，则转子转不起来。×

×

×

×n0n0NS因为：转子中的电动势和电流是感应出来的。结论：笼形转子产生的磁动势极数等于气隙磁场极数，转速为同步转速ns一、笼形转子的相数和极数5.5笼形转子的极数、相数和参数的归算2.相数（

m2

）

笼型转子是对称多相绕组。

转子槽数能被磁极对数整除时m2=Q2p各对极下占相同位置的导条可看作是属于一相的并联导条。这两根导条就构成一相。

m2=6

转子槽数不能被极对数整除时

m2=Q2

即每一根导条就构成一相。NNSS1234567891011123.匝数N2=

12（一根导条相当于半匝）一对极下导条的电动势相量将组成一个均匀分布的电动势星形。和变压器等效电路的参数测定方法类似，异步电机等效电路的参数可通过空载试验和短路试验测出。测定激磁阻抗Rm、Xm、铁耗pFe及机械损耗pΩ。一、空载试验⒈试验目的⒉试验接线图VVVWWAAA5.6感应电动机参数的测定测量仪表的接法（尽量减小测量误差）：电压表应接在变压器侧，电流表应接在电机侧，功率表应接在中间。⒊试验方法将定子端电压调至额定电压的1.1~1.3倍，而后逐步降压，直到转速n明显降低为止，测量7~9点记录端电压U1、空载电流I10、空载功率P10和转速n。空载特性曲线⒋参数的计算方法1)机械损耗与铁耗的分离空载时，s≈0，则等效电路呈开路状态，I2≈0，此时：伏安法测定AX.短路试验获得2)激磁参数的确定激磁电阻：激磁电抗：激磁阻抗：伏安法测定二、短路试验（堵转试验）⒈试验目的求取短路阻抗参数等效电路短路特性先将转子堵住（s=1），再将定子端电压调至额定电压的0.4倍，而后逐步降压。测量5~7点记录端电压U1

、定子电流I1k和输入功率P1k

。

2.试验方法试验时动作要快，连续通电时间要短，防定子绕组过热。3.参数的计算方法对大、中型感应电机：由于，可认为励磁支路开路，即输入功率全部消耗在定、转子铜耗上：在额定电压和额定频率下，电动机的转速、电磁转矩、定子电流、功率因数、效率与输出功率的关系曲线称为感应电动机的工作特性。5.8感应电动机的工作特性一、工作特性1、转速特性2、定子电流特性4、功率因数特性5、效率特性3、转矩特性00.20.40.60.81.01.20.20.40.60.81.01.2

图5-33表示一台10kW的三相感应电动机的转速特性和定子电流特性。随着负载功率P2的增加，转子电流增大，故转差率随输出功率P2增大而增大，即转速n随着P2的增大而减小。空载时定子电流I1很小（I2=0

），随着输出功率P2增大，负载电流I2增大，此时电机的定子电流增大。1、转速特性（转差率特性）2、定子电流（输入电流）特性-

n特性稍向下倾斜-有一定截矩，稍微上翘一台10kW的三相感应电动机的电磁转矩、功率因数和效率特性如图5-34所示。3、电磁转矩特性异步电动机的电磁转矩：

转速（机械角速度）的变化范围很小，从空载到满载，转速略有下降。因此电磁转矩曲线为一个上翘的曲线（近似直线）4、功率因数特性空载时，定子电流基本上用来产生主磁通，有功功率很小，功率因数也很低；随着负载电流增大，输入电流中的有功分量也增大，功率因数逐渐升高；在额定功率附近，功率因数达到最大值；如果负载继续增大，转差率s变大，则导致转子漏电抗增大（漏电抗与s正比），从而引起功率因数下降。-有一定截矩（T0），稍微上翘5、效率特性其中铜耗、和随着负载的变化而变化（铜耗与负载电流的平方正比）；铁耗和机械损耗近似不变；效率曲线有最大值，在可变损耗（）等于不变损耗（）时，电机达到最大效率。异步电动机额定效率在74%

-94%之间；最大效率发生在(0.7-1.0)倍额定效率处。-同变压器相似，有最大值

先用空载试验测出电动机的铁耗、机械损耗和定子电阻，再进行负载试验求取工作特性。二、工作特性的求取1.直接负载法2.由参数算出电动机的主要运行数据在参数已知的情况下，给定转差率，利用等效电路求出工作特性。

1、电磁转矩的物理表达式2、电磁转矩的参数表达式近似等效电路5.7感应电动机的转矩—转差率曲线一、转矩—转差率特性当电网电压和频率为常数时，电动机的电阻和电抗不会改变，则电磁转矩仅与转差率有关。即绘成曲线如下：电磁转矩与转差率之间的关系曲线电动机状态电磁制动状态发电机状态二、最大电磁转矩和临界转差率临界转差率故最大电磁转矩近似为：最大电磁转矩结论：

1.当电源的频率和电机的参数不变时，Tmax

∝U12，sm则保持不变，与U12无关。3.

最大转矩Tmax与转子电阻无关，但sm与转子的电阻值成正比。2.当电源的电压和频率一定时，Tmax、sm近似与定、转子漏抗成反比。4.

过载能力三、起动转矩若在起动时，要得到最大起动转矩，则需要满足：起动转矩倍数即需要满足：结论：⒈当电源的频率和电机的参数不变时，Tst

∝U12。⒉当电源的电压和频率一定时，Tst近似与定、转子漏抗成反比。⒊Tst随电源频率的提高而减小。⒋对于绕线型异步电机，在转子回路串入适当附加电阻Rst，可提高起动转矩。当回路的总漏抗和总电阻的折算值相等时，Tst=Tmax。四、机械特性(转矩-转速特性)例题5-4工程中将感应电动机的转速随电磁转矩的变化曲线称为机械特性。电动机机械特性与负载机械特性的交点称为电动机的工作点。两者之间的关系如图5-32所示。感应电动机的转矩-转速特性-根据稳定运行区域判据，

稳定运行区域在(0,sm)sm0s电磁转矩与速度之间的关系曲线（机械特性曲线）0n01、单相感应电机的结构-定子：单相交流绕组，通单相交流电流（220V，50Hz）-转子：笼型5.11单相感应电动机一、结构和工作原理单相电源供电，多用于家用电器中：洗衣机、电风扇、空调机、电冰箱等。与同容量的三相异步电动机比较而言，单相异步电动机的体积大、运行性能较差，所以单相电机只做成小容量的。2、单相感应电机的工作原理-产生的是单相脉振磁场，不是旋转磁场。OftU1U2SNNS

脉振磁通势的分解FtfOFf=Fb

=F

/2FfFb脉振磁势可以分解为两个波长与脉振磁势相同，幅值为原脉振磁势最大振幅一半，以相同角速度向相反方向旋转的两个旋转磁势。其转速为:2、单相感应电机的工作原理-产生的是单相脉振磁场，不是旋转磁场。ftOt1t2t3t4t5t6t7t8t=0FfFbt1FfFbF

FfFbt2F

t3FFbFft4Fb

Fft5FbFft6F

Fb

Fft7FbFft8FfFb正转的磁场在转子上感应电流。正向磁场与转子感应电流作用产生正向电磁转矩Tef

反转的磁场在转子上感应电流。负向磁场与转子感应电流作用产生负向电磁转矩Teb。

正、反向电磁转矩之和为电动机的合成电磁转矩Te。TebTefTe转子相对于正向旋转磁场的转差率：

转子相对于反向旋转磁场的转差率：当转子静止时，n=0，sf=sb=1

Tef

=Teb，Tst

=0当转子旋转时，即n≠0时，Te≠0，且Te的方向取决于n的方向。无起动转矩

转子转速为n

有运行转矩

结论：1）单绕组的异步电动机没有起动转矩。

2）在外力作用下，就可以正常工作了。工作点或在正向点，或在反向点，应视起动时的方向而定。

3）由于总有反向转矩存在，合成转矩减小，性能稍差，过载能力低。如何解决起动转矩是单相异步电动机付诸实用的关键问题。012sTef

=f(sf)Teb

=f(sb)Te=f(s)Tesf=ssb=2-s210二、起动方法单相异步电动机实现自起动，需要再加一个绕组，即副绕组。单相异步电动机起动的必要条件:(1)定子具有空间不同位置的两套绕组；(2)两个绕组中有不同相位的交流电流。

原理：→旋转磁场→起动转矩两相电流单相电容电动机的原理图1.裂相（两相）起动主绕组（工作绕组）

辅助绕组（起动绕组）

定子绕组：转子~uCW1W2S1S2Q工作绕组起动绕组iw

isi

单相电容起动电动机namK~CstnamK~Rst单相电阻起动异步电动机namK~CstCr单相电容起动和电容运转异步电动机120铁芯系列钢壳电机(35A型)用于吸油烟机

115铁芯系列钢壳电机(60B型)用于空调器柜机室外机

118铁芯系列钢壳电机(40E型)用于空调器柜机室内机

塑封电机(6型)用于空调器分体机室内机~

转子2.罩极起动

短路环

定子

定子磁极当工作绕组接入单相交流电源后，磁极内即产生一脉振磁场。脉振磁场的交变，使短路环产生感应电势和感应电流。根据楞次定律可知，环内将出现一个阻碍原来磁场变化的新磁场，从而使短路环内的磁场变化总是在相位上落后于环外脉振磁场的变化。可以把环内、环外的磁场设想为两相有相位差的电流所形成，这样分相的结果，使气隙中出现椭圆形旋转磁场。

1）罩极