《电机学异步电机》课件

电机学2023/7/251精选ppt目录第一篇变压器

第一章绪论第四篇同步电机第三篇异步电机第二篇交流电机的共同问题2023/7/252精选ppt第四章异步电机主要内容4.1异步电机的基本类型和基本结构4.2异步电动机的基本工作原理4.3转子静止时的异步电机4.4转子旋转时的异步电机及其等效电路4.5异步电动机的功率方程和转矩方程

※4.6异步电机的参数测定

4.7三相异步电动机的机械特性※4.8异步电机的工作特性4.9三相异步电动机的起动4.10三相异步电动机的调速※4.11三相异步电机的电制动4.12异步发电机4.13单相异步电动机简介2023/7/253精选ppt第一节异步电机的基本类型与结构前言

异步电机又称感应电机是交流电机的一种。优点：结构简单、制造、使用和维护方便，运行可靠，效率较高、价格较低。缺点：1.调速和起动性能不佳;

2.功率因数总是滞后的，增加了电力系统的无功负担。应用：总的来说：主要作为电动机使用，是当今应用最广，需要量最大的一种电机。结构：定子、转子、空气隙、端盖、轴承和机座等部件。2023/7/254精选ppt第一节异步电机的基本类型与结构一、定子异步电机定子主要包括定子绕组、铁芯和机座三部分。二、转子异步电机转子主要包括转子绕组、铁芯和转轴三部分。异步电机的转子结构可以分为笼型和绕线型两大类。2023/7/255精选ppt第一节异步电机的基本类型与结构绕组转子异步电机2023/7/256精选ppt第一节异步电机的基本类型与结构三、铭牌的额定值（1）型号（2）额定功率（PN）：指电动机在额定方式下运行时，转轴上输出的机械功率。单位为W和kW。（3）额定电压（UN）：指电动机在额定方式下运行时，定子绕组应加的线电压。单位为V和kV。2023/7/257精选ppt第一节异步电机的基本类型与结构（4）额定电流（IN）：指电动机在额定电压和额定功率状态下运行时，流入定子绕组的线电流。单位为A。（5）额定频率（fN）：额定状态下电源的交变频率，我国的电网频率为50Hz。（6）额定转速（nN）：指在额定状态下运行时的转子转速。单位为rpm。除上述数据外，还标出额定运行时，电机的功率因素以及相数、接线法、防护等级、绝缘等级与温升、工作方式等有关项目。2023/7/258精选ppt第二节异步电机的基本原理一、异步电机的运行状态当对称三相电流流入异步电机三相定子绕组在气隙中便产生一旋转磁场，以同步速旋转转子绕组与其有相对运动（切割）在闭合的转子绕组产生感应电动势和感应电流，旋转磁场与转子导体中的电流互相作用产生电磁转矩。2023/7/259精选ppt第二节异步电机的基本原理异步电机的转子转速n总是略低于（电动机）或略高于（发电机）旋转磁场转速他们之间的差，称为转差速度定义转差速度与同步转速的比值为转差率，即

2023/7/2510精选ppt第二节异步电机的基本原理转差率是决定异步电机运行状态的重要变量：异步电动机的负载情况发生变化，转子导体中的电动势电流和电磁转矩相应变化则转子转速和转差率随之变化。2023/7/2511精选ppt

2023/7/2512精选ppt第二节异步电机的基本原理按照转差率大小正负，电机可分为三种状态：电动机运行发电机运行电磁制动1、电动机运行转速低于同步转速0<n<n0

1>S>0

bxn1FnFe02023/7/2513精选ppt第二节异步电机的基本原理2、发电机运行

发电机状态转速大于同步转速

n>n0

S<02023/7/2514精选ppt第二节异步电机的基本原理3、电磁制动相对转速大于同步转速n<0S>1（实际上异步电机主要作为电动机运行）bxn1FnFe02023/7/2515精选ppt第二节异步电机的基本原理二、异步电机的主磁通和漏磁通主磁通：穿过气隙，与定转子绕组交链漏磁通不属于主磁通的磁通（槽、端部，谐波）2023/7/2516精选ppt第三节转子不动时的异步电机从电路的角度来看，转子不动时异步电机的电路方程与次级短路时的变压器的电路方程相似变压器的初级相当于异步电机的定子绕组次级绕组相当于转子绕组。尽管异步电机与变压器的的磁场性质、结构和运行方式不相同，但他们内部的电磁关系时相通的。所以在研究异步电机的等效电路时，可以借助变压器的电磁理论。

2023/7/2517精选ppt第三节转子不动时的异步电机

转子不动时的定、转子电路2023/7/2518精选ppt第三节转子不动时的异步电机

转子不动时的异步电机与变压器的等效2023/7/2519精选ppt第三节转子不动时的异步电机1、电压平衡方程定子绕组的电压平衡式和转子不动时转子绕组的电压平衡式分别为（与变压器类比解释各参量的意义）2023/7/2520精选ppt第三节转子不动时的异步电机2、磁动势平衡方程

定子绕组磁动势转子绕组磁动势合成磁动势

磁动平衡式为2023/7/2521精选ppt第三节转子不动时的异步电机3、绕组的归算一般将转子方面的各物理量归算到定子方面。（1）电流的归算根据归算前后转子磁动势保持不变，即：

式中为电流变比。

2023/7/2522精选ppt第三节转子不动时的异步电机（2）电动势的归算根据归算前后转子视在功率保持不变，即

式中为电动势变比。2023/7/2523精选ppt第三节转子不动时的异步电机（3）阻抗的归算根据归算前后转子铜耗保持不变，即

式中为阻抗变比。电阻变比也适用于转子电抗、阻抗的归算。2023/7/2524精选ppt第四节转子转动时的异步电机及其等效电路1、转子转动后对转子各物理量的影响从电路角度看，转子转动后转子频率的变化将影响转子电动势和漏抗等参数的变化。转子电流的频率转子电动势转子漏抗转子转动后转子回路电压平衡式

2023/7/2525精选ppt第四节转子转动时的异步电机及其等效电路2、频率归算由以上分析可知，转子转动后转子回路的参数频率为而定子回路参数的频率仍为电路中频率应相同，所以进行频率归算：2023/7/2526精选ppt第四节转子转动时的异步电机及其等效电路

2023/7/2527精选ppt第四节转子转动时的异步电机及其等效电路转动时的电路(频率归算前)转动时的电路(频率归算后)2023/7/2528精选ppt第四节转子转动时的异步电机及其等效电路3、基本方程转子参数经频率归算后还应进行绕组归算，归算后异步电动机转子转动后的基本方程为2023/7/2529精选ppt第四节转子转动时的异步电机及其等效电路4、等效电路根据上式可画出异步电机的型等效电路2023/7/2530精选ppt第四节转子转动时的异步电机及其等效电路4、向量图与接有纯电阻负载时的变压器向量图类似。异步电机的模拟电阻压降相当于变压器的次级侧电压，其余部分没什么区别。2023/7/2531精选ppt第五节异步电机的功率平衡式和

转矩平衡式一、功率平衡式

本节将用有效电路来分析异步电动机的能量关系见右图输入电功率定子铜耗定子铁耗转子铜耗总的机械功率异步电动机的各种损耗总的机械功率又称内功率。2023/7/2532精选ppt第五节异步电机的功率平衡式和

转矩平衡式异步电动机的功率流程图异步电动机总的功率式正常运转的时候转子铁芯中磁通的变化的频率很低，仅有1~3Hz,所以转子铁耗可以略去不计。2023/7/2533精选ppt第五节异步电机的功率平衡式和

转矩平衡式两个重要关系：因为电磁功率：转子铜耗：机械功率：所以：又叫转差功率2023/7/2534精选ppt第五节功率平衡式和转矩平衡式二、转矩平衡式旋转电机的机械功率：＝电机的转矩与它的机械角速度乘积.总机械功率除以转子角速度得到转矩平衡式，即式中：为电动机轴上的输出机械转矩，即负载转矩；

：为电动机轴上的总机械转矩:Tem，即电磁转矩；为电动机空载(制动)转矩；2023/7/2535精选ppt第五节功率平衡式和转矩平衡式三、关于电磁转矩电磁转矩与功率式中或为电机的同步角速度：注意：比较下式含义：具体例子详见书例（9-1）2023/7/2536精选ppt第六节异步电机的参数异步电机的参数

基本方程式、等效电路图和向量图分析交流电机普遍方法。通过等效电路可以算出电机的电流、功率、功率因数、效率以及转矩。2023/7/2537精选ppt第六节异步电机的参数两种参数励磁参数:

决定于电机主磁路的饱和程度.是一种非线性参数.短路参数:

基本上与电机的饱和程度无关,是一种线性参数.测定方法：两种试验空载试验短路试验2023/7/2538精选ppt一空载试验与励磁参数的确定(一)空载试验:在UN、fN下,轴上不带负载。将电动机运转一段时间(30min)使其机械损耗达到稳定值,然后调节电源电压从(1.10~1.20)UN开始,逐渐降低到可能达到的最低电压值(约0.3UN).测量7~9点,每次记录端电压,空载电流,空载功率和转速.根据记录数据,绘制电动机的空载特性曲线.2023/7/2539精选ppt一空载试验与励磁参数的确定(二)机械损耗和铁耗的分离2023/7/2540精选ppt一空载试验与励磁参数的确定2023/7/2541精选ppt二短路试验及短路参数之确定（1）短路试验:短路指T形电路中的附加电阻的状态.n=0,因此必须在电动机堵转情况下进行.故短路试验也称为堵转试验.试验方法一般从I1=1.2IN（或：U1=0.4UN）开始,逐步降低电压.到I1=0.3IN

测量5~7点,每次记录端电压,定子短路电流和短路功率,测量定子绕组的电阻.根据记录数据,绘制异步电动机的短路特性I1s=f(U1),p1s=f(U1)2023/7/2542精选ppt二短路试验及短路参数之确定（2）短路参数的确定(与变压器相同)由于

励磁支路开路:全部输入功率都变成定子铜耗与转子铜耗.2023/7/2543精选ppt二、异步电机的等效电路及其简化令根据T型等效电路，可写出如下两个方程式。联立求解得2023/7/2544精选ppt二、异步电机的等效电路及其简化和都很复杂，式中是一个复系数在异步电机中，略去则复数系数变成实数，即2023/7/2545精选ppt第六节异步电机的参数求转子电流的较准确近似等效电路求定子电流的较准确近似等效电路2023/7/2546精选ppt第六节异步电机的参数异步电机的简化等效电路（c=1）2023/7/2547精选ppt第七节异步电机的机械特性

称为异步电动机的电磁转矩-转差率曲线，简称T-s曲线，又称为机械特性曲线，它是异步电动机最主要的特性。一、电磁转矩表达式

2023/7/2548精选ppt第七节异步电机的机械特性二、T-s曲线由上式可画出T-s曲线如右：该曲线是按电动机运行方式导出按照转差率划分电机有三种状态：1、T>0，T与n方相同，为电动机状态。2、T＜0,n>n0，T与n方向相反,制动转矩，为发电机状态。3、

T>0,T与n方向相反，为制动状态。2023/7/2549精选ppt第七节异步电机的机械特性为什么异步电机起动电流大，起动转矩并不大？可参书P157图9-202023/7/2550精选ppt第七节异步电机的机械特性二、最大转矩1.临界转差率与最大转矩求最大转矩可用,由此求得产生最大转矩时的转差率：临界转差率，其中“”号，电动机取“+”号，发电机去“-”号。代入转矩表达式，求得最大转矩为2023/7/2551精选ppt第七节异步电机的机械特性2.过载能力由此得到以下几点结论：2023/7/2552精选ppt第七节异步电机的机械特性2023/7/2553精选ppt第七节异步电机的机械特性三、异步电机稳定运行范围电动机的稳定运行条件为对恒转矩负载，2023/7/2554精选ppt第七节异步电机的机械特性四、电磁转矩简化计算公式（从略）对大型电机实用公式

2023/7/2555精选ppt第八节异步电动机的工作特性异步电动机的工作特性定义：()NNffUUemPfTIn1111,211,,cos,,===hj2023/7/2556精选ppt第八节异步电动机的工作特性（1）转速特性：（2）定子电流特性：()NNffUUPfnDef1111,2===：()NNffUUPfIDef1111,21===：2023/7/2557精选ppt第八节异步电动机的工作特性（3）功率因数特性(*)：

()NNffUUPfDef1111,21cos===j：2023/7/2558精选ppt第八节异步电动机的工作特性（4）电磁转矩特性：

()NNffUUemPfTDef1111,2===：2023/7/2559精选ppt

（5）效率特性：

异步电动机的效率为损耗：

P2增加时，效率上升得很快；当不变损耗=可变损耗时,效率达到最大值；随后负载继续增加，可变损耗增加很快，效率就要降低。电动机容量越大,效率就愈高.第八节异步电动机的工作特性()NNffUUPfDef1111,2===h：2023/7/2560精选ppt第九节三相异步电机的启动

4.9.1起动电流和起动转矩

4.9.2普通三相笼型异步电动机的起动

4.9.3高起动转矩的三相鼠笼型异步电动机4.9.4绕线型三相异步电动机的起动

※4.9.5三相异步电动机的软起动2023/7/2561精选ppt4.9.1起动电流和起动转矩定义：

异步电动机的起动是指电机从静止状态加速到稳态转速的整个过程，它包括最初起动状态和加速过程。主要指标：起动电流和起动转矩希望：起动电流小、起动转矩大实际：起动电流大、起动转矩不大（不宜说起动转矩小）

2023/7/2562精选ppt4.9.1起动电流和起动转矩起动时，定子电流很大（额定电流的5~7倍）最初起动转子功率因数很小：所以转矩不大：本节内容：怎样尽可能使：起动电流小、起动转矩大2023/7/2563精选ppt4.9.2笼型异步电动机的起动一台异步电动机采用什么起动方法，需要看供电系统的容量、负载的性质以及用户对起动的要求而定。就负载情况而言，可归纳为以下三种典型情况：重载起动，起动时有比较大的阻力距；轻载或空载起动，起动时阻力距很小；风机类负载：负载起动时最初时阻力距很小，随转速上升，负载转矩几乎按转速平方上升。

三种典型负载起动特性00.20.40.81.0sT1230.62023/7/2564精选ppt4.9.2笼型异步电动机的起动一、直接起动把全部电源电压直接加到电动机的定子绕组，也称全压起动。主要问题：起动电流较大，造成电网电压下降，影响其它用电设备一般规定，异步电动机的功率低于7.5kW时允许直接起动。如果功率大于7.5kW，而电源总容量较大，能符合下式要求者，电动机也允许直接起动简单估算：S电机<(0.2~0.3)S变压器,可以直接起动2023/7/2565精选ppt4.9.2笼型异步电动机的起动二、电阻减压或电抗减压起动在电源端串入电阻、或电抗串电阻：损耗增加串电抗：起动功率因数更低2023/7/2566精选ppt4.9.2笼型异步电动机的起动三、自耦变压器起动对自耦变压器（Tr）：设变比为k,则：2023/7/2567精选ppt4.9.2笼型异步电动机的起动对电机：直接起动时：电压U1，电流Ist，起动转矩为Tst经Tr后，电压：U2＝U1/k加在电机上，电机电流正比减小，为该电流再经Tr,其原方电路再降k倍，即为：电机转矩正比电机上电压平方：2023/7/2568精选ppt4.9.2笼型异步电动机的起动结论：自耦变的变比为电机电压为原来的电机电流为原来的电机转矩为原来的电机从源吸取的电流为原来的22111kkkk1k2023/7/2569精选ppt4.9.2笼型异步电动机的起动四、星—三角（Y—D）起动正常运行：D起动：Y

直接起动：电压U1，电流Ist，起动转矩为TstY起动，电压：电机电流正比减小，为线电流：即从电源吸取的电流：电机转矩正比电机上电压平方：所以，相当于变比为的自耦变起动2023/7/2570精选ppt一、高转子电阻异步电机起动*转子电阻↑→起动转矩↑→起动电流↓但转子电阻↑→特性曲线软，转子损耗大。应用：希望较高起动转矩场合。4.9.3高起动转矩的三相鼠笼型异步电动机2023/7/2571精选ppt二、深槽转子异步电机起动*槽底比槽口股线的漏电抗大。导条中电流密度j的分布自上而下逐步地减小，如图b所示。电流大部分集中到导条的上部，这种现象称为电流的集肤效应。由于这一效应，从而增加了起动转矩与限制了起动电流4.9.3高起动转矩的三相鼠笼型异步电动机2023/7/2572精选ppt三、双笼转子异步电机起动4.9.3

高起动转矩的三相鼠笼型异步电动机2023/7/2573精选ppt4.10笼型异步电动机的调速异步电动机的转速根据负载的要求，人为地或自动地进行调节，称为调速。异步电动机的转速公式是因此，异步电动机的调速有以下几种方法：（1）改变供电电源的频率；（2）改变电动机的极对数；（3）改变转差率；改变转差率可以由改变外施电压、转子回路串电阻或电动势等。2023/7/2574精选ppt4.10笼型异步电动机的调速一、变频调速改变电源频率，改变同步转速，使转速变化。特点：调速范围宽、精度高、效率较高，且能无极调速；但是需要专用的变频电源，应用上受到一定限制。发展最快。1.变频调速的基本要求主磁通保持不变，因为增大将引起磁路过饱和，励磁电流大大增加，减小将使最大转矩、过载能力下降。

2023/7/2575精选ppt4.10笼型异步电动机的调速如略去异步电动机定子阻抗压降，则

为要使保持不变，随频率变化，电动势也将随之按正比例变化，即

2023/7/2576精选ppt4.10笼型异步电动机的调速二、变极调速电源频率保持不变、改变定子绕组的极对数，也可能改变同步转速，从而改变转子转速。变极电机定子绕组的绕制方法有：双绕组变极(定子有两套绕组)；单绕组变极。2023/7/2577精选ppt4.10笼型异步电动机的调速三、改变外施电压调速调压调速是一种比较简单的调速方法，控制电路价格较低。但是低速时转子铜耗较大，效率较低。适合风机类负载:节能,因为2023/7/2578精选ppt专题绕线转子异步电动机的

起动和调速2023/7/2579精选ppt专题绕线转子异步电动机的

起动和调速笼型转子异步电动机：转子结构简单、成本低、运行可靠，但是其转子参数很难调整，为了改善起动特性和调速特性，大容量的异步电动机可采用绕线转子异步电动机。2023/7/2580精选ppt专题绕线转子异步电动机的

起动和调速一、绕线转子异步电动机的起动如果既要限制起动电流，又要较大的起动转矩增大起动时的转子电阻可以大大改善起动性能，绕线转子电动机起动时转子绕组通过集电环和电刷与外接起动变阻器相连接。2023/7/2581精选ppt专题绕线转子异步电动机的

起动和调速

起动变阻器的取值：并非越大越好，应取一个合理的数值。根据异步电动机的机械特性，当时，起动转矩等于最大转矩.2023/7/2582精选ppt专题绕线转子异步电动机的

起动和调速

频敏电阻（略）2023/7/2583精选ppt专题绕线转子异步电动机的

起动和调速二、绕线转子异步电动机的调速

1.在转子回路中接入调速电阻转子回路中接入调速阻，增大转子的转差率，转速下降。曲线1是固有机械特性曲线2、3是接入附加电阻（R串3＞R串2）曲线4是恒转矩的负载特性转速分别为：n1、n2、n3显然：n3<n2<n1

2023/7/2584精选ppt专题绕线转子异步电动机的

起动和调速特点：只能从额定转速向下调速调速范围不大,负载小时调速范围更小转速较低，转子回路中的功率损耗大，效率低，发热严重但是设备简单。

2023/7/2585精选ppt专题绕线转子异步电动机的

起动和调速2.串级调速

绕线转子异步电动机一般采用转子电路串联接电动势，前面串电阻上将消耗大量能量，串联接电动势则把这部分能量加以利用，在转子电路中增加一套变换装置，构成串级调速系统。2023/7/2586精选ppt4.11异步电机的制动运行2023/7/2587精选ppt4.11异步电机的制动运行机械制动，电磁制动两大类常用的电磁制动方法有：1、能耗制动；2、回馈制动；3、反接制动；4、正接反转制动等。

2023/7/2588精选ppt4.11异步电机的制动运行一、反接制动概念：异步电机运行时，如果转子的转向与气隙旋转磁场的转向相反，即转差率s>1,这种运行状态为反接制动。实现：改变电流相序，转速接尽0时，切断电源。特点；转子铜耗很大2023/7/2589精选ppt4.11异步电机的制动运行二、正接反转制动概念：正接反转制动是指定子接线保持原接法不变，如转子在外力推动下迫使反向旋转，这时电磁转矩是一制动转矩。实现：绕线转子电机电机转子回路串较大的电阻应用：绕线转子电机作起重用。2023/7/2590精选ppt4.11异步电机的制动运行三、能耗制动能耗制动是在电机断电后，立即在定子两相绕组通入直流励磁电流，产生制动转矩，使电机迅速停转。四、回馈制动回馈制动通常用以限制电机转速，当转子转速超过同步转速，电磁转矩变为制动转矩，电机由原来电动机状态变为发电机状态，故又称发电机制动。2023/7/2591精选ppt4.12异步发电机2023/7/2592精选ppt4.12异步发电机一、基本方程式、等效电路和向量图异步电动机，必须：如果用原动机拖动，使：，这时异步电机作为发电机运行。在发电机运行时，具有负值。仍按电动机惯例分析，则与电动机具有相同的表达式和等效电路，只有应取负值2023/7/2593精选ppt4.12异步发电机等效电路异步发电机等效电路2023/7/2594精选ppt4.12异步发电机

异步发电机的向量图2I¢-&2023/7/2595精选ppt4.12异步发电机分析发电机运行状态：定子电流与电压间的相位差，有功：为负值，即输入的有功功率为负值，实际上向电网输出有功功率。无功：因异步电机自身不能产生无功功率，仍需由电网供给或用并联电容器的方式供给。2023/7/2596精选ppt4.12异步发电机二、异步发电机的运行方式异步发电机可以单机运行也可以与电网并联运行。（一）与电网并联运行激磁电流由电网提供。由于异步电机的激磁电流较大，一般大约是0.3~0.5，所以增加了电网的无功负担。异步机并网运行特点：其电压和频率完全取决于电网的电压和频率，与转速无关。因此无需调压和调频，且并网手续极其简单，只需注意转速略大于同步转速，即可投入电网运行。2023/7/2597精选ppt4.12异步发电机（二）、单机运行激磁电流由并联在端点上的电容器供给，因为异步电机实质上与电感性元件等效。2023/7/2598精选ppt4.12异步发电机1.电压建起自激过程曲线1表示异步电的空载特性，是一条饱和曲线。曲线2是电容器的特性曲线。电压建起自激过程：ImU201Ur2023/7/2599精选ppt4.12异步发电机2.空载状态建立额定电压所需电容值（近似估算）在额定电压时的激磁电流和电容电流（均取每相值）

因为空载时，由此得

或（星形连接，电容为三角形的三倍）2023/7/25100精选ppt4.13三相异步电动机在不对称电压下运行与单相异步电动机4.13.1三相异步电动机在不对称电压下运行4.13.2单相异步电动机2023/7/25101精选ppt4.13.1三相异步电机在不对称

电压下运行主要分析：电源三相电压不对称的影响1、不对称运行的分析方法

对称分量法正序电压→定子绕组→正序电流→正向旋转磁场→正向转矩→拖动转子正方向旋转。设转子转速，则正序转差率2023/7/25102精选ppt4.13.1三相异步电机在不对称

电压下运行同理:负序电压

→负向转矩→负序转差率为三相异步电机一般不接中线，则无零序电压，所以定子绕组也无零序电流。2023/7/25103精选ppt4.13.1三相异步电机在不对称

电压下运行正序和负序等效电路如下所示正序负序2023/7/25104精选ppt4.13.1三相异步电机在不对称

电压下运行不对称电压下三相异步电动机的T-s曲线如下所示2023/7/25105精选ppt4.13.1三相异步电机在不对称

电压下运行2、电压不对称对电机运行的影响因为很小，因而于是则式中————额定电压下起动电流，

2023/7/25106精选ppt4.13.1