异步电动机的工作状态分析

《电机技术》讲稿

(10-11-1学期)（异步电动机工作状态分析1）7/23/20221水职院电机教研室

第十三章•

对异步电动机的运行进行分析•

分析进行需要相关的工具•

利用工具找出电动机的基本特征•

利用基本特征得出电机的运行特点•

运行特点就反应出了电机的性能7/23/20222水职院电机教研室第一、二节异步电机电磁关系及等值电路

异步电动机在运行的过程中，所涉及到的运行参数包括：电源电压（输入电压）

U

、输入电流

I

、输出机械的功率

P

2

、旋转速度

n

、温度

°

t

的高低等，这些运行运行参数间有一定的关系，这种关系反映了异步电动机运行时的特点和规律，若找出这个关系和规律，就能把握电机运行的特点，从而对电机的运行状态进行分析，以利于正确使用电机，并利用这些关系判断电机的运行状态，以保证电机运行的安全、正常。

在分析、讨论这两节内容的过程中，书上给出了详细的分析、推导过程。在此我们略掉繁琐的理论推导过程，直接给出书上推出的结论及实用分析工具，着重介绍结论的应用。7/23/20223水职院电机教研室

这两节最重要的是推出在对异步电动机进行分析时所使用的等效电路。－－见图

13-3

所示。

此电路称为异步电动机的

“T”

形等效电路。等效的含义？－－

要能利用此电路对异步电动机进行分析，必须要明确等效电路中各参数的含义。7/23/20224水职院电机教研室

在等效电路中：（脚标

1

表示定子，

2

表示转子）U

1

－－电源电压（此处为相电压）；I

1

－－输入电流（此处为相电流）；I

0

－－电动机的空载电流（此处为相电流）；I

′

2

－－转子回路折算后的电流；r

1

－－定子回路一相绕组的电阻；

x

1

－－定子回路一相绕组的漏电抗；

r

′

2

－－转子回路绕组的电阻折算值；

x

′

2

－－转子回路绕组的漏电抗折算值；

－－电动机总机械功率的等效电阻。7/23/20225水职院电机教研室

几点说明：1

、转子回路参数的折算：第一，转子回路与定子回路没有直接电的联系，等效电路是将定、转子电路等效成一个整体，这时转子回路的参数值就与实际值不一样了，这与变压器一样，需通过折算使等效电路中转子回路的

效果

与实际情况一样；第二，转子回路的频率与定子回路的频率是不一样的，

f

2

=

sf

1

，当定、转子等效成一个整体后，定、转子对应回路的频率是一样的，还需要频率折算。

所以，在等效电路中，转子回路的所有参数都需要进行折算（包括绕组折算和频率折算），至于如何折算可暂不深究它，要知道结论。7/23/20226水职院电机教研室2

、总机械功率等效电阻

[(1-s)/s]

r

′

2

是一非常重要的参数，通过等效电路只能进行电气量的计算，而电动机是将电能转换成机械能的装置，其中的机械能在等效电路中用电能的计算方法可进行计算，见下式：

公式中的转差率

s

表明，这是一个与转动相关的参数，显然机械功率是与转动相关的。3

、折算前后参数的性质不变，在电机的制造中，厂家尽量保证阻抗参数

r

1

、

r

2

、

x

1

、

x

2

(

r

′

2

、

x

′

2

)

尽可能小。4

、由于气隙的存在，异步电动机空载电流的百分数较变压器大，

I

0

%=20~30%

I

N

，但在很多情况下仍视

r

m、

x

m

回路开路，即认定

I

0

=0

。

7/23/2022

水职院电机教研室

7Pem1PmecP2第三节三相异步电动机的电磁转矩

三相异步电动机是一能量转换装置，在其将电能转换成机械能的过程中，在稳定的运行状态下，它一定遵从能量守恒、运行参数平衡。

一、功率传递过程与功率平衡关系

见异步电动机的功率传递图：Pp

Cu1p

Fe1p

Cu2p

mec

+

p

ad7/23/20228水职院电机教研室

（一）定子侧

对应功率传递图，定子部分的功率及相互关系：

1

、输入电功率

P

1

，含义－－２、定子铜损耗

p

Cu

1

，含义－－

３、定子铁损耗

p

Fe

，含义－－

４、电磁功率

P

em

，含义－－

有：7/23/20229水职院电机教研室

（二）转子侧

对应功率传递图，转子部分的功率及相互关系：

1

、转子铜损耗

p

Cu

2

，含义－－２、总机械功率

P

mec

，含义－－３、机械摩擦损耗

p

mec

，含义－－４、附加损耗

p

ad

，含义－－５、输出功率

P

2

（机械功率），含义－－7/23/202210水职院电机教研室有：

二、转矩平衡方程式

前面推出了异步电动机工作时，功率的平衡关系，利用功率平衡关系可推出转矩平衡关系式：

根据

有

得7/23/202211水职院电机教研室式即异步电动机转矩平衡方程式。

式中各参数的含义及意义－－

转矩平衡方程式在异步电动机运行分析中的重要性－－当时，电机转速恒定；当时，电机转速升高；当时，电机转速降低；

这是分析异步电动机运行状态的一个非常有用、非常重要的工具，要求要掌握运用此工具对电动机的运行进行分析！7/23/202212水职院电机教研室

三、电磁转矩的两种计算式

电动机是在电磁转矩的推动下运转的，电磁转矩的大小、性质将确定电动机的运行状况。因此，要准确分析电动机的运行状况，必须首先知道电磁转矩与哪些因素有关？是什么关系？

（一）电磁转矩的物理表达式

经推导，有：上式各参数的含义－－如何运用上式对电磁力矩进行分析？－－7/23/202213水职院电机教研室（二）电磁转矩的参数表达式经推导，电磁转矩也可用下式进行计算：

式中各参数的含义－－

如何利用上式进行分析？（

1

）设电动机接入一电压

U

1

、频率

f

1

稳定的电源，除转差率

s

外，其它参数都是定数，则电磁转矩

T

的大小只与转差率有关（即与转动状态有关）；（

2

）电源电压

U

1

或频率

f

1

的改变会引起电磁转矩

T

改变。7/23/202214水职院电机教研室

从表达式（

13-49

）不能直观看出电磁转矩与转差率的关系，为直观起见用坐标曲线描述这个关系，这样就直观了，见下图：这个坐标曲线称为

T

－

s

[

T

＝

f

(

s

)

]

曲线。7/23/202215水职院电机教研室

将

T

＝

f

(

s

)

曲线坐标改变为右图示，得到的坐标曲线称为异步电动机的机械特性曲线，即

n

=

f

(

T

)坐标曲线。

为分析方便，也

常常用异步电动机的

机械特性曲线来分析，

因此也要熟悉机械特

性曲线形状及特点。7/23/202216水职院电机教研室

四、电磁转矩特性

（一）电磁转矩特性的定义

电磁转矩

T

与转差率

s

的关系－－电磁转矩特性。对应的坐标曲线－－电磁转矩特性曲线。

对照坐标特性曲线，电磁转矩特性曲线的特点：

以

s

m

为界，左边：随

s

的增大，

T

增大；右边：随

s的增大，

T

减小。

s

m

－－临界转差率。

T

max

－－与临界转差率对应的电磁转矩。

把握以下几个电磁转矩及特点，也就把握了电磁

转矩特性。7/23/202217水职院电机教研室7/23/202218水职院电机教研室转子静止时的感应电势转子转动时的感应电势

二、转子绕组中的电气参数及电动势方程式

1

、转子绕组感应电动势：

转子静止时（电动机起动瞬间），

n

=0

，

s

=1，转子回路频率

f

2

=

sf

1

=

f

1

，这时转子电动势为：

且

当转速

n

=0(

s

=1)

时，

f

2

最高，

E

2

最大，即随着转速

n

的升高（转差率

s

的减小），

E

2

会减小。7/23/202219水职院电机教研室

2

、转子绕组漏电抗：

转子电流

I

2s

也要产生漏磁通

Φ

2s

，对应产生漏

抗压降，对应转子回路有一转子绕组的漏电抗：

式中：

x

2s

为转子旋转时转子每相绕组的漏电抗；

x

2σ

为转子不转时转子每相绕组的漏电抗。

当转速

n

=0(

s

=1)

时，

f

2

最高，

x

2s

最大，即随着转

速

n

的升高（转差率

s

的减小），

x

2s

会减小。

转子绕组每相的总阻抗为：

当转速

n

=0(

s

=1)

时，

f

2

最高，

z

2s

最大，即随着转速

n

的升高（转差率

s

的减小），

z

2s

会减小。7/23/202220水职院电机教研室

3

、转子回路的电流：

根据基尔霍夫电压定律，转子回路的电动势平衡方程式为：转子绕组每相的电流为：4

、转子绕组回路的功率因数为：7/23/202221可见，转子回路中各参数都与转差率有关！

水职院电机教研室

这也很好理解，因为异步电动机的旋转速度会随负载的变化及其它参数的改变而相应变化。

转子绕组回路各参数随转差率的变化而相应变化的规律见下图示：7/23/202222就各曲线的意义及变化规律进行分析－－

水职院电机教研室

异步电动机的磁动势平衡方程式

异步电动机内部磁场情况：

三相定子绕组施加三相对称交流电压

在异步电动机内部形成三相旋转磁场

旋转磁场切割转子绕组形成感应电流

I

２

转子电流

I

２

产生磁场（也是旋转磁场）

转子磁场与主磁场相互作用形成电磁力矩

电磁力矩推动电动机转动。

电能机械能

由于电动机的能量转换过程与主磁场和转子磁场的相互作用有关，因此有必要弄清楚这两个磁场的相互关系，而两者间的相互关系是通过磁动势平衡关系反映出来的。

7/23/202223水职院电机教研室一、定子磁场与转子磁场的相对位置关系

定子磁场相对于定子以

n

1

的速度旋转。

转子绕组感应电流所产生的转子磁场相对于转子以

n

2

的速度旋转。

并有：

转子磁场相对于定子的转速为：

（前面分析已知，转子旋转磁场的转动方向

n

2

与

定子磁场的转动方向

n

1

相同。)

上式说明：转子旋转磁场与定子旋转磁场的旋转

速度相同，并且旋转的方向也是一致的，即转子旋转

磁场与定子旋转磁场是相对静止的。7/23/202224水职院电机教研室二、磁动势平衡方程式

异步电动机在运行过程中，电动机内部有两个磁场，即定子磁场和转子磁场，这两个磁场相对静止，在电动机内部合成一个磁场－－气隙磁场，这个气隙磁场切割定子绕组产生感应电动势

E

1δ

。

这个感应电动势的大小约等于机端电压

U

1

，由