电机拖动复习资料

期末复习5-11解：1）全压起动时的Ist和Tst：2）若采用串电抗器起动，则可见串电抗器后不能满足起动转矩的要求，不能采用。3）若采用Y/△起动

<1250故不能采用Y/△起动。4）若采用自耦变压器起动：应满足：即：取标准抽头：55%5-27解：同例5-6

1）上升转速

2）

考试注意事项记得带正确的书本，否则考试就没法通过！考试题型1.填空题——16个空，16分2.判断题——10题，10分3.选择题——8题，16分4.简答题——3题，18分5.计算题——3大题，40分一、直流电机的重点知识关键名词1.电枢2.电磁转矩，电枢电动势，电磁功率3.基本运行方程式关键知识点1.直流电机的优缺点和用途2.直流电机的工作原理和基本结构3.直流电机的铭牌4.直流电机的运行原理第一章直流电机直流电机是电能和机械能相互转换的旋转电机之一。直流发电机：机械能——直流电能直流电动机：直流电能——机械能直流电动机具有良好的调速性能、较大的起动转矩和过载能力等很多优点，但结构复杂，成本高，运行维护较困难。主要应用于起动和调速要求较高的生产机械中，如金属切削机床，轧钢机、电力机车、起重机、造纸及纺织行业等机械中。直流电机的优缺点1、直流电机的电势波形较好，对电磁干扰的影响小。2、直流电机的调速范围宽广，调速特性平滑。3、直流电机过载能力较强，起动和制动转矩较大。4、直流电机换向困难，还会产生火花，寿命短，要经常维护，价格也贵一些所以很多地方都用交流电机取代了。电枢——电机的枢纽电枢：在电机实现机械能与电能相互转换过程中，起关键和枢纽作用的部件。对于发电机来说，它是产生电动势的部件，如直流发电机中的转子，交流发电机中的定子对于电动机来说，它是产生电磁力的部件，如直流电动机中的转子。二、直流电机的基本结构静止部分:定子旋转部分:转子中间有气隙电磁方面：产生磁场和构成磁路。机械方面：整个电机的支撑。作用主要部件：磁极、机座、换向极、电刷、轴承、端盖等作用感应电动势和产生电磁转矩，从而实现能量的转换主要部件：电枢铁心、电枢绕组、换向器、轴承和风扇等三、直流电机的铭牌数据电机型号铭牌数据主要有：额定功率额定电压额定电流额定转速额定励磁电流励磁方式出厂数据如出厂编号、出厂日期等重点掌握类比于名片直流电机的铭牌数据Z2—72

一般用途直流电机

第二次改型设计

机座号

电枢铁心长度1、电机型号1号为短铁心，2号为长铁心1号最小，12号最大型号表明电机所属的系列及主要特性。知道了型号，可从相关手册中查出电机的许多技术数据。2、额定值(1)额定功率PN

PN(kw)是指在规定的工作条件下，长期运行允许输出的功率。对于发电机来说，是指正负电刷之间输出的电功率；对于电动机，则是指轴上输出的机械功率。(2)额定电压ＵN

UN(V)对发电机来说，是指在额定电流下输出额定功率时的端电压；对电动机来说，是指所规定的正常工作时，加在电动机两端的直流电源电压。(3)额定电流IN

IN(A)是直流电机正常工作时输出或输入的最大电流值。对于发电机，三个额定值之间的关系为PN=UNIN

对于电动机，三个额定值之间的关系为PN=UN·IN·

N

(4)额定转速nNnN(r/min)是指电机额定运行时的转速。额定效率；

N=（PN/P1）*%额定功率，额定电压，额定电流的作用是什么呢？如何根据相应的铭牌数据，来选择驱动电动机的电源？如何根据相应的铭牌数据，来选择发电机的可带的负载？3、励磁方式直流电机运行性能与励磁方式密切相关，因此直流电机的分类以励磁方式分类电枢绕组与励磁绕组并联电枢绕组与励磁绕组串联励磁绕组单独供电有并励又有串励绕组第三节电磁转矩和电枢电动势一、电磁转矩T——对应电动机在直流电机中,电磁转矩T是由电枢电流与磁场相互作用而产生的电磁力所形成的。经推导电磁转矩可用下式来表示：

T＝CT

Ia

式中ＣT——转矩常数；ＣT=Np/(2

a)取决于电机的结构，即在制成的电机中，p、N（电枢绕组总导体数）、

a均为定值；

——每极下的合成磁通(Wb)；(读音:fai4声)

当Ia为(A)时,电磁转矩单位为N.m。可见对已制成的电机,电磁转矩T正比于气隙每极磁通

及电枢电流Ia。重点掌握转矩定义使机械元件转动的力矩称为转动力矩，简称转矩电机的额定转矩表示额定条件下电机轴端输出转矩。转矩等于力与力臂或力偶臂的乘积第三节电磁转矩和电枢电动势二、电枢电动势Ea——对应发电机在直流电机中,感应电动势是由于电枢绕组和磁场之间的相对运动,即导线切割磁力线而产生的。根据电磁感应定律可推得：

Ea＝Ce

n式中Ce——电动势常数，Ce＝Np/(60a)。取决于电机的结构

当每极磁通

、转速n的单位分别是Wb、r/min时,电枢电动势的单位为V。

可见：对已制成的电机,Ea正比于每极磁通

和转速n；另：转矩常数CT与电势常数Ce之间有固定的比值关系：

CT／Ce＝(N·p/2

a)/(N·p/60a)=9.55重点掌握例1-6一台直流发电机，2p=4，电枢绕组为单叠绕组，电枢总导体数N=216，额定转速nN=1469r/min，每极磁通Φ=2.2×10-2Wb，求：

1）此发电机电枢绕组的感应电动势。2）此发电机若作为电动机使用，当电枢电流为800A时，能产生多大电磁转矩？解先求出电动势常数Pem=EaIa=(pN/60a)

nIa=(pN/2

a)

Ia(2

n/60)=T

第三节电磁转矩和电枢电动势三、电磁功率Pem

对电动机而言电动势Ea是反电动势，电源电压U必须大于电动势Ea把电流Ia灌入。从上式的推导过程可见，电动势Ea与电枢电流Ia的乘积是电功率属性的电磁功率Pem，经过电磁作用转换为等量的机械功率属性的电磁功率Pem，所以Pem是机电能量转换的桥梁。

为角速度桥梁电功率属性机械功率属性Pem重点掌握第四节直流电动机的运行原理一、直流电动机的基本方程式他励直流电动机的结构示意图及电路图电动机惯例：Ea与Ia反向,T与n同方向TL与n反方向电动机稳定运行时的基本方程式：电动势平衡方程式、转矩平衡方程式、功率平衡方程式一、直流电动机的基本方程式1、电动势平衡方程式根据电路的基尔霍夫定律可以写出电枢回路的电动势平衡方程式：

U=Ea＋IaRa

式中Ra——电枢回路总电阻

Ia——他励电动机Ia=I；并励电动机Ia=I-If对于电动机：U>Ea，Ea与Ia反方向重点掌握一、直流电动机的基本方程式2、功率平衡方程式

电机在机电能量转换中，一部分能量不能被利用，这部分能量称为损耗。直流电机的损耗可分为：

pm：由各类摩擦引起的机械损耗

pFe：铁心损耗(磁滞与涡流之和)pcua：电枢回路铜耗pcua=Ia2Rapf：励磁回路铜耗pf（=UIf=RfIf2）；ps：附加损耗空载损耗p0即不变损耗因此，功率平衡方程式，就是扣除损耗的过程。——可变损耗重点掌握一、直流电动机的基本方程式2、功率平衡方程式

P1=UI=UIa=(Ea＋IaRa)Ia=EaIa＋Ia2Ra=Pem＋pcua上式说明：当他励直流电动机接上电源U时,电枢绕组中流过电流Ia,电网向电动机输入的电功率P1=UI=UIa中的小部份消耗于电枢铜耗，大部份作为电磁功率转换成了机械功率。但转变成机械属性的Pem还要扣除铁耗、机械损耗、附加损耗才是输出的机械功率P2

P2=Pem－pFe－pm－ps=Pem－p0

一、直流电动机的基本方程式2、功率平衡方程式

注意：他励电动机的励磁铜耗pf由其他电源提供。而并励电动机的pf由同一电源提供，所以并励电动机的功率平衡方程式中还应包括励磁铜耗pf。上述的功率平衡关系可用功率流程图形象的表示：一、直流电动机的基本方程式3、转矩平衡方程式由：P2/

=Pem/

-p0/

得：T2=T-T0或T=T2+T0T2—电动机轴上输出的机械转矩。它与轴上所带的负载转矩TL

相平衡,即T2=TL。T0—电动机空载转矩,与转向相反；由空载损耗产生,数值很小。

电动机稳定运行时，拖动性质的T与制动性质的TL+

T0相平衡电动机转矩的常用计算公式：负载转矩：T2=P2/

=P2/(2n/60)=9.55P2/n(N·m)在额定情况下,TN=9.55×PN/nN

(N·m)同理：T=9.55Pem/n(N·m)重点掌握例1-7一台他励直流电机接在220V电网上运行，已知，求：1）此电机是发电机运行还是电动机运行？2）电磁转矩、输入功率和效率各为多少？解1）判断一台直流电机是何种运行状态，可比较电枢电动势和端电压的大小，即因为故此电机是电动机运行状态。

2）求

根据

则

电磁转矩输入功率输出功率效率例1-8一台Z2-17型直流电动机，额定数据为：空载时测得电流为10A。求：

1）空载损耗（忽略空载铜耗）。2）空载转矩。3）额定负载下的电磁转矩。解1）空载损耗

2）空载转矩3）额定负载下的电磁转矩二、直流电动机的工作特性直流电动机的工作特性是指U=UN=常数,电枢回路不串入附加电阻,励磁电流If=IfN时,电动机的转速n、电磁转矩T和效率

与输出功率P2之间的关系,即：当P2P1IIa所以，工作特性也可看成n、T、与Ia的关系。二、直流电动机的工作特性1、转速特性当电机轴上的机械负载增大时,输出的机械功率P2随之增大,输入功率P1和电枢电流Ia也随之增加,电枢电阻压降增大,使转速n降低。但随着电枢电流的增加,电枢反应的去磁作用使气隙磁通减小,又使转速n上升。一般情况,电枢电阻压降的影响较大,所以,转速特性是一条略微向下倾斜的曲线,

如曲线1所示。二、直流电动机的工作特性2、转矩特性T=T2+T0=9.55P2/n+T0如果n不变,则输出转矩T2与P2成正比关系。T2=f(P2)特性曲线是一条过坐标原点的直线。考虑到P2增大时,n略有下降,故T2=f(P2)曲线呈略为上翘趋势。而T=f(P2)特性曲线与比T=f(P2)曲线高一个空载转矩T0,如图所示的曲线2。二、直流电动机的工作特性3、效率特性当P2从零,Ia值很小,可变损耗Ia2Ra很小,电机损耗以不变损耗p0为主，损耗小。这样,输出功率P2的增大比P1增大的快，效率

上升很快。随后因可变损耗Ia2Ra随电流按平方关系增大，使总损耗的增加很快,P2的增大比P1增大的慢，效率有所下降，如图曲线3所示。可见效率曲线存在最大值，电机在空载、轻载时效率低,因此在使用和选择电机上应尽量使电机工作在高效率的区域。

二、直流电动机的电力拖动的重点知识关键名词1.固有机械特性2.人为机械特性关键知识1.他励电动机的起动和反转2.他励电动机的制动3.他励电动机的调速第二章直流电动机的电力拖动凡是由电动机拖动生产机械，并完成一定工艺要求的系统，都称为电力拖动系统。生产机械称为电动机的负载。电力拖动系统一般构成如图所示。本章首先介绍电力拖动系统的运动方程式，然后介绍电动机和生产机械的转矩特性，最后主要研究他励电动机应用的四大问题——起动、反转、制动、调速第二节生产机械的负载转矩特性不同生产机械的负载转矩TL随转速n变化规律不同，用负载转矩特性来表征，即n=f(TL)。各种生产机械的特性大致可分为以下三种类型恒转矩负载特性

恒功率负载特性

通风机型负载特性

恒转矩负载特性TL=常数，与转速n无关反抗性恒转矩负载特性位能性恒转矩负载特性负载转矩的方向始终与生产机械运动的方向相反，总是阻碍电动机的运转，如轧钢机、机床的平移机构、电力机车等。当下放重物时负载转矩变为驱动转矩，其作用方向与电动机旋转方向相同，促使电动机旋转。起重设备提升重物时，负载转矩TL为阻力矩，与电动机旋转方向相反位能性负载转矩由重力作用产生，其大小和方向始终不变恒功率负载特性通风机型负载特性

PL=常数,TL=9.55P/nTL=Kn2

例：车床切削粗加工时,切削量大(TL大)，用低速档；精加工时，切削量小(TL小)，用高速档如电扇、水泵、油泵等

注意：以上三类是典型的负载特性，实际生产机械的负载特性常为几种类型负载的综合。

第三节他励直流电动机的机械特性直流电动机的机械特性就是指在稳定运行情况下，电动机的转速与电磁转矩之间的关系，即n=f(T)。机械特性是电动机的主要特性，是分析电动机起动、调速、制动等问题的重要工具。下面以他励直流电动机为例讨论机械特性。他励直流电动机的机械特性理想空载转速机械特性的斜率转速降斜率β越小，特性越平，称为硬特性。反之称为软特性机械特性曲线实际空载转速一般表达式他励电动机的接线图一、他励直流电动机的机械特性1、他励电动机的固有机械特性U=UN、Φ=ΦN，Rpa=0的机械特性称固有机械特性Rpa=0,Ra很小，

=

N数值最大，机械特性斜率β最小，他励直流电动机的固有机械特性是硬特性。一、他励直流电动机的机械特性2、人为机械特性如果人为地改变固有机械特性中的气隙磁通

、电源电压Ｕ和电枢回路电阻Rpa中的任意一个参数，这样的机械特性称为人为机械特性。（1）电枢回路串电阻时的人为机械特性斜率β

增加电阻增加n0不变2、人为机械特性(2)改变电源电压的人为机械特性(3)改变磁通的人为机械特性磁通减小电压降低U降低，β不变，n0减小(2)改变电源电压的人为机械特性

减小，β增大，n0增大二、电力拖动稳定运行的条件电力拖动系统的稳定运行，是指在某种外界因素(如电网电压波动或负载的微小变化)的扰动下，系统离开原来的平衡状态，达到新的平衡状态；或当外界因素消失后，仍能恢复到原来的平衡状态。前面分析了生产机械的负载转矩特性n＝f(TL)和电动机的机械特性n=f(T)，把两种特性配合起来，就可以研究电力拖动系统的稳定运行问题。电动机在电力拖动系统中运行时，会使系统出现稳定运行和不稳定运行两种情况。电力拖动系统稳定运行的必要条件：电动机的机械特性与负载转矩特性有交点：即T=TL

电力系统要稳定运行的充分条件：两条特性配合恰当，即在交点处满足：dT/dn<dTL/dn二、电力拖动稳定运行的条件电力拖动系统稳定运行的分析结论：下斜的机械特性与恒转矩负载配合,系统能够稳定运行;上翘的机械特性与恒转矩负载配合,系统不能稳定运行。恒转矩负载特性在A点的斜率：dn/dTL=∞,则dTL/dn=0下斜的机械特性在A点其dn/dT<0,则dT/dn<0，在A点满足dT/dn<dTL/dn上翘的机械特性在A点其dn/dT>0,则dT/dn>0，在A点不满足dT/dn<dTL/dn稳定运行不稳定运行系统电压波动机特系统电压波动机特1、全压起动第四节他励电动机的起动和反转起动：电动机接通电源后，由静止状态加速到稳定运行状态的过程。一、他励直流电动机的起动方法额定电压加于电动机的电枢两端，由于起动瞬间n=0，Ea=0，由U=Ea＋IaRa故起动电流和转矩分别为：他励电动机的全压起动先合Q1再合Q2例2-2一台Z2-61他励直流电动机，计算：1）全压起动时的起动电流。2）在额定磁通下起动的起动转矩。

解1）求起动电流：起动电流是额定电流的14.3倍2）求起动转矩：略空载转矩T0

当不考虑电枢反应去磁的影响，磁通Φ不变,则Tst

Ist，所以

后果引起电网电压下降，影响电网上其他用户

使电动机的换向严重恶化，甚至会烧坏电动机过大的冲击转矩，机械轴过度冲击，损坏传动机构从上例可以看出，由于电枢电阻Ra阻值很小，额定电压下直接起动的起动电流很大，通常可达额定电流的（10～20）倍。起动转矩也相当大。

所以，直流电动机一般不允许全压起动。起动设备简单、操作方便的全压起动只适用于容量很小的直流电动机。（1）要有足够大的起动转矩(Tst>TL)。（2）起动电流要限制在一定的范围内。（3）起动设备简单、可靠，操作方便，起动时间短。对直流电动机的起动的要求：电枢回路串电阻起动减压起动注意：起动时应保证电动机的磁通为最大值，以在限制起动电流的情况下使转矩较大。对于容量较大的电机，为限制起动电流，可用2、减压起动

减压起动即起动前将电源电压降低，以减小起动电流Ist。为获得足够的起动转矩（Tst>TL），起动时电流通常限制在(1.5～2)IN内，则起动电压应为：

Ust=IstRa=(1.5～2)INRa

当n↑，Ea↑Ia↓,Tst↓——须U↑保证起动电流和转矩保持在一定的数值上。至U=UN，起动结束。3、电枢回路串电阻起动

电枢回路串电阻起动时，电源电压为额定值且恒定不变，在电枢回路中串接一起动电阻Rst，达到限制起动电流的目的。例2-3上例中的电动机若限制起动电流不超过100Ａ，求1)采用减压起动，起动电压是多少？2)采用电枢回路串电阻起动，则开始时应串入多大电阻？解：1)起动电压Ust＝IstRa＝100×0.286V＝28.6V2)起动电阻Rst＝UN／I'st-Ra＝220/100-0.286

＝1.914可见串入一个不到2的电阻，就可将电流从769.2A降至100A，限流效果十分明显。电枢串电阻起动后，n↑，Ea↑Ia↓Tst↓——加速减慢，为了缩短起动时间，保持电动机在起动过程中的加速不变，理论上应将起动电阻平滑地切除，但实际中把起动电阻分成2~4段逐级切除（称分级起动），最后使电动机转速达到运行值。下面以4

级起动为例进行分析。采用4级起动时电动机的电路接线图及其机械特性

串入全部电阻逐级切除电阻稳定运行点转速逐步上升切换转矩TSt2起动点Ist1和Tst1为最大值二、他励直流电动机的反转

要使电动机反转，必须改变电磁转矩T的方向。只要将磁通

和Ia任意一个参数改变方向，电磁转矩即改变方向。在自动控制中，通常直流电动机的反转实施方法有两种：由：

1、改变励磁电流方向：保持电枢两端电压极性不变，将励磁绕组反接，使励磁电流反向，磁通

即改变方向。

2、改变电枢电压极性：保持励磁绕组两端的电压极性不变，将电枢绕组反接，电枢电流Ｉa即改变方向。实际应用中大多采用改变电枢电压极性的方法来实现电动机的反转。

第五节他励直流电动机的制动电动机的两种运行状态：电动状态：T与n方向相同，机特Ⅰ、Ⅲ象限制动状态：T与n方向相反，机特Ⅱ、Ⅳ象限制动方法：能耗制动反接制动回馈制动制动目的：快速停车（反向）或限速。一、能耗制动制动原理：电动机靠生产机械惯性力的拖动切割磁场而发电，将生产机械储存的动能转换成电能，并消耗在绕组及电阻上，直到电动机停止转动为止。能耗制动U=0运行时KM1常开闭合，与电源连接；

制动前的电动状态T与n方向一致制动时连接电阻Rbk制动时，T与n方向相反原运行于a点制动时，对于反抗性负载将经b点到达O点停下来。能耗制动时的机械特性

U=0,机特过原点斜率取决于限流电阻Rbk一般限流：IbK

(2～2.5)IN

对位能性负载将达到C点。

二、反接制动1.电枢反接制动制动原理：Ibk产生很大的反向电磁转矩T，从而产生很强的制动作用，n快速下降。U=-UN,R=Ra+Rbk机械特性过-n0机械特性：制动过程当制动的目的为停车时，在电机n≈0时，须立即断开电源。为了限制过大的电枢电流，反接制动时必须在电枢回路中串接制动电阻Rbk

一般：Ibk≤(2～2.5)IN

故制动电阻的计算：电枢反接制动过程中，电动机一方面向电源吸取电功率P1＝UI，另一方面将系统的动能转换成电磁功率Pem＝EaIa，这些电功率全部消耗在电枢电路的电阻(Ra＋Rbk)上。其能量损耗很大。电机的能耗：

二、反接制动2.倒拉反接制动只适用于位能性恒转矩负载，下放重物

U=UN，电枢串大电阻Rbk机械特性过+n0，与负载特性的交点落在第Ⅳ象限n0从提升重物至下放重物过程：a—b—c—d，Rbk越大，下放转速也越大。三、回馈制动

当电动机的nn0时，Ea>U，Ia方向与电动运行状态相反，T的方向与电动运行状态时相反，为制动性质，P1<0，电机向电源回馈电能，此时电机的运行状态称为回馈制动。当位能性负载进行电枢反接制动，当n=0时，如不切除电源，电机便在电磁转矩和位能负载转矩的作用下，迅速反向加速，至

n

n0

时，电机进入反向回馈制动状态，此时因n为负，T为正，机械特性位于第IV象限，最终稳定下放重物运行于d点反向回馈制动对位能性负载下放时起限速作用。所串电阻Rbk越大，下放速度越高，安全性越差。所以常切除电阻，称在固有机特上，下放重物。例2-4一台他励直流电动机，PN=5.6KW，UN=220V，IN=31A，nN=1000r/min，Ra=0.4

，负载转矩TL=49N·m，电枢电流不得超过2倍额定电流。试计算：(略T0）1).电动机拖动反抗性负载，采用能耗制动停车，电枢回路应串入的制动电阻最小值是多少？若采用电枢反接制动停车，电阻最小值是多少？2).电动机拖动位能性恒转矩负载，要求以300r/min速度下放重物，采用倒拉反接运行，电枢回路应串入多大电阻？若采用能耗制动运行，电枢回路应串入多大电阻？3).想使电机以n=－1200r/min速度，在反向回馈制动运行状态下，下放重物，电枢回路应串多大的电阻？若电枢回路不串电阻，在反向回馈制动状态下,下放重物的转速是多少？4)定性画出各种制动情况的机械特性。

解1）计算能耗制动电阻和电枢反接制动电阻

电动状态的稳定转速能耗制动电阻电枢反接制动电阻2)计算倒拉反接运行和能耗制动运行时，电枢回路应串入电阻倒接反接稳定制动时的电枢电流为倒拉反接制动稳定运行时的电阻能耗制动稳定运行时的电阻3）反向回馈制动运行计算反向回馈制动运行时电阻反向回馈制动不串电阻时的转速

4）画各机械特性第六节他励直流电动机的调速调速：机械调速:电气调速:改变传动机构速比改变电动机参数,人为地改变电动机的机械特性，从而使负载工作点发生变化，转速随之变化。由得调速方法：降压U减弱磁通φ电枢回路串电阻一、调速指标1.调速范围电动机在额定负载下可能运行的最高转速与最低转速之比，通常又用D表示:受电动机的机械强度、换向条件、电压等级等方面的限制受到低速运行时转速的相对稳定性的限制不同的生产机械对调速范围的要求不同，例如车床Ｄ＝20～120，龙门刨床Ｄ＝10～40，轧钢机Ｄ＝3～120，造纸机Ｄ＝3～20等。

显然，在相同的n0情况下，电动机的机械特性愈硬，Δn愈小，静差率就愈小，相对稳定性就愈好。生产机械调速时，要求静差率小于一定值，以使负载发生变化时，转速在一定范围内变化，保持一定的稳定程度，生产机械容许的静差率用

r

表示。例如，普通车床要求

r

30

，一般设备要求r

50

，高精度的造纸机要求r

0.1

。静差率与调速范围两个指标是相互制约,要统畴考虑。2.调速的相对稳定性（静差率）负载变化时，转速变化的程度。转速变化小，其相对稳定性好3.调速的平滑性在一定的调速范围内，调速的级数越多，即调速越平滑，相邻两级转速之比称为平滑系数：φ→1，则平滑性好，当φ

=1时，称为无级调速，即转速可以连续调节。调速不连续时，级数有限，称为有级调速。4.调速的经济性对调速设备的投资和电能消耗等经济效果的综合比较。

二、改变电枢电路串电阻的调速电枢回路串电阻的机特，Rpa愈大，特性愈软，转速愈低。调速过程：电动机原稳定运行在固有机械特性的a点上，当Ｒpa接入瞬间，因n不能突变，工作点从a点跳至人为机械特性的b点，这时，Ia↓→T↓→Ｔ<ＴL，n↓

，Ea↓→Ｉa↑→

Ｔ↑，直到Ｔ＝ＴL，电动机在低速的c点稳定运行。

电枢串电阻调速的特点：

(1)串入电阻后转速只能降低，由于机械特性变软，静差率变大，特别是低速运行时，负载稍有变动，电动机转速波动大，因此调速范围受到限制。Ｄ＝1～3。(2)调速的平滑性不高；轻载时调速不明显。(3)由于电枢电流大，调速电阻消耗的能量较多，不够经济。(4)调速方法简单，设备投资少。例2-5一台直流他励电动机，其额定数据为：ＰN＝100KＷ，ＩN＝511A，ＵN＝220Ｖ，nN＝1500r/min，电枢电路总电阻Ｒa=0.04

，电动机拖动额定恒转矩负载运行，现用电枢串电阻的方法将转速调至600r/min，应在电枢电路内串多大电阻？由且为额定恒转矩负载转矩：Ia=IN得解三、降压调速Un0nn01n02n03调速过程：a-b-c降压调速的特点1)无论高速还是低速，机械特性硬度不变，静差率小，调速性能稳定，故调速范围广。2)电源电压能平滑调节，故调速平滑性好，可达到无级调速。3)降压调速是通过减小输入功率来降低转速的，低速时，损耗减小，调速经济性好。4)调压电源设备较复杂。降压调速的性能好，目前被广泛用于自动控制系统中。如轧钢机，龙门刨床等。降压较大时，会出现回馈制动

例2-6例题2-5的电动机，现在用调节电枢电压的方法调速，将电枢电压降低至额定电压的50%，即U=110V求电动机的稳定转速是多少？

解调速后，因负载转矩未变，磁通也未变，故电枢电流也未变，即Ia=IN；由电动势平衡方程式得电动机降压后的稳定转速四、弱磁调速在电动机励磁电路中，串接可调电阻Rpf，If，Φ,n调速过程：a-b-c弱磁调速的特点：1)弱磁调速机械特性较软，受电机换向条件和机械强度的限制，转速调高幅度不大，因此调速范围Ｄ＝1～2。2)调速平滑性较好。3)在功率较小的励磁回路中调节，能量损耗小。4)控制方便，控制设备投资少。在突然增磁中，会出现回馈制动例2-7例2-5的电动机，用弱磁的方法调速，磁通减小10%时。试求：1）调速瞬间的电枢电流。2）调速后的稳定电枢电流和转速。解1）求调速瞬间的电枢电流因为瞬间转速来不及变，即n=1500r/min，磁通降为额定时的90%

，有：可见磁通减小10%的瞬间，电枢电流增大一倍。同时电磁转矩也增大，电动机加速。2）求调速后的稳定电枢电流和转速因为调速前后的负载转矩不变，故调速前后的电磁转矩也不变，即调速后的稳定转速为从以上计算可知，弱磁调速后，电动机的转速提高，对于恒转矩负载来说，同时电枢电流比调速前大。若调速前是在额定状态运行，则调速后电枢电流会大于额定电流，变成过载运行，电动机不允许长期过载运行。

变压器是一种静止的交流电气设备，它利用电磁感应原理，将一种等级的交流电压和电流转变成同频率的另一种等级的交流电压和电流。它对电能的经济传输、灵活分配和安全使用具有重要的意义；同时，它在电气的测试、控制和特殊用电设备上也有广泛的应用。第三章变压器本章主要叙述一般用途的电力变压器有工作原理、分类、结构和运行特性。第一节变压器的基本工作原理和结构

一次绕组N1二次绕组N2互相绝缘且匝数不同只有磁的耦合而没有电的联系

e2u1i0F0Φe1可向负载供电u2根据电磁感应原理改变N1、N2，就可达到改变电压的目的。

一、变压器的基本工作原理电力系统中应用的变压器称作电力变压器，它是电力系统中的重要设备。如果输电线路输送的电功率Ｐ及功率因数cosφ一定，Ｕ越高时，则线路电流Ｉ越小，输电线的截面积，节省材料，达到减小投资和降低运行费用的目的。由于发电厂的交流发电机受绝缘和工艺技术的限制，通常输出电压为10.5千伏或16千伏，而一般高压输电线路的电压为110、220、330、500或750千伏，因此需用升压变压器将电压升高后送入输电线路。当电能输送到用电区后，为了用电安全，又必须用降压变压器将输电线路上的高电压降低为配电系统的配电电压，然后再经过降压变压器降压后供电给用户。电力系统的多次升压和降压，使得变压器的应用相当广泛。1、变压器的应用二、变压器的应用和分类2、变压器的分类（1）按用途分类（2）按绕组构成分类（3）按相数分类前面所述的应用就是按用途分类，如电力变压器

有单相变压器、三相变压器、多相变压器。双绕组、三绕组、多绕组、自耦变压器。另外，变压器的应用还有，测量系统中使用的仪用互感器（可将高电压变换成低电压，或将大电流变换成小电流，以隔离高压和便于测量）；自耦调压器（可任意调节输出电压的大小，以适应负载对电压的要求）；在电子线路中用的电源变压器；变压器还用来耦合电路、传递信号、实现阻抗匹配。作为焊接电源的电焊变压器；专供大功率电炉使用的电炉变压器；将交流电整流成直流电时使用的整流变压器等。1、变压器的应用

干式变压器、油浸自冷变压器、油浸风冷变压器、强迫油循环变压器、充气式变压器等。（4）按冷却方式分类

尽管变压器种类繁多，但它们皆是利用电磁感应的原理制成的。三、变压器的基本结构储油柜安全气道线圈铁心油箱放油阀门油浸式电力变压器分接开关信号式温度计吸湿器油表高压套管低压套管变压器的主要组成是铁心和绕组（俗称为器身）。为了改善散热条件，大、中容量的电力变压器的铁心和绕组浸入盛满变压器油的封闭油箱中，各绕组对外线路的联接由绝缘套管引出。为了使变压器安全、可靠地运行，还设有储油柜、安全气道和气体继电器等附件。四、变压器的铭牌和额定值为了使变压器安全、经济、合理地运行，每一台变压器都安装了一块铭牌，上面标明了变压器型号及各种额定数据，只有理解铭牌上的各种数据的含义，才能正确、安全地使用变压器。重点掌握铭牌1、变压器的型号与冷却方式型号：冷却方式：（1）额定电压U1N和U2N

U1N：加在一次绕组上的正常工作电压值（kV)。根据变压器的绝缘强度和允许发热等条件规定U2N：一次绕组加上额定电压后，额定分接，二次绕组的空载电压值（kV)。注意：U2N不等于额定负载时的负载电压额定电压在三相变压器中是指线电压。2.变压器的额定值（2）额定电流I1N和I2N

根据变压器允许发热的条件而规定的满载电流值（A）。在三相变压器中额定电流是指线电流。（3）额定容量SN变压器在额定工作条件下变压器输出能力即视在功率（kV·A）。单相变压器的额定容量三相变压器的额定容量例3－1：一台三相油浸自冷式变压器，已知SN＝560kV·A，U1N/U2N=10000V/400V，试求一次、二次绕组的额定电流I1N、I2N各是多大?解：第四节变压器参数的测定

通过前面分析可知，我们可用基本方程式、等效电路等方法分析和计算变压器的运行性能，但这需要知道变压器的绕组电阻、漏电抗及励磁阻抗等参数。

对于一台已制成的变压器，可以通过实验的方法来求取各个参数，即可以通过空载实验和短路实验测量并计算变压器的参数（一）空载试验

求变比k、空载电流I0、空载损耗P0以及等效电路中的励磁阻抗参数Zm。目的：变压器的空载试验是在变压器空载运行的情况下进行测量的，试验时，一般在变压器低压侧加电压，测量高压侧对应的电压、电流和功率。（一）空载试验

空载试验时，调压器加上工频的正弦交流电源，调节调压器的输出电压，使其等于低压侧的额定电压Ｕ2N，然后测量Ｕ1、Ｉ0及空载损耗（即空载输入功率）ｐ0。因空载时功率因数很低，一般采用低功率因数表。

变压器空载试验电路图高压侧空载低压侧加压计算：

总阻抗Z0=Z1+Zm≈Zm注意：若空载试验在低压侧进行，要获得高压侧参数时，必须进行折算,即乘以k2。（一）空载试验

空载时，空载损耗p0是铁耗和空载铜耗之和。不过因I0、r1很小，因此空载铜耗Pcu0可忽略不计，因此空载损耗p0近似为铁耗pFe

。高压侧加电压（二）短路试验短路试验线路图

变压器的短路试验是在二次绕组短路的条件下进行的，其目的是测定变压器短路损耗、短路电压Uk和短路阻抗rk、Xk、

Zk低压侧短路试验电压从零开始升高，当高压侧短路电流Ik达到额定电流I1N时，测量对应的短路电压Uk、短路损耗pk。（二）短路试验因为短路电压很低，磁通小,铁耗很小，故短路损耗pk近似为铜耗pCu。计算：

注意:对三相变压器而言：变压器的参数，采用相电压、相电流、一相的功率（损耗），即每相的数值进行计算例3-4有一台三相电力变压器，空载及短路试验的试验数据如下：

联结，试验名称电压/V电流/A功率/W备注空载4009.37600电源加在低压侧短路3259.632014电源加在高压侧试求折算到高压侧的励磁参数和短路参数（不计温度影响）。解

由于为三相变压器，因此应采用相值进行计算。由空载试验数据，先求低压侧的励磁参数折算到高压侧的励磁参数，因由短路试验数据，计算高压侧室温下的短路参数第六节三相变压器现代电力系统均采用三相制供电，因而广泛使用三相变压器三相变压器组三相心式变压器由三个独立的单相变压器在电路上联接组成，三相磁路彼此独立由三相变压器组的铁心合在一起演变而来，三相磁路彼此相关一、三相变压器的磁路系统

第六节三相变压器比较上面两种类型的三相变压器的磁路系统可以看出，三相心式变压器具有节省材料、效率高、维护方便、占地面积小等优点，但三相变压器组中的每个单相变压器具有制造及运输方便、备用的变压器容量较小等优点，所以现在广泛应用的是三相心式变压器，只在特大容量、超高压及制造和运输有困难时，才采用三相变压器组。一、三相变压器的磁路系统二、三相变压器的电路系统——联结组

绕组名称

单相变压器

三相变压器

中性点

首端

末端

首端

末端

高压绕组

AXA、B、CX、Y、ZN

低压绕组

axa、b、cx、y、zn

中压绕组

Am

Xm

Am、Bm、Cm

Xm、Ym、Zm

Nm

为了方便变压器绕组的联结及标记,对绕组的首端、末端的标志规定如下：变压器首末端标志第四章三相异步电动机作业讲评2-6解：(1)

(2)减压起动即起动前将电源电压降低，以减小起动电流Ist。为获得足够的起动转矩（Tst>TL），起动时电流通常限制在(1.5～2)IN内，则起动电压应为：

Ust=IstRa=(1.5～2)INRa Ist=(1.5～2)IN2-11解：

根据电枢电动势反求电动势常数和磁通量的乘积:带负载TL时的转速：1）能耗制动瞬时

2）反接制动瞬时异步电机同步电机异步发电机异步电动机三相异步电动机第四章三相异步电动机交流旋转电机转子转速与磁场转速相等转子转速与磁场转速不相等与直流电机的静止磁场不同，都是旋转的磁场。单相异步电动机用于家用电器和医疗仪器中用于风力发电机等特殊场合在各种电动机中应用最广、需要量最大。工业生产、农业机械化、交通运输、国防工业等电力拖动装置中，有90%采用三相异步电动机。三相异步电动机的特点三相异步电动机具有结构简单、制造方便、价格低廉、运行可靠等一系列优点；还具有较高的运行效率和较好的工作特性、从空载到满载范围内接近恒速运行，能满足各行各业大多数生产机械的传动要求。异步电动机运行时，必须从电网吸取感性无功功率以建立旋转磁场，使电网的功率因数变坏，而且运行时受电网电压波动影响较大；另外，异步电动机的与调速性能都要逊色于直流电动机三相异步电动机的应用异步电动机还便于派生成各种专用、特殊要求的形式，以适应不同生产条件的需要。

三相异步电动机在各种电动机中应用最广、需要量最大。工业生产、农业机械化、交通运输、国防工业等电力拖动装置中，有90%采用三相异步电动机初识交流电动机Y、Y2系列三相异步电动机洗衣机电机吸油烟机电机Z3050钻床三相异步电动机异步电动机的应用举例单相异步电动机第四章三相异步电动机异步电动机运行时，必须从电网吸取感性无功功率以建立旋转磁场，使电网的功率因数变坏，而且运行时受电网电压波动影响较大；另外，异步电动机的与调速性能都要逊色于直流电动机，不过随着电力电子技术、计算机技术及交流调速系统的发展，起动性能、调速性能等已可与直流电动机媲美。

重点1.电磁功率Pem，额定转差率SN2.电磁转矩P，额定转矩T3.负载转矩TN，空载转矩T0第一节三相异步电动机的

基本工作原理和结构一、交流电机的旋转磁场三相交流电机的旋转磁场是在三相对称绕组中通以三相对称电流而产生的。为了简化分析，可以用轴线互差120°电角度的三个线圈来代表，线圈的首端分别为U1、V1、W1，尾端分别为U2、V2、W2规定电流为正时，电流从线圈的首端流入（“×”表示），从线圈的尾端流出（“

”表示）；电流为负值时则方向相反，即尾入首出。一、交流电机的旋转磁场

结论：三相基波合成磁场具有如下特点：性质：三相基波合成磁场其轴线在空间是旋转的，故称旋转磁场。转向：当某相电流达到最大值时，合成磁场的矢量就转到该相轴方向，磁场转向由电流相序决定。若要改变旋转磁场的转向，将三相电源进线中的任意两相对调即可。转速：

又称：同步转速因从前图可知电流在时间上变化了ωt＝360°电角度时，即一周期，在两极(p=1)的情况下，旋转磁场在空间也转过360°电角度，转过的机械角也是360°，即在空间正好转过一圈。电流每秒变化f周期，则旋转磁场的转速n1=f(r/s)=60f(r/min)。当(p=2）时，n1=60f/2(r/min)——见下页；p对极时，n1=60f/p(r/min)设起动时旋转磁场方向如图为顺时针，磁场转速n1转子导体静止，与旋转磁场之间存在着相对运动，根据右手定则,转子绕组内电动势和电流方向如图：上出下进根据左手定则，载流转子导体受力，形成电磁转矩T，方向如图，驱动转子顺时针旋转。转动原理转子转速n总是小于旋转磁场的转速n1。所以称为异步电动机

二、三相异步电动机的基本工作原理二、三相异步电动机的基本工作原理转差率对普通的三相异步电动机，为了使额定运行时的效率较高，通常设计成使它的额定转速略低于但很接近于对应的同步速，所以额定转差率sN一般为1.5%～5%。n=n1(1－s)转差率s是异步电机运行的重要参数。电动状态的转差率s的范围是：0～1。其中s=0，是理想空载状态；s=1，是起动瞬间。例4-1某台三相异步电动机的额定转速nN=720r/min,试求该机的极对数和额定转差率；另一台4极三相异步电动机的额定转差率sN=0.05，试求该机的额定转速。因异步电动机额定转速nN略低于但很接近于对应的同步速，因此选择750r/min的同步速对nN=720r/min的电动机其极对数为对4极sN=0.05的电动机：额定转差率额定转速

nN=n1(1－s)=1500×(1－0.05)r/min=1425r/min

解三、三相异步电动机的基本结构三相异步电动机有不同的分类方法

按转子绕组结构分类：有笼型异步电动机和绕线转子异步电动机两类。笼型结构简单、制造方便、成本低、运行可靠；绕线转子可通过外串电阻来改善起动性能并进行调速。

按机壳的防护形式分类：有防护式、封闭式和开启式。其它分类：还可按电动机容量的大小、冷却方式等分类。不论三相异步电动机的分类方法如何，各类三相异步电动机的的基本结构是相同的。它们都由定子和转子这两个基本部分组成，在定子和转子之间有一定的气隙。右图是一台封闭式笼型转子的三相异步电动机的结构图。封闭式笼型异步电动机结构图1－轴承2－前端盖3－转轴4－接线盒5－吊攀6－定子铁心7－转子8－定子绕组9－机座10－后端盖11－风罩12－风扇四、三相异步电动机的铭牌三相异步电动机型号Y2-112M-2编号××××4kW8.23A380V2890r/minLW79dB(A)接法

防护等级IP5450Hz××kgZBK2007-88工作制S1F级绝缘××年××月××电机厂每一台三相异步电动机，在其机座上都有一块铭牌，铭牌上标注有型号、额定值等重要Y2112M-2

产品代号异步电动机第二次改型设计

中心高112mm

中机座

1、电机型号2极

英文字母汉语拼音异步电动机型号的表示方法，与其它电动机一样：一般采用汉语拼音的大写字母和阿拉伯数字组成，可以表示电动机的种类、规格和用途等中心高越大，电动机容量越大，因此异步电动机按容量大小分类与中心高有关：中心高63～315mm为小型，315～630mm为中型，630mm以上为大型；在同样的中心高下，机座长，则容量大。S、M、L分别表示短、中、长机座YR160S2-4WF

中心高160mm

短机座2号(长)铁心

1、电机型号4极

户外、化工防腐

异步电动机、绕线转子

2、额定值(1)额定功率PN

(2)额定电压UN额定运行时，轴上输出的机械功率（kW）额定运行状态时，定子绕组应加的线电压（V）(3)额定电流IN

电动机在额定电压下运行,轴上输出额定功率，流入定子绕组的线电流（A）。

额定值规定了电动机正常运行状态和条件，它是选用、安装和维修电动机时的依据。异步电动机的铭牌上标注的主要额定值有:2、额定值(4)额定频率fN

(5)额定转速nN电动机所接的交流电源的频率。我国电力网的频率(工频)规定为50Hz。电动机在额定电压、额定频率和轴上输出额定功率时的转子转速(r/min)。铭牌除了型号和额定值外，还标明绕组的联结法、绝缘等级及工作制等。对于绕线转子异步电动机，还标明转子绕组的额定电压(指定子加额定频率的额定电压而转子绕组开路时集电环间的电压)和转子的额定电流，以作为配用起动变阻器等的依据。例4-3一台Y160M2-2三相异步电动机的额定数据如下：PN=15kW，UN=380V，cos

N=0.88，

N=88.2%，定子绕组

联结。试求：该机的额定电流和对应的相电流。

解该机的额定电流为从此题看，在数值上有IN

≈2PN，这也是额定电压为380V的电动机的一般规律。今后在实际中，可以对额定电流进行粗略估算，即每千瓦按2安电流估算。相电流为例4-4已知三相异步电动机的铭牌，如何接用电动机？解接用的原则是：在电动机容量与机械负载功率相配合下，铭牌上的额定电压与电网的电压相等，每相绕组的额定电压不变。例如铭牌上标明“电压380/220V，Y/

联结”的电动机，如果电源电压为380V，则联结成Y形，这时每相电压为220V；如电源电压为220V，应联结成

形，则每相电压仍为220V。如果接错了，会引起电流过大而损坏电动机。五、三相异步电动机主要系列简介我国统一设计和生产的三相异步电动机系列中，产量最大、使用最广的是一般用途的Y、Y2系列的基本系列。Y系列电动机（B级绝缘、IP23或IP44防护等级）是20世纪80年代开始替代J2、JO2系列电动机(E级绝缘)的更新换代产品。而Y2系列是在Y系列的基础上更新设计的一般用途的异步电动机，产品达到20世纪90年代的国际先进水平，Y2电动机较Y系列节能、效率高、起动转达矩大、绝缘等级高（F级绝缘，B级考核)，噪声低，振动小，防护等级提高为IP54，IP是国际防护的英文缩写，指外壳结构防护形式，IP后面的第一个数字代表防尘等级、第二个数字代表防水等级，数字越大，防护能力越强。Y、Y2系列其性能指标、规格参数和安装尺寸等完全符合国际电工委员会（IEC）标准，便于进出口产品的配套。第二节三相异步电动机的定子绕组和

感应电动势一、交流绕组的基本知识1.交流绕组的基本术语线圈线圈是由单匝或多匝串联而成，是组成交流绕组的基本单元。每个线圈放在铁心槽内的直线部分称为有效边，槽外部分称为端部。

1.交流绕组的基本术语

极距

每个磁极沿定子铁心内圆所占的范围磁极所占范围的长度表示定子槽数表示电角度表示

节距y线圈的两个有效边所跨定子内圆上的距离y当y=

=Z1

/(2p)时，称为整距绕组；

当y<

时，称为短距绕组

当y>

时，称为长距绕组。长距绕组端部较长，费铜料，故较少采用1.交流绕组的基本术语

槽距角

相邻两槽之间的电角度称为槽距角每个极距内属于同相的槽所占有的区域每极每相槽数q

每一个极下每相所占有的槽数称为每极每相槽数

相带一个极距占有180

空间电角度，由于三相绕组均分，每等分为60空间电角度，称为60相带

2.对交流绕组的基本要求l)交流绕组通过电流之后，必须形成规定的磁场极对数。2)三相绕组在空间布置上必须对称，以保证三相磁通势及电动势对称。3)交流绕组通过电流所建立的磁场在空间的分布应尽量为正弦分布；且旋转磁场在交流绕组中的感应电动势必须随时间按正弦规律变化。4)在一定的导体数之下，建立的磁场最强而且感应电动势最大。5)用铜量少；嵌线方便；绝缘性能好，机械强度高，散热条件好。四、异步电动机的感应电动势异步电动机气隙中的磁场旋转时，定子绕组切割该磁场，在定子绕组中将感应电动势。经推导，定子绕组每相的基波感应电动势公式如下：基波绕组因数，它反映了绕组采用分布、短距后，基波电动势应打的折扣,一般：0.9<kN1<1。这样基波电动势大小略有损失，但波形接近正弦波。

与定子每相绕组的基波感应电动势E1相似，转子不动时的每相绕组的基波感应电动势E2为第三节三相异步电动机的空载运行本节起将对三相异步电动机运行进行电磁分析，分析的方法是与变压器相似。这是变压器的一、二次电路，异步机的定、转子电路都是通过交、交励磁的磁耦合而联系的，它们的基本电磁关系是相似的。不过，异步电动机有它自己的特点。如异步电动机的主磁路有空气隙存在，磁场是旋转的；定子绕组为分布、短距绕组；异步电动机的转子是转动的，输出机械功率，而变压器的二次侧是静止的，输出电功率。所以异步电动机在沿用变压器的分析方法时，要注意与变压器的不同之处。同时定、转子各物理量的下标分别用“l”和“2”表示，并规定各物理量的正方向按变压器惯例。异步电动机在正常工作时总是要带机械负载运行的，但一些电磁关系在空载是就存在。对空载运行的分析将有助于理解负载时的电磁关系。第三节三相异步电动机的空载运行一、空载运行时的电磁关系

当异步电动机的定子绕组接入三相电源，电动机轴上不带机械负载，为空载运行。气隙中以n1旋转磁通势F0产生主磁通和漏磁通两部分具体电磁关系如下第三节三相异步电动机的空载运行二、空载运行时的基本方程式三相异步电动机空载时，电磁转矩只需克服很小的空载损耗，对应的转子电流很小，I2≈0，因与变压器空载运行十分相似，空载时的定子侧的基本方程与变压器一次侧的基本方程是一样的。如：与变压器一样，异步电动机的主磁通的大小由外加电压大小决定。即频率不变，外加电压U1一定时，主磁通基本上是常量。

由于有空气隙存在，异步电动机的I0比同容量的变压器要大。如小容量电动机中，I0占35％～50％，甚至占60%。而Xm比变压器的要小，即磁化能力弱于变压器。第三节三相异步电动机的空载运行二、空载运行时的基本方程式由于异步电动机空载运行时，输出的机械功率P2=0,只需从电网吸取很小的有功功率来平衡电动机的铁心损耗、定子绕组空载铜耗及机械损耗，因此空载电流I0主要成份是建立旋转磁场的感性无功电流，即与变压器一样，空载时功率因数很低，一般cos

0<0.2第四节三相异步电动机的负载运行

当异步电动机从空载到负载瞬时，由于轴上机械负载转矩的突然增加，原空载时的电磁转矩无法平衡负载转矩，电动机开始降速，旋转磁场与转子之间的相对运动加大，转子感应电动势增加，转子电流和电磁转矩增加，当电磁转矩增加到与负载转矩和空载制动转矩相平衡时，电动机就以低于空载时的转速而稳定运行。

可见，当负载转矩改变时，转子转速n或转差率s随之变化，而s的变化引起了电动机内部许多物理量的变化。第四节三相异步电动机的负载运行一、转子各物理量与s的关系1．转子绕组感应电动势及电流的频率f2

可见：转子电动势及电流的频率f2与转差率s成正比。当n=0，s=1，f2=f1=f2max；n↑→s↓→f2↓当n=nN，由于sN=0.015～0.05，所以f2N=f1sN

lHz～3Hz。2．转子旋转时转子绕组的电动势E2s

E2s=4.44f2kN2N2

1=4.44sflkN2N2

1=sE2

当n=0,s=1，静止时的E2s=E2为最大，n↑→s↓→E2s↓一、转子各物理量与s的关系3.转子电抗X2s

X2s=2

f2L2=2f1sL2=sX2

4.转子电流I2s当电动机起动瞬间，s=1，I2s为最大；n↑→s↓→I2s↓5.转子的旋转磁通势F2相对定子的转速

注意:转子转动时，在上面的分析中f2、E2s、X2s、I2s均是转差率s的函数，而转子绕组的磁通势F2的转速n1却是一个与s无关的量。

F2与F1的转速都是同步速,之间没有相对运动,它们在空间相对静止。

当n=0,s=1，静止时的X2s=X2为最大，n↑→s↓→X2s↓F2相对转子的转速转子相对定子的转速二、负载运行时的基本方程式1.磁通势平衡方程式从前面的分析可知，当外加电压和频率不变时，主磁通近似为一常量。因此，空载时产生主磁通的磁通势F0与负载时产生主磁通的合成磁通势（F1+F2）应相等。F1+F2=F0F1=F0

+(-F2)

或所以异步电动机就是通过磁通势平衡关系，使电路上无直接联系的定、转子电流有了关联，当负载转矩增加时，转速降低，转子电流增大，电磁转矩增大到与负载转矩平衡，同时定子电流增大，经过这一系列的自动调整后，进入新的平衡状态。

负载分量，用于抵消F2的去磁作用，保证主磁通基本不变。励磁分量二、负载运行时的基本方程式2.电动势平衡方程式异步电动机负载转子电路与变压器二次电路不同的是：转子电路的频率为f2，且转子电路自成闭路，对外输出电压为零。根据左侧的异步电动机定、转子电路图，写出下列电动势平衡方程式用基本方程式可分析或计算异步电动机的运行问题。实际电路定子侧：转子侧：三、负载运行时的等效电路为了更方便的分析异步电动机的运行特性。希望得到一个象变压器那样的等效电路，则必须进行两次折算：一是频率折算；二是绕组折算。从磁通势平衡关系可知，转子对定子的影响是通过转子磁势通来实现的。所以这两种折算的原则和变压器一样，即折算前后F2不变以保证磁通势平衡关系不变及各种功率不变。现分别讨论如下：1.频率折算频率折算：将频率为f2的旋转转子电路折算为与定子频率f1相同的等效静止转子电路。因转子静止不动时，s=1，f2=f1。因此，只要利用一个静止的等效转子电路来代替实际上旋转的转子电路，为此，将实际运行的转子电流转换成等效静止的转子电流。1.频率折算分子、分母同除以s以上两式中的前者频率为f2，后者为f1，但电流的数值仍是相等的，因此频率折算前后保证F2不变。转子实际电阻模拟电阻，等效负载电阻相应的电功率实为轴上的总机械功率频率折算后的异步电动机电路

2.绕组折算绕组折算：用与定子绕组一样的m1、N1和KN1新转子绕组等效代替实际参数m2、N2及KN2的转子绕组。但保证F2不变，功率关系不变。为了区别起见，将折算过的各量均用原符号加“’”来表示。电流折算电动势折算阻抗折算电流比电动势比,电压比,有效匝比转子绕组折算到定子绕组的规律是：单位为[A]的折算量等于折算前的量除以电流比ki；单位为[V]的折算量等于折算前的量乘以电压比ke；单位为[Ω]的折算量等于折算前的量乘以电压keki3.T型等效电路

频率折算绕组折算T型等效电路基本方程式4.等效电路的简化T型等效电路是一个串并联电路，它准确地反映了异步电动机定、转子电路的内在联系。但应用它进行有关相量计算还是比较繁琐的，实际应用时可进行简化。不过因异步电动机的空载电流较大，它不能象变压器那样去掉励磁支路，只能把励磁支路修改后移到输入端，称为简化等效电路简化等效电路例4-5有一台UN=380V，fN=50Hz，nN=1440r/min，Y联结的三相绕线转子异步电动机，其参数为Xm=40

，r1=r’2=0.4

，X1=X’2=1

，忽略rm。已知定转子有效匝比为4，试求额定负载时的：1)额定转差率sN；2)根据简化等效电路求出I1、I2、I0和cos

1；3)转子相电动势E2s的大小；4)转子电动势的频率f2N；5)总机械功率Pm

解1)转差率sN根据nN=1440r/min，估算出同步速n1=1500r/min2)根据简化等效电路求出I2、I0、I1和cos

1

由异步电动机简化等效电路可见转子回路阻抗Z’2

与Z1串联阻抗设相电压为参考相量，则转子电流励磁电流定子电流于是各电流的有效值为

绕线转子异步电动机的定、转子相数相等，所以该电动机的功率因数3)转子相电动势E2s的大小转子电动势转子实际电动势4)转子电动势的频率f2N

5)总机械功率Pm

四、相量图

根据T型等效电路对应的基本方程式，可以作出异步电动机负载时的相量图。三相异步电动机对电网来说永远是感性负载。它所对应的功率中，其无功分量主要是异步电动机为建立旋转磁场，从电源吸收的感性无功功率，其有功分量主要是转子电路中的模拟机械负载的r2(1－s)/s上的有功分量。结论：定子相电流滞后外加相电压一个

1角。三相异步电动机的相量图第五节三相异步电动机的功率及转矩平衡方程式一、功率转换及功率平衡方程式

从P1到P2是一个不断扣除损耗的过程P1=m1U1I1cos

1PCu1=m1I12r1

PFe=m1I20rm

Pem=P1−PCu1−PFe

由等效电路的转子侧可知，Pem

还可写成三相异步电动机功率流程图定子铜耗定子铁耗电磁功率输入电功率从T型等效电路可知一、功率转换及功率平衡方程